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数控等离子切割技术在我国造船行业中的应用
作者:武汉拓晟  来源:本站  发表时间:2010/9/25 11:52:27  点击:4493

   1 概述
    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机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。
   2 历史回顾
    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。

   3 长寿命氧气等离子弧切割技术在造船厂的适用性及推广应用
     1983年美国HYPERTHERM公司成功地将氧气作为等离子气体用于切割碳钢[1],其主要优点在于:
    a. 无挂渣、切割速度范围大、切口质量好;
    b. 相同电源功率下切割速度可提高30%;
    c. 无切口表面氮化问题,切割后的工件具有良好的焊接和加工性能。
   长寿命氧气等离子弧切割技术,从根本上克服了以往氧气等离子弧切割过程中电极、喷嘴寿命短的缺点,使氧气等离子弧切割在优质、高速的基础上又大幅度地降低了成本,为那些钢板切割需求量大的企业开辟了一片新天地。近10余年来,由于造船总量的增加和建造周期的缩短,钢板切割工作量急剧上升,因此国内众多骨干造船企业和地方船厂纷纷添置配备有长寿命氧气等离子切割系统的大型数控切割机,用来切割造船业用量最大的中厚钢板,效果显著,这也促使人们在机器选型时逐渐达成了共识,即长寿命氧气等离子切割机是目前造船厂最佳适用机型。长寿命氧气等离子弧切割技术近期能在我国造船行业迅速推广应用的另一个重要原因是得益于其投入使用后所带来的可观经济效益。首先,利用数控等离子切割,人们能够非常快捷和方便地完成数控火焰切割无法胜任的不锈钢、铝、铜、复合板材以及复杂零件的切割任务,其经济性优于其他机械加工方法。其次,依据现时国情,查阅、对比国内外有关文献资料,反复求证、严格计算,结果显示:以单位割缝长度(元/m)作为考核指标,在我国造船厂切割厚度25 mm以下的钢板,采用长寿命氧气等离子切割的运行成本比火焰切割低,这与实际生产第一线跟踪反馈的数据及国际上的普遍情形是吻合的。再者,一台数控等离子切割机的生产能力相当于数控火焰切割机的3~5倍,这大大节约了设备占用厂房的面积,既缩减了基建投资,又提高了造船厂十分宝贵的加工场地的利用率。还有数控等离子切割精度高、热变形小、切口不挂渣,免去了人工打磨工时,综合经济效益显著。

   4 等离子弧切割的特点和种类
     1 特点
   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。
     2 种类
      a.常规等离子弧切割。
      b.双气体等离子弧切割。
       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。
      c.水射流等离子弧切割。
       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。
      d.长寿命氧气等离子弧切割。
       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。
      e.精细等离子弧切割。
       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。
  
    5 发展前景
     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400 A长寿命氧气等离子切割系统(HYPERTHERM HT4400;KOIKE SUPER-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。

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