高新數(shù)控切割技術(shù)在我國(guó)造船業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

1. 數(shù)控切割

年英國(guó)氧氣公司試制成功了世界上第1臺(tái)數(shù)控切割機(jī)，開創(chuàng)了數(shù)控切割的新紀(jì)元。隨后，發(fā)達(dá)國(guó)家都相繼開展了對(duì)數(shù)控切割的技術(shù)、工藝、相關(guān)配套軟件和設(shè)備的深入開發(fā)研究工作，經(jīng)過多年的不懈努力，得益于計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步的相助，已向市場(chǎng)推出了各種類型、功能齊全的系列化數(shù)控切割產(chǎn)品。如今，針對(duì)不同的工件對(duì)象，人們可分別采用數(shù)控、機(jī)器人切割等多種切割方法；為了滿足各種材質(zhì)的切割性能和精度要求，又可以選用火焰、等離子、激光等與之相適應(yīng)的切割工藝，真正達(dá)到了為用戶提供全面解決問題的方案。

我國(guó)數(shù)控切割技術(shù)開發(fā)研制是在20世紀(jì)80年代初、伴隨著微電子技術(shù)的成熟并獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上開始起步的，經(jīng)歷多個(gè)春秋的持續(xù)發(fā)展，終于取得了可喜的成就。目前國(guó)產(chǎn)數(shù)控切割產(chǎn)品的種類和規(guī)格已相當(dāng)齊全，其中部分產(chǎn)品在技術(shù)、性能、指標(biāo)和功能上均已接近或達(dá)到國(guó)際上同類產(chǎn)品的水平。

造船業(yè)是我國(guó)引入數(shù)控切割技術(shù)最早、獲益最大的行業(yè)，多年來，數(shù)控切割在國(guó)內(nèi)造船廠得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，徹底改變了以往手工和半自動(dòng)切割的低效率狀況，從根本上解決了長(zhǎng)期困擾船舶建造過程中下料切割工段的瓶頸問題，成為推動(dòng)我國(guó)造船總量快速增長(zhǎng)的助推器。在此就數(shù)控切割技術(shù)在我國(guó)造船業(yè)中的應(yīng)用情況作一個(gè)回顧，并對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)提出一些見解。

2. 數(shù)控火焰切割

2.1 起步

20世紀(jì)70年代中期，我國(guó)造船行業(yè)，針對(duì)船舶建造過程中的放樣工序，研究了船體線型的數(shù)學(xué)光順及曲面外板展開的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序，該程序系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出結(jié)果可用于數(shù)控加工，從而使船體鋼板下料切割不再需要經(jīng)過實(shí)尺放樣——制作樣板——在鋼板上畫線——用手工或半自動(dòng)切割這么多道繁瑣的工序，由此而來，應(yīng)用數(shù)控切割船用鋼板的優(yōu)越性立刻展現(xiàn)出來，它既節(jié)省了工時(shí)、放樣臺(tái)場(chǎng)地和樣板材料，又能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地提高了工效。正是在此背景下數(shù)控火焰切割機(jī)開始進(jìn)入我國(guó)船廠，用于鋼板切割下料。

2.2 數(shù)控火焰切割機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

a. 功能全，自動(dòng)化程度高；

b. 配置多個(gè)割炬工作，且有效切割時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率高；

c. 采用套料切割程序，提高了鋼板利用率，并可減小熱變形；

d. 切割信息易于準(zhǔn)備、修改和保存；

e. 加工精度高，切割質(zhì)量好；

f. 機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作方便。

數(shù)控冷彎技術(shù)的市場(chǎng)推廣要從事數(shù)控切割技術(shù)服務(wù)

2.3 船廠數(shù)控火焰切割機(jī)的特征

最為明顯的是軌距大，一般都超過6500mm，以使大尺度鋼板的切割不受限制。近年來，隨著船型的加大和船用鋼板變寬，7500mm和9000mm甚至更寬軌距的大型機(jī)器被優(yōu)先選用。另外還有：機(jī)器具有高速噴（鋅）粉劃線的功能，從而為切割后的裝配、焊接提供方便；由于存在大量的拼板焊接工作量，因此性能穩(wěn)定可靠、能勝任多種形狀坡口切割的火焰直線三割炬通常被列入船廠的訂貨單中；具有余料套料切割功能的CNC系統(tǒng)，因能簡(jiǎn)化操作、提高了鋼板利用率。

為了適應(yīng)大跨距、高速度的要求，船廠選用的數(shù)控火焰切割機(jī)，普遍采用高剛性的龍門式機(jī)架以及齒輪、齒條雙邊同步的驅(qū)動(dòng)方式。此外，用于切割船體鋼板的數(shù)控切割機(jī)還必須配備從船體線型光順、外板展開、結(jié)構(gòu)零件生成、排版套料、輸出切割指令的造船CAD/CAM。

軟件系統(tǒng)。

2.4 應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

20世紀(jì)80年代以來，因?yàn)閿?shù)控火焰切割機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)造船行業(yè)獲得了普遍應(yīng)用。至90年代中期，當(dāng)數(shù)控等離子切割機(jī)登臺(tái)亮相時(shí)，其所扮演的角色逐漸發(fā)生了轉(zhuǎn)變，但這并不意味著它將從此退出歷史的舞臺(tái)，遭到棄用或淘汰，畢竟數(shù)控火焰切割機(jī)在切割厚度超過30mm的鋼板、切割加工多種形狀的坡口和多割炬大批量切割直條鋼板時(shí)，還有許多不容忽視的優(yōu)越性。可以預(yù)見，數(shù)控火焰切割機(jī)在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，將作為數(shù)控等離子切割機(jī)等先進(jìn)設(shè)備的補(bǔ)充，在造船行業(yè)繼續(xù)發(fā)揮它應(yīng)有的作用，并在船廠的切割設(shè)備中長(zhǎng)期存在。

