日本造船业中的激光坡口切割

作者：Hideo Koike    来源：Industrial Laser Solutions

欢迎访问e展厅 展厅 9 焊接设备/切割机展厅 交流电焊机, 直流电焊机, 气体保护焊机, 埋弧焊机, 高频焊接机, ... 近55年的技术发展，使得造船业中的大量产品和制造工艺得以更新换代。 切割是造船行业最关键的生产技术之一，近年来激光切割技术在造船业中的应用越来越多。1954年，首次使用火焰切割机进行全氧燃烧修整板材边缘，这也成为造船业的主要切割器材。这些设备用于日本造船厂之前，已经在欧洲造船厂中使用。 1955年，自动板材打标机被开发出来。1960年，造船业开始使用电子显影落样（EMP）设备。辅助的打标过程用来标记切割线、配件线、底线和序列化的工作顺序。在欧洲市场，1/10级光学跟踪全氧燃烧切割机很受欢迎，后来被陆续出口到日本。 1960到1965年代，一家挪威公司发明了一种造船软件，使得一种CNC控制器可以改装到现有的光学追踪机上。该CNC控制器在全球范围内广泛应用，英国、德国和法国的切割机制造商也纷纷开始生产CNC切割机。当时，日本的大型造船厂也开始使用软件和数控切割机。由于采用进口机械的造船厂对机器的精确性和耐用性的要求越来越高，1966年Koike公司开发出了日本第一台数控切割机。 1970年，粉末标记——一种全氧燃烧的加工工艺，通过在切割板上喷涂融化的粉末（主要是锌）制作出切割线；这一通过机械加工制作切割线的工艺逐渐取代了冲压记号。同时带有自动旋转切割头的全氧燃烧坡口切割单元被开发出来，并被装配到数控切割机。1973年之前，用于标线的特种机械被采用，以满足造船厂和建桥者的需求。 1975年左右，东德研发出了一种空气等离子切割系统，并被几家造船厂采用。研发此项技术的目的旨在改善热变形。然而，切割边缘处氮化物的形成对亚弧焊接过程造成了影响。 世界上的首个空气等离子切割系统由Koike公司在1981年研发出来，并运用到造船过程中，其中搭载了一种全新设计的等离子体烟气收集器。这是很有必要的，因为在一个长轨系统，很难清除烟气；相反，当把烟气收集器安装到切割头运动系统中，烟气在切割点便能被清除。 第一台数控氧气等离子坡口切割机在1983年才被一些大型的造船厂采用。后来数控等离子坡口切割机成为了造船业的主流。直至1987年，市面上才有喷墨打标设备，安装在数控线打标机，配备自动旋转的打标头。这项技术被很多船厂和桥梁建设商采纳，因为它非常灵活，能从各个角度打标。 1990年桥梁建筑行业开始采用3千瓦的框架式CO2激光切割机。在造船业，采用激光切割机要追溯到1995年，由于需要切割更厚的钢板，造船业最终采用了6千瓦的CO2激光切割机。 1997年激光坡口切割机研发成功，并被意大利的一家造船厂所采用。采用等离子切割技术，切割斜边缘带平板的Y型坡口，在1997年开始在造船厂使用。Y斜面通过利用两个等离子体炬来完成，一个用于直线切割，一个用于斜面切割。造船厂一般在同一个机器上配备两到四套该设备。 5千瓦的龙门式CO2激光切割机在2002年日本国际焊接展中展出，到2006年才开始被一些造船厂采用。2005年，造船厂开始用特制的数控喷墨打标机，以便在最短的时间内在整块钢板上完成信息的印刷作业。该设备是和日本主要造船厂一起开发的。 切割在造船厂中的应用 典型的造船厂中，生产工序是从打标钢板开始的，接着是切割船身和内部结构，最后是船舶整体建造。用于标记流程的钢板印刷系统包括特种机械，用来一次性印刷整个大钢板。