新能源汽（qì）車輕量化領域鋁（lǚ）合金焊接技術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來的能（néng）源消耗和環境汙染（rǎn）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（de）時代命題。大力發展新（xīn）能源汽車是應對汽車產（chǎn）業發展危機的有效方案，也是實現我國“雙碳”目標的重要舉措。但新能（néng）源汽（qì）車的發展（zhǎn），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（zuì）大障礙。而新能源汽車與傳統燃油車結（jié）構的不同，車身更重。在此背景下，新能源汽（qì）車的（de）輕量化需求相比傳統燃油車更加迫切。在（zài）當前汽車輕量化的手段中，最行之有效的是材料（liào）的輕量（liàng）化。鋁（lǚ）合金材料（liào）作為一種性能優異的輕合金材料，廣泛應用於汽車的輕（qīng）量化領域。因此，深入研究鋁合（hé）金焊接技（jì）術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽車（chē）輕（qīng）量化的（de）發展具有重要促（cù）進意義。

01   新能源（yuán）汽（qì）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（chē）的續（xù）航裏程具有重要意義

為（wéi）響應我國的“雙碳”發（fā）展戰略，作為我國能源消耗大戶的汽（qì）車行業，肩（jiān）負（fù）著低碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我（wǒ）國大力發展新能源汽車產業，出台多項政策刺激（jī）和引導新能源（yuán）汽車產業的發展。在（zài）多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者（zhě）接受與青睞，近年在國內汽車消費市場（chǎng）的滲（shèn）透率逐年提升。具中國汽車（chē）工程學會預測，到２０３５年中國汽車市場的大部分份額（é）將被新能源汽車占（zhàn）據，且純電動汽車將成為新能源汽車的絕對（duì）主力。對於（yú）純電動（dòng）汽車而言，因受製於目前電池技（jì）術，整車整備（bèi）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（yǒu）著非常顯著的作用。據統計，在純電動汽（qì）車的動力電池重（chóng）量不變的前提下，整（zhěng）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 汽車的輕量化是汽車發展的三大趨勢之一，推進新能源汽（qì）車的輕量（liàng）化將助（zhù）力提升我國的汽車產（chǎn）品的競爭力

汽車的輕量化（huà）除了可以顯著降低能（néng）量消耗，提升電動汽車的續航裏程外（wài），對提升車輛的（de）加速性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過（guò）合理（lǐ）的輕量（liàng）化材料的運用和結構設計，提（tí）升新（xīn）能源汽（qì）車（chē）的輕量（liàng）化（huà）水平，不僅（jǐn）可以提升汽車（chē）的各項性能指標，還可以有效（xiào）控製汽車的生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業鏈比較長的產業，新能源汽車的輕量化的（de）發展可（kě）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（qì）車生產、維修、回收等多個相關產（chǎn）業。汽車輕量化（huà）的快速（sù）發展必然會刺（cì）激汽車輕量化材料的研（yán）發和革新，對多材料（liào）混合運用技術如焊接（jiē）、鉚（mǎo）接等的發展也將有直接（jiē）的強勁推動作用，對汽車的生產裝備也（yě）會提出更高（gāo）的要求。近年新能源汽車技術飛速發展，技（jì）術越（yuè）來越成熟，與（yǔ）之配套的充電等社會公共設施也越來越健（jiàn）全，再加上新（xīn）能源汽車因相較於傳統燃油車更低的（de）用（yòng）車成本等優勢，使新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井噴式增長，在此背景下，新能源汽（qì）車輕量化旺盛的（de）需求對汽車產業上下遊（yóu）相（xiàng）關領域（yù）轉型升級的推動（dòng）作用越（yuè）來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量（liàng）化領域應用的優勢

