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我國高新切割技術(shù)在造船業(yè)中的不斷發(fā)展-數控等離子切割機
發(fā)布時(shí)間:2017-06-15 09:41 ??點(diǎn)擊次數:次

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正是在此背景下數控火焰切割機開(kāi)始進(jìn)入我國船廠(chǎng),用于鋼板切割下料。造船業(yè)是我國引入數控切割技術(shù)最早、獲益最大的行業(yè),20多年來(lái),數控切割在國內造船廠(chǎng)得到了迅速發(fā)展和廣泛應用,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(cháng)期困擾船舶建造過(guò)程中下料切割工段的瓶頸問(wèn)題,成為推動(dòng)我國造船總量快速增長(cháng)的助推器。
數控火焰切割機的優(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(cháng)、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.切割信息易于準備、修改和保存;
e.加工精度高,切割質(zhì)量好;
f.機器運行穩定可靠,操作方便。
數控冷彎技術(shù)的市場(chǎng)推廣要從事數控切割技術(shù)服務(wù)。最為明顯的是軌距大,一般都超過(guò)6500mm,以使大尺度鋼板的切割不受限制。近年來(lái),隨著(zhù)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器被優(yōu)先選用。另外還有:機器具有高速?lài)姡ㄤ\)粉劃線(xiàn)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,因此性能穩定可靠、能勝任多種形狀坡口切割的火焰直線(xiàn)三割炬通常被列入船廠(chǎng)的訂貨單中;具有余料套料切割功能的CNC系統,因能簡(jiǎn)化操作、提高了鋼板利用率。為了適應大跨距、高速度的要求,船廠(chǎng)選用的數控火焰切割機,普遍采用高剛性的龍門(mén)式機架以及齒輪、齒條雙邊同步的驅動(dòng)方式。此外,用于切割船體鋼板的數控切割機還必須配備從船體線(xiàn)型光順、外板展開(kāi)、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(lái),因為數控火焰切割機具有許多優(yōu)點(diǎn),在我國造船行業(yè)獲得了普遍應用。至90年代中期,當數控等離子切割機登臺亮相時(shí),其所扮演的角色逐漸發(fā)生了轉變,但這并不意味著(zhù)它將從此退出歷史的舞臺,遭到棄用或淘汰,畢竟數控火焰切割機在切割厚度超過(guò)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??梢灶A見(jiàn),數控火焰切割機在今后相當長(cháng)的時(shí)期內,將作為數控等離子切割機等先進(jìn)設備的補充,在造船行業(yè)繼續發(fā)揮它應有的作用,并在船廠(chǎng)的切割設備中長(cháng)期存在。人類(lèi)利用等離子弧切割金屬材料已有40多年的歷史,而將數控等離子切割應用于中國造船業(yè)只是近10多年的事,然而人們不難發(fā)現這是一項成長(cháng)壯大十分迅速的新技術(shù),它給我國船廠(chǎng)的鋼板帶來(lái)了巨大的變革,并產(chǎn)生了極其深遠的影響。時(shí)至今日,數控等離子切割機已經(jīng)接替數控火焰切割機,在船廠(chǎng)的鋼板下料中占據了主導地位。更有甚者,在訂造新船時(shí),已將造船廠(chǎng)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(shù)開(kāi)發(fā)研制是在數控火焰切割技術(shù)趨于成熟并獲得廣泛應用的基礎上開(kāi)始的。20世紀80年代末、90年代初,國民經(jīng)濟駛入了發(fā)展的快車(chē)道,鋼板和其他金屬材料的切割量急劇增大,高速度、高效率的數控等離子切割技術(shù)日益受到包括造船在內的制造業(yè)界的重視,而當時(shí)國產(chǎn)設備還一時(shí)無(wú)法擔此重任,許多大型骨干船廠(chǎng)不得已只能花巨資,率先從國外引進(jìn)數控等離子切割機,以解生產(chǎn)上的燃眉之急。大量進(jìn)口機器的接踵而至,給國內同行以極大的鞭策,更激發(fā)了我們發(fā)憤圖強研制先進(jìn)設備以替代進(jìn)口設備的使命感和緊迫感。
另一方面,國外先進(jìn)設備的引進(jìn),也為我們提供了難得的學(xué)習和借鑒機會(huì )。經(jīng)歷了消化學(xué)習、潛心鉆研,并在關(guān)鍵技術(shù)上采取引進(jìn)和自主開(kāi)發(fā)的措施(值得一提的是:嫁接引入了國際上先進(jìn)的等離子切割系統),使我國數控等離子切割技術(shù)研制水平在高起點(diǎn)上得到了質(zhì)的飛躍,因此國產(chǎn)數控等離子切割機從降生之日起就基本實(shí)現了自動(dòng)化程度高、功能齊全、運行可靠、性?xún)r(jià)比高的發(fā)展目標,并很快被我國造船行業(yè)所認知和接受,從此成為國外進(jìn)口設備強勁的競爭對手。
等離子弧切割的特點(diǎn)和種類(lèi):
在高溫、強電場(chǎng)條件下產(chǎn)生的等離子弧,經(jīng)機械壓縮、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(guò)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。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。根據被切材料的特性,可以改變不同氣體的組合來(lái)達到最佳的切割效果。
