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（suǒ）帶來的能源消耗和環境汙（wū）染的問題日益突（tū）出，已經成為（wéi）全球汽車工業亟需（xū）著手解決的時代命題。大力發展新能源（yuán）汽車是應對汽車產業發展危機的有效方案，也是實現我國“雙碳”目標的重要舉措。但新能源汽車的發展（zhǎn），目前仍麵臨著諸多（duō）挑戰，其中續航焦慮（lǜ）是新能源汽車推廣（guǎng）的最大障礙。而新能源汽車與傳統燃油車結構（gòu）的不同，車身更重。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（zuò）為一（yī）種性能優異的輕合金材料，廣泛應用於汽（qì）車的輕量化領域。因此，深入研究鋁合金焊接技術，進而（ér）提升鋁合金材料焊接（jiē）質量，對新能源汽車輕量（liàng）化的發展具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰（zhàn）略意義

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

為響應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消（xiāo）耗大戶的汽車行業（yè），肩負著低碳（tàn）排放的曆史使命，責任重大（dà）。對（duì）此，近年我國大力發展新能源汽（qì）車產業，出台多項政策刺激（jī）和引導新能源汽車產業（yè）的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者接受與青睞，近年在國內汽車消費市場的滲透（tòu）率逐年提升。具（jù）中國汽車工程學會預測，到２０３５年中國汽車市（shì）場的大部分份額將被新能源（yuán）汽車占據，且純（chún）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，因受製於目前電（diàn）池技術，整車整備質量（liàng）相較（jiào）於傳統燃油車反而顯著（zhe）增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續（xù）航裏程有著非常顯著的作用。據統計（jì），在純電動汽車的動力電池重量不變的前提下，整車（chē）整備質量每減輕（qīng）１００公（gōng）斤，續航裏程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽車（chē）發展的三大趨勢之一，推進新能源汽車的輕量化將助力提升我國的汽車產品的（de）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（dòng）汽車的續航裏程外，對提（tí）升車輛的（de）加速性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性（xìng）等也（yě）都有明（míng）顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理（lǐ）的輕量化材料的運用和結構設計，提升新（xīn）能源汽車的輕量化水平，不僅可以提升汽車的各項性能指標（biāo），還可（kě）以有效控製汽車的生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽（qì）車產業（yè）作為一個產業鏈比較長的產（chǎn）業，新能（néng）源汽車的輕量（liàng）化的發展可（kě）以帶動產業上下遊相關領域的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多個相關產業。汽車輕量化的快（kuài）速發展必然（rán）會刺激汽車（chē）輕（qīng）量化材料的研發和（hé）革新，對多材料混（hún）合（hé）運用技術如焊接（jiē）、鉚接等的發（fā）展也將有直（zhí）接的強（qiáng）勁推動作用（yòng），對汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能（néng）源（yuán）汽車技術飛速發展，技術越（yuè）來（lái）越成熟，與之配套的（de）充電等社會公共設施也（yě）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車成本等優勢，使新能（néng）源（yuán）車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽（qì）車的銷量開始井噴式增長，在此（cǐ）背景下，新能源汽車輕量（liàng）化旺盛的需求對汽車產業上下遊相關領（lǐng）域轉型升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領（lǐng）域應用的優勢

使用先進的製造工藝、對（duì）結構進行優化設計（jì）和應用輕量化的材料是目前汽（qì）車輕量化的三大技術手段。其中輕量化材料（liào）的運用（yòng）是最直接、最有效的方式。相比其（qí）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工（gōng）程師的青睞。具體而言，鋁合金在新能源汽車的輕量化領域具有一下優勢（shì）：

（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（jīn）具有較高的比（bǐ）強（qiáng）度和優（yōu）良的加工成形性，可以應用於製造汽車的各種部件和零件。鋁合（hé）金材料可分為變形鋁合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（kě）以應用變形鋁合金製造；而加（jiā）速踏板（bǎn）、車輪、方向盤、電（diàn）機外殼等可以應用鑄（zhù）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時（shí）期內都將是新（xīn）能源汽車輕（qīng）量化的主要選（xuǎn）材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從（cóng）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（de）儲存量（liàng）非常（cháng）大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維（wéi）材料等成本更低，此（cǐ）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（chǎn）材料的循環利用。

