新能源（yuán）汽（qì）車輕量化領域鋁合金焊接技術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來的能（néng）源消耗和環境汙染（rǎn）的問題日（rì）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（dà）力發展新能（néng）源汽車是應對汽車（chē）產業發展危機的有效方案，也是實現我國（guó）“雙碳”目標的重（chóng）要舉措（cuò）。但新能源汽車的發展，目（mù）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（zuì）大障礙。而新（xīn）能源（yuán）汽（qì）車與傳統燃油車（chē）結構的不同，車身更重。在此背景下，新能（néng）源汽車的輕量化需求相比（bǐ）傳統燃油車更（gèng）加迫切（qiē）。在當前汽車輕（qīng）量化的手段中，最行之有效的是材料的（de）輕量化。鋁合（hé）金材料作為（wéi）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（yù）。因此，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，對新能源汽車輕量化的發展具有重（chóng）要促進（jìn）意（yì）義（yì）。

01   新能源（yuán）汽車輕量化的戰略（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（chéng）具有重要意義

為響應我國的“雙（shuāng）碳”發展戰略，作為我國能源消耗大戶的汽（qì）車行業，肩負著低碳排放的曆史使命，責任（rèn）重大。對此，近年我國大力發展新能源汽車產業，出台多項政策刺激和引導新能源汽車（chē）產業（yè）的發展。在多方的共同努力下，新能（néng）源汽車逐漸被廣大消（xiāo）費者接受與青睞，近年在國內汽車消費市場的滲透率逐年提升。具中國汽車工程學會預測，到（dào）２０３５年中國汽車市場的大部分份額將被（bèi）新能源（yuán）汽車占據，且純（chún）電（diàn）動汽車將（jiāng）成為新能（néng）源汽車的絕對主力。對於純電動汽車而言，因受製於目前（qián）電池技術，整車整備質量相較於傳統燃油車（chē）反而顯著（zhe）增加，增量達１５％－４０％。整車的輕（qīng）量（liàng）化對（duì）提升續（xù）航裏程（chéng）有著非常顯著的作用（yòng）。據統（tǒng）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（jiǎn）輕１００公斤，續航裏程可以增加（jiā）１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽車發展的三大趨勢之一，推進新能源汽車的輕量化將助力提升我國（guó）的（de）汽車（chē）產品的競爭力

汽車的輕量化除了可以顯著降低能量消耗，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、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業（yè）的發展趨勢，通過合（hé）理的輕量化材料的運（yùn）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（de）各項性能指標，還可以有效控製汽車的生產成本（běn），提高市場競爭力。

1.3 汽車產業（yè）作為一（yī）個產業鏈比較長的產業，新（xīn）能（néng）源汽車的輕（qīng）量化的發展（zhǎn）可以帶動產業（yè）上（shàng）下遊相關領域的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多個（gè）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發和革（gé）新，對多（duō）材料混合運（yùn）用（yòng）技術如焊接、鉚接等的發展（zhǎn）也將有直接的強勁推動作用，對汽車的生產裝備也（yě）會提出更（gèng）高的要（yào）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）的充電等社會公共設施也越來（lái）越健全（quán），再（zài）加上新能源汽車因相較於傳統燃油車更低的用車成本等優勢，使新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能（néng）源汽車的銷量開始井噴式增長，在此背（bèi）景下，新能源（yuán）汽車輕量化旺盛（shèng）的需（xū）求對汽車產業上（shàng）下遊相關領域轉型升級的推動作用越來越強（qiáng）勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應用的（de）優勢

使用先（xiān）進的製（zhì）造工藝、對結構進（jìn）行優化設計和（hé）應用輕量化的材（cái）料是目前汽（qì）車輕量化的三大技術手段。其中（zhōng）輕量化（huà）材料的運用是最直（zhí）接、最有效的方式。相比其他工程（chéng）材（cái）料，鋁合金材料因具備諸多優勢，因（yīn）此一開始便便到（dào）了（le）汽（qì）車工程師的青睞。具體而言，鋁合金在新能源汽車的（de）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源汽車的輕量化領域。鋁合金具有較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（zhǒng）部件和零件。鋁（lǚ）合金材料（liào）可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類型。其中，熱交換器係統部件、車身骨架、車門等可（kě）以應用變形鋁合金製造；而加速（sù）踏板、車輪、方向盤、電機外（wài）殼等可以（yǐ）應用鑄造（zào）鋁合金生產。因鋁（lǚ）合金的（de）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（néng）源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁（lǚ）合金材料的廣（guǎng）泛應用從某種程度上可（kě）以降低新能源汽車的生（shēng）產製造成本。鋁（lǚ）礦在地球上的儲存量非常大，因（yīn）此鋁（lǚ）合金材料相較於（yú）鎂合金材料、碳纖維材料等成（chéng）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（de）回收利用率（lǜ），可以實現新能源汽（qì）車生產材料的循環（huán）利用。

