新能源汽車輕量（liàng）化領域（yù）鋁合（hé）金焊接（jiē）技術

汽車工業幾十年的高（gāo）速發展所（suǒ）帶來的能（néng）源（yuán）消耗和環境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。大力發展新能源汽車是應（yīng）對汽車產業發展危機的有效方案，也是實現我國“雙碳（tàn）”目標的重要舉措。但新（xīn）能源汽車的發展，目前仍麵臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新能源汽車推廣的最大（dà）障礙。而新能源汽車與傳統（tǒng）燃油車結構的不同，車身更重。在此背（bèi）景下（xià），新能源汽車的輕量化需求相比傳統燃油車更（gèng）加迫切。在當前汽車輕量化的（de）手段中，最行之有效的是材料（liào）的輕量化。鋁合金材料作（zuò）為（wéi）一種性能優異（yì）的輕合金材料，廣泛應用於汽車的輕量化領域。因（yīn）此，深入研究鋁合金焊（hàn）接技術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對新（xīn）能源汽車（chē）輕量化的發展具有重要促進意義。

01   新能源汽車（chē）輕量化的戰略意義

1.1 新能（néng）源汽車的輕量化（huà）對提升新能源汽車的續航裏程具（jù）有重要意義

為響應（yīng）我國的“雙碳”發（fā）展戰（zhàn）略（luè），作為我國能源消耗大戶的（de）汽車行業（yè），肩負著（zhe）低碳排放的曆史使命，責任重大。對此（cǐ），近年我國大力發展（zhǎn）新能源汽車產業，出台（tái）多項政策刺激和（hé）引導新能源汽（qì）車產業的發展。在（zài）多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被（bèi）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（qì）車工程學會預測，到（dào）２０３５年中國汽車（chē）市場的大部分份額將被新能源汽車占據，且純電動汽車將（jiāng）成為新能源汽車的絕對主力。對於純電動汽車而言（yán），因受製於目前電池技（jì）術，整（zhěng）車整備質量（liàng）相較於傳統燃油車（chē）反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對（duì）提升續航（háng）裏程有著非常顯著的作用。據統計，在純電動汽（qì）車的動力電池重量不變的前提下，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（de）輕量化是汽（qì）車發展（zhǎn）的三（sān）大趨勢之一，推進新能源汽（qì）車的輕量（liàng）化將助（zhù）力提升我（wǒ）國的汽車產品的競爭力

汽車的輕量化除（chú）了可以顯著（zhe）降（jiàng）低（dī）能量消耗，提升電動汽車（chē）的（de）續航裏程外，對提升車輛的加速性能、操作穩（wěn）定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯的助益。因此（cǐ），順應汽車行業的（de）發展趨勢，通過合理的輕量化材料的運用和結構設（shè）計，提升新能源汽車的輕量化（huà）水平，不僅可以提（tí）升汽車的各項性能指標，還可以有效控製汽（qì）車的生（shēng）產成本，提（tí）高市場競（jìng）爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業鏈比較長的產業，新（xīn）能源（yuán）汽車的輕量化的發（fā）展可以帶動產業上下遊相關領域的轉型升級（jí）汽車的輕量（liàng）化（huà）涉（shè）及汽車生產、維修、回收等多個相（xiàng）關產業。汽車輕量化的快速發展必然會刺激（jī）汽車輕量化（huà）材料的研發和革新，對多材（cái）料混合運用技術如焊接、鉚接（jiē）等的（de）發展也將有直接的強勁推動作用（yòng），對汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新（xīn）能（néng）源汽車技術（shù）飛速發展，技術越來越成熟，與之配套的充電等社會公共設施也越來越健全，再加上新能源汽（qì）車因相較於傳統燃油車更低的用車成本等優勢，使新能源（yuán）車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井（jǐng）噴式增長，在此背（bèi）景下，新能源汽車輕量（liàng）化旺盛的需求對汽車產業上下（xià）遊相關領域轉型升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新能（néng）源 汽車輕量化領域應用的優（yōu）勢

使用先進的製（zhì）造工藝、對結構進行優化設計和（hé）應用輕量化的材料是目前汽車輕量化的三大技術手段。其中輕量化材料的運用是最直接、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（qīng）睞。具體（tǐ）而言，鋁合金在新能源汽車的輕量化領域具有一（yī）下優勢：

