曹灵敏：新集成标准中的创新与应用

2023年3月28日-29日，首届中国商用车论坛在湖北十堰举办。本届论坛由中国汽车工业协会、湖北省经信厅、东风公司和十堰市人民政府共同主办，以“应变 求变 谋变——共创商用车发展新局面”为主题，共设“1场闭门峰会+1个大会论坛+4个主题论坛”，旨在联合能源、交通、信息等各方力量，共同探讨商用车产业发展趋势，推动商用车高质量发展。其中，在3月29日下午举办的“专用车高质量发展”主题论坛上，杭州凯尔达焊接机器人股份有限公司华南大区负责人曹灵敏发表了主题演讲《新集成标准中的创新与应用》。以下内容为现场发言实录。

大家好！今天，我向大家介绍一下我们凯尔达伺服焊接系统在新集成标准中的创新与应用。刚刚听了各位专家、领导的介绍，我对专用车的高质量发展，有了更清晰的认识。我今天就通过一些新的焊接工艺、从降低企业造车成本的角度来进行一些陈述。

我今天的介绍大概分为三个部分：一个是凯尔达在新集成标准中的创新，一个是具体的一些行业应用案例，还有一个，就是我们凯尔达的企业介绍。

第一个，创新。说到这个创新，我首先向大家介绍一下我们机器人行业对弧焊市场的一个区分。我们一般根据应用行业的不同，将市场分成汽车工业、一般工业和工程机械建筑行业。其中，汽车工业的技术要求和焊接标准，是非常高的。

首先，随着技术的迭代和产品的升级，咱们汽车行业在实现EV化，就是新能源化的同时，轻量化也是非常重要的一个指标。而实现轻量化的一个主要方式，就是把一些零部件材料，用更薄的高强钢或者铝合金来替代。但是这样会出现一个新的问题，更薄的高强度钢或者铝合金，它的焊接难度更大，在保证焊接质量的前提下，需要更专业的焊接技术人员。这给我们企业的人员引进，造成了很大的困扰。而我们凯尔达的伺服焊接系统，就能很好的解决这个问题，即使从业人员的专业技能不足，伺服焊接也能保证高品质的焊接效果。

下面简单给大家介绍一下我们伺服焊接工艺的一些特点和应用。

第一个，就是几乎零飞溅，这个特点我们在很多新能源行业特别是电池托盘和电池盒客户那边是广受好评的，跟传统的短路过渡相比，我们的焊接飞溅量可以比传统的机器人短路焊接减少99%以上，焊接完工件表面基本上是没有飞溅附着的，完全可以省掉后续的打磨环节，这样可以降低生产成本，提高企业的生产效率。

第二个，更快的焊接速度。我们不但可以实现更快的起弧和熄弧，这个比常规的机器人焊接，速度能提高2倍左右，还能通过提高机器人的短路焊接频率，可以提高到125赫兹至150赫兹之间。这个短路焊接频率可以实现更快的焊接速度，在一些高强度超薄板的焊接领域，我们的最高焊接速度可以达到2.5米每分钟。什么概念呢？就是跟常规的机器人短路焊相比，我们的伺服焊接效率，要高3到5倍。

第三个，通过我们的弧长自适应控制技术，可以具备超强的间隙搭桥能力。这个超强的间隙搭桥能力比较抽象，我说具体一点，在工件焊缝更宽的情况下，我们能够轻松实现焊接。打个比方，两个毫米厚的板材，在它的焊缝宽度达到2毫米情况下是比较难焊接的，但是我们这款伺服焊接系统，可以非常轻松地实现焊接。

我刚从福建过来，我们在那边做了一个项目，就是新能源的电池托盘，这个产品有一个规格的材料板厚是1.5毫米，但是它的组对焊缝间隙达到了1毫米，同时还要保证电池托盘的气密性，保证不能漏气漏油。这个对常规的焊接工艺来说是非常难实现的，但是用我们伺服焊接系统可以非常轻松做到。目前这个项目已经交付了，产品的合格率达到99.5%以上，这个就是超强间隙搭桥能力的一个体现。

