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（nián）的高速發展所帶來的能源消耗（hào）和環境汙染的問題日（rì）益突出，已經成為全球汽（qì）車工業亟需著手解決的時代命題。大力發展新能源汽車是應對（duì）汽車產（chǎn）業發展危機的有（yǒu）效方案，也是實現我（wǒ）國“雙碳”目（mù）標的重要舉措。但新能源汽車（chē）的發展，目前仍麵臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新能源汽車推廣的最大障礙。而新（xīn）能源汽車與（yǔ）傳統燃油車結構的不同（tóng），車身更（gèng）重。在此背景下（xià），新能源汽車的（de）輕量化需求（qiú）相比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量化的手段中，最（zuì）行（háng）之（zhī）有效的是材料的輕量化。鋁合金材料（liào）作為一種（zhǒng）性（xìng）能優（yōu）異（yì）的輕合金材料，廣泛應用於（yú）汽車的輕量化（huà）領域。因此，深入研究鋁（lǚ）合金焊接技術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對（duì）新能源汽車輕量化的（de）發（fā）展具有重要促進意義。

01   新能源汽（qì）車輕量化的戰略意義

1.1 新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意（yì）義

為響應（yīng）我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消耗大戶（hù）的汽車行業，肩負著低碳（tàn）排放的曆史使命（mìng），責任重大。對此，近年我國大力發展新能源汽（qì）車產業，出台（tái）多項政策刺激和（hé）引導新能源汽車產業的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐（zhú）漸被廣大消費者接受與青睞，近（jìn）年在國內汽車（chē）消費市場的滲透率逐年提升。具中國（guó）汽車工程學會（huì）預測，到２０３５年中（zhōng）國汽車市場的大部分份（fèn）額將被新（xīn）能源汽車占據，且純電動汽車將成為新能（néng）源汽車的（de）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（chuán）統燃（rán）油車反而顯著（zhe）增加，增（zēng）量達１５％－４０％。整車的（de）輕（qīng）量化對（duì）提升（shēng）續航裏程有著非常（cháng）顯著的作用。據統（tǒng）計，在純電動汽車的動力電池重量不變的前提（tí）下，整車（chē）整備質量每減輕１００公斤，續（xù）航裏程可（kě）以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是（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升我國的汽車產品的競爭力

汽車的（de）輕（qīng）量化除了可以顯著降低能量消耗，提升（shēng）電（diàn）動汽車的續（xù）航裏程外，對提升車輛的加（jiā）速性能、操作穩定性、製（zhì）動性能、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯（xiǎn）的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合（hé）理的（de）輕量（liàng）化材料的運用和結構（gòu）設計，提升新能源汽（qì）車的輕量化水平，不（bú）僅可以提升汽車的各（gè）項性能（néng）指標，還可以有效控製汽車的生產成本，提高市場競（jìng）爭（zhēng）力。

1.3 汽車產業作為一個產業鏈比較長的產業，新能（néng）源（yuán）汽車的輕量化的發展可以帶（dài）動產業上下遊相關領域的（de）轉型（xíng）升級汽車的輕量化涉及（jí）汽車生產、維修、回收等（děng）多個相關產（chǎn）業。汽車輕（qīng）量化的快速發展必然（rán）會刺激汽車輕量化材料的研發和革新，對（duì）多材料混合運用技術如焊（hàn）接、鉚接等的發展也將有直接的強勁（jìn）推動作用，對（duì）汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術飛速發展，技術越（yuè）來越成熟，與之配（pèi）套的充（chōng）電等社會公共設施也越來越健（jiàn）全（quán），再加上新能（néng）源汽車因相較於傳統燃油車更（gèng）低的用車成本等優勢，使新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量（liàng）開始井噴（pēn）式增長，在此背景下，新能源汽車輕量化旺（wàng）盛的需求對汽車產業上下遊相關領域轉型升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新（xīn）能源 汽車輕量化（huà）領域應用的優勢

使用先（xiān）進的製造工藝、對結構進行優化設計和應用輕量（liàng）化的材料是目前汽車輕量化的（de）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，因此一開始便便到了汽車工程師的青睞。具體而言（yán），鋁合金在（zài）新能源汽車的（de）輕量化領（lǐng）域具有一下優勢（shì）：

