新（xīn）能源汽車輕量（liàng）化領域鋁合（hé）金焊接技（jì）術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來的能（néng）源（yuán）消耗和環（huán）境汙染的問題日益突出，已經成為全球汽車工（gōng）業亟需著手解決的時代命題。大力發展新能源汽車是（shì）應（yīng）對汽車產業發（fā）展危機的（de）有效（xiào）方案，也（yě）是實現我國“雙碳”目標（biāo）的重要舉措。但新（xīn）能源汽車的發展（zhǎn），目前（qián）仍麵臨著（zhe）諸（zhū）多挑戰，其中續航焦慮是新（xīn）能源（yuán）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（chē）身（shēn）更重。在此背景下，新能（néng）源汽車（chē）的輕量化需求相比傳統燃油（yóu）車更加（jiā）迫切。在（zài）當前（qián）汽車輕（qīng）量化的手段中，最行之有效的是（shì）材料的輕量化。鋁合金材料作為一種性能優異的輕合金材料，廣泛應（yīng）用於汽車的輕量化領域。因此，深入研究鋁合金（jīn）焊接技術，進而（ér）提升鋁（lǚ）合金材料焊接質量，對（duì）新能源（yuán）汽車輕量化的發（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（huà）對提升新能源汽車的續航裏程具有重要意義

為響應我國（guó）的“雙碳”發展戰（zhàn）略，作為我國能源消耗（hào）大戶的汽車行業，肩負著低（dī）碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年（nián）我國大力發展新能源汽車產業，出台（tái）多項政策刺激和引導新能源（yuán）汽車產業的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者（zhě）接受與青睞（lài），近年在國內汽車消費市場的滲（shèn）透率（lǜ）逐年提升（shēng）。具中（zhōng）國汽車（chē）工程學會預測，到（dào）２０３５年中國（guó）汽車市場的大部分份額將被新能源汽車占（zhàn）據，且純電動汽車將成為新能源汽車的絕對主力。對於純（chún）電動汽車而（ér）言（yán），因（yīn）受製於目前電池技術，整車整（zhěng）備（bèi）質量相較於傳（chuán）統燃油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航裏程有著非（fēi）常顯著的作用。據統計，在純（chún）電動汽車的動力電（diàn）池重量不變的前提（tí）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 汽車的輕量化是汽車發展的三大趨勢之一，推進新能源（yuán）汽車（chē）的輕量化將助（zhù）力提（tí）升我國的汽車產品的（de）競爭力

汽車的（de）輕量化除了可以顯著降低能量（liàng）消耗（hào），提升電動汽車的（de）續航裏程外，對提升車（chē）輛的（de）加（jiā）速性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也（yě）都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕（qīng）量化材料的運用和結構設（shè）計，提（tí）升新能源汽車的（de）輕（qīng）量化水平，不僅可以提升汽車的各項（xiàng）性能指標，還可以有（yǒu）效控製汽車的生產成本（běn），提高市場競爭力。

1.3 汽車產（chǎn）業作為一個產業鏈比較長的產業，新能源汽車的輕量化的發展可以帶（dài）動產業上下遊相關領域的轉型（xíng）升級汽車的輕量化涉（shè）及（jí）汽車生產、維修、回收等多個相關產業。汽車輕量化的快（kuài）速發展必（bì）然會刺激汽車輕量化材料的研發和革新，對多材料（liào）混合運用技術如焊接、鉚接等（děng）的發展（zhǎn）也將有直（zhí）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。近年新能源汽車技（jì）術飛速發展，技（jì）術越來越成熟，與之（zhī）配套的充電等社會公共設施也越來越健全，再（zài）加上（shàng）新能源（yuán）汽車因相較於傳統燃油（yóu）車更低的用（yòng）車成本等（děng）優勢，使新能源車越來越受到消費（fèi）者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井（jǐng）噴式增長，在此背景下，新（xīn）能（néng）源汽車輕量化旺盛的需求（qiú）對汽車（chē）產業上下遊相關領域轉型升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車（chē）輕量化（huà）領域應用的優勢

使（shǐ）用先進的製造工藝、對結構進行優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。其中輕量化（huà）材料的運用是最直接、最有（yǒu）效的方式。相比其他工程材料（liào），鋁合金（jīn）材料因具備諸多優勢，因此一開始便便（biàn）到（dào）了汽車工程師（shī）的青（qīng）睞。具（jù）體而言，鋁合（hé）金在新能源汽車的輕量化領域具有一下優勢：