第四个，我们能够通过更低的热输入量，来控制产品的焊接变形，焊接完以后基本上不会有热变形，这个也是我们在很多客户那里的一个亮点。我们做了很多燃油车的汽车油箱，新能源的电池托盘，还有汽车的车门盖板，它们对焊接变形是非常忌讳的。我们能够实现超低的热输入量，比如焊接铝合金，我们的热输入量能比传统的手工TIG焊降低90%以上。同时很多产品外表是有要求的，背面的热影响区，也是有成型要求的，比如车门、盖板，我们通过超低的热输入量，能把产品背面热影响区控制得非常非常小，可以减少后续的修整环节。

第五点，适应多材料焊接。我们伺服焊接系统可以焊接碳钢、不锈钢、镀锌板、铝合金，甚至铜等等多种材料，我们都能焊接。我们在福建的一些行业像阀门，它表面要做耐磨层、耐腐蚀层或者密封层等等，做堆焊或熔覆，这块我们也有非常明显的优势。

我再介绍一下通过我们伺服焊接工艺的高速响应送丝控制与电流波形控制相结合，能够衍生扩展的一些焊接工艺，这个在很多客户的产品焊接里面，都有实际应用，效果也是非常好的。

第一个，伺服螺旋摆动焊。这个在汽车工业里面一些散热器、压缩机、新能源车盖板、汽车空调冷却管等等的应用是非常广泛的，有很多成熟的客户。

第二个，连续间歇焊。这个焊缝的成型就是我们经常说的鱼鳞状焊缝，这个就是连续间歇焊的焊接效果。

第三个，伺服脉冲交替焊。我们伺服焊接工艺热输入量是非常低的。但是像我们焊商用车的汽车大梁，这些板材比较厚的情况下要怎么实现焊接呢？就是通过伺服脉冲交替焊。这个可以达到更高的熔深，同时保证焊接强度。目前伺服脉冲交替焊主要是用在3毫米以上的铝合金，这一块焊接效果是非常好的，比如汽车的侧骨架总成，还有商用车大梁。

第四个，大小电流交替焊。就是双脉冲焊接，它能够焊接是更厚的板材，可以焊到5毫米以上的板材。

我们来看看各个工艺的焊接效果。

这个就是伺服螺旋摆动焊。大家可以看这个视频，我们主要是通过机器人的螺旋摆动焊枪实现鱼鳞状的美观焊道。这个主要优势在于什么呢？它能够焊接非常薄的板材，铝合金的板材最薄可以焊到1毫米，同时保证背面基本上是不需要打磨、修整的。这是我们非常有优势的地方。视频这边就是在进行螺旋的摆动，它在焊接过程中基本上是没有飞溅的，焊接的工件表面也不会有飞溅附着，不需要打磨。

大小电流交替焊，就是刚才说的双脉冲，我们是一个高频脉冲叠加一个低频脉冲，它能量大的脉冲主要作用是融化熔滴，还会有另一个脉冲，把熔滴过渡到母材上面去同时对熔池进行搅拌。设置相应的参数可实现在通常的脉冲频率上强加一个0.5-10Hz 的低频脉冲，这样就实现了能量大小的协调，无需摆动就可实现漂亮的鱼鳞纹效果。

这个视频就是连续间歇焊。我们在很多客户这边用途是非常广泛的，它不需要进行螺旋摆动。伺服弧焊工艺与脉冲焊接工艺相互融合，高速响应的送丝控制与电流波形控制相结合，焊丝回抽起弧自动调整电弧长度，使电弧更精准。我们一个焊接周期包括焊接期间和冷却期间，其中焊接期间是通过熔滴的过渡将焊材移至母材，并形成熔池。冷却期间，就是把熔滴进行凝固，它是一段在焊接，一段在凝固，这样工件会产生一个周期性振荡。周期性振荡就能够把我们熔池进行搅拌，同时把焊缝中间一些保护性的气体或者溶解的气体释放，这样可以有效避免焊缝产生气孔或者裂纹等等一系列焊接缺陷，这样就可以有效保证焊缝的强度，提高力学性能。这个我们原来在福建南平一个客户那边，做商用车的大梁，他的铝合金焊接用的这个工艺，焊接效果是非常好的。

