新能源汽（qì）車（chē）輕量化領域鋁合金焊接技術

汽車工業幾（jǐ）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，已經（jīng）成為全球汽車工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展危機的（de）有效方案，也是實現我國“雙碳（tàn）”目（mù）標的重要舉措。但新能源汽車的（de）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大障礙。而新能源汽車（chē）與傳統燃（rán）油車結構的不同，車身更重。在此背景（jǐng）下，新能源汽（qì）車的（de）輕量化需求（qiú）相比傳統（tǒng）燃（rán）油車（chē）更加迫切。在當前汽（qì）車輕量化（huà）的手段中，最行之有（yǒu）效的是材料的輕量化。鋁（lǚ）合金材料作為一種性能優異的輕合金材料（liào），廣泛（fàn）應用於汽車（chē）的輕量化領域。因此，深入研究鋁合金焊接技術，進（jìn）而提（tí）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車的（de）續航裏程具有重要意義

為響應我（wǒ）國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消耗大戶的汽車（chē）行業，肩負著低碳排放的曆史（shǐ）使（shǐ）命，責任重大。對此，近年我國大力發展新能源汽（qì）車（chē）產業，出（chū）台多項政策刺激和引導新（xīn）能源汽車產業的發展。在多方的共同努力下（xià），新能源汽車逐（zhú）漸被廣大消費（fèi）者接受與青睞（lài），近年在國內汽車消費市場的滲透率（lǜ）逐年提升。具中（zhōng）國汽車工程學會預測（cè），到２０３５年中國汽車市場的大部分份額將被新能源汽車占據，且純（chún）電動汽車將成為（wéi）新能（néng）源汽車的絕對主力。對於純電動汽車而言，因受製於目前電池技術，整車整備質量相（xiàng）較於傳統燃油車（chē）反而顯著增加，增量（liàng）達１５％－４０％。整車的輕（qīng）量化對提升續航裏程有著非常顯著的（de）作用。據統計，在純電動汽車（chē）的動力電池重量不變的前提（tí）下，整車整備質量每減輕（qīng）１００公斤，續（xù）航裏程可以增加１２－１３公裏。

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

汽車的輕量化除了可以顯著降低能（néng）量消（xiāo）耗，提升電動汽車（chē）的續航裏程外，對提升（shēng）車輛的（de）加速性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛（shǐ）平順性等也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的（de）發展趨勢，通（tōng）過合理的（de）輕量化材料的運用和（hé）結構設計，提升新（xīn）能源汽車的輕量化水（shuǐ）平，不僅可以提升汽（qì）車的各項性（xìng）能指標，還可以有效控製汽車的生產成本，提高市（shì）場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業（yè）鏈比較（jiào）長的產業，新能源汽車的輕量化（huà）的發展可以帶動產業上下遊相（xiàng）關領域的轉型升級汽車的輕量化涉（shè）及汽車生產、維修、回收等（děng）多個相關產業。汽車輕量化的（de）快速發展必然會刺（cì）激汽車輕量（liàng）化材料的研發和革新（xīn），對多材料混合（hé）運用技術如焊（hàn）接、鉚（mǎo）接等的發展也將有直接（jiē）的強勁推（tuī）動作（zuò）用，對汽車的生產裝（zhuāng）備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術飛速（sù）發展，技術越來越成熟（shú），與（yǔ）之配套的充電等社會公共設施也越來（lái）越健全，再加（jiā）上新能源汽車因相較於傳統燃（rán）油車更低的（de）用車成本等優勢，使新能源車越來越受到消費者的喜愛。新（xīn）能源汽車的銷量開始井（jǐng）噴式增長，在此背景下（xià），新能（néng）源（yuán）汽車（chē）輕（qīng）量（liàng）化旺盛的需（xū）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勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用先（xiān）進的製造工藝、對結構（gòu）進行優化設計和應用輕量（liàng）化的材料是目前汽車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，因此一開始便便到了汽車工程師的青睞（lài）。具體而言，鋁合金在新能（néng）源汽車的輕量化領域（yù）具（jù）有一下優勢：

（１）鋁合金材料可以廣泛應用於新能源汽車的（de）輕量化領域（yù）。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（de）各種部件（jiàn）和（hé）零件。鋁合金材料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（jià）、車門等可以應用變（biàn）形鋁合金製造；而加速踏板、車輪（lún）、方向盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁合金在當前以及今後（hòu）一段時期內都將是（shì）新能源汽車輕量化的主要選（xuǎn）材。

