柜式氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（Cubicle Gas Insulated Switchgear，簡稱C-GIS，我國俗稱充氣柜），是近十幾年來國外新發(fā)展起來的高新技術(shù)系列產(chǎn)品，逐漸成為金屬封閉開關(guān)設(shè)備的一個(gè)重要品種。C-GIS充氣柜是將所有高壓元件封閉在充有較低壓力SF6氣體（或其他氣體）的不銹鋼殼體內(nèi)的中壓成套設(shè)備。其突出特點(diǎn)是安全、可靠性高，免維護(hù)、尺寸小，可用在惡劣環(huán)境和對(duì)空間要求苛刻的場所。

C-GIS屬于高科技產(chǎn)品，往往要求現(xiàn)代化的加工設(shè)備、加工工藝和焊接工藝等，制造工藝是影響C-GIS產(chǎn)品的質(zhì)量與水平的最重要的方面，國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品的差距也主要體現(xiàn)在工藝上。其中，C-GIS產(chǎn)品箱體的焊接是影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵工序，焊接既要保證箱體的強(qiáng)度和精度，又要保證氣密性。國內(nèi)一般采用的是氬弧焊或氣體保護(hù)焊，熱量輸入大，焊接速度慢，由于不銹鋼板傳熱很快，總存在焊接變形。焊接變形的存在裝配調(diào)試產(chǎn)生不利的影響，焊接的氣密性也得不到有效保證。

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(laser oem)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(duì)箱體的結(jié)構(gòu)形式、不銹鋼板材下料精度、焊接夾具設(shè)計(jì)有更高的要求。本文就來介紹激光焊接應(yīng)用于充氣開關(guān)柜制造的特點(diǎn)和要求。

 

圖一：激光焊接橫截面

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(shí)板材表面的平面度必須達(dá)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(cè)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(qiáng)度最大，但是對(duì)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(diǎn)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(huì)產(chǎn)生焊接缺陷導(dǎo)致氣密性差。

一般來說，各個(gè)不銹鋼側(cè)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(cè)板拼接精度

為了達(dá)到以上精度，對(duì)于焊接夾具精度的要求較高，而且側(cè)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(qiáng)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(nèi)部必須放置加強(qiáng)筋增加箱體強(qiáng)度。為了保證焊接加強(qiáng)筋后的側(cè)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(shè)計(jì)來看，加強(qiáng)筋主要有兩種形式的設(shè)計(jì)：“#p#分頁標(biāo)題#e#U”型和“幾”字型。前者耗費(fèi)更少鋼材，降低柜體重量，從變形量的角度來說，“U”型加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)要優(yōu)于“幾”字型加強(qiáng)筋。如圖所示，

 

圖三：加強(qiáng)筋焊接導(dǎo)致箱體變形

由于折彎工藝的誤差，不能保證“幾”字型加強(qiáng)筋兩側(cè)完全平行于側(cè)板，焊接后應(yīng)力釋放，會(huì)導(dǎo)致不銹鋼側(cè)板變形，從而影響箱體拼接的精度。

目前的一個(gè)趨勢是采用“U”型加強(qiáng)筋，激光透過箱體側(cè)板焊接而成。采用這種焊接方式可以將不銹鋼側(cè)板變形量降到最低，同時(shí)降低夾具設(shè)計(jì)制造的難度。

 

圖四：激光焊接加強(qiáng)筋

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(diǎn)焊的方式把各個(gè)不銹鋼側(cè)板拼接起來，然后再用激光縫焊保證氣密性和焊接強(qiáng)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(dá)到更大的焊深和更快的焊接速度，這是業(yè)內(nèi)的一個(gè)趨勢。比如西門子工廠的三維激光機(jī)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(zhì)量，必須采用傳感器對(duì)焊縫位置進(jìn)行精確定位。由于充氣柜的焊接路徑幾乎都是直線，所以機(jī)械微觸式探針即可以達(dá)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(laser oem)中心TruLaser Cell7040

TruLaser Cell7040是通快公司最新的三維激光加工(laser oem)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(jié)構(gòu)，并且內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)有效地避免了共振。所有導(dǎo)光系統(tǒng)具有高精度和防塵功能，確保機(jī)床加工高質(zhì)量和長時(shí)間穩(wěn)定性。水冷擴(kuò)束系統(tǒng)確保機(jī)床長期穩(wěn)定操作保證激光束在不同光程的光學(xué)參數(shù)一致性。機(jī)床的開放結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工件可以從三個(gè)方向進(jìn)入加工區(qū)，并可根據(jù)實(shí)際要求改變工作臺(tái)和交換臺(tái)的位置。通快公司在全世界有超過20臺(tái)三維激光加工(laser oem)中心用于充氣柜的焊接，具有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，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(laser oem)中心TruLaser Cell7040

結(jié)語#p#分頁標(biāo)題#e#

我國城市電網(wǎng)建設(shè)和改造、軌道交通以及大型工礦企業(yè)等對(duì)開關(guān)設(shè)備提出了小型化、智能化、免維護(hù)、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(shù)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(dòng)強(qiáng)度，是國內(nèi)充氣開關(guān)柜行業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，邁入國際先進(jìn)制造水平的有效途徑。（編輯：韓雙露）