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大族激光趙斌：激光焊接自動化在汽車動力傳動行業(yè)的應(yīng)用
2020-12-17
大族激光希望做中國基礎(chǔ)工業(yè)裝備及自動化的主要供應(yīng)商，這是我們的愿景，也是目標。
2020年12月3-4日，由蓋世汽車主辦，上海市嘉定區(qū)經(jīng)濟委員會特別支持的“2020中國汽車動力總成電氣化國際峰會”在上海汽車城瑞立隆重召開。峰會期間，大族激光智能裝備集 團高功率焊接中心高級產(chǎn)品經(jīng)理 趙斌發(fā)表了演講主題。
大族激光智能裝備集團高功率焊接中心高級產(chǎn)品經(jīng)理 趙斌
以下為演講實錄：
尊敬的各位現(xiàn)場來賓朋友們，大家上午好！我是來自大族激光智能裝備集團的趙斌，今天跟大家分享的是激光焊接自動化在汽車動力傳動行業(yè)的應(yīng)用。
我分享的內(nèi)容主要分為三個方面：一個是大族激光智能裝備集團的公司簡介，一個是激光焊接自動化在汽車動力傳動行業(yè)的應(yīng)用案例展示，第三個是我們在智能制造這一塊做的一些創(chuàng)新、實踐與服務(wù)。
大族激光目前全球員工是1萬3千余人，其中研發(fā)人員占比超過35%，從右邊這張圖我們可以看到，從2004年上市到現(xiàn)在，每一年的業(yè)績基本上都是在穩(wěn)步增長的，2018、2019年因為整個大環(huán)境原因和中美貿(mào)易戰(zhàn)我們的業(yè)績略有下滑，我們還是以95.6億人民幣在全球激光上市公司中排行第二，我們的專利技術(shù)和發(fā)明專利都是名列前茅的，在智能裝備制造企業(yè)全球top100中我們排到第70位，是中國激光行業(yè)的第一名。
這是我們公司的發(fā)展歷程，從1996年成立走到2020年，大致分為4個階段，一個是創(chuàng)業(yè)的原始積累，包括到后面的快速擴張、品牌快速發(fā)展到智能轉(zhuǎn)型升級，2016年的時候克強總理到大族激光也對我們?nèi)〉玫某煽冏龀隽顺浞挚隙?，我們公司的發(fā)展歷程也是深圳這座改革開放充滿創(chuàng)新的城市的一個發(fā)展縮影。
這是我們的產(chǎn)業(yè)布局，我們的總部在深圳的深南大道，在寶安區(qū)機場附近有我們兩塊大的生產(chǎn)基地，我們在天津、北京、蘇州、長沙都有工業(yè)園區(qū)和分公司，在美國也有我們的營銷服務(wù)中心。
我們智能裝備集團是大族激光下面的子集團，主要致力于中高功率激光智能裝備與核心器件自主開發(fā)、生產(chǎn)、銷售與服務(wù)一條龍。這些是我們車間的一些展示。剛剛周總也說了，大族激光進入了大國重器，這個視頻大家可以在網(wǎng)上看到，我們是全球第三家突破了三維五軸激光機床與功能部件自主研發(fā)的企業(yè)，我們也在不斷創(chuàng)新，把一些核心的技術(shù)掌握在自己的手里面。這是美國激光學(xué)會成立50周年以來中國企業(yè)首次當選為理事單位，在美國時代廣場這個巨幅的廣告當時在業(yè)內(nèi)引起了非常大的反響，中國作為唯一一家，不僅是中國的驕傲也是亞洲的驕傲。我們持續(xù)不斷地努力，默默耕耘也獲得了很多的榮譽資質(zhì)，政府和各行各業(yè)都對我們做出了很大的肯定，像激光行業(yè)的標準制定單位、智能制造試點示范企業(yè)，紅色的這個是我們最近獲得的榮譽，主要是表彰我們的一些技術(shù)突破。
