新能源汽車輕量化領域鋁合（hé）金焊接技術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來的能源消耗和環境汙染的問題日益突出（chū），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）展新能源汽車是應（yīng）對汽車（chē）產業發展危機的（de）有效方案，也是實現我（wǒ）國“雙碳”目標的重要舉措。但新能源（yuán）汽車的發（fā）展，目前仍麵臨著諸多（duō）挑戰，其中續航焦慮是新能源汽車推廣（guǎng）的最大障礙。而新（xīn）能（néng）源汽車與傳統燃油車（chē）結構的不同，車身（shēn）更重。在此背（bèi）景下，新能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（huà）。鋁合金材料（liào）作為一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，深入研究鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金材料焊接（jiē）質量，對新能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 新能源汽車的輕量化對提（tí）升新能源汽車（chē）的（de）續航裏程具有重要意義

為響應我國（guó）的“雙碳”發展（zhǎn）戰（zhàn）略，作為我國能（néng）源消耗大戶的汽車行業，肩負著低碳（tàn）排放的曆史使命，責任重（chóng）大（dà）。對此，近年我國大力發展新能源汽車產業，出台多（duō）項政策刺激和引導新能源汽車產業的發展（zhǎn）。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者接（jiē）受與青睞，近年在國內汽車消費市場的滲透率逐年提升。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額將被新能源汽（qì）車占據，且（qiě）純電動汽車將成為新能源（yuán）汽車的絕對主力。對於純電動汽車而言，因受（shòu）製於目前電池技（jì）術，整車（chē）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（qì）車發展的三大趨勢之一（yī），推進新能源汽車（chē）的輕量化將助力（lì）提升我國的汽車產品的競爭力（lì）

汽車的（de）輕量化除了可以（yǐ）顯著降低能量消耗，提升電動汽車（chē）的續航裏程外，對提升車輛（liàng）的加速（sù）性能、操作穩定性、製動性能、行車（chē）噪音、行（háng）駛平順性等也都（dōu）有明顯的助益。因（yīn）此，順應汽（qì）車行業的發展趨勢，通過合理的輕量（liàng）化材料的運用和結構設計，提升新能源汽車的輕量化（huà）水平，不僅可以提升汽車的各項性能指標（biāo），還可以有效控製汽（qì）車的生產成本（běn），提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作為（wéi）一個產業鏈比較長的（de）產業，新能源汽車的輕量化的發展（zhǎn）可以帶動（dòng）產業上下遊相關領域的轉型升級汽車（chē）的輕量化涉及汽（qì）車生產、維修、回收等多個（gè）相關產業。汽車輕量（liàng）化的快速發（fā）展必然會刺激汽車輕量化材料的研發和革新（xīn），對多材料混合運用技術如焊接、鉚接（jiē）等的發展也將有直接的強（qiáng）勁（jìn）推動（dòng）作用（yòng），對汽車（chē）的生產裝（zhuāng）備（bèi）也會提出更高（gāo）的要求。近年新能（néng）源汽車技術飛速發展，技（jì）術越來越成熟，與之配套的充電等（děng）社會公共設施也越來越（yuè）健全，再（zài）加上新能源汽車因相較於傳統燃油車更低的用車成（chéng）本等優勢，使新能源車越來越受到消費者的（de）喜愛。新能源汽車的銷量開始井噴式增長，在此背景下，新能源（yuán）汽車輕量化旺（wàng）盛的需求對汽車產業上下（xià）遊相關領域轉型升級的推（tuī）動作用越來越強勁（jìn）。

02    鋁合金在新（xīn）能源 汽車輕量化領域應用（yòng）的優勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優（yōu）化設（shè）計和應用輕量化的材料是目前汽車輕量化的三大技（jì）術手段。其中輕（qīng）量化材料的運用是最直接、最有效的方式。相（xiàng）比其他工程材料，鋁合金材料因具備諸多優勢，因此一開始便便到了汽車（chē）工程師的青睞。具體而言，鋁合金（jīn）在新能源汽車（chē）的輕量化（huà）領域具有一下（xià）優勢：

