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1、深圳市搏利昌豁控设备有很公司 深圳市博利昌数控设备有限公司是专业 从事数控切割及焊接设备生产的高新技术企 业，自1 9 8 6 年生产出第一台数控等离子切割 机以来，公司在广泛吸收国外先进技术的基 础上，开发出一系列具有国际领先水平的数 控切割和焊接设备，先后获得国家有关部委 颁发的“国家重点新产品证书”和“国家火 炬计划项目证书”，并顺利通过英国国家质 量保证有限公司的I S 0 9 0 0 1 质量体系认证。 中国焊接与切割市场论坛 船舶焊接市场需求报告会 浅谈船舶制造中数控切割技术的发展 深圳市博利昌数控设备有限公司曹爱国 一、概述 当前全球航运市场的繁荣及中国建设国际航运中心速度的加快
2、，使造船业迎来了快 速发展时期，我国的造船行业也得到了迅猛的发展，许多船厂纷纷扩大产能。中国造船 总量迅速提高，已经成为世界第三大造船国，尽管我国总造船量已居世界第三，但只能 算是一个造船大国，还谈不上是一个造船强国，造船工业生产效率仍大大低于发达国家， 有资料表明，我国船厂的生产效率仅为发达国家的1 4 0 甚至更低。这有许多方面的原 因，造船工厂焊接与切割设备的陈旧与落后就是其中一个重要原因，也许有人会说，这 没关系，中国具有廉价的劳动力优势。但是，1 0 年、2 0 年以后呢? 所以我国的造船企业 应抓住国际产业转移及市场繁荣的巨大机遇，在扩大产能的同时，改造船厂现有的设备， 购买先进的
3、设备。 造船业是我国引入数控切割技术最早的行业，2 0 多年来，数控切割机在国内造船厂 得到了广泛应用。目前，船厂使用的数控切割设备包括各种数控火焰气割机、数控等离 子切割机、数控激光切割机和数控高压水射流切割机等。数控火焰气割机在技术上已很 成熟；数控等离子切割机，切割材料范围广，切割速度快；数控激光切割机及数控高压 水射流切割机目前在船厂应用还不太多。对于船厂有特殊要求的场合，则需要采用专用 的切割设备。 二、数控切割机分类 1 数控火焰切割 ( 1 ) 数控火焰切割机的特点优点是能够切割厚度达3 0 0 m m 以上的碳钢，可配置 多达1 0 个以上割炬同时工作，切割费用低，切割质量好；
4、机器运行稳定可靠，操作方便， 机床技术成熟。缺点是切割变形大，切割精度不高，切割速度慢，预热穿孔时间长，只 能切割碳钢板。 ( 2 ) 船厂数控火焰切割机的特征轨距大，一般都超过5 0 0 0 m m ；导轨长，一般达 到2 0 0 0 0 m m 以上。近年来，随着船型的加大和船用钢板变宽，7 5 0 0 m m 和8 0 0 0 m m 甚至 1 0 0 0 0 m m 以上轨距的机器也被选用，且一般要配有高速喷( 锌) 粉划线的功能。 为了适应大跨距要求，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 以及双边驱动方式。 ( 3 ) 应用及发展趋势2 0 世纪8 0 年代以来，因为
5、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。在与数控等离子切割机进行竞争时，让出了一部分市 场，但在多割炬大批量切割厚钢板时，还具有许多不容忽视的优越性。因此，数控火焰 切割机将继续在造船行业继续发挥它应有的作用，并在船厂的切割设备中占据一定的市 场份额，但其市场不可能有太大的增加。 2 数控等离子弧切割 ( 1 ) 等离子弧切割的原理在高温、强电场条件下产生的等离子弧，经压缩，使弧 柱电流集中，产生高温高速气流，高温、高速的等离子弧使工件金属快速熔化，并被吹 离基体形成割缝。由于弧柱温度可达2 0 0 0 0 。C ，大大超过许多金属及其氧化物的熔点， 因此，除切割碳钢外，等