我們的業(yè)務(wù)范圍主要是二維、三維的切割，激光焊接、激光焊裝線、激光切管、自動化生產(chǎn)線，包括3D打印、折彎等核心部件的產(chǎn)供銷一條龍。
第二部分跟大家講一下我們在激光焊接自動化方面的應(yīng)用案例。這些是核心器件，一個是激光器、操作光纖；第二個是焊接頭，這是核心器件也叫光源部分；第三個是機器人和機床主要是帶動焊接頭運動；第四個是夾具，它可以進行定位和壓緊，防止焊接過程中變形；第五個是控制系統(tǒng)，相當于設(shè)備的靈魂和大腦；第六個部分就是焊接工藝，這個是大家經(jīng)常忽略的部分。大族激光這幾年積累了比較完善的工藝數(shù)據(jù)庫，面對不同的材料、不同的焊縫形式、不同的厚度我們能夠快速拿出一套比較可靠的工藝解決方案，這是我們的一個優(yōu)勢，也是一臺設(shè)備成功與否的關(guān)鍵。
這是目前我們對激光焊接工藝大致的一個分類，第一個是激光自熔焊，這是比較常見的，還有激光填絲焊，通過激光+焊絲擴大一些組織性能，可以改善焊縫的一些組織。第三個是激光遠程焊，在汽車行業(yè)的復(fù)合件用的非常多，像座椅、四門兩蓋等等。第四個是激光-電弧復(fù)合焊，它是激光和電弧焊兩種資源，在一些厚板領(lǐng)域、工程機械、航空航天用得比較多。第五個就是激光釬焊，它在汽車尾蓋和頂蓋上用的比較多。這個是優(yōu)勢，可以做到高度自動化、生產(chǎn)效率高，焊接變形小，熱輸入量小，還有就是外觀美觀，無接觸焊接，它的精度可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加工工藝，還有就是它是環(huán)保無耗材的加工方式，基本上一套設(shè)備更換一下保護晶片有可以了。
這是我們在汽車動力傳動行業(yè)典型的結(jié)構(gòu)件，像齒輪、變速箱、換檔撥叉、輪轂等等，這些傳統(tǒng)汽車部件上面能夠用到激光焊接的，基本上大族激光這幾年都做出了成功的案例。下面我就選出一些比較典型的跟大家分享一下。
這個是現(xiàn)在新能源汽車電機定制的激光焊接，它是硅光片疊在一起，通過200或者300焊強同時進行焊接，主要是破壞它的硅層，它的變形非常小，破壞也小，對鐵芯產(chǎn)生的扭矩就更大，左邊是我們做的單站，右邊是我們做的一條全自動化的硅鋼線，它最終的用戶就是給華為做配套的。
這個是渦輪增壓器調(diào)節(jié)閥，它是難焊材料，是不銹鋼和高溫合金合在一起的，而且它的焊縫直徑非常小，我們通過一個CCD的檢測，焊前通過拍照的形式把這種誤差相當于就忽略了，即使有誤差也可以通過拍照快速找到焊接的位置，我們是給霍尼韋爾做配套的，這個設(shè)備他們買了很多在歐洲給寶馬做配套，左邊是我們的一個視頻。這種渦輪增壓的調(diào)速閥也有各種各樣的結(jié)合形式，我們也針對不同的形式開發(fā)了不同類型的機床，有這種直線性的流水線，也有這種轉(zhuǎn)臺的形式，就是針對不同的客戶我們也有一個定制化的需求。
還有一個在傳統(tǒng)行業(yè)很重要的零部件是差速器，它原來的工藝是通過螺栓的形式，現(xiàn)在我們用激光焊接來做的話可以不用螺栓了，節(jié)省很大的材料，而且它的尺寸和厚度可以大大減小，整個就降低了它的產(chǎn)品重量，結(jié)構(gòu)做得更加緊湊，變形也很小，它的工差也能夠滿足我們的要求，這樣一套就非常適合做整條的自動化線，通過激光清洗它的一個表面的涂層，然后再壓緊激光打標，再做一個激光焊接，當然可以選配它的焊縫智能檢測系統(tǒng)，再進行離線超聲波的檢測，相當于我們可以提供整套的解決方案。
