新能源汽車輕（qīng）量化領域鋁合金（jīn）焊接技術

汽車工（gōng）業幾十年的高速發展所帶來的（de）能源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（shí）代命題。大力發展新能源汽（qì）車是（shì）應對汽車產業發展危機的有效方（fāng）案，也是實現我國（guó）“雙碳”目標的重要舉措。但新能源（yuán）汽車的發展，目前仍（réng）麵臨著諸多挑戰（zhàn），其中續航（háng）焦（jiāo）慮是新（xīn）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（jié）構的不同，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加迫切。在（zài）當前汽車輕量化的手（shǒu）段中，最行之有（yǒu）效的是材料的（de）輕量化。鋁合金材料作為一種性（xìng）能優異的輕合金材料，廣（guǎng）泛（fàn）應用於（yú）汽車的輕量（liàng）化領域。因此，深（shēn）入研究鋁合金焊接技術，進而提升鋁（lǚ）合金材料焊接質量，對新能源汽（qì）車輕量（liàng）化的發展具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰（zhàn）略（luè）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義

為響應我國的“雙（shuāng）碳”發展（zhǎn）戰略，作為我國能源消耗大戶的汽車行（háng）業，肩負著低碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國大力發展新能源汽車產（chǎn）業，出台多項政策刺激和引導新（xīn）能源（yuán）汽車（chē）產業的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣（guǎng）大（dà）消費者接受與青睞，近年在國（guó）內汽車消費市場的滲透率逐年提升。具中國汽車工程學會預測，到２０３５年中國汽（qì）車市場的大部分份額將被新能源汽車占據，且純電動汽車將成為新能源汽車的（de）絕對主（zhǔ）力。對於純電（diàn）動汽車而言，因受製於目前電池技術，整車整備質量相較（jiào）於傳統燃油車反而顯（xiǎn）著增加，增量達１５％－４０％。整車的（de）輕量化對提升續航裏程有著非常顯著（zhe）的作用。據統計，在純電動汽車（chē）的動力電（diàn）池重量不變的（de）前（qián）提下，整車（chē）整備質量每減輕１００公斤（jīn），續航裏程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是（shì）汽車發展的三大趨勢之（zhī）一，推進新能源汽車的輕量化將助力提升（shēng）我（wǒ）國的汽車產品的競爭力

汽車的（de）輕量化除了可以顯（xiǎn）著降低能量消耗，提（tí）升（shēng）電動汽車的續航裏程外，對提升車輛的加速性能、操作穩定性、製動性能（néng）、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（háng）業的發展趨勢，通過合理的輕量（liàng）化材料的運用和結構設計，提升新能源汽車的輕量（liàng）化水平，不僅可以提升（shēng）汽（qì）車的各（gè）項性能指標，還可以有效控製（zhì）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較（jiào）長的產業（yè），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（yù）的轉型（xíng）升級汽車（chē）的輕量化涉及汽車（chē）生產、維修（xiū）、回收等（děng）多個相關產業。汽車輕量（liàng）化的快（kuài）速發展必然會刺激汽車輕（qīng）量化材料的研發和革新，對多材料（liào）混（hún）合運用技術如焊接、鉚接等的發展也將（jiāng）有直接的強勁推動作用，對汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術（shù）飛速發展，技術越來越成熟，與之配套（tào）的充電等社會公（gōng）共設施也越來越（yuè）健全，再加上新能源汽車因相較（jiào）於傳統燃油車更（gèng）低的用車成本等優勢，使新（xīn）能源車越來越受到消費者（zhě）的喜愛。新（xīn）能源汽車的銷量（liàng）開始井噴式增長，在此背景下，新能源汽車輕量（liàng）化旺盛的需求對（duì）汽（qì）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    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應（yīng）用的優勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優化（huà）設計和應用輕量化的材料是（shì）目前汽車輕量化的三大技術（shù）手段。其中輕量化材（cái）料的運用是最直接、最（zuì）有效的方式。相比其他工程材料，鋁合金（jīn）材料因具備諸多優勢，因此一開始便便到了汽車工程師（shī）的青（qīng）睞。具（jù）體而言，鋁合金在（zài）新能源汽車的輕（qīng）量化領域具（jù）有一下優勢：

