新能源汽車輕量化領域鋁合金焊接技術

汽（qì）車工業幾十年的高速發展所帶來的能源消耗和（hé）環境汙染的（de）問題日益突出，已（yǐ）經成為全球汽車（chē）工業亟需著手（shǒu）解決的時代命題。大力發展新能源汽車是應對汽車產業（yè）發展（zhǎn）危機的有效方案，也是實現我國“雙碳”目標的重（chóng）要舉措。但新能（néng）源汽車的發展，目前仍麵臨著諸（zhū）多挑戰，其中續航焦（jiāo）慮（lǜ）是新能源汽車（chē）推廣的最大障礙。而新能（néng）源汽車與傳統燃油（yóu）車結構（gòu）的不同，車（chē）身更重。在此背景下，新能（néng）源（yuán）汽車的輕量化需求相比傳統燃油車更加迫切。在（zài）當前汽車輕量化的手段（duàn）中，最行之有效的（de）是材料的輕量化。鋁（lǚ）合金材（cái）料作為一種（zhǒng）性（xìng）能優（yōu）異的輕合（hé）金材料，廣泛應用於汽（qì）車（chē）的輕（qīng）量化領域（yù）。因此，深（shēn）入（rù）研究（jiū）鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金材料（liào）焊（hàn）接質量（liàng），對新能源汽車輕量化的發展具有重（chóng）要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰（zhàn）略意義

1.1 新能源汽車的輕量（liàng）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（guó）的（de）“雙碳”發展戰略，作為我國能源消耗大戶的汽車行業，肩負著（zhe）低碳（tàn）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，出台（tái）多項政策（cè）刺激和引導新能源汽車產業的發展（zhǎn）。在多方的共同努（nǔ）力下，新能源汽車逐漸被廣（guǎng）大（dà）消費者（zhě）接受與青睞，近（jìn）年在國內汽車消費市場的滲透率逐年提升。具中國汽車工（gōng）程學會預測，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，且純電動汽車將成為新能源汽車的絕對主力。對於純電動汽車而言，因（yīn）受製於目前電池技術，整車整備質量相較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航裏程有著非常顯著的作用。據（jù）統計（jì），在純電動汽車的動力電池重量不（bú）變的（de）前（qián）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（liàng）化將助力提升我國的汽車產品的競（jìng）爭力

汽車的輕量化除了可以（yǐ）顯著降低能量消耗，提升電動（dòng）汽車的續航裏程外，對提（tí）升車輛的加（jiā）速性能、操作穩定性、製動性能（néng）、行車噪音（yīn）、行（háng）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，通過合理的（de）輕量化材料的運用和結構設計，提升新能源（yuán）汽車的輕量化水平，不（bú）僅可以提升汽車的各項性能指標，還可以有效控製汽車的生產成本，提高（gāo）市場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業鏈比較長的產業，新能源汽（qì）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輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多個（gè）相（xiàng）關產業。汽車輕量化的快速發展必然會（huì）刺激汽車輕（qīng）量化材料的（de）研發和革新，對多材料混合運用技術如焊接、鉚接等的發展也將有直接（jiē）的強（qiáng）勁推動作用，對汽車的生產裝備（bèi）也（yě）會提出更高的要求。近年（nián）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（gōng）共設施也越來越健全（quán），再加上新能源（yuán）汽車因相較於（yú）傳統燃油車（chē）更低的用車成本等（děng）優勢，使新能源車越來越（yuè）受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開（kāi）始井噴式（shì）增長，在此背景下，新能源（yuán）汽車輕量化旺盛的需求對汽車產業上下遊相關（guān）領域轉型升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合（hé）金在（zài）新能（néng）源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用先（xiān）進（jìn）的製造工藝、對結構進行優化（huà）設計和應用輕量化（huà）的材料是目前汽車輕量化的三大技術手段。其中輕（qīng）量化材料的運用是最直接、最有效的方式。相比其他工程材（cái）料，鋁合金（jīn）材料（liào）因具備諸多優勢，因此一開始便（biàn）便（biàn）到了汽車工程師的青睞。具體而言，鋁合金在新能（néng）源汽車的輕量化領域具有一（yī）下優勢：