這是傳動齒輪，這個也用的非常多，因為有些齒輪的含碳量比較高，焊縫的時候容易開裂，我們就做了一個焊前的加熱，加熱完之后再進行焊接，右邊是我們的一些設(shè)備的案例展示，有3工位的也有6工位的，所有的措施和手段都能夠保證更好的焊接質(zhì)量。
發(fā)動機的彈簧，這個設(shè)備它本身彈簧鋼不好焊，我們用的是激光填絲焊的工藝，通過機器人把它的邊緣接進行聯(lián)動，通過填充合適的金屬保證它的強度，這一套裝備是我們真正意義上的打進北美市場的一個高功率裝備，它不是國內(nèi)的企業(yè)買了我們的設(shè)備放到美國的工廠，而是美國企業(yè)直接買了我們的設(shè)備放到美國。
這是一個雙質(zhì)量飛輪和撓性飛輪，零部件這個大家都非常熟悉了，它是弧焊和激光焊的對比，從這個焊縫質(zhì)量對比可以看出來，激光焊有非常大的優(yōu)勢，后續(xù)部需要打磨了，減少了人工的工序，而且在控制變形方面基本上可以做到30絲以內(nèi)，這是弧焊沒法比的。這是我們做的雙質(zhì)量飛輪的工作站，這種大批量的要做在線檢測，后續(xù)的產(chǎn)品追溯，萬一有召回哪一臺設(shè)備有問題，我們要能夠馬上準確地判斷出這臺設(shè)備生產(chǎn)這個零件是什么時候，是一個什么樣的工藝參數(shù)，這是我們給國內(nèi)龍頭企業(yè)之一做的5條雙質(zhì)量的飛輪自動化線，包含了自動上料、自動壓緊、激光打標、焊前預(yù)熱、自動焊接、平衡、清洗、檢測，整個一條自動化線做下來就大大減少了人工、提升了效率，這個也是為什么這個客戶找我們買了第一條，馬上又買了第二條、第三條。
這是工程機里的一個活塞，它是一個鋼活塞，是42CrMoA的材料，這種材料焊接很容易出現(xiàn)裂紋，那我們是怎么去進行控制的呢？我們也是通過一個焊前預(yù)熱、焊后保溫，我們做了兩條全自動化生產(chǎn)線，它原來的工藝是電子塑焊，由于尺寸的原因容易受影響，我們用激光焊來做它的效率品質(zhì)都能夠得到保證，這個終端客戶就是濰才動力，他們現(xiàn)在基本上都是在用激光焊來做。
減振器跟雙質(zhì)量飛輪也差不多，它要保證密封性的成形，盡量打磨除渣，我們也做了全自動化的生產(chǎn)線，是不需要人為干預(yù)的。換檔撥叉它原來的加工工藝是通過鑄造，然后在裝備上進行一個裝修，這個工藝流程非常復(fù)雜，而且廢品率比較高，萬一變形的話還要重新開一套模，對于整個產(chǎn)品、壽命和品質(zhì)都有影響，我們現(xiàn)在直接用精沖，然后再用激光焊接，再來做檢測變形，這樣做下來的話它的品質(zhì)就大大提高了，同時它的材料利用率也大大提高了，不需要做那么厚重。
這是我們國內(nèi)的一些客戶做了各種各樣的工作站，轉(zhuǎn)臺的、滑臺的，這是未來的趨勢，鋁合金的電池托盤，它是5系的鋁合金，下面是放新能源電池的，這個對于定形的要求非常高，而且它的焊縫非常多，120條，總成超過9米，我們是怎么來做的呢？我們通過分析，采用兩臺機器人同時對這一條進行焊接，盡量控制它的焊接變形保證效率，而且我們的附件都放在二樓的平臺，非常節(jié)省空間。
汽車座椅用激光焊也是非常多，座椅的前排后排靠背，基本上這些核心的金屬件都可以用到激光焊接，因為它的效率高，便于后續(xù)創(chuàng)新設(shè)計，不用做得很笨重。通過這些年不斷努力，國內(nèi)汽車行業(yè)的座椅配套巨頭企業(yè)基本上都在裝配我們的設(shè)備，像佛吉亞、安道拓等等。即使你是新能源車座椅，激光焊都不會過時，因為什么車都需要配座椅。
