新能源（yuán）汽車輕量化領域（yù）鋁合金焊接技（jì）術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來的能源（yuán）消耗和（hé）環境汙染（rǎn）的問題日益突出（chū），已經成為全球汽（qì）車（chē）工業亟（jí）需著手解決的時代命題。大力發（fā）展新能源汽（qì）車是應對汽車產業發展危機的有效方案（àn），也是實現我國“雙碳（tàn）”目標的重要舉措（cuò）。但新能源汽車的發展，目（mù）前仍麵臨著諸多挑戰，其中（zhōng）續航焦慮是新能（néng）源汽車推廣（guǎng）的最大障礙。而新能源汽車與傳統（tǒng）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，最行之有（yǒu）效的是材料的輕量化（huà）。鋁合金材料作（zuò）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（lǐng）域。因此，深入研究鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對新（xīn）能源汽（qì）車輕量化的發展具有（yǒu）重要促進意義。

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（yuán）汽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（yuán）消耗大（dà）戶的汽車行業，肩負著低（dī）碳（tàn）排放的曆史使命，責任重大。對此（cǐ），近年我國（guó）大力（lì）發展新能源汽車產業，出（chū）台多項政策刺激和（hé）引導新能源汽車（chē）產業的發展。在（zài）多方的共同努力下，新能源（yuán）汽車逐漸被（bèi）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（jiāng）被新能（néng）源（yuán）汽車占據，且純電動汽車將成為新能源汽車的絕對主力。對於純電（diàn）動汽車而言，因受製於目前電池技（jì）術，整車整備質量相較於傳統燃油（yóu）車反而顯著增（zēng）加（jiā），增量達（dá）１５％－４０％。整車的輕量化對（duì）提升續航（háng）裏程有著（zhe）非常顯著的作用。據統計，在純（chún）電動汽車的動力電池重量（liàng）不變的前提下，整車整備質量每減輕１００公斤，續航裏程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕（qīng）量（liàng）化是汽車發展的三大趨（qū）勢之一，推進新能源（yuán）汽車的輕量化將助力提升我國的汽車（chē）產品的競爭力

汽車的（de）輕量化除了可以顯著降低能量消耗（hào），提（tí）升電動汽車的續航裏程外，對提（tí）升車輛的加速（sù）性能、操作穩定（dìng）性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯的（de）助益。因此，順應汽車行業的發展（zhǎn）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水平，不僅可以提升汽（qì）車的各項性能指標，還可以有效控（kòng）製汽車的生（shēng）產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業（yè）鏈比較長的產業，新能源（yuán）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、維修、回收等多個相關產業（yè）。汽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（gé）新，對多材（cái）料混合（hé）運用技術如焊接、鉚（mǎo）接等（děng）的發展也將（jiāng）有直接的強（qiáng）勁推動作用，對汽（qì）車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術飛速發展（zhǎn），技術越來越成熟，與之配套的充（chōng）電等社（shè）會公共設施也越來越健全，再加上新能源汽車（chē）因相較於傳（chuán）統（tǒng）燃（rán）油車更低的用車成本等優勢，使新能源（yuán）車（chē）越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開（kāi）始井噴式增長，在此背景下，新能源汽車輕量化旺盛的需求對汽車產（chǎn）業上下遊相關領域轉型升級的推動作用越來越強（qiáng）勁。

