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我國高新切割技術在造船業中的不斷發展 文章鍊
  發布時間:2017-04-09 02:05   來源:未知   點擊: 次
20世紀70年代中期,我國造船行業,針對船舶建造過程中的放樣工序,研究了船體線型的數學光順及曲面外闆展開的計算機輔助設計程序,該程序系統産生的輸出結果可用于數控加工,從而使船體鋼闆下料切割不再需要經過實尺放樣——制作樣闆——在鋼闆上畫線——用手工或半自動切割這麼多道繁瑣的工序,由此而來,應用數控切割船用鋼闆的優越性立刻展現出來,它既節省了工時、放樣台場地和樣闆材料,又能減輕工人勞動強度,極大地提高了工效。
  
  正是在此背景下數控火焰切割機開始進入我國船廠,用于鋼闆切割下料。造船業是我國引入數控切割技術最早、獲益最大的行業,20多年來,數控切割在國内造船廠得到了迅速發展和廣泛應用,徹底改變了以往手工和半自動切割的低效率狀況,從根本上解決了長期困擾船舶建造過程中下料切割工段的瓶頸問題,成為推動我國造船總量快速增長的助推器。
  
  數控火焰切割機的優點:
  
  a.功能全,自動化程度高;
  
  b.配置多個割炬工作,且有效切割時間長、生産效率高;
  
  c.采用套料切割程序,提高了鋼闆利用率,并可減小熱變形;
  
  d.切割信息易于準備、修改和保存;
  
  e.加工精度高,切割質量好;
  
  f.機器運行穩定可靠,操作方便。
  
  數控冷彎技術的市場推廣要從事數控切割技術服務。最為明顯的是軌距大,一般都超過6500mm,以使大尺度鋼闆的切割不受限制。近年來,随着船型的加大和船用鋼闆變寬,7500mm和9000mm甚至更寬軌距的大型機器被優先選用。另外還有:機器具有高速噴(鋅)粉劃線的功能,從而為切割後的裝配、焊接提供方便;由于存在大量的拼闆焊接工作量,因此性能穩定可靠、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;具有餘料套料切割功能的CNC系統,因能簡化操作、提高了鋼闆利用率。為了适應大跨距、高速度的要求,船廠選用的數控火焰切割機,普遍采用高剛性的龍門式機架以及齒輪、齒條雙邊同步的驅動方式。此外,用于切割船體鋼闆的數控切割機還必須配備從船體線型光順、外闆展開、結構零件生成、排版套料、輸出切割指令的造船CAD/CAM軟件系統。
  
  20世紀80年代以來,因為數控火焰切割機具有許多優點,在我國造船行業獲得了普遍應用。至90年代中期,當數控等離子切割機登台亮相時,其所扮演的角色逐漸發生了轉變,但這并不意味着它将從此退出曆史的舞台,遭到棄用或淘汰,畢竟數控火焰切割機在切割厚度超過30mm的鋼闆、切割加工多種形狀的坡口和多割炬大批量切割直條鋼闆時,還有許多不容忽視的優越性。可以預見,數控火焰切割機在今後相當長的時期内,将作為數控等離子切割機等先進設備的補充,在造船行業繼續發揮它應有的作用,并在船廠的切割設備中長期存在。人類利用等離子弧切割金屬材料已有40多年的曆史,而将數控等離子切割應用于中國造船業隻是近10多年的事,然而人們不難發現這是一項成長壯大十分迅速的新技術,它給我國船廠的鋼闆帶來了巨大的變革,并産生了極其深遠的影響。時至今日,數控等離子切割機已經接替數控火焰切割機,在船廠的鋼闆下料中占據了主導地位。更有甚者,在訂造新船時,已将造船廠是否具備數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。
  
  我國數控等離子切割技術開發研制是在數控火焰切割技術趨于成熟并獲得廣泛應用的基礎上開始的。20世紀80年代末、90年代初,國民經濟駛入了發展的快車道,鋼闆和其他金屬材料的切割量急劇增大,高速度、高效率的數控等離子切割技術日益受到包括造船在内的制造業界的重視,而當時國産設備還一時無法擔此重任,許多大型骨幹船廠不得已隻能花巨資,率先從國外引進數控等離子切割機,以解生産上的燃眉之急。大量進口機器的接踵而至,給國内同行以極大的鞭策,更激發了我們發憤圖強研制先進設備以替代進口設備的使命感和緊迫感。
  
  另一方面,國外先進設備的引進,也為我們提供了難得的學習和借鑒機會。經曆了消化學習、潛心鑽研,并在關鍵技術上采取引進和自主開發的措施(值得一提的是:嫁接引入了國際上先進的等離子切割系統),使我國數控等離子切割技術研制水平在高起點上得到了質的飛躍,因此國産數控等離子切割機從降生之日起就基本實現了自動化程度高、功能齊全、運行可靠、性價比高的發展目标,并很快被我國造船行業所認知和接受,從此成為國外進口設備強勁的競争對手。
  
