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我国高新切割技术在造船业中的不断发展

信息来源:qqqggg.com  时间:2015-01-04  浏览次数:197747

    20世纪70年代中期,我国造船行业,针对船舶建造过程中的放样工序,研究了船体线型的数学光顺及曲面外板展开的计算机辅助设计程序,该程序系统产生的输出结果可用于数控加工,从而使船体钢板下料切割不再需要经过实尺放样——制作样板——在钢板上画线——用手工或半自动切割这么多道繁琐的工序,由此而来,应用数控切割船用钢板的优越性立刻展现出来,它既节省了工时、放样台场地和样板材料,又能减轻工人劳动强度,极大地提高了工效。
    正是在此背景下数控火焰切割机开始进入我国船厂,用于钢板切割下料。造船业是我国引入数控切割技术最早、获益最大的行业,20多年来,数控切割在国内造船厂得到了迅速发展和广泛应用,彻底改变了以往手工和半自动切割的低效率状况,从根本上解决了长期困扰船舶建造过程中下料切割工段的瓶颈问题,成为推动我国造船总量快速增长的助推器。
    数控火焰切割机的优点:
    a.功能全,自动化程度高;
    b.配置多个割炬工作,且有效切割时间长、生产效率高;
    c.采用套料切割程序,提高了钢板利用率,并可减小热变形;
    d.切割信息易于准备、修改和保存;
    e.加工精度高,切割质量好;
    f.机器运行稳定可靠,操作方便。
    数控冷弯技术的市场推广要从事数控切割技术服务。最为明显的是轨距大,一般都超过6500mm,以使大尺度钢板的切割不受限制。近年来,随着船型的加大和船用钢板变宽,7500mm和9000mm甚至更宽轨距的大型机器被优先选用。另外还有:机器具有高速喷(锌)粉划线的功能,从而为切割后的装配、焊接提供方便;由于存在大量的拼板焊接工作量,因此性能稳定可靠、能胜任多种形状坡口切割的火焰直线三割炬通常被列入船厂的订货单中;具有余料套料切割功能的CNC系统,因能简化操作、提高了钢板利用率。为了适应大跨距、高速度的要求,船厂选用的数控火焰切割机,普遍采用高刚性的龙门式机架以及齿轮、齿条双边同步的驱动方式。此外,用于切割船体钢板的数控切割机还必须配备从船体线型光顺、外板展开、结构零件生成、排版套料、输出切割指令的造船CAD/CAM软件系统。
    20世纪80年代以来,因为数控火焰切割机具有许多优点,在我国造船行业获得了普遍应用。至90年代中期,当数控等离子切割机登台亮相时,其所扮演的角色逐渐发生了转变,但这并不意味着它将从此退出历史的舞台,遭到弃用或淘汰,毕竟数控火焰切割机在切割厚度超过30mm的钢板、切割加工多种形状的坡口和多割炬大批量切割直条钢板时,还有许多不容忽视的优越性。可以预见,数控火焰切割机在今后相当长的时期内,将作为数控等离子切割机等先进设备的补充,在造船行业继续发挥它应有的作用,并在船厂的切割设备中长期存在。人类利用等离子弧切割金属材料已有40多年的历史,而将数控等离子切割应用于中国造船业只是近10多年的事,然而人们不难发现这是一项成长壮大十分迅速的新技术,它给我国船厂的钢板带来了巨大的变革,并产生了极其深远的影响。时至今日,数控等离子切割机已经接替数控火焰切割机,在船厂的钢板下料中占据了主导地位。更有甚者,在订造新船时,已将造船厂是否具备数控等离子切割加工手段列入了能否承接合同订单的必要条件。
    我国数控等离子切割技术开发研制是在数控火焰切割技术趋于成熟并获得广泛应用的基础上开始的。20世纪80年代末、90年代初,国民经济驶入了发展的快车道,钢板和其他金属材料的切割量急剧增大,高速度、高效率的数控等离子切割技术日益受到包括造船在内的制造业界的重视,而当时国产设备还一时无法担此重任,许多大型骨干船厂不得已只能花巨资,率先从国外引进数控等离子切割机,以解生产上的燃眉之急。大量进口机器的接踵而至,给国内同行以极大的鞭策,更激发了我们发愤图强研制先进设备以替代进口设备的使命感和紧迫感。
    另一方面,国外先进设备的引进,也为我们提供了难得的学习和借鉴机会。经历了消化学习、潜心钻研,并在关键技术上采取引进和自主开发的措施(值得一提的是:嫁接引入了国际上先进的等离子切割系统),使我国数控等离子切割技术研制水平在高起点上得到了质的飞跃,因此国产数控等离子切割机从降生之日起就基本实现了自动化程度高、功能齐全、运行可靠、性价比高的发展目标,并很快被我国造船行业所认知和接受,从此成为国外进口设备强劲的竞争对手。
    等离子弧切割的特点和种类:
