新能（néng）源汽車輕量（liàng）化（huà）領域鋁合金焊接技術

汽車工業幾（jǐ）十年的高速發展所帶來的能源消耗和環（huán）境汙染的問題日益突出，已（yǐ）經成為全球汽車工業（yè）亟需著手解決的（de）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（yǒu）效方案，也是實現我（wǒ）國（guó）“雙碳”目標的重要舉措。但新（xīn）能（néng）源汽車的發展（zhǎn），目前仍麵（miàn）臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新能源汽車推廣的最（zuì）大障礙。而新（xīn）能源汽車與傳統燃油車結構的不（bú）同，車身更重。在此背景下，新能源汽車的輕量化需求相比傳統燃油車更（gèng）加（jiā）迫切。在當（dāng）前汽車輕（qīng）量化的手段中，最行之有（yǒu）效的是材料的輕量化。鋁合金材料（liào）作為一種性能優（yōu）異的輕合金材料，廣泛應用於汽車的輕量化領（lǐng）域。因（yīn）此，深入研究（jiū）鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽車輕量（liàng）化的發展（zhǎn）具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰略意義

1.1 新能源汽車（chē）的輕量化對（duì）提升新能源汽車的續航（háng）裏（lǐ）程具有重要意義

為響應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國（guó）能源消耗大戶的汽車行業，肩負（fù）著低碳（tàn）排放的曆史使命，責任重大。對（duì）此，近年我（wǒ）國大力發展新能源汽車產業，出台多（duō）項政策刺激和（hé）引導新能源汽車產業的發展。在（zài）多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消（xiāo）費者接受與青睞，近（jìn）年在國內（nèi）汽車消費市場的滲透率逐年提升（shēng）。具中國汽車工（gōng）程學會預測，到２０３５年中國汽車市場的（de）大部分份額（é）將被新（xīn）能源汽車占據（jù），且（qiě）純電動汽（qì）車將成為新能源汽車的絕對主力。對於（yú）純電動汽車而言，因受（shòu）製於目前電（diàn）池技術，整車整備質量相較（jiào）於傳統燃油車反而顯著增加，增量達（dá）１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航裏程有著非常顯（xiǎn）著的作用。據統計，在純電動汽車的動（dòng）力電池重量不變的前提下，整車整備質量每減輕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發展的三大趨勢之一，推進新能源汽車的輕量化將助力提（tí）升我國的汽車產品的競爭力

汽車的輕量化除了可以顯著降低能量消耗，提（tí）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、行駛平順性等也都有明顯的助益。因（yīn）此，順應汽車行業的發展趨勢，通過（guò）合理的輕量化材料的運用和結構設計，提（tí）升新能源汽車（chē）的輕量（liàng）化水平，不僅可以提升汽車的各（gè）項性能指標，還可以有效控製汽車的生產成（chéng）本（běn），提高市（shì）場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業（yè）鏈比較長的產業，新能源汽車的輕量化的（de）發展可以帶動產業上下遊相關領域的轉（zhuǎn）型（xíng）升（shēng）級汽車的輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多（duō）個相關產業。汽車輕量化的快速發展必然會刺（cì）激汽車輕量化材料的研發和革新，對多材料混合運用技術如焊接、鉚接等的發展也將有直接的強勁推動作用，對（duì）汽車的生產裝備也會提出更（gèng）高的要（yào）求。近年新能（néng）源汽車技術飛速發展，技術越來越成（chéng）熟，與之配（pèi）套的充電等社會公共設施也越來越健全，再加（jiā）上新能源汽（qì）車因（yīn）相較於傳（chuán）統燃油車更低的用車成（chéng）本等優勢，使新能源車越來越受（shòu）到消費（fèi）者的（de）喜愛。新（xīn）能源汽車的銷量開始井噴式增長，在此背（bèi）景下，新能源汽車輕量化旺盛的（de）需（xū）求對汽車產業上（shàng）下遊相關領域轉型升級的推（tuī）動作用越（yuè）來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕（qīng）量化領（lǐng）域應用的優勢

使用先進的製造工藝（yì）、對結構進（jìn）行優化設計和應用輕量化的（de）材料是目前汽車輕量化（huà）的三大技術手段。其中輕（qīng）量化材（cái）料的運用是最（zuì）直（zhí）接、最有效的方式。相比其他工（gōng）程材料，鋁合金材（cái）料因具（jù）備諸多優勢（shì），因此一開始便便到了（le）汽車工程師（shī）的（de）青睞。具體（tǐ）而言（yán），鋁合金（jīn）在新能源汽車（chē）的輕量化領域具有一下優（yōu）勢：