这个就是刚才说的伺服脉冲交替焊。它的特点就是更高的熔深，同时更大的热输入量。我们常规的伺服短路焊接热输入量是有限的，并不适合厚度大于3毫米的中厚板铝合金焊接。而这款伺服脉冲交替焊接工艺是可以焊接厚板材的。脉冲阶段的高频脉冲电流提供了更高的焊接热输入量，并使得熔滴对熔池的冲击和搅拌作用增强。这个时候可以有效降低焊缝的气孔率，并细化了焊缝晶粒尺寸，这样有利于提高焊缝的力学性能，增加熔池的深度，进一步扩大了伺服焊接工艺在铝合金焊接中的应用范围。

这个工艺主要有几个优势：一个是更低的焊缝气孔率。其次，焊接的飞溅是非常小的，基本上是没有焊接飞溅的。精准可靠的熔深，因为它是通过高频的脉冲来进行对母材的冲击，它对熔池会有一个搅拌的作用，它的熔池是非常可靠的。它的焊接速度非常快。焊接外观是非常完美的。

我下面给大家讲一下伺服焊接系统在客户那边的一些实际使用案例。

这是我们一个侧骨架总成的客户。具体哪个客户我就不透露了。这个建设背景也是当时客户对我们焊接提出的一个要求，主要材料是用6系铝合金，但是也有少量的5系铝合金，就是6系铝合金搭配5系铝合金。这个客户的难点，一个是它的材料厚度范围非常大，整个工件最厚到5毫米，最薄到1毫米，都是铝合金。这个在很多焊接工艺里面来说是非常难以实现的。但是我们通过伺服焊接工艺都可以轻松实现焊接，而且这边有的焊缝宽度在1.5毫米。如果是1.5毫米的焊缝宽度，板材又比较薄的情况下非常容易出现两个问题：一个是焊接会缺孔；第二，焊缝会咬边。这两种情况我们伺服系统都可以非常完美地解决。

我给大家看一下解决方案。这个就是我们当时具体的实施方案，也是我们落地以后的具体情况。我们这个方案是用了四台机器人进行两两双机联动，也就是两台焊接机器人进行一组双机联动的焊接。这里面汽车座椅、车门盖板一般打磨量是非常大的。我们通过伺服焊接工艺，完全不需要打磨。单单一个打磨工序，算上转运，基本上每个工件至少能省下8到10分钟。

这是第二个项目，是焊接后围里板、座椅靠背跟左右两个轮罩的焊接。这个客户当时出现了一个什么问题呢？它的最薄的板材只有0.7毫米，相当于两张纸的厚度，原来是用常规的机器人短路焊和人工焊接，经常会出现什么问题呢？焊接飞溅非常大，而且这个吸能盒非常容易烧穿。如果焊缝出现烧穿，就是一个洞在那里，人工补焊非常费时间，而且补焊的劳动强度非常大，焊接工艺难度也是非常大的。我们通过伺服焊接，焊缝成型良好，熔深良好，没有烧穿的现象。这就是我刚才跟大家说的热输入量非常低，可以有效保证板材不会给它烧穿。通过这个工艺，第一是不需要专门的清理跟返修了，清理就是清理焊渣，返修就是在焊接缺陷产生的时候，用人工去给它补焊或者去检测，我们清理返修这个工艺可以省下来了。单单这个工序我们每件工件可以省8.4分钟，这个时间对企业来说，可以生产多少件产品。这是对比，大家可以看一下。左边的是客户原有的工艺，热输入量非常大，飞溅比较大，焊接的变形非常大，成型不是特别美观，而用我们的伺服焊接工艺以后，热输入量很小，没有飞溅，变形量很小，成型美观。