    在高温、强电场条件下产生的等离子弧,经机械压缩、热压缩和磁压缩,使弧柱电流密集、产生极高的温度和高速气流,高温、高速的等离子弧焰流使工件金属熔化,并被吹离基体形成割缝。由于弧柱温度大大超过金属及其氧化物的熔点,因此,除切割碳钢外,等离子弧还可用于切割不锈钢、铝、铜等金属。割炬分别使用等离子气体和屏蔽气体。屏蔽气体的作用是使切割区域与外界形成有效隔离,以获得较好的切割边缘质量。根据被切材料的特性,可以改变不同气体的组合来达到最佳的切割效果。
    切割过程中,冷却水由割炬喷嘴内的小孔喷出射向电弧,对等离子弧再次压缩,使其密度和温度进一步增高,用以提高切割速度和切割质量。长寿命氧气等离子弧切割是一种新颖的切割碳钢的等离子弧切割技术。最突出的优点是电极寿命长,与普通氧气等离子比较,平均寿命延长4~6倍,穿孔次数上升了近10倍。该等离子弧电流密度极高,因此有非常狭窄挺直的等离子焰,割缝窄、切割面光洁、切口边缘垂直、切割精度和表面质量接近激光切割。
    a.常规等离子弧切割。
    b.双气体等离子弧切割。
    c.水射流等离子弧切割。
    d.长寿命氧气等离子弧切割。
    e.精细等离子弧切割。
    进入新世纪后,我国船舶工业迎来了前所未有的发展机遇,各骨干船厂为了应对新的挑战,又启动了数控等离子切割技术新一轮的技术改造工作,等离子自动回转坡口切割、新一代400A长寿命氧气等离子切割系统(HYPERTHERMHT4400;KOIKESUPER-400)、性能良好的新颖干式等离子抽气除尘切割平台相继投入造船生产使用,进一步促进了造船行业应用数控等离子切割技术朝着广度和深度方向发展。它们的完美演绎,对众多尚未开展此项工的中小船厂具有强烈的示范效应,这也从一个侧面预示了数控等离子切割技术在我国造船业正方兴未艾,其未来发展空间将变得更为广阔。
    激光切割所形成的割缝窄,能提高零件尺寸精度和材料利用率;割缝质量好,无挂渣、边缘垂直、表面光滑。在那些需要高精度、高效率切割薄板的领域,数控激光切割机仍然是首选设备。另外,激光切割还有能量密度高,切割热影响区小,可以对常规方法无法加工的材料和零件进行加工等诸多优点。但是数控激光切割机价格昂贵,设备投资费用大概是精细等离子的2~3倍;当用激光切割厚度超过6~8mm的钢板时,加工费用将会大于精细等离子切割,外加日常维护工作量大,因此数控激光切割的运行成本较高,这些不利因素,阻碍了其在我国造船行业的应用。
    经统计,船体结构中各种型材(包括组焊型材和轧制型材)的质量平均占到船体质量的20%左右,型材的品种有:球扁钢、角钢、扁钢、T型钢等,这些型材在成形或焊接加工前要切割各种形状的端头和中间孔,并标识记号及加工装配用的线段。由于型材的品种、规格尺寸多种多样,更有变幻无常的切割内容和要求,使得我们无法借助现有的设备和手段来自动化批量生产,因此国内船厂长期以来只能靠熟练工人利用半自动的机械设备进行人工操作,生产效率低、劳动强度大、质量难以控制,这与板材已普遍运用数控切割相比呈现了极其鲜明的反差。
    为了改变这一作业的落后状况,国内骨干造船企业(如:外高桥和江南)已引进了型材切割的关键设备——数控等离子型材切割机,它被用于切割型材形状各异的端头和中间孔,而且可以按需要在型材上打印标识和划线,构筑了型材自动切割作业的雏形,但这仅仅是开始离国际上已广泛采用的、由型材储存和提取系统、机器人型材切割系统、零件型材的分类和运出托盘等组成的型材加工生产线来看,无论在功能、加工质量上,还是生产效率上,都尚有很长的路程要走。好在此项工作已引起了我国造船界的重视,相关课题的立项研究已摆上议事日程,相信用不了多久,目前的状况将会有较大的改观。
    1958年英国氧气公司试制成功了世界上第1台数控切割机,开创了数控切割的新纪元。随后,发达国家都相继开展了对数控切割的技术、工艺、相关配套软件和设备的深入开发研究工作,经过40多年的不懈努力,得益于计算机产业不断进步的相助,已向市场推出了各种类型、功能齐全的系列化数控切割产品。如今,针对不同的工件对象,人们可分别采用数控、机器人切割等多种切割方法;为了满足各种材质的切割性能和精度要求,又可以选用火焰、等离子、激光等与之相适应的切割工艺,目前国产数控切割产品的种类和规格已相当齐全,其中部分产品在技术、性能、指标和功能上均已接近或达到国际上同类产品的水平,真正达到了为用户提供全面解决问题的方案。
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