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大族激光赵斌:激光焊接自动化在汽车动力传动
作者:波音正网    发布日期:2020-12-12 07:23


  2020年12月3-4日,由盖世汽车主办,上海市嘉定区经济委员会特别支持的“2020中国汽车动力总成电气化国际峰会”在上海汽车城瑞立隆重召开。峰会期间,

  尊敬的各位现场来宾朋友们,大家上午好!我是来自大族激光智能装备集团的赵斌,今天跟大家分享的是激光焊接自动化在汽车动力传动行业的应用。

  我分享的内容主要分为三个方面:一个是大族激光智能装备集团的公司简介,一个是激光焊接自动化在汽车动力传动行业的应用案例展示,第三个是我们在智能制造这一块做的一些创新、实践与服务。

  大族激光目前全球员工是1万3千余人,其中研发人员占比超过35%,从右边这张图我们可以看到,从2004年上市到现在,每一年的业绩基本上都是在稳步增长的,2018、2019年因为整个大环境原因和中美贸易战我们的业绩略有下滑,我们还是以95.6亿人民币在全球激光上市公司中排行第二,我们的专利技术和发明专利都是名列前茅的,在智能装备制造企业全球top100中我们排到第70位,是中国激光行业的第一名。

  这是我们公司的发展历程,从1996年成立走到2020年,大致分为4个阶段,一个是创业的原始积累,包括到后面的快速扩张、品牌快速发展到智能转型升级,2016年的时候克强总理到大族激光也对我们取得的成绩做出了充分肯定,我们公司的发展历程也是深圳这座改革开放充满创新的城市的一个发展缩影。

  这是我们的产业布局,我们的总部在深圳的深南大道,在宝安区机场附近有我们两块大的生产基地,我们在天津、北京、苏州、长沙都有工业园区和分公司,在美国也有我们的营销服务中心。

  我们智能装备集团是大族激光下面的子集团,主要致力于中高功率激光智能装备与核心器件自主开发、生产、销售与服务一条龙。这些是我们车间的一些展示。刚刚周总也说了,大族激光进入了大国重器,这个视频大家可以在网上看到,我们是全球第三家突破了三维五轴激光机床与功能部件自主研发的企业,我们也在不断创新,把一些核心的技术掌握在自己的手里面。这是美国激光学会成立50周年以来中国企业首次当选为理事单位,在美国时代广场这个巨幅的广告当时在业内引起了非常大的反响,中国作为唯一一家,不仅是中国的骄傲也是亚洲的骄傲。我们持续不断地努力,默默耕耘也获得了很多的荣誉资质,政府和各行各业都对我们做出了很大的肯定,像激光行业的标准制定单位、智能制造试点示范企业,红色的这个是我们最近获得的荣誉,主要是表彰我们的一些技术突破。

  我们的业务范围主要是二维、三维的切割,激光焊接、激光焊装线、激光切管、自动化生产线D打印、折弯等核心部件的产供销一条龙。

  第二部分跟大家讲一下我们在激光焊接自动化方面的应用案例。这些是核心器件,一个是激光器、操作光纤;第二个是焊接头,这是核心器件也叫光源部分;第三个是机器人和机床主要是带动焊接头运动;第四个是夹具,它可以进行定位和压紧,防止焊接过程中变形;第五个是控制系统,相当于设备的灵魂和大脑;第六个部分就是焊接工艺,这个是大家经常忽略的部分。大族激光这几年积累了比较完善的工艺数据库,面对不同的材料、不同的焊缝形式、不同的厚度我们能够快速拿出一套比较可靠的工艺解决方案,这是我们的一个优势,也是一台设备成功与否的关键。