3. 數(shù)控等離子切割

3.1 概述

人類利用等離子弧切割金屬材料已有40多年的歷史，而將數(shù)控等離子切割應(yīng)用于中國(guó)造船業(yè)只是近多年的事，然而人們不難發(fā)現(xiàn)這是一項(xiàng)成長(zhǎng)壯大十分迅速的新技術(shù)，它給我國(guó)船廠的鋼板帶來了巨大的變革，并產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。時(shí)至今日，數(shù)控等離子切割機(jī)已經(jīng)接替數(shù)控火焰切割機(jī)，在船廠的鋼板下料中占據(jù)了主導(dǎo)地位。更有甚者，在訂造新船時(shí)，已將造船廠是否具備數(shù)控等離子切割加工手段列入了能否承接合同訂單的必要條件。

3.2 歷史回顧

我國(guó)數(shù)控等離子切割技術(shù)開發(fā)研制是在數(shù)控火焰切割技術(shù)趨于成熟并獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上開始的。20世紀(jì)80年代末、90年代初，國(guó)民經(jīng)濟(jì)駛?cè)肓税l(fā)展的快車道，鋼板和其他金屬材料的切割量急劇增大，高速度、高效率的數(shù)控等離子切割技術(shù)日益受到包括造船在內(nèi)的制造業(yè)界的重視，而當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)設(shè)備還一時(shí)無法擔(dān)此重任，許多大型骨干船廠不得已只能花巨資，率先從國(guó)外引進(jìn)數(shù)控等離子切割機(jī)，以解生產(chǎn)上的燃眉之急。大量進(jìn)口機(jī)器的接踵而至，給國(guó)內(nèi)同行以極大的鞭策，更激發(fā)了我們發(fā)憤圖強(qiáng)研制先進(jìn)設(shè)備以替代進(jìn)口設(shè)備的使命感和緊迫感。另一方面，國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)，也為我們提供了難得的學(xué)習(xí)和借鑒機(jī)會(huì)。經(jīng)歷了消化學(xué)習(xí)、潛心鉆研，并在關(guān)鍵技術(shù)上采取引進(jìn)和自主開發(fā)的措施（值得一提的是：嫁接引入了國(guó)際上先進(jìn)的等離子切割系統(tǒng)），使我國(guó)數(shù)控等離子切割技術(shù)研制水平在高起點(diǎn)上得到了質(zhì)的飛躍，因此國(guó)產(chǎn)數(shù)控等離子切割機(jī)從降生之日起就基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化程度高、功能齊全、運(yùn)行可靠、性價(jià)比高的發(fā)展目標(biāo)，并很快被我國(guó)造船行業(yè)所認(rèn)知和接受，從此成為國(guó)外進(jìn)口設(shè)備強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

3.3 等離子弧切割的特點(diǎn)和種類

3.3.1 特點(diǎn)

在高溫、強(qiáng)電場(chǎng)條件下產(chǎn)生的等離子弧，經(jīng)機(jī)械壓縮、熱壓縮和磁壓縮，使弧柱電流密集、產(chǎn)生極高的溫度和高速氣流，高溫、高速的等離子弧焰流使工件金屬熔化，并被吹離基體形成割縫。由于弧柱溫度大大超過金屬及其氧化物的熔點(diǎn)，因此，除切割碳鋼外，等離子弧還可用于切割不銹鋼、鋁、銅等金屬。

3.3.2 種類

a. 常規(guī)等離子弧切割。

b. 雙氣體等離子弧切割。

割炬分別使用等離子氣體和屏蔽氣體。屏蔽氣體的作用是使切割區(qū)域與外界形成有效隔離，以獲得較好的切割邊緣質(zhì)量。根據(jù)被切材料的特性，可以改變不同氣體的組合來達(dá)到最佳的切割效果。

c. 水射流等離子弧切割。

切割過程中，冷卻水由割炬噴嘴內(nèi)的小孔噴出射向電弧，對(duì)等離子弧再次壓縮，使其密度和溫度進(jìn)一步增高，用以提高切割速度和切割質(zhì)量。

d. 長(zhǎng)壽命氧氣等離子弧切割。

長(zhǎng)壽命氧氣等離子弧切割是一種新穎的切割碳鋼的等離子弧切割技術(shù)。最突出的優(yōu)點(diǎn)是電極壽命長(zhǎng)，與普通氧氣等離子比較，平均壽命延長(zhǎng)4~6倍，穿孔次數(shù)上升了近10倍。

e. 精細(xì)等離子弧切割。

該等離子弧電流密度極高，因此有非常狹窄挺直的等離子焰，割縫窄、切割面光潔、切口邊緣垂直、切割精度和表面質(zhì)量接近激光切割。

3.4 長(zhǎng)壽命氧氣等離子弧切割技術(shù)在造船廠的適用性及推廣應(yīng)用

1983年美國(guó)HYPERTHERM公司成功地將氧氣作為等離子氣體用于切割碳鋼，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：a. 無掛渣、切割速度范圍大、切口質(zhì)量好；b. 相同電源功率下切割速度可提高；c. 無切口表面氮化問題，切割后的工件具有良好的焊接和加工性能。

長(zhǎng)壽命氧氣等離子弧切割技術(shù)，從根本上克服了以往氧氣等離子弧切割過程中電極、噴嘴壽命短的缺點(diǎn)，使氧氣等離子弧切割在優(yōu)質(zhì)、高速的基礎(chǔ)上又大幅度地降低了成本，為那些鋼板切割需求量大的企業(yè)。

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