使用先進的製造工藝、對結構（gòu）進（jìn）行優化設計和（hé）應用輕量化的材料是目前汽車輕（qīng）量（liàng）化的三大技術手段（duàn）。其中輕量化（huà）材料的運（yùn）用是最直（zhí）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（gōng）程師的青睞（lài）。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）鋁合金材料可以廣泛應用於（yú）新（xīn）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（de）加工成形性，可以應用於製造汽車的各種部件和零件。鋁合金材料可（kě）分為變（biàn）形鋁合金和鑄造（zào）鋁合金兩大類型。其（qí）中，熱（rè）交換器係統（tǒng）部件、車身骨（gǔ）架（jià）、車門等可以應用變形鋁合（hé）金製造；而加速踏板、車輪、方向（xiàng）盤、電機外殼等可以應用鑄（zhù）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一段時期內都將是新（xīn）能源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種程（chéng）度上可以降低新能源汽（qì）車的生產製（zhì）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（liào）等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實現非常高的回收利用率，可（kě）以實現新能源汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較於其（qí）他汽車輕量化（huà）材料減（jiǎn）重潛力（lì）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。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格（gé）、加工工藝等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁（lǚ）合金材料相較與（yǔ）高強度鋼，比強度高，密（mì）度較小（xiǎo），減重潛力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等成（chéng）型工藝外，還發展出（chū）了焊接（jiē）、鉚接、螺接等多種（zhǒng）連接方式。這些工藝目前都有成熟（shú）的在新能源汽車的生產製造過（guò）程中運用。因（yīn）此，鋁合金材料在眾多汽車輕（qīng）量化材料中脫穎而出，漸漸成為（wéi）了汽車輕量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化（huà）領域鋁合金材料焊接研究現狀

鋁合金在新能源汽車的輕量化中有著舉足輕重的（de）作用，但在生產和使用過程仍麵臨生產（chǎn）工藝、安全等挑（tiāo）戰。汽車（chē）生產製（zhì）造過（guò）程中各零部件的連接方式（shì）有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因工藝簡單、性價比高、性能優越以及方便（biàn）自動化流水作業（yè）等優點，是（shì）當前汽（qì）車零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的日益旺盛，鋁合金在（zài）新能源汽車的生產製（zhì）造過程中的應用會越來越多。但要提高鋁合金材料在新能源汽車生產製造中的運用量，就不得不對（duì）鋁合金的焊接（jiē）工藝（yì）進行更深入的研究，提高鋁合金焊接的質（zhì）量和效率，並有效降低成本。焊接作（zuò）為一種成（chéng）熟的連接方式，目前（qián）已經發展出多種技術路線，其中廣泛應用於汽車生產製造中（zhōng）的有有激光（guāng）焊接、非熔化（huà）極惰性氣體保護電弧（hú）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 新能源汽車領域鋁合（hé）金激光焊接

激光（guāng）焊接在汽車（chē）生產製造過程中應用很廣泛，具有焊接效（xiào）率高，焊接變形小，焊（hàn）接能量密度（dù）高的技術特點。在新能（néng）源汽車領域目（mù）前針對鋁合金的激光焊（hàn）接，國內外專家學（xué）者的研究主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個方（fāng）向是激光焊（hàn）接工（gōng）藝對鋁合金焊接接頭（tóu）性能影（yǐng）響，如激（jī）光（guāng）焊（hàn）接工藝對鋁（lǚ）合金焊接接頭的力學性能（néng）和（hé）耐腐蝕性能研究、接頭的組織及（jí）性（xìng）能研究等。另外一個方向是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合（hé）金激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合金激光（guāng）焊接接頭氣孔、裂紋（wén）、變（biàn）形的預測研究等。在國內外專家學者的共同努力下（xià），鋁合金材料激光焊（hàn）接工藝得到了不斷地改善（shàn），焊（hàn）接接（jiē）頭的力學性能和耐腐蝕性能得到（dào）了較大幅度的提升，焊接接頭的缺陷（xiàn）率也得到了很好的控製，能較好的（de）滿足新（xīn）能源汽車生產（chǎn）製造的工藝需求。此外，信息技術的快速迭代助推了工業機器（qì）人的快速發展，以視覺係統、機器人技術以及信息技術加持的遠（yuǎn）程激光焊接技術也在快速的發展（zhǎn）。新能源汽車生產過程的鋁合金材料（liào）激光焊接技術的自動（dòng）化、智能化程度越（yuè）來越高。

