新能源汽車輕量化領域鋁合（hé）金焊接技術（shù）

汽車工業幾十年的高速發展所帶來的能源消耗和環境汙染的問題日益突出（chū），已經成為全球汽車（chē）工（gōng）業亟需著手解決的時代命題。大力發展新能源汽車是應對汽車產業發（fā）展（zhǎn）危機的有效方案，也是實現我國“雙碳”目標的重要舉措。但新能源（yuán）汽車的（de）發展，目前仍（réng）麵臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新能源汽車推廣的最大障礙。而新能（néng）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）的輕量化需求相比傳統燃油車更加迫切。在當前（qián）汽車輕量化的手段中，最行之有（yǒu）效的是材料的（de）輕量化。鋁合金材（cái）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（jiū）鋁合金焊接技術，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）要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰略意義

1.1 新能（néng）源汽車的輕量化對提升新能源汽車的（de）續航裏程具有重要意（yì）義

為響（xiǎng）應我國的“雙碳”發展戰略，作為（wéi）我國（guó）能源（yuán）消耗大戶的汽車行業，肩負著低（dī）碳（tàn）排放的曆史（shǐ）使命，責任重大。對（duì）此，近（jìn）年我國（guó）大力發展新能源汽車產業，出台多（duō）項政策（cè）刺激和引導新能源（yuán）汽（qì）車產業（yè）的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費（fèi）者接受與青睞，近年在國內汽（qì）車消費市場的滲透率逐（zhú）年提（tí）升。具（jù）中國汽車工程學會預測，到２０３５年中國汽車市場的（de）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絕對主力。對於（yú）純電動汽車而言，因受製於目前電池技術，整車整備質（zhì）量相較於傳統燃油車反而顯著（zhe）增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化（huà）對提升續航裏程有著非常顯著的作用。據統計，在純電動汽車的動力（lì）電池重量不變的前提下（xià），整車整備質量每減輕１００公斤，續（xù）航裏（lǐ）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）的輕量化將助力（lì）提升我國的汽車產品的競爭力

汽車的輕量（liàng）化（huà）除了可以（yǐ）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（de）加速性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也（yě）都（dōu）有明（míng）顯的助益。因此，順應汽（qì）車行業的發展趨勢，通過合理（lǐ）的輕量化材料的運（yùn）用和結構設計，提（tí）升新能源汽（qì）車的輕量（liàng）化水平，不僅可以提升汽車的（de）各項性能指標，還可以有效控製汽車的（de）生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產（chǎn）業作為一個產業鏈比較長（zhǎng）的產業，新能源汽車的輕量化的發展可以帶動產業上下遊相關領域的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產、維（wéi）修、回收等多個相關（guān）產業。汽車輕量化的快速發展必（bì）然會刺激汽車輕量化（huà）材料的研發和革新，對多材料混合運用技術如焊接、鉚接（jiē）等的（de）發展也將有直（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（qiú）。近年新能源汽車技術飛速發展，技術越來（lái）越成熟，與之配套的充電等社會公共設施也越來越健（jiàn）全，再加（jiā）上新能源汽車因相較於傳統燃油車更低（dī）的用車成本等（děng）優勢，使（shǐ）新能源車越來越（yuè）受到消費者（zhě）的喜（xǐ）愛。新能源汽車的銷量開始井噴（pēn）式（shì）增長，在此背景下，新能源汽車輕量化旺盛的（de）需求對汽車（chē）產業上下遊相關領域轉型升級的推動作用越來（lái）越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽（qì）車輕量（liàng）化領域（yù）應用的優勢

使用先進的製造工藝、對（duì）結構進行優化設計和應用（yòng）輕（qīng）量化的材料是目前汽車（chē）輕量化的三大技術手段。其中輕量化材料的運用是最直接、最有效（xiào）的方（fāng）式。相比其他工程材料，鋁合金材料因具備諸多優勢，因此一開始便（biàn）便到了汽車工程師的青睞。具體而言，鋁合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（yōu）良的加工成形性，可以應用於製造汽車（chē）的各種部件和零件。鋁合金（jīn）材料可分為變形（xíng）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（gǔ）架、車門等可以應用（yòng）變形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤、電機（jī）外殼等可以應用鑄造鋁（lǚ）合金生產。因鋁（lǚ）合（hé）金的優良性能，使鋁合金在當前以（yǐ）及今後一段時期內都將是新能源汽車輕量化（huà）的主要選材（cái）。