  这是目前我们对激光焊接工艺大致的一个分类,第一个是激光自熔焊,这是比较常见的,还有激光填丝焊,通过激光+焊丝扩大一些组织性能,可以改善焊缝的一些组织。第三个是激光远程焊,在汽车行业的复合件用的非常多,像座椅、四门两盖等等。第四个是激光-电弧复合焊,它是激光和电弧焊两种资源,在一些厚板领域、工程机械、航空航天用得比较多。第五个就是激光钎焊,它在汽车尾盖和顶盖上用的比较多。这个是优势,可以做到高度自动化、生产效率高,焊接变形小,热输入量小,还有就是外观美观,无接触焊接,它的精度可以代替传统的加工工艺,还有就是它是环保无耗材的加工方式,基本上一套设备更换一下保护晶片有可以了。

  这是我们在汽车动力传动行业典型的结构件,像齿轮、变速箱、换档拨叉、轮毂等等,这些传统汽车部件上面能够用到激光焊接的,基本上大族激光这几年都做出了成功的案例。下面我就选出一些比较典型的跟大家分享一下。

  这个是现在新能源汽车电机定制的激光焊接,它是硅光片叠在一起,通过200或者300焊强同时进行焊接,主要是破坏它的硅层,它的变形非常小,破坏也小,对铁芯产生的扭矩就更大,左边是我们做的单站,右边是我们做的一条全自动化的硅钢线,它最终的用户就是给华为做配套的。

  这个是涡轮增压器调节阀,它是难焊材料,是不锈钢和高温合金合在一起的,而且它的焊缝直径非常小,我们通过一个CCD的检测,焊前通过拍照的形式把这种误差相当于就忽略了,即使有误差也可以通过拍照快速找到焊接的位置,我们是给霍尼韦尔做配套的,这个设备他们买了很多在欧洲给宝马做配套,左边是我们的一个视频。这种涡轮增压的调速阀也有各种各样的结合形式,我们也针对不同的形式开发了不同类型的机床,有这种直线性的流水线,也有这种转台的形式,就是针对不同的客户我们也有一个定制化的需求。

  还有一个在传统行业很重要的零部件是差速器,它原来的工艺是通过螺栓的形式,现在我们用激光焊接来做的话可以不用螺栓了,节省很大的材料,而且它的尺寸和厚度可以大大减小,整个就降低了它的产品重量,结构做得更加紧凑,变形也很小,它的工差也能够满足我们的要求,这样一套就非常适合做整条的自动化线,通过激光清洗它的一个表面的涂层,然后再压紧激光打标,再做一个激光焊接,当然可以选配它的焊缝智能检测系统,再进行离线超声波的检测,相当于我们可以提供整套的解决方案。

  这是传动齿轮,这个也用的非常多,因为有些齿轮的含碳量比较高,焊缝的时候容易开裂,我们就做了一个焊前的加热,加热完之后再进行焊接,右边是我们的一些设备的案例展示,有3工位的也有6工位的,所有的措施和手段都能够保证更好的焊接质量。

  发动机的弹簧,这个设备它本身弹簧钢不好焊,我们用的是激光填丝焊的工艺,通过机器人把它的边缘接进行联动,通过填充合适的金属保证它的强度,这一套装备是我们真正意义上的打进北美市场的一个高功率装备,它不是国内的企业买了我们的设备放到美国的工厂,而是美国企业直接买了我们的设备放到美国。

  这是一个双质量飞轮和挠性飞轮,零部件这个大家都非常熟悉了,它是弧焊和激光焊的对比,从这个焊缝质量对比可以看出来,激光焊有非常大的优势,后续部需要打磨了,减少了人工的工序,而且在控制变形方面基本上可以做到30丝以内,这是弧焊没法比的。这是我们做的双质量飞轮的工作站,这种大批量的要做在线检测,后续的产品追溯,万一有召回哪一台设备有问题,我们要能够马上准确地判断出这台设备生产这个零件是什么时候,是一个什么样的工艺参数,这是我们给国内龙头企业之一做的5条双质量的飞轮自动化线,包含了自动上料、自动压紧、激光打标、焊前预热、自动焊接、平衡、清洗、检测,整个一条自动化线做下来就大大减少了人工、提升了效率,这个也是为什么这个客户找我们买了第一条,马上又买了第二条、第三条。

