環(huán)網(wǎng)柜激光焊接實(shí)際上是精密鈑金制造，環(huán)網(wǎng)柜焊接的問題實(shí)際上是精密鈑金的問題，理解了這一點(diǎn)，就可以從鈑金工藝、焊接設(shè)備兩個(gè)切入點(diǎn)去解決問題。

六氟化硫（以下簡(jiǎn)稱“SF6”）環(huán)網(wǎng)柜以其優(yōu)異的電氣性能得到廣泛應(yīng)用，但因其顯著的環(huán)境影響，正面臨越來越嚴(yán)格的限制。環(huán)保氣體柜則是針對(duì)這些環(huán)保挑戰(zhàn)的一種應(yīng)對(duì)方案，盡管目前技術(shù)尚在不斷完善，但其低環(huán)境影響、高安全性和符合未來法規(guī)趨勢(shì)的特點(diǎn)，使其成為環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展的重要方向。

不管是SF6環(huán)網(wǎng)柜，還是最新的環(huán)保氣體柜，都需要通過可靠的焊接技術(shù)來保證柜體在各種嚴(yán)苛工況下的密封性。目前主要有兩種焊接技術(shù)：氣保焊和激光焊。相對(duì)氣保焊，激光焊接的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)都很明顯。相對(duì)于傳統(tǒng)的氣保焊技術(shù)，激光焊的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：焊接效率高，焊接強(qiáng)度高（穿透性更好）。

當(dāng)然通快也關(guān)注到，自動(dòng)化激光焊接設(shè)備在環(huán)網(wǎng)柜生產(chǎn)中能否良好應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)問題，是對(duì)精密鈑金的苛刻考驗(yàn)，這個(gè)問題主要包括幾個(gè)方面：

1 激光焊接對(duì)柜體的拼縫間隙要求更高（0.1mm最佳）；

2 激光焊接工藝穩(wěn)定性波動(dòng)（熔深、飛濺、拐角過燒）；

3 焊縫位置檢測(cè)（焊縫跟蹤）的有效性邊界

4 設(shè)備的操作難度（產(chǎn)品換型需要更多的編程示教時(shí)間）；

5 工裝是否具有柔性（多品種小批量的生產(chǎn)模式需要）。

想要解決這些問題，就需要首先對(duì)問題有正確理解，沒有正確的理解就沒有準(zhǔn)確的控制措施，采用激光焊接設(shè)備就很難體現(xiàn)出效率和品質(zhì)的優(yōu)越性。

在環(huán)網(wǎng)柜生產(chǎn)領(lǐng)域，通快為激光切割和焊接應(yīng)用提供設(shè)備、夾具和應(yīng)用技術(shù)。從多種焊接設(shè)備（TruLaser Cell 7000系列五軸機(jī)床/TruLaser Weld 5000智能激光焊接系統(tǒng)，以下簡(jiǎn)稱TLW5000），再到不同的柜體組裝方式（折彎件組裝/平板拼裝），通快向全球客戶提供全面且靈活的激光焊接環(huán)網(wǎng)柜解決方案。

激光焊接對(duì)柜體的拼縫間隙要求更高（0.1mm最佳）

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，然后再用激光焊保證氣密性和焊接強(qiáng)度。

板材之間的搭接方式推薦采用外角“I”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。需要注意的是要盡量保證焊縫間隙在0.1mm內(nèi)，這是因?yàn)榧す夤獍咧睆皆诮裹c(diǎn)處大約為0.4mm，且是自熔焊沒有焊絲，如果板材之間的縫隙太大則會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷導(dǎo)致強(qiáng)度不足和漏氣風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示。

圖1 當(dāng)拼縫間隙達(dá)到0.5mm時(shí)，焊縫會(huì)有輕微塌陷并向內(nèi)收縮（功率：3800w，速度：3m/min, 設(shè)備：TLW5000）

激光焊接工藝穩(wěn)定性波動(dòng)（熔深、飛濺、拐角過燒）

目前，采用激光焊接工藝加工環(huán)網(wǎng)柜最大問題在于品質(zhì)的穩(wěn)定性。當(dāng)穩(wěn)定性發(fā)生問題時(shí)，客戶的第一訴求是集成焊縫跟蹤或者焊縫檢測(cè)功能——這是一個(gè)值得探討的問題——焊縫跟蹤或者焊縫位置檢測(cè)是解決激光焊接工藝穩(wěn)定性的必要選項(xiàng)，但非充分選項(xiàng)。如上文所述，環(huán)網(wǎng)柜激光焊接工藝穩(wěn)定性是一個(gè)精密鈑金生產(chǎn)的系統(tǒng)問題。在這其中，焊接設(shè)備能否保證精確穩(wěn)定的示教定位是關(guān)鍵之一。

