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        數控等離子切割技術在我國造船行業中的應用
        作者:武漢拓晟  來源:本站  發表時間:2010/9/25 11:52:27  點擊:4850

           1 概述
            人類利用等離子弧切割金屬材料已有40多年的歷史,而將數控等離子切割機應用于中國造船業只是近10多年的事,然而人們不難發現這是一項成長壯大十分迅速的新技術,它給我國船廠的鋼板帶來了巨大的變革,并產生了極其深遠的影響。時至今日,數控等離子切割機已經接替數控火焰切割機,在船廠的鋼板下料中占據了主導地位。更有甚者,在訂造新船時,已將造船廠是否具備數控等離子切割加工手段列入了能否承接合同訂單的必要條件。
           2 歷史回顧
            我國數控等離子切割技術開發研制是在數控火焰切割技術趨于成熟并獲得廣泛應用的基礎上開始的。20世紀80年代末、90年代初,國民經濟駛入了發展的快車道,鋼板和其他金屬材料的切割量急劇增大,高速度、高效率的數控等離子切割技術日益受到包括造船在內的制造業界的重視,而當時國產設備還一時無法擔此重任,許多大型骨干船廠不得已只能花巨資,率先從國外引進數控等離子切割機,以解生產上的燃眉之急。大量進口機器的接踵而至,給國內同行以極大的鞭策,更激發了我們發憤圖強研制先進設備以替代進口設備的使命感和緊迫感。另一方面,國外先進設備的引進,也為我們提供了難得的學習和借鑒機會。經歷了消化學習、潛心鉆研,并在關鍵技術上采取引進和自主開發的措施(值得一提的是:嫁接引入了國際上先進的等離子切割系統),使我國數控等離子切割技術研制水平在高起點上得到了質的飛躍,因此國產數控等離子切割機從降生之日起就基本實現了自動化程度高、功能齊全、運行可靠、性價比高的發展目標,并很快被我國造船行業所認知和接受,從此成為國外進口設備強勁的競爭對手。

           3 長壽命氧氣等離子弧切割技術在造船廠的適用性及推廣應用
             1983年美國HYPERTHERM公司成功地將氧氣作為等離子氣體用于切割碳鋼[1],其主要優點在于:
            a. 無掛渣、切割速度范圍大、切口質量好;
            b. 相同電源功率下切割速度可提高30%;
            c. 無切口表面氮化問題,切割后的工件具有良好的焊接和加工性能。
           長壽命氧氣等離子弧切割技術,從根本上克服了以往氧氣等離子弧切割過程中電極、噴嘴壽命短的缺點,使氧氣等離子弧切割在優質、高速的基礎上又大幅度地降低了成本,為那些鋼板切割需求量大的企業開辟了一片新天地。近10余年來,由于造船總量的增加和建造周期的縮短,鋼板切割工作量急劇上升,因此國內眾多骨干造船企業和地方船廠紛紛添置配備有長壽命氧氣等離子切割系統的大型數控切割機,用來切割造船業用量最大的中厚鋼板,效果顯著,這也促使人們在機器選型時逐漸達成了共識,即長壽命氧氣等離子切割機是目前造船廠最佳適用機型。長壽命氧氣等離子弧切割技術近期能在我國造船行業迅速推廣應用的另一個重要原因是得益于其投入使用后所帶來的可觀經濟效益。首先,利用數控等離子切割,人們能夠非?旖莺头奖愕赝瓿蓴悼鼗鹧媲懈顭o法勝任的不銹鋼、鋁、銅、復合板材以及復雜零件的切割任務,其經濟性優于其他機械加工方法。其次,依據現時國情,查閱、對比國內外有關文獻資料,反復求證、嚴格計算,結果顯示:以單位割縫長度(元/m)作為考核指標,在我國造船廠切割厚度25 mm以下的鋼板,采用長壽命氧氣等離子切割的運行成本比火焰切割低,這與實際生產第一線跟蹤反饋的數據及國際上的普遍情形是吻合的。再者,一臺數控等離子切割機的生產能力相當于數控火焰切割機的3~5倍,這大大節約了設備占用廠房的面積,既縮減了基建投資,又提高了造船廠十分寶貴的加工場地的利用率。還有數控等離子切割精度高、熱變形小、切口不掛渣,免去了人工打磨工時,綜合經濟效益顯著。

           4 等離子弧切割的特點和種類
             1 特點
           在高溫、強電場條件下產生的等離子弧,經機械壓縮、熱壓縮和磁壓縮,使弧柱電流密集、產生極高的溫度和高速氣流,高溫、高速的等離子弧焰流使工件金屬熔化,并被吹離基體形成割縫。由于弧柱溫度大大超過金屬及其氧化物的熔點,因此,除切割碳鋼外,等離子弧還可用于切割不銹鋼、鋁、銅等金屬。
             2 種類
              a.常規等離子弧切割。
              b.雙氣體等離子弧切割。
               割炬分別使用等離子氣體和屏蔽氣體。屏蔽氣體的作用是使切割區域與外界形成有效隔離,以獲得較好的切割邊緣質量。根據被切材料的特性,可以改變不同氣體的組合來達到最佳的切割效果。
              c.水射流等離子弧切割。
               切割過程中,冷卻水由割炬噴嘴內的小孔噴出射向電弧,對等離子弧再次壓縮,使其密度和溫度進一步增高,用以提高切割速度和切割質量。
              d.長壽命氧氣等離子弧切割。
               長壽命氧氣等離子弧切割是一種新穎的切割碳鋼的等離子弧切割技術。最突出的優點是電極壽命長,與普通氧氣等離子比較,平均壽命延長4~6倍,穿孔次數上升了近10倍。
              e.精細等離子弧切割。
               該等離子弧電流密度極高,因此有非常狹窄挺直的等離子焰,割縫窄、切割面光潔、切口邊緣垂直、切割精度和表面質量接近激光切割。
          
            5 發展前景
             進入新世紀后,我國船舶工業迎來了前所未有的發展機遇,各骨干船廠為了應對新的挑戰,又啟動了數控等離子切割技術新一輪的技術改造工作,等離子自動回轉坡口切割、新一代400 A長壽命氧氣等離子切割系統(HYPERTHERM HT4400;KOIKE SUPER-400)、性能良好的新穎干式等離子抽氣除塵切割平臺相繼投入造船生產使用,進一步促進了造船行業應用數控等離子切割技術朝著廣度和深度方向發展。它們的完美演繹,對眾多尚未開展此項工的中小船廠具有強烈的示范效應,這也從一個側面預示了數控等離子切割技術在我國造船業正方興未艾,其未來發展空間將變得更為廣闊。

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