（１）鋁合金材料可以廣泛應用（yòng）於新能源汽車的輕量化領域。鋁（lǚ）合金具（jù）有較高的比強度（dù）和優良的加工成形性，可以應用於製造汽車的各種部件和（hé）零件。鋁合（hé）金材料可分為變形鋁（lǚ）合金和鑄造鋁合金兩大類（lèi）型。其中，熱交換器係統部件、車身骨架、車門等可以應用變（biàn）形鋁（lǚ）合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤（pán）、電機（jī）外殼等可以應用鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性（xìng）能，使鋁合金在當前以及今後一段時期內都將是新（xīn）能源汽車（chē）輕量化的（de）主要選材。

（２）鋁合（hé）金材料的廣泛應用從某種程度上可以降（jiàng）低新能源汽車的生產製造成本。鋁（lǚ）礦在地（dì）球上的儲存量（liàng）非常大，因此（cǐ）鋁合金材料相較於鎂合金材料（liào）、碳纖（xiān）維材料等成本更（gèng）低，此外鋁合（hé）金具有（yǒu）良好（hǎo）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（qì）車（chē）生產材（cái）料的循環利用。

（３）鋁（lǚ）合金材料（liào）相較於其他汽車輕量化材料減（jiǎn）重潛力更大。當前主流的汽車輕量化材料有鋁（lǚ）合金、高強度鋼（gāng）、鎂合金、碳纖維材料等。但其（qí）中鎂合金和碳纖維材料因（yīn）價格、加工工藝等因素（sù）的（de）製約，目前使用的並不多。而鋁合金材料相較與高（gāo）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（gōng）藝成熟（shú），除鑄造等成型工藝外，還發展出了（le）焊接、鉚接、螺接等多種連接（jiē）方式。這些工（gōng）藝（yì）目前都有（yǒu）成熟的在新能源汽（qì）車的（de）生產製造過程中運用（yòng）。因此，鋁（lǚ）合金材料（liào）在眾多汽車輕量化（huà）材料中脫穎而出（chū），漸漸（jiàn）成為了汽車輕量化的（de）主流材料。

03    新能源汽車輕量化領（lǐng）域鋁合金材料焊接研究現狀

鋁合金在新能源汽車的輕量化中有著舉足輕重的作用，但在生產和（hé）使用過程仍麵臨生產工（gōng）藝、安全等挑戰。汽車生產製造過程中各零部件的連接方式有焊接、鉚接、螺接（jiē）等，其中焊接因工（gōng）藝簡單、性價比高、性能優越以（yǐ）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（xīn）能源汽車的（de）生產（chǎn）製造過程中的應用會越來越多。但要提高（gāo）鋁合金（jīn）材料在新能源汽車生產製造中的運（yùn）用量，就不得不對鋁合金的焊接工藝進行更深入的研（yán）究，提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（jiē）方式（shì），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的有有激光焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性（xìng）氣（qì）體保（bǎo）護（hù）焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩（mó）擦焊（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（zào）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對鋁（lǚ）合（hé）金的激（jī）光焊接，國內（nèi）外專家學者的研究主要（yào）聚焦在（zài）兩個方向（xiàng）：一個方向是激（jī）光焊接工藝對鋁合（hé）金焊接接頭性能影響，如激光焊接工（gōng）藝對鋁合金焊接接頭的力學性（xìng）能和耐腐蝕性能研究、接頭的（de）組織及（jí）性能研究等。另外一個方向是鋁合（hé）金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合（hé）金激光焊接頭顯微（wēi）組織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣（qì）孔、裂紋、變形的預測研究等。在國內外專家學者的共同努力（lì）下，鋁合金材料激光焊（hàn）接工藝得到了不斷地改善，焊接接（jiē）頭的力（lì）學性能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提（tí）升，焊（hàn）接（jiē）接頭的缺陷率也得到了（le）很好的控製，能較（jiào）好的滿足新能源汽車生產製造（zào）的工（gōng）藝需求。此外，信息技術的（de）快速迭代（dài）助推了工業（yè）機器人的快速發展，以視覺係統、機器人技術以及信息技術加持（chí）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（lǚ）合金材料激光焊接技術（shù）的自動化、智（zhì）能（néng）化程度越來越高。

