新能源汽車輕量化領域鋁合（hé）金（jīn）焊接技術

汽車工（gōng）業幾十年的高速發展（zhǎn）所帶來（lái）的（de）能源消耗和環境汙染的問題日益突出，已經（jīng）成為全球汽車工業亟需（xū）著手解決的（de）時代命題。大力發展新能源汽車是應對汽車產業發展危機（jī）的有效方案，也是實（shí）現我國“雙碳（tàn）”目標的重要舉措。但新能源汽（qì）車的發展，目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大障（zhàng）礙。而新（xīn）能源（yuán）汽車與傳統燃油車（chē）結（jié）構的不同，車身更重。在此背景下，新能源汽（qì）車的（de）輕量化需求相比傳（chuán）統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量（liàng）化的手（shǒu）段中，最行之有效的是材料的輕量化。鋁合金材料作為一種（zhǒng）性能優異的輕合（hé）金材料，廣泛應用於汽車的輕量（liàng）化領域。因此，深入研究鋁合金（jīn）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（fā）展具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕（qīng）量化的戰略意義

1.1 新能源汽車的輕量（liàng）化對提升新能源汽車的續航裏（lǐ）程具有重要意義

為響（xiǎng）應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消耗大戶的汽車（chē）行業（yè），肩負著（zhe）低碳排放的曆史使命（mìng），責任重大。對此，近年我國大力發展新能源（yuán）汽（qì）車產業，出台多項政策刺激和引導新能源汽車產業的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者接（jiē）受與青（qīng）睞，近年在國內汽車消費市（shì）場的滲透率逐年提升。具中（zhōng）國汽車工程學會預測，到（dào）２０３５年中（zhōng）國汽車市場的大部分份額將被新能源汽（qì）車占據，且純電動汽車將成為（wéi）新能源汽車的絕對主力。對於純電動汽車而言，因受製於（yú）目前電池技術，整車整備質量相較於傳統燃油車（chē）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常顯著的作用。據統計，在純電動（dòng）汽車的動力（lì）電池重量不（bú）變的前提下，整車整備質量每減輕１００公（gōng）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（chē）發展的三大趨勢之一（yī），推進新能源汽車（chē）的輕量化將助力提升我（wǒ）國的汽車產品的競爭力

汽（qì）車的輕量化除了可以顯著降（jiàng）低能（néng）量消（xiāo）耗，提升電動汽車的續航裏程外，對提（tí）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（dōu）有明顯的（de）助益。因此，順（shùn）應汽車行業的（de）發展趨勢，通過（guò）合理（lǐ）的輕量化材料的（de）運（yùn）用和結構設計，提升新能源（yuán）汽車的輕量化水平，不僅可（kě）以提升汽車的各項性能指標，還可以有效控製汽車的生產成（chéng）本，提高（gāo）市場競爭（zhēng）力。

1.3 汽車（chē）產業作為一個產業鏈比較長的產業，新（xīn）能源汽（qì）車的輕量化的發（fā）展可以帶動（dòng）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、維修、回收等多個相關產業。汽車輕量化的快速發展必（bì）然會刺激汽車輕量（liàng）化材料的研發和革新，對多材料混（hún）合運用技術如焊接、鉚接等的發展也（yě）將有直接的強勁推動作用，對汽車的生產裝（zhuāng）備也（yě）會提出更（gèng）高的要求。近年新能源（yuán）汽車技術（shù）飛速發展（zhǎn），技術越來越成熟，與之配套的（de）充電等社會公（gōng）共設施也越來（lái）越健全，再加上新能（néng）源汽車因相較於傳統（tǒng）燃油（yóu）車更低的用（yòng）車成本等優勢，使新能源車越來越受（shòu）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（xià），新能源汽車輕量化旺（wàng）盛的（de）需求對汽車產業上下遊（yóu）相關領域轉型升級的推動作用越來越強（qiáng）勁。

