新能源（yuán）汽車輕量化領域（yù）鋁合金（jīn）焊接技術

汽車工業幾十年的高速發展所帶（dài）來的能源消耗和環境汙染的問題日（rì）益突出，已經成為全球汽車工業亟需著手解決的時代命題。大力發（fā）展新能源（yuán）汽車是應對（duì）汽車（chē）產業發展危機的有效方案（àn），也是實現我國“雙碳”目標的重要舉措。但（dàn）新能源汽車（chē）的發展，目前仍麵臨著諸多挑（tiāo）戰，其中續（xù）航（háng）焦慮（lǜ）是新能源汽車推廣的最大障（zhàng）礙。而新能源汽車與傳統燃油車結構的不同，車身更重。在（zài）此背景下，新（xīn）能源汽車的輕量化需求相（xiàng）比傳統（tǒng）燃（rán）油車更加迫切（qiē）。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。鋁合金材料作為一（yī）種性能優異的輕合金材料，廣泛應用於汽車的輕量化領域。因此，深入研究（jiū）鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽（qì）車輕量化的發（fā）展具有重要促進意義（yì）。

01   新能源汽車輕量化的戰略意義

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

為響應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消耗大戶（hù）的汽車（chē）行業，肩負著（zhe）低碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國大力發展新能源汽車產業（yè），出台多項（xiàng）政策刺激和（hé）引導新能源汽車產業的發展。在多方（fāng）的共同（tóng）努力下，新（xīn）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（xiāo）費市場的滲透（tòu）率逐年提升。具中國汽車工程學會預測，到（dào）２０３５年中國汽車市場的大部分份額將被新能源汽車占據（jù），且純電動汽車將成為新能源汽車的絕（jué）對主力。對於（yú）純電動汽車而言，因受製於目前電池技術，整（zhěng）車整備質量相較於傳統燃油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的（de）輕量化對提升續航裏程有（yǒu）著非常顯著的作用。據統計，在純（chún）電動汽（qì）車的動力電池重量不變的前提下，整車整備質量每減輕１００公斤，續航裏程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽（qì）車的輕量化（huà）是汽車發展（zhǎn）的（de）三（sān）大趨（qū）勢之一，推進新能源（yuán）汽車的輕（qīng）量化將助力提升我國的汽車產品的競爭力

汽車的輕量化除了可以顯著降（jiàng）低能量消耗，提升（shēng）電動汽車的續航裏程外，對提升車（chē）輛的加速性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平（píng）順性等也（yě）都有明顯的助益。因此，順應（yīng）汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量化材料（liào）的運用和結構設計，提升新能源（yuán）汽車的輕量化水平，不僅可以提升汽車的各項性能指標，還可（kě）以有效控（kòng）製汽車的生（shēng）產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作（zuò）為一個產業鏈比較長的產業，新能源汽車的（de）輕量化的發展可以（yǐ）帶動產業上（shàng）下遊相（xiàng）關（guān）領域的轉（zhuǎn）型（xíng）升級汽（qì）車的輕量化涉及汽車生（shēng）產、維修、回（huí）收等多個相關產業。汽車輕量化的快速發（fā）展必然會刺激汽車輕量化（huà）材料的研發和革新，對（duì）多材料混合運用技術如焊接、鉚（mǎo）接等的發展也（yě）將有直接的強勁推動作（zuò）用，對汽車的生產裝備也會提出更高（gāo）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相較於傳統燃油車更低的用（yòng）車成本等優（yōu）勢，使新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井噴式（shì）增長，在此背景下，新能源汽（qì）車輕量化旺盛的需求對汽（qì）車產業上下遊相關領域轉型升級的（de）推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用先進的製造工（gōng）藝、對結構進行優化設計和應用輕量化的材料是目前汽車輕（qīng）量化的三大技（jì）術手段。其（qí）中輕量化（huà）材料的運用是最直（zhí）接、最（zuì）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（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（jīn）在新能源汽車（chē）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源汽車的輕量化（huà）領域。鋁合金具（jù）有（yǒu）較高的比強度和優良的加工成形性，可以應用於製造汽車（chē）的各種部件和零件。鋁合金材料可分（fèn）為變形鋁合（hé）金和鑄造鋁合金兩大類型（xíng）。其中，熱交換器係統部件、車（chē）身骨架、車門等可以應用變形鋁合金製（zhì）造；而（ér）加速踏板、車輪、方向盤、電機外殼等可以（yǐ）應用（yòng）鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁合（hé）金在當前以及今後一段（duàn）時期內都將是（shì）新能源汽（qì）車輕量化的主要（yào）選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種程度上可以降低（dī）新能源汽車的生產製造成本。鋁礦在地球上的儲存量非常大，因此（cǐ）鋁合金材（cái）料（liào）相較於（yú）鎂合金材（cái）料、碳纖維材料等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐（nài）蝕性，且熔點低，可以實（shí）現非常高的回收利（lì）用率，可以（yǐ）實現新能源汽（qì）車生（shēng）產（chǎn）材料的循環利用。

