最新84我国激光拼焊自动化装备发展现状与对策汇总.docx

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最新84我国激光拼焊自动化装备发展现状与对策汇总

84-我国激光拼焊自动化装备发展现状与对策

我国激光拼焊自动化成套装备发展现状与对策

房灵申1,2，赵明扬1，徐志刚1

（1.中国科学院沈阳自动化所，辽宁沈阳110016；2.中国科学院研究生院，北京100039）

1引言

激光拼焊是集光学、机械学、电子学、计算机学等为一体的高技术，是激光应用最有发展前途的领域。

激光加工技术的出现是对传统的焊接工艺和焊接方法具有重大影响的技术变革，具有的优越性使其在机械、电子、冶金、汽车、石油和国防等领域得到了广泛应用，并产生了巨大的经济效益和社会效益，应用前景是十分广阔的。

激光拼焊自动化装备作为成套关键装备与战略技术，不仅影响着汽车行业的发展，而且将对国家的综合国力，对国家的可持续发展有着巨大而深远的影响。

激光拼焊成套设备的研制、开发成功，必将推动作为制造业基地的辽宁省的整体制造能力，提高我们企业的核心制造能力，提高企业产品的竞争力，尤其是为提高沈阳汽车制造行业的整体竞争能力具有重要意义，为我国整个制造业的发展提供动力。

努力使我省的激光加工技术上一个新台阶，开拓我省新的技术增长点。

同时应该看到，作为世界制造加工大国，我国的激光加工中心还明显偏少，因此，有必要加大力度进行推广，以发展激光产业带动传统产业的改造和发展。

2国内外发展现状

激光拼焊是指将两块或两块以上的板料，采用激光焊接的方法焊在一起，然后进行冲压成形。

采用激光拼焊板有如下优势。

（1）满足零件各部位对材质、厚度、涂层、性能等不同的要求；

（2）降低车身质量，从而提供低燃耗、性能优良、安全的环保汽车；（3）提高车辆织构整体性，提高整体刚度，改善装配精度；（4）减少模具数目、降低能量消耗。

激光拼焊板发展大致经历了三个阶段：

a.开始阶段，大众公司1985年超大板的需求促进了激光拼焊板的发展，随着新车型的发展，激光拼焊板得到了广泛应用。

b.成长阶段，随着激光焊接设备的不断改进，激光拼焊板应用和数量在不断增加,尽管突然大量应用激光拼焊板对汽车制造商来 说还难以接受，因需要而在技术上获得了激光拼焊的经验。

Golf4就应用了19块激光拼焊板。

c.成型阶段，一些汽车制造商引进激光拼焊板使得其竞争对手开始评估激光拼焊板的优点和缺点，1998年开始，其他的汽车厂商开始使用或计划使用激光拼焊板。

提高复杂性，应用高端的激光焊接技术可以生产更复杂更大的零件，如下图4所示。

2.1国外状况

从20世纪80年代中期开始，激光拼焊板作为新技术在欧洲、美国、日本得到了广泛的关注。

拼焊板工艺主要是为汽车行业进行配套服务，尤其在车身零部件生产、制造和设计方面，拼焊板的使用有着巨大的优势。

目前，无论实验室还是汽车制造厂的实践经验，均证明了拼焊板可以成功地应用于汽车车身的制造。

1985年德国蒂森钢铁公司与德国大众汽车公司合作，在Audi100车身上成功采用了全球第一块激光拼焊板。

90年代欧洲、北美、日本各大汽车生产厂开始在车身制造中大规模使用激光拼焊板技术，近年来该项技术在全球新型钢制车身设计和制造上获得了日益广泛的应用。

奔驰、宝马、通用等各大汽车生产厂相继在车身中采用了激光拼焊板技术。

目前，由拼焊板生产的汽车零部件主要有前后车门内板、前后纵梁、侧围、底板、车门内侧的A、B、C立柱、轮罩、尾门内板等。

日本JFE公司建在西日本仓敷地区的水岛钢板工业公司内的激光拼焊板设备已于2004年9月份投入运行。

该项目投资额为5亿日元，年产能力约为200万张。

JFE是日本钢铁公司中首家拥有激光拼焊板设备。

此次投产的设备是从德国蒂森克虏伯公司下属的Nothelfer公司引进的，为激光点固定式，和目前日本已投产的激光拼焊设备大多数采用激光头转动型不同，不但提高了生产效率，而且激光容量大可满足宽幅拼焊。

