新能源汽車輕量化領域鋁合金焊接技術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來（lái）的能源消（xiāo）耗和環境汙染的問題日益突出，已經成為全球汽車工業亟需著手解決的時代命題。大（dà）力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”目標的重要（yào）舉措。但（dàn）新能源汽車（chē）的發展，目前仍麵臨著諸多挑戰（zhàn），其中續航焦慮（lǜ）是新能源汽車推廣的最大障礙。而新能源（yuán）汽車與傳（chuán）統燃油車結構的不同，車身（shēn）更重（chóng）。在此背景下，新能（néng）源汽車的輕量化需求相比傳統燃油車更加迫（pò）切。在當前汽車輕量化的手段中，最行之有效的是材料的輕量化。鋁合金材料作為（wéi）一種性能優異的輕合金材料，廣泛應用（yòng）於汽車的輕量（liàng）化領域。因此，深入研究鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金材料（liào）焊接質量，對新（xīn）能源（yuán）汽車輕量（liàng）化的發（fā）展（zhǎn）具有重（chóng）要促進意義。

01   新能源汽車輕量化（huà）的戰略意義

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

為響應（yīng）我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消（xiāo）耗大戶的汽（qì）車行業（yè），肩負著低碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國大力發（fā）展新能源汽車（chē）產業，出台多項政策刺激和（hé）引導新（xīn）能源（yuán）汽車產（chǎn）業的發展。在多（duō）方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者接受與（yǔ）青睞，近年在國內汽車消費市場的滲透率逐年提升。具中國汽車工程學會預測，到２０３５年中國汽車市場的大部分份額將被新能源汽車占據，且（qiě）純電動汽車將（jiāng）成為（wéi）新能（néng）源汽車的絕對主力。對於純電動汽車而言，因（yīn）受製於目前（qián）電池技術（shù），整車整備質量相較於傳統燃油車反（fǎn）而（ér）顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化（huà）對提（tí）升（shēng）續航裏程（chéng）有著非常顯著的作用。據統計，在純電動（dòng）汽車的動力電池重（chóng）量不變的前提下（xià），整車整備質量每減（jiǎn）輕１００公斤，續航裏程可以增加（jiā）１２－１３公（gōng）裏。

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

汽車的輕量化除了可以顯著降低能量消耗，提升電動汽（qì）車的續航裏程外，對（duì）提升車輛的加（jiā）速性能（néng）、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過（guò）合理的輕（qīng）量化材（cái）料的運用和結構設計，提升新能源（yuán）汽車的輕量化水平，不僅可以提升汽（qì）車的各項性能指標，還可以有效控製汽車的（de）生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業鏈比較長的產（chǎn）業，新能源汽車的輕量化的發展可以帶動產業上下遊相關領域的轉型升級汽車的（de）輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多個相關產業（yè）。汽車輕量化的快（kuài）速發展（zhǎn）必然會刺激汽車（chē）輕量化材料的研發和革新，對多材料（liào）混（hún）合（hé）運用技術如焊接（jiē）、鉚接等的發展（zhǎn）也（yě）將有直（zhí）接的強勁推動作（zuò）用，對汽車的生產（chǎn）裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術飛速發展，技術越來越成熟，與之配（pèi）套的充電等社會（huì）公共設施也越來越健全，再加上新能源汽車因（yīn）相較於傳統燃油車更低的用車成本（běn）等優勢，使新能源（yuán）車越（yuè）來越受到消費者（zhě）的喜愛（ài）。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（qīng）量化旺盛的（de）需求對汽車產業上下遊相（xiàng）關領（lǐng）域轉型升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金（jīn）在新能源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用先進（jìn）的製造（zào）工藝、對結構進行優化設計和應用輕量化的材料是目前（qián）汽車輕量化的三大技術手段。其中輕量化材料的（de）運用是最直接、最有效的方式。相比其他工程材料，鋁合金材料因具備諸（zhū）多優勢，因此一開始便便到了汽車工程師的（de）青睞。具體而言，鋁合金在新能源汽車的輕量（liàng）化領域具有一下優勢：

