新能源汽車輕量（liàng）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的能源消耗和環境（jìng）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。大力（lì）發（fā）展新（xīn）能源汽車是應對汽（qì）車產業發展危機的有效方案，也是實現（xiàn）我國“雙碳（tàn）”目標的重要舉措。但新能源汽車的發展，目前仍麵臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新（xīn）能源汽車（chē）推（tuī）廣的最大障礙。而新能源汽車與傳統燃（rán）油車（chē）結構（gòu）的不同，車（chē）身更重。在此背景（jǐng）下，新能源汽（qì）車的輕量化（huà）需求相比傳統燃油（yóu）車更（gèng）加迫切。在當前汽車（chē）輕量化的手段中，最行（háng）之有效的是材料的輕量化。鋁合金（jīn）材料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（cǐ），深入研究鋁合金焊接技術，進而提（tí）升鋁合（hé）金材料焊接質量，對新能源汽車輕（qīng）量化的發展具有重要（yào）促進意義。

01   新能源汽車輕量（liàng）化的戰略意義

1.1 新能源汽車的輕量化（huà）對（duì）提升新能源汽車的續航裏程具有重要意義

為響（xiǎng）應我國的“雙碳”發（fā）展戰略，作（zuò）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（zé）任重大。對此，近年我國大力發展新能源汽車產業（yè），出台多項政策刺激和引導新能源汽車產業的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車（chē）逐漸被廣大消費者接受與青睞，近年（nián）在國內汽車消費市場的滲透率逐年提升。具（jù）中國汽車工（gōng）程（chéng）學會預測，到２０３５年中國汽車市場的大部分（fèn）份額將被新能源汽車占據（jù），且純電動汽車將成（chéng）為新能源汽車的絕對（duì）主力。對於（yú）純電動汽車而言，因受製（zhì）於目前電池技術，整車整備質量（liàng）相較於傳統（tǒng）燃油車反而顯著增加，增（zēng）量達１５％－４０％。整車的輕（qīng）量化對提升續航裏（lǐ）程有著非（fēi）常顯著的作用。據統（tǒng）計，在純電動汽車的動力電池（chí）重量不變的前提下，整車整備質量（liàng）每減輕１００公斤，續（xù）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（jiāng）助力提升我（wǒ）國（guó）的汽車產品的競爭力

汽車的（de）輕量化除了可以顯（xiǎn）著降低（dī）能量消耗，提升電動汽車的續航裏程外，對提升車輛的加速性能、操作（zuò）穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也（yě）都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量化材料的運用和結構設計（jì），提升新能（néng）源汽車（chē）的輕量（liàng）化水平，不僅可以提升汽車的各項性能指標，還（hái）可以（yǐ）有效控（kòng）製汽車的生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業鏈比（bǐ）較長的產業，新能源汽車的輕量化的發展可以帶動產業上下（xià）遊相關領域的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生（shēng）產、維修、回收等多個相關產業。汽車（chē）輕量化（huà）的快速發展必然會刺激汽車輕量化材料的研發和革新（xīn），對多（duō）材料混合運用技術（shù）如焊接、鉚接等的（de）發（fā）展也將有直接的強勁推動（dòng）作用，對汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源（yuán）汽車（chē）技術飛速（sù）發展，技術越來（lái）越成熟，與之配套的充電等社會公共設施也越來越健（jiàn）全，再加（jiā）上（shàng）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（xīn）能源車（chē）越（yuè）來越受到消費者的（de）喜愛。新（xīn）能源（yuán）汽車的銷量開始井噴式增長，在此背景下，新能源汽（qì）車輕量化旺盛的需求對汽車（chē）產業上（shàng）下（xià）遊相關領域轉型升（shēng）級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新能（néng）源 汽車輕量（liàng）化領域（yù）應用的優勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優化設計和應用輕量化（huà）的材料是目前汽車輕量化的三大技術手段。其中輕量化材（cái）料的運用是最直接、最有效的（de）方式。相比其他工程材料，鋁合金材料因具備諸多優勢，因此一（yī）開始便便到了汽車工程師（shī）的青睞。具體而言，鋁合金在（zài）新能（néng）源（yuán）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（xīn）能源汽車的輕量化領域。鋁合金（jīn）具（jù）有較高的比強度和優良的加工成形性，可以應用（yòng）於製（zhì）造汽車的各（gè）種部（bù）件（jiàn）和零件。鋁合金材料（liào）可分為變形鋁（lǚ）合金（jīn）和鑄（zhù）造鋁合金兩大類型。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（lún）、方向盤、電機外殼等可以應（yīng）用（yòng）鑄造鋁（lǚ）合金生產。因鋁合金的優良性能，使（shǐ）鋁合金在當（dāng）前以及今後（hòu）一段時期內都將是新能源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金（jīn）材料的廣泛應（yīng）用從某種程度上可以降低新能源汽車的生產製造成本。鋁礦在（zài）地球上的儲存量非常（cháng）大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維（wéi）材料（liào）等成本更低，此外鋁合金具有（yǒu）良好的耐（nài）蝕性，且熔點低，可（kě）以實現非常高的回收利用（yòng）率，可以實現新能（néng）源汽車生產材料的（de）循環利用（yòng）。

