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資料中心 · 算力中心冷卻系統管路

算力中心冷卻管路 90° 法蘭彎頭機器人焊接

針對大口徑、厚壁、長環縫的 90° 法蘭彎頭(帶吊耳),FANUC 機器人搭配 L 型翻轉變位機,一次裝夾完成彎頭本體、法蘭與吊耳全部焊縫。

算力中心冷卻管路 90° 法蘭彎頭機器人焊接

加工任務

彎頭、法蘭、吊耳三種結構集中在同一個零件上:對接環縫周長可達數公尺,法蘭與筒體壁厚差大、易變形,吊耳角焊縫位置分散,法蘭密封面又不能沾上飛濺。人工焊接接頭多、一致性差,產能也跟不上資料中心專案的交付節奏。

系統方案

常州海寶整合 FANUC M-10iD/8L 機器人、R-30iB 控制器與弧焊軟體包、雙工位 L 型翻轉變位機、PM500 脈衝氣保焊電源與 TBI 82W 焊槍。變位機將每條焊縫送到平焊或船形位置,焊縫尋位與電弧追蹤邊焊邊修正偏差,脈衝一脈一滴工藝降低飛濺。

機器人最大運動半徑
2038mm
L 型變位機交替作業
2 工位
16mm 碳鋼平均焊速
400mm/min
單件 9700mm 焊長純焊接時間
≈24.25min

應用場景

算力中心的冷卻水, 決定算力的穩定

大型算力中心的發熱量最終都要靠冷卻水迴路帶走。從冷水機組、板式換熱器、CDU 到末端機櫃,管路系統高壓、大流量、長期連續運轉。90° 法蘭彎頭(帶吊耳)是出現頻率最高、也最考驗工藝的管件:它負責方向轉折,兩端法蘭負責密封對接,吊耳用於安裝與吊裝。

  • 冷卻水在機房與室外冷源之間連續循環,管徑大、流量高
  • 彎頭法蘭面是密封面,一次滲漏就是整段管路重工
  • 內壁焊渣、飛濺會汙染水質,堵塞過濾器與板換流道
  • 單條環縫長達數公尺,人工焊接一致性差、勞動強度高
彎頭筒體與法蘭對接環縫的機器人焊接成形,魚鱗紋均勻、無咬邊
彎頭筒體與法蘭對接環縫的機器人焊接成形,魚鱗紋均勻、無咬邊

工件與難點

這類工件,難在哪

彎頭、法蘭、吊耳:三種結構、三種焊縫形式、三種熱輸入,全部集中在同一個零件上。

大口徑長環縫

對接環縫周長可達數公尺,人工焊接需要多次接頭、多次變位,接頭品質與成形一致性難以穩定。

壁厚差與熱變形

法蘭厚度遠大於筒體壁厚,熱輸入集中易產生角變形與法蘭翹曲,直接影響密封面平面度。

吊耳分散角焊縫

吊耳分布在彎頭兩側,焊縫位置分散、方向各異,需要工件反覆翻轉才能保持平焊或船形姿態。

組對間隙與錯邊

組對間隙 ≤2mm、零件重複精度 ≤2mm,實際來料總有偏差,需要機器人自己找到焊縫。

密封面不能受損

法蘭密封面一旦沾上飛濺或刮傷,現場就要打磨甚至重工,低飛濺工藝是硬指標。

節拍與產能壓力

資料中心專案交付週期緊、批量大,純人工焊接的效率與人力供給都跟不上。

系統配置

一台機器人, 一台 L 型變位機

工作站單側上料、單側焊接,變位機與機器人協同,配套清槍剪絲裝置與安全防護系統。

FANUC M-10iD/8L

機器人本體

最大運動半徑 2038mm,中空手腕,槍纜走內線。

FANUC R-30iB(B-CAB 型櫃)