韩国浦项扩大Gwangyang工厂激光拼焊板（TailorWeldedBlanks）的产能，以进一步开发汽车板市场。

浦项集团希望扩大的激光拼焊板产能和Gwangyang厂两条新建的镀锌生产线能帮助他们提高在国内外汽车板市场的竞争力。

产能扩大后，他们的汽车板产能将达到330万吨，到2007年将扩大到450万吨，而该集团去年汽车板的产量为270万吨。

据悉，到2007年，汽车板产能将占浦项总产能的9%。

激光拼焊板产能扩大工程于2004年4月6日开工，在10月份完工。

完工后，浦项激光拼焊板的产能将由目前的170万吨/年扩大到360万吨/年。

工程完工一年后，Gwangyang将上马第五条热浸镀锌生产线。

2004年1月份，浦项宣布在Gwangyang钢厂新建第六条热浸镀锌生产线，将产能扩大到200万吨/年。

6号生产线将在2004年11月开始建设，于2006年6月完工，产品全部用于汽车生产。

法国阿赛洛在激光拼焊领域经过十几年的研究和发展，现激光拼焊生产线已达到３５条，其产品在欧洲市场占有率超过50%，成为当今世界规模最大的钢铁巨头。

而且欧洲许多冶金公司也都在生产这种拼焊板。

其中，意大利Sollak公司在不断扩大产能，其子公司Solblank公司已经投入了14条生产线，而且还准备在英国及美国建立4条激光拼焊线，每条的产能将达到每年2万吨。

一些大型冶金联合企业也正在加快在其他国家组建合资公司的步伐。

德国Tissen冶金公司就已经在印度尼西亚及美国（底特律）建立了合资公司，主要为卡迪拉克轿车新车型提供激光焊接车门及其它板件。

名为"英国钢铁"的英国工业集团建成了好几个冶金产品客户服务中心，其中包括能向汽车制造商提供拼焊板的专门中心（企业），而且产能达到了12.5万t/年，并向土耳其丰田汽车公司提供拼焊板。

美国及日本也都建立了类似的独立的专门公司。

 目前，西欧生产的拼焊板占世界总产量的70%，美国生产的占20%，日本生产的占10%，其中每年由装配－焊接流水线生产的大约有2.9亿件，由单个机床及成套设备生产的有1亿件。

开发激光拼焊板成套设备的国外公司主要有：

瑞士的Soudronic公司，法国的Nothelfer公司，美国的VIL公司，加拿大的AWS公司和日本的IHI公司。

这些公司完成的主要工作是系统的集成和局部关键技术的研发。

作为激光拼焊的成套设备的标准部件激光器，多采用固体YAG激光器，主要生产厂家有日本IHI公司，德国TRUMPF公司，功率一般在4KW以上，采用CO2气体激光器的功率一般在8KW以上。

2.2国内状况

2.2.1应用情况

我国的激光拼焊板技术应用刚刚起步，2002年10月25日，中国第一条激光拼焊板专业化商业生产线正式投入运行，作为全球最大拼焊板制造供应商的德国蒂森克虏伯集团拼焊板有限公司在海外的第八家公司（在亚洲的第一家），武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊有限公司引进蒂森克虏伯公司生产的8kWCO2直线连续激光焊接生产线（Linearlaserweldinglines），采用蒂森克虏伯拼焊板公司的全套专有技术和质量控制体系进行生产和工艺开发，该线最小工件间距为50mm，焊接速度可达10m/min，年生产能力可达20,000吨。

公司目前已为国内各大汽车生产企业提供配套服务。

上海宝钢阿赛洛激光拼焊工程的一期工程已于2004.11月投产，生产国内最高品质的汽车激光拼焊板。

工程总投资1亿美元，引进我国第一条应用于汽车行业的激光拼焊板自动生产线，由宝钢股份、宝钢国际、上海大众联合发展公司和阿赛洛集团ARBED公司联合投资组建。

阿赛洛集团是世界最大的钢铁企业，年产量超过4000万吨，在欧洲的汽车板市场占 有统治地位，而激光拼焊则是汽车板生产的关键技术。

当前，国内激光拼焊板需求量迅速上升，帕萨特、POLO、别克、奥迪和Mazda等高品质车型都已采用激光拼焊板。

一汽宝友股份有限公司于2004年7月引进一条由瑞士Soudonic公司生产的全自动激光曲线拼焊线，目前已实现批量生产。

2.2.2科研情况

目前国内的一些大学和研究单位纷纷研究激光拼焊线的关键技术，跟踪国际领先技术，在相关领域如焊缝质量检测、焊接工艺等方面发过一些文章，但成套大型的激光拼焊板自动焊接生产线还没有单位投入研制，主要原因是初期投入的成本太高。