（１）鋁合金材（cái）料可以廣泛應用於新能源汽車的（de）輕（qīng）量化領域。鋁（lǚ）合金（jīn）具有較高的比強度和優良（liáng）的加工成（chéng）形（xíng）性，可（kě）以應用於製造汽車的各種部件和零件。鋁合金材料可分為變形鋁合金和鑄（zhù）造鋁合金兩（liǎng）大類（lèi）型。其（qí）中，熱交換（huàn）器係（xì）統（tǒng）部件（jiàn）、車身骨架、車門等可以應用變形鋁合金製（zhì）造；而加速踏板、車（chē）輪、方向盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁（lǚ）合金生產。因鋁合金的優（yōu）良性能，使鋁合金（jīn）在當前以及今後一（yī）段時期（qī）內都將是新能源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料的（de）廣泛應用從某種程度上（shàng）可以降（jiàng）低新能（néng）源汽（qì）車的生產製造成本。鋁礦在地球上（shàng）的儲存量非（fēi）常大，因此（cǐ）鋁合金材（cái）料相較於鎂（měi）合金材料、碳纖維材料等成本更低，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（lì）用率，可以實現新（xīn）能源汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合金材料（liào）相較於其他汽車輕量化材料減重潛力（lì）更大。當前（qián）主流的汽車（chē）輕量化材料有鋁合金、高（gāo）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（jià）格、加工工藝（yì）等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁合金材料（liào）相較與（yǔ）高強度鋼，比強度高，密（mì）度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金（jīn）材料製造工（gōng）藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出了焊（hàn）接、鉚接、螺接等（děng）多種連接方式。這些工藝目前都有成（chéng）熟的在新能源汽車的（de）生產製造過程中（zhōng）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（huà）的主流材料。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊（hàn）接研究現狀

鋁（lǚ）合金在新能（néng）源汽車（chē）的輕量化中有著舉足輕重的作用，但在生產和使用過程仍麵臨生產工藝、安全等挑戰。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（luó）接等，其中焊接因工藝簡單、性價比（bǐ）高、性能優越以及方便自動（dòng）化（huà）流水作業（yè）等優點（diǎn），是當前汽車零部（bù）件連（lián）接采取的（de）主要工藝方式（shì）。隨著新能源（yuán）汽車輕量（liàng）化需求的日益旺盛，鋁合金（jīn）在新能源汽車的生產製造過程中的應用會越（yuè）來越多。但要提高鋁合金材（cái）料在（zài）新能源汽車生產（chǎn）製造中的（de）運用量（liàng），就不得不對鋁合金的焊（hàn）接工藝進（jìn）行（háng）更深入的研究，提高鋁合金焊接的質量和（hé）效率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟（shú）的（de）連（lián）接方式，目前已經發展（zhǎn）出多（duō）種技術路（lù）線，其中廣泛應用（yòng）於汽車（chē）生產製（zhì）造中的有有激光焊接、非（fēi）熔化（huà）極惰性氣體（tǐ）保（bǎo）護電弧焊（hàn）（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌（bàn）摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源（yuán）汽車領域鋁合金激光焊接

激光焊（hàn）接在汽車生產製造過程中應用（yòng）很廣泛，具有焊接效率（lǜ）高，焊接變形小，焊接能量密度高的技術特點。在新能（néng）源汽車領域目前針對（duì）鋁合金的激光焊接（jiē），國內外專家學者的研究主（zhǔ）要聚焦在兩個（gè）方向：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金焊接接（jiē）頭性能影響（xiǎng），如激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭的（de）力學性能和耐腐蝕性能（néng）研究、接頭的（de）組織及性（xìng）能研究等。另外一個方向是鋁（lǚ）合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁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、變形的預測研究等。在國內外專（zhuān）家學者的共同努（nǔ）力下，鋁合金材料激光焊接工藝得到了不（bú）斷地改善，焊接接頭的力學性（xìng）能（néng）和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提（tí）升，焊接接頭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產製造的（de）工藝需（xū）求。此外，信息技術的快速迭（dié）代助推了工（gōng）業機器人（rén）的快速發展，以視覺係統、機器人技術以（yǐ）及信息技術加持的遠程激光焊接（jiē）技術也在快速的（de）發展。新能源汽車生產過程的鋁合（hé）金材料激光焊接技（jì）術的自動化、智能化程度越來越高。