（２）鋁合金材料的廣（guǎng）泛應用從某種程（chéng）度上可以降低新能源汽（qì）車的生產製（zhì）造成本。鋁礦在地球上的儲存（cún）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（jīn）具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實現（xiàn）非常（cháng）高的回（huí）收利用率，可以實現新（xīn）能源汽車生（shēng）產材料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較於（yú）其他汽車輕量化材料減重潛力更大。當前主流的汽車輕（qīng）量化（huà）材料（liào）有鋁合金（jīn）、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳（tàn）纖維（wéi）材料因價格、加工工藝等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁合金材料相較與高強度鋼，比（bǐ）強度高，密（mì）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，還發展出了焊接、鉚（mǎo）接、螺接等（děng）多種連接（jiē）方式。這（zhè）些工藝（yì）目前（qián）都有成熟的在新能源汽（qì）車的生產製造過程中運用（yòng）。因此，鋁合金材料在眾多汽車輕量化材料中脫穎（yǐng）而出，漸漸成為了汽車輕量化（huà）的主流材（cái）料（liào）。

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（yuán）汽車的輕量化中有（yǒu）著舉（jǔ）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（jiàn）的連接方式有（yǒu）焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因工藝簡單、性價比高、性能優越以及方便自動化流水作業（yè）等優點，是當前汽車零部件連接采（cǎi）取的主要工（gōng）藝方式。隨著新能源汽車輕（qīng）量化需求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的（de）生產製造過程中的應（yīng）用會越來越多。但要提高鋁合金（jīn）材料在新能源汽車生（shēng）產製造中的運用量，就不得不（bú）對鋁合金的（de）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（zuò）為一種成熟的連接方式，目前已（yǐ）經發展（zhǎn）出（chū）多種技術路線，其中廣泛應用於（yú）汽車生產製造中的有有激（jī）光焊接、非熔化極惰（duò）性氣體保（bǎo）護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰（duò）性氣體保護焊（ＭＩＧ焊（hàn））、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激（jī）光（guāng）焊接

激（jī）光焊接（jiē）在汽車生產製造過程中應用（yòng）很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小，焊接能量密度高的技（jì）術特點。在新能源汽車（chē）領域目前針對鋁合金的激光焊接，國內外專家學者（zhě）的研究（jiū）主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個（gè）方向是（shì）激光焊接（jiē）工藝（yì）對鋁合金焊接接頭性能影響，如激光焊接工藝對鋁合金焊接（jiē）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。另外一個（gè）方向是鋁合金激光焊接過（guò）程中的缺陷，如鋁合金激光焊接頭顯微組織的研究、鋁（lǚ）合金激光焊接接頭氣孔、裂紋、變形的預測研究等。在（zài）國內外專家學者的共同努力下，鋁合金材料激（jī）光焊接工（gōng）藝得到了不斷地改善，焊接接頭的力學性能和（hé）耐腐（fǔ）蝕性能得（dé）到了（le）較大（dà）幅度的提升，焊接接頭的缺陷率也得到了（le）很好的控製，能較好的滿足新（xīn）能源汽車生產製造的工藝需求（qiú）。此外，信息技術的快（kuài）速迭代助推了工業機器人的快速發展（zhǎn），以視覺係統、機器人技術以及信息技（jì）術加持的遠程激光焊接技術也在快速的發展。新能源汽車生產過程的鋁（lǚ）合金材（cái）料激光焊接技術的自動（dòng）化、智能化程度越來越高。