6、离子弧还可用于切割不锈钢及铝、铜等有色金属。 ( 2 ) 等离子切割的特点可切割所有金属材料，速度快，效率高，切口面光滑，水 下切割时能消除切割时的噪声，基本看不见有害气体、粉尘及弧光。随着等离子电源技 术的迅速发展，目前大功率等离子已经可以切割达l O O m m 厚度以上的板材。若采用精 细等离子弧切割，由于等离子弧电流密度极高，其切割精度和表面粗糙度已达到激光切 割的下限，在未来的几年中，这一产品将在市场销售比例中必定会逐年上升。 等离子切割技术发展的历史不长，但其发展的速度非常快，它给我国船厂的钢板切 割带来了巨大的变革，并产生了深远的影响。目前，数控等离子切割机已经在船厂的钢 板下料
7、中占据了半壁江山。 3 数控激光切割 自2 0 世纪7 0 年代初，激光切割技术投入生产应用以来，发展速度非常快，技术日 趋完善。从目前国内应用情况分析，激光切割广泛应用于 1 2 m m 厚的低碳钢板、 6 m m 厚 的不锈钢板及 2 0 m m 厚的非金属材料。已经出现了切割低碳钢厚度超过3 0 m m 的激光切 割机。从切割面质量来看，激光切割优于等离子切割。激光切割技术的优点是：切割质 量好。切割薄板时速度快，且清洁、无污染。但目前来说，就切割厚度而言难以达到火 焰和等离子切割的水平。 数控激光切割机价格昂贵，设备投资费用大概是精细等离子的3 5 倍，维护保养、 运行成本较高，同时激
8、光切割机对工作场合环境的要求也比较高，这些不利因素，阻碍 了其在我国造船行业的应用。相信在不久的将来，随着激光发生器的模式和功率得到不 断的改进和提高，中、厚板材的激光切割技术日渐成熟，以及光电子技术的发展，将使 激光切割的作业成本大为降低，最终将会在船厂的切割应用中占据一席之地。 4 数控水射流切割机 可切割任何材料，切割精度高，没有热变形，但是切割速度慢，效率低，以及高价 格等缺点制约了它在造船行业的应用。 三、数控切割机前景展望及博利昌公司的远期设想 1 数控切割机 目前来说，不管是国产还是进口的数控切割机，其控制系统基本采用半闭环连续控 制，这种控制方式较以前的脉冲控制及步进电动机控制
9、，精度得到了很大的提高。近年 来国产切割机的技术水平发展很快，中高档数控切割机基本上采用全数字式伺服驱动器， 其控制系统也向模块化、智能化、图形化和网络化方面发展，逐渐赶上国际先进水平， 缸撼l 黼工 囫 总的来说，国产切割机技术上更成熟，操作界面更直观，软件更可靠，具有白诊断、自 动编程功能等，更易于接受船体放样代码及第三方套料代码。同时国内也出现了一些专 用切割设备，如数控坡口切割机、数控型钢切割机及数控切管机，以满足造船企业的特 殊需要。 但国内目前仍有大量企业研发投入少，没有自己的核心技术，采购国外的控制系统 和调高盒，自己仅仅做一些简单的二次开发工作，再加上一个机架，就拼凑出一台切割
10、 机，这样既不利技术进步，也不利于机床的售后服务工作。 2 公司的研发情况 十几年以来，我们始终把研发放在首要位置，一直坚持走自主研发之路，从软件到 硬件，到电容调高系统、弧压调高系统，有效地降低了成本，提高了产品整机性能。不 管是等离子、火焰、水射流还是激光，我们在操作上基本实现了全自动切割，操作界面 美观易懂。等离子切割机基本上采用水下切割或抽风系统，有效地改变了生产场地的环 境。 针对船厂板材下料的特点，我公司经过反复论证，结合造船业特点，依托国际市场 高科技背景，相继开发出数控长寿命双等离子加双喷粉水下切割机床、数控快速火焰加 喷粉切割机床、多头无极调速( 最多达1 6 头) 直条火焰