（１）鋁合金材（cái）料可以廣泛應用於新能（néng）源汽車的輕量化（huà）領域。鋁合金具有較高的比強度和優良的加工成形性，可以（yǐ）應用於製造汽車的各種部件和零件。鋁（lǚ）合金材（cái）料可分為變（biàn）形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類型。其中（zhōng），熱交換器係（xì）統（tǒng）部件、車身骨架、車門等可以應用變形鋁合金（jīn）製造；而加速踏板、車（chē）輪、方向盤、電（diàn）機外殼等可以應用鑄造鋁合金生（shēng）產。因鋁合（hé）金的優良性能，使鋁合金在當前以及今後一段時期內都將是新能源汽車輕量化的主要選材（cái）。

（２）鋁合金材料的廣泛應用（yòng）從某種程（chéng）度上可以降低新能源汽車的生產製造成本。鋁礦在地球上的儲存量非常大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維材料等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐（nài）蝕性，且熔點低，可以實現非常高的回收利用率，可以（yǐ）實現新能源汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車輕量化材料減重潛力（lì）更大。當前主流的汽車輕量（liàng）化材料有鋁合金、高（gāo）強度鋼、鎂合（hé）金、碳纖維材料等。但（dàn）其中鎂合金和碳纖維材料（liào）因（yīn）價格、加工工藝等因素的（de）製約（yuē），目前使用的並不多。而（ér）鋁（lǚ）合（hé）金材料（liào）相較與高強度鋼，比強度高，密度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外（wài），還發展出了焊接（jiē）、鉚接（jiē）、螺接等多種連接方式。這些工藝目前都有成熟（shú）的在新能源（yuán）汽車（chē）的生產製造（zào）過（guò）程中運（yùn）用。因此（cǐ），鋁合金材料在眾多汽（qì）車輕量化材料中脫穎（yǐng）而出（chū），漸漸成為（wéi）了汽車輕量化的（de）主流材料。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合（hé）金材（cái）料焊接研究現狀

鋁合金在（zài）新能源汽車的輕（qīng）量化中（zhōng）有著舉足輕重的作用，但在生產和使用過程仍麵（miàn）臨生產工藝、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（jiē）、螺接等，其中焊接因工藝簡單、性（xìng）價（jià）比高（gāo）、性能（néng）優越以（yǐ）及方便自動化流水作業等（děng）優點，是當前汽車零部件連接采取的主要（yào）工藝方式。隨著（zhe）新（xīn）能源汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的生產製造過程中（zhōng）的應用（yòng）會越來越多。但要提（tí）高鋁合金材料在新能源汽車生產製造中的運用量，就不得不對鋁合金（jīn）的焊接工藝進行（háng）更深入的研究，提高鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低（dī）成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展出多種技（jì）術路線，其中廣泛（fàn）應用於汽車生產製（zhì）造中的有有激光焊（hàn）接、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔（róng）化極惰性氣體（tǐ）保（bǎo）護焊（hàn）（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽（qì）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（jiē）變形小，焊接能量密度高的技術特（tè）點。在新能（néng）源汽車領域目前針（zhēn）對鋁合金（jīn）的激光焊（hàn）接，國內外專家學者的研究主要聚焦在兩個方（fāng）向：一個方向是激（jī）光（guāng）焊接工藝對鋁合金焊接接頭性（xìng）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、接頭的組織及性能研究等。另（lìng）外一（yī）個方向是（shì）鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁（lǚ）合金（jīn）激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合金（jīn）激光焊（hàn）接接頭氣孔、裂（liè）紋、變形的預測研究等。在國內外專家學（xué）者的（de）共（gòng）同努力下，鋁合金材料激（jī）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蝕性能得到了較大幅度的提升，焊接接頭的缺陷率也得到了很好的控製，能較好的滿足新能源汽車生產（chǎn）製造（zào）的工藝需求。此外，信息技術的快速迭代助推了工業機器人的快速發展，以視覺係統、機器人（rén）技術以及信息技術加持的遠程（chéng）激光焊接技術也在快速的發展（zhǎn）。新能源汽車生產過程的鋁合金（jīn）材料激光焊接技（jì）術的自動化、智能化程度越來越高。