（３）鋁合金材料（liào）相較於其他汽車（chē）輕（qīng）量化材料減（jiǎn）重潛力（lì）更大。當前（qián）主流的汽車輕量化材（cái）料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖（xiān）維材（cái）料等。但其中鎂合金和碳纖維材（cái）料因價格、加工工藝等因素的製約（yuē），目（mù）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。這些工藝目前都有成（chéng）熟的在新能源汽車的生產（chǎn）製造過程中運用。因（yīn）此，鋁合金材料在眾多汽車輕量化材（cái）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（qì）車（chē）輕量化領域鋁合金材料焊接研究（jiū）現狀（zhuàng）

鋁合金在新能源汽車的輕量化中有著舉足輕重的（de）作用，但在生產和使用過程仍（réng）麵臨生產工藝、安全等（děng）挑戰。汽車（chē）生產製造過程中各零部件的連接方式（shì）有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因工藝簡單、性價比高、性能（néng）優越以及方便自（zì）動化流水作業等優點，是當前汽車（chē）零部件連接采（cǎi）取的主要工藝方式。隨著新能源汽車輕（qīng）量化需求的日益旺盛，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，就不得不對鋁合金的焊接工藝進行更（gèng）深（shēn）入的研究，提高鋁合金焊接的（de）質量和（hé）效率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展出多種技術路線，其中廣泛（fàn）應用於汽車生產製造中的有（yǒu）有激光焊接（jiē）、非熔化極惰性氣體保護電弧（hú）焊（hàn）（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（jīn）激光焊接

激光焊接在汽（qì）車（chē）生產製造過（guò）程中應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小（xiǎo），焊接能量密度高的技術特點。在新能源汽車領（lǐng）域目前針對鋁合金的激光焊接，國內外專家學（xué）者的研究主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個（gè）方向是激光焊接工（gōng）藝（yì）對鋁合金焊接接（jiē）頭性（xìng）能影響，如激（jī）光焊接工藝對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。另外一個方向是鋁合（hé）金激光（guāng）焊接過（guò）程中的缺陷，如鋁合金激光焊（hàn）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（jiū）等。在國內外（wài）專家（jiā）學（xué）者的共同努力下，鋁合金材料激光焊接工（gōng）藝得到了不斷地改善，焊接（jiē）接頭的力學性能和耐腐蝕性能得（dé）到（dào）了較大幅（fú）度的提升，焊接接頭的缺陷率也得到了很好的控製，能（néng）較好的（de）滿足新能源汽車生產製造的工藝需求。此（cǐ）外，信息（xī）技術的快速迭代助推了工業機器人的快速發展，以視覺係統（tǒng）、機器人技術以及信息技術加持的遠程激光焊接技術也在（zài）快速的（de）發展。新能源汽車生產過程的鋁合金材料激光焊接技術的自動化、智能化程度越來越（yuè）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（tǐ）保護電弧焊非常適（shì）用與薄板鋁合金材料（liào）的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方（fāng）法焊接鋁合金不僅可以獲得美觀的連續魚（yú）鱗狀（zhuàng）焊縫，還能（néng）自動同步清除鋁合金焊接件表麵的氧化（huà）膜，進而改善鋁合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊（hàn）接（jiē）有著（zhe）天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當有（yǒu）承載大電流時，容易被熔化和蒸發，由此產生的（de）鎢電極微粒，也有掉入（rù）焊接熔池影響焊接質量的可能。除此之外，生（shēng）產效率低、熔深淺、熔敷速度小（xiǎo）等不能滿足高效高（gāo）質（zhì）量的焊接要求（qiú）的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽（qì）車領域的應用（yòng）。為了適應（yīng）新能源汽車工業快速發展對於（yú）鋁合金焊（hàn）接高（gāo）質量、高效率的生產（chǎn）要（yào）求，近年不少學（xué）者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出（chū）了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊（hàn）、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方（fāng）法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相（xiàng）比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到（dào）明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不（bú）太適用（yòng）於鋁合金厚板材焊接的境況，而且在即使（shǐ）沒有焊絲的（de）情況下也能照（zhào）常進行有效的（de）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（de）基礎上提高了一（yī）倍以上，而且焊接電弧穩定，沒有（yǒu）較大波（bō）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（guān）。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，進而可以減少鋁合金在焊接過（guò）程中的熱變形，與此同時（shí）為增加鋁合金（jīn）焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組（zǔ）織性能得到提（tí）升。

