文/朱磊·通快（中國(guó)）有限公司
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(wèn)題實(shí)際上是精密鈑金的問(wèn)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(wèn)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(lái)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(lái)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(guò)可靠的焊接技術(shù)來(lái)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(wèn)題，是對(duì)精密鈑金的苛刻考驗(yàn)，這個(gè)問(wèn)題主要包括幾個(gè)方面：
⑴激光焊接對(duì)柜體的拼縫間隙要求更高（0.1mm 最佳）；⑵激光焊接工藝穩(wěn)定性波動(dòng)（熔深、飛濺、拐角過(guò)燒）；⑶焊縫位置檢測(cè)（焊縫跟蹤）的有效性邊界；
⑷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）；⑸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(wèn)題，就需要首先對(duì)問(wèn)題有正確理解，沒(méi)有正確的理解就沒(méi)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(lái)，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(méi)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(guò)燒）
目前，采用激光焊接工藝加工環(huán)網(wǎng)柜最大問(wèn)題在于品質(zhì)的穩(wěn)定性。當(dāng)穩(wěn)定性發(fā)生問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(guò)調(diào)節(jié)機(jī)器臂來(lái)調(diào)整離焦量，粗糙的解決方案帶來(lái)了粗糙的焊接質(zhì)量——飛濺、氣孔、裂紋、拐角過(guò)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(kù)，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(guò)調(diào)節(jié)機(jī)械手臂來(lái)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，極大地減少了編程時(shí)間，降低了焊接過(guò)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(guò)燒（無(wú)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(wèn)題的準(zhǔn)確理解，能讓我們?cè)谏a(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(wèn)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)以及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(wèn)題是很難用焊縫位置檢測(cè)（焊縫跟蹤）完美解決的。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如圖5 所示。
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(guò)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(guò)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)單快速地設(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）。
圖6 TeachLine 離線檢測(cè)功能設(shè)置步驟
咨詢電話：13522079385
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(wèn)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2 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(guò)TeachLine 進(jìn)行位置糾偏，即可快速投入生產(chǎn)（圖7）。
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(guò)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)可以更方便地兼容環(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)。柔性工裝底座實(shí)物圖見圖9，設(shè)計(jì)圖見圖10。
圖9 柔性工裝底座實(shí)物圖
圖10 柔性工裝底座設(shè)計(jì)圖
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。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。
