新能源（yuán）汽車輕量（liàng）化領域鋁合金焊接技術

汽車工業（yè）幾十年的高（gāo）速發展所帶來的（de）能（néng）源消耗和環境汙染的問題（tí）日益（yì）突出（chū），已經成為全球汽車工業亟需著手解決（jué）的時代命題。大力發展新能源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，目（mù）前仍麵臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新能源汽車推廣（guǎng）的最大障礙。而新能源汽車（chē）與傳統燃油（yóu）車結構的不（bú）同，車身更重。在此背景（jǐng）下，新能源汽車的輕量化需（xū）求相比傳統燃油車更加迫（pò）切。在（zài）當前汽車輕量化的手段中，最行之有效的（de）是材料的輕（qīng）量化。鋁合金材料作為（wéi）一種性能優異的輕合金材料，廣泛（fàn）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（tí）升鋁合金材料焊接質量（liàng），對新能（néng）源汽車輕量化的發展具有重要促進意義（yì）。

01   新能源汽車（chē）輕（qīng）量化的戰略（luè）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（wǒ）國的“雙碳”發展戰略，作為我國（guó）能（néng）源消耗大戶的汽車行業（yè），肩負著低碳排放的曆史使（shǐ）命，責任重大。對此，近年我國大（dà）力發展新能源汽車產業，出（chū）台多項政策刺（cì）激和引導新能源汽車（chē）產業的發展。在多方的共同努力下（xià），新能源汽車逐（zhú）漸（jiàn）被廣大消費者接受與青睞，近年在國內汽車消費（fèi）市場的滲透率逐年提升。具中國汽車工程學（xué）會預測，到２０３５年中國（guó）汽車市場的（de）大部分份額將被新能源汽車占據，且（qiě）純電動汽車將（jiāng）成為新能源（yuán）汽車的絕對主力。對於純電（diàn）動汽車而言，因受製於目前電（diàn）池技術，整車整備（bèi）質量相較於傳統燃（rán）油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航（háng）裏程有著非（fēi）常顯著的作用。據統計，在純電動汽車的（de）動力電池重量不變的前提下，整（zhěng）車整備質量每減輕１００公斤，續航裏程可以增加（jiā）１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量（liàng）化是（shì）汽車發展（zhǎn）的三大趨勢之一，推進新能源汽車的輕量化將助力提（tí）升我國的汽（qì）車（chē）產品的競爭力

汽車的輕量化除了可以顯著降低能量消（xiāo）耗，提升電動汽車的續航裏程（chéng）外，對提升車輛的加速性能、操作穩定性、製動性能、行車（chē）噪音、行駛平順性等也都有明（míng）顯的助益。因此，順應汽車行業的發展（zhǎn）趨勢，通過（guò）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水（shuǐ）平，不僅可以提升汽車的各項（xiàng）性能指（zhǐ）標，還可以有效控製汽車（chē）的生（shēng）產成（chéng）本，提高市場競爭力。

1.3 汽車（chē）產業作為一個產業（yè）鏈比（bǐ）較長的產業，新能源汽（qì）車的輕量化（huà）的發展可以帶動產業上下遊相關領域的轉型升級汽車（chē）的輕量化涉及（jí）汽車生產、維修、回收等多個（gè）相關產業。汽（qì）車輕（qīng）量化的快速發展必（bì）然會刺（cì）激汽車輕量化材（cái）料的研發和（hé）革新，對多（duō）材（cái）料（liào）混合運用技術如焊接、鉚接（jiē）等的發展也將有直接的強勁推動作用，對汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年（nián）新能源汽（qì）車技（jì）術（shù）飛速發展，技術越（yuè）來越成熟（shú），與之配套的充電等社會公共設施也越（yuè）來越（yuè）健全，再加上新能源汽車因相較於傳統燃油車更低的（de）用（yòng）車成本等優勢（shì），使新能源（yuán）車（chē）越來越受到消費（fèi）者的喜愛。新能源汽車的銷（xiāo）量開始井噴式增長，在此（cǐ）背景下，新（xīn）能源汽車輕量化旺盛的需求對汽車產業上下遊（yóu）相關（guān）領域轉型升級的推動作用越來越強（qiáng）勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用（yòng）先進的（de）製造工藝、對結構進行優（yōu）化設計和應用輕量化的材料是目前汽車輕量化的三大技術手段。其中（zhōng）輕（qīng）量化材（cái）料的運用是最直接、最有效的方式。相比其他工程材料，鋁合金材料因具備諸多優勢（shì），因此一開始便（biàn）便到了汽車工程師的青睞。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：

