新能源汽車輕量（liàng）化領域鋁合金焊（hàn）接技術

汽車工業幾十年的高速發展所（suǒ）帶來的能源消耗和環（huán）境汙染的問（wèn）題日益突（tū）出，已經成為全球汽車工業亟（jí）需著（zhe）手解決的時代命題。大（dà）力（lì）發展新能源汽車是應對汽車產業發展危機的有效（xiào）方案，也是實現我國“雙碳”目標（biāo）的重要舉措。但新（xīn）能源（yuán）汽車的發展，目前仍麵臨著諸（zhū）多挑戰，其中續航焦慮是新能源汽車推廣的（de）最大障礙。而新能源汽車與傳統燃（rán）油（yóu）車（chē）結構的不同，車身更重（chóng）。在此背（bèi）景下，新能源汽車的輕量化需（xū）求相比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量化的手段中，最行之有效的（de）是材料的輕（qīng）量化。鋁合金材料作為一種性能優異的輕合金材料，廣泛應用於（yú）汽車的輕量化領域（yù）。因此，深入研究鋁合（hé）金焊接技術，進而提升鋁（lǚ）合（hé）金（jīn）材料焊接質量，對新（xīn）能（néng）源汽車輕量化的發展具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰略意義

1.1 新能（néng）源汽車（chē）的輕量化對提升新能源汽車的續航裏程具有重要意義

為響應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消耗（hào）大戶的汽車（chē）行（háng）業，肩負著低碳排（pái）放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國大力（lì）發展新能源汽車產業，出台多項政策（cè）刺激和引導新能源汽車（chē）產業的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被（bèi）廣大消費者接受與青睞，近年在國內汽車消費（fèi）市場的滲透率逐年提（tí）升。具（jù）中國汽車工程（chéng）學會預測，到２０３５年中國汽車市場的大部分份（fèn）額（é）將（jiāng）被新能源汽車占據，且純電動汽（qì）車將成為新能源汽車的絕對（duì）主力。對於純電動汽車而（ér）言（yán），因受製於目前電池技（jì）術，整車整（zhěng）備質量相較於傳統燃（rán）油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航裏程有著非常顯著的作用。據統計，在純電動汽車的動力電池重量不變的前提（tí）下，整車整備質量每減輕１００公斤，續航裏（lǐ）程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽車發展的三大趨勢之一，推進新能（néng）源汽車的輕量化將助力提升（shēng）我國的汽車產品的競爭力

汽車（chē）的輕量化除了可以顯著降低能量消耗（hào），提升（shēng）電動汽車的續航裏程外，對提升車輛的加速性能、操作穩定性、製動性能、行車（chē）噪音、行駛平順性等也都有（yǒu）明顯（xiǎn）的助（zhù）益。因此，順應汽車行業（yè）的發展趨勢，通（tōng）過合理的輕量化材料的運用和結構（gòu）設計，提升新能（néng）源汽車的輕量（liàng）化水平，不僅可（kě）以提升汽車的各項（xiàng）性能指標，還可以有（yǒu）效控（kòng）製汽（qì）車的生（shēng）產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業（yè）作為一個產業鏈比較長的產業，新能源汽車的輕量化的發（fā）展可（kě）以帶動產業上下遊相關（guān）領域的轉（zhuǎn）型升級汽車的輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多（duō）個相關產業。汽車輕量化的快速發展必然會刺激汽車輕量（liàng）化（huà）材（cái）料的研發和（hé）革新，對多材料混合運用（yòng）技（jì）術如焊接、鉚接等的發展也將有（yǒu）直接的強勁推動作用，對汽車的（de）生產裝備（bèi）也會提出更（gèng）高（gāo）的要求。近年新能源汽車技術飛速發展（zhǎn），技術越來越成熟，與之配套的充電等社會公（gōng）共設施也越來越健全（quán），再加上新能源汽車因相（xiàng）較於（yú）傳統燃油車更低的用車成本等優勢，使新能源車越來越受到消費者（zhě）的喜（xǐ）愛。新能源汽車的銷量開始井噴式增長，在此背景下，新能源汽車輕量化旺盛的需求對汽車產業上（shàng）下遊（yóu）相關領域轉型升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在（zài）新能源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用先進的製造工藝、對（duì）結構進行（háng）優化設計和應（yīng）用（yòng）輕量化的材料是目前汽車（chē）輕量化的三大技術手段。其中輕量化材料的運用是最直接、最有效的方式。相比其（qí）他工程（chéng）材料，鋁合（hé）金材料因（yīn）具備諸多（duō）優（yōu）勢，因此一開始便便到了汽車工程師的青睞。具體而言，鋁合金在新（xīn）能源汽車的輕量化領域具有一下優勢：

