新能（néng）源汽車輕（qīng）量化領域（yù）鋁合金焊接技術

汽車工業幾十年的（de）高速（sù）發展所帶來的能源消耗和環境汙染的問題日益突出，已經成為全球汽車（chē）工業亟需著手解決的時代命題。大力發展新能源汽（qì）車是應對（duì）汽車產業發展（zhǎn）危機（jī）的有效（xiào）方案，也是實現我（wǒ）國“雙（shuāng）碳”目標（biāo）的重要舉措。但新（xīn）能源汽車的發展，目前仍麵臨（lín）著諸多挑（tiāo）戰（zhàn），其中（zhōng）續航焦慮是新能（néng）源汽車推廣的最大障礙。而新能源汽車與傳統燃油車結構的不同，車身更重。在此背景下，新能源汽車（chē）的輕量（liàng）化需求相比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量化（huà）的（de）手段中，最行之有效的是材料（liào）的（de）輕量化。鋁合金材料作為一種性能優異的輕合金材料，廣泛應用於汽車的（de）輕量化領域。因此，深入研究鋁合（hé）金焊接（jiē）技術（shù），進而提升鋁合金材料焊（hàn）接質量，對新能源汽車（chē）輕量化的發展具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰略意義

1.1 新能源汽車的輕（qīng）量化對提（tí）升新能源汽（qì）車的續航裏程具（jù）有重要意義

為（wéi）響應我國的“雙（shuāng）碳”發展戰略，作為我國能源（yuán）消耗大戶的汽車行（háng）業，肩負著低碳排放的曆（lì）史使命，責任重大。對此，近年我（wǒ）國（guó）大力發（fā）展新能源汽車產業，出（chū）台（tái）多項政策刺激（jī）和引導新能源汽車產業的發展。在多方（fāng）的共（gòng）同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者接受與青睞，近年在國（guó）內（nèi）汽（qì）車消（xiāo）費市場的滲透率逐年提升。具中國汽車工程學會預（yù）測（cè），到２０３５年中國汽車市場的（de）大部分份額（é）將（jiāng）被新能源汽車占據，且純電動汽車將成為（wéi）新能源汽車（chē）的絕對主力。對於純電（diàn）動（dòng）汽車而言，因受製於目前電池技術，整車整備質量相較於（yú）傳統燃（rán）油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對（duì）提升續航裏程有著非常顯（xiǎn）著的（de）作用。據統（tǒng）計，在純電動（dòng）汽車的（de）動力電池重量不變的前提下（xià），整車（chē）整備質量每減輕１００公斤，續航裏程可（kě）以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車（chē）的輕量化是汽車（chē）發展（zhǎn）的三（sān）大趨勢之一，推進新能源汽車的輕量化將（jiāng）助力提（tí）升我國的汽車產品的競爭力

汽車的輕量（liàng）化（huà）除了可（kě）以顯著降低（dī）能量消耗（hào），提升電動汽車的（de）續航裏程外，對提升車輛的加速性能、操作穩定性、製動性（xìng）能、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯的（de）助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕（qīng）量化材料的運用（yòng）和結構設計，提升新能源汽車的輕量化（huà）水平，不僅可以提升（shēng）汽車的各項性能指標，還可以有效控製汽車的生產成本，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（chǎn）業，新能源汽車的輕量化的發展可以帶動產業上下遊相關領（lǐng）域的轉型升級汽車（chē）的輕量化涉及汽車生產、維修（xiū）、回收等（děng）多（duō）個相關產業。汽車（chē）輕量化的快速發展必然會刺激汽車輕量（liàng）化材料的研發和革新，對多材料混合運用技（jì）術（shù）如焊接、鉚接等的（de）發（fā）展也將有直接的強勁（jìn）推動作用，對汽車的生產裝備（bèi）也會提（tí）出更高的要求。近年新能源（yuán）汽車技術飛（fēi）速發展（zhǎn），技術越來越成熟，與之（zhī）配套（tào）的充電等社會公共設施也越來越健全，再加上新能源汽車因相較於（yú）傳統燃油車更低的用車成本等優勢（shì），使新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井噴式增長，在此背景下，新（xīn）能源汽車輕量化旺盛的需（xū）求對汽車產業上下遊相關（guān）領域轉型升級的推動作用越來越（yuè）強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車（chē）輕量化領域應用的優勢（shì）