控制器

128MB Flash / 128MB DRAM,DeviceNet 與 Process I/O。

Touch Sensing / TAST

弧焊軟體包

焊縫尋位、電弧追蹤、多層多道、弧壓修正,外部軸協同運動。

L 型機器人翻轉變位機

變位機

雙工位交替作業,工件一次裝夾完成全部焊縫。

常州海寶 PM500

焊接電源

專用脈衝氣保焊電源,SFP 一脈一滴,配外置送絲機 VR11000。

德國 TBI 82W

焊槍

100% 暫載率,混合氣 400A / CO₂ 500A,約 0.46kg。

L 型變位機

把每一條焊縫, 送到合適的焊接姿態

彎頭的環縫、吊耳角焊縫與法蘭內外角焊朝向各不相同。變位機負責把每條焊縫轉到最穩定的焊接位置。

翻轉軸:把焊縫擺平

翻轉軸將整條環縫轉到水平或船形位置,熔池始終處於穩定姿態,這是魚鱗紋均勻的前提。

迴轉軸:環縫連續焊

變位機迴轉、機器人微調,焊槍相對焊縫的姿態保持不變,避免多次起弧收弧形成接頭。

雙工位:焊接與上下料並行

一號工位焊接時,操作人員在二號工位吊裝、夾緊下一件,設備不停機。

一次裝夾:全部焊縫

環縫、法蘭內外角焊與吊耳角焊縫在同一套夾具上完成,減少二次裝夾誤差與吊裝工時。

工作流程

從吊裝到復位, 八步一個循環

操作人員依作業指導書執行,在操作盒上一鍵啟動,其餘由機器人與變位機完成。

  1. 01

    工件吊裝

    吊裝定位

    天車把彎頭吊到變位機夾具上,靠定位銷與支撐面就位。

  2. 02

    夾緊工件

    氣動夾緊

    鎖緊氣缸動作,法蘭端面與筒體同時夾緊。

  3. 03

    調用程式

    程式號調用

    選擇對應工件型號的焊接程式,確認焊槍姿態與工藝參數。

  4. 04

    確認待焊件

    防錯確認

    核對工件與程式,檢查保護氣、焊絲餘量與清槍狀態。

  5. 05

    啟動焊接

    協同啟動

    變位機與機器人協同動作,進入尋位與起弧流程。

  6. 06

    尋位與打底

    Touch Sensing

    焊絲觸碰基準點補償偏差,隨後完成打底焊道。

  7. 07

    多層多道填充

    TAST 追蹤

    電弧追蹤即時修正偏差,逐層填充至蓋面。

  8. 08

    復位換工位

    循環節拍

    機器人復位並轉到二號工位,操作人員卸件、裝下一件。

焊接工藝

讓焊縫自己找位置

環縫在焊接中會因熱輸入收縮、翹曲。方案配置尋位與追蹤,讓機器人邊焊邊修正。

Touch Sensing

焊縫尋位

焊絲端部觸碰工件上的兩個基準點,判斷實際偏差並補償起弧座標,適應組對間隙與錯邊波動。

TAST

電弧追蹤

擺動焊接時即時檢測焊接電流並調整軌跡,同時補償縱向與橫向偏差,並記憶首道資訊用於多層焊。

SFP 一脈一滴

脈衝氣保焊

一個脈衝過渡一個熔滴,電弧熱量低、指向性好,飛濺明顯減少,法蘭密封面無需額外打磨。

Multi-pass

多層多道與弧壓修正

厚壁對接逐層控制熱輸入以減少角變形,弧壓感應即時修正乾伸長變化,確保層間熔合。

Clean unit

清槍剪絲與噴矽油

三項功能集中在同一位置,程式依頻率自動插入清理動作,連續八小時焊接不因噴嘴堵塞斷弧。

Safety

防碰撞與安全

高靈敏度碰撞檢測加焊槍防碰撞感測器,碰撞瞬間停機;配合安全圍欄與三色警示燈人機隔離。

現場條件

上線前需要確認的 四項現場條件

機器人焊接對水電氣與地基有明確要求,提前確認可避免安裝調試階段重工。

供電

  • AC 380V ±10%,三相
  • 50Hz ±1Hz
  • 動力電源一級接地
  • 焊機與機器人分別由配電箱引出

壓縮空氣

  • 壓力 0.5–0.7 MPa
  • 出口管徑 1 英寸
  • 露點 -40℃,顆粒 ≤0.1μm
  • 含油量 ≤0.01 mg/m³

廠房地基

  • 地基夯實,抗壓強度 >0.12 MPa
  • 混凝土地面抗壓強度 >23 MPa
  • 建議 C30 以上混凝土
  • 預留變位機與機器人地腳位置

環境

  • 運轉溫度 0–45℃
  • 溫度變化 1.1℃/min
  • 相對濕度 20%–75% RH,無結露
  • 短期(1 個月內)95% RH 以下

交付與服務

交付一條 能穩定出件的工藝

圖紙會審與工藝確認

依據總成圖與零件圖完成設計方案,雙方審圖並形成紀要,確認機器人動作範圍、電源與焊槍容量、夾具配合。

安裝調試與驗收

海寶工程師完成機器人、控制櫃與焊機的連接與動作確認,依技術協議指標驗收。

操作與編程培訓

1–2 天現場培訓,涵蓋示教編程、本體操作與日常維護,至少 3 名員工可獨立操作。

工藝參數包

提供碳鋼、不鏽鋼彎頭的焊接程式,含打底、填充、蓋面分層參數與尋位、追蹤靈敏度設定。

安全與規範

安全圍欄由海寶設計製作;機器人工作時,除操作人員外任何人不得進入圍欄及動作範圍。

包裝運輸

海寶負責包裝與運輸,到貨後配合開箱驗收與就位指導。

現場實拍

焊縫成形,現場可見

以下照片與影片來自常州海寶焊接工作站的實際加工現場。

工作站整體運轉
起弧與環縫焊接
法蘭角焊縫成形
翻轉後的內孔與端面
工作站全景:機器人與 L 型變位機
工作站全景:機器人與 L 型變位機
法蘭環縫:魚鱗紋均勻
法蘭環縫:魚鱗紋均勻
內孔焊縫:背面成形
內孔焊縫:背面成形
彎頭環縫:餘高小、過渡圓滑
彎頭環縫:餘高小、過渡圓滑
焊接進行中:變位機夾持迴轉
焊接進行中:變位機夾持迴轉
法蘭端面:螺栓孔與環縫
法蘭端面:螺栓孔與環縫
焊縫細節:熔合良好
焊縫細節:熔合良好

提供管徑、壁厚、材質、法蘭標準、吊耳位置、批量與交付週期,我們可以給出變位機選型、工位布局與單件焊接工時的初步方案。

技術參數依據 FANUC 機器人 + L 型變位機技術協議整理,實際配置以最終合約與技術協議為準;工件尺寸、焊縫形式與節拍需依具體圖紙核算。

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