3.2 新能源（yuán）汽車領域（yù）鋁合金非熔化（huà）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（hàn）非常適用與薄板鋁合金材料的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不（bú）僅可以（yǐ）獲得美觀的連續魚鱗狀焊縫，還能自動（dòng）同步清除鋁合金焊接件表麵的氧化膜（mó），進而改善鋁合金焊接（jiē）接頭的質量。但是（shì），ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷（xiàn），它的鎢（wū）電極承載（zǎi）電流的能力（lì）有限，當（dāng）有承載大電流時，容易被熔化（huà）和蒸發，由此產生的鎢電極微粒，也有（yǒu）掉入焊接熔池影響（xiǎng）焊接質量的（de）可（kě）能（néng）。除此之外，生產（chǎn）效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高效高（gāo）質量的焊接要求的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能（néng）源汽車領域的應用。為了適應新能源汽車工業快速發展對於鋁合金（jīn）焊接高質量、高效率的（de）生（shēng）產（chǎn）要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接進（jìn）行了改（gǎi）進研究，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焊熔深得到明顯增（zēng）加，改變了傳統ＴＩＧ不太適（shì）用於鋁合金厚（hòu）板（bǎn）材焊接的境況，而且在即使沒（méi）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焊焊接效率不高的弊端，焊接速度在傳統（tǒng）ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上（shàng），而且焊接電弧穩（wěn）定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊接接頭優良的性能（néng），以及（jí）良好（hǎo）的焊接成形（xíng）外（wài）觀（guān）。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量（liàng）上進行了改善和提升，在相同（tóng）的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可（kě）以減少鋁合金在焊接過程中的熱變（biàn）形，與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（le）活（huó）性劑的組成，使鋁合金焊（hàn）接接頭的組織性能（néng）得到提升。

3.3 新能源汽車領域鋁（lǚ）合金熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於（yú）國內外專家學者（zhě）的持續關（guān）注和深入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊接方（fāng）式也日益豐富成熟。在當前（qián）眾多鋁合金焊接（jiē）技術中應用最廣泛的是熔化極惰（duò）性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可（kě）以獲得（dé）非常優質的焊接構件，因此在工程應用中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（jìn）年研（yán）發出了不（bú）少鋁合金ＭＩＧ焊新工（gōng）藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是（shì）鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應（yīng）用（yòng）頻率最高的。雙（shuāng）脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈衝（chōng）焊接技術發展而來，具有可調參數（shù）多（duō），可合理的控製輸入能量，以及可對焊接工藝（yì）參數進行靈（líng）活的匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊（hàn）接鋁合金材料可以獲得穩定可靠的高質（zhì）量的（de）焊縫。在眾多工業領域廣（guǎng）泛（fàn）應用的雙極性脈衝（chōng）ＭＩＧ焊則結合了反向接（jiē）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（hàn）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，有效地減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超（chāo）薄板的焊接，可（kě）以獲得（dé）較高質（zhì）量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領域鋁合金攪拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ 焊（hàn））

鋁合（hé）金攪拌摩擦焊（hàn）經過近（jìn）３０年的發展，在厚鋁（lǚ）合金板材焊接方（fāng）麵（miàn）有了重大突破，已經可以高效（xiào）率高（gāo）質量的焊接１．２至６毫米的厚鋁合金板材。鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊（hàn）經過幾十年（nián）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。鋁合金攪拌摩擦焊（hàn）的研究也吸引（yǐn）了國內外學者的關注，其中攪（jiǎo）拌（bàn）摩（mó）擦焊（hàn）焊接接頭的裝配（pèi）方式和（hé）焊接工藝參數是當下研究的（de）重點。其中，在接頭裝配方式的選擇上，有（yǒu）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（cái）料焊接研究展望

科技一般（bān）指（zhǐ）科學（xué）技術。社會上習（xí）慣於把科學和技術連在一（yī）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（chóng）要區別。實際（jì）二者既有密切（qiē）聯係，又有（yǒu）重要區（qū）別。科學解決理（lǐ）論問題，技術解決實際問題。

新能源汽車尤其是其中的（de）純電動汽車，因電池技術的瓶頸（jǐng）和自身（shēn）結構的特（tè）殊性，車輛的迫（pò）切需要輕量化，以期通過（guò）減少自身重量從而增（zēng）加續航裏程。鋁合金材料不僅性能（néng）優異且可實（shí）現（xiàn）再生循環利用，因此在汽車輕量（liàng）化材料中具有明顯的（de）優勢，越來越廣泛的應用於新能源汽車的生產製造過程中。新能源汽車在生產製造中的鋁合金使用量已經超過多數的傳統燃油（yóu）車。隨著我國（guó）新能源汽（qì）車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焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性（xìng）氣體保護焊（ＭＩＧ焊（hàn））、鋁合金（jīn）攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊（hàn））等鋁合金焊接技術（shù）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，提供更加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金（jīn）在新能源汽車的（de）生產製（zhì）造中充分發揮減（jiǎn）重（chóng）優勢。

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