使用先進的製造工藝、對結構進行優化設計和（hé）應用（yòng）輕（qīng）量化的材料（liào）是目前汽車輕量化的三大（dà）技術手段。其中輕量化（huà）材料的運用是最直接、最有效的方式。相（xiàng）比其他工程材料，鋁合金（jīn）材料因具備諸多優勢，因此一開始便便（biàn）到了（le）汽車（chē）工程師的青睞。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）鋁合金材料可以廣泛應用於新能（néng）源汽車的輕量化領（lǐng）域。鋁（lǚ）合金（jīn）具有較高的比強度和優（yōu）良的加工成（chéng）形性（xìng），可（kě）以應用於製造（zào）汽（qì）車的各（gè）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（dà）類型。其中，熱交換器（qì）係統（tǒng）部件（jiàn）、車身骨架、車門等可以應用變形（xíng）鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方（fāng）向盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使（shǐ）鋁合金在當前以及（jí）今後（hòu）一段時期內都將是新（xīn）能源汽車輕量化的主要（yào）選材。

（２）鋁合金材（cái）料的廣泛應用從某種程（chéng）度上可（kě）以降低新能（néng）源汽車的生產製造成本。鋁礦在（zài）地球上的儲存量非常大，因此（cǐ）鋁合金材料相較於鎂（měi）合金（jīn）材料、碳纖維材料等成本更低，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（chē）生（shēng）產材料的循環利用。

（３）鋁（lǚ）合金材（cái）料相較於（yú）其他汽車（chē）輕量化材料減重（chóng）潛力更（gèng）大。當前主流（liú）的汽車輕量化材料有鋁合金、高強度鋼（gāng）、鎂合金、碳纖維材料等（děng）。但其中鎂合金和（hé）碳纖維材料因價格、加（jiā）工工藝等（děng）因素的製約，目前使用的並不多。而鋁合金材料相較（jiào）與高強度鋼，比強度高，密度較小，減重潛力更（gèng）大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄（zhù）造等成型工藝外，還發展出了焊接、鉚接（jiē）、螺接等多種連接方式（shì）。這些（xiē）工藝目前（qián）都有（yǒu）成熟的（de）在新能源汽（qì）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（yǐng）而出，漸漸成為（wéi）了（le）汽車輕（qīng）量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化領（lǐng）域鋁合金材料焊接研究現狀

鋁（lǚ）合金在新能源（yuán）汽（qì）車的輕量化中（zhōng）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、安全等挑戰。汽車生產製造過程中各（gè）零部件（jiàn）的連接方（fāng）式有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因工藝簡單（dān）、性（xìng）價比高、性能優越以及方便自動化（huà）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（hé）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（tí）高鋁合（hé）金材料（liào）在新能源汽車生產製造中的（de）運（yùn）用量（liàng），就不得（dé）不對鋁合金的焊接工藝進行更深入的研究，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（chéng）熟的連接方式，目前已經發展出多種技術（shù）路線，其中廣泛（fàn）應用（yòng）於汽車（chē）生產製造中的有有激光焊接、非熔（róng）化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極（jí）惰性氣體保（bǎo）護焊（ＭＩＧ焊）、攪（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽（qì）車領域鋁合金激光焊接（jiē）

激光焊接在（zài）汽車生產製造過程中應用（yòng）很廣（guǎng）泛，具有焊接效率高，焊接變形小（xiǎo），焊（hàn）接能量密度高的技術特點。在新能源（yuán）汽車領域目（mù）前針對鋁合金的激光焊（hàn）接（jiē），國內外專家（jiā）學者的（de）研究主要聚焦在（zài）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（xiǎng），如（rú）激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭的力學性（xìng）能和耐（nài）腐蝕性能（néng）研究、接頭的組織及（jí）性（xìng）能研究等（děng）。另（lìng）外一個方向是鋁合金（jīn）激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金激光焊接頭（tóu）顯微（wēi）組（zǔ）織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣（qì）孔、裂紋、變形的預（yù）測研究等。在國內外專（zhuān）家學者的（de）共同努力下（xià），鋁（lǚ）合金材料激光焊接工藝得到了不斷地改（gǎi）善，焊接接頭的（de）力學性能和耐腐蝕性能得到（dào）了較大幅度的提升，焊接接頭的缺陷率也得到了（le）很好的控製，能較好的（de）滿足新能源汽車生產製造的工藝需求。此外（wài），信息技術的快（kuài）速迭代助推了工業機器（qì）人的快速發展（zhǎn），以視覺係統、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（kuài）速的發展。新（xīn）能（néng）源汽車（chē）生產過程的鋁合金材料激（jī）光焊接技術的自動化、智能化程度越來越高。

