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数控激光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 11:57:11  点击:4683

 

   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6~8 mm的钢板时,加工费用将会大于精细等离子切割[3],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。

   我公司就曾经开展过“数控激光切割机在造船中应用”的预研,若干年后数控激光切割机将出现在我国造船行业。

  第一,激光用于切割已有近30个年头,其间,为了满足市场需求的增长,激光发生器的模式和功率得到了不断地改进和提高,中、厚板材的激光切割技术日见精良。  文献报道,美国、欧洲和日本的许多船舶制造厂商很早就把高输出功率的CO2激光切割技术用于造船,并取得了成功。
  第二,这些年“精度造船”的提法已是耳熟能详,要真正做到这一点,单就数控切割来看,目前国内船厂的设备显然达不到技术要求,人们关注的目光自然投向了切割精度更高的激光切割,无疑这将成为数控激光切割机进军中国造船业的原动力。
  第三,光电技术的日新月异,使激光切割的作业成本(元/kW)大为降低,加上各生产厂家为占得先机进行的激烈市场争夺,必然会促使激光切割机的价格走低,最终使其在综合经济效益方面与数控等离子切割机形成竞争而被我国造船业逐步认知和接受。文献记载,激光切割碳钢通常采用辅助氧气来加快切割速度,同时获得高质量的切割效果,但这一般只适用于切割厚度小于20 mm以下的碳钢板。
  最近另有一篇报道应该引起大家的兴趣,1年多前在美国阿拉巴马州的“Render船舶修造有限公司”。一项由激光和(增压)氧气组合的切割新工艺被用于切割50 mm厚的钢板,而切割所用的CO2激光系统的功率还不到2 kW,这一切割方法具备了切割100 mm厚钢板的潜能。这项被称为“LASOX”的工艺技术的工作原理为:激光束直接穿过割炬前端割嘴的中心孔投射在钢板上,使钢板迅速加热至点燃温度,而从割嘴喷出的高速氧气流恰好喷射在激光束的聚射范围内,将这部分钢板高温氧化燃烧,并把熔化的金属及其氧化物吹离钢板形成割缝,割炬随数控切割床身对钢板作相对移动以完成零件的切割。不同于氧—燃气切割,这里没有燃气参与预热反应,而是由激光在1~2 s内就将投射区域的温度加热至超过900℃。事实上,为了达到预期的氧化反应效率,仅要求激光束的功率能产生和维持点燃温度即可,而不必采用那些能够产生足以熔化钢板温度的、功率很大的激光源。“LASOX” 的实用成果是:在大约1 s内就可以完成38 mm厚钢板的穿孔连续切割速度可达200 mm/min,割缝宽度仅有几毫米;每切割一张钢板比火焰切割平均可以节省时间40 min,作业成本更经济;割嘴离钢板的初始距离上升到7 mm,较常规激光切割的0.5~2 mm增加了许多,减少了切割穿孔飞溅物对割嘴的损耗;切割表面质量好,热影响区小,可以获得较高的切割精度,省略许多后续加工。更让人意想不到的是,只需加装一把特制的增压割炬后,即可用常规激光装置切割38 mm厚的钢板。

   从上可知,它为如何将激光切割更经济、更有效地应用于中国造船业提供了一个成功的范例和开启一条新思路,我们应给予充分重视,跟踪关注其发展动向,并创造条件开展相关的课题研究,做一些尝试,为进一步提高船厂切割效益作出贡献。

 

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