切割過(guò)程中,冷卻水由割炬噴嘴內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(jìn)一步增高,用以提高切割速度和切割質(zhì)量。長(cháng)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(cháng),與普通氧氣等離子比較,平均壽命延長(cháng)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(zhì)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(cháng)壽命氧氣等離子弧切割。
e.精細等離子弧切割。
進(jìn)入新世紀后,我國船舶工業(yè)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機遇,各骨干船廠(chǎng)為了應對新的挑戰,又啟動(dòng)了數控等離子切割技術(shù)新一輪的技術(shù)改造工作,等離子自動(dòng)回轉坡口切割、新一代400A長(cháng)壽命氧氣等離子切割系統(HYPERTHERMHT4400;KOIKESUPER-400)、性能良好的新穎干式等離子抽氣除塵切割平臺相繼投入造船生產(chǎn)使用,進(jìn)一步促進(jìn)了造船行業(yè)應用數控等離子切割技術(shù)朝著(zhù)廣度和深度方向發(fā)展。它們的完美演繹,對眾多尚未開(kāi)展此項工的中小船廠(chǎng)具有強烈的示范效應,這也從一個(gè)側面預示了數控等離子切割技術(shù)在我國造船業(yè)正方興未艾,其未來(lái)發(fā)展空間將變得更為廣闊。
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(zhì)量好,無(wú)掛渣、邊緣垂直、表面光滑。在那些需要高精度、高效率切割薄板的領(lǐng)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(wú)法加工的材料和零件進(jìn)行加工等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是數控激光切割機價(jià)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(guò)6~8mm的鋼板時(shí),加工費用將會(huì )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(yè)的應用。
經(jīng)統計,船體結構中各種型材(包括組焊型材和軋制型材)的質(zhì)量平均占到船體質(zhì)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,并標識記號及加工裝配用的線(xiàn)段。由于型材的品種、規格尺寸多種多樣,更有變幻無(wú)常的切割內容和要求,使得我們無(wú)法借助現有的設備和手段來(lái)自動(dòng)化批量生產(chǎn),因此國內船廠(chǎng)長(cháng)期以來(lái)只能靠熟練工人利用半自動(dòng)的機械設備進(jìn)行人工操作,生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強度大、質(zhì)量難以控制,這與板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(yè)的落后狀況,國內骨干造船企業(yè)(如:外高橋和江南)已引進(jìn)了型材切割的關(guān)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標識和劃線(xiàn),構筑了型材自動(dòng)切割作業(yè)的雛形,但這僅僅是開(kāi)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(lèi)和運出托盤(pán)等組成的型材加工生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)看,無(wú)論在功能、加工質(zhì)量上,還是生產(chǎn)效率上,都尚有很長(cháng)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(guān)課題的立項研究已擺上議事日程,相信用不了多久,目前的狀況將會(huì )有較大的改觀(guān)。
1958年英國氧氣公司試制成功了世界上第1臺數控切割機,開(kāi)創(chuàng )了數控切割的新紀元。隨后,發(fā)達國家都相繼開(kāi)展了對數控切割的技術(shù)、工藝、相關(guān)配套軟件和設備的深入開(kāi)發(fā)研究工作,經(jīng)過(guò)40多年的不懈努力,得益于計算機產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步的相助,已向市場(chǎng)推出了各種類(lèi)型、功能齊全的系列化數控切割產(chǎn)品。如今,針對不同的工件對象,人們可分別采用數控、機器人切割等多種切割方法;為了滿(mǎn)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、激光等與之相適應的切割工藝,目前國產(chǎn)數控切割產(chǎn)品的種類(lèi)和規格已相當齊全,其中部分產(chǎn)品在技術(shù)、性能、指標和功能上均已接近或達到國際上同類(lèi)產(chǎn)品的水平,真正達到了為用戶(hù)提供全面解決問(wèn)題的方案。

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