激光焊接提高柜式气体绝缘开关设备的产品制造工艺

2018-09-03 16:21:00
陆启蒙
原创
1532

目前国外企业大多采用德国通快(TRUMPF)公司的三维 激光加工中心TruLaser Cell系列配合 功率为4kW-6kW的二氧化碳 激光器来焊接充气柜。

激光焊接方式焊缝窄,热输入和热变形小,深宽比大,(如图一),有利于减小焊接变形,降低人为因素造成的焊接缺陷,适合规模化生产。但是, 激光焊接对箱体的结构形式、 不锈钢板材下料精度、焊接夹具设计有更高的要求。本文就来介绍激光焊接应用于充气开关柜制造的特点和要求。

激光焊接提高柜式气体绝缘开关设备的产品制造工艺

1. 激光切割下料;

充气柜柜体材料一般是厚度3mm或4mm的不锈钢板材。板材边缘切口光滑、无倒角、无毛刺,同时板材表面的平面度必须达到要求。为了满足这些目的,必须采用激光切割下料的方式,这是采用激光焊接充气柜的前提条件。

2.柜体侧板的拼接精度

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0.2mm左右,而且是直接焊接没有填丝,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。

一般来说,各个不锈钢侧板的搭接精度必须满足缝隙值小于0.1mm,偏差值小于板材厚度的0.15倍。如图二所示。

激光焊接提高柜式气体绝缘开关设备的产品制造工艺

图二:充气柜侧板拼接精度

为了达到以上精度,对于焊接夹具精度的要求较高,而且侧板不能采用折弯的方式,必须由单块的不锈钢板材焊接而成。

3.激光焊接加强筋

为保证充气柜箱体在抽真空和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。为了保证焊接加强筋后的侧板变形量尽量减小,采用的是激光间断焊接的方式。目前的设计来看,加强筋主要有两种形式的设计:“U”型和“几”字型。前者耗费更少钢材,降低柜体重量,从变形量的角度来说,“U”型加强筋的设计要优于“几”字型加强筋。如图所示,

激光焊接提高柜式气体绝缘开关设备的产品制造工艺

由于折弯工艺的误差,不能保证“几”字型加强筋两侧完全平行于侧板,焊接后应力释放,会导致不锈钢侧板变形,从而影响箱体拼接的精度。

目前的一个趋势是采用“U”型加强筋,激光透过箱体侧板焊接而成。采用这种焊接方式可以将不锈钢侧板变形量降到最低,同时降低夹具设计制造的难度。

激光焊接提高柜式气体绝缘开关设备的产品制造工艺

4.激光焊接充气柜箱体

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,然后再用激光缝焊保证气密性和焊接强度。

目前大多数企业采用的二氧化碳激光器平均功率为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,这是业内的一个趋势。比如 西门子工厂的三维激光机床TLC1005配置的就是功率为6kW的激光器。

为了保证焊接精度和焊缝质量,必须采用 传感器对焊缝位置进行精确定位。由于充气柜的焊接路径几乎都是直线,所以机械微触式探针即可以达到目的。

激光焊接提高柜式气体绝缘开关设备的产品制造工艺

图五:激光焊接充气柜和焊缝位置检测

5.通快三维激光加工中心TruLaser Cell7040

TruLaser Cell7040是通快公司最新的三维激光加工中心,可用于切割和焊接,为充气柜焊接提供最好的完整解决方案。TruLaser Cell7040采用全飞行光路系统,床身采用悬臂式结构,并且内部钢结构有效地避免了共振。所有导光系统具有高精度和防尘功能,确保机床加工高质量和长时间稳定性。水冷扩束系统确保机床长期稳定操作保证激光束在不同光程的 光学参数一致性。机床的开放结构设计,工件可以从三个方向进入加工区,并可根据实际要求改变工作台和交换台的位置。通快公司在全世界有超过20台三维激光加工中心用于充气柜的焊接,具有丰富的行业经验,并向用户提供充气柜焊接所需全套夹具。

图六:通快三维激光加工中心TruLaser Cell7040

结语

我国城市 电网建设和改造、轨道交通以及大型工矿企业等对开关设备提出了小型化、智能化、免维护、全工况等新的更高要求,都为充气柜提供了大的发展空间。目前 激光焊接技术大大提升了充气柜的 焊接工艺水平,减小箱体变形量,提高气密性,减低了工人的劳动强度,是国内充气开关柜行业进行产业升级,迈入国际先进制造水平的有效途径。

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