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

非熔化極惰性氣體保護電弧焊非常適用（yòng）與薄板鋁合金材料的焊接，技術也很成（chéng）熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可（kě）以獲得美觀的連續魚鱗狀焊縫，還能自動同（tóng）步清除鋁合金焊接（jiē）件表麵的氧化膜，進而改善鋁（lǚ）合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天（tiān）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（shēng）的鎢電極微粒，也（yě）有掉入焊接熔池（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（sù）度小等不（bú）能滿足高（gāo）效高質量的焊接要求的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方（fāng）法在新能源汽車領域的應用。為（wéi）了適應新能源汽車工（gōng）業快速發展對於鋁合金焊接（jiē）高質量、高效率的生產要（yào）求，近年不少（shǎo）學者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱（rè）絲（sī）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焊熔深得到明顯增加，改變了傳（chuán）統ＴＩＧ不太（tài）適用於鋁合金厚板材焊接的境況，而且在即使沒有焊絲（sī）的情況下也能照常進行有效的焊接。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（chuán）統ＴＩＧ焊（hàn）的基礎上提高了一倍以上，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（yōu）良的（de）性能，以及良好（hǎo）的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接（jiē）質量上進行了改善和提升，在相同的焊接速度下（xià），Ａ－ＴＩＧ焊相較於（yú）傳統ＴＩＧ焊可以（yǐ）采用更小的焊接電（diàn）流，進而可以減少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與（yǔ）此同時為增（zēng）加鋁合金焊接（jiē）件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了（le）活性劑的組成，使鋁合金焊接（jiē）接頭的（de）組織性能得到（dào）提升。

3.3 新能源汽（qì）車領域鋁合金熔化極惰性氣體保護（hù）焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續關注和深入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊（hàn）接方式也日益豐富成熟。在當前眾（zhòng）多鋁合金焊接技術中應（yīng）用最廣（guǎng）泛的是熔化（huà）極惰性氣體保護（hù）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（jiē）構件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受工程（chéng）師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的（de）焦（jiāo）點，近年研發出了（le）不（bú）少鋁（lǚ）合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝（chōng）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（mò）衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈（mò）衝焊接技術發展而來，具有可（kě）調參數多，可合理的（de）控製輸入能量，以及可對焊接工（gōng）藝參數進（jìn）行靈活的（de）匹配等優點。使用雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊焊接鋁合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（yù）廣泛應用的（de）雙（shuāng）極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向（xiàng）接法（fǎ）脈衝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（de）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（shǐ）熔（róng）池與焊絲快速分離，有（yǒu）效地（dì）減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特（tè）別適合於超薄板的焊接，可以獲（huò）得較高（gāo）質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源（yuán）汽車領域鋁合金攪（jiǎo）拌（bàn）摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年的發（fā）展，在（zài）厚鋁合金板材焊接方麵有了重（chóng）大突破，已經可以高效（xiào）率高質量的焊接１．２至６毫米的厚鋁合金板（bǎn）材。鋁合金攪拌摩（mó）擦焊（hàn）經過幾十年的發（fā）展革新，也（yě）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也吸（xī）引了國內外學者的（de）關（guān）注，其中（zhōng）攪拌摩擦（cā）焊焊（hàn）接接頭的裝配方式和（hé）焊接工藝參數是（shì）當下研究的重點。其中，在接（jiē）頭裝配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接（jiē）等。

04   新能源汽車輕（qīng）量化領域鋁合金材（cái）料（liào）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（lián）係，又有重要區別（bié）。實際二者（zhě）既有密切聯係，又有（yǒu）重要區別。科學解決理論問題，技（jì）術解決實際（jì）問（wèn）題。

新能源汽車（chē）尤（yóu）其是其中的純電動汽車，因電池技術的瓶頸和自身結構的特殊性，車輛（liàng）的（de）迫切需要輕量化，以期通過減少自身重量從而增加續航裏程。鋁合金（jīn）材料不僅性能優異且可實現再生循環利用，因此在（zài）汽車輕量化材料中具有明顯的優（yōu）勢，越來越廣泛的應用於新（xīn）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（jīn）使（shǐ）用量已經超（chāo）過多數的傳統燃油（yóu）車。隨著我國新能源汽車近（jìn）幾年的井噴式發展，必然會（huì）進一步拉動鋁（lǚ）合金在汽車行業的廣泛應（yīng）用。因此關於提升鋁合金焊接件的焊（hàn）接質量的研究將會成為研究焦點。鋁（lǚ）合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣（qì）體保護焊（hàn）（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（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（tí）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製造中充分發揮（huī）減重優勢。

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