新能源汽車輕量化領域鋁合金（jīn）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（hào）和環境汙染的問題日益突出，已經（jīng）成為全球汽車工業亟（jí）需著手解決的時（shí）代命題。大（dà）力發展新能源汽車是（shì）應對汽車產業發（fā）展危機的有效方案（àn），也（yě）是實現我國“雙碳”目標（biāo）的重要舉措。但新能（néng）源汽車的（de）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礙。而新能源汽車與傳統燃油車結構的不同，車身更重。在此背景下，新能源汽車的輕量化需（xū）求相比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量化的手段（duàn）中，最（zuì）行之有效的（de）是材料的輕量化。鋁合金（jīn）材料作為（wéi）一種性能（néng）優異（yì）的輕合金（jīn）材料，廣泛應用於汽車的輕量化領域。因（yīn）此，深入研究鋁合金焊接（jiē）技術，進而提升鋁合金材料（liào）焊接質（zhì）量，對新能源汽車輕量化的發展具（jù）有重要促（cù）進意（yì）義。

01   新能源汽車輕量化的戰略意義

1.1 新能源汽車的輕量化對提升新能源汽（qì）車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（wǒ）國能源消耗大戶的（de）汽（qì）車行業，肩負著（zhe）低碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國（guó）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（qì）車產業的發展。在多方的共同努力下，新能源（yuán）汽車逐漸被廣大消費（fèi）者（zhě）接受與青睞，近年（nián）在（zài）國內汽車消費市場的（de）滲透率逐（zhú）年提升。具中國汽車工程學會預測（cè），到２０３５年中（zhōng）國汽車市場的大部分（fèn）份額將被（bèi）新能源汽車占據（jù），且純電動汽車將成為新能源汽車的絕對主力。對於純電動汽（qì）車而言（yán），因受（shòu）製於目前電池技術，整車整備質量相較於傳統燃油車反而顯著增加，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（tǒng）計，在純電動汽車的動力電池重量不變的前提下，整車整備質量每減輕（qīng）１００公斤，續航裏程可以增（zēng）加１２－１３公裏。

1.2 汽（qì）車的輕量化是（shì）汽車（chē）發展的三（sān）大趨勢之一，推進新能源汽車的輕量化將助力提升我國的汽車產品的競（jìng）爭力（lì）

汽車的輕量化除了可以顯著降（jiàng）低能量消（xiāo）耗，提升電動汽車的續（xù）航裏（lǐ）程外，對提升車輛的加速性（xìng）能、操作穩（wěn）定性、製動性能、行車（chē）噪音、行駛平順性等也都有明顯（xiǎn）的助益。因此，順（shùn）應（yīng）汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量（liàng）化材料的（de）運用和結構（gòu）設計，提升新能（néng）源汽（qì）車（chē）的輕量（liàng）化水平，不僅可以提升汽（qì）車的各項性能指標，還可（kě）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（wéi）一個產業鏈比較（jiào）長的產業，新能源（yuán）汽車的輕量（liàng）化的發展可以（yǐ）帶動產業（yè）上下遊相（xiàng）關領域的轉型升級（jí）汽車的輕量化涉（shè）及汽車生產、維修、回（huí）收等多個相關產業。汽（qì）車輕量化的快速發展必然會刺激汽車輕量化材料（liào）的研發和革新，對多材料混合運用技術如（rú）焊接、鉚接等（děng）的發展（zhǎn）也（yě）將有直（zhí）接的強（qiáng）勁推動作用，對汽車的生產裝備也會提出（chū）更高的要求。近年新能源汽車技術飛速發展，技術越來越成熟，與之配套的充電等社會（huì）公共設施也越來越健全，再加上新能源汽車（chē）因相較（jiào）於傳統燃油（yóu）車更低的用車成本等優勢，使新能（néng）源（yuán）車越來越受（shòu）到消費者的喜愛。新能（néng）源汽車的銷量開始井噴式增長（zhǎng），在此背景下，新能源汽車輕量化旺盛的需求對汽車產業上下遊相關領（lǐng）域轉型升級的推動作用越（yuè）來越強勁。

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

使（shǐ）用先進的製造工藝、對結構進行優化設計和應用（yòng）輕量化的材料是目前汽車輕量化的三大技術手段。其中輕量（liàng）化材料的運（yùn）用是最直接、最有（yǒu）效的方（fāng）式。相比其他工程材料，鋁合金材料（liào）因（yīn）具備（bèi）諸多優勢，因此一開始便便（biàn）到了汽車工程師的青睞。具體（tǐ）而（ér）言，鋁合金在新能源汽車的輕量化領域具（jù）有一下優勢：

