柜式氣體絕緣開關設備（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展起來的高新技術系列產品，逐漸成為金屬封閉開關設備的一個重要品種。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）的不銹鋼殼體內的中壓成套設備。其突出特點是安全、可靠性高，免維護、尺寸小，可用在惡劣環境和對空間要求苛刻的場所。
C-GIS屬于高科技產品，往往要求現代化的加工設備、加工工藝和焊接工藝等，制造工藝是影響C-GIS產品的質量與水平的最重要的方面，國內產品與國 外產品的差距也主要體現在工藝上。其中，C-GIS產品箱體的焊接是影響產品質量和生產效率的關鍵工序，焊接既要保證箱體的強度和精度，又要保證氣密性。 國內一般采用的是氬弧焊或氣體保護焊，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試產生不利的影響，焊接的氣 密性也得不到有效保證。
目前國外企業大多采用德國通快（TRUMPF）公司的三維激光加工中心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，適合規模化生產。但是，激光焊接對箱體的結構形式、不銹鋼板材下料精度、焊接夾具設計有更高的要求。本文就來介紹激光焊接應用于充氣開關柜制造的特點和要求。
圖一 激光焊接充氣開關柜
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，同時板材表面的平面度必須達到要求。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，焊接強度最大，但是對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，則會產生焊接缺陷導致氣密性差。
一般來說，各個不銹鋼側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。
為了達到以上精度，對于焊接夾具精度的要求較高，而且側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，板材內部必須放置加強 筋增加箱體強度。為了保證焊接加強筋后的側板變形量盡量減小，采用的是激光間斷焊接的方式。目前的設計來看，加強筋主要有兩種形式的設計：“U”型和 “幾”字型。前者耗費更少鋼材，降低柜體重量，從變形量的角度來說，“U”型加強筋的設計要優于“幾”字型加強筋。如圖所示，由于折彎工藝的誤差，不能保 證“幾”字型加強筋兩側完全平行于側板，焊接后應力釋放，會導致不銹鋼側板變形，從而影響箱體拼接的精度。
目前的一個趨勢是采用“U”型加強筋，激光透過箱體側板焊接而成。采用這種焊接方式可以將不銹鋼側板變形量降到最低，同時降低夾具設計制造的難度。
4．激光焊接充氣柜箱體
充氣柜箱體在激光焊接之前，必須用氬弧點焊的方式把各個不銹鋼側板拼接起來，然后再用激光縫焊保證氣密性和焊接強度。
目前大多數企業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，能夠達到更大的焊深和更快的焊接速度，這是業內的一個趨勢。比如西門子工廠的三維激光機床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量，必須采用傳感器對焊縫位置進行精確定位。由于充氣柜的焊接路徑幾乎都是直線，所以機械微觸式探針即可以達到目的。
5．通快三維激光加工中心TruLaser Cell7040
通快公司的三維激光加工中心TruLaser Cell7040，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，床身采用懸臂式結構，并且內部鋼結構有效地避免了共振。所有導光系統具有高精度和防塵功能，確保機床加工高質量和長 時間穩定性。水冷擴束系統確保機床長期穩定操作保證激光束在不同光程的光學參數一致性。機床的開放結構設計，工件可以從三個方向進入加工區，并可根據實際要求改變工作臺和交換臺的位置。通快公司在全世界有超過20臺三維激光加工中心用于充氣柜的焊接，具有豐富的行業經驗，并向用戶提供充氣柜焊接所需全套夾具。
結語
我國城市電網建設和 改造、軌道交通以及大型工礦企業等對開關設備提出了小型化、智能化、免維護、全工況等新的更高要求，都為充氣柜提供了大的發展空間。目前激光焊接技術大大 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，減低了工人的勞動強度，是國內充氣開關柜行業進行產業升級，邁入國際先進制造水平的有效途徑。
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