（２）鋁合金（jīn）材料的廣（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（lǚ）礦在地球上的儲存量非常大（dà），因此鋁合金材料相較（jiào）於鎂合金材料、碳纖維材料等成本更低（dī），此外鋁（lǚ）合金具（jù）有良（liáng）好的耐蝕性，且熔點低，可以實現非常（cháng）高的回收利用率，可（kě）以實（shí）現新能源汽車生產材（cái）料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車輕（qīng）量化材（cái）料減重潛力（lì）更（gèng）大。當前（qián）主流的汽車輕量化材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金（jīn）、碳纖維材料等。但其（qí）中鎂合金和碳纖維（wéi）材料因價（jià）格、加工工藝等因（yīn）素（sù）的製約，目（mù）前使用的並不（bú）多。而鋁合金材料相較與高強度（dù）鋼，比強（qiáng）度高，密度較小，減重（chóng）潛力更大。

（４）鋁合（hé）金材料製造工藝成熟，除鑄造等（děng）成型工藝外，還發展出了焊接、鉚（mǎo）接、螺接等多（duō）種（zhǒng）連接方式。這些工藝目前都有成熟的在新能源汽車的（de）生產製造過程中（zhōng）運用。因此，鋁合金材料（liào）在眾多汽車輕量（liàng）化材（cái）料中（zhōng）脫穎而出，漸漸成為了汽車輕量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究現狀（zhuàng）

鋁合金（jīn）在新能源汽車的輕量化中有著（zhe）舉足輕重的作用（yòng），但在生產（chǎn）和使用過（guò）程仍麵臨（lín）生產工藝、安全等挑戰。汽車生產製造過（guò）程中各零（líng）部件的連（lián）接方式有焊接、鉚接、螺（luó）接等，其中焊（hàn）接因（yīn）工藝簡單、性價比高、性能優越以及方便自動化流水作業等優點，是當前汽（qì）車零部件連接采取的主要工藝（yì）方（fāng）式。隨著新能源汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的生產（chǎn）製造過程中（zhōng）的應用會越來越多。但要提（tí）高鋁合金（jīn）材料（liào）在新能源汽車生產製造中的運用量，就（jiù）不得不對鋁合金的焊接工藝進行更（gèng）深入（rù）的研究，提高（gāo）鋁合金焊接（jiē）的（de）質量和效率（lǜ），並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連（lián）接（jiē）方式（shì），目前已經發展出多種技術路線，其中廣（guǎng）泛應用（yòng）於汽（qì）車（chē）生產製造中的有有激光焊接、非熔化極惰性氣體保護（hù）電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極（jí）惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車（chē）領域鋁合金激光焊接

激光焊接在汽車生產（chǎn）製造過程中應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小，焊接能量（liàng）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（wài）專（zhuān）家學者的研究主要聚焦在（zài）兩個方向：一（yī）個方向是激光焊接（jiē）工藝對鋁合（hé）金（jīn）焊接接頭性能影響，如激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭（tóu）的力（lì）學性（xìng）能（néng）和耐腐（fǔ）蝕性能研究、接頭的組織及性能研究等。另外一個方向是鋁合金激光焊接過程中的（de）缺陷，如（rú）鋁合金激光焊接頭顯微組織（zhī）的研究、鋁合金激光焊接（jiē）接頭氣孔、裂紋（wén）、變形的預測研究等。在國內外專家學者的共同（tóng）努力下，鋁合金材料（liào）激光（guāng）焊接工藝得到了不斷地改（gǎi）善，焊接接頭的力（lì）學性能（néng）和耐腐蝕性（xìng）能得到了較大（dà）幅（fú）度的提升（shēng），焊接接頭（tóu）的缺陷率也得到了很好的控製，能較好的滿足（zú）新能源汽（qì）車生產製造的工藝需求。此外，信息技術的（de）快速迭代助（zhù）推（tuī）了工（gōng）業機器人（rén）的快速發展，以視覺係統、機器人技術以及信息技術加持（chí）的遠程激（jī）光焊接（jiē）技術也在快速的發展。新能源汽車生產（chǎn）過程的鋁合金材料激光焊（hàn）接技術的自動化、智（zhì）能化程度越來（lái）越高。