02    鋁合金在（zài）新能源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用（yòng）先進的製造工（gōng）藝、對結構進行優化（huà）設計和應用輕量化的材料是目前汽車輕（qīng）量化的三大技（jì）術（shù）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（jīn）材料因具備諸多優勢，因此一開始（shǐ）便便到了汽車工（gōng）程師的青（qīng）睞。具體而言，鋁（lǚ）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良的加（jiā）工成形性，可以應用於製造汽（qì）車的（de）各種部件和零件。鋁合金（jīn）材料可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類型（xíng）。其中，熱交換器係統部件、車身骨架、車門等可以應（yīng）用（yòng）變形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁合金生（shēng）產。因鋁合（hé）金（jīn）的優良性能，使鋁（lǚ）合金在當前（qián）以及今後一段時期（qī）內（nèi）都將（jiāng）是新能源汽車輕量化（huà）的主（zhǔ）要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種程度上（shàng）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（hé）金材料相較於鎂合金材料、碳纖維（wéi）材料等成本（běn）更低，此外（wài）鋁（lǚ）合金具有（yǒu）良好的（de）耐蝕性，且熔點低，可以實現非常高的回收（shōu）利用率，可以實現新能（néng）源汽車（chē）生產材料的循環利用（yòng）。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車輕量化（huà）材料減重潛力更大。當前主流的汽（qì）車輕（qīng）量化材料有鋁合金、高強度鋼（gāng）、鎂合金、碳纖維材料（liào）等。但其中鎂合（hé）金（jīn）和碳纖維材料因價格、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，比強度（dù）高（gāo），密度較小，減重潛力更（gèng）大。

（４）鋁合金材料製造（zào）工藝（yì）成熟，除（chú）鑄造等成型工藝外，還發展出了焊接、鉚接、螺接等多種（zhǒng）連接方式。這些工藝目前都有成熟的在新能源汽車的生（shēng）產製造過程中運用。因此，鋁合金材料在眾多汽車輕量化（huà）材（cái）料中脫穎（yǐng）而出，漸漸成為了汽車輕量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化（huà）領域（yù）鋁合金材料焊接研究現狀

鋁合（hé）金在新能源汽車的輕量化中有著舉足輕（qīng）重的作用，但（dàn）在生（shēng）產和使（shǐ）用（yòng）過程仍麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽車生產製造過（guò）程中各零部件的連接方（fāng）式有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因工藝簡單（dān）、性價比高（gāo）、性能優越（yuè）以及方便（biàn）自動（dòng）化流（liú）水作業等優點，是當前汽車（chē）零部件連接采取的主要工藝方式（shì）。隨著新能源汽車輕量（liàng）化需求的日益旺盛（shèng），鋁合（hé）金在新能源汽車（chē）的生產製造過程（chéng）中的應用（yòng）會越來越多（duō）。但要（yào）提高鋁合金材料在新能源汽車生產製造中（zhōng）的運用量，就不得不對鋁合金的焊接（jiē）工藝（yì）進（jìn）行（háng）更深入的（de）研究，提高鋁合金焊接的質量和效率（lǜ），並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目（mù）前已經發展出多種技術（shù）路線（xiàn），其中廣泛應用於汽車（chē）生產製造中的有有激光焊接（jiē）、非熔化極惰性氣體保護（hù）電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體（tǐ）保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ焊（hàn））等。

3.1 新能源汽車領（lǐng）域鋁合金激（jī）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，焊接變形小，焊接能（néng）量密度高的技術（shù）特點。在新能源汽車領域目前（qián）針對鋁合金的激光焊接（jiē），國內外專家（jiā）學者的（de）研究主要聚焦在兩個方向：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金焊（hàn）接接頭性能影響，如激光焊接工（gōng）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（de）組織及性能研究等。另外一個（gè）方向是鋁合金激光焊接過程中的缺（quē）陷，如鋁合金激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合金激光焊接（jiē）接頭氣孔、裂紋、變形的預測研究等（děng）。在國內外專家學者的共同努力下，鋁合金材（cái）料激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（de）提升，焊接接頭的（de）缺陷率（lǜ）也得到了很好的控製，能較好的滿足新能源汽車（chē）生產製（zhì）造的工藝需求。此外，信息技術的快速迭代（dài）助推了工業機器（qì）人（rén）的快速發展，以視覺係（xì）統、機器（qì）人技術（shù）以及信息技術加持的遠程激光焊接技術也在快速的發展。新能源（yuán）汽（qì）車生產過程的鋁合（hé）金材（cái）料激光焊接技（jì）術的自（zì）動化、智能化程度越來越高。

