新能源汽車輕量（liàng）化（huà）領域鋁合（hé）金焊接技術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來（lái）的（de）能源消（xiāo）耗和環境汙染（rǎn）的問題日益突出，已經成為全球汽車工業亟需著手解決的時（shí）代命題。大力發展新能源汽車是（shì）應對汽車產業（yè）發展危機的有效方案，也是實現我國“雙碳”目標（biāo）的重要舉措。但新能源汽車的發展，目前仍麵臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新（xīn）能（néng）源汽車推廣的最大障礙。而新能源汽車與（yǔ）傳統燃油車結構（gòu）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（dāng）前汽車輕量化的手段中，最行之有效的是材料的輕量化。鋁合（hé）金材料作為一種性能優異（yì）的輕合金材料，廣泛應用於汽車（chē）的輕量化領域。因此，深入研究鋁合金焊接技術（shù），進而提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要促進意（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（qīng）量化對提升新能（néng）源汽車的續航裏程具有重要意（yì）義

為響應（yīng）我國的“雙碳”發展戰略，作為我（wǒ）國（guó）能源消耗大戶的汽車行（háng）業，肩負著低碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國大力發展新能源汽車產業，出台多項（xiàng）政策刺激和引（yǐn）導新能源汽車產業的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者接受與青睞，近年在國（guó）內汽（qì）車（chē）消費市場的滲透率逐年提（tí）升。具中國（guó）汽車（chē）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汽車占據，且純電動汽車將成為新能源汽車的絕（jué）對主力。對於純（chún）電動汽（qì）車而言，因受製於目前電池技術（shù），整車整備質量相較於傳統燃油車反而顯著（zhe）增加，增量達１５％－４０％。整車的輕（qīng）量化對提升續航裏程有著非常顯（xiǎn）著的作用。據統計，在純電（diàn）動汽車的動力電池重量不變的前提下，整車整（zhěng）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（chē）的輕量（liàng）化將助力提（tí）升我（wǒ）國的汽車產品的競爭（zhēng）力

汽車的輕（qīng）量化除（chú）了可以顯著降低能量消耗，提（tí）升電動汽車的續航裏程外，對（duì）提升車輛的加速性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也都（dōu）有（yǒu）明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢（shì），通過（guò）合理的輕（qīng）量化材（cái）料的運用和結構設計，提升新能源汽車的輕（qīng）量化水平，不僅可以提升汽車（chē）的各項性（xìng）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（lì）。

1.3 汽車產業作為一個產（chǎn）業鏈比較長的產業，新能（néng）源汽車的輕量化（huà）的發展可以帶動產業上下遊相關領（lǐng）域的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產（chǎn）、維修、回（huí）收等多個相關產業。汽車輕量化的快速發（fā）展必然（rán）會刺激汽車（chē）輕量化材料（liào）的研發和革新，對多材料混合運用技術如焊接、鉚（mǎo）接等的發展也（yě）將有直接的強勁推動作用，對（duì）汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽（qì）車技（jì）術飛速發展，技術越（yuè）來（lái）越成（chéng）熟，與之配套的充電等社會公共設（shè）施也越來（lái）越健全，再加上新能源汽車因相較於傳統燃油車更低的用車成（chéng）本等優勢，使新（xīn）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（xīn）能源汽車輕（qīng）量化旺盛的需求對（duì）汽車產業上下遊相關領（lǐng）域轉型（xíng）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（yòng）的優勢

使用先進的製造工藝、對（duì）結構進行優化設計和應用輕量化的材料是目前汽車（chē）輕量化的三（sān）大技術手段。其中輕量（liàng）化（huà）材料的（de）運用是最直接、最有效的（de）方（fāng）式。相比其他（tā）工程材料，鋁合金材料因具備諸（zhū）多優勢，因此一開（kāi）始便便到了汽車工程師的青睞。具體而言，鋁合金在新能源汽車的輕量化領域（yù）具有一下優勢：

