自动化热切割技术在现代造船业中的应用

1、 本文由cauchyke奉献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 Topical Review 专题综述 自动化热切割技术 在现代造船业中的应用 上海船舶工艺研究所自动化装备研究室殷浩澍主任 众所周知，现代船舶的船体、甲板、舱室、上层建筑以及各 种管道都是由经过切割成形的板材、型材和管材装配而成的，因 此热切割是造船厂的先行工序及主要关键工艺技术之一；此外， 切割工作量巨大也是造船业的一个显著特点，这些因素促使造船 成为了一个实实在在的引入先进切割技术最早、覆盖的切割技术 面最广，并且为了紧跟全球造船开展步伐而持续进行现代化升级 改造的行业。

2、自动化热切割在我国造船业的应用历史可以追溯至 世纪 年代中期，国内骨干船厂在研究船体计算机辅助设计程序根底上， 通过引进数控切割机，实现了船体钢板的数控切割下料。 年来， 自动化热切割技术在我国造船行业得到了迅速开展和广泛应用， 彻底改变了以往手工和半自动作业的低效率状况，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。 船舶 焊 接 技 术 特 别 策 划 专 辑 一、国内造船业自动化热切割技术现状 当前全球经济的转暖，为我国造船业提供了难得的开展机遇， 国内大多数造船厂的订单已排满至 年；另外，从南、北两大 造船集团到沿江、沿海的省份都

3、在筹建新的造船基地，船舶工业 正步入了新一轮的高速增长时期。各家船厂为了腾出船位接新船， 都力求缩短造船周期，因而在投资建厂和技改时都不约而同地将 目光集中于高新技术，就切割工段而言，即尽可能地采用高效自 动化热切割技术，以保证自己在竞争中占得先机。 板材切割 经过十多年的开展壮大，高速度、高效率、高质量的数控等 离子切割技术受到了我国造船界的普遍认同，伴随着这些年我国 造船用钢板和其他金属材料切割量的急剧增大，目前数控等离子 切割机已无可争议地替代了数控火焰切割机而占据了主导地位， 热加工 年第 期 15 专题综述 Topical Review 至此，很久以来关于造船厂采用等离子或火焰切割方

4、法 孰优孰劣的讨论，也随着当今“速度和效率优先的造 船形势、以及数控等离子切割在中国船厂的广泛应用而 尘埃落定。 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，具有无挂渣、切割速度范围大、切 口 质 量 好 等 优 点； 相 同 电 源 功 率 下 切 割 速 度 可 提 高 ；无切口外表氮化问题，切割后的工件具有良好的 焊接和加工性能；它的另一个突出的优点是电极寿命 长，与普通氧气等离子相比拟，平均寿命延长 倍， 穿孔次数上升了近 倍；在我国造船厂，切割厚度 以下的钢板，采用长寿命氧气等离子切割的运行本钱比 火焰切割低，所以一直以来都受到了我国造船业的青睐， 成为了等离子切

5、割装置的首选机型，这与国际上造船业 企业的普遍做法是相吻合的。 最近两年，国内各骨干船厂又启动了数控等离子切 割技术新一轮的现代化再造，不失时机地把当今等离子 切割领域的最新理念、新技术、新工艺移植到板材切割 的生产实践中来。例如： 采用同轴辅助喷射气流技术 的 高速消耗件来替换原先使用的割炬消耗件， 能够在保存系统构成完全不变的情况下，将切割速度提 高 ，并改善切口断面质量，起到了节流增效 的作用。 选用新一代大电流 干式长寿命氧气等 离子弧切割系统，发挥其无与伦比的氧气高速度、高质 量切割碳钢的能力。当切割 钢板时，速度为 ，而切割 钢板时的速度可达 ；同时配以性能良好的环保型抽气除尘切割

6、平台，使 干式等离子切割越来越成为造船厂高效率等离子切割方 式的一种潮流，以此来满足造船厂对等离子切割高能 力、高速度和高质量的追求。 等离子自动回转坡口切割装置，通常用来切割 焊接的 形坡口或用于补偿等离子切割面所形成的倾斜 角度，坡口角度的变化范围 。 当数控等离子切割机在现今造船厂正轰轰烈烈地扮 演主角时，并不意味着数控火焰切割机将从此遭到弃用 和淘汰，毕竟数控火焰切割机在切割厚度超过 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，还有其自身许多无可替代的优越性。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