（１）鋁合金材料可以廣泛應用（yòng）於新能源汽車的輕量（liàng）化領域。鋁合金具有較高的比強度和優良的加（jiā）工成形性，可以應用於製造汽車的各種部件和零件。鋁合（hé）金材料可分為變形鋁合金和鑄造鋁（lǚ）合金兩大類型。其（qí）中，熱交換器係（xì）統部件、車（chē）身骨架、車門等可以應用變形鋁合金製造；而（ér）加速踏（tà）板、車輪、方向盤、電（diàn）機外殼等（děng）可以應用鑄造鋁合金生產。因鋁合（hé）金的優（yōu）良性能，使鋁合金在當前以及今後一段時期內（nèi）都將是新能（néng）源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛（fàn）應用從某種（zhǒng）程度上可以降低新能源汽車的生產製造成（chéng）本。鋁礦（kuàng）在（zài）地球上的儲存量非常大，因此鋁合金材料相較於鎂（měi）合金材（cái）料（liào）、碳纖維材料等成（chéng）本更低（dī），此外鋁合（hé）金（jīn）具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實現非常高的回收利（lì）用率，可（kě）以實現新能源汽車生產材料的（de）循環（huán）利（lì）用。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車輕量（liàng）化材（cái）料減重潛力更大。當前主流的汽（qì）車輕量化（huà）材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材料（liào）等。但其中鎂合（hé）金（jīn）和碳纖（xiān）維材料因價格、加工工藝等因素的製約，目前（qián）使用的並不多。而鋁合金材料（liào）相較與高（gāo）強度鋼，比強度高，密度較小，減（jiǎn）重潛力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出了（le）焊接、鉚接、螺接等（děng）多種連（lián）接方式。這些工藝目前都有成熟的在新能源汽車（chē）的（de）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（liào）中脫穎而出（chū），漸漸（jiàn）成為了汽車輕量化的主流材料。

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的輕量化中有著舉足輕重的作用，但在生產和使用過程仍（réng）麵臨生產（chǎn）工藝、安全等挑戰。汽車生產（chǎn）製造過程中各零部件（jiàn）的連接方式有焊接、鉚接、螺接等，其中焊（hàn）接（jiē）因工藝簡單（dān）、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（jiē）采取的主要工藝方式（shì）。隨（suí）著新能源汽車輕量化需求的日（rì）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（yuè）多。但要提高鋁合金材料在新能（néng）源汽車生（shēng）產製造中的運用量，就不得不（bú）對鋁合（hé）金的焊接工藝進行更深入的研（yán）究，提高鋁合金焊（hàn）接的質量和效率，並有效降低（dī）成本。焊接作為一種成熟的連接方式（shì），目前已經發（fā）展出多種技術路線，其中廣泛應用於汽車生產製（zhì）造中的有有激光焊接、非熔化極惰性氣體保護（hù）電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化（huà）極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等（děng）。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激（jī）光焊接

激光焊接在汽車生產製造過程中應用很廣泛（fàn），具（jù）有焊接效率高，焊接變形小，焊接（jiē）能量密度高的技（jì）術（shù）特點。在新能源汽車領域目前針對鋁合金的激（jī）光焊接，國內外專家（jiā）學者的研（yán）究主（zhǔ）要（yào）聚焦在兩個方向：一個方向（xiàng）是激（jī）光（guāng）焊接工藝對鋁合金焊接接頭性能影響，如（rú）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（jiē）頭的組織及性能研（yán）究等。另外一個方向是鋁（lǚ）合金激光焊接過程中的缺陷（xiàn），如鋁合金激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合金激（jī）光焊接（jiē）接頭氣孔、裂紋、變形的（de）預測研究等（děng）。在國內外專（zhuān）家學者的（de）共同（tóng）努力下，鋁合金材料激光焊接工藝得到了不斷地改善，焊接（jiē）接頭的力學性能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提升，焊（hàn）接（jiē）接頭的缺陷率也得到了很好的（de）控製，能較好的滿（mǎn）足新能源（yuán）汽車生產製（zhì）造（zào）的（de）工藝需求。此外，信息技術的快速迭代助推了工（gōng）業機器人的（de）快（kuài）速發展，以視覺係統、機器人技（jì）術以及（jí）信息技（jì）術加持的遠程激光焊接（jiē）技術也在快速的發展。新能源汽車生產過程的（de）鋁合金材料激（jī）光焊接技術的自動化、智能化（huà）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焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極（jí）惰性氣體保護電（diàn）弧焊非常適用與薄板鋁合金材料的焊接，技術也很成熟。采（cǎi）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（zhuàng）焊縫，還能（néng）自動同（tóng）步清除鋁合金焊接件表麵的氧化膜，進（jìn）而改善鋁合金（jīn）焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然（rán）的（de）自身缺陷，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（bèi）熔化和（hé）蒸發，由此產生的（de）鎢電極（jí）微粒，也有掉入焊接熔池影響（xiǎng）焊接質量的可能。除（chú）此之外，生（shēng）產效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高（gāo）效高質量的焊接要求的缺陷，也（yě）限（xiàn）製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應（yīng）用。為了適應新能源汽（qì）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，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱（rè）絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）等焊接（jiē）方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相（xiàng）比（bǐ）如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增（zēng）加，改變了傳統ＴＩＧ不太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（kuàng）下也能照常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上，而且焊接電弧穩定（dìng），沒有較大波動，確保了鋁合金焊（hàn）接接頭優良的性能，以及良好的焊接成形（xíng）外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了改善（shàn）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（jiē）電流，進而可以減少鋁合金（jīn）在焊接過程中的熱變（biàn）形，與（yǔ）此同時為增加鋁合金焊接件的焊縫力（lì）學性能（néng），Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）還改變了活性劑（jì）的組成，使鋁合金焊接接頭（tóu）的組織性能得到提升。

