新能源汽車輕量化領域鋁（lǚ）合金（jīn）焊（hàn）接技術

汽（qì）車工業幾十（shí）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，已經成為全（quán）球汽車工業亟需著手解決（jué）的時代命題。大力發展新能源汽車是應對（duì）汽車產業發展危機的（de）有效方案，也是實現我國“雙碳”目標的重要舉措。但新能源汽車（chē）的發展，目前仍麵臨著諸多挑戰（zhàn），其中續航焦慮（lǜ）是（shì）新能源汽車推廣的最大障礙。而新能源汽車與傳統燃（rán）油車結構的不同，車身更重。在此背景下，新能源汽車的輕量（liàng）化（huà）需求相比傳統燃油車（chē）更加迫切。在當前（qián）汽車輕量化的手（shǒu）段中，最行之有效的是材料的輕量化。鋁合（hé）金材料作（zuò）為一種性能優異的（de）輕合金材（cái）料，廣泛應用於汽車的輕量化領域。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，對新能源汽車輕量化的發展（zhǎn）具有重要促進意義。

01   新能源汽（qì）車輕量化的戰略意義

1.1 新（xīn）能源汽車的輕（qīng）量化對提升新能源汽車的續（xù）航裏程具有重要意義

為響應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國（guó）能源消耗大戶的汽車行業，肩負著低碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國大（dà）力發展新能源汽車產業，出台多項政（zhèng）策刺激和引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（guǎng）大消費者接受與青（qīng）睞，近年在國內汽車（chē）消費市場的滲透（tòu）率逐年提升。具中國汽車工程學會（huì）預測，到２０３５年中國汽車市場的大部分份額將（jiāng）被新能源汽車占據，且（qiě）純電動汽車（chē）將（jiāng）成為新能源汽車的絕（jué）對（duì）主力。對於純電動汽車而言，因受（shòu）製於目（mù）前電池技術，整車整備質量相（xiàng）較於傳（chuán）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著非常顯著的作用。據統計，在純電動汽車的動力（lì）電池重量不變的前提下，整車整備質量每減輕１００公斤，續航裏程可以增加１２－１３公（gōng）裏。

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

汽車的輕量（liàng）化除了可（kě）以顯著降低能量消耗，提升電動汽車的續航裏（lǐ）程外，對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（xìng）等也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨（qū）勢，通過合理的輕量化材料的運用和結構設計，提升新能源汽車的輕量化水平（píng），不僅可（kě）以提升汽車的各項性能指標，還可以有（yǒu）效（xiào）控製汽車的生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽（qì）車產業作為一個產業（yè）鏈比較長的產業，新能源汽車的輕量化的發展可以帶動產業上下遊（yóu）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（xiàng）關產業。汽車輕量化的快速發展必（bì）然會刺激（jī）汽車輕量化（huà）材料的研發和革新，對多材料混合運用技術如（rú）焊接、鉚接等的發展（zhǎn）也將有直接的強（qiáng）勁推動作用，對汽車的（de）生產裝（zhuāng）備也會提出更高的要求。近年（nián）新能源汽車技術飛速發展，技術越來越成熟，與之（zhī）配套的充電等社會（huì）公（gōng）共設施也越來越健全，再加上新能源汽車因相較於傳統燃油車更低的用車成本等優勢（shì），使新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能（néng）源汽車的銷量開始井（jǐng）噴式增長，在此背景下，新能（néng）源汽車輕量化旺盛的需求對汽車產業上（shàng）下遊相關領域轉型升級的推動作用越（yuè）來越強勁。

02    鋁合金在新能（néng）源 汽（qì）車輕量化領域應用的優勢（shì）

使用先進的製造工藝、對結構進行優化（huà）設計和應用輕量化的材（cái）料是目前（qián）汽車輕量化的三大技術手（shǒu）段。其中輕量化材料的（de）運用（yòng）是最直接、最有效的方式。相比其他工程材（cái）料，鋁合金材料因具備諸多（duō）優勢，因（yīn）此一開始便便到了汽車工程師的（de）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（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（lǐng）域。鋁合金具有較高的比（bǐ）強度和優良的加工成形性，可以應用於（yú）製造汽車的各種部件和零件。鋁合金材料可分為變形鋁合金（jīn）和鑄造鋁合金兩大（dà）類型。其中，熱交換器係統（tǒng）部件、車身骨（gǔ）架、車門（mén）等可以應用變形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁合（hé）金生產。因（yīn）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（dōu）將是新能源汽（qì）車（chē）輕量化的主要選材。