7、挥它应有的作用，并在船厂的板材切割设备中长期存在 下去。文档来自于网络搜索 型材和管材切割 船舶建造会用到大量的型材，这些型材的种类包括 扁钢、球鼻钢、角钢和 型钢；型材的加工过程主要是 切断、切割各种形状的端头、中间孔及焊接坡口，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，加上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实现自动化批量生产，因 而造成了国内造船厂在多数情况下只能靠熟练工人利用 手动或半自动的设备进行人工操作，这与板材已普遍运 用数控切割相比形成了鲜明的反差，成为了一个亟待解 决的难题。为了改变这一作业的落后状况，国内局部造 船企业开始尝

8、试从国外引进自动化型材切割设备，如； 外高桥和江南两家船厂的数控等离子型材切割机 ；沪东造船厂的机器人等离子型材切割流水线 。另有不少骨干船厂也已把此项工作摆上了议事 日程，相信用不了多久，目前的状况将会有所改观。 造船厂传统手工工艺条件下的管材切割加工，需要 经过制作样板、手工放样、划线、切割、割后修复打磨 等多道繁琐的工序，不仅劳动强度大、效率低，且切割 精度及切口外表质量也很难保证。随着我国造船业迅速 崛起，国内大、中型船厂已开始应用自动化的切割设备 来担当管材切割加工任务。数控管道相贯线切割机按照 机器控制轴的数量一般为 轴分为各种功能档次 的机型，船厂那么依据生产实际需要选用适宜的功

9、能及规 格，以满足不同的加工需求。文档来自于网络搜索 船舶 焊 接 技 术 特 别 策 划 专 辑 二、国外造船业先进自动化热切割技术 为造船专门设计的多功能大型数控平板切 割机 船厂用钢板在正式进入生产制造流程前都必须经过 预处理工序经抛丸除锈后在钢板的外表涂上锌基底 漆。船舶制造中要用到大量的平面构件，即在数控切割 下料完成的平面钢板上焊接纵向加强材 和 横向加强材 ，如果焊接前不把钢板上焊缝处的锌 基底漆去处，那么其中的锌元素将会降低焊接时的速度， 并且产生焊接气孔，最终会由于不必要的返工修补而增 16 年第 期 热加工 Topical Review 加本钱支出和影响生产进度。为此， 公

10、司推出了 专门用于切割造船平面构件钢板的多功能大型数控平板 切割机 ，这款机器的特点是轨 距非常宽，为 ，以适应如今造船大尺度的板材 加工的需求。此设备安装在平面构件的生产线上，钢板 是经滚道输送到切割工位的；除了精确的数控切割功能 外，该机还具有焊接坡口切割、等离子或喷粉划线、喷 印字码和清理钢板锌基底漆的功能见图 。其中为后 道焊接工序做准备的打磨底漆和划加强材安装线的工作 可一次完成，工效较高。被磨除底漆处的宽度为 见图 。 专题综述 进入新世纪以来，激光发生器的功率逐渐增大，激 光的光束品质不断改善，使得激光切割中、厚板材的技 术日益精良，已成为兴旺国家尤其是日本造船生产 中被采用最多

11、的激光加工技术，并从中获得了令人瞩目 的社会效益和经济效益。下面就举两个典型的例子进一 步加以阐述： 世纪末，美国 造船和修船购 买了 门架式数控激光切割机，成为了全 美第一家装备 大功率激光切割设备的造船企业。这 台激光切割机配置了 高速轴流 激光源， 最大切割厚度可达 ，有效切割加工范围 。使用了激光切割机以后，工件的加工精度 大为改观，消除了切割热变形，改善了切割面质量，这 样，既可减少切割后整修工时，又方便了装配作业，收 到了提升综合经济效益的实效。 年，他们又推出了 “ 激光增 压氧气的切割新工艺见图 ，其神奇之处在于：功 率仅为 激光系统就可用来切割 厚的钢 板，这一切割方法具备了