（３）鋁合金材料相（xiàng）較（jiào）於其他汽車輕量化材（cái）料減重潛力更大。當前主流的（de）汽車輕量化材（cái）料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格、加工工藝等因素的製約，目前使用（yòng）的並不多（duō）。而鋁合金材料相較與高強度鋼，比強度高，密度較小，減（jiǎn）重潛力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝（yì）成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出了焊接（jiē）、鉚（mǎo）接、螺接等多種連接（jiē）方式。這些工藝目前都有成熟的在新能源汽車的生產製（zhì）造過程中運用。因此，鋁合（hé）金材料在眾多汽車輕量化材（cái）料中脫穎而出（chū），漸漸成為了汽車輕量化的（de）主（zhǔ）流材料。

03    新能源汽（qì）車輕量化領域鋁合金材料焊接研究現狀

鋁合金在新能源汽車的（de）輕量化中有著（zhe）舉足輕重的作用，但在生產和使用過（guò）程仍（réng）麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽車生產製造過程中各零部（bù）件的（de）連接方式有焊接、鉚接、螺接等，其中（zhōng）焊接因（yīn）工藝簡單、性價比高、性能優越以及方便自動（dòng）化流水作業等優點，是當前汽車零（líng）部件連接（jiē）采（cǎi）取的主要工（gōng）藝方式。隨著新能源汽車輕量化需（xū）求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的生產製造過程中的應用會越來越多。但要（yào）提高鋁合金材（cái）料在新能源汽車生產製造中的運用量（liàng），就不得不對鋁合金的焊接工（gōng）藝進行更深入的研究，提高鋁（lǚ）合（hé）金焊接的質量和效（xiào）率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展出多種技術路線，其中廣泛應用於汽車生產製造中的有有激光焊接、非（fēi）熔化極惰性（xìng）氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊（hàn））、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新（xīn）能源汽車領域鋁合金激光焊接

激光焊接在（zài）汽車生產製造（zào）過程中應用（yòng）很廣泛，具有焊接效（xiào）率高，焊接變形小（xiǎo），焊接能量密度高的技術特（tè）點。在新能源汽車領域目前針對鋁合金的激光焊接，國內外專家學者的研究（jiū）主要聚焦在兩個方向：一個方（fāng）向是激光焊接工藝（yì）對鋁合金焊接接頭性能（néng）影響，如激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭的力學性能和耐腐蝕（shí）性能研究、接頭的組織及性能研究等。另外一個方向是鋁（lǚ）合金激光焊接過程中（zhōng）的缺陷，如鋁合金激光焊接頭顯微組織的研究、鋁（lǚ）合金激光焊接（jiē）接頭氣孔、裂紋、變形的預測研究等。在國（guó）內外專（zhuān）家學者的共同努力下，鋁合金材料激光焊接工藝得到（dào）了不斷地改善，焊接（jiē）接頭的力學性（xìng）能（néng）和耐腐蝕性能（néng）得到了（le）較大幅度（dù）的提升，焊接接頭的缺（quē）陷率也得到了很好的控製（zhì），能較（jiào）好的滿足新（xīn）能源汽車生（shēng）產製造的工藝需求（qiú）。此外，信息技（jì）術的（de）快速迭代助推了工業（yè）機器人的快速發展，以視覺係統（tǒng）、機器人技術以（yǐ）及信息技術加持的遠程激光焊接技術也（yě）在快速的發展。新能源（yuán）汽車生產過程的鋁合金（jīn）材料激光焊接技術的自動化、智能化程度越（yuè）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（diàn）弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化（huà）極惰性氣體（tǐ）保護電弧焊非常適用與（yǔ）薄板鋁合金材料的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可以獲得美觀的連（lián）續（xù）魚（yú）鱗狀焊縫，還（hái）能（néng）自動同步清除（chú）鋁合金（jīn）焊接件表麵的氧化膜，進而改善鋁合金焊接接（jiē）頭的質量（liàng）。但是，ＴＩＧ焊（hàn）接（jiē）有著天然的自身缺（quē）陷，它的鎢電極承載電流的能力（lì）有限（xiàn），當有承載大電流時，容易被熔化和蒸發，由此產生的鎢電極微粒，也有掉入焊接熔（róng）池影響焊接質（zhì）量的可能。除此之外，生產效率低、熔深淺、熔敷速度小（xiǎo）等不能滿足高效高質量的焊接要（yào）求的缺陷，也限（xiàn）製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為了適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（yào）求，近年不少學者對（duì）ＴＩＧ焊（hàn）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（zhōng），相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變（biàn）了傳（chuán）統（tǒng）ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊接的境況，而且在即使沒有焊絲的情況（kuàng）下也能照常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高（gāo）了一倍以上，而且焊接電（diàn）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（háng）了改（gǎi）善和提升，在相同的焊接速（sù）度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊可以采用更（gèng）小的焊接電流，進而可以減（jiǎn）少鋁合（hé）金在焊接過程中的熱（rè）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（biàn）了活性劑的組（zǔ）成，使鋁合（hé）金焊接接（jiē）頭的組織性能得到提升。