（１）鋁合金（jīn）材料可以廣泛應用於新能源汽車的輕量化領域。鋁合金具有較高的比強度和優（yōu）良的加工（gōng）成形性，可以應用於製造汽（qì）車的各種部件和零件。鋁合金（jīn）材料（liào）可分（fèn）為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類型。其中，熱交換器（qì）係統部（bù）件、車身骨架、車（chē）門等可以（yǐ）應用變形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤（pán）、電機外（wài）殼等可以應用鑄造鋁合（hé）金生產。因（yīn）鋁合金的優（yōu）良（liáng）性能，使鋁合金在當前以及今後一段時期內都將是新能源汽車輕量（liàng）化的主要（yào）選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種（zhǒng）程度（dù）上可以降低新能源汽車的生產製（zhì）造成（chéng）本。鋁礦（kuàng）在地球上的儲（chǔ）存量非常大，因此鋁（lǚ）合金（jīn）材料相較（jiào）於鎂合金材料、碳纖維材料等成本更低，此外鋁（lǚ）合金具有良（liáng）好的（de）耐蝕性，且（qiě）熔點低，可以實現非常高（gāo）的回收（shōu）利用率，可以實現新能源汽車生產材料的循環利用（yòng）。

（３）鋁（lǚ）合金材料相較於其（qí）他汽（qì）車輕量化材料減重潛（qián）力更大。當（dāng）前主流的（de）汽（qì）車輕量化材料有鋁合金、高（gāo）強度鋼、鎂（měi）合金、碳纖維材料等。但（dàn）其中鎂合金和碳纖維材料因價格、加工（gōng）工藝等因素（sù）的製約，目前使用的並不（bú）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（gōng）藝外，還發展出了焊接（jiē）、鉚接、螺接等多種（zhǒng）連接方式。這些工藝目前（qián）都有成熟（shú）的（de）在新能源汽車的生產製造過程中運用。因此，鋁合金材料在眾多汽車輕量化材料中脫穎而出，漸（jiàn）漸成為了汽車輕量化（huà）的主流材料（liào）。

03    新能源汽車輕量化領域鋁（lǚ）合金（jīn）材料焊接研究現狀

鋁（lǚ）合金在新（xīn）能源汽車的輕量化中有著舉足輕重的作（zuò）用，但在生產和使用過程仍麵臨生（shēng）產工藝、安全等（děng）挑（tiāo）戰。汽車生產製造過程中各零部件的連接方式有焊接（jiē）、鉚接、螺接等（děng），其中焊接因工藝簡單、性價比高、性能優（yōu）越（yuè）以及方便自動（dòng）化（huà）流水作業等（děng）優點，是當前汽（qì）車（chē）零部件（jiàn）連接（jiē）采取的主要工藝方式。隨著新能源汽車輕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（dàn）要提高鋁（lǚ）合金材料（liào）在新能源（yuán）汽車生（shēng）產製造中的運用量，就不得不對鋁合金的焊接工藝進行（háng）更深入的研究，提高（gāo）鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低成（chéng）本。焊（hàn）接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展出（chū）多種技術路線，其中廣泛應用於汽車生產製造中（zhōng）的有有激光焊（hàn）接（jiē）、非熔化極惰性（xìng）氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰（duò）性氣體（tǐ）保（bǎo）護（hù）焊（hàn）（ＭＩＧ焊）、攪（jiǎo）拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激光焊接

激光焊接在汽車生產製造過程中應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小，焊接能量密度高的技術（shù）特點。在新（xīn）能源汽車領域目前針對鋁合金的（de）激光焊接，國內外專家學者的研究主要聚焦在兩（liǎng）個方（fāng）向：一個方向是（shì）激光焊接工藝對鋁合（hé）金焊（hàn）接接頭性能（néng）影響，如激光焊接（jiē）工藝對鋁合金焊接接頭的力（lì）學性能和耐腐蝕性能研究、接（jiē）頭的組（zǔ）織及性能研究等。另外一個方向是鋁合金激光（guāng）焊接過程中的缺（quē）陷，如鋁合金激光（guāng）焊接頭顯微組織的研（yán）究、鋁合金激光焊接（jiē）接頭氣孔（kǒng）、裂紋、變形的預測研究等。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（shàn），焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的（de）提升，焊接接頭（tóu）的（de）缺陷率（lǜ）也得到了很好（hǎo）的控製，能較好的（de）滿足新能（néng）源汽車生產製造的工藝需求。此外（wài），信（xìn）息技術的（de）快速迭代助推（tuī）了工業機器人的快速發展，以視覺係（xì）統、機器人技術以及信息技術加持的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合金材料激光焊（hàn）接技術的自動化（huà）、智能化程度越來越（yuè）高。

