充气柜加工利器 | 通快激光焊接机器人：TruLaser Robot 5020

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系列五轴机床/Trulaser Robot机器人系统），到可选的自动化方案（激光全自动焊/TIG+激光半自动焊），再到不同的组装方式（折弯件组装/平板拼装），通快向全球客户提供了全面且灵活的激光焊接充气柜解决方案。

5020设备在迪拜充气柜客户现场

通快Trulaser Robot5020机器人焊接系统（以下简称5020）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，5020设备以良好的性价比和极佳的灵活性为充气柜激光加工提供了新的可能。

采用5020设备加工充气柜流程

1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。

2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：

3TIG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采用“L”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，但是对于不锈钢钢板之间的拼接精度要求最高。由于激光光斑直径在焦点处大约为0.4mm左右，而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。

4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，焊接速度为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 Cell1005配置的就是功率为6kW的激光器。

5020设备的优势
 

1精确的重复定位

为了弥补加工误差，通常会采用传感器对焊缝位置进行精确定位。探针测量和视觉测量是两种常见的方式。相对于视觉测量，通快在焊接机床设备上采用的探针测量不受光照影响，稳定性好。

尽管如此，传感定位系统都会在一定程度上拉长加工节拍，降低效率。而配置了自动交换台的5020系统，一方面可以实现加工与上下料同时进行的高效生产模式，一方面因为极佳的重复定位精度和稳定性而免去了传感寻位时间。
 

2万向气体喷嘴

在激光焊接中，良好的喷嘴设计可以在防止氧化、抑制等离子体增加熔深，减少飞溅的同时加速冷却。

红色箭头代表侧吹喷嘴无法覆盖的位置

国内集成商大多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。

对此，通快设计了独到的万向气体喷嘴，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，减少干涉。

3极佳的工艺一致性

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。

而国内充气柜激光焊接设备大多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，5020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自动调焦镜片，最小调焦单位精确到了0.01mm，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。

4激光焊接中的通快“know how”

激光焊接技术在钣金行业的成功运用，不止得益于功能强大的5020设备，也得益于通快完善的激光焊接设计理论体系。

凝聚了通快在钣金行业数十年经验的钣金设计和工装设计课程，能够促进激光焊接技术从单品打样到生产盈利的有效过渡。

充气柜自动装夹工装（无需人工点焊）

精巧的钣金工装，效率的数倍提升

5020，钣金加工的艺术家

激光是一头野兽，原始狂野又激情四射。但释放激光只是焊接加工的开始，我们常常惊羡于它在被刻意展示时的完美形貌，却忽视了只有恰当的控制才能让激光从野兽进化成可控的工具。

正因为如此，5020设备的魅力的才不止于产生极具美感的焊缝形貌，更在于远超常规的稳定及如同复刻般精准的工艺一致性。