（１）鋁合金材料可以廣泛應用於新能（néng）源汽車的輕量化領域。鋁合金具有較高的比強度和優良的加工成形性，可以應用於（yú）製造汽車的各種部件和零件。鋁合金材料可分為（wéi）變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類型。其中，熱交（jiāo）換器係統部件、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、方向盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁合金在當前以及今後一段時期（qī）內都將是新能源汽車輕（qīng）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降低新能（néng）源汽車的生產製造成本。鋁礦在地球上的儲存量非（fēi）常大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維材（cái）料等成（chéng）本更低，此（cǐ）外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實（shí）現非常高（gāo）的回收利用率，可以實現新能源汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車（chē）輕（qīng）量化（huà）材料減（jiǎn）重潛力（lì）更大。當前主流的汽車輕量化材料有鋁合金（jīn）、高強度鋼、鎂合金、碳（tàn）纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖（xiān）維材料因價格、加工（gōng）工藝（yì）等因素的製約（yuē），目前使用的並不多。而（ér）鋁合金材料相（xiàng）較與高強度鋼，比強度高，密度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金（jīn）材料製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出了焊接、鉚接、螺接等多種連接（jiē）方（fāng）式。這（zhè）些工藝目前都有成熟的在新能源汽車的生產製造過程中運用。因此，鋁合金材料在眾多汽車輕量化材料中脫穎而出，漸漸成為了汽車輕量化的主流（liú）材料。

03    新（xīn）能源（yuán）汽車輕量化領域鋁（lǚ）合金材料焊接研究現（xiàn）狀

鋁合金在新能源汽車的輕量化中有著舉足輕重的作用（yòng），但在生產和使用過程仍麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽車生（shēng）產（chǎn）製造過程中各零部件的連接方式（shì）有焊接、鉚接、螺接等（děng），其中焊接因工藝簡單、性價比高、性能優越以及方便自動化流水作業等（děng）優點（diǎn），是當前汽車零部件連接采取的主要工藝方式。隨著（zhe）新（xīn）能源（yuán）汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合金在新（xīn）能源汽車的生產製造過程中的應用會越來越多。但要提高鋁合（hé）金材料在新能（néng）源汽車生產製造（zào）中的運用量，就不得不對鋁合金（jīn）的焊接工（gōng）藝進行更（gèng）深入的研究，提高鋁合金焊接（jiē）的質量和效率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方（fāng）式，目前已經發展出多種技（jì）術路線，其中廣泛應用於汽車生（shēng）產製造（zào）中的有有激光焊接、非熔化（huà）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（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金（jīn）激光（guāng）焊（hàn）接（jiē）

激光焊（hàn）接在汽車生產製造過（guò）程中（zhōng）應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小，焊接能量密度（dù）高的技術特（tè）點。在新能源汽車領域目前針對鋁（lǚ）合金的激光焊接，國內外（wài）專家學者的研究主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金（jīn）焊接接頭性能影響，如激（jī）光焊接工藝對（duì）鋁合金焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能研究、接頭的組織及性能研究（jiū）等。另外（wài）一個方向是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合（hé）金激光焊接頭顯微組（zǔ）織的研究、鋁合金激（jī）光焊接接頭氣（qì）孔、裂紋、變形的預測研究等。在國內外專家學者的共同努力下，鋁合（hé）金材料激光焊接工藝得到了不（bú）斷地（dì）改善（shàn），焊（hàn）接接頭的（de）力學性能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提升，焊（hàn）接接頭的缺陷率也得到了很好的控製，能（néng）較好的滿足新能源汽車生產製造的工藝（yì）需求。此（cǐ）外，信息技術（shù）的快速迭代助推了工業（yè）機器人的快速發展，以視覺係統、機器人技術以及信（xìn）息技術加（jiā）持（chí）的遠程激光焊（hàn）接技術也在快（kuài）速的發展。新能源汽車生產過（guò）程（chéng）的鋁合金材料激光焊接技術（shù）的自動化、智能化（huà）程度越來越高。

