人形机器人量产工厂的用气场景跟普通机械厂完全不同。一条产线上同时跑着热处理、激光焊接、芯片封装和整机检漏四道工艺,每道工艺吃的气体品种、纯度和流量都不一样。如果每个工位各自拉钢瓶,现场就是一片钢瓶丛林,安全管理和换瓶效率都扛不住。集中供气站就是把这些气体品种集中到一个供气中心,通过管道分配到各用气点。

先把产线上的用气点逐个标出来。减速器热处理工段,摆线针轮和谐波减速器的齿轮需要在氮气或氩气保护气氛下做渗碳和淬火,防止表面氧化脱碳。氮气用5N纯度,流量按炉膛体积计算,单台热处理炉每小时消耗约15到25立方米氮气。氩气主要用于真空炉的充氩冷却,用量比氮气小,但纯度要求高,5N起步。
伺服电机定子的激光焊接工段,焊枪走的是高纯氩保护气。光纤激光器焊接铜绕组和铁芯时,氩气把焊接区域跟空气隔开,防止熔池氧化。这里用氩量跟焊接节拍直接挂钩,一条年产十万台的电机产线,氩气日消耗量大约在8到12瓶钢瓶量。MEMS六维力传感器的封装车间还用到少量硅烷、氮气和压缩空气的混合气,量不大但纯度要求苛刻,单独走特气柜供应。
整机装配线最后的氦质谱检漏是用气大户。人形机器人的关节减速器和空心杯电机壳体都要做氦检漏,确认焊缝和密封面无泄漏。检漏用氦气一般不回收,直接排放。一条检测工位每次充氦量约2到3升标准状态,每天按200台检测量算,氦气日消耗量在0.5到1立方米之间。检测工位旁边通常备一台便携式氦质谱检漏仪,示值灵敏度调到1乘以10的负9次方帕秒。
集中供气站的布局分三层。最外层是大宗气区,液氮储罐和液氩储罐放在室外防爆区,通过气化器把液体变成气体再送进室内。中间层是气体分配间,不锈钢管道从分配间引出,经过减压阀组和流量计送到各楼层。最里层是特气柜,MEMS车间用的硅烷和其他特气单独放在防爆柜里,配双层套管和排风,跟大宗气系统物理隔离。
多品种气体整合时最容易出问题的是管道材质和阀门选型。氮气和氩气用316L BA级管道就够了,特气必须用316L EP级电解抛光管道,内壁粗糙度Ra不超过0.25微米。不同气体的管道不能共用一根,必须独立从分配间接到用气点,防止交叉污染。管道上的隔膜阀要用带波纹管密封的款式,普通球阀的阀杆泄漏率过不了特气管道的检漏标准。
安全联锁是集中供气站的核心。氮气和氩气是窒息性气体,供气站和用气车间都要装氧浓度监测。特气柜里的硅烷遇空气自燃,柜内必须保持负压排风,排风管道上装可燃气体探测器,一旦浓度超标自动切断供气阀并启动紧急排风。氦气虽然无毒,但检漏工位附近如果氦气积聚到一定浓度会干扰检漏仪本底值,所以检漏区也要保持通风。
成本核算方面,大宗气体走储罐供气比钢瓶供气便宜大约40%到60%。一条年产十万台人形机器人的产线,氮气和氩气的年采购费用在80到120万元区间。氦气因为不回收,年费用在20到35万元。特气用量虽小但单价高,年费用在15到25万元。集中供气站的设备投资大约在200到400万元,根据产线规模和气体品种数量浮动。
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