新能源汽車輕量化領域鋁（lǚ）合金焊接技術

汽車工（gōng）業幾十年的高速發（fā）展所帶來的能源消耗和環境汙染的問題（tí）日益（yì）突出，已經成為全球汽車工業亟需著手解決的時代命（mìng）題。大力發展新（xīn）能源汽車是應對汽車產業發展危機的有效（xiào）方案，也是實現我國“雙碳”目標的重要舉措。但新能源汽車的（de）發（fā）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（de）最大障礙。而新能源汽車（chē）與傳統燃油車結構的不同（tóng），車身更重。在此背景下，新能源汽車的（de）輕量化需求相比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量化的手段中（zhōng），最行之有（yǒu）效的是（shì）材料的輕量化。鋁合金材料作為一種（zhǒng）性能優異的輕（qīng）合金材（cái）料，廣泛應用於汽車的輕量化領域。因此（cǐ），深入研究鋁（lǚ）合金焊接技術，進而提（tí）升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽車輕量化（huà）的發展具有重要促進（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續航裏程具有重要意義

為（wéi）響應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消（xiāo）耗（hào）大戶的汽車行業（yè），肩負著低（dī）碳排放的（de）曆史使命，責任重（chóng）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（dǎo）新能源汽車產業的（de）發展。在多（duō）方的共同（tóng）努力（lì）下，新能源（yuán）汽車逐漸被廣大消費者接受與青睞，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２０３５年中國汽車市場的大部分份額將被新能源（yuán）汽車占據，且純電動汽車將成為新（xīn）能源汽車（chē）的絕（jué）對主力。對於純電動汽車而言，因受製於目前電池技術，整車整備質量相較（jiào）於傳統燃（rán）油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕（qīng）量化對提（tí）升續（xù）航裏程（chéng）有著非常（cháng）顯著的作用。據統計，在純電動汽車（chē）的動力電（diàn）池重量不變的前提下，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（jiāng）助力提升我國的汽車產品的競爭力

汽（qì）車的輕量化除了可以顯著降低能量消耗，提升電動汽車的續航裏程外，對提升車輛（liàng）的加速性能、操作穩定性（xìng）、製動（dòng）性能、行車噪（zào）音、行（háng）駛平順性等（děng）也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量化（huà）材料的運用和結構設計，提升新能源汽車的輕量化（huà）水平（píng），不僅可以提升汽車的各項性能指標（biāo），還可以有效控製汽車的生產成本（běn），提（tí）高市（shì）場競爭力。

1.3 汽（qì）車產業作為一個產業鏈比（bǐ）較長的產業，新能（néng）源汽車的輕量化（huà）的發展可以（yǐ）帶動產業上下遊相關領域的（de）轉型升級汽車（chē）的輕量化涉及汽車生產、維（wéi）修、回收等（děng）多個相（xiàng）關產業。汽車輕量化的快速發展（zhǎn）必然會刺激汽車輕量化（huà）材（cái）料的研發（fā）和革新，對多材料混合運用技術如焊接、鉚接等的發展也將（jiāng）有直接（jiē）的強勁推動作用，對汽車的生產裝備也會（huì）提出（chū）更高的要求。近年新（xīn）能源汽車技術飛速發展，技術越來越成熟，與之配（pèi）套的充電等社會公共（gòng）設施也（yě）越來越健全，再加上（shàng）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。新能源（yuán）汽車的銷量開始井噴式增（zēng）長，在（zài）此背景下，新能源汽車輕量化（huà）旺盛的需求對汽（qì）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（yīng）用的優勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優化設計和應用輕量化的（de）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（yǒu）效的方式。相比其他工程（chéng）材料（liào），鋁合金材（cái）料因具備諸多優勢，因此一開始便便到了（le）汽車工（gōng）程師（shī）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（hé）金材料可以廣泛應用於新能源汽車的輕量化領域（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（qì）車的（de）各（gè）種部件和（hé）零件。鋁（lǚ）合金材料可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類（lèi）型。其中，熱交換器（qì）係統部件、車身骨架、車門等可以（yǐ）應用變形鋁合金製（zhì）造；而加速（sù）踏板（bǎn）、車輪、方向盤（pán）、電機外殼等可（kě）以應用鑄（zhù）造鋁合金生產。因鋁合金的（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源汽車輕量化的（de）主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種程度上可以降低新能源汽車的（de）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、碳纖維材料等（děng）成本更（gèng）低，此（cǐ）外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實現非常高（gāo）的回收利用率，可（kě）以實現新能源（yuán）汽車（chē）生產材料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較（jiào）於其他汽車（chē）輕量化材料減（jiǎn）重潛力更大。當前主流的汽車輕量化材（cái）料有鋁合金、高（gāo）強度鋼、鎂合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格、加工工藝（yì）等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁合金材（cái）料相較與高強度鋼，比強度（dù）高，密度較小，減重（chóng）潛力（lì）更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等成（chéng）型工（gōng）藝外，還發展出了焊接、鉚接、螺接等多種連接方式。這（zhè）些工藝目前都有成熟的在新能源汽車的生產製造過程中運用。因此（cǐ），鋁合（hé）金材料在眾多汽（qì）車輕量（liàng）化材料中脫穎而出，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（yán）究現狀