（１）鋁合（hé）金材（cái）料可以廣泛應用於新能源汽車的輕量化（huà）領域（yù）。鋁合金（jīn）具有較（jiào）高的比強度和優良的加（jiā）工成形性，可（kě）以應用於製造汽車的各種部件和零（líng）件。鋁合金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、車門等可以應用變形鋁合金製（zhì）造；而加速踏板、車（chē）輪、方向盤、電機外殼等可以（yǐ）應用鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁合金在當（dāng）前以及今後（hòu）一段時期內（nèi）都將是新能源（yuán）汽車輕量化的主（zhǔ）要選材。

（２）鋁合金材料的廣（guǎng）泛應用從某（mǒu）種程度上可以（yǐ）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（liào）、碳纖維（wéi）材料（liào）等成本更低，此外鋁合金具有良（liáng）好的耐蝕性，且熔點低，可以實現非常高的回收利用（yòng）率，可以實現新能源汽車生產材料的循環利用（yòng）。

（３）鋁（lǚ）合金材料相較於其他汽車輕量（liàng）化材料減重潛力更大。當（dāng）前主流的汽車輕量化材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金（jīn）、碳纖維（wéi）材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格、加（jiā）工工藝（yì）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（dù）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（yì）成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出（chū）了焊接、鉚接（jiē）、螺接等多種連接方式。這些工藝目前（qián）都有成熟的在新能（néng）源汽車（chē）的生產製造過程中運（yùn）用。因（yīn）此，鋁合（hé）金材（cái）料在（zài）眾多汽車輕量化材（cái）料中脫穎（yǐng）而出，漸漸成為了汽（qì）車輕（qīng）量化的主流（liú）材（cái）料。

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（jīn）在新能源汽車的輕量化中有著舉（jǔ）足輕重的作用，但在生產和使用過程仍麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽（qì）車生產製（zhì）造過程中各零部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（yǐ）及（jí）方便自動化流（liú）水作業等優點，是當前汽車零部件（jiàn）連接采取的主要工藝方式。隨著新能源（yuán）汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合（hé）金在新能源汽車的生產製造過程中的應（yīng）用會越來越多。但（dàn）要提高鋁合金（jīn）材料在新能源汽車（chē）生產製造（zào）中的運用量，就不（bú）得（dé）不對鋁合（hé）金的焊接工藝（yì）進（jìn）行更深入的研究（jiū），提高鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發（fā）展出多種技術路（lù）線（xiàn），其中廣泛應用於汽（qì）車生產製造中的有有激（jī）光焊接、非（fēi）熔化極（jí）惰性氣（qì）體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化（huà）極惰性氣體保護焊（hàn）（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源（yuán）汽車領域鋁合金激光焊接

激光焊接在汽車生產製造過程中應用（yòng）很廣（guǎng）泛，具（jù）有焊接效率高，焊接（jiē）變形小，焊（hàn）接能（néng）量密度高的技術特點。在新能源汽車領（lǐng）域目前針對鋁合金的激光（guāng）焊接，國內外專家學者（zhě）的研究主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個方向是激光焊接工藝對（duì）鋁合（hé）金焊接接頭性能影響，如激光焊接工藝對（duì）鋁合金焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能研（yán）究、接頭的組織及性能研究（jiū）等。另外（wài）一（yī）個方向是（shì）鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金激光焊接頭顯微（wēi）組織的研究、鋁合金激光焊接接頭（tóu）氣孔、裂紋、變形的預測研究等。在國內外專家學者的共同努力（lì）下，鋁合金材料激光焊接工（gōng）藝得（dé）到（dào）了不斷（duàn）地改善，焊接接（jiē）頭的力學性能和耐腐蝕性能得（dé）到了較（jiào）大幅度（dù）的提升，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（qì）車（chē）生產製造的工（gōng）藝需（xū）求。此外，信息技術的快速迭代助推（tuī）了工（gōng）業機器人的（de）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（dù）越來越高。