下面这个照片就是背面的热影响区，主要是用于一些汽车的外观件，比如车门。如果常规的焊接，它背面热影响区比较大会透出来，就需要进行两道甚至三道的打磨，把表面进行美化。左右两边照片是我们伺服焊接工艺焊接出来的效果，基本上没有突出来的痕迹。这个单单省两三道打磨工艺，省下来一个工人的工钱，时间成本，还有转运成本，这块就可以省得非常多。这个优势是比较明显的。

这个案例是一个汽车门盖，这是广东的一个客户。他之前板材非常薄，0.8毫米的板材也非常容易焊穿，当时用其他品牌的机器人做常规的短路焊接，也是一直有破。0.8毫米短路焊接用在一般工业比较多。汽车工业的焊接标准跟焊接难度是比较高的，比如汽车经常用的DC03等等一些特殊材质，焊接的难度比较大，这个时候就很容易焊穿。这个时候用伺服焊接工艺就可以很好地解决这个问题。

这里有原有工艺跟现在伺服焊接工艺的对比。原有工艺用的是国外一个牌子，具体的价格我就不太好透露，但是我可以说他们一台电源价格就是我们整套系统的价格了。这相当于用我们国产的伺服焊接工艺完全取代了进口的焊机焊接工艺，而且焊接效率提高了3到5倍。当时客户补焊用的是手工焊，工人用手工焊，它的持续时间跟电流大小是不好控制的，非常容易焊穿。用机器人焊接是没有一处焊穿的，而且我们热影响区非常小，打磨工作量会比较小，而且打磨时力度可以标准化。

这个客户做是汽车座椅的骨架。汽车座椅对飞溅的控制要求是非常高的，因为里面很多死角，是很难打磨的。这个时候对我们的焊接技术要求就很高了，而且它用的是二氧化碳。大家知道，在焊接工艺里面，常规用二氧化碳焊接产生的飞溅是比用混合气焊接飞溅率要高的。那有的客户为什么用二氧化碳呢？二氧化碳在生产成本中比混合气低非常多，一瓶二氧化碳的成本比一瓶混合气的成本大概低2/3左右。如果企业为了保证超低飞溅，用混合气去生产，成本会非常高，而用伺服焊接工艺，只用二氧化碳就可以实现用混合气的效果，焊接飞溅可以控制得非常小。客户原来用的是混合气进行焊接，我们现在用的是二氧化碳，大幅降低了客户的用气成本，相当于每天用气的成本可以帮客户这边省2倍下来，而且我们的焊接基本上没有飞溅附着的，完全可以省掉工人打磨这道工序。

下面介绍一下我们凯尔达的企业情况。底下是我们公司的一个鸟瞰图，大家可以看一下。我们凯尔达成立于2009年，跟安川电机2013年合资，是一家以工业机器人技术及工业焊接技术为支撑，为客户提供焊接机器人及工业焊接设备的高新技术企业，2021年在上海科创板成功上市。

凯尔达公司目前有400多人，单单研发团队就占了100多人。说明我们主要是以研发技术为主的，包括焊接工艺、在焊接领域的一些新型应用技术，也是目前国内唯一一家在伺服焊接领域能够跟国外一些知名品牌进行PK的企业。

通过团队不断努力和创新，我们公司目前已经有100多项国家发明专利，而且我们作为第一起草人，起草了六项国家标准，同时作为参与起草人，起草了七项国家标准。这是我们凯尔达比较自豪的一个点。

近年来，积极响应国家号召，进行产业升级，我们凯尔达推出了超低飞溅机器人焊接系统，还有伺服焊接系统。这个系统非常好地减少了打磨等后处理工序，能够降低企业的生产成本，提高生产效率，受到了企业的好评。

我的介绍就到这里，谢谢大家！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）