今亮点！通快激光焊接技术在充气柜生产中的应用

来源：通快时间：2023-06-12 10:45:38

柜式气体绝缘开关设备(Cubicle Gas Insulated Switchgear，简称C-GIS，我国俗称充气柜)，是近十几年来新发展起来的高新技术系列产品，逐渐成为金属封闭开关设备的一个重要品种。

在充气柜生产领域，通快为激光切割和焊接应用提供设备、夹具和应用技术。从多种焊接设备(TruLaser Cell 7000系列五轴机床/TruLaser Weld 5000智能激光焊接系统)，到可选的定制化方案(丰富的上下料方式)，再到不同的柜体组装方式(折弯件组装/平板拼装)，通快向全球客户提供全面且灵活的激光焊接充气柜解决方案。

(资料图片)

通快Trulaser Weld 5000智能激光焊接系统(以下简称TLW5000)是通快为钣金行业客户应用激光焊接技术所提供的高效高质量解决方案，同时满足MTO(多品种小批量)以及MTS(大批量)生产的需求。与采用Trulaser Cell系列机床加工充气柜的传统方式不同，5000设备以良好的性价比和极佳的灵活性为充气柜激光加工带来了新的可能。

采用TLW5000设备加工充气柜流程

激光切割下料

充气柜体材料一般是厚度3mm的不锈钢板材。为满足激光焊接对焊缝间隙需小于0.1mm的要求，板材边缘需要光滑、无倒角、无毛刺。因此必须采用激光切割下料的方式，这是激光焊接充气柜的前提条件。

加强筋焊接

为保证充气柜箱体长期放置户外而不变形，板材内部必须放置加强筋增加箱体强度。取决于客户需求，可以选择TIG点焊或激光断续焊两种方式。而通快为激光断续焊又提供了三种方案：

TIG点焊拼接柜体

充气柜箱体在激光焊接之前，必须用氩弧点焊的方式把各个不锈钢侧板拼接起来，然后再用激光焊保证气密性和焊接强度。

板材之间的搭接方式推荐采用外角“I”型的拼接方式。采用这样的拼接方式，板材之间的焊接横截面最大，焊接强度最大。需要注意的是要尽量保证焊缝间隙在0.1mm内，这是因为激光光斑直径在焦点处大约为0.4mm左右，且是自熔焊没有焊丝，如果板材之间的缝隙太大，则会产生焊接缺陷导致气密性差。

激光焊接充气柜箱体

目前充气柜焊接平均功率为4kW，焊接深度为3～4mm，使用TLW5000可以保证焊接速度在2.5m/min – 4m/min。采用功率更高的激光器，能够达到更大的焊深和更快的焊接速度以及更少的热变形。西门子工厂的TruLaser Cell 1005配置的就是功率为6kW的激光器。

TLW 5000设备的优势

电动调焦系统

充气柜激光焊接中的主要质量问题包括：熔深稳定性，飞溅和气孔，拐角过烧。

拐角过烧案例(非TLW5000)

TLW5000焊缝

采用TLW5000智能焊接系统可以提升充气柜焊接质量。这主要得益于系统内置了一整套先进的功能模块，如焊接头上搭载的视觉辅助对焦系统，电动调焦模块等等。以及系统内建的焊接参数库，生产计划管理功能等。

这其中电动调焦系统可以方便的实现工艺切换并保证焊接质量稳定。

热导焊和深熔焊是两种常见的激光焊接工艺。热导焊缝光滑圆润，密封性好；深熔焊缝强度大，速度快。而焦点位置则是切换焊接工艺的关键，每一个毫米的偏离，都可能导致焊缝质量的急剧转变。

一些集成设备采用简易的线光寻焦并且通过调节机器臂来调整离焦量，粗糙的解决方案带来了粗糙的焊接质量——飞溅、气孔、裂纹等焊接缺陷极大的影响了良品率。

为了追求极致的精准和稳定，5000放弃了通过调节机械手臂来调整焦点位置的传统做法，取而代之的是在焊接头内集成了高精马达驱动的电动调焦镜片，最小调焦单位精确到了0.1mm，配合高倍率CCD相机快速精准完成焦点定位，这从根本上保证了稳定的良品率，极大的减少了编程时间，降低了焊接过程中产生飞溅和裂纹的可能性。

TeachLine焊缝检测

为了弥补定位误差，通常会采用传感器对产品位置进行检测和再定位。常见的焊缝检测方式有在线检测和离线检测两种。在焊缝检测的技术路线上，TLC三维五轴机床和TLW5000设备都采用了离线检测的方式。相对于在线检测，离线检测不受焊接过程的高强度弧光影响，检测稳定性更好，并且不会在焊接过程中增加算力负载，焊接速度更快。不同的是实现离线检测的物理手段。TLC三维五轴机床采用了探针测量，而TLW5000采用TeachLine视觉测量系统。

TeachLine视觉测量系统是TLW5000设备上的专利功能，搭载该功能可以简单快速的设置焊缝检测程序，结合TruTops Weld 离线编程软件(TLW500专利功能)，甚至可以在离线编程时就实现焊缝检测程序设置。

TruTops Weld离线编程软件

在激光焊接柔性生产中，新产品导入往往是最繁琐的，我们需要暂停生产数小时甚至数天去编辑新产品的焊接程序。但当你在TLW5000设备中引入了TruTops Weld离线编程软件，这个问题就迎刃而解了。

使用TruTops Weld 离线编程软件，可以在电脑上直接生成焊接程序(注意是焊接程序，不只是机器人运动轨迹)，导入TLW5000后，人工示教或者通过TeachLine进行位置纠偏，即可快速投入生产。

万向气体喷嘴

在激光焊接中，良好的喷嘴设计可以在防止氧化、抑制等离子体从而保证稳定熔深，减少飞溅的同时加速冷却。

一些集成设备采用简易的侧吹或者同轴喷嘴。相对同轴喷嘴，侧吹喷嘴可以更好的防止焊道氧化并加速冷却，但缺点是会大幅降低机器人姿态可达性，极易干涉。

国内常见的同轴喷嘴

国内常见的侧吹喷嘴

红色箭头代表侧吹喷嘴无法覆盖的位置

对此，通快设计了独特的万向气体喷嘴，这款喷嘴能够在保证最佳焊接效果的同时，提供与同轴喷嘴一致的良好可达性——通过自动旋转，轻松覆盖各个方向的焊缝，提升姿态可达性，大幅节约了编程时间。

激光焊接中的通快