  这是工程机里的一个活塞,它是一个钢活塞,是42CrMoA的材料,这种材料焊接很容易出现裂纹,那我们是怎么去进行控制的呢?我们也是通过一个焊前预热、焊后保温,我们做了两条全自动化生产线,它原来的工艺是电子塑焊,由于尺寸的原因容易受影响,我们用激光焊来做它的效率品质都能够得到保证,这个终端客户就是潍才动力,他们现在基本上都是在用激光焊来做。

  减振器跟双质量飞轮也差不多,它要保证密封性的成形,尽量打磨除渣,我们也做了全自动化的生产线,是不需要人为干预的。换档拨叉它原来的加工工艺是通过铸造,然后在装备上进行一个装修,这个工艺流程非常复杂,而且废品率比较高,万一变形的话还要重新开一套模,对于整个产品、寿命和品质都有影响,我们现在直接用精冲,然后再用激光焊接,再来做检测变形,这样做下来的话它的品质就大大提高了,同时它的材料利用率也大大提高了,不需要做那么厚重。

  这是我们国内的一些客户做了各种各样的工作站,转台的、滑台的,这是未来的趋势,铝合金的电池托盘,它是5系的铝合金,下面是放新能源电池的,这个对于定形的要求非常高,而且它的焊缝非常多,120条,总成超过9米,我们是怎么来做的呢?我们通过分析,采用两台机器人同时对这一条进行焊接,尽量控制它的焊接变形保证效率,而且我们的附件都放在二楼的平台,非常节省空间。

  汽车座椅用激光焊也是非常多,座椅的前排后排靠背,基本上这些核心的金属件都可以用到激光焊接,因为它的效率高,便于后续创新设计,不用做得很笨重。通过这些年不断努力,国内汽车行业的座椅配套巨头企业基本上都在装配我们的设备,像佛吉亚、安道拓等等。即使你是新能源车座椅,激光焊都不会过时,因为什么车都需要配座椅。

  这是货车的轮毂,你要保证它不变形、保证它的强度,那激光焊是非常合适的工艺,现在国内在轮毂这一块慢慢都在替换激光焊。这是我们的麦格纳客户,他是1500mpa的高强钢,我们通过机器人的涂胶、点焊和激光焊了全自动化的生产线,这是我们在调试的时候拍的一个视频,大家可以清晰地看到,我们除了前面的那些点焊、激光焊工艺还配套了涂胶检测系统、焊缝跟踪系统和焊缝在线检测系统、激光打标,后续万一有不良品我们还配了一个补焊工位,整个这样一条全自动化线做下来完全可以保证它的产品质量,保证27JPH的要求。

  除了动力传动系统,激光焊接在汽车其他环节的应用也非常多,以BBA这些为代表的国际豪华品牌现在基本上都是用我们大族激光的设备来焊接汽车零部件,国内的主机厂像一汽、上汽、长城、比亚迪、吉利都在装我们的焊装线设备。

  右下角这个图是我们给奥迪Q5的门板焊接,为什么拿出来呢?2016年的时候克强总理考察的时候在这台设备面前站了10分钟,他看到我们国内的设备不用老外的,用自己的,他很骄傲。

  这是我们给上汽做的一个车架,这种材质因为燃料的间隙比较大,大家可以从左下角看到达到了2mm,2mm激光焊怎么实现呢?我们用激光电池辅焊通过两种电源用在上面,经过了大量的测试之后断裂的位置发生在母材而不是焊接区域,说这说明激光焊接瞬间给这个材料起了作用,它是4台机器同时对车架进行焊接,现在这个车已经上市了,而且还卖得还不错。

  在超高功率激光焊接装备我们也做了很多的业绩,像万瓦级别以上的激光器以前都是天价,现在我们把技术突破,15kw、16kw、20kw,像右下角20mm的不锈钢,单面焊、双面成形,这在原来是无法想象的。

