造船行业数控切割机应用发展和设备选型指南

　　我公司生产的PXL系列各类型龙门式数控火焰等离子两用切割机已经在造船行业获得了普很好的应用，我们针对目前我国船舶制造行业的应用特点和设备情况进行总结和分析，希望能对造船行业的客户在设备选型上起到一定指导作用。

　　我国数控切割技术开发研制是在20世纪80年代初，经历20多个春秋的持续发展，目前国产数控切割产品的种类和规格已相当齐全，其中部分产品在技术、性能、指标和功能上均已接近或达到国际上同类产品的水平。就本公司而言，目前已成功开发出PXL系列的数控火焰等离子两用切割机，如：PXL-7A/B、PXL-6A/B、PXL-5及小龙门系列产品PXL-2、PXl-1，根据不同的客户需要和配置进行了优化，各项技术和性能指标均达到了较高的水平，并获得了客户的一致好评和认可。

　　造船业是我国引入数控切割技术最早、获益最大的行业，20多年来，数控切割在国内造船厂得到了迅速发展和广泛应用，彻底改变了以往手工和半自动切割的低效率状况，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。

数控火焰切割

　　20世纪70年代中期，我国造船行业开始研究应用计算机辅助设计程序，该程序系统产生的输出结果可用于数控加工，由此而来，应用数控切割船用钢板的优越性立刻展现出来，它既节省了工时、放样台场地和样板材料，又能减轻工人劳动强度，极大地提高了工效。在此背景下数控火焰切割机开始进入我国船厂，用于钢板切割下料。

　　数控火焰切割机的优点a.功能全，自动化程度高；b.配置多个割炬工作，且有效切割时间长、生产效率高；c.采用套料切割程序，提高了钢板利用率，并可减小热变形；d.切割信息易于准备、修改和保存；e.加工精度高，切割质量好；f.机器运行稳定可靠，操作方便。

造船厂数控火焰切割机的特征

　　最为明显的是轨距大，一般都超过6500 mm，以使大尺度钢板的切割不受限制。近年来，随着船型的加大和船用钢板变宽，7500 mm和9000 mm甚至更宽轨距的大型机器被优先选用。另外还有：机器具有高速喷(锌)粉划线的功能，从而为切割后的装配、焊接提供方便；由于存在大量的拼板焊接工作量，因此性能稳定可靠、能胜任多种形状坡口切割的火焰直线三割炬通常被列入船厂的订货单中；具有余料套料切割功能的CNC系统，因能简化操作、提高了钢板利用率。

　　为了适应大跨距、高速度的要求，造船厂选用的数控火焰切割机，普遍采用高刚性的龙门式机架以及齿轮、齿条双边同步的驱动方式。此外，用于切割船体钢板的数控切割机还必须配备从船体线型光顺、外板展开、结构零件生成、排版套料、输出切割指令的造船CAD/CAM 软件系统。

 

　　数控火焰切割机具有许多优点，在我国造船行业获得了普遍应用。至90年代中期，当数控等离子切割机登台亮相时，其所扮演的角色逐渐发生了转变，但这并不意味着它将从此退出历史的舞台，遭到弃用或淘汰，毕竟数控火焰切割机在切割厚度超过30 mm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，还有许多不容忽视的优越性。

数控等离子切割

　　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应用于中国造船业只是近10多年的事。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。

等离子切割的特点和种类

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。

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。

等离子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，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。其典型产品代表为：美国海宝Plasma Max 200、美国海宝Plasma HPR400等离子电源

　　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。

 

　　优质、高效、低成本是高新切割技术追求的目标，其优越的性能和良好的经济性已在中国船舶工业长期的生产实践中得到了验证。造船用钢量在未来一段时期将呈现快速增长趋势，这无疑是为高新切割技术的未来发展搭建好了表演舞台。