数控全氧燃烧切割机/等离子切割机和激光切割机，门式切割机和便携式切割机都会用于切割过程。加热炬和便携式焊接机将用于总装/焊接过程，卢格刀（用于钩吊在后面会被移走的大型结构）将用于最后精整工序。此外，还有用于角铁切割或切割孔洞的打标/切割机。 在所有运用于造船业的设备之中，CO2激光切割机享有很高的声誉，因为他们减少了劳动力，减少了焊接成本和时间，减少了切割之后的二次加工。最初，人们以为激光切割将很难用在造船业中，因为斜面切割的要求很多，也很复杂。最终，等离子切割机、制造机械、磨床在很多作业中也被采用。最近这一现象有所改观，因为开发出来了多种不同的切割程序，配有一个激光坡口切割炬和自带的编程系统。激光坡口切割能够实现高精确度、高附加值，也能减少切割后续的生产时间和成本，比如在总装和焊接中。 激光切割的优势 激光切割的缝宽度为等离子切割的1/8，零件尺寸可以允许最大+/- 1毫米的热变形。这样，激光切割部件对后续的总成装备和焊接步骤更有利，减少了接缝的调试时间和焊接的失误。在船厂，焊药铜板背衬单侧子弧焊越来越受欢迎，焊接过程中需要高度精确的Y斜切尺寸，而这很难用等离子Y斜切来完成。 所有Koike式激光切割机都在一个轨道系统中运行。因此，他们能够切割大型的钢板。该机器也用来在一个加工步骤中切割不同的钢板，而不需改变喷嘴或对焦镜头，即使钢板厚度不一，也不受影响。这一特性使得机器能长时间自动运行，包括夜间作业，也能保持稳定和安全。当机器能够自动运行，与等离子切割机相比，便减少了劳工成本。 在激光切割过程中的重要一环就是金属的质量，特别是在切割钢板中，表面情况是很重要的。当钢板覆上了黑色水垢和铁锈，将会产生不稳定的切割效果，因为用户在加工过程中要注意尽量避免类似情况的发生。近来，多采用高强度板钢板，以减少最终产品的重量；这同样也会对最终的切割效果产生影响。富锌预涂板被用在造船时，表面涂层必须小于20微米。表面涂层过厚会对切割质量产生影响。6kW功率的CO2激光切割机被用于直线切割30毫米厚的钢板，即便如此，制造商也要了解到，材料和钢板的条件会直接影响切割效果。 激光坡口切割 由于缺少有技能的操作工人和劳工成本过高等因素，造船厂对激光坡口切割的要求越来越多。造船厂会用到多种不同的斜面切割类型，比如V斜切，边缘平板宽度各不相同的Y斜面切割，CVBA（连续变化斜切角）切割，管洞切割，3毫米缝洞施工切割和排水切割。Koike公司正在努力研究各种斜切方法，以求减少生产时间和机械开动时间。也在同时开发切割软件，用以避免零件承受超出范围的压力。例如，在自动编程程序中包含了桥型切割，因为边缘带平板的Y斜面切割中需要两个切割路径。Koike公司创造出了理想的激光斜切机，配有自动的编程功能。很多船厂对此发明感到高兴，并订购了多台设备。 激光切割在造船应用的未来 据前面描述，复杂的切割形状只需按动激光切割机上的一个按钮就能自动完成，而以前，通常都需要技能熟练的操作人员来完成切割图形。结果是，造船厂能减少劳工人数，而不必担心切割形状和后续的焊接加工等。出于多轴需求的原因，激光坡口切割仍然需要在穿孔加工时产生不必要的运动，例如在角落处和定位时。未来的计划是尽量减少类似的、不必要的运动以提高生产效率。 本文作者Hideo Koike (koikeh@koike.com)来自位于美国纽约州Arcade的Koike Aronson公司(www.koike.com)。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/19/2010)