（２）鋁（lǚ）合金材料的廣泛應用從（cóng）某種程度（dù）上（shàng）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（dà），因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維材料等成本更低，此外鋁合金（jīn）具有良好的（de）耐蝕性，且熔點低，可以實現非（fēi）常高的回收利（lì）用率，可以實現新能源汽車生（shēng）產材料的循（xún）環利用（yòng）。

（３）鋁（lǚ）合金材料相較於其他汽車輕量化（huà）材料減重潛力更大。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（hé）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（duō）。而鋁合金材料（liào）相較與高強度鋼，比強（qiáng）度高，密度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成（chéng）熟，除鑄造等成（chéng）型工（gōng）藝外，還發展出了焊（hàn）接、鉚接、螺接等多種連（lián）接方式。這些工藝目前都有成熟的在新能源汽車的生產製造過程（chéng）中運用。因此，鋁合金材料在眾（zhòng）多汽車輕量化材料（liào）中脫穎而出，漸（jiàn）漸成為了汽車輕量化的（de）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

鋁合金在新能源汽車的輕量化中有著舉足輕重的作用，但在生產和（hé）使（shǐ）用過程仍麵臨生產（chǎn）工藝、安全等挑戰。汽車生產製造過程中各（gè）零部件的連接方式有焊接、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（jí）方便自動化流水作業等優點，是當前汽車零部件連接采取（qǔ）的主（zhǔ）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（de）應用會越（yuè）來越多。但（dàn）要提高鋁合（hé）金材料在新（xīn）能源汽車生產（chǎn）製造中的（de）運用量，就不得不（bú）對鋁合金的焊接工藝進行更深入（rù）的研究，提高鋁合金（jīn）焊接的質量和效率，並有效降低成本。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，其中廣泛應用於汽車生產製造（zào）中的有有（yǒu）激光（guāng）焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧（hú）焊（ＴＩＧ焊（hàn））、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌（bàn）摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激光焊接

激光焊（hàn）接在汽車生產製造過程中應用很廣（guǎng）泛，具有焊接效率（lǜ）高，焊接變形小，焊接能量密度高的技術特點。在新能源汽車領（lǐng）域目前針對鋁合金（jīn）的激光焊（hàn）接，國內外專家學者的研究主要聚焦在兩個方向（xiàng）：一個方（fāng）向是（shì）激光焊接工藝對（duì）鋁合金焊接接頭性能影（yǐng）響，如激光焊接工藝對鋁合（hé）金焊接接頭的力學性能和（hé）耐腐蝕（shí）性能研究、接頭的組織及性能研（yán）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（jī）光焊接頭顯微組織的研（yán）究、鋁合金激光焊接接頭氣孔、裂紋、變形的（de）預測研究等（děng）。在國內外專家學（xué）者的共同努力下，鋁合金（jīn）材料（liào）激光焊接工藝得到了不斷地改善，焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能得（dé）到了較大幅度的提升，焊接接（jiē）頭的缺陷率也得到了很好的控製，能較好的滿足新能源汽車生（shēng）產製造的工藝需求。此外，信息技術的快速迭代助推了工業機器人的快速發展，以視（shì）覺係統、機器人技術以及信息技術（shù）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（jì）術的自動化、智能化程度越（yuè）來越高（gāo）。

