新能源汽車輕量（liàng）化領域鋁合金焊接技（jì）術

汽車工業幾十年的高速發展所（suǒ）帶來的能源消耗和環（huán）境汙染的問題日益突出（chū），已經成為（wéi）全（quán）球汽車工業亟需著手解決的時代命題。大力發（fā）展新能源汽車是應對汽車產業發展（zhǎn）危機的有（yǒu）效方案，也是實現我國“雙碳”目標的重要（yào）舉措。但新能源汽車的發展，目前仍麵臨著（zhe）諸多挑戰，其中（zhōng）續航焦慮是新能源汽車推（tuī）廣（guǎng）的最大障礙。而新能源汽車與傳統（tǒng）燃油車結構的不同，車身更重（chóng）。在此背景下，新能源汽車的輕量化（huà）需求相比傳統燃油車更（gèng）加迫切。在（zài）當前汽車輕量化的手段中，最行（háng）之有效的是材料的輕量化。鋁合金材料作為一種性能優異的輕合金材料，廣泛應用於汽車的輕量化領域。因此，深入研究鋁合金（jīn）焊接（jiē）技術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對新（xīn）能源汽車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（yì）義

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

為響應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消耗大戶的汽車行業，肩負著低碳排放的曆史使（shǐ）命，責任重大。對此，近（jìn）年我國大力發展（zhǎn）新能源汽車（chē）產業，出台（tái）多（duō）項政策刺激和引導（dǎo）新能源汽車產業的發展。在多（duō）方的共同努力下，新能源（yuán）汽車逐漸被廣大消費者接受（shòu）與青睞，近年在國內汽車消費市場的滲透率逐年提升。具中國汽車工程學（xué）會預測，到２０３５年中國汽車市場的大部（bù）分份額將（jiāng）被新能源汽車占據，且純電（diàn）動汽車將成為新能源汽車的絕對主力。對於純電動汽車而（ér）言，因受製（zhì）於目前電池技術，整車（chē）整備質量相較於傳統（tǒng）燃油車反而顯著增加（jiā），增（zēng）量（liàng）達１５％－４０％。整車的輕量化對提（tí）升續航裏程有著非常顯著的（de）作（zuò）用。據統計，在純電動汽車的（de）動力（lì）電池重量不變（biàn）的前提下，整車整備質（zhì）量（liàng）每減輕１００公斤（jīn），續航裏程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽車（chē）發展的三大趨勢之一，推進（jìn）新（xīn）能源汽車（chē）的輕（qīng）量化將助力提升我（wǒ）國的汽車產品的競爭（zhēng）力

汽車的輕量化除（chú）了可以顯著降低能量消耗，提升電動汽車的續航裏程外，對提升車輛的加速性能（néng）、操作穩定性、製動性能、行車噪（zào）音、行駛平順性等也都有（yǒu）明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，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化水平，不僅可以提升汽（qì）車的各項性能（néng）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較（jiào）長的產業，新能源汽（qì）車的輕量化（huà）的發展可以帶動產業上下遊相關（guān）領域（yù）的轉型升級汽車（chē）的輕量化涉及汽車（chē）生產、維修、回收等多個相關產業。汽車輕量化的快速發展必然會刺激汽車輕量化材料的研（yán）發和革新，對多材料混合運用技（jì）術如焊（hàn）接、鉚接等的發展也將有直接的強勁推動作用，對汽車的生（shēng）產裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術飛速發展，技術越來越（yuè）成（chéng）熟，與之（zhī）配套的充電等社會公共（gòng）設施也（yě）越來越健全，再加上新能源汽車因相較於傳統燃油車更（gèng）低的用車（chē）成本（běn）等優勢，使新能源車越來越（yuè）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（huà）旺盛的需求對汽車產業上下遊相關領域轉型升級的推動作用越來越強（qiáng）勁（jìn）。

02    鋁合金在（zài）新（xīn）能源 汽車輕量化領（lǐng）域應用的優勢（shì）

使用（yòng）先（xiān）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（jì）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（cǐ）一開（kāi）始便便（biàn）到了汽車工程師（shī）的青睞。具體而言，鋁（lǚ）合金在新能源汽車的輕量（liàng）化領域具有一下優勢：