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

非熔化極惰性氣體保護電弧焊非常適用與薄板鋁合金材料（liào）的焊接，技術也很成（chéng）熟（shú）。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金（jīn）不（bú）僅可以獲得美觀的連續魚鱗狀焊縫，還能自動（dòng）同步清除鋁合金（jīn）焊（hàn）接件（jiàn）表麵的氧化膜，進（jìn）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（quē）陷，它（tā）的鎢電極承載電流的能力（lì）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，也有掉入焊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（bú）能（néng）滿（mǎn）足高效高（gāo）質量（liàng）的焊（hàn）接要求的缺（quē）陷，也限（xiàn）製（zhì）了ＴＩＧ焊接方（fāng）法在新能源汽（qì）車領（lǐng）域的應用。為了適應（yīng）新能源汽車工（gōng）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（jìn）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焊焊接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得（dé）到明顯增加，改變了傳（chuán）統ＴＩＧ不（bú）太適用於鋁合金厚板（bǎn）材焊接的境況，而且（qiě）在即使沒有焊絲（sī）的情況下也能照常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了（le）傳統ＴＩＧ焊焊（hàn）接效率不高的弊端，焊接速度在（zài）傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍（bèi）以上，而且（qiě）焊接電弧（hú）穩定，沒有較大波動（dòng），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（hé）提升（shēng），在相同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）相較於（yú）傳統ＴＩＧ焊可以采用（yòng）更（gèng）小的焊接電流，進而可以減（jiǎn）少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與此（cǐ）同時為增加鋁合金焊接件（jiàn）的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還（hái）改變了活（huó）性（xìng）劑的組成，使鋁合金焊接（jiē）接頭的組織（zhī）性能（néng）得到提升。

3.3 新能（néng）源汽車領域鋁合金熔化極惰（duò）性氣體（tǐ）保護（hù）焊 （ＭＩＧ 焊）

得益（yì）於國（guó）內外專家學者的持續關注和深入研究，鋁合金焊接技（jì）術得到不（bú）斷提升，焊接方式也日益豐（fēng）富成（chéng）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（tǐ）保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合（hé）金可以獲（huò）得（dé）非常優質的焊接構件，因（yīn）此在工程應用（yòng）中ＭＩＧ焊很受工程（chéng）師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學（xué）者們（men）研究的焦（jiāo）點，近年研發（fā）出了不少鋁合金ＭＩＧ焊（hàn）新工藝（yì）。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊（hàn）新工藝中（zhōng）應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是（shì）通過改進優化單脈衝焊接技術發展而來，具有可調參（cān）數多，可合理的控製輸入能量，以（yǐ）及可對焊接工藝參數進行（háng）靈活的（de）匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可以（yǐ）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（jí）性（xìng）脈衝ＭＩＧ焊則結合（hé）了（le）反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正向（xiàng）接法脈衝（chōng）ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為短路過渡焊技（jì）術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的能量進行精（jīng）確地控製，可以（yǐ）使熔池與（yǔ）焊絲快速分離，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（de）焊接，可以（yǐ）獲得較（jiào）高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新（xīn）能源汽車領域鋁合（hé）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，在厚鋁合金板材焊接方麵有了重大突破，已經可以（yǐ）高效率高質（zhì）量的焊接１．２至６毫米的厚（hòu）鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十（shí）年的發展革新（xīn），也從單一能場焊（hàn）接發展出了多種複合能場焊機方式。鋁合金（jīn）攪拌摩擦焊的研究也吸引（yǐn）了國（guó）內外學者的關注，其中攪拌（bàn）摩擦焊焊接接頭的裝配方式和焊接工藝參數是當下研究的重點。其中，在接（jiē）頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車輕量化（huà）領域鋁合金（jīn）材料焊（hàn）接研究展望

科技一般指科（kē）學技術。社會上習慣於把科學和技術連在一起，統稱為科（kē）學技術，簡稱科技。實際二者既有（yǒu）密（mì）切聯係，又有重要區別。實際（jì）二者既有密切聯係，又有（yǒu）重要（yào）區別。科學解決理論問題（tí），技術解決（jué）實際問（wèn）題。

新能源汽車尤其是其中的純電動汽車，因電池技（jì）術的瓶頸（jǐng）和自（zì）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（jǐn）性能優異且可實現再生循環利用（yòng），因（yīn）此在汽車輕量化材料中具有明顯的優勢，越來（lái）越廣泛的應（yīng）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（yòng）量（liàng）已經超過多（duō）數的傳統燃油車。隨著我國新能源汽車近幾年的井噴式發展（zhǎn），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焊接件的焊接（jiē）質量的研究將會成為研究焦點。鋁（lǚ）合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體（tǐ）保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合（hé）金攪拌摩擦（cā）焊（hàn）（ＦＳＷ焊）等（děng）鋁合（hé）金焊接（jiē）技（jì）術的研究將會更加（jiā）深入（rù），為新能源汽車輕量化中鋁合（hé）金的應用，提供更加堅實的技術（shù）支（zhī）撐，從而保障鋁合（hé）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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