（１）鋁合金材（cái）料可以廣泛應用於新（xīn）能源汽車的輕（qīng）量化領域。鋁合金具有較高（gāo）的比強度和優良（liáng）的加（jiā）工成形性，可以應用於製造汽車的各種部件和零件。鋁（lǚ）合金材料可分為變形（xíng）鋁合金和鑄造鋁合金兩大類型。其中，熱（rè）交（jiāo）換器係統（tǒng）部件、車身骨架（jià）、車門（mén）等可以應用變（biàn）形（xíng）鋁合金（jīn）製造（zào）；而加（jiā）速踏（tà）板（bǎn）、車輪、方向盤、電機外（wài）殼（ké）等（děng）可（kě）以應用鑄造鋁合金生（shēng）產。因鋁合金的優良性能，使鋁合金在當前以及今（jīn）後一段時期內都（dōu）將是新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度上可以降（jiàng）低新能源汽車的生產製造成（chéng）本。鋁礦在地（dì）球（qiú）上的儲存（cún）量非常大，因此鋁合金材料相較於（yú）鎂合金材料、碳纖維材料等（děng）成本更低（dī），此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實現非（fēi）常高的回收利用率，可（kě）以（yǐ）實現新能源汽車（chē）生產材（cái）料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車（chē）輕量（liàng）化材料減重潛力更大。當前主流的汽車輕（qīng）量化材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖（xiān）維材料等（děng）。但其中鎂合金和碳纖維材料（liào）因價格、加工工藝等因素的製約，目前使用的（de）並（bìng）不（bú）多。而鋁合金材料相較與高（gāo）強度鋼，比強度高（gāo），密度較小，減重潛（qián）力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟（shú），除鑄造等成型工藝外，還發展出了焊（hàn）接（jiē）、鉚接（jiē）、螺接等多種連接方式。這些工藝目前都有成熟的在（zài）新能源（yuán）汽車（chē）的生產製造過程中運用（yòng）。因此，鋁合金材（cái）料在眾（zhòng）多汽車輕量化材料中脫穎而出，漸漸成為了汽車輕量化的（de）主流材料。

03    新能源（yuán）汽車輕量化領域鋁合（hé）金材料焊接研究現狀

鋁合金在新能源汽車的輕量（liàng）化中有著舉足輕重的作用，但在生產和使用過程仍麵臨生產工藝、安全（quán）等挑戰。汽車生產製造過程中各零部件的連接方式有焊接、鉚接、螺（luó）接等，其中焊接因（yīn）工藝簡單（dān）、性（xìng）價比高、性能優（yōu）越以及方便自動化流水作業等優（yōu）點，是當前汽車零部件連接采（cǎi）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，鋁合金在新能源汽車的生產製造過程中的應用會越來越多。但要提高鋁（lǚ）合金材料在新（xīn）能源汽車生產製造中的運用量，就不得不對鋁合金的（de）焊接工藝進行更深入的研究，提高鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低成本（běn）。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展出多種技術路線，其中廣泛（fàn）應用於汽車生產製（zhì）造中的有有激光焊接、非熔化極惰性氣（qì）體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化（huà）極惰（duò）性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊（hàn））等。

3.1 新能源汽車領域（yù）鋁合金激光焊接（jiē）

激光焊接在（zài）汽車生產製造過程中應用很廣泛，具有焊接（jiē）效率高，焊接（jiē）變形小，焊接能（néng）量密度高的技術特點。在新能源汽車領域目前針對鋁合金的激光焊接，國內外專家學者的研究主要聚（jù）焦在兩個方向：一個方向是激光焊接工（gōng）藝對鋁合（hé）金焊接接頭性能影響（xiǎng），如激光焊接（jiē）工藝對鋁合金焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能研究、接頭的組織及性能研（yán）究（jiū）等。另外一個方向是鋁合金激光焊接過程中的（de）缺陷，如鋁合金激光焊接頭（tóu）顯微組織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣孔、裂紋、變（biàn）形（xíng）的預測研究等。在國（guó）內外（wài）專家學者的共同努力下，鋁合金材料激光（guāng）焊接（jiē）工（gōng）藝得到了不斷地改善，焊接接頭的力學性能（néng）和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提升（shēng），焊（hàn）接接頭（tóu）的缺陷率也得到了（le）很好的控製，能較好的滿足新能源汽車生產製造的工藝需求。此外（wài），信息技術的快（kuài）速（sù）迭（dié）代助推了工業（yè）機器（qì）人的快速發展，以視覺係（xì）統、機器人技術以（yǐ）及信息技術加持的遠程激光焊接技術也在快速的發展。新能源汽（qì）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（yuè）高。