（１）鋁合金材（cái）料（liào）可（kě）以廣泛應用於新能源汽車的輕量化領域。鋁合金具有（yǒu）較高的比強度和優良的加工成形性（xìng），可以應用（yòng）於製造汽車的各種部件和零件。鋁合金材料可分為變（biàn）形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類型（xíng）。其中，熱交換器係統（tǒng）部件、車身骨架、車門等可以應用變形鋁合金製造；而（ér）加速踏板、車輪、方（fāng）向盤、電機外殼等可以應用鑄（zhù）造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁合金在（zài）當（dāng）前以及今後一段時期內都將是（shì）新（xīn）能源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材（cái）料的廣（guǎng）泛應用從某種程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（lǚ）合金材料相較於鎂合金材料、碳（tàn）纖維材料等成本更低，此外鋁合金具有良（liáng）好的耐蝕性，且熔點低，可以實（shí）現非常高的（de）回收利用率，可（kě）以實現新能源汽車生產材（cái）料的循環（huán）利用。

（３）鋁（lǚ）合金材（cái）料相較於其他（tā）汽車輕量化材料減重潛力更大。當前主流的汽車輕量化（huà）材（cái）料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材料等（děng）。但（dàn）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，目前使用的並不多。而鋁合金材料相較與高強度鋼，比強（qiáng）度（dù）高，密度較（jiào）小，減（jiǎn）重潛力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等（děng）成型工藝外，還發展（zhǎn）出了焊接（jiē）、鉚接、螺接（jiē）等多種連接方式。這些工藝目前都有成熟的在新能源汽車的生產製造過程中（zhōng）運用。因此，鋁合金材料在眾多汽車輕量化材料中（zhōng）脫穎（yǐng）而出，漸（jiàn）漸成為（wéi）了汽車輕量化的主流材料。

03    新能源（yuán）汽車輕量化領域鋁合金（jīn）材料焊接研究現狀

鋁合（hé）金在新（xīn）能源汽車的輕（qīng）量化中有著舉足輕重（chóng）的作用，但在生（shēng）產和使（shǐ）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零部件的連接方式有焊接（jiē）、鉚接、螺接等，其中（zhōng）焊接因工藝簡單、性價比高、性能優越以及方（fāng）便自（zì）動化（huà）流水作業等優（yōu）點，是（shì）當前汽車零部件連接采（cǎi）取的主要工藝方式。隨著新能源（yuán）汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合金（jīn）在新能源汽車的生產製造過程中的應用會越來越多（duō）。但要（yào）提高鋁合（hé）金材（cái）料在新能源汽車生產製造中的（de）運（yùn）用量，就不得不對（duì）鋁（lǚ）合金的焊接工（gōng）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（xiào）降低成本。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（huà）極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激光焊（hàn）接

激光焊接（jiē）在汽車生產製造過程中應用很（hěn）廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小，焊接能量密度（dù）高的技術特點。在新能源汽車領域目前針對鋁合金的激（jī）光焊接，國內外（wài）專家學者的研究主要聚焦在兩個方向：一個方（fāng）向是激光焊接工藝對鋁（lǚ）合金焊接（jiē）接頭性能影響（xiǎng），如激（jī）光（guāng）焊接工藝對（duì）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。另外一（yī）個方向是鋁合金激光焊接過程中的（de）缺陷，如（rú）鋁合金激（jī）光焊接頭顯微組織的研究（jiū）、鋁合金激光焊接接頭（tóu）氣孔、裂紋、變形的預測研究等。在國內外專（zhuān）家（jiā）學者的共同努力下，鋁合金材料激光焊接工藝得到了不斷地（dì）改善，焊接接頭的（de）力學性能和耐腐蝕（shí）性能得到了較大（dà）幅度的提升，焊接接頭的缺陷率也得到了（le）很好的（de）控製，能較好的滿足（zú）新能（néng）源汽車生（shēng）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（qì）人的（de）快速發（fā）展，以視覺係統、機器人技術以及信（xìn）息技術加持的遠程激光焊接技術也在快速（sù）的發展。新能源汽車生產過程的鋁合金材料（liào）激光焊接（jiē）技術的自動化（huà）、智能化程度越來越高（gāo）。