一些集成設(shè)備采用簡(jiǎn)易的線光尋焦，并且通過調(diào)節(jié)機(jī)器臂來調(diào)整離焦量，粗糙的解決方案帶來了粗糙的焊接質(zhì)量——飛濺、氣孔、裂紋，拐角過燒等焊接缺陷（圖2）極大地影響了良品率，并且增加了額外的補(bǔ)焊工時(shí)。

圖2 焊接缺陷

采用TLW5000智能焊接系統(tǒng)（圖3）可以顯著提升環(huán)網(wǎng)柜焊接工藝穩(wěn)定性。這主要得益于系統(tǒng)內(nèi)置了一整套先進(jìn)的功能模塊，如焊接頭上搭載的視覺輔助對(duì)焦系統(tǒng)、電動(dòng)調(diào)焦模塊、BrightLine Scan亮面掃面焊接模塊等等，以及系統(tǒng)內(nèi)建了焊接參數(shù)庫，生產(chǎn)計(jì)劃管理功能等。

圖3 TLW5000智能焊接系統(tǒng)

為了追求極致的精準(zhǔn)和穩(wěn)定，TLW5000放棄了通過調(diào)節(jié)機(jī)械手臂來調(diào)整焦點(diǎn)位置的傳統(tǒng)做法，取而代之的是在焊接頭內(nèi)集成了高精馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)調(diào)焦鏡片，最小調(diào)焦單位精確到了0.1mm，配合視覺輔助對(duì)焦系統(tǒng)快速精準(zhǔn)完成焦點(diǎn)定位，這從根本上保證了穩(wěn)定的良品率，極大的減少了編程時(shí)間，降低了焊接過程中產(chǎn)生飛濺和裂紋的可能性，如圖4所示。

圖4  使用TLW5000生產(chǎn)的氣箱飛濺少，熔深穩(wěn)定，拐角不過燒（無需補(bǔ)焊）

焊縫位置檢測(cè)（焊縫跟蹤）的有效性邊界

焊縫位置檢測(cè)（焊縫跟蹤）的有效性邊界僅限于環(huán)網(wǎng)柜箱體的定位偏差。對(duì)這個(gè)問題的準(zhǔn)確理解，能讓我們?cè)谏�產(chǎn)中更高效地找到原因和解決措施。大量案例證明，焊縫位置檢測(cè)（焊縫跟蹤）功能并不能解決激光焊接工藝穩(wěn)定性問題。我們可以明確的是環(huán)網(wǎng)柜密封箱體的生產(chǎn)場(chǎng)景屬于精密鈑金范疇，通快的經(jīng)驗(yàn)是：焊縫位置檢測(cè)（焊縫跟蹤）功能的有效性邊界在精密鈑金生產(chǎn)中僅限于解決定位偏差。

在焊前——切割、折彎、點(diǎn)拼的每一個(gè)鈑金加工環(huán)節(jié)，和焊中的熱輸入——所累積的鈑金變形（熱變形和鈑金加工物理變形）都可能導(dǎo)致焊縫扭曲和焊縫間隙波動(dòng)——而這些問題是很難用焊縫位置檢測(cè)（焊縫跟蹤）解決的。

圖5 環(huán)網(wǎng)柜焊接工藝穩(wěn)定性波動(dòng)成因分類和解決措施

為了彌補(bǔ)定位誤差，通常會(huì)采用傳感器對(duì)產(chǎn)品位置進(jìn)行檢測(cè)和再定位。常見的焊縫檢測(cè)方式有在線跟蹤和離線檢測(cè)兩種。在焊縫檢測(cè)的技術(shù)路線上，通快的TLC三維五軸機(jī)床和TLW5000設(shè)備都采用了離線檢測(cè)的方式。相對(duì)于在線跟蹤，離線檢測(cè)不受焊接過程的高強(qiáng)度弧光影響，檢測(cè)穩(wěn)定性更好，并且不會(huì)在焊接過程中增加算力負(fù)載，焊接速度更快。不同的是實(shí)現(xiàn)離線檢測(cè)的物理手段。TLC三維五軸機(jī)床采用了探針測(cè)量，而TLW5000采用TeachLine視覺測(cè)量系統(tǒng)。