3.3 新能源汽車領域鋁合金熔化極（jí）惰（duò）性氣（qì）體（tǐ）保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續關（guān）注和（hé）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（zài）當前眾多鋁合金焊接技術中應（yīng）用最廣泛的（de）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（huò）得非常優質的焊（hàn）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（hàn）也是專家學者們研究的焦點，近（jìn）年研（yán）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焊新工藝中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊（hàn）是通過改進優化（huà）單脈衝焊接技術發展而來，具有可調參數多，可合理的（de）控製輸入能量，以及可對焊接工藝參數進行（háng）靈活的匹配等優點（diǎn）。使用雙脈衝（chōng）ＭＩＧ焊（hàn）焊接鋁合金材料可以獲得穩定可靠的高質量的焊縫。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）和直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為（wéi）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（jìn）行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速分離，有（yǒu）效地（dì）減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板（bǎn）的焊接，可以獲得較高質量水平的超薄板（bǎn）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（cā）焊經過近３０年的發展，在厚鋁（lǚ）合金板材焊接方麵（miàn）有了重大（dà）突（tū）破，已經可以高效率高質量的焊（hàn）接１．２至６毫米的厚鋁（lǚ）合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十年的發展革新（xīn），也從單一能場焊接發（fā）展出了多種複（fù）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（jiē）接頭的裝配方式和焊（hàn）接工藝參數是當下研究（jiū）的（de）重點。其中，在接頭裝配（pèi）方（fāng）式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對（duì）－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（yán）究展望

科技一般指（zhǐ）科學技術。社會上習慣於把（bǎ）科學和技術連在一起，統稱為（wéi）科學技術（shù），簡稱（chēng）科技。實際二者既有密切聯係，又有重要區別（bié）。實際二者既有密切（qiē）聯係，又有重要區別。科學解決理論問題，技術解決實際問題。

新能源汽車尤其是其中的純電動汽車，因電（diàn）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（huà），以期通過減少自身重量從而增加續航裏程。鋁合金材料不（bú）僅性能優異且可實現再生循環利用，因此在汽車輕量化材料中（zhōng）具有明顯（xiǎn）的優勢，越（yuè）來（lái）越廣泛的（de）應用於新能源汽車的生產製（zhì）造過程中。新能源汽（qì）車在生（shēng）產製造中（zhōng）的鋁合（hé）金使（shǐ）用量已經超過多數的傳統（tǒng）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（lā）動鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此關（guān）於提升鋁合金焊接件的（de）焊接質量（liàng）的研究將會成為研（yán）究焦點。鋁合金激光焊接、鋁（lǚ）合金熔化極惰性氣體保（bǎo）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（wéi）新（xīn）能源汽車輕量化中鋁合（hé）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能源汽車的（de）生產製造（zào）中充分發揮減重優勢。

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