（１）鋁合金材料可以廣泛應用於新能源汽車的輕量化領域。鋁合金具有（yǒu）較高的比強度和優良的加工（gōng）成形性，可以應用於製造汽車（chē）的各種部（bù）件和零件。鋁合金材料（liào）可分為變形鋁合金和鑄造鋁（lǚ）合金兩大類（lèi）型。其中，熱交換器係統部件、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（yòng）鑄造鋁合金生產。因鋁合（hé）金的優良性能，使（shǐ）鋁合金在當前以及今後一段時期內都將（jiāng）是新能（néng）源汽車輕量化的主（zhǔ）要選材。

（２）鋁（lǚ）合金材料的廣（guǎng）泛應用從某種程度上可（kě）以降（jiàng）低新能源汽車的生產製造成本。鋁礦在地球上（shàng）的儲存量非常大，因此鋁（lǚ）合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維材料等成（chéng）本更（gèng）低（dī），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，可以實現新能源汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合金（jīn）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（hé）金、高強度鋼（gāng）、鎂合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格、加工（gōng）工藝等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁合金材料相較與高強度鋼，比強度高，密度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出了焊接、鉚接、螺接等多種連接方式。這些工藝（yì）目前都有成熟的在新能源汽車的生產製造（zào）過程中運用。因此，鋁（lǚ）合金材料在眾多汽車輕量化材料中脫（tuō）穎（yǐng）而出，漸漸成為了汽車（chē）輕量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化（huà）領域鋁合（hé）金材料焊接研究現狀

鋁合金在新能源（yuán）汽車的輕量化中有著舉足輕（qīng）重的作用，但在生產和使用過程仍（réng）麵臨生產工藝、安全（quán）等（děng）挑戰。汽車生產製造過程中各零部件的連接方式有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因工（gōng）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，是當前汽車零（líng）部件連接采取的主要工（gōng）藝方式（shì）。隨著新能源汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁（lǚ）合金在新能源汽車的（de）生產製造過程中的應（yīng）用會越來越多。但要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（dé）不對鋁（lǚ）合金的焊接（jiē）工藝進行更深入的研究，提高鋁（lǚ）合金焊（hàn）接的質量和效率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發（fā）展出多（duō）種技術路線，其中廣泛應用於汽（qì）車生產（chǎn）製造中的有有激光焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（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

激光焊（hàn）接在汽車生產（chǎn）製造過程中應用很廣泛，具有焊接效率高（gāo），焊接變形小，焊接能（néng）量密度高的技術特點。在（zài）新（xīn）能源汽車領域目前針對鋁合金的激光焊接，國內外專家（jiā）學者的（de）研究主要聚焦在（zài）兩個（gè）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，如激光焊接工藝（yì）對鋁（lǚ）合金焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能（néng）研究、接頭的組織及性能研究等（děng）。另外一個方向是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金（jīn）激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣孔（kǒng）、裂紋、變形的預測研究等（děng）。在國內外專家學者的共同努力下，鋁合金材（cái）料激光焊（hàn）接工藝得到了不斷地改善，焊接接頭（tóu）的力學（xué）性能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的（de）提（tí）升，焊接接頭（tóu）的缺陷率也得到了很好的控製，能較好的滿足新能源汽車生（shēng）產製造（zào）的工藝需求。此外，信息（xī）技術（shù）的快速迭代助推了工業機器人的快速發展，以視（shì）覺係（xì）統、機器人技術以及信息技術加（jiā）持的（de）遠程激光焊接技術也在快速的發展。新能源汽車生產過程的鋁（lǚ）合金材料激光焊（hàn）接技術的自動化、智能化程度越來越高。