  等離子弧切割的特點和種類:
  
  在高溫、強電場條件下産生的等離子弧,經機械壓縮、熱壓縮和磁壓縮,使弧柱電流密集、産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,因此,除切割碳鋼外,等離子弧還可用于切割不鏽鋼、鋁、銅等金屬。割炬分别使用等離子氣體和屏蔽氣體。屏蔽氣體的作用是使切割區域與外界形成有效隔離,以獲得較好的切割邊緣質量。根據被切材料的特性,可以改變不同氣體的組合來達到最佳的切割效果。
   切割過程中,冷卻水由割炬噴嘴内的小孔噴出射向電弧,對等離子弧再次壓縮,使其密度和溫度進一步增高,用以提高切割速度和切割質量。長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。最突出的優點是電極壽命長,與普通氧氣等離子比較,平均壽命延長4~6倍,穿孔次數上升了近10倍。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、切割精度和表面質量接近激光切割。
  
  a.常規等離子弧切割。
  
  b.雙氣體等離子弧切割。
  
  c.水射流等離子弧切割。
  
  d.長壽命氧氣等離子弧切割。
  
  e.精細等離子弧切割。
  
  進入新世紀後,我國船舶工業迎來了前所未有的發展機遇,各骨幹船廠為了應對新的挑戰,又啟動了數控等離子切割技術新一輪的技術改造工作,等離子自動回轉坡口切割、新一代400A長壽命氧氣等離子切割系統(HYPERTHERMHT4400;KOIKESUPER-400)、性能良好的新穎幹式等離子抽氣除塵切割平台相繼投入造船生産使用,進一步促進了造船行業應用數控等離子切割技術朝着廣度和深度方向發展。它們的完美演繹,對衆多尚未開展此項工的中小船廠具有強烈的示範效應,這也從一個側面預示了數控等離子切割技術在我國造船業正方興未艾,其未來發展空間将變得更為廣闊。
  
  激光切割所形成的割縫窄,能提高零件尺寸精度和材料利用率;割縫質量好,無挂渣、邊緣垂直、表面光滑。在那些需要高精度、高效率切割薄闆的領域,數控激光切割機仍然是首選設備。另外,激光切割還有能量密度高,切割熱影響區小,可以對常規方法無法加工的材料和零件進行加工等諸多優點。但是數控激光切割機價格昂貴,設備投資費用大概是精細等離子的2~3倍;當用激光切割厚度超過6~8mm的鋼闆時,加工費用将會大于精細等離子切割,外加日常維護工作量大,因此數控激光切割的運行成本較高,這些不利因素,阻礙了其在我國造船行業的應用。
  
  經統計,船體結構中各種型材(包括組焊型材和軋制型材)的質量平均占到船體質量的20%左右,型材的品種有:球扁鋼、角鋼、扁鋼、T型鋼等,這些型材在成形或焊接加工前要切割各種形狀的端頭和中間孔,并标識記号及加工裝配用的線段。由于型材的品種、規格尺寸多種多樣,更有變幻無常的切割内容和要求,使得我們無法借助現有的設備和手段來自動化批量生産,因此國内船廠長期以來隻能靠熟練工人利用半自動的機械設備進行人工操作,生産效率低、勞動強度大、質量難以控制,這與闆材已普遍運用數控切割相比呈現了極其鮮明的反差。
  
  為了改變這一作業的落後狀況,國内骨幹造船企業(如:外高橋和江南)已引進了型材切割的關鍵設備——數控等離子型材切割機,它被用于切割型材形狀各異的端頭和中間孔,而且可以按需要在型材上打印标識和劃線,構築了型材自動切割作業的雛形,但這僅僅是開始離國際上已廣泛采用的、由型材儲存和提取系統、機器人型材切割系統、零件型材的分類和運出托盤等組成的型材加工生産線來看,無論在功能、加工質量上,還是生産效率上,都尚有很長的路程要走。好在此項工作已引起了我國造船界的重視,相關課題的立項研究已擺上議事日程,相信用不了多久,目前的狀況将會有較大的改觀。
  
  1958年英國氧氣公司試制成功了世界上第1台數控切割機,開創了數控切割的新紀元。随後,發達國家都相繼開展了對數控切割的技術、工藝、相關配套軟件和設備的深入開發研究工作,經過40多年的不懈努力,得益于計算機産業不斷進步的相助,已向市場推出了各種類型、功能齊全的系列化數控切割産品。如今,針對不同的工件對象,人們可分别采用數控、機器人切割等多種切割方法;為了滿足各種材質的切割性能和精度要求,又可以選用火焰、等離子、激光等與之相适應的切割工藝,目前國産數控切割産品的種類和規格已相當齊全,其中部分産品在技術、性能、指标和功能上均已接近或達到國際上同類産品的水平,真正達到了為用戶提供全面解決問題的方案。