12、切割 厚钢板的潜能。以 切割 厚钢板为例： 能够在大约 内完 “ 成切割穿孔，连续切割速度可达 ，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 。 的成功演绎引起全世界造船界的 “ 关注，人们寄望于它能在不久的将来为造船业更经济、 更有效地应用激光切割技术开辟出一条新的途径。文档来自于网络搜索 图多功能大型数控平板切割机 法国大西洋船厂 轨距；配置打磨装置、 组坡口三割炬、 组等离子划线 船舶 焊 接 技 术 特 别 策 划 专 辑 图钢板外表清理和等离子划线作业情况 数控激光切割技术在造船业的应用 激光切割能量密度高，加工过程中输入工件的热量 小，因而热影响区和热变形小；

13、切割所形成的割缝窄，能 显著提高零件尺寸精度和材料利用率；切口光洁、边缘 垂直。激光切割产生的噪声和粉尘小，对环境的污染少。 激光切割的上述特点，使其一直以来都是高精度、高效 率切割薄板的首选工具。 图 “ 切割新工艺 年，德国 船厂投资 万欧 元，创立了船体构件制造的激光切割见图 和焊接生 产线，其中用于切割的 激光发 热加工 年第 期 17 专题综述 Topical Review 生器的功率高达 ，最大加工板材尺寸为 。应用激光切割加工的板材，尺寸精度和切 口质量直接满足了后续激光焊接的工装要求，不但节省 了机械加工和工件往返的运输本钱，而且大大简化了工 艺流程，提高了生产效率，由此该厂还

14、赢得了全球首家 在船舶生产中同时使用激光切割和激光焊接造船厂的美 誉。 供了近 套这样的生产线，其中最具说服力的例子莫过 于：韩国现代造船世界造船量排名第一先后订购了 条见图 以及安装在丹麦欧登塞船厂北欧最大的 造船厂的 条 机器人型材切割线。 机器人型材切割生产线加工的型材种类有： 扁钢、角钢、球鼻钢和 型材；可以加工型材的端头、中 间截面、切割流水孔、切割坡口，以及在型材上喷墨划 线段和作标记。其最吸引人的优点在于：结构紧凑、占 地面积小；工艺流程合理、各个加工动作间衔接精准、效 率极高，单班生产能力平均为 根型材。 技术数据如下： 整个系统控制轴数共 轴，其中包括机器人 切割单元控制轴数

15、 轴 ；另外附加机器人水平移动轴、 加工材料纵向进退运动轴和加工材料横向进出运动轴。 生产线加工方式连续切割，喷墨划线和标记 采用飞行操作。 机器人可选用的切割方法等离子切割或火焰 切割。 可加工型材情况型材长度范围 ；型材最大横截面尺寸 ；最 大可定位重量 ；型材最大壁厚 。个人收集整理 勿做商业用途 船舶 焊 接 技 术 特 别 策 划 专 辑 图德国船厂轴控制门架式激光切割机 用于船舶建造中的切割机器人 造船过程中会遇到大量诸如：曲面板材、型材、管 子等需要在 空间完成切割的加工任务，先进的机器人 切割技术为人们提供了高效率、高精度自动切割加工 工件的最正确解决方案，毫无疑问，切割机器人

16、也必将成 为造船厂 工件自动化切割生产线的主流，并且代表了 船厂未来型材和管材热切割加工继续向自动化、柔性化 纵深开展的方向。到目前为止，国外造船厂机器人切割 技术应用最普遍和最成功的范例当推“机器人型材切割 生产线 。 工业化国家为了解决造船业技术劳动力缺乏的矛盾， 早在 世纪 年代起，就已经在船厂型材切割工段普 遍使用切割机器人，以到达控制雇用技术劳动力的开支、 改变手工切割作业的落后状况、改良产品质量及提高综 合效益的目的。历经这些年来的持续滚动开发，离线编 程、网络通信、集控、交流伺服驱动、大功率等离子切 割和环保除尘等新技术被大量嫁接使用，改变了以往存 在的生产线成套性差、程序编制困