02    鋁合金在新能源 汽（qì）車輕量化（huà）領域應用的優勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優（yōu）化設計和應用輕量（liàng）化的材料是（shì）目前汽車輕量（liàng）化的三大（dà）技（jì）術手段。其中輕量化材料的運用是（shì）最直接、最有效的方式。相比其他工程材（cái）料，鋁（lǚ）合金材料因具備諸多優勢，因此一開始便便到了汽車工（gōng）程（chéng）師的青睞。具體而言（yán），鋁合金在新（xīn）能源汽車的輕量化領域具有一下（xià）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（hé）優良的加工成形性，可以應用於製造汽（qì）車的各種部件和零件。鋁合金材料可分為變形（xíng）鋁合金（jīn）和（hé）鑄造鋁合金兩大類型（xíng）。其（qí）中，熱（rè）交（jiāo）換器（qì）係統部（bù）件、車身骨架、車門等可（kě）以應用變形鋁合金製造；而（ér）加速（sù）踏板、車（chē）輪、方向盤、電機外殼等可（kě）以應用鑄造鋁（lǚ）合金生產。因鋁（lǚ）合金的優（yōu）良性（xìng）能，使鋁合金在當前以及今後一段時期內都將是新能源（yuán）汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應（yīng）用從某種程（chéng）度（dù）上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（cǐ）鋁合金（jīn）材料相較於鎂合金材料、碳（tàn）纖維材（cái）料等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐（nài）蝕性（xìng），且熔點低，可以實現非常高的（de）回收利用率，可以實現新能源汽車生產材料的（de）循環利用。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車（chē）輕量化材（cái）料減重潛（qián）力更（gèng）大。當前主流的汽車輕量化材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材料等。但其中（zhōng）鎂合金和碳纖（xiān）維材料因價格、加工（gōng）工（gōng）藝等因素的製約，目前使用的並不（bú）多。而鋁合金材料相（xiàng）較與高強度（dù）鋼，比強度高，密度較小，減重（chóng）潛力更大。

（４）鋁（lǚ）合金材料製造工藝成熟（shú），除鑄造等成型工藝外，還（hái）發展出了焊接、鉚（mǎo）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（yuán）汽車的生產製造過程中運用。因此，鋁合金材料在眾（zhòng）多汽（qì）車輕量化（huà）材料中脫穎而出，漸漸成（chéng）為了汽車輕量化的主流材（cái）料。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接（jiē）研究現狀

鋁（lǚ）合金在新能源汽車的輕量化中（zhōng）有著舉足輕重的作用，但在生產和使用過程仍（réng）麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽車生產（chǎn）製造過程中各零部（bù）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）及方便自動化流水作業等優點，是當前（qián）汽車零（líng）部件連接采取的主要工藝方式。隨著新能源汽車輕量化需求（qiú）的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車（chē）的生產製造過程中的應用會越（yuè）來越（yuè）多。但要提高鋁合金材料（liào）在新能源汽車生產製造中的運用量，就不得不對（duì）鋁（lǚ）合金的焊接（jiē）工（gōng）藝進行更深入的研究，提高鋁合金焊接（jiē）的質量和效率，並有效降低成本。焊接作為一種（zhǒng）成熟的連接方式，目前（qián）已（yǐ）經發展出多種技（jì）術路線，其中廣泛應用於汽車生產製（zhì）造中的有有激光焊（hàn）接（jiē）、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽（qì）車領域（yù）鋁合金激光焊（hàn）接

激光焊接在汽車生產（chǎn）製造（zào）過程中應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接（jiē）變形小，焊接能量密度高的技術特點。在新能源汽（qì）車領域目前針（zhēn）對鋁合金的（de）激光焊接，國內外專（zhuān）家學者的研究主要聚焦（jiāo）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（guāng）焊接工藝對鋁合金焊接接頭的力學性（xìng）能和耐腐蝕性能研究、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（chéng）中的缺陷，如鋁合金（jīn）激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合（hé）金激光焊接接頭氣孔、裂紋、變形的預測研究等。在國內（nèi）外專家學（xué）者的共（gòng）同努力（lì）下，鋁合（hé）金材料激光焊接工藝得到了不（bú）斷地改善，焊接接頭（tóu）的力學性能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提升，焊接接（jiē）頭的（de）缺陷率也得到了很好的控製，能較好的滿足新能源汽車生產製造（zào）的工藝需求。此外，信息技術的快（kuài）速迭代助（zhù）推了工業機器人的快（kuài）速發展，以視覺（jiào）係（xì）統、機器人技術以及信息技術加持的遠程激（jī）光焊接技術也在（zài）快速的發展。新能源汽車生產過程的鋁合金材料激（jī）光焊接技術的自動化、智能化程度越來越高。