3.2 新能源汽車領域鋁合金非熔化極惰性（xìng）氣體保護電（diàn）弧焊（hàn）（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保（bǎo）護電弧焊非常適用與薄板（bǎn）鋁合金（jīn）材料的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不（bú）僅可以獲得美觀的連續魚鱗狀焊縫（féng），還能自動同步清除（chú）鋁合金焊（hàn）接（jiē）件表麵的（de）氧化（huà）膜，進而改善鋁合金焊接接頭的質（zhì）量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷，它（tā）的鎢電極承載電流的能（néng）力（lì）有限，當有承（chéng）載大（dà）電流時，容易被熔化和（hé）蒸發，由此（cǐ）產生的鎢（wū）電極微粒，也有掉入焊接熔池影響焊接質量的可（kě）能。除此之外，生產效率（lǜ）低、熔深淺、熔敷速度小等（děng）不能（néng）滿足高效高質量的焊（hàn）接要求的缺陷，也限（xiàn）製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為了適應新能（néng）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（shǎo）學者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研（yán）發出了雙（shuāng）槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔（róng）深得到明顯增加（jiā），改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊接的（de）境況，而且在即使沒有焊絲（sī）的情況下也能照常進行（háng）有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不（bú）高的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一（yī）倍以上，而且焊接電（diàn）弧（hú）穩定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊接接（jiē）頭優良的（de）性（xìng）能，以及良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）則在焊接質量上進行了改善和提升，在相同的（de）焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）相較於傳統ＴＩＧ焊可以（yǐ）采用更小的焊接電（diàn）流，進而可以減少鋁合金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學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁（lǚ）合金焊接接頭的組織性能得到提升。

3.3 新能源汽車領域鋁合金（jīn）熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學（xué）者的持續關注和深入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提（tí）升，焊接（jiē）方式也日益豐富成熟。在當前眾多鋁合金焊接技術中應用最廣泛的是熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁（lǚ）合金可以獲得非常優質的焊接構件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受工程（chéng）師們的青睞。同（tóng）時（shí），ＭＩＧ焊也是專家學者們研（yán）究的焦點，近（jìn）年研（yán）發出了不少鋁合（hé）金（jīn）ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊以及（jí）ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊（hàn）新工（gōng）藝中應用頻率（lǜ）最高（gāo）的（de）。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈（mò）衝焊接技術發展而來，具有可調參數多，可合（hé）理的控（kòng）製輸入能量，以（yǐ）及（jí）可對焊接工藝參數進行靈活的匹配等優點（diǎn）。使用雙脈衝ＭＩＧ焊（hàn）焊接鋁合金（jīn）材料可以獲得（dé）穩定可靠的高質量的焊（hàn）縫。在眾多工業領域廣泛應用的雙極性脈衝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）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的（de）能量進行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速分離，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焊接，可以獲（huò）得較高（gāo）質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領域鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近（jìn）３０年的發展，在厚鋁合（hé）金板（bǎn）材焊接方麵有了重大突破，已經可（kě）以（yǐ）高效率高質量的焊接１．２至（zhì）６毫米的厚（hòu）鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過（guò）幾十年的發展革新，也從單一能場焊接發展出了多種複合能場焊機方式。鋁合金攪（jiǎo）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（qí）中（zhōng），在（zài）接頭裝配方（fāng）式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能（néng）源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究展望

科（kē）技一般指（zhǐ）科學技術。社會上習慣於把科學和技術連在一起（qǐ），統稱為科學技術，簡稱科技。實際二者既有密切聯係，又有（yǒu）重要區別。實（shí）際（jì）二者（zhě）既有密切（qiē）聯係，又有重要（yào）區別。科學解決理論（lùn）問題，技術解決實際問題。

新能源汽車尤其是其中的純電動汽車，因電池（chí）技（jì）術的瓶頸和自（zì）身結構的特殊性（xìng），車（chē）輛的（de）迫切需要輕量化，以期通過減少自身重量從（cóng）而增加續航裏程。鋁合金材料不僅性能優（yōu）異且可實現（xiàn）再生循環利用，因此在汽車輕量（liàng）化材料中具有明（míng）顯的優勢，越來越（yuè）廣泛的應用（yòng）於新能源汽（qì）車的生產製造過程中。新能源（yuán）汽車在生產製造中的鋁合金使用（yòng）量已經超過多數的傳統燃油車（chē）。隨著我（wǒ）國新能源汽車近幾年的井（jǐng）噴（pēn）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焊接件的焊接質量的研究將會成為研究（jiū）焦點。鋁合金（jīn）激光焊接、鋁合金（jīn）熔化極惰（duò）性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁（lǚ）合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊（hàn））等鋁合金（jīn）焊（hàn）接技術的研究將會更加深入，為新（xīn）能源汽車輕量化中鋁合金的應用（yòng），提供更（gèng）加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金在新能（néng）源汽車的生產製造中充分（fèn）發揮減重優勢。

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