（１）鋁合金材料可以（yǐ）廣泛應用於新能源汽車的輕（qīng）量（liàng）化（huà）領域。鋁合金具有較（jiào）高的比強度和優良的加工成形性，可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造鋁（lǚ）合金兩大類型。其中（zhōng），熱交換器係統部件、車身骨架、車門等（děng）可（kě）以應用變形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方（fāng）向盤、電（diàn）機外殼等可（kě）以應用鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁（lǚ）合金（jīn）在（zài）當前以及今後一段時期內都（dōu）將是新能源汽車輕量化的主（zhǔ）要選（xuǎn）材。

（２）鋁合（hé）金材料的廣泛應（yīng）用從某種程度上可以降低新能源汽車的生產製（zhì）造（zào）成本。鋁礦在（zài）地球（qiú）上的儲存量非（fēi）常大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維材料等成本（běn）更低，此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔（róng）點低，可以實現非常高的回收利用率（lǜ），可以實（shí）現新能源汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合金材（cái）料相（xiàng）較於其（qí）他汽車輕量化材（cái）料（liào）減重潛（qián）力更大。當前主流的汽車輕量化材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格、加工工藝等（děng）因素的製約，目前使（shǐ）用的並不多。而鋁合金材（cái）料相較與高強度鋼（gāng），比強度（dù）高，密度（dù）較小，減重潛力更大（dà）。

（４）鋁合金材料（liào）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（luó）接等多種連（lián）接方式。這些工（gōng）藝目前都有成熟的在新能源汽車的生產製造過程中運用。因此（cǐ），鋁合金材料在眾多汽車輕量化材料中脫穎而出，漸漸（jiàn）成為了（le）汽車輕量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化領域（yù）鋁合金材料焊接研（yán）究現狀

鋁合金在新（xīn）能源汽車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（ān）全等挑戰（zhàn）。汽車生（shēng）產製造過（guò）程中各零部件的連接方式有焊接、鉚接、螺接（jiē）等，其中焊接因工藝簡單、性（xìng）價比高、性能優越以及方便自動化流水作業（yè）等優點，是當前（qián）汽車零部件連接采取的（de）主要工藝方式。隨著新能源（yuán）汽車輕量化需（xū）求的日益旺（wàng）盛，鋁（lǚ）合金在新（xīn）能源汽車（chē）的（de）生產製造過程中的應用會越來越多。但要（yào）提高鋁合金材料在新能源（yuán）汽車生產製造（zào）中的運用量，就不得不對鋁合金的焊（hàn）接工藝（yì）進行更深入的研究，提高鋁合金焊接的質量和效率，並有（yǒu）效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展（zhǎn）出多種技術路線，其中廣泛應用於汽（qì）車生產製造中的有有激光（guāng）焊接、非（fēi）熔化極惰性氣體保（bǎo）護電（diàn）弧焊（hàn）（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣（qì）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（hé）金激光焊接

激光焊接（jiē）在汽車（chē）生產製造過程中應（yīng）用很廣泛，具（jù）有焊（hàn）接效率高，焊接變形小（xiǎo），焊接能量密度高的技術特點。在（zài）新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（zhǔ）要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個（gè）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（gōng）藝對鋁合（hé）金焊接接頭的力學性能和（hé）耐腐蝕性能（néng）研究、接頭的組織及性能研究等。另外一個（gè）方（fāng）向是鋁合（hé）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（zhě）的共（gòng）同努力下，鋁合金（jīn）材料激光焊接工藝得到（dào）了不斷地改善，焊接接頭的力學性能（néng）和耐腐蝕性（xìng）能得到了（le）較大幅度的提升，焊接接頭的缺陷率也得到了很好的控製，能較（jiào）好的滿足新能源（yuán）汽車生產製造的工藝需求。此外，信息技術的快速迭代助推了工業機器人（rén）的快（kuài）速發展，以視覺係統、機器（qì）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（qì）車生產過程的鋁合金材料激光焊接技術的（de）自動化（huà）、智（zhì）能（néng）化（huà）程（chéng）度越來（lái）越高。