（１）鋁合金材（cái）料（liào）可以廣泛應（yīng）用於新能源汽車的輕量化領域。鋁合金具有較高的（de）比強度和優良的加工成形性，可以（yǐ）應（yīng）用於製造汽（qì）車的各種部件和零件。鋁合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（jiàn）、車身骨架、車門等可以應用變（biàn）形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤、電（diàn）機外殼等可（kě）以應用鑄造（zào）鋁合金生產（chǎn）。因（yīn）鋁合金的優良性能，使鋁合金在（zài）當前以及（jí）今（jīn）後一段時期（qī）內都將是新（xīn）能源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種（zhǒng）程度上可以（yǐ）降低新能源汽（qì）車的生產製造成本。鋁礦在地球上的儲存量非常大，因（yīn）此鋁合金材料相較（jiào）於鎂合金材料、碳纖維材料等成（chéng）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金、高強度鋼、鎂（měi）合金、碳纖維材料等。但其中鎂合（hé）金和碳纖維材料因價（jià）格、加工工（gōng）藝等因素的製約，目（mù）前使用（yòng）的並不多。而鋁合金（jīn）材料相較與高強度鋼，比（bǐ）強度高，密度較小，減重潛力更（gèng）大。

（４）鋁合金材料（liào）製造工藝成熟（shú），除鑄造等成型工藝外，還發展（zhǎn）出了焊接、鉚接、螺（luó）接等多種連接方式。這些工藝目前都有成熟的在（zài）新能源汽車的（de）生產製造過程（chéng）中運用。因此，鋁合金材料在眾多（duō）汽車輕量化材料中脫穎而出，漸（jiàn）漸成為了汽車輕量（liàng）化的主流材料。

03    新能源汽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（chē）的（de）輕量化中有著舉足輕重的作用，但在生產（chǎn）和使用過程仍麵臨生產工藝、安全等（děng）挑戰。汽車生產製造過程中各零部件（jiàn）的連接（jiē）方式有焊接、鉚接、螺接等（děng），其中焊接因工藝簡單、性價比高、性能優越以及方便自動化流水作業等優點，是當前汽車零部件連接采取的主（zhǔ）要工藝方式。隨著新能（néng）源汽車輕量化需求（qiú）的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車（chē）的生產製造過程中的應用會（huì）越來越多。但要提（tí）高鋁合金材料在新能源汽車生產製造中的（de）運用量，就不得不對鋁合金的焊接工藝進行更（gèng）深入的研究，提（tí）高鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式（shì），目前已經發展出多種技（jì）術（shù）路線，其中廣泛應用於汽車生產製造中的有（yǒu）有激光焊接、非熔化極惰性氣體保（bǎo）護（hù）電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣（qì）體保（bǎo）護焊（ＭＩＧ焊）、攪（jiǎo）拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ焊（hàn））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特點。在新能源汽車領域目前針（zhēn）對鋁合金的激光（guāng）焊接，國內外專家學者的研究主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭性能影響，如激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能研究、接頭的（de）組織及性能研究等。另外一個方向是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金激光焊（hàn）接頭顯（xiǎn）微（wēi）組織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣孔、裂紋、變形的預測研究等。在國內外專家學者的共（gòng）同（tóng）努力下，鋁合金材（cái）料激光焊接工藝得到了不斷地改善，焊接接頭的力學性能和耐腐（fǔ）蝕性能得到了較大幅度的提升，焊接（jiē）接頭（tóu）的缺陷（xiàn）率也得到了很好的（de）控製，能較好的滿足新能源汽車生產製造的工藝需求（qiú）。此外，信息技術（shù）的快（kuài）速迭（dié）代助推了工業機器人的快速（sù）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（hé）金材料激光（guāng）焊接技術的自動化（huà）、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（hú）焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保護電弧焊非常適用與薄板鋁合金材料的焊（hàn）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狀焊縫，還（hái）能（néng）自動（dòng）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（zì）身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，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）池影響焊接質量（liàng）的可能。除此之外，生產效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高效高質（zhì）量的焊接要（yào）求的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的（de）應用。為了適應新能源（yuán）汽（qì）車（chē）工業快速發展對於鋁（lǚ）合金焊接高質量、高效率的生（shēng）產要求，近年不少學（xué）者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙（shuāng）槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到（dào）明顯增（zēng）加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊接（jiē）的境況（kuàng），而且在（zài）即使沒有焊絲的情況下也能照常進行（háng）有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統（tǒng）ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊（hàn）接速度（dù）在傳（chuán）統ＴＩＧ焊的基礎（chǔ）上提高了一倍以上，而且焊接電弧（hú）穩定（dìng），沒有較大波動，確保了鋁合金焊接接頭優良的性能，以（yǐ）及良好的焊接成形外（wài）觀。而Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）則在焊接（jiē）質量上進行（háng）了（le）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（hàn）接過程中的熱變形，與此同時為增加鋁合（hé）金焊接件的焊縫（féng）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織性能得（dé）到提升。