3.2 新能源汽車領域鋁合金非熔化（huà）極惰（duò）性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保護電弧焊非常適（shì）用與薄板鋁合金材料的焊接，技術也很（hěn）成熟。采用ＴＩＧ焊（hàn）接方法焊接鋁（lǚ）合金不僅可以獲得美（měi）觀的連續魚鱗（lín）狀焊縫，還能自動同步（bù）清除鋁合金（jīn）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（liú）的能力（lì）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（hàn）接熔池影響焊接質量的可能。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量的焊接要（yào）求的（de）缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為了適應新（xīn）能源汽車工業（yè）快速發展對於鋁合金焊接高質（zhì）量、高效率的生產（chǎn）要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接（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（hàn）等焊接方法。雙槍（qiāng）ＴＩＧ焊焊（hàn）接電弧（hú）集中，相（xiàng）比如傳統ＴＩＧ焊（hàn）熔深得到明顯（xiǎn）增加（jiā），改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金（jīn）厚板材焊接的境況，而且在即使沒有焊（hàn）絲的情況下也（yě）能照常進行有效的焊接（jiē）。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不（bú）高的弊端，焊接（jiē）速度在（zài）傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高（gāo）了（le）一倍以上（shàng），而且焊接電弧穩定，沒有較大波動，確保了鋁（lǚ）合金焊接接頭優良的性能，以及良（liáng）好的焊接（jiē）成形（xíng）外觀。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（sù）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（tóng）時為增加鋁合金焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成（chéng），使鋁合金焊接接頭的組（zǔ）織性能得（dé）到提升（shēng）。

3.3 新能（néng）源（yuán）汽車領域（yù）鋁合金熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得（dé）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（fēng）富成熟。在當前眾多鋁合（hé）金焊（hàn）接技術中應（yīng）用最廣泛的是（shì）熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采（cǎi）用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非常優質的焊接構（gòu）件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受工程師（shī）們（men）的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家（jiā）學者們（men）研究的焦點，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（chōng）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（mò）衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單（dān）脈衝（chōng）焊接技（jì）術發（fā）展而來，具有可調（diào）參數多，可合理的控製輸（shū）入能（néng）量，以及可對焊接工藝參數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（yǐ）獲得穩定可（kě）靠的高質量的焊縫（féng）。在眾多工業領域廣泛應（yīng）用的雙極（jí）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（wéi）短路過渡焊技術（shù）的ＣＭＴ焊（hàn）在焊（hàn）接過程中，可以對輸入的能量進行精確地控（kòng）製，可（kě）以使熔池（chí）與焊絲快速分（fèn）離（lí），有效地（dì）減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板（bǎn）的（de）焊接，可以（yǐ）獲得較高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源（yuán）汽車領域鋁（lǚ）合金攪（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年的發展，在厚鋁合金板材焊接方麵有了重大突破，已經可以（yǐ）高（gāo）效率高質量的焊接１．２至６毫米的（de）厚鋁合金板材。鋁合金攪拌摩（mó）擦焊經過幾十年的發展革新，也從單一能場焊接發（fā）展出了多種複合能場焊機方式（shì）。鋁合金攪（jiǎo）拌（bàn）摩擦焊的（de）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（shì）和焊接工藝參數是當下研究的重點。其中，在接頭裝配方（fāng）式的選擇（zé）上，有Ｔ型裝配、對接、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望

科技一般指（zhǐ）科（kē）學技術。社會上習慣於把科學和技術連在一（yī）起，統稱為科學技術，簡稱科技。實際二者既有密切聯係（xì），又有（yǒu）重要區別。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。科學（xué）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（de）純電動汽車，因電池技術的瓶（píng）頸和自身結構的特殊性，車（chē）輛的迫切需要（yào）輕量化，以期通過減少自身重量從而增加續航裏（lǐ）程。鋁合金材料不（bú）僅性（xìng）能優異且可實現再生循環利用，因此在汽車輕量化材料中具（jù）有明顯的優勢（shì），越來越廣泛的應用於新能源汽車的生（shēng）產製造過程中。新能源汽車在生產製造中的鋁合金（jīn）使用量已經超（chāo）過（guò）多數的傳統燃油車。隨著（zhe）我國新能（néng）源汽車近幾年的（de）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。因此關於提升鋁合金（jīn）焊接件的焊接質量的研究將會成為研（yán）究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合（hé）金熔（róng）化極惰性氣（qì）體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁（lǚ）合金焊接技術的研究（jiū）將（jiāng）會更加深入，為新能（néng）源汽車輕量化中鋁合金的應用，提供更加堅實的技術支撐，從而（ér）保障鋁合金在新能源汽車的生產製造中充分發揮減重優勢。

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