3.2 新（xīn）能源（yuán）汽車領域鋁合金非熔化極（jí）惰性氣體保護電弧焊（hàn）（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保護電弧焊非常適用與薄板鋁合金材料（liào）的焊接（jiē），技（jì）術也很成熟。采用（yòng）ＴＩＧ焊接方（fāng）法焊接鋁合金不僅可以獲得美觀的連續魚（yú）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（hàn）接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊（hàn）接（jiē）有著天然的自身缺陷（xiàn），它的鎢電極承（chéng）載電流的能力有（yǒu）限，當有承載大電流時，容易被熔化和蒸發，由此產生的鎢電極微粒，也有（yǒu）掉入焊接熔池影響焊（hàn）接質量的可能。除此（cǐ）之外，生產效（xiào）率低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高效高質量的焊接（jiē）要求的缺陷，也限（xiàn）製（zhì）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（yè）快（kuài）速發（fā）展對於鋁合金焊接高質量、高效率的生產要求，近年不少學（xué）者（zhě）對ＴＩＧ焊接進（jìn）行了改進研究，成功研發出（chū）了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）等焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊（hàn）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ＴＩＧ不（bú）太適用於鋁合金厚（hòu）板材焊接的境況，而且在即使沒有焊絲的情況（kuàng）下也能照常進行有效（xiào）的（de）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ＴＩＧ焊的基礎（chǔ）上提高了一倍以上，而且焊接電弧穩定，沒（méi）有（yǒu）較大波動（dòng），確保（bǎo）了鋁合金焊接接頭優良的（de）性（xìng）能，以及良（liáng）好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）則在（zài）焊接質量（liàng）上進（jìn）行了改善和提升，在相同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊（hàn）可以采用（yòng）更小的焊接電流，進而（ér）可以減少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與此同時為增（zēng）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，使鋁合金焊接接頭（tóu）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）

得益於國內外專家學者的持續關注和深入研究，鋁合金焊（hàn）接技術得到不斷提升，焊接方式也日益豐（fēng）富成（chéng）熟。在當前（qián）眾多鋁合金焊接技術中應用（yòng）最廣泛的（de）是熔（róng）化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊（hàn））。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲（huò）得非常優質的焊接構件，因此（cǐ）在工程應用中（zhōng）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ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便（biàn）是鋁合金（jīn）ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊（hàn）是通過改進優化單脈衝焊接技術（shù）發展而來，具（jù）有可調參數多，可合理的控製輸入能（néng）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。在眾多工業領域廣泛（fàn）應用的雙極（jí）性脈衝ＭＩＧ焊（hàn）則結合了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流（liú）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（hàn）接過（guò）程中（zhōng），可以對輸入的能量進行精確地控製，可（kě）以使熔池與焊絲快速分離（lí），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，可以獲得較（jiào）高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領（lǐng）域鋁合金攪拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過（guò）近（jìn）３０年的發展，在厚（hòu）鋁合金板材焊接方麵有了重（chóng）大突破（pò），已經可以高效率高質量（liàng）的焊接１．２至６毫米的厚鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十（shí）年的發展革新，也從單一能場焊接發展出了多種複合能（néng）場焊機方式。鋁合（hé）金攪拌摩擦焊的研究也吸引（yǐn）了國內外學者的關注，其中攪拌摩（mó）擦焊焊接接（jiē）頭的裝配方式和焊接工藝參數是當下（xià）研究的重點。其中，在接頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝（zhuāng）配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車輕（qīng）量化領域鋁合金材料焊接研究展望

科技一般指科學技術。社會上習慣於把科學和（hé）技術連在一起，統稱為科學技術，簡稱科技。實際二者既有密切聯係（xì），又有重要區別。實際二者既有（yǒu）密切聯（lián）係，又有重要區別。科學（xué）解決理論（lùn）問（wèn）題，技（jì）術解決實際問題（tí）。

新能源汽車（chē）尤其是其中（zhōng）的純（chún）電動汽車，因電池（chí）技術的瓶頸（jǐng）和自身結構的特殊性，車輛的迫切需要（yào）輕量化，以期通（tōng）過減（jiǎn）少自身重量從而增加續（xù）航裏（lǐ）程。鋁合（hé）金材料不僅性能優異且可實現再生循（xún）環利用，因此在汽車輕量化材（cái）料中具有明顯的優勢，越來越廣泛的應用於新能源（yuán）汽車的生產製造過程中。新能源汽車（chē）在生產製造中的鋁合金使用量已經超過多數的傳統燃油車。隨著我國新能源汽車近（jìn）幾年的井噴（pēn）式發（fā）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（guān）於提升鋁（lǚ）合（hé）金焊接件的焊接質量的研究將（jiāng）會成為研究焦點。鋁合金激（jī）光焊接、鋁（lǚ）合金（jīn）熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪（jiǎo）拌（bàn）摩擦焊（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用，提供更加堅實的技（jì）術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽車的生產製造中充分（fèn）發揮減重優勢。

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