3.2 新能源汽車領域鋁合金非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保護（hù）電弧焊非常適用與（yǔ）薄板（bǎn）鋁合金材料（liào）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續魚鱗（lín）狀焊縫，還能（néng）自動同步清除鋁合金焊接件表麵的氧化膜，進而改善鋁合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限（xiàn），當有承載大電流（liú）時，容易被熔化和（hé）蒸發，由此產生（shēng）的鎢電（diàn）極微粒，也有掉入焊（hàn）接熔池（chí）影響焊接質量的可能。除此之外（wài），生（shēng）產效率低、熔深淺、熔（róng）敷（fū）速度小（xiǎo）等不能滿足高效高（gāo）質量的焊接要求的缺（quē）陷，也（yě）限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為（wéi）了適應新（xīn）能源汽車工業快速（sù）發展對於鋁合（hé）金焊接（jiē）高質量、高效（xiào）率的生產要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱（rè）絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方（fāng）法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集（jí）中，相比如傳統（tǒng）ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變了傳（chuán）統ＴＩＧ不（bú）太適用於（yú）鋁合金厚板材焊接的境況，而且在即使沒有焊絲的情（qíng）況下也能（néng）照常（cháng）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（hàn）的基（jī）礎上提高了一（yī）倍以上，而且焊接（jiē）電弧穩定，沒有較（jiào）大波動，確保了鋁合金焊接接頭（tóu）優良的性能（néng），以及良好的焊接成形外觀。而（ér）Ａ－ＴＩＧ焊則在（zài）焊接質量上（shàng）進行了（le）改善和提升，在相同的焊接速度下（xià），Ａ－ＴＩＧ焊相（xiàng）較於傳統ＴＩＧ焊可以（yǐ）采用更小的焊接電流，進（jìn）而可（kě）以減少鋁合（hé）金在（zài）焊接過（guò）程中（zhōng）的熱（rè）變形，與此（cǐ）同（tóng）時（shí）為增加鋁（lǚ）合金焊（hàn）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）織性能得（dé）到提（tí）升。

3.3 新能源（yuán）汽車領域鋁合金熔（róng）化極惰性氣（qì）體保護焊（hàn） （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續（xù）關注和（hé）深入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊接方式（shì）也日益豐富成熟。在當前眾多鋁合金焊（hàn）接技術中應用最（zuì）廣泛的是熔化極（jí）惰性氣體保護電弧（hú）焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非常（cháng）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焊也是專家學者們研究的焦點，近年研（yán）發出了不少鋁（lǚ）合金ＭＩＧ焊（hàn）新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金（jīn）ＭＩＧ焊新（xīn）工藝中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改（gǎi）進優化單脈衝焊接技術發展而來，具有可調參數多，可合理的控製輸入能量，以及可對焊接（jiē）工（gōng）藝參數進行靈活的匹配等優（yōu）點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可以獲得穩（wěn）定可靠的高質量的焊縫。在（zài）眾多（duō）工業領（lǐng）域（yù）廣泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了（le）反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正向接法脈（mò）衝ＭＩＧ焊（hàn）（ＥＰ極焊）。而作為短路過渡焊技（jì）術的ＣＭＴ焊在焊（hàn）接過（guò）程中，可以對輸入的能量進行精確地控製，可（kě）以使熔池（chí）與焊（hàn）絲快速分離，有效地減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別（bié）適合於超（chāo）薄板的（de）焊接，可以獲得較高（gāo）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（hàn）（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年的發展，在（zài）厚（hòu）鋁合金板材焊接方（fāng）麵有了重大突破，已（yǐ）經可以高效率高質量（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十年的發展革新，也從單一能場（chǎng）焊接發展出了多種複合（hé）能（néng）場焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的（de）研究也吸引了國內外學者的關注，其中攪拌（bàn）摩擦焊焊接接頭（tóu）的裝配方式和焊接工藝參（cān）數是當下研究的重點。其中，在接頭裝配方式的（de）選擇上，有Ｔ型（xíng）裝配、對接、對－搭接和（hé）搭接等。

04   新能源汽車輕量（liàng）化領域鋁（lǚ）合金材料焊接研（yán）究展望

科技一般指科學技術。社會上（shàng）習慣於把科學和技（jì）術連在一起，統稱為科學技（jì）術，簡稱科技。實際（jì）二者（zhě）既有密切聯係，又有重要區別。實際（jì）二者既有（yǒu）密切聯係，又有重要區別。科學解決理論問題，技術解決（jué）實際問題。

新能源汽車尤其（qí）是其中的純電動汽車，因電池技術的瓶頸和自身結構的特殊性，車輛（liàng）的迫切需（xū）要輕量化，以期通過（guò）減少自身重量從而增加（jiā）續航裏程（chéng）。鋁合（hé）金材料不僅性能優異（yì）且可實現再生循環利用，因此在（zài）汽車輕（qīng）量（liàng）化材料（liào）中（zhōng）具有明顯的優（yōu）勢，越來越廣泛的應用於新能源汽車的生產製造過程中。新能源汽車在（zài）生產製造中的（de）鋁合金使用量已經超過多數的傳統燃油車。隨著我國新能源汽車近幾年的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁合金在（zài）汽車行業的廣泛應用。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焦點。鋁合金（jīn）激光焊接、鋁合（hé）金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將會更加深入，為新能源汽（qì）車輕量化中鋁合金的應用，提供更加堅實的技（jì）術支（zhī）撐（chēng），從而保障鋁合金在（zài）新能源汽車的生產製造中充分發揮減重優勢。

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