17、难、加工能力低、作 业效率差及对环境污染大的诸多缺乏，使机器人型材切 割生产线脱胎换骨，到达了一个新水平。其中荷兰的 集团为大型造船厂专门制造的 机器人型材 切割生产线颇具代表性，几年时间已经为各国造船厂提文档来自于网络搜索 图安装在韩国现代造船厂的条 机器人型材切割生产线 三、对标比拟找差距、图开展 成为世界第一造船大国以载重吨计是中国造船 未来十多年的开展战略目标；同时各主要骨干船厂也希 望通过扩建、技改等手段，力求在造船技术水平方面跻 身国际一流行列，从这样的雄心壮志中人们不难想象作 为造船重要加工工艺的自动化热切割技术的美好开展前 景。然而当这些兴奋渐渐淡去，回忆前文冷静反思一下， 并

18、且拿我们的实际状况同世界一流的造船企业进行对标 18 年第 期 热加工 Topical Review 比拟，就可以清醒地看到我们同人家究竟存在哪些差 距？我们需要通过什么样的努力才能够缩小这个差距， 到达真正的世界一流？对此，笔者结合现时的国情谈如 下几点看法。 就自动化热切割技术在造船业应用的总体情况 而言，我国骨干船厂在板材数控等离子切割下料、数控 管子切割加工的技术、工艺水平和普及应用方面根本上 已同国际水平接轨。以建造大型远洋运输船舶为主的地 方主要船厂，也都普遍用上了数控等离子切割机，其中 局部厂家还配置了数控管道切割机。剩下数量众多的地 方中小船厂，人员水平参差不齐，造船方法落后，

19、很少 使用数控大功率等离子切割机这类先进热切割设备。 除少数骨干船厂外，目前我国绝大多数造船厂 都采用人工方法来切割造船用的各类型材，在这一点上， 我们和先进的造船国家相比存在着巨大的差距。 激光切割作为光、机、电一体化的新兴技术得 到了全球造船界的重视，对标中国造船欲成为全球第一 道路上必须赶超的日本造船业，如三菱、川崎、三井、住 友及日立这些公司下属船厂和其他的许多大、中型船厂 都在好多年以前就开始使用激光切割机了，而今日我国 的造船业，激光切割机的应用几乎是一片空白，两者间 的差距之大不言而喻。 基于此，通过分析研究后就可明白个中缘由。先讲 钢板切割：第一，要扩大造船总量，造船用钢切割量

20、会 快速增长，其中又以板材的切割工作量增加最多，凡事 要抓住主要矛盾，人们的目光自然较多的集中于此；第 二，我国造船企业数控切割钢板的历史较长，无论是机 器选型或是使用都积累了一定的经验，所以驾驭把握这 一设备的后顾之忧少；第三，国产数控等离子 火焰切 割机产品的门类和规格已相当齐全，也形成了一定的 产业规模，局部产品在技术性能指标和功能上均已接 近或到达国际上同类产品的水平，因而已经被我国造 船行业所认知和接受；另外国际上著名的数控切割设 备制造商伊萨、梅塞尔、小池酸素、法利都已在中 国落地、建立了独资的工厂，其销售、生产制造和售后 效劳都已实现了外乡化，为造船厂对系列数控切割产 品和效劳的

21、需求提供了前所未有的便利和保障。把这 三方面的有利因素综合起来考虑，也就不难理解为何 在钢板的数控等离子切割方面我们得以与国际水平保持 同步开展的关键所在。文档来自于网络搜索 专题综述 对于自动化型材切割，国内船厂需求的迫切性远不 如板材自动化切割来得那样强烈。这是因为：首先是投 资大，目前进口一台数控等离子型钢切割机的价格高于 万元，而机器人型材切割生产线的费用那么要超过 万元，昂贵设备的折旧费及投资回报将对国内建 造低附加值普通船舶的绝大多数船厂构成很大的压力； 其次，同兴旺国家比，我国的主要优势在于劳动力本钱 低廉，目前阶段如果适当增加该工种人力的投入，单从 切割效率上讲手工切割操作也能够满足生