（３）鋁合（hé）金材料相較於其他汽車輕量化材料減重潛力更大。當前主流的汽車輕量化材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材（cái）料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格、加工工藝等（děng）因（yīn）素的製約，目前使用的並（bìng）不多。而鋁合金材料相（xiàng）較與高強度鋼，比（bǐ）強度高，密度較小，減重潛力更大（dà）。

（４）鋁（lǚ）合（hé）金材料製造工藝成（chéng）熟，除鑄造等（děng）成型工藝外，還發（fā）展（zhǎn）出了焊接、鉚接、螺（luó）接等多種連接方（fāng）式（shì）。這些工藝目前都有（yǒu）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（liào）在眾多（duō）汽車輕量化材料中脫穎而出，漸漸成（chéng）為了汽車輕量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究現狀（zhuàng）

鋁合金在（zài）新能源汽車的輕（qīng）量（liàng）化中（zhōng）有著舉足輕重的作用，但在生產和使用過程仍麵臨生產（chǎn）工藝、安全等挑戰。汽車生產（chǎn）製造過程中各零部件的連接方（fāng）式有（yǒu）焊接、鉚接（jiē）、螺接等，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優點（diǎn），是當前汽車零（líng）部件連接采取的主要工藝（yì）方式。隨著新能源汽車（chē）輕量化需求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽（qì）車的生產製造過程（chéng）中的應用會越來（lái）越多。但要提高（gāo）鋁合金材（cái）料在新能源汽車生產（chǎn）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的研究（jiū），提高鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低成本。焊接作為一種（zhǒng）成熟的連（lián）接方式，目前已經發展出多（duō）種（zhǒng）技術路線，其中廣泛應用於汽車生產製造（zào）中的有有激（jī）光焊（hàn）接、非熔（róng）化極惰性（xìng）氣體保護（hù）電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激光焊接（jiē）

激光焊接在汽車生產製造過（guò）程中應用很廣泛，具有（yǒu）焊接效率高，焊接（jiē）變形小，焊接能量密度高的技術特（tè）點（diǎn）。在（zài）新能源汽車領域目前針對鋁合金的激光（guāng）焊接（jiē），國（guó）內外專家學者的研究主要聚焦在兩個方向：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭（tóu）性能影響，如激光焊接工藝對（duì）鋁（lǚ）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（néng）研究等（děng）。另外一個方向（xiàng）是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁（lǚ）合金激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合（hé）金激光焊接接頭氣孔、裂紋、變形的預測研究（jiū）等。在國內外專家學者的共同努力下，鋁合金材料激光焊接工藝得到了不斷地（dì）改善，焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能得到了較大（dà）幅度的（de）提升，焊接接頭的缺（quē）陷率也得到了很好（hǎo）的控製，能（néng）較好的滿足新能源汽車生產製造（zào）的工藝需求。此外，信（xìn）息技（jì）術的快（kuài）速迭代助推了工業機器人（rén）的快速發展，以視覺係統、機器人（rén）技術以及信（xìn）息技術加持的遠程激光焊接技術（shù）也在快速的發展。新能源汽車生產過程的鋁合金（jīn）材料激（jī）光焊接技術（shù）的（de）自動化、智能化程度越來越高。

