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)的應用。
我分享的內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。
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)展到智能轉型升級,2016年的時候克強總理到大族激光也對我們取得的成績做出了充分肯定,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、銷售與服務一條龍。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,把一些核心的技術掌握在自己的手里面。這是美國激光學會成立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,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突破。
我們的業(yè)務范圍主要是二維、三維的切割,激光焊接、激光焊裝線、激光切管、自動化生產線,包括3D打印、折彎等核心部件的產供銷一條龍。
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,也是一臺設備成功與否的關鍵。
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-電弧復合焊,它是激光和電弧焊兩種資源,在一些厚板領域、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)典型的結構件,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。這種渦輪增壓的調速閥也有各種各樣的結合形式,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品重量,結構做得更加緊湊,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量。
發(fā)動機的彈簧,這個設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,它不是國內的企業(yè)買了我們的設備放到美國的工廠,而是美國企業(yè)直接買了我們的設備放到美國。
這是一個雙質量飛輪和撓性飛輪,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,這是弧焊沒法比的。這是我們做的雙質量飛輪的工作站,這種大批量的要做在線檢測,后續(xù)的產品追溯,萬一有召回哪一臺設備有問題,我們要能夠馬上準確地判斷出這臺設備生產這個零件是什么時候,是一個什么樣的工藝參數(shù),這是我們給國內龍頭企業(yè)之一做的5條雙質量的飛輪自動化線,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熱、焊后保溫,我們做了兩條全自動化生產線,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線,是不需要人為干預的。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,對于整個產品、壽命和品質都有影響,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。
這是我們國內的一些客戶做了各種各樣的工作站,轉臺的、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)新設計,不用做得很笨重。通過這些年不斷努力,國內汽車行業(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線,這是我們在調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品質量,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備來焊接汽車零部件,國內的主機廠像一汽、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備面前站了10分鐘,他看到我們國內的設備不用老外的,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,這是一個薄壁的結構件,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。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)批量生產和銷售了。光纖激光器最核心的東西就是光纖,我們是國內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,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?。
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,我們一直在響應國家政府的號召,從生產制造向服務制造升級,像車間的數(shù)字化、業(yè)務透明化、制造服務化,通過這“三化”來實現(xiàn)產品的高品質,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還是內部像采購、物控、設計、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)務并沒有停滯不前,照樣還是運轉得風生水起,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,提高我們的質量產業(yè)服務,這是我們的核心目標,永遠不會變的,希望能夠打通全產業(yè)鏈的上下游,讓我們的客戶、采購和用戶都能夠實現(xiàn)共贏。
這是我們的一個營銷服務網(wǎng)絡,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團隊能夠保證2小時響應、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,像軍工、航空航天一些大企業(yè)集團都是我們的用戶。大族激光希望做中國基礎工業(yè)裝備及自動化的主要供應商,這是我們的愿景,也是我們的目標。
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