（１）鋁合金材料（liào）可以廣泛應用於新能（néng）源汽車的輕量化領域。鋁合（hé）金具（jù）有較高的比強度和優良的加工成形性，可以應（yīng）用（yòng）於（yú）製造（zào）汽車的各種部件和零件。鋁合金材料（liào）可分為變形（xíng）鋁合（hé）金和鑄造鋁合金兩大類型。其中，熱交換器係統（tǒng）部件、車身骨架、車門等可以應用變形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方向（xiàng）盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁合（hé）金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁合（hé）金（jīn）在當前以及今後一（yī）段時期內（nèi）都將是新能源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種程度上可以（yǐ）降低新能源汽車的生產製造（zào）成本。鋁礦在地（dì）球上的儲存量非常大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維（wéi）材料（liào）等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實現非常高的回收利用率（lǜ），可以（yǐ）實現新能源（yuán）汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較於（yú）其他汽車輕量化材（cái）料減重潛力更大。當前主（zhǔ）流的汽車輕量化（huà）材（cái）料有鋁合金、高強度鋼、鎂（měi）合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價（jià）格、加工（gōng）工藝等因素的製約，目（mù）前使用的（de）並不多。而鋁合金材料相較與高強度鋼，比強（qiáng）度（dù）高，密度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金材（cái）料製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出了焊接、鉚（mǎo）接、螺接等多種連接方式。這些工藝（yì）目前都有成熟的在新能源汽車的生（shēng）產製造過程中運用。因此，鋁合金材（cái）料在眾多（duō）汽車輕量化材料中脫穎而出，漸漸成為了汽車輕量化（huà）的主流（liú）材料（liào）。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊（hàn）接研究現狀

鋁合金（jīn）在新能源汽車的輕量化中（zhōng）有著舉足輕重（chóng）的作用，但在生產和使用過程仍麵臨生產工藝、安全等挑戰（zhàn）。汽車生產製造過程中各（gè）零部件的連接方式有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因工藝簡單、性價（jià）比高、性（xìng）能優越以及方便自動化流水作業等優點，是當前汽車零部件連接采取的主（zhǔ）要工藝方式。隨著新能源（yuán）汽車輕量（liàng）化需求的（de）日（rì）益旺盛，鋁合金在新能源汽車的生產（chǎn）製造過程中的應用會越來越多。但要（yào）提高鋁合金材料在新能源汽車生產製造中的運用量，就不得不對鋁合金的焊接工藝進行更深入（rù）的研究，提高鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低成本。焊接作為一（yī）種成熟的連接方式，目前已經發展出多種技術路線（xiàn），其中廣（guǎng）泛應用於汽車生產製造中的有有激光焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧（hú）焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車（chē）領域鋁合金激光焊接

激（jī）光焊接在（zài）汽車生產製造過程中應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小，焊接能量密度高的技術特點。在新能源汽車領域目前（qián）針對鋁合金的激光焊（hàn）接，國內外專家（jiā）學者的研究主要聚焦在兩（liǎng）個方向：一個方向是激（jī）光焊接工藝對鋁合金焊接接頭性（xìng）能影響，如（rú）激光焊接工藝對鋁合（hé）金焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能研（yán）究、接頭的（de）組織及性（xìng）能研究等。另（lìng）外一個方向是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金激光（guāng）焊接頭顯微組織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣孔（kǒng）、裂紋、變形的預測（cè）研究等。在國內外專家學者的共同努（nǔ）力下，鋁合金材料激光焊接（jiē）工藝得到了（le）不斷地改善，焊接接頭的（de）力學性能和耐腐（fǔ）蝕性能得到了較大幅度的提升（shēng），焊接接頭的缺陷率也得到了很好的控製（zhì），能較好的滿足新能（néng）源汽（qì）車生產製造的工藝需（xū）求。此外，信息技術的快速迭代助推了（le）工業機器人的快速發展，以視覺係統、機器人技術（shù）以及信息技術加持的遠程激光焊接技術也在（zài）快速的發展。新能源汽（qì）車生（shēng）產過程的鋁合金材料激光焊接（jiē）技術的自動化、智能（néng）化程度越來越高。