3.3 新能源汽車領域鋁合金熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊（hàn））

得益於國內外專家學者的持續關注和深（shēn）入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊（hàn）接方式（shì）也日益豐富成熟。在當前眾多鋁合金焊接技術中應用最廣泛的（de）是熔化極惰性（xìng）氣（qì）體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊（hàn）接鋁合金可以獲得非（fēi）常優質的（de）焊接構件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很（hěn）受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專（zhuān）家學者們研究的（de）焦點，近年研（yán）發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新工（gōng）藝。雙脈衝ＭＩＧ焊（hàn）、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進（jìn）優化單脈衝焊（hàn）接技術發展而來，具有可調參數多，可合理的控製輸入能量（liàng），以及可對焊接工藝參（cān）數進行靈（líng）活的匹（pǐ）配等優點（diǎn）。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接（jiē）鋁合金材料可以獲（huò）得穩定可靠的高質量的焊縫。在眾多工業領（lǐng）域廣泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊（hàn）則結合了反向接（jiē）法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極（jí）焊）和直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為短路過（guò）渡焊技（jì）術的ＣＭＴ焊（hàn）在焊接過（guò）程中，可以對輸入的能量進行精確地控製，可以使熔（róng）池與焊絲（sī）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焊接，可以獲得較高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽（qì）車領域鋁合金攪拌摩擦焊（hàn）（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年的發展，在厚鋁（lǚ）合金板材焊接方麵（miàn）有了重大突破，已經可以高效率高質量的焊接１．２至（zhì）６毫米的（de）厚鋁合（hé）金板材。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（zhǎn）出了多種複合能場焊機（jī）方式。鋁合金（jīn）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（cā）焊焊接接頭的裝配方式和焊接工藝參數是當下研（yán）究的（de）重點。其中，在接頭（tóu）裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接（jiē）等（děng）。

04   新能源汽車輕（qīng）量化領域（yù）鋁合金材料焊（hàn）接研究展望

科技一（yī）般指科學技術。社會上習慣於把科學和技術連在一起，統稱為科學技（jì）術，簡稱（chēng）科（kē）技。實際二者既（jì）有密切聯係，又有重要（yào）區別。實際二者既有（yǒu）密切聯係，又有重要區別。科學解（jiě）決理論問題，技術解決實際問題。

新能源汽車尤其是其中的純電動（dòng）汽車，因電池技術的（de）瓶頸和自（zì）身（shēn）結構的特（tè）殊性（xìng），車輛的迫切需要輕量化，以期（qī）通過減少（shǎo）自（zì）身（shēn）重量從而增加續航裏程。鋁合金材料不僅性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有明顯的優勢，越來越廣泛的應用於新能源汽車的生產（chǎn）製造過程（chéng）中。新（xīn）能源汽車在（zài）生產製造中的鋁合（hé）金使用量已經超過多（duō）數（shù）的傳（chuán）統燃油車。隨著我國新能源汽車（chē）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的廣泛應（yīng）用。因（yīn）此關於提升鋁合金焊接（jiē）件的（de）焊接質量的研究將會成為研究焦點。鋁（lǚ）合金激光焊（hàn）接（jiē）、鋁合金熔化（huà）極惰（duò）性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術（shù）的研究將會更加深入，為新能源汽車（chē）輕量化中鋁合金的應用（yòng），提供更加堅實的技術支撐，從而保（bǎo）障鋁合金在新能源（yuán）汽車的生（shēng）產（chǎn）製造中充分發揮減重優勢。

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