鋁合金在新能源汽車的輕量化中有著舉足輕重的作用（yòng），但在生產和使用過程仍麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽車生產製造過（guò）程（chéng）中（zhōng）各零部件的連接（jiē）方式有焊接、鉚（mǎo）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等優點，是當前汽車零部（bù）件連接采取的（de）主要工藝方式。隨著（zhe）新能源汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合金在新（xīn）能源（yuán）汽車的（de）生產製造過程中的應用會越來（lái）越多。但要提高鋁（lǚ）合（hé）金材料在新能（néng）源汽車生產製（zhì）造中（zhōng）的運用量，就不得不對鋁合金的（de）焊接工藝進行更深入（rù）的研究，提高鋁合金焊接的質量和效率，並（bìng）有效（xiào）降低成本。焊（hàn）接（jiē）作為一（yī）種成熟（shú）的連接方式，目前（qián）已經發展出多種技術路線，其中廣（guǎng）泛應用於汽車生產製造中的有有激光（guāng）焊接、非熔化極惰性氣體保護（hù）電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新（xīn）能源汽車領域鋁合金激（jī）光焊接

激光焊（hàn）接在汽車生產製造過（guò）程中應用很廣泛，具有（yǒu）焊接效率高，焊接變形小，焊接能量密（mì）度高的技術特點。在新能源汽車領域目前針對鋁合金的激光焊接（jiē），國（guó）內外專家學（xué）者的研究主要聚焦在兩個方向（xiàng）：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭性能影響，如激光焊接工藝對鋁（lǚ）合金焊接（jiē）接頭（tóu）的力學（xué）性能和（hé）耐腐蝕性能研究、接頭的組（zǔ）織及（jí）性能（néng）研究等。另外一個方向是鋁合（hé）金（jīn）激光焊接（jiē）過程中的缺陷，如鋁合金激（jī）光焊接頭顯微組（zǔ）織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣（qì）孔、裂紋（wén）、變形的預測研究等。在國內外專家學者的（de）共同努力下，鋁合金材料激光焊接工藝得到（dào）了不斷地改善，焊接接頭的力學（xué）性能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的（de）提（tí）升，焊接接頭的缺陷率也得（dé）到了很好的控製，能較好的滿足新能源（yuán）汽車生產製造的工藝需求。此外，信息技術的快速迭代（dài）助推了工（gōng）業機器人的快速發展，以視覺係統（tǒng）、機器人技術以及信息技術加持的遠程激（jī）光焊（hàn）接技術也在快速的發展。新能（néng）源汽車生產過程的鋁合金材料激光焊接技術的自動化、智能化程度越來越高。