（３）鋁合金材料相較（jiào）於其他汽（qì）車輕（qīng）量化材料減重潛力更大。當前主流的汽車（chē）輕量化材料有鋁合（hé）金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維（wéi）材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價（jià）格、加工工藝等因素的製約，目（mù）前使（shǐ）用的並（bìng）不多（duō）。而鋁合金材料相較與高強度鋼，比強度高，密度較小（xiǎo），減重潛力更（gèng）大（dà）。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出了焊接、鉚接、螺接等多種連（lián）接方式。這些工藝目前都（dōu）有成熟的在（zài）新能源汽車的生產製造過程中運用。因此，鋁合金材料（liào）在眾多汽（qì）車輕量化材料中脫穎而出，漸漸成為了汽車輕量化的主（zhǔ）流材料。

03    新能源汽車輕量（liàng）化領（lǐng）域（yù）鋁合金材料焊接研究現（xiàn）狀

鋁合金在新能源汽車的輕量化中有著舉（jǔ）足輕重的作用，但在（zài）生產和（hé）使用過程仍（réng）麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽車生（shēng）產製（zhì）造過程中各零部（bù）件的連接方式有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因工藝簡單、性價比高、性能優越以及方便（biàn）自動化流水（shuǐ）作業等優點，是當（dāng）前汽車零部件連接采取的主要工藝方式。隨著新（xīn）能源（yuán）汽車輕（qīng）量化需求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的生產製（zhì）造過程中的（de）應用會越來越多。但要提高鋁合（hé）金材料在新能（néng）源汽車生產製造中（zhōng）的（de）運用量，就不得不對鋁合金的焊接工藝進行更（gèng）深（shēn）入的研究，提高鋁合金焊（hàn）接的質量和效率，並有（yǒu）效降低成本。焊（hàn）接作為（wéi）一種成熟（shú）的連接方式，目前已經（jīng）發展出多（duō）種（zhǒng）技術路線，其中廣泛應（yīng）用於汽車生產製造中的（de）有有激光焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護（hù）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（jiē）

激光焊（hàn）接在汽車生產製造過程（chéng）中應用（yòng）很（hěn）廣泛，具有焊接效率（lǜ）高，焊接變形小，焊接能量密度高的技術特點。在新能源汽車領域目（mù）前針對鋁合金的激光焊接，國內外專家學者的研究主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個方向是激光焊接工藝（yì）對鋁合金（jīn）焊接接頭性能影響，如（rú）激光（guāng）焊接工藝對鋁合金焊接接頭的力學性能和（hé）耐腐蝕性能（néng）研究、接頭（tóu）的組織及性能研究等。另外一個方向是鋁合金激光焊接過（guò）程中的缺陷，如鋁合金激（jī）光焊接頭顯微組織的研究（jiū）、鋁（lǚ）合金激（jī）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）的共同努力下，鋁合金材（cái）料激光焊接工藝得到了不斷地（dì）改善，焊接（jiē）接頭的力學性能和（hé）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控製，能較好的滿足新（xīn）能（néng）源汽（qì）車生產製造的工藝需求。此外（wài），信息技術的快速迭（dié）代助推了工（gōng）業機器人的快速發展，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（shù）也在快速的發展。新能源汽車（chē）生產過程的鋁合金材料激光焊接技術的自動化、智能化程度越來越（yuè）高。