3.2 新能（néng）源汽車領域鋁合金非熔化極惰性氣（qì）體（tǐ）保（bǎo）護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保護電弧焊非常適用與薄（báo）板鋁（lǚ）合金材（cái）料的（de）焊接，技術也很成熟。采用（yòng）ＴＩＧ焊接（jiē）方法（fǎ）焊接鋁合金不僅可以獲得美觀的連續魚鱗狀焊縫，還能自動同步清（qīng）除鋁合金焊接件表麵的氧化膜，進（jìn）而改善鋁合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有（yǒu）著天然（rán）的自身缺陷，它的鎢電極（jí）承載電流（liú）的能（néng）力有（yǒu）限，當有承載大電流時，容易（yì）被熔化和蒸發，由此產生的鎢（wū）電極微粒，也有掉入焊接熔池（chí）影（yǐng）響焊（hàn）接質量的可能（néng）。除此之外，生產（chǎn）效率低、熔深淺、熔（róng）敷速度小等不能滿足高效高質量的焊接要求的缺陷，也（yě）限製了ＴＩＧ焊接方（fāng）法（fǎ）在新能源汽車（chē）領域的應用。為了適應新能源汽車工業（yè）快速發（fā）展對於鋁合金焊接高質量、高效率的生產要求（qiú），近年不少學者對ＴＩＧ焊接（jiē）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焊焊接電弧集中，相（xiàng）比如傳統ＴＩＧ焊熔（róng）深得到明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊（hàn）接的境況，而且在即（jí）使沒有焊絲的情況下也能照常進行有效的焊（hàn）接。熱絲ＴＩＧ焊攻克（kè）了傳統（tǒng）ＴＩＧ焊焊接效率（lǜ）不高的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高（gāo）了（le）一倍以上，而且（qiě）焊接電弧穩定，沒有較大波動，確保了（le）鋁合金焊接接頭優（yōu）良的（de）性能，以及良好的焊接成（chéng）形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了改善和提升，在相同的（de）焊（hàn）接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可（kě）以減少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與此同（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（hàn）接（jiē）接頭的組織性能得到提（tí）升。

3.3 新能（néng）源汽車領（lǐng）域鋁合金熔化極惰性（xìng）氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得（dé）益於國（guó）內外專家（jiā）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成熟。在當前眾多鋁合金焊接技術中應用最廣泛（fàn）的是熔化極惰性氣體（tǐ）保護（hù）電弧焊（hàn）（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得（dé）非常優質的焊（hàn）接構件，因此在（zài）工程應用中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研（yán）究的（de）焦點，近年研發出（chū）了不少鋁合（hé）金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便（biàn）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（guò）改進優化單脈衝焊接技（jì）術發展而來，具有可調參數多，可（kě）合理的控製（zhì）輸入能量，以及（jí）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）料可以獲得穩（wěn）定可靠的高質量的（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（fǎ）脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和（hé）直（zhí）流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極（jí）焊（hàn））。而作為（wéi）短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊（hàn）接過程中，可以對輸入的（de）能量進行精確地（dì）控製，可以使熔池（chí）與（yǔ）焊絲快速分離，有效地減少（shǎo）飛（fēi）濺。因具有（yǒu）以上優點，ＣＭＴ焊特別適（shì）合於超薄（báo）板（bǎn）的（de）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（lǐng）域鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年的發（fā）展，在厚鋁合金（jīn）板材焊接方麵（miàn）有了重大突破（pò），已經可以高（gāo）效（xiào）率高質量（liàng）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（jǐ）十年的發展革新，也從（cóng）單一（yī）能場焊接發（fā）展出了多種複合能場焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也吸引了國內外學者的關注，其中攪拌摩擦焊焊接接頭的裝配方式和焊接工藝參數是當下研究（jiū）的重點。其中，在接頭裝（zhuāng）配方式的（de）選擇上，有Ｔ型裝配、對接（jiē）、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究展望

科技一般指科學技術。社（shè）會上習慣於（yú）把科學和技術連在一（yī）起，統稱為科學技（jì）術，簡稱科技。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。實際二（èr）者既有密切聯係，又有重要區別。科學解決理論問題，技術解決實際問（wèn）題（tí）。

新能源汽車尤（yóu）其是其中的純電動汽車，因電池（chí）技術的瓶頸和自身結構的特殊（shū）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（chéng）。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（de）優勢，越（yuè）來（lái）越廣泛的應用（yòng）於新能源汽車的生產製造過程中（zhōng）。新能源汽車在生（shēng）產製造中的鋁合金使用量（liàng）已經超過多數的傳統燃油（yóu）車。隨著（zhe）我國新能源汽車近幾年的（de）井（jǐng）噴式發展，必然會進一步（bù）拉動鋁合金在汽車行業的廣泛應用（yòng）。因此關於提升鋁合金焊接件的焊接質量的研究將會成為研究（jiū）焦點。鋁合金激光（guāng）焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌（bàn）摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將（jiāng）會更加深入，為新能源汽車輕量化中鋁合金的應用，提供更加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽車的生產製造中充分發揮減重（chóng）優勢。

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