中外船舶科技2008年第2期船舶设计与建造国外舰船先进制造技术——先进切割技术周方明,陶永宏(江苏科技大学,江苏镇江212003)现代船舶的建造会用到大量的板材、型材和管材,等离子切割除可切割碳钢外,还可用于切割不锈钢、船体、甲板、船舱以及各种上层建筑和管道都是由切割铝、铜等金属。成形的板材、型材和管材装配组合而成的。这些型材的1.3氧气等离子切割技术特点品种主要有:球鼻钢、角钢、扁钢和T型钢等,型材在成与传统的氧乙炔、等离子弧切割技术相比,该技术形或焊接加工前还要切割各种形状的端头、中间孔和手段的优越性表现在:(1)无挂渣,切割速度快,切割范焊接坡口,并标识记号及加工装配用的线段,因而切割围大,切口质量好;(2)切缝狭窄,切口窄面平整光洁,工作量大已成为船舶工业的一个显著特点。由于型材热影响区小,无表面氮化现象,切割后的工件具有良好品种和规格尺寸的多样性,产生了多种多样的切割内的焊接和加工性能;(3)工件变形度低,切割厚、薄板均容和要求,而原有技术加工效率低、切割精度低及切口不变形;(4)相同电源功率下切割速度可提高30%,而表面质量也难以保证,使得传统的切割设备与切割方且具有显著的节能效果,是目前较为理想的热切割设法已不能满足其要求,这些存在的问题促使先进切割备;(5)操作简单,容易掌握,使用安全,切割成本低。技术的发展,同时也使船舶工业成为引入先进切割技1.4氧气等离子切割技术的应用实例术最早、涵盖的切割技术面最广并紧随现代技术不断目前,氧气等离子切割技术已达到了一个较高的发展的行业。发展水平,并普遍应用于国外船舶制造中。例如:2000年美国MareIsland海军船厂利用HyspeedHT2000氧1氧气等离子弧切割技术离子切割机切割船用材料和电缆,使得切割碳钢的速度提高了50%,同时采用长寿命氧气等离子弧切割技1.1氧气等离子切割技术背景术和银正极电极技术,其切割大多数厚碳钢板速度明常用材料的切割方法主要有氧乙炔切割和等离子显快于激光切割和火焰切割。图1为Hypertherm的弧切割。氧乙炔切割使用方便、切割成本低、切割板厚HyspeedHT2000氧气等离子切割机工作时的情况。度大,但具有切缝宽、切口面不平整、不光洁、热影响区较大、工件变形度大和只适用于碳钢等缺点。等离子弧切割速度快,精度高,断面光滑,适用于各种材料,但切割成本较高,切割板厚较小。氧气等离子切割技术于1983年由美国Hypertherm公司率先成功地应用于碳钢的切割中,它集成了氧乙炔燃烧的化学反应和等离子弧高温的物理效应的优点,大大提高了黑色金属的切割厚度、速度和质量。1.2氧气等离子切割技术原理氧气等离子切割技术是一种新型的热切割技术,它的工作原理是以压缩氧气为工作气体,并以在高温、强电场条件下产生的高温(20000℃)高速(300m/s以图1HyspeedHT2000正在切割示意图上)等离子弧为热源,经机械压缩、热压缩和磁压缩,使2000年英国著名的军船制造企业沃斯帕·桑尼克弧柱电流密集、产生极高的温度和高速气流,高温、高罗夫特造船公司引进数控氧气等离子切割机,在加工速的等离子弧焰流将被切割的金属局部熔化,并同时厚l6mm的船体零件和建造用的各种样板时,预涂底漆用高速气流将已熔化的金属吹走,形成狭窄切缝。由于的钢板割后漆膜无损坏,且零件精度高,非常平整。弧柱温度大大超过金属及其氧化物的熔点,因此,氧气2002年美国某船舶修造有限公司将氧气等离子切27船舶设计与建造中外船舶科技2008年第2期割新工艺用于切割50mm厚的钢板,在大约l秒钟内就者的结合正使得其在切割材料时犹如一把轴向“锯刀”可以完成38mm厚钢板的穿孔,连续切割速度可达加工。磨料水射流技术切割材料时所使用的射流由压200mm/min,割缝宽度仅有几毫米;每切割一张钢板比力、速度都很高的水和磨料混合而形成。在材料被磨料火焰切割可以平均节省时间40分钟,使得作业成本更水射流去除的过程中,单个固体颗粒的冲击是加工力经济;而且割嘴离钢板的初始距离也可上升到7mm,较的基本作用单位。磨料水射流技术已被成功地用于多常规切割的0.5mm～2mm增加了许多,减少了切割穿种材料的切割,特别是难加工材料方面。目前已有孔飞溅物对割嘴的损耗;切割表面质量好,热影响区3000多套水射流切割设备在数十个国家几十个行业小,获得了较高的切割精度,省略了许多后续加工。应用,已可切割500余种材料,其设备年增长率超过2002年日本石川岛播磨的爱知船厂也引进了氧气20%。等离子切割机,在对8mm～30mm中厚板切割后,样板2.3高压水切割技术特点具有良好的焊接和加工性能。高压水射流切割作为一项高新技术在