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

非熔化極（jí）惰性氣體保護電（diàn）弧焊非常適（shì）用與薄板鋁合金材料的焊（hàn）接，技（jì）術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊（hàn）接鋁合金不僅可以獲（huò）得美觀（guān）的連續魚鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁（lǚ）合金焊接件（jiàn）表麵的氧化膜，進（jìn）而改善鋁合金焊接接頭的質量。但（dàn）是（shì），ＴＩＧ焊接有著天然（rán）的自身缺陷，它的鎢電極承（chéng）載電流的能力有限，當有承載大電流時，容易被熔（róng）化和蒸發，由此產生的鎢電極（jí）微（wēi）粒，也有（yǒu）掉入焊接熔池影響焊接質量的可能。除此之外，生產效率低、熔深（shēn）淺（qiǎn）、熔（róng）敷速（sù）度小等不能滿足高效高質量的焊（hàn）接（jiē）要求的缺陷，也（yě）限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為了（le）適應新能源汽車工業快速發展對（duì）於鋁合金焊接高質量、高效率的（de）生產要求（qiú），近年不少學者對ＴＩＧ焊（hàn）接進行了改進研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊（hàn）接電（diàn）弧（hú）集中，相（xiàng）比如傳統ＴＩＧ焊熔深（shēn）得到明顯增加，改變了傳（chuán）統ＴＩＧ不太（tài）適用於鋁合金厚板材焊（hàn）接的境況，而且在即使沒有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ＴＩＧ焊焊（hàn）接效（xiào）率不高（gāo）的弊端，焊接速度（dù）在傳統ＴＩＧ焊（hàn）的基礎上提高了一倍以上，而且焊（hàn）接電弧穩定，沒有較大（dà）波動，確保（bǎo）了鋁合金焊接（jiē）接頭優（yōu）良的性能，以及良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）則在焊接質量上進行了改善和提升，在相同的焊接速（sù）度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較（jiào）於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可（kě）以（yǐ）減少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與此同時為增加鋁合金焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了（le）活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組織性能得到提升。

3.3 新能源汽車領域鋁合金熔化（huà）極惰性氣體保護焊（hàn） （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續關注和深入（rù）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）成熟。在當前眾多鋁合金焊接技術中應用最廣泛的是熔化極惰性氣（qì）體保護電弧焊（ＭＩＧ焊（hàn））。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非（fēi）常優質的焊接構件，因（yīn）此在（zài）工程應用中ＭＩＧ焊（hàn）很受（shòu）工程師們的青睞。同時（shí），ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的焦（jiāo）點，近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。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（gāo）的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈衝焊接技術發展而（ér）來，具（jù）有可調參數多，可合理的控製輸入能量，以及可對焊接工藝參數進（jìn）行靈活的（de）匹配等優點（diǎn）。使用雙（shuāng）脈衝ＭＩＧ焊焊（hàn）接鋁合（hé）金材料可以獲得穩定可靠的高質量的焊（hàn）縫。在眾多工業領域廣泛（fàn）應用的雙（shuāng）極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法（fǎ）脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作（zuò）為短路過渡焊（hàn）技術的ＣＭＴ焊在焊（hàn）接過程中，可以對（duì）輸入的能量進行精確地（dì）控製，可以使（shǐ）熔池與焊絲快（kuài）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（yǐ）獲得（dé）較高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領（lǐng）域鋁合金（jīn）攪拌（bàn）摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合（hé）金攪拌摩擦焊（hàn）經過近３０年的發（fā）展，在厚鋁合金板材焊接方麵有（yǒu）了重大突破，已（yǐ）經可以高效率高質量的焊（hàn）接１．２至６毫（háo）米的厚鋁合（hé）金板材。鋁（lǚ）合金攪拌摩擦焊經過（guò）幾十年的發（fā）展革（gé）新，也（yě）從單一能場焊接發展出了（le）多種複（fù）合能場（chǎng）焊機（jī）方式。鋁合金攪拌（bàn）摩擦焊的研究也吸引了國內外學者的關注（zhù），其中攪拌摩擦焊焊接接頭的裝配（pèi）方式和焊接工藝參數是當下研究的重點。其中（zhōng），在接頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和（hé）搭接等。

04   新能源汽車輕量化（huà）領域鋁（lǚ）合金材料焊接研究展望

科技一般指科學（xué）技術。社會上習慣於把科學和技（jì）術連在一起（qǐ），統稱為科學（xué）技術，簡稱科技。實際二者既有密切聯係，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（jiě）決理論問題，技術解決實際問題（tí）。

新能源汽車尤其（qí）是其中的純電動汽車（chē），因（yīn）電池技術的瓶頸和自身結構的特殊性，車輛的迫切需要輕量化，以期通過減少自身重量從而增加續航裏程。鋁合金材料不僅（jǐn）性能優異（yì）且可實現再生循環利用，因此在汽車輕量化材料（liào）中具有明顯（xiǎn）的優勢，越來越廣泛的（de）應用於新能源汽車的生產製造過程中。新能（néng）源汽（qì）車在生產製造中的（de）鋁合金使用量已經超過多數的（de）傳統燃油車。隨著我國新能源汽車近幾年的井（jǐng）噴式發展，必然會進一步拉動（dòng）鋁合金在汽車行業（yè）的廣泛應用。因此關於提（tí）升鋁合金焊（hàn）接件的焊（hàn）接質（zhì）量的研究將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等（děng）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，提供更加堅實的技術（shù）支撐，從而保障鋁合金在新能源汽車的生產製造中充分發揮（huī）減重優勢。

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