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

得益於國內外專（zhuān）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（fēng）富（fù）成（chéng）熟。在（zài）當前眾多鋁合金焊接技（jì）術中應用最廣泛的（de）是熔化極惰性氣體保（bǎo）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（hàn）接構件，因此（cǐ）在工程應（yīng）用中ＭＩＧ焊很（hěn）受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研究（jiū）的焦點，近年（nián）研發出了不少鋁合金（jīn）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焊是通過改進優化單脈衝焊接技術發展而來，具有可調參數多（duō），可（kě）合理（lǐ）的控製輸入能量，以及可對焊接工藝參數進行靈活的匹配等優點。使用雙（shuāng）脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金（jīn）材（cái）料可（kě）以獲得穩定可靠的高質量的焊縫。在眾（zhòng）多工業領域廣（guǎng）泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈衝（chōng）ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正（zhèng）向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而（ér）作為短路過渡焊技（jì）術的ＣＭＴ焊在焊（hàn）接過程中，可以對輸（shū）入的能量進行精確地控（kòng）製，可以使熔池與焊絲快速分離（lí），有效地減少飛濺（jiàn）。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（hàn））

鋁合金攪拌摩擦焊（hàn）經過近３０年的發展，在厚（hòu）鋁（lǚ）合金板材焊（hàn）接方麵有了重大（dà）突破，已經可以高效率高質量的焊接（jiē）１．２至６毫米的（de）厚鋁合金板（bǎn）材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾（jǐ）十年的發展革新，也從單一能場焊接發展出了多種複合能場焊機（jī）方式。鋁（lǚ）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（hàn）接工藝參數是當下研究的重點。其中，在接頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能（néng）源汽車輕（qīng）量化領域鋁（lǚ）合金（jīn）材料焊接研究展望

科技一（yī）般指科學（xué）技術（shù）。社會上習慣（guàn）於（yú）把科學和技（jì）術（shù）連在一起，統稱（chēng）為科學（xué）技術，簡稱科技。實（shí）際二者既有密（mì）切聯係（xì），又有重（chóng）要區別（bié）。實際（jì）二者既有密切聯係，又有重要區（qū）別。科學解決（jué）理（lǐ）論問題（tí），技術解決實際問題。

新能（néng）源汽車尤其是其中的純電動（dòng）汽車（chē），因電池技術的（de）瓶頸和自身結構的特殊性，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。鋁合金材料不僅性能（néng）優異且可實（shí）現再生循環利用，因此（cǐ）在汽車輕量化材料中具有明顯的優勢，越來越廣泛（fàn）的應用於新能源汽車的生產製造過程中。新能源汽車在生產製造中的鋁合金使用量已經超過多數的傳統燃油車。隨（suí）著我國新能源汽車近幾年的井噴（pēn）式發展，必然會（huì）進一步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此關於（yú）提升（shēng）鋁合金焊（hàn）接件的焊接質量的（de）研究將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔（róng）化（huà）極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將會更加深入，為新（xīn）能源汽車輕量化中鋁合金（jīn）的應用，提供更加堅實（shí）的技術支撐，從而保障鋁合金在（zài）新能源（yuán）汽車的生產製造中充分發揮減重優勢。

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