這是貨車的輪轂，你要保證它不變形、保證它的強度，那激光焊是非常合適的工藝，現(xiàn)在國內(nèi)在輪轂這一塊慢慢都在替換激光焊。這是我們的麥格納客戶，他是1500mpa的高強鋼，我們通過機器人的涂膠、點焊和激光焊了全自動化的生產(chǎn)線，這是我們在調(diào)試的時候拍的一個視頻，大家可以清晰地看到，我們除了前面的那些點焊、激光焊工藝還配套了涂膠檢測系統(tǒng)、焊縫跟蹤系統(tǒng)和焊縫在線檢測系統(tǒng)、激光打標，后續(xù)萬一有不良品我們還配了一個補焊工位，整個這樣一條全自動化線做下來完全可以保證它的產(chǎn)品質(zhì)量，保證27JPH的要求。
除了動力傳動系統(tǒng)，激光焊接在汽車其他環(huán)節(jié)的應(yīng)用也非常多，以BBA這些為代表的國際豪華品牌現(xiàn)在基本上都是用我們大族激光的設(shè)備來焊接汽車零部件，國內(nèi)的主機廠像一汽、上汽、長城、比亞迪、吉利都在裝我們的焊裝線設(shè)備。
右下角這個圖是我們給奧迪Q5的門板焊接，為什么拿出來呢？2016年的時候克強總理考察的時候在這臺設(shè)備面前站了10分鐘，他看到我們國內(nèi)的設(shè)備不用老外的，用自己的，他很驕傲。
這是我們給上汽做的一個車架，這種材質(zhì)因為燃料的間隙比較大，大家可以從左下角看到達到了2mm，2mm激光焊怎么實現(xiàn)呢？我們用激光電池輔焊通過兩種電源用在上面，經(jīng)過了大量的測試之后斷裂的位置發(fā)生在母材而不是焊接區(qū)域，說這說明激光焊接瞬間給這個材料起了作用，它是4臺機器同時對車架進行焊接，現(xiàn)在這個車已經(jīng)上市了，而且還賣得還不錯。
在超高功率激光焊接裝備我們也做了很多的業(yè)績，像萬瓦級別以上的激光器以前都是天價，現(xiàn)在我們把技術(shù)突破，15kw、16kw、20kw，像右下角20mm的不銹鋼，單面焊、雙面成形，這在原來是無法想象的。
這是國內(nèi)首套民營火箭發(fā)動機，這個是發(fā)動機的尾噴管，這是一個薄壁的結(jié)構(gòu)件，焊接對變形的要求是非常高的，因為它要助推火箭送到天上去的，右下角可以看到我們在焊前做了一個熱變形的仿真分析，我們通過理論和實踐，結(jié)合我們原來的經(jīng)驗，這條縫焊多長、多快，從哪個地方開始焊、怎么焊我們都是有一套完整的理論體系去做，前段時間已經(jīng)升空了，大家可以在網(wǎng)上看到。
第三個方面講一下大族激光在智能制造做的一些創(chuàng)新、實踐與服務(wù)。首先我們知道激光裝備最核心的就是光纖激光器，我們15kw的光纖激光器已經(jīng)成功應(yīng)用，現(xiàn)在我們的激光切割器上面基本上都是配我們自己的激光器，而且高功率光纖激光器已經(jīng)批量生產(chǎn)和銷售了。光纖激光器最核心的東西就是光纖，我們是國內(nèi)唯一一家自己做光纖的，我們收購了加拿大的公司，把它的技術(shù)拿過來，相當于踩在巨人的肩膀上我們走得更快更遠。
第二個就是功能部件，除了激光器，像焊接頭、清洗頭、加工頭等等我們已經(jīng)形成了系列化，也掌握了核心技術(shù)，現(xiàn)在我們可以給其他的公司做配套，相當于我們不需要受制于人了，也可以給其他的用戶去配我們大族激光自己的焊接器、切割頭這些。