3.2 新能源汽（qì）車領域鋁合金非熔化極惰性氣體保（bǎo）護電弧（hú）焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極（jí）惰性（xìng）氣體保護電弧焊非常適用與薄板鋁合金材料的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊（hàn）接方法焊接鋁合金不僅可以獲得（dé）美觀的連續魚鱗狀焊縫，還能（néng）自動同步清除鋁合金焊接件表麵的（de）氧化膜，進而改善鋁合金焊接接頭的質（zhì）量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自（zì）身缺陷，它的鎢電極承載電流（liú）的能力有限，當有承載大電流時，容易被熔化（huà）和蒸發，由此產生的鎢電極微粒，也有掉入焊接熔池影響焊接質量的可能。除此之外，生產效率（lǜ）低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高效高質量的焊接要求的缺陷，也限（xiàn）製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為了（le）適應新能源汽車工業快速發（fā）展對於鋁合金焊接高質量、高效率的生產要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接進行了（le）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（hàn）焊接電弧（hú）集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加（jiā），改變了傳統ＴＩＧ不太（tài）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下也能照常進行有效（xiào）的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克（kè）了傳（chuán）統ＴＩＧ焊焊（hàn）接效率不高的弊端（duān），焊接（jiē）速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提（tí）高了一倍以上，而且焊接電弧穩定，沒有較大波動，確（què）保了鋁合（hé）金焊接（jiē）接頭優良的性能，以及良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則（zé）在焊接（jiē）質（zhì）量上進行了改善和提升，在（zài）相同的焊（hàn）接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊可以（yǐ）采用更小的（de）焊接電流，進而可以減少鋁合金在焊接（jiē）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（xìng）能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使（shǐ）鋁合金焊（hàn）接接頭的組織性能得到提升。

3.3 新（xīn）能源汽車領域鋁合金熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內（nèi）外專家學者的持續關注和深入研究，鋁合金焊（hàn）接技（jì）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（jí）惰性氣體保護電（diàn）弧（hú）焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊（hàn）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（hàn）很受（shòu）工程師們的青睞（lài）。同（tóng）時，ＭＩＧ焊也是（shì）專家學者們研究的焦點，近年研發出了（le）不少鋁合（hé）金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊（hàn）、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應（yīng）用頻（pín）率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是（shì）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（duō），可合理的控製輸入（rù）能量，以及可對（duì）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（cái）料可以獲（huò）得穩定可靠的高質（zhì）量的焊縫。在眾多工業領域廣泛應用的（de）雙（shuāng）極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了（le）反向接法脈（mò）衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正向接法脈（mò）衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為（wéi）短路過（guò）渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的能量進行精確地控（kòng）製，可以使熔池與焊絲快（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（kě）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）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年（nián）的發展，在厚鋁合金板材焊接（jiē）方麵有了重（chóng）大突破，已經可以（yǐ）高效率高質量的焊接１．２至６毫米的厚鋁（lǚ）合金板材（cái）。鋁合金攪拌（bàn）摩擦焊經過幾十年的發展革新，也從單一能場焊接發展出了多種複（fù）合能場焊機方式。鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊的研究也（yě）吸引了國內外學者的（de）關注，其（qí）中攪拌摩擦焊焊接接頭的裝配方式和焊接工藝參數（shù）是當下研究的重點。其中，在接頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型（xíng）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金材料焊接研究展（zhǎn）望

科技一般指科學技術。社會上習慣於把科學和技（jì）術連在一起，統（tǒng）稱為（wéi）科學技術，簡稱科技。實際二者既有密切（qiē）聯係，又有重要區別。實際二者既有密切聯係，又有重要區（qū）別。科學解決理論問題，技術解決實際（jì）問題。

新（xīn）能源汽車尤（yóu）其（qí）是其中的純電動（dòng）汽車，因電池技（jì）術的瓶頸和自身（shēn）結（jié）構的特殊性，車輛的迫切需（xū）要輕量（liàng）化，以期通過減少（shǎo）自身重量從而增加（jiā）續航裏程。鋁合金材料不僅（jǐn）性能優異且可實現再生循環（huán）利用，因此在汽車輕量化材料中具有明（míng）顯的優勢，越（yuè）來（lái）越廣泛（fàn）的應用於新能源汽（qì）車的生產製造過程中。新能源汽車在（zài）生產製造（zào）中（zhōng）的鋁合金使用量已經超過多數的傳統燃油車。隨著我（wǒ）國新能源汽車近幾（jǐ）年（nián）的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁合金（jīn）在汽車行業的廣泛（fàn）應用。因此關於提升鋁合金焊（hàn）接件的焊接質量的研究將會成為研究焦點（diǎn）。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（hàn）（ＭＩＧ焊（hàn））、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接（jiē）技術的研究將會更加深入，為新能源（yuán）汽車輕量化中鋁合金的（de）應用，提供更加堅實的技術支撐，從而保障（zhàng）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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