3.2 新能源汽車領域鋁（lǚ）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（báo）板鋁合金材料的焊接，技術（shù）也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可以獲得美（měi）觀的連續魚鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁合金焊接件表麵的（de）氧化膜，進而（ér）改善（shàn）鋁合金焊接接（jiē）頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺（quē）陷，它的鎢電極（jí）承載電流的能力有限，當有承載大電流時，容易被（bèi）熔化和蒸發，由此產生的鎢電極微粒，也有掉入焊（hàn）接熔池影（yǐng）響焊接質量的可能（néng）。除此之外，生產效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能（néng）滿足（zú）高效高質（zhì）量的焊接要求的缺陷（xiàn），也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的（de）應用。為了適（shì）應新能源汽車工業快速（sù）發展對於鋁合金（jīn）焊接高質量、高效率的生產要求，近（jìn）年不少學者對ＴＩＧ焊接進行了改（gǎi）進研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊（hàn）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（xiǎn）增加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於（yú）鋁合金厚板材焊接的（de）境況，而且在即使沒有焊（hàn）絲的情況下也（yě）能照常進（jìn）行有效的焊接。熱（rè）絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端（duān），焊接速度在傳（chuán）統（tǒng）ＴＩＧ焊的基礎上提高（gāo）了一倍以上，而且焊接電弧穩定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊接接頭優良（liáng）的性能，以及良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則（zé）在焊（hàn）接質量上進（jìn）行了改善和提升，在相（xiàng）同的焊接速（sù）度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳（chuán）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形，與此同時為增加鋁合金（jīn）焊接件的（de）焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組織性能得到提升（shēng）。

3.3 新（xīn）能（néng）源（yuán）汽車領域鋁合金（jīn）熔化極惰性氣體（tǐ）保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續關注（zhù）和深入研究，鋁合（hé）金焊接（jiē）技術得到不斷提升（shēng），焊接方（fāng）式也日益豐富成（chéng）熟。在當前眾多（duō）鋁合金焊接技術中應用最廣泛的（de）是（shì）熔化極惰性氣（qì）體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非常優質的焊接構件，因此（cǐ）在工程應用中ＭＩＧ焊（hàn）很受工程師們的青睞。同時（shí），ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的（de）焦（jiāo）點，近年研發出了不少（shǎo）鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金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（mò）衝焊接技術發展而來，具（jù）有可調參數多，可合理的控製輸入能量，以及可對（duì）焊接工藝參數進行靈活的匹配等優點。使用雙脈（mò）衝（chōng）ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可以獲得穩定可靠的（de）高質（zhì）量的焊縫。在眾多工業領域廣泛應用的雙極性（xìng）脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊（hàn））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焊在焊接過程中，可以對輸入的能量（liàng）進行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速（sù）分離，有效地減少飛濺。因具有以上優（yōu）點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的焊接，可以獲得較高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領域鋁合金攪拌摩擦焊（hàn）（ＦＳＷ 焊）

鋁（lǚ）合金攪（jiǎo）拌摩擦焊經過近３０年的發展，在（zài）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（hòu）鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經（jīng）過幾十年的發展革新（xīn），也從單一能場焊接發展出了多種複合能場（chǎng）焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也吸引了國內外學者的關注，其中攪拌（bàn）摩擦（cā）焊焊接（jiē）接頭的（de）裝（zhuāng）配方式和焊接（jiē）工藝參數是當下（xià）研（yán）究的重點（diǎn）。其中，在接頭裝（zhuāng）配方式的選擇（zé）上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接（jiē）和搭接等（děng）。

04   新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研（yán）究展（zhǎn）望

科技一般指科學技術。社會上習慣於把科學和技術（shù）連在一起，統稱為科學技術，簡稱科技。實際二（èr）者既有密切（qiē）聯（lián）係（xì），又有重要區別。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。科（kē）學解決（jué）理論問（wèn）題，技術解決實際問題。

新能（néng）源汽車尤其（qí）是其中（zhōng）的純電動汽車，因電池（chí）技術的瓶頸和自身結構的特殊性，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續航裏程。鋁合金材料不僅性能優異且可（kě）實現再生（shēng）循環利用，因此在汽車輕量化材料中具有明（míng）顯的優勢，越來越廣泛的應用於新能源汽車的生產製造（zào）過程中。新能源汽車（chē）在生產製造中的鋁合金使（shǐ）用量已（yǐ）經超過多數的傳統燃油車。隨著我國新能源（yuán）汽車近幾年的井噴（pēn）式發展，必然會進（jìn）一步拉（lā）動鋁合金在汽車行業的廣泛應用（yòng）。因此關於提升鋁合金焊（hàn）接件的焊接質（zhì）量的研究將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁（lǚ）合金熔化極惰性氣體保護焊（hàn）（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩（mó）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（qīng）量化中鋁合金的應用（yòng），提供更加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽車的生產（chǎn）製造中充分發揮減重（chóng）優勢。

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