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

非熔化極惰性氣（qì）體保（bǎo）護電弧焊（hàn）非常適用與薄板鋁合金材料的焊接，技（jì）術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合（hé）金不僅可以獲得美觀的連續魚鱗狀焊縫，還能（néng）自動同步清除鋁合金焊接件（jiàn）表麵的氧化膜，進而改善鋁合金焊接接頭（tóu）的質量。但（dàn）是，ＴＩＧ焊接（jiē）有著天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能（néng）力有限，當有承載大電流時，容（róng）易被熔化和蒸發，由此產生的鎢電（diàn）極微粒，也有掉入焊接熔池影響焊接質量的可能。除此之外，生產效率（lǜ）低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高效高質量的焊接要求的缺陷（xiàn），也限製了（le）ＴＩＧ焊接方（fāng）法在新能源（yuán）汽車領域的應用。為了適應新能（néng）源汽車工業快速發展（zhǎn）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（jìn）研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲（sī）ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）等焊接方法。雙槍（qiāng）ＴＩＧ焊焊接（jiē）電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加（jiā），改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊（hàn）接的境況（kuàng），而且在即使沒有（yǒu）焊絲的情（qíng）況下也能照常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻（gōng）克（kè）了傳（chuán）統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊接速度在傳統（tǒng）ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上，而且（qiě）焊（hàn）接電弧穩定（dìng），沒有較（jiào）大波（bō）動，確保了鋁合金焊（hàn）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（hàn）接質量上進行了改善和提升，在相同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）相較於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可以減少鋁合金在焊接過（guò）程（chéng）中（zhōng）的熱變形，與（yǔ）此同時為增加鋁合金（jīn）焊接件的（de）焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性（xìng）劑的組成，使鋁合金焊（hàn）接接頭的組織性能得到提升。

3.3 新能源汽（qì）車領域鋁合金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（jiē）技術得到不斷提升，焊接（jiē）方式也（yě）日益豐富成熟。在（zài）當前眾多鋁合金焊（hàn）接技術中應用（yòng）最廣泛的是熔化極惰性氣體保護（hù）電弧（hú）焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以（yǐ）獲得非常優質（zhì）的焊接構（gòu）件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同（tóng）時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的焦點，近年研發出了不少鋁（lǚ）合金ＭＩＧ焊（hàn）新（xīn）工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙（shuāng）極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊（hàn）便是鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈（mò）衝焊接技術發展（zhǎn）而來，具有可調參數多，可合理的控（kòng）製輸（shū）入能（néng）量，以及可對焊接工藝參數進行靈活的匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材（cái）料（liào）可以（yǐ）獲得穩定可靠的（de）高（gāo）質量的焊縫。在眾多工業領域廣泛應用的（de）雙極性脈衝ＭＩＧ焊則（zé）結合了反（fǎn）向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正向（xiàng）接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為（wéi）短（duǎn）路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在（zài）焊接過程中，可以對輸入的能量進（jìn）行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速分離，有效地減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的焊接，可以獲得較（jiào）高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能（néng）源汽（qì）車領域鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合（hé）金攪拌摩（mó）擦焊經過近３０年的發展，在厚鋁合金板材焊接方麵有了重大突破，已經可以高（gāo）效率高（gāo）質量的（de）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發展革新，也從單一能場焊接發展出了多種複合能場焊機方式（shì）。鋁合（hé）金攪（jiǎo）拌摩擦焊的研究（jiū）也吸引了國內外學者的關注，其中攪拌摩擦焊焊接接（jiē）頭的裝配方式和焊（hàn）接工藝參數是當（dāng）下（xià）研究的（de）重（chóng）點。其中，在（zài）接（jiē）頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接（jiē）和搭接等（děng）。

04   新（xīn）能（néng）源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研（yán）究（jiū）展望

科技一般指科學技術。社（shè）會（huì）上習（xí）慣於把（bǎ）科學和（hé）技術連在一起，統（tǒng）稱為科學技術，簡稱科技（jì）。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。實際（jì）二者既有密切聯係，又（yòu）有重要（yào）區別。科學解決理論問（wèn）題，技術解決實際問題。

新（xīn）能源汽（qì）車尤其（qí）是其中（zhōng）的純電動汽車，因電池技術的瓶（píng）頸和自身結構的特殊性，車輛的（de）迫切需要輕量化，以期通過減少自（zì）身重量從而增加續（xù）航裏程。鋁合金材料不僅性能優異且（qiě）可實現再生循環利用，因此在汽車輕量化材料中具有明顯的優勢，越來越廣泛的應用（yòng）於新能源汽車的生產製造過程中。新能源汽車在生產製造中的鋁合金使用量已經（jīng）超過多（duō）數的傳統燃油車。隨著我國新能源（yuán）汽車近幾年的井噴式發展，必然會進一步拉動（dòng）鋁（lǚ）合金在汽車行業（yè）的廣（guǎng）泛應用。因此關於提升鋁合金焊接件的焊接質量的研（yán）究將會成為研究焦點。鋁合金（jīn）激光（guāng）焊接、鋁（lǚ）合金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊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）更加堅實的技術支（zhī）撐，從而保（bǎo）障鋁合金在（zài）新能源汽車的生產製（zhì）造中充（chōng）分發揮減重優勢。

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