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

非熔化極惰（duò）性氣體保護電弧焊非常適用與薄板鋁合（hé）金材料的焊接，技（jì）術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可以獲得美觀的連續魚鱗狀焊縫，還能（néng）自動同步清除鋁合金焊（hàn）接件表麵的氧化（huà）膜，進而改善鋁合金焊接接頭的質量。但是（shì），ＴＩＧ焊（hàn）接（jiē）有著天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當有承載大電流時，容易（yì）被熔化和蒸發，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。除此之外，生產效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高效（xiào）高質量的（de）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應用。為了適應新能源汽車工業快速發展對（duì）於鋁合金（jīn）焊接高質量、高效率的生產要求，近年不少（shǎo）學者對ＴＩＧ焊接進行（háng）了（le）改進（jìn）研究，成功研發出了雙（shuāng）槍ＴＩＧ焊、熱絲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焊熔深得到明顯增加（jiā），改變（biàn）了傳統（tǒng）ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材（cái）焊接的境況，而且在即使沒（méi）有焊絲的情況下也能照常進行有效的焊（hàn）接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎（chǔ）上提高了一倍以上，而且焊接電弧穩定，沒（méi）有較大波動，確（què）保了鋁合金焊接接頭優良的性能，以及（jí）良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了改善和（hé）提升，在相同的焊（hàn）接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可以減（jiǎn）少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與此同時為增加鋁合（hé）金焊接件的焊縫力（lì）學性能（néng），Ａ－ＴＩＧ焊還改（gǎi）變了活性劑（jì）的組成，使鋁（lǚ）合金焊接接頭（tóu）的組（zǔ）織性能（néng）得到提升。

3.3 新能源（yuán）汽車領域鋁合（hé）金熔（róng）化極惰性氣體保（bǎo）護焊（hàn） （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外（wài）專（zhuān）家學者的（de）持續關注（zhù）和深入（rù）研究，鋁合金焊接技術（shù）得（dé）到不斷提升，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用（yòng）最廣泛的是熔化（huà）極惰（duò）性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用（yòng）ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非常優質（zhì）的焊接構件（jiàn），因此在工（gōng）程（chéng）應用（yòng）中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家（jiā）學者們研究的焦（jiāo）點，近（jìn）年研發出了不（bú）少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝（chōng）ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是（shì）鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應（yīng）用頻率最高的。雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊是通（tōng）過改進優（yōu）化單脈衝焊接技術發展而來，具有（yǒu）可調參數多，可合理的控製輸入能量，以及可對焊接工藝參數進行靈活的（de）匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接（jiē）鋁合金材料可以獲（huò）得穩定可靠的高質量的焊縫。在眾（zhòng）多工業領域廣泛應用的雙極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極（jí）焊）和直流（liú）正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊（hàn））。而作為短路過（guò）渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的（de）能量進行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速分離，有效（xiào）地（dì）減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的焊接，可（kě）以獲得較高（gāo）質（zhì）量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領域鋁合金攪拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年（nián）的發展，在厚鋁合金板（bǎn）材焊接方麵有了重大突破，已（yǐ）經可以高效率高質量（liàng）的焊接１．２至６毫米（mǐ）的厚鋁合金板材。鋁（lǚ）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合能場焊機方式（shì）。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也吸引了國內外學者的關注，其中攪拌摩（mó）擦焊焊接接頭的裝配方式（shì）和焊接工藝（yì）參（cān）數是當下研究的（de）重點。其中，在接頭裝配方式的（de）選（xuǎn）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合金材料焊接研究展望

科技一般指科（kē）學技（jì）術（shù）。社會（huì）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（jì）。實際（jì）二者既有密切聯係，又有重要區別。實際二者既有密切（qiē）聯係，又有重要區別（bié）。科學解決（jué）理論問題，技術解決實際問題。

新（xīn）能源汽車尤其是其中的純（chún）電動汽車（chē），因電池技術（shù）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實（shí）現再生（shēng）循環利用，因此在汽車輕量化材（cái）料（liào）中具（jù）有明顯的優勢，越來越廣泛的應用於新能源汽車（chē）的（de）生產製造過程中。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（yuán）汽（qì）車近幾年的井噴式發展，必然會（huì）進一步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛（fàn）應（yīng）用（yòng）。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（yán）究焦點。鋁合金激光焊接、鋁（lǚ）合金熔（róng）化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊（hàn））、鋁合（hé）金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將會更加深（shēn）入，為新能源汽車輕量化（huà）中鋁（lǚ）合（hé）金的（de）應（yīng）用，提供更加堅實的技（jì）術支撐，從（cóng）而保障鋁合金在新能（néng）源汽（qì）車的生產製造（zào）中充分發揮減重優勢。

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