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

非熔化極惰（duò）性氣（qì）體保護電（diàn）弧焊非常適用（yòng）與薄板鋁合金材料（liào）的焊接，技（jì）術也很成熟（shú）。采（cǎi）用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金（jīn）不僅可以（yǐ）獲得美觀的連續魚鱗狀焊（hàn）縫，還能自動同步清除鋁合金焊接件表麵的氧化膜（mó），進（jìn）而改善鋁合金焊接接頭的（de）質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電（diàn）流的能力有限，當有承載大電流時，容（róng）易被熔（róng）化和蒸發（fā），由此產（chǎn）生的鎢電極微粒，也有掉入焊接（jiē）熔池影響焊接質量的可能。除此之外，生產效率低、熔深（shēn）淺、熔敷（fū）速度小（xiǎo）等不（bú）能滿足高效高質量（liàng）的焊接要求的缺陷（xiàn），也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為了（le）適應新能源汽車（chē）工業快速發展對於鋁合金焊接高質量、高（gāo）效率的生產要求（qiú），近（jìn）年不少學者對ＴＩＧ焊接進行了改（gǎi）進研究，成功研（yán）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（rú）傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變了傳統（tǒng）ＴＩＧ不太（tài）適用於鋁合金厚板材焊（hàn）接的境況，而且在即使沒有焊絲的情況（kuàng）下也能照（zhào）常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊（hàn）接效率不高的弊（bì）端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高（gāo）了一（yī）倍以上，而且焊接電弧（hú）穩定，沒有較大波動，確（què）保了鋁合金焊接接頭優良的性能，以及良好的（de）焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在（zài）焊接質（zhì）量上進行了改善和（hé）提升，在相同（tóng）的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較（jiào）於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小（xiǎo）的焊接電（diàn）流，進而可以減少鋁合金在焊接過程中的（de）熱變形（xíng），與此同時（shí）為增加（jiā）鋁合金（jīn）焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性（xìng）劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組織性能得到提升。

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

得益於國（guó）內外專家學者的持續關注和（hé）深（shēn）入研究，鋁合金焊接技術得到不（bú）斷提升，焊接方式也日益（yì）豐富成熟。在當前眾多鋁合金焊接技術中應用最廣泛（fàn）的是熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊（hàn）接鋁合金可以獲得非常優質的焊（hàn）接構（gòu）件，因此（cǐ）在工程應用（yòng）中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。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（jīn）ＭＩＧ焊新工藝。雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便（biàn）是鋁合（hé）金ＭＩＧ焊新工藝中應用（yòng）頻（pín）率最高的。雙（shuāng）脈衝ＭＩＧ焊是（shì）通（tōng）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，以及可對焊接工藝參數進行靈活的匹配等（děng）優點。使（shǐ）用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可以獲（huò）得穩定可靠（kào）的高（gāo）質量的焊縫。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（xiàng）接法脈衝（chōng）ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊（hàn））。而作為短路過（guò）渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程（chéng）中，可以對輸入的能量進行（háng）精確地控製，可以使熔池（chí）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（hé）於超薄板的焊接，可以（yǐ）獲得（dé）較高質量水平的超（chāo）薄板焊件。

3.4 新（xīn）能源汽車領域鋁合（hé）金攪（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年的發展，在厚（hòu）鋁合金板材焊接方麵有了重大突破，已經可以高效率高質量的焊接１．２至６毫米（mǐ）的厚鋁合（hé）金板材。鋁合金攪拌摩擦（cā）焊經過幾十年的發展革新（xīn），也從單一能場焊（hàn）接發展出了多種複合能場焊機方（fāng）式。鋁合（hé）金攪拌摩（mó）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（hàn）接接頭的裝配（pèi）方式和焊接工藝參數（shù）是當下（xià）研究的重點。其中，在接頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究展望

科技一般指科學技（jì）術。社會上習慣於把科學和（hé）技術連在（zài）一起，統稱為科學技術，簡稱科（kē）技。實際二者既有密切（qiē）聯係，又（yòu）有重要區別。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。科學（xué）解決理論問題，技術解決實際問題。

新能源汽（qì）車尤其（qí）是其中的純電動汽車，因電池技術的瓶頸和自身結（jié）構的（de）特殊性（xìng），車輛的迫切需要輕量（liàng）化，以期通過減少自身重量從而增加（jiā）續航（háng）裏程。鋁合金（jīn）材料不僅性能優異且可實（shí）現再生循環（huán）利用，因此在汽車（chē）輕量化材料中（zhōng）具有明顯的優勢，越來越（yuè）廣泛的應用於新能源（yuán）汽車的生產製造過程中。新（xīn）能源汽車在生產製造中的鋁合金使用量已經超過（guò）多數（shù）的傳統燃（rán）油車。隨著（zhe）我國新能源汽（qì）車（chē）近幾年的井噴式發展，必然會進（jìn）一步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛（fàn）應用。因此關於提升鋁合金焊接件的焊接（jiē）質量的研（yán）究（jiū）將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化（huà）極惰性（xìng）氣體（tǐ）保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（hàn）（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將會更加深入，為新能源汽車輕量化中鋁合金的應（yīng）用，提供更加堅實的技術支撐，從而保障鋁合（hé）金（jīn）在新能源汽車（chē）的生產（chǎn）製造中充分發揮減重優勢。

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