3.2 新能源汽車（chē）領域鋁合金非熔化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非常適用與薄（báo）板鋁合金材料的焊接，技術也很成（chéng）熟。采用ＴＩＧ焊接方（fāng）法焊接（jiē）鋁合金不僅可以（yǐ）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接件表麵的氧化膜，進而改善鋁合金焊接接頭的質量。但是（shì），ＴＩＧ焊接有著天然的自（zì）身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當（dāng）有承載大電流時，容易被熔化和蒸（zhēng）發，由此產生的鎢電極微粒，也有掉入焊接熔（róng）池影響焊接質量的可能。除此（cǐ）之外，生產效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高效高質量的焊接要求的缺陷，也限製（zhì）了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為了（le）適應新能源汽車工業快（kuài）速發展對於鋁合（hé）金焊接高質量、高效率的生產要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接進行了改進（jìn）研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深（shēn）得到（dào）明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於（yú）鋁合金厚（hòu）板材焊接的境況，而且在即使沒有（yǒu）焊（hàn）絲的情況（kuàng）下（xià）也能照常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊（hàn）焊接效率不高的弊端，焊接速度在傳（chuán）統ＴＩＧ焊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（què）保了鋁（lǚ）合金焊接接頭優良的性能，以及良好的焊（hàn）接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在（zài）焊接質量上進行（háng）了改善和（hé）提升，在相同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較（jiào）於傳統（tǒng）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過程中的熱變形（xíng），與此同時為增加鋁合金焊接件的（de）焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁（lǚ）合金焊接（jiē）接頭的組織性能得到提升。

3.3 新能源（yuán）汽車領域鋁合金熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益（yì）於（yú）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，焊接方式也日益豐富成熟。在當（dāng）前眾多鋁合金（jīn）焊接技術中應用最廣泛的是熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得（dé）非常優質的焊接構件，因此在工程（chéng）應用中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（chū）了不（bú）少鋁合金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（lǚ）合金ＭＩＧ焊新工藝中（zhōng）應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈衝焊接技術發展而來，具（jù）有可調參數（shù）多，可合理的控製輸（shū）入能量，以（yǐ）及（jí）可對（duì）焊接工藝（yì）參數進行靈活的匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊（hàn）焊接鋁合金材料可以（yǐ）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（shuāng）極性脈衝（chōng）ＭＩＧ焊則結合了反向接法（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（dù）焊技術的ＣＭＴ焊（hàn）在（zài）焊接過程（chéng）中（zhōng），可以對輸入的能量進行（háng）精確地控製，可（kě）以使熔池與焊絲（sī）快速（sù）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（de）焊接，可以獲得較高質量水平的超薄板焊（hàn）件。

3.4 新能源汽車領域鋁合（hé）金攪（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁（lǚ）合金攪拌摩擦焊（hàn）經過近３０年的發展（zhǎn），在厚鋁合金（jīn）板材焊接方麵有了重大突破（pò），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（cái）。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十年的發展革新，也從單一能場焊接發展出了多種複（fù）合能場焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研（yán）究也吸引了國內外學者的關注，其中攪拌（bàn）摩擦（cā）焊焊接接頭（tóu）的裝配方式和焊接工（gōng）藝參數是當下研究的重點。其中，在接頭裝配方式的（de）選擇上，有Ｔ型裝配（pèi）、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車輕量化領域（yù）鋁合金材料（liào）焊接研究展望

科技一般指科學（xué）技術。社會上習慣於把科學（xué）和技術連在（zài）一起，統稱為科學技術，簡（jiǎn）稱科技。實際二者既（jì）有密切聯（lián）係，又有重要區別。實際二者既（jì）有密切聯係，又有重要區（qū）別。科學解決理論問題，技術解決實（shí）際（jì）問題。

新能（néng）源汽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，車輛的迫切需要輕量化，以期通（tōng）過減少自身（shēn）重量從而（ér）增加續航裏程。鋁合金材料不僅性能優異且可實現（xiàn）再生循環利用，因此在汽車輕（qīng）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（chē）的生產製造過程中。新能源汽車在生產製造中的鋁合金使（shǐ）用量（liàng）已經超過多數的傳統燃（rán）油（yóu）車。隨著我國新能源汽車（chē）近（jìn）幾年的井（jǐng）噴式（shì）發展，必然會進一步（bù）拉動（dòng）鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此關於提（tí）升（shēng）鋁合金焊接件（jiàn）的（de）焊接質量的研究將會成（chéng）為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合（hé）金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊（hàn）接技術的研究將會更（gèng）加深（shēn）入（rù），為新（xīn）能源汽車輕量化中鋁合金（jīn）的應用，提供更加堅實的技（jì）術支撐，從（cóng）而保障鋁合金在新能源（yuán）汽車的生產製造中充（chōng）分發揮減重優勢。

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