  这是国内首套民营火箭发动机,这个是发动机的尾喷管,这是一个薄壁的结构件,焊接对变形的要求是非常高的,因为它要助推火箭送到天上去的,右下角可以看到我们在焊前做了一个热变形的仿真分析,我们通过理论和实践,结合我们原来的经验,这条缝焊多长、多快,从哪个地方开始焊、怎么焊我们都是有一套完整的理论体系去做,前段时间已经升空了,大家可以在网上看到。

  第三个方面讲一下大族激光在智能制造做的一些创新、实践与服务。首先我们知道激光装备最核心的就是光纤激光器,我们15kw的光纤激光器已经成功应用,现在我们的激光切割器上面基本上都是配我们自己的激光器,而且高功率光纤激光器已经批量生产和销售了。光纤激光器最核心的东西就是光纤,我们是国内唯一一家自己做光纤的,我们收购了加拿大的公司,把它的技术拿过来,相当于踩在巨人的肩膀上我们走得更快更远。

  第二个就是功能部件,除了激光器,像焊接头、清洗头、加工头等等我们已经形成了系列化,也掌握了核心技术,现在我们可以给其他的公司做配套,相当于我们不需要受制于人了,也可以给其他的用户去配我们大族激光自己的焊接器、切割头这些。

  这是我们的一个智能控制解决方案,整个大族的数控系统是我们的工程师在办公室里面一行一行代码敲出来的,非常不容易,这些年也走了弯路,但是在控制系统这一块我们是不希望受制于人的。如果说控制系统没有跟你的设备全方位打通的话,别人开放一个接口就得收多少钱,会非常卡脖子。

  我们也给激光装备配上了智能化的信息管理系统,我们可以给企业上层ERP做配套,跟他们的通讯做接口,我们也可以自己跟企业来开发这种系统,可以很方便地对订单、生产管理系统、零部件管理系统、自动化线的管理系统进行数据管理,相当于可以给企业打造一个全面化的信息管理系统,非常方便。

  这些年,我们一直在响应国家政府的号召,从生产制造向服务制造升级,像车间的数字化、业务透明化、制造服务化,通过这“三化”来实现产品的高品质,降低成本,缩短交货期,这也是我们的一个目标。

  这个图可能大家看了会觉得有一点复杂,但是它把这一件事情说得很简单,我们最后无论是智能工厂的建设还是内部像采购、物控、设计、研发各个部门,最后大家都是在一个云平台上面进行办公,非常方便、快捷,这一定也是未来制造型企业的转型,我们并不需要租一个大大的厂房大家一起在里面干活,这次疫情大家已经明显感受到了,其实在家里通过远程会议在家里办公,企业业务并没有停滞不前,照样还是运转得风生水起,这个也是提出了新的思考,我们也在这个方面做出了很大的努力。我们是怎么做的呢?我们跟腾讯云、华制智能都签署了战略合作,我们跟中国联通签订了5G+工业互联网的战略合作协议,我们这样做的目的就是希望能够降本增效,提高我们的质量产业服务,这是我们的核心目标,永远不会变的,希望能够打通全产业链的上下游,让我们的客户、采购和用户都能够实现共赢。

  这是我们的一个营销服务网络,我们目前是三大运营中心,华东、深圳总部、北方;四大备件库,也就是深圳、苏州、北京、长沙,所以我们这么多的售后服务团队能够保证2小时响应、24小时到客户现场解决问题。我们在努力不断前进,保证我们的产品能够在欧美高端市场站稳脚跟,前面我也跟大家展示了一些,我们会继续把我们的产品卖到北美和欧洲去,这是我们的目标,希望有一天能够像通快一样,甚至超越通快。

  这是我们的典型用户,这里因为篇幅的原因重点提了一些,当然如果都要写出来,一页肯定放不下,像军工、航空航天一些大企业集团都是我们的用户。大族激光希望做中国基础工业装备及自动化的主要供应商,这是我们的愿景,也是我们的目标。

  最后感谢大家的聆听,会后有什么需要交流的可以加一下右下角的微信,到时候跟大家再做一个深入的交流,谢谢大家!

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