3.2 新能源汽車領域鋁合（hé）金非熔（róng）化（huà）極惰（duò）性氣體保（bǎo）護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極（jí）惰性氣體保護電弧焊非（fēi）常適用與薄板鋁合金材料的焊（hàn）接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金（jīn）不（bú）僅可以獲得美觀的連（lián）續魚鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁合金焊（hàn）接件表（biǎo）麵的氧化（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，它的鎢電極（jí）承載電流（liú）的能力（lì）有限，當有承載大電流時，容易被熔化（huà）和蒸發，由此產生的鎢電極微粒，也有掉入焊接熔池影響焊接質量的可能（néng）。除此之外（wài），生產效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿（mǎn）足高效（xiào）高質量的焊接要求的缺（quē）陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領（lǐng）域（yù）的應用（yòng）。為了適（shì）應新能源汽車工業快速發展對於鋁合金（jīn）焊接（jiē）高質量、高效（xiào）率的生產要求，近年不少學（xué）者對ＴＩＧ焊接進行（háng）了改進研究，成（chéng）功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱（rè）絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方（fāng）法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到（dào）明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不太（tài）適用於鋁（lǚ）合金厚板材焊接的境況，而且在即使沒有焊絲的情況下也能照（zhào）常（cháng）進行有效的焊接。熱（rè）絲ＴＩＧ焊（hàn）攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的（de）弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍（bèi）以上，而且焊接（jiē）電（diàn）弧穩定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊接接頭優良的性能，以及良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了（le）改善和提升（shēng），在相同的焊（hàn）接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較（jiào）於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而（ér）可以減少鋁合金在焊接過程中（zhōng）的熱變形（xíng），與此同時為增加鋁合金焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組織性（xìng）能得（dé）到提升。

3.3 新能源汽車（chē）領（lǐng）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（guān）注和深入研究（jiū），鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊接（jiē）方式（shì）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（róng）化極惰性氣體保護電（diàn）弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合（hé）金可以獲得非常優質的（de）焊接構（gòu）件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時（shí），ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的焦點，近年研發出了不（bú）少鋁合（hé）金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ＭＩＧ焊新（xīn）工藝中應（yīng）用頻率最高（gāo）的。雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊是通過改（gǎi）進優化單（dān）脈衝焊接技術發（fā）展（zhǎn）而來，具有可調參數多，可合（hé）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優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金（jīn）材料可以獲得穩定可靠的高質量（liàng）的焊縫。在眾多工業（yè）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（jí）焊）和直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作（zuò）為短路過渡焊技術（shù）的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可（kě）以對（duì）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。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的焊接（jiē），可以獲（huò）得較高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新（xīn）能源汽車領域鋁合金（jīn）攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年（nián）的發展（zhǎn），在厚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毫米的厚鋁合金板材。鋁合金（jīn）攪拌摩擦焊經過幾十年的（de）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。鋁合金攪拌摩擦焊的研究（jiū）也吸引了國內外學者的（de）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（dāng）下研究的重點。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（lǚ）合金材料焊接研究展望

科技（jì）一般指科學技術。社會上習慣於把科（kē）學和技術連（lián）在（zài）一起，統（tǒng）稱為科學技術，簡稱（chēng）科技。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。實（shí）際二者既（jì）有密切聯係，又有重（chóng）要（yào）區別。科學解（jiě）決理論問題（tí），技術解決實際（jì）問題。

新能源汽車尤其是其（qí）中的純電動汽車，因電池技（jì）術的瓶頸和自身結（jié）構的特殊性，車輛的迫切需要（yào）輕量化，以期通過減少自身（shēn）重量從而增加續（xù）航裏程。鋁合金材料不僅性能優異且可實現再生循環利用，因此在汽車輕量化材料（liào）中具（jù）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（yuán）汽（qì）車在生（shēng）產製造中（zhōng）的鋁合金（jīn）使用量已經超過多數的傳（chuán）統燃油車（chē）。隨著我國新能（néng）源汽車（chē）近幾年的（de）井噴式發展，必然會進（jìn）一步拉動鋁合金在（zài）汽車行業的廣泛（fàn）應用（yòng）。因（yīn）此關於提升鋁合金焊接件的焊接質量的研究將會成為研（yán）究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金（jīn）焊接技術的研究將會更加（jiā）深入，為新能源汽車輕量化中鋁合金（jīn）的應用，提供更加（jiā）堅實的技（jì）術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽（qì）車的生產製造中（zhōng）充分發揮減重優勢。

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