3.2 新能源汽車領域鋁合金非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化（huà）極惰性氣體保護電弧焊非常適用（yòng）與薄板鋁合金（jīn）材料的焊接，技術也很成熟（shú）。采用ＴＩＧ焊接（jiē）方法焊接（jiē）鋁合金不（bú）僅可以獲得美觀的（de）連續魚（yú）鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁合金焊接件表（biǎo）麵的氧化膜（mó），進而改善鋁（lǚ）合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當有承載（zǎi）大電流時，容易被熔化和蒸發，由此產生的鎢電極微粒，也有掉入焊接熔（róng）池（chí）影響焊接質量的可能。除此之外，生產效率低、熔深淺、熔敷速度（dù）小等不能滿足高效高質量的（de）焊接要求的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法（fǎ）在新能源汽車領域的應用。為了適應新能源汽車工業快（kuài）速發展對於鋁合金焊接（jiē）高質量、高效率的生產要求（qiú），近年不少學者對ＴＩＧ焊接進（jìn）行了（le）改進研（yán）究，成（chéng）功研發出了（le）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（chuán）統ＴＩＧ焊熔深（shēn）得到明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁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）常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻（gōng）克了（le）傳（chuán）統ＴＩＧ焊焊接效率不（bú）高的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊（hàn）的（de）基礎上提高了一（yī）倍以上，而（ér）且焊接電弧穩定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊（hàn）接接（jiē）頭（tóu）優良的性能，以及良好的焊接成形外觀（guān）。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了改善和提升，在相同（tóng）的焊（hàn）接速（sù）度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於（yú）傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可以減少鋁合金在焊接（jiē）過程中的熱變形（xíng），與此同時為增加鋁合金焊接件的焊（hàn）縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁合金焊（hàn）接接頭的組（zǔ）織性能得到提升。

3.3 新能（néng）源汽車領域鋁合金熔化極惰（duò）性氣（qì）體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學（xué）者（zhě）的持續關注和深入研究，鋁合金（jīn）焊接技術得（dé）到（dào）不（bú）斷提升，焊接方式也日益豐富成熟。在當前眾多鋁合金焊接技術中應（yīng）用最廣泛的是熔化極惰性氣體保（bǎo）護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用（yòng）ＭＩＧ焊焊接鋁合金可（kě）以獲得非常優質的焊接構件，因（yīn）此在工程應用中ＭＩＧ焊很受工程（chéng）師們的（de）青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專（zhuān）家學者們研究的焦點，近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新工（gōng）藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁（lǚ）合（hé）金ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈衝焊接（jiē）技術發展而來，具有可調參數多，可合理（lǐ）的控製（zhì）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（hé）金材料可以獲得穩定可靠的高質量的焊縫。在眾多工業領域廣泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈（mò）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焊在（zài）焊接（jiē）過程中，可以對輸入的能量進行（háng）精（jīng）確地控製，可以使熔池與焊絲快速分離，有效地減少（shǎo）飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的焊接，可以獲得較高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新（xīn）能源汽（qì）車領域鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊（hàn）（ＦＳＷ 焊（hàn））

鋁合（hé）金攪拌摩擦焊經（jīng）過近（jìn）３０年的發展，在厚鋁合金板材（cái）焊接方麵有了重大突破，已經可以高效率高質量（liàng）的焊接１．２至６毫（háo）米的厚鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十年的發展革新，也從單一能場焊（hàn）接發展出了多種複（fù）合能場焊機方式。鋁合金攪拌（bàn）摩擦（cā）焊的研究也吸引了國內外學者的關注，其中攪拌摩擦焊焊接接頭（tóu）的（de）裝配（pèi）方式和焊接工藝參數（shù）是當下（xià）研究的重點。其中，在接頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車（chē）輕（qīng）量化領域鋁合（hé）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（xué）和（hé）技術連在（zài）一起，統稱為（wéi）科學技術，簡稱科技。實際二者（zhě）既有密切聯係，又有重（chóng）要（yào）區別。實際二者既有密切聯係，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（qì）車尤其是其中的純電動（dòng）汽車，因電池技術的瓶頸和自身結構（gòu）的特殊性（xìng），車輛的迫（pò）切需要（yào）輕量化，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）實現再生循環利用，因此在汽車輕量化材料中具有明顯的優勢，越來越廣泛的應用於新能源汽車的生產製造過（guò）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車。隨著我國新能源汽車近幾年的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁（lǚ）合（hé）金在（zài）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（de）研究將會成為研究（jiū）焦點（diǎn）。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體（tǐ）保（bǎo）護焊（ＭＩＧ焊（hàn））、鋁合（hé）金攪拌（bàn）摩擦焊（ＦＳＷ焊）等（děng）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（gèng）加堅實的（de）技術支（zhī）撐，從而保障鋁合金在新能源汽車的生（shēng）產製造中充分發揮減（jiǎn）重優勢。

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