3.2 新能源汽車領域鋁合金非熔（róng）化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保護電弧焊（hàn）非常（cháng）適用與薄板鋁合金材料的焊接（jiē），技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方（fāng）法焊接鋁合金不僅可以獲（huò）得美觀（guān）的連續魚（yú）鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁合金焊接件表麵的氧化膜（mó），進而改善（shàn）鋁合金焊接（jiē）接（jiē）頭的質量。但（dàn）是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷，它的（de）鎢電（diàn）極承載電流的能力有限，當有承載大（dà）電流時，容易被熔化和（hé）蒸發（fā），由此（cǐ）產生的鎢電極微粒，也有掉入焊接熔池影響焊接（jiē）質量的可能（néng）。除此之外，生產效（xiào）率低、熔深淺、熔敷速度小（xiǎo）等不（bú）能滿足高效高質（zhì）量的焊接要求（qiú）的缺陷，也（yě）限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源（yuán）汽車領域的應用。為了適（shì）應新能源汽車工業快速發展對於鋁合金焊接高質量、高效率的生產要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出（chū）了雙槍ＴＩＧ焊、熱（rè）絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）等焊接方（fāng）法。雙（shuāng）槍ＴＩＧ焊（hàn）焊接電弧集中，相比（bǐ）如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明（míng）顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於（yú）鋁合金厚板材焊接的境況，而且在即使沒有（yǒu）焊絲的情況下也能照常進行有效的焊接。熱絲（sī）ＴＩＧ焊攻克了傳統（tǒng）ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊（bì）端，焊接速度（dù）在傳統ＴＩＧ焊的基礎（chǔ）上提高了一倍以上，而且焊接電弧穩定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊接接頭優良的性能，以及良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了改善（shàn）和提升，在相（xiàng）同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊（hàn）可以采用（yòng）更小的（de）焊接（jiē）電流，進（jìn）而（ér）可以減少鋁合金（jīn）在焊接過程中的熱變形（xíng），與此（cǐ）同（tóng）時為增加鋁合金焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組（zǔ）織（zhī）性能得到提升。

3.3 新能源汽車領域鋁（lǚ）合（hé）金（jīn）熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續關注和深入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊接方式也日益豐富（fù）成（chéng）熟。在當前眾（zhòng）多鋁合（hé）金（jīn）焊接技術中應用最廣泛的是熔化極惰性（xìng）氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁（lǚ）合金（jīn）可以獲（huò）得非常優質的焊接構件，因此在工程（chéng）應用中ＭＩＧ焊很（hěn）受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也（yě）是專家學者們研究的焦點，近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊（hàn）新工藝（yì）。雙脈衝（chōng）ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優（yōu）化單脈衝焊接技（jì）術發（fā）展而來，具有可調參數多，可合理的控（kòng）製輸入能（néng）量（liàng），以及可對焊接工藝（yì）參數進行靈活的匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊（hàn）接鋁合金材料可以（yǐ）獲得穩（wěn）定可靠的高質量（liàng）的（de）焊縫。在眾多工業領域廣泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（hàn）（ＥＰ極焊）。而作為短路過（guò）渡焊技術的ＣＭＴ焊在（zài）焊接過程中，可以對輸入的能量進行精確地控製（zhì），可以使熔池與焊（hàn）絲快速分離，有效地減少飛濺。因具（jù）有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合（hé）於超薄板的焊接，可以獲得較高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領域鋁合金（jīn）攪拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過（guò）近３０年的發展，在厚鋁（lǚ）合金板材焊接方麵有了重大突破，已經可以高（gāo）效率高質量的焊接１．２至６毫米的厚鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十年的（de）發展革新，也從單一能場焊接發展（zhǎn）出了多種複合能場焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也（yě）吸引了國內（nèi）外學者的關（guān）注，其中攪拌摩擦焊焊接接頭的裝（zhuāng）配方式和焊接工藝參數是當下研究的重點。其中，在（zài）接頭裝（zhuāng）配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭（dā）接等。

04   新（xīn）能源（yuán）汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究（jiū）展望

科技一般指科學技術。社會上習（xí）慣於把科學和技術（shù）連（lián）在一起，統稱為科學技（jì）術，簡稱科技。實際二者既有密（mì）切聯係，又有重要區別。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。科學解決理論問題（tí），技術（shù）解決實際問題。

新能源汽車尤其是其中的純（chún）電動汽車，因電池技（jì）術的瓶頸和（hé）自身結構的特（tè）殊性，車輛的迫切需要（yào）輕量化，以期（qī）通過減少自身重（chóng）量從而（ér）增加（jiā）續航裏程（chéng）。鋁合金材料不僅性能優異且可實現再（zài）生循環利用，因此在汽車（chē）輕量化材（cái）料中具（jù）有（yǒu）明顯的優勢（shì），越來越廣泛（fàn）的應用（yòng）於新能源汽車的生產製造過程（chéng）中。新能源（yuán）汽車在生產製造中（zhōng）的鋁合金使（shǐ）用量已經超過多數的傳統燃油（yóu）車。隨著（zhe）我國新能（néng）源汽（qì）車近幾年的井噴式發（fā）展（zhǎn），必然會進一步拉動鋁（lǚ）合金在汽車行業的廣泛（fàn）應用。因此關（guān）於提升鋁合（hé）金焊接件的焊接質量的研究將（jiāng）會（huì）成為研究焦點。鋁合金激（jī）光焊（hàn）接、鋁合金（jīn）熔化極惰性氣體保護（hù）焊（hàn）（ＭＩＧ焊（hàn））、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊（hàn）接技術的研究將會更加深入，為新能源汽車（chē）輕量化中鋁合金的應用，提供（gòng）更加堅實的（de）技術支撐，從而（ér）保障鋁合（hé）金在新能源汽車的生產製造中充分發揮減重優勢。

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