3.2 新能源汽車領域鋁合金非（fēi）熔化極惰性氣（qì）體保護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔（róng）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（hàn）縫，還能自動同步（bù）清除鋁合（hé）金（jīn）焊接件表麵的（de）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（shēn）缺陷（xiàn），它的鎢電極（jí）承載電流的能（néng）力有（yǒu）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（yě）有掉（diào）入（rù）焊（hàn）接熔池影響焊接質量（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（mǎn）足高效高質量的焊接要求的缺（quē）陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的（de）應用。為了適應新能源汽車工業快速發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焊接進行了改進研究，成功研發出了雙（shuāng）槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接（jiē）電（diàn）弧（hú）集中，相比如傳（chuán）統ＴＩＧ焊（hàn）熔（róng）深得到明顯增加，改變了（le）傳統ＴＩＧ不太適用於（yú）鋁合金（jīn）厚板（bǎn）材焊接的境況，而（ér）且在即使沒有焊絲的情況下也能照常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳（chuán）統ＴＩＧ焊焊接效率（lǜ）不高的弊端，焊接（jiē）速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上（shàng）提高了（le）一倍以上，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。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了改善和提升，在相同的（de）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程中的熱變形，與此同時為增加鋁合金（jīn）焊接件的焊縫力學（xué）性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組（zǔ）成，使鋁合金焊接接頭的組織性能得到提升。

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

得益於國內外專（zhuān）家學者的持（chí）續關注和深入研究，鋁合金焊（hàn）接（jiē）技術得到（dào）不（bú）斷提升，焊接方式也日益豐富成（chéng）熟。在當前眾（zhòng）多鋁合金（jīn）焊接技（jì）術中應用最廣泛的是（shì）熔化極惰性氣體保護電弧焊（hàn）（ＭＩＧ焊（hàn））。采用ＭＩＧ焊焊接鋁（lǚ）合金可以（yǐ）獲得非（fēi）常優質的焊接構件，因此在工（gōng）程應用中ＭＩＧ焊很受（shòu）工程師們的青（qīng）睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研（yán）究的焦點，近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊（hàn）新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性（xìng）脈衝ＭＩＧ焊（hàn）以及ＣＭＴ焊便是鋁合金（jīn）ＭＩＧ焊新工藝（yì）中應用（yòng）頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改（gǎi）進優化（huà）單脈衝焊（hàn）接（jiē）技（jì）術發展而來，具有可調參數多，可合理（lǐ）的控（kòng）製輸入能量，以及可對焊接工藝（yì）參數進行靈活的匹配等（děng）優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可（kě）以獲得穩（wěn）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（hàn）則結合了反向接法（fǎ）脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直（zhí）流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作（zuò）為短（duǎn）路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的能量進行精確地控製，可以使熔池與（yǔ）焊絲快速分離，有效地減少飛濺。因（yīn）具有（yǒu）以上優（yōu）點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的焊接，可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（cā）焊經過近３０年的發展，在厚鋁（lǚ）合金板材焊接方麵有了（le）重大突破，已經可以高效率高質量的焊接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（xīn），也（yě）從單一能場焊接發展出了多（duō）種複合能場焊機方式。鋁合（hé）金攪拌摩擦（cā）焊的研究也吸（xī）引了國內外學者的關注，其中攪拌摩擦焊焊接接頭（tóu）的裝配（pèi）方式和焊接工藝參（cān）數是當（dāng）下研究的重點。其（qí）中，在接頭裝（zhuāng）配方式的選擇上，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（yù）鋁合（hé）金（jīn）材料焊接研究展望（wàng）

科技一般指科學技（jì）術（shù）。社會上習慣（guàn）於把科學和技術連在一起，統稱為科學技（jì）術，簡稱科技。實際二者既有密切聯係，又有重（chóng）要（yào）區別。實際二者既有密（mì）切聯係，又有重要區別。科學解決理論問（wèn）題，技術（shù）解決實（shí）際問題。

新能源汽車尤其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，車輛的迫切需要輕（qīng）量化，以期通過減少自身重量從而增加續航裏程。鋁合（hé）金材料不僅性（xìng）能優異且可實現再生循環利用，因此（cǐ）在汽車輕（qīng）量化材料中具（jù）有明（míng）顯的優勢，越來越廣泛的應用於（yú）新能源汽（qì）車的生產製造過程中。新能源汽（qì）車在生（shēng）產製造中的（de）鋁合金使用量已（yǐ）經（jīng）超（chāo）過多（duō）數的（de）傳統燃油車。隨著我（wǒ）國新能源（yuán）汽車近幾年的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁合金在汽車行業（yè）的廣泛應（yīng）用。因（yīn）此關於提升鋁合金焊接件的焊接質量的研究（jiū）將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合（hé）金攪拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊（hàn）接技術的研究將會更加深入，為新能源汽車輕量（liàng）化中（zhōng）鋁合金的應用，提供更加堅實的技（jì）術支（zhī）撐，從而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（shì）。

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