其中以华中科技大学激光技术国家重点实验室为代表。

华中科技大学激光技术国家重点实验室是1986年国家批准建立的对国内外开放的国家级实验室，主要研究方向是高功率激光器及激光与物质相互作用。

主要探索和研究新的激光物理现象和新型高功率激光器；解决高功率激光器光束质量中的关键单元技术和检测技术，对高功率激光中光学、电学、热学和气体动力学等基础问题进行研究，以期获得高功率、高光束质量、高稳定性、长寿命（三高一长）的高功率激光器；研究激光与材料相互作用中激光等离子体热力学及微粒子运动的规律以及激光与生物组织相互作用的机理等，为新型激光器探索和激光科学应用开拓新的领域。

十五年来，该实验室共承担科研课题156项，其中国家“七·五”、“八·五”、“九·五”科技攻关项目16项,“863”课题7项，攀登计划1项，国家自然基金项目30项，国防科工委及教育部课题32项，国际合作项目5项。

主要获奖成果有：

“气动窗口”获保加利亚世界青年发明成果展览会金奖，“针板式万瓦横流CO2激光器”和“高功率CO2激光技术”分别获国家科技进步三等奖，“约束放电激励千瓦级CO2激光器”国家发明四等奖，“高功率CO2激光器及加工机”、“12V-重180柴油机缸套外壁的激光热处理”、“多联齿轮激光焊接”、“大型轧辊激光刻花装备”分别获教育部科技进步一等奖，“高功率CO2激光圆偏振镜及高反射镜”和“1500W纵流CO2激光器”获教育部科技进步二等奖，“硬质合金与碳素钢的激光焊接”获湖北省科技进步二等奖，“1千瓦无氦CO2激光器”和“实用针板式2KWCO2激光器”获国家教育部科技进步三等奖。

共获专利11个，发表论文800余篇，出版专著和教材8本。

取得了可喜的成果。

另外在HOWO重卡研发生产中，中国重汽卡车公司与蒂森克虏伯公司联合开发了应用于重卡车超宽板材，成功地解决了大尺寸驾驶室开发生产用料难题，首创国内重型车车身板材激光拼焊技术。

由攀钢钢研院与华中科技大学激光加工国家工程研究中心合作开展的"攀钢冷轧钢板激光拼焊及其应用技术研究"项目，最近在东风汽车公司进行了国内首次冷轧激光拼焊板冲压汽车零件的试验，取得了满意的效果。

上海光机所等多家单位在激光技术方面作了大量工作，获得了丰富的研究成果。

如以“神光”为代表的系列激光薄膜、全固态激光器薄膜、软x射线膜、紫外膜、滤光片、红外膜、He-Ne激光薄膜、强光防护片以及透明导电膜等等。

并且对于薄膜的设计方法、制备工艺与光学薄膜的微观结构、损伤机理和光学特性的关系等基础问题进行了大量的实验探索和深入的理论分析。

总之，我国的激光器和激光技术产业规模已经形成且激光焊接市场前景广阔，预计平均以每年20－30%速率递增，但在激光焊接系统的可靠性、稳定性以及整体化、智能化、自动化水平与国外差距较大，尤其是全自动化生产线更是相距甚远。

但迄今为止，我国尚无一家公司能够独立开发全自动激光焊接生产线，这是制约我国激光焊接技术进一步发展的关键所在，应该看到，作为世界制造焊接大国，我国的激光焊接中心还明显偏少，因此，有必要加大力度进行推广，以发展激光产业带动传统产业的改造和发展。

3市场需求

近几年来，激光加工产业发展迅速，产值每年都以20%的速度增长，激光加工将成为21世纪不可缺少和替代的重要加工技术。

就焊接部分而言，2001年德国通快公司在中国的销售额为1亿美元，瑞士百超公司在中国的销售额达2亿元人民币，其他国外大公司每年的销量为15台套左右，产值为5000万元左右；国内公司的销售额在1亿元左右，利润在3000万左右；而这部分投入的人力较少，其人均产值非常高。

由于激光加工设备一次性投资较大，全面普及并非易事，但随着我国经济的不断发展以及激光加工的技术生命力日渐强大，企业的购买力会不断增强，激光加工设备在我国企业的