TeachLine視覺測(cè)量系統(tǒng)是TLW5000設(shè)備上的專利功能，搭載該功能可以簡(jiǎn)單快速的設(shè)置焊縫檢測(cè)程序，結(jié)合TruTops Weld 離線編程軟件（TLW500專利功能），甚至可以在離線編程時(shí)就實(shí)現(xiàn)焊縫檢測(cè)程序設(shè)置。

圖6 TeachLine離線檢測(cè)功能設(shè)置步驟

設(shè)備的操作難度（產(chǎn)品換型需要更多的編程示教時(shí)間）

有激光焊接設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)的用戶一定有類似體會(huì)：生產(chǎn)中最怕的就是換型，一個(gè)新箱型一次編程和示教的時(shí)間需要幾個(gè)小時(shí)到一天的時(shí)間，加上參數(shù)的調(diào)試和反復(fù)的示教，新箱型投產(chǎn)往往需要兩天以上才能勉強(qiáng)保證工藝穩(wěn)定。

這很好理解，激光焊接設(shè)備就像一個(gè)功能復(fù)雜的玩具，每一個(gè)功能的熟練掌握都需要技術(shù)專家持續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)支持。而使用TLW5000就不需要擔(dān)心這些問題，因?yàn)門LW5000本身就是專家，內(nèi)置的多項(xiàng)功能（TeachLine、視覺輔助對(duì)焦、電動(dòng)調(diào)焦、BrighLine Scan等）已經(jīng)深度集成入通快專利的Touchpoint HMI界面，普通工人只需5天標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)即可掌握操作，投產(chǎn)一個(gè)新箱型只需要兩小時(shí)。

如果想要進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作，通快還針對(duì)TLW5000系統(tǒng)開發(fā)了專用的離線編程軟件TruTops Weld，可以在電腦上直接生成焊接程序（注意是焊接程序，不只是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡），導(dǎo)入TLW5000后，人工示教或者通過TeachLine進(jìn)行位置糾偏，即可快速投入生產(chǎn)。

圖7  TruTops Weld離線編程軟件設(shè)置步驟

簡(jiǎn)而言之，TLW5000是一套持續(xù)開發(fā)了超過20年的智能激光焊接系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的特點(diǎn)是：能夠?qū)嵤╈`活柔性且高質(zhì)量的鈑金生產(chǎn)。

工裝是否具有柔性（多品種小批量的生產(chǎn)模式需要）

柔性工裝的基礎(chǔ)建立在變位機(jī)上。在環(huán)網(wǎng)柜激光焊接應(yīng)用中，有兩種形式的變位機(jī)（圖8）：頭尾架式垂直翻轉(zhuǎn)變位機(jī)和水平旋轉(zhuǎn)變位機(jī)。

圖8 兩種形式的變位機(jī)

相對(duì)于頭尾架式變位機(jī)，水平旋轉(zhuǎn)變位機(jī)可以更方便的兼容環(huán)網(wǎng)柜和充氣柜多種產(chǎn)品；也可以集成多種上料形式如手推車、傳送軌道、吊裝等。此外也是最重要的，水平旋轉(zhuǎn)變位機(jī)既可以兼容通快設(shè)計(jì)的專用柔性工裝，也可以兼容通用工裝。

通快設(shè)計(jì)的專用柔性工裝是一套可以適應(yīng)多種產(chǎn)品規(guī)格的靈活方案，工裝以產(chǎn)品底座的形式與產(chǎn)品連接并跟隨產(chǎn)品一起流轉(zhuǎn)。這樣的好處是工裝的成本低，可復(fù)制性強(qiáng)。

圖9 通快柔性工裝底座

以某客戶案例為例，針對(duì)環(huán)網(wǎng)柜和充氣柜兩大類產(chǎn)品，通快提供了兩套合計(jì)四件柔性工裝底座，可以兼容約10種尺寸規(guī)格。

圖10 柔性工裝底座

環(huán)網(wǎng)柜激光焊接的核心是精密鈑金制造，通快提供從設(shè)備到工藝的完整解決方案。

文／通快（中國）有限公司  朱磊  焊接技術(shù)產(chǎn)品經(jīng)理 

文章來源：通快

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