3.2 新能源汽車領域鋁（lǚ）合（hé）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（bǎn）鋁合（hé）金（jīn）材料的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁（lǚ）合（hé）金不僅可以獲得美觀（guān）的連續魚鱗狀焊縫，還能自動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（jiē）有著天然的（de）自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當有承載（zǎi）大電流時，容易被熔化和蒸發，由此產生（shēng）的鎢電極微粒，也有掉入（rù）焊接熔池影響焊接質量的可能。除此（cǐ）之外，生產效率低、熔深淺、熔（róng）敷速度小等不能滿足高效高質（zhì）量的焊接要求的缺陷，也限製了（le）ＴＩＧ焊接方（fāng）法（fǎ）在（zài）新能源汽（qì）車領域的應用。為了適應新能源汽車工業快速發展對於鋁合（hé）金焊接高質量、高效率的生產要求，近年（nián）不少學者對（duì）ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出了（le）雙槍（qiāng）ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接（jiē）方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧（hú）集中（zhōng），相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊接（jiē）的境況，而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焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接（jiē）效率不（bú）高（gāo）的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎（chǔ）上提高了一倍以上，而且焊接電弧穩定，沒有較大波動，確保了（le）鋁合金焊接接頭優良的性能，以及良（liáng）好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊（hàn）接質量上進行了改善和提升，在（zài）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（de）焊接電流，進而可以減（jiǎn）少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與此同時為增加鋁合金焊接件的（de）焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變（biàn）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 新能源汽車領（lǐng）域鋁合金熔化極惰性氣體保（bǎo）護（hù）焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續關注和深入研究，鋁合金焊接（jiē）技術得到不（bú）斷提升，焊接方式也日益豐富成熟。在（zài）當前眾多鋁合金焊接（jiē）技術中應用最廣泛（fàn）的是熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非（fēi）常優（yōu）質的焊接構（gòu）件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受（shòu）工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的焦點，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（mò）衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊（hàn）新（xīn）工藝中應用頻（pín）率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通（tōng）過改進（jìn）優化單脈衝焊接技術發展而來，具有可調參數多，可合理的控製輸入能量，以及可對焊接工（gōng）藝參數進行靈活的匹（pǐ）配等優點（diǎn）。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊（hàn）接鋁合金材（cái）料可以獲得穩定可靠（kào）的高質（zhì）量的焊縫。在（zài）眾多工業領域廣泛應用（yòng）的雙極性脈（mò）衝（chōng）ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直（zhí）流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的能量進行精確地控製，可以使熔池與焊絲（sī）快速分離，有效（xiào）地減（jiǎn）少飛濺。因具有（yǒu）以上優（yōu）點，ＣＭＴ焊特別（bié）適合於超薄板的焊（hàn）接，可以（yǐ）獲（huò）得較高質量水平的（de）超（chāo）薄板焊件。

3.4 新能源汽車（chē）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，在厚鋁合金板（bǎn）材焊接方麵（miàn）有了重大（dà）突破，已（yǐ）經可以高效率高質（zhì）量的焊接１．２至６毫米的（de）厚鋁合金板材（cái）。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十年的發展革新，也從單一能場（chǎng）焊接發展出了多種複合能場焊機方（fāng）式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也吸引了國（guó）內外學者的關注，其中攪拌摩擦焊焊（hàn）接接頭的（de）裝配方式和焊接（jiē）工藝參數是當下研（yán）究的重點。其中，在接（jiē）頭裝配（pèi）方（fāng）式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接（jiē）和（hé）搭（dā）接等。

04   新能源汽車輕量化（huà）領域鋁合金材料焊接研究（jiū）展（zhǎn）望

科（kē）技一般指科學技術。社會上習（xí）慣於把科（kē）學和技術連（lián）在一起，統稱為科學技術，簡稱科技。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。科學解決理論問題，技術解決實際問題。

新（xīn）能源（yuán）汽車尤其是其中的純（chún）電（diàn）動汽車（chē），因電池技術的瓶頸和自身結構的特殊性，車輛的迫切需要輕量化，以期通過減少自身（shēn）重量從而增加續航裏程。鋁合金材料不僅性能優（yōu）異且可實現再生循環利用，因此（cǐ）在汽車輕量化材料中具有明顯的優勢，越來越廣泛的應用於新能源汽車的生產製造過程中。新能源汽（qì）車在（zài）生產製造中的鋁合金（jīn）使用量已經（jīng）超過多數的傳（chuán）統燃油車。隨著我國新能源汽車近幾年的井噴式發展，必然會進一步（bù）拉動（dòng）鋁合金在汽車行業（yè）的廣泛應用。因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（yán）究焦點。鋁合金激光焊接（jiē）、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將（jiāng）會更加深入（rù），為（wéi）新能源汽車輕量化中鋁合金的應用，提供更加堅實的技術支撐，從而保障鋁（lǚ）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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