3.3 新能源（yuán）汽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的是熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非常優質的焊接構件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家（jiā）學者們研究的焦點（diǎn），近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝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（yòng）頻率（lǜ）最高的。雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊是通過（guò）改進優化單脈衝焊接技術發展而來，具有可調參數（shù）多，可合理的控製輸入能量，以及可對焊接工藝參數（shù）進行靈活的匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料（liào）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應（yīng）用的（de）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（ＥＰ極焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中（zhōng），可以對輸入的能量進行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速分（fèn）離，有效地減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄（báo）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攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦（cā）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（yǐ）經可以高效率（lǜ）高質量的焊接（jiē）１．２至６毫米的（de）厚鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十年的發（fā）展革（gé）新，也從單一能場焊（hàn）接（jiē）發展出了多種複合（hé）能（néng）場焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也吸引了國內外學（xué）者的關注，其中攪拌摩擦（cā）焊焊接接頭的裝配方式和焊接工藝參數是當下研究的（de）重點（diǎn）。其中，在接頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對（duì）接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車輕量化領域鋁合（hé）金材料焊接（jiē）研究展望

科技（jì）一般指（zhǐ）科學技（jì）術。社會上習慣於把（bǎ）科（kē）學和技術連（lián）在一起，統稱為（wéi）科學（xué）技術，簡稱科（kē）技。實際二者既有密切聯係，又有重（chóng）要區別（bié）。實際二者既有密切聯係，又有（yǒu）重要區別。科學解決（jué）理論問（wèn）題，技術解決實際問題。

新能源汽車尤其是（shì）其中的純電（diàn）動汽車，因（yīn）電池技術的瓶頸和自身結構的（de）特殊性，車輛的迫切需要輕量化（huà），以期通過減少自身重量從而（ér）增加續航裏（lǐ）程。鋁合金材料不僅性能（néng）優（yōu）異且可實現再生循環利用，因此在汽車輕量（liàng）化（huà）材（cái）料中具有明顯的優勢，越（yuè）來越廣泛（fàn）的應用於新能（néng）源（yuán）汽車的生產製造過程中。新（xīn）能源汽車在生產製造中的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（yuán）汽車近幾年的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此（cǐ）關（guān）於提升鋁合金焊接件的（de）焊接質量的研究將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接（jiē）、鋁合（hé）金（jīn）熔化極惰性（xìng）氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合（hé）金攪拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將（jiāng）會更加深（shēn）入，為（wéi）新能源汽車輕量化中鋁合金的應（yīng）用，提供更加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金在新（xīn）能源汽車（chē）的生產製造中充分發揮減重優勢。

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