激光焊接提高柜式氣體絕緣開關設備的產(chǎn)品制造工藝

目前國外企業(yè)大多采用德國通快（TRUMPF）公司的三維激光加工中心TruLaser Cell系列配合功率為4kW-6kW的二氧化碳激光器來焊接充氣柜。

激光焊接方式焊縫窄，熱輸入和熱變形小，深寬比大，（如圖一），有利于減小焊接變形，降低人為因素造成的焊接缺陷，適合規(guī)模化生產(chǎn)。但是，激光焊接對箱體的結構形式、不銹鋼板材下料精度、焊接夾具設計有更高的要求。本文就來介紹激光焊接應用于充氣開關柜制造的特點和要求。

1．激光切割下料；

充氣柜柜體材料一般是厚度3mm或4mm的不銹鋼板材。板材邊緣切口光滑、無倒角、無毛刺，同時板材表面的平面度必須達到要求。為了滿足這些目的，必須采用激光切割下料的方式，這是采用激光焊接充氣柜的前提條件。

2．柜體側板的拼接精度

板材之間的搭接方式采用“L”型的拼接方式。采用這樣的拼接方式，板材之間的焊接橫截面最大，焊接強度最大，但是對于不銹鋼鋼板之間的拼接精度要求最高。由于激光光斑直徑在焦點處大約為0.2mm左右，而且是直接焊接沒有填絲，如果板材之間的縫隙太大，則會產(chǎn)生焊接缺陷導致氣密性差。

一般來說，各個不銹鋼側板的搭接精度必須滿足縫隙值小于0.1mm，偏差值小于板材厚度的0.15倍。如圖二所示。

圖二：充氣柜側板拼接精度

為了達到以上精度，對于焊接夾具精度的要求較高，而且側板不能采用折彎的方式，必須由單塊的不銹鋼板材焊接而成。

3．激光焊接加強筋

為保證充氣柜箱體在抽真空和長期放置戶外而不變形，板材內部必須放置加強筋增加箱體強度。為了保證焊接加強筋后的側板變形量盡量減小，采用的是激光間斷焊接的方式。目前的設計來看，加強筋主要有兩種形式的設計：“U”型和“幾”字型。前者耗費更少鋼材，降低柜體重量，從變形量的角度來說，“U”型加強筋的設計要優(yōu)于“幾”字型加強筋。如圖所示，

由于折彎工藝的誤差，不能保證“幾”字型加強筋兩側完全平行于側板，焊接后應力釋放，會導致不銹鋼側板變形，從而影響箱體拼接的精度。

目前的一個趨勢是采用“U”型加強筋，激光透過箱體側板焊接而成。采用這種焊接方式可以將不銹鋼側板變形量降到最低，同時降低夾具設計制造的難度。

4．激光焊接充氣柜箱體

充氣柜箱體在激光焊接之前，必須用氬弧點焊的方式把各個不銹鋼側板拼接起來，然后再用激光縫焊保證氣密性和焊接強度。

目前大多數(shù)企業(yè)采用的二氧化碳激光器平均功率為4kW，焊接深度為3～4mm，焊接速度為2.5m/min – 4m/min。采用功率更高的激光器，能夠達到更大的焊深和更快的焊接速度，這是業(yè)內的一個趨勢。比如西門子工廠的三維激光機床TLC1005配置的就是功率為6kW的激光器。

為了保證焊接精度和焊縫質量，必須采用傳感器對焊縫位置進行精確定位。由于充氣柜的焊接路徑幾乎都是直線，所以機械微觸式探針即可以達到目的。

圖五：激光焊接充氣柜和焊縫位置檢測

5．通快三維激光加工中心TruLaser Cell7040

TruLaser Cell7040是通快公司最新的三維激光加工中心，可用于切割和焊接，為充氣柜焊接提供最好的完整解決方案。TruLaser Cell7040采用全飛行光路系統(tǒng)，床身采用懸臂式結構，并且內部鋼結構有效地避免了共振。所有導光系統(tǒng)具有高精度和防塵功能，確保機床加工高質量和長時間穩(wěn)定性。水冷擴束系統(tǒng)確保機床長期穩(wěn)定操作保證激光束在不同光程的光學參數(shù)一致性。機床的開放結構設計，工件可以從三個方向進入加工區(qū)，并可根據(jù)實際要求改變工作臺和交換臺的位置。通快公司在全世界有超過20臺三維激光加工中心用于充氣柜的焊接，具有豐富的行業(yè)經(jīng)驗，并向用戶提供充氣柜焊接所需全套夾具。

圖六：通快三維激光加工中心TruLaser Cell7040

結語

我國城市電網(wǎng)建設和改造、軌道交通以及大型工礦企業(yè)等對開關設備提出了小型化、智能化、免維護、全工況等新的更高要求，都為充氣柜提供了大的發(fā)展空間。目前激光焊接技術大大提升了充氣柜的焊接工藝水平，減小箱體變形量，提高氣密性，減低了工人的勞動強度，是國內充氣開關柜行業(yè)進行產(chǎn)業(yè)升級，邁入國際先進制造水平的有效途徑。