這是我們的一個智能控制解決方案，整個大族的數(shù)控系統(tǒng)是我們的工程師在辦公室里面一行一行代碼敲出來的，非常不容易，這些年也走了彎路，但是在控制系統(tǒng)這一塊我們是不希望受制于人的。如果說控制系統(tǒng)沒有跟你的設(shè)備全方位打通的話，別人開放一個接口就得收多少錢，會非?？ú弊印?/p>
我們也給激光裝備配上了智能化的信息管理系統(tǒng)，我們可以給企業(yè)上層ERP做配套，跟他們的通訊做接口，我們也可以自己跟企業(yè)來開發(fā)這種系統(tǒng)，可以很方便地對訂單、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、零部件管理系統(tǒng)、自動化線的管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，相當于可以給企業(yè)打造一個全面化的信息管理系統(tǒng)，非常方便。
這些年，我們一直在響應(yīng)國家政府的號召，從生產(chǎn)制造向服務(wù)制造升級，像車間的數(shù)字化、業(yè)務(wù)透明化、制造服務(wù)化，通過這“三化”來實現(xiàn)產(chǎn)品的高品質(zhì)，降低成本，縮短交貨期，這也是我們的一個目標。
這個圖可能大家看了會覺得有一點復(fù)雜，但是它把這一件事情說得很簡單，我們最后無論是智能工廠的建設(shè)還是內(nèi)部像采購、物控、設(shè)計、研發(fā)各個部門，最后大家都是在一個云平臺上面進行辦公，非常方便、快捷，這一定也是未來制造型企業(yè)的轉(zhuǎn)型，我們并不需要租一個大大的廠房大家一起在里面干活，這次疫情大家已經(jīng)明顯感受到了，其實在家里通過遠程會議在家里辦公，企業(yè)業(yè)務(wù)并沒有停滯不前，照樣還是運轉(zhuǎn)得風生水起，這個也是提出了新的思考，我們也在這個方面做出了很大的努力。我們是怎么做的呢？我們跟騰訊云、華制智能都簽署了戰(zhàn)略合作，我們跟中國聯(lián)通簽訂了5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略合作協(xié)議，我們這樣做的目的就是希望能夠降本增效，提高我們的質(zhì)量產(chǎn)業(yè)服務(wù)，這是我們的核心目標，永遠不會變的，希望能夠打通全產(chǎn)業(yè)鏈的上下游，讓我們的客戶、采購和用戶都能夠?qū)崿F(xiàn)共贏。
這是我們的一個營銷服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，我們目前是三大運營中心，華東、深圳總部、北方；四大備件庫，也就是深圳、蘇州、北京、長沙，所以我們這么多的售后服務(wù)團隊能夠保證2小時響應(yīng)、24小時到客戶現(xiàn)場解決問題。我們在努力不斷前進，保證我們的產(chǎn)品能夠在歐美高端市場站穩(wěn)腳跟，前面我也跟大家展示了一些，我們會繼續(xù)把我們的產(chǎn)品賣到北美和歐洲去，這是我們的目標，希望有一天能夠像通快一樣，甚至超越通快。
這是我們的典型用戶，這里因為篇幅的原因重點提了一些，當然如果都要寫出來，一頁肯定放不下，像航空航天、軌道交通、汽車等各行各業(yè)的大企業(yè)集團都是我們的用戶。大族激光希望做中國基礎(chǔ)工業(yè)裝備及自動化的主要供應(yīng)商，這是我們的愿景，也是我們的目標。
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