3.2 新能源汽車領域鋁合金非熔（róng）化極惰（duò）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（cháng）適用與薄板（bǎn）鋁合金材（cái）料的焊接，技術也很（hěn）成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可以獲得美觀（guān）的連續魚鱗狀焊縫，還（hái）能（néng）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（jīn）焊接接頭（tóu）的質量。但是，ＴＩＧ焊接（jiē）有著天然（rán）的自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當有承載大（dà）電流時，容易被熔化（huà）和（hé）蒸發，由此（cǐ）產生的（de）鎢電極微粒，也有掉入焊接熔池影響（xiǎng）焊接質量的可能。除此之外，生產效（xiào）率（lǜ）低（dī）、熔深淺、熔敷速度小等不能（néng）滿足高效高質量的焊接要求的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新（xīn）能源汽車領域（yù）的應用。為了適應新能源汽車工業快（kuài）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（chū）了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙槍（qiāng）ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變了傳統（tǒng）ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊（hàn）接的境況，而且（qiě）在即使沒有焊（hàn）絲的（de）情況下也能照常進行有效的（de）焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻（gōng）克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊（hàn）接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一（yī）倍以上，而且焊（hàn）接電弧穩定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊接（jiē）接頭（tóu）優良的性能，以及良（liáng）好的焊（hàn）接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量（liàng）上進行了改善（shàn）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（cǎi）用更小的焊接電流，進而可以減少鋁（lǚ）合金在焊（hàn）接過程中的熱（rè）變（biàn）形，與此同時為增加（jiā）鋁合金焊接件的（de）焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁合金焊接（jiē）接（jiē）頭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（dé）益於國內外專家（jiā）學（xué）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，焊接方式（shì）也日（rì）益豐（fēng）富成熟。在當前眾多鋁合金焊（hàn）接技術中應用最廣（guǎng）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（jiē）鋁合金可以獲得非常優質的焊接構（gòu）件，因此在工程（chéng）應用中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊（hàn）也是專家學（xué）者們研究的焦點，近年研發出了不少鋁合金（jīn）ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金（jīn）ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是（shì）通過改進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（zhì）輸入能量，以及可對焊（hàn）接工藝參數進行靈（líng）活的匹配等優點。使（shǐ）用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可以獲得（dé）穩定可靠的高質量的焊縫。在眾多工業（yè）領域廣（guǎng）泛應用的雙極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊（hàn）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（jí）焊）。而作為短路（lù）過渡（dù）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，可以使熔池與焊絲快速分離，有效地減少飛濺。因具有以（yǐ）上（shàng）優（yōu）點，ＣＭＴ焊特（tè）別適合於超薄板的焊（hàn）接（jiē），可以獲得較高質量水平（píng）的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領域鋁合（hé）金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌（bàn）摩擦焊經過近３０年的發展，在（zài）厚鋁合金板材焊接方麵（miàn）有了重大突破，已經可以高效率（lǜ）高質量的焊接１．２至６毫米的厚鋁合（hé）金板材。鋁（lǚ）合（hé）金攪拌摩擦焊經過（guò）幾十年的發展革新，也（yě）從單（dān）一能場焊接發展出了多種複合能場（chǎng）焊機方式。鋁合金攪拌摩（mó）擦焊的研究也（yě）吸引了國內外（wài）學者的關（guān）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。其中，在接頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝（zhuāng）配（pèi）、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車輕量（liàng）化領域鋁合金材料焊接研究展望

科技一般指科學技術。社會（huì）上習慣於（yú）把科學和技術（shù）連在一起，統稱為科學技術，簡稱科技。實際（jì）二者既有（yǒu）密切聯係，又有重要區別。實際二者既有（yǒu）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。

新能源汽車尤其是其中（zhōng）的（de）純電動（dòng）汽車，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，以期通過減少自身重量從（cóng）而增加（jiā）續航裏程。鋁合金材料不僅性能優異（yì）且（qiě）可實現再生循環（huán）利用，因此在汽車輕量化材料中具有明顯的優勢，越（yuè）來越廣泛的應（yīng）用於新能源汽車的生產製（zhì）造過程中。新能源汽車在生產製造中的鋁合金使用量已經（jīng）超過多數的傳（chuán）統燃油車（chē）。隨著我國新能源汽車近幾年（nián）的井噴式發展，必然會進一步（bù）拉動（dòng）鋁合金在汽車行業的廣泛應用（yòng）。因此關於提升（shēng）鋁合金（jīn）焊接件的焊接質量的研（yán）究將會成為研究（jiū）焦點。鋁（lǚ）合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保（bǎo）護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪（jiǎo）拌（bàn）摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術（shù）的研究將會更加深入，為新能源汽車輕（qīng）量化中鋁合（hé）金的應用，提供更加堅實的技術支撐，從而保障（zhàng）鋁合金在新（xīn）能源汽車的生產製造中充分發揮減重優（yōu）勢。

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