11、切割机床和数控无限回转大功率 等离子切割机床等。 3 针对船舶焊接的特点，公司产品设计、生产及工艺的着重点 在水下等离子切割机床的设计中，针对船厂下料生产的各种特殊性，我公司从设计、 生产到工艺着重有如下特点： ( 1 ) 根据船厂下料工作量大，2 4 h 不断切割的特点，我公司选择了海宝近期开发出 的新产品H T 2 0 0 0 长寿命等离子切割电源。这种等离子电源可连续高效切割。喷嘴和电 极寿命连续质量切割工作时间可达8 “ - - - 9 h 。 ( 2 ) 为适应船厂下料需先喷粉后切割的特殊性，我公司把喷粉和等离子共用一个切 割小车，这样既可以分别又可同时控制两种不同类型的割炬，并保证
12、了等离子割炬与喷 粉枪的相对位置不变，极大地方便了套料编程软件与控制系统的接口。 ( 3 ) 抗干扰能力强。等离子切割所发生的高频，容易干扰主机，造成死机或乱运行 现象，经过多年的摸索，我们研制出了一整套抗干扰措施，从布线到工艺，线路设计到 整机、隔离、屏蔽、接地方面都充分考虑了抗干扰特性。 ( 4 ) 根据等离子切割时造成的弧光辐射强、粉尘大，以及噪声污染严重的情况，采 用水下切割方式。众所周知，水下切割对环保有利，对现场操作人员无危害。当切割枪 头深入到水下5 0 m m 处时，基本上无烟、无尘、无弧光。但由于水下切割看不到割炬运 行状况，这就要求数控系统运行更为稳定可靠，可监控，保护功能
13、齐全。特别是对自动 调高系统提出更高的要求，1 9 9 8 年前我公司采用进口的T H C c o m m o n d 原装美国自动弧 压调高系统，无形中增加了机床成本，维修费用也相当高，维修配件也不能及时到位， 加上从试验中也体会到进口的自动调高调置无机械防撞装置，操作人员误操作或发生意 外情况，容易对割炬本体造成损害。公司研发人员自行精心研制出高精度适宜水下切割 的自动弧压调高装置，这种装置有如下特点： 采用一点定位，摒弃传统的气缸初始定位方式，气缸定位所占面积过大，容易造 成定位不精确。一点定位方式，定位更加精确，操作更加方便，与数控系统结合更加紧 密。只要在操作面板上就可任意调整初始定
14、位高度，可满足切割不同厚度、不同材料板 材的穿孔要求。 自动调高弧压预置更加精确，传统的精度是5 优一档，现在船厂下料要求切割精 度越来越高，等离子切割时割枪离钢板的高度严重影响产品切割质量，所以我们精确的 设计成1 优一档的精细弧压反馈，使切割的质量更上一层楼。 转角功能和跨割缝功能保护。通过改变参数可使割炬在转角状态速度降低时，自 动保护割炬相对稳定，避免割炬下降碰到钢板，影响切割质量，传统弧压调高系统在跨 割缝时，容易撞枪，重则损坏割枪，轻则损坏配件，根据这一情况，我们增加了弧压瞬 间变化过大保护功能，使割枪平稳跨过割缝，实现连续切割，特别是在共边切割时效果 尤为明显。 增加机械防撞功能
15、。当切割出现意外特别是在切割工件突然翻起，容易损坏割 枪，我们特地增加了机械防撞功能。使割枪在碰到障碍时，可向任何方向翻转，避免割 枪损坏。 ( 5 ) 在数控火焰切割机设计和制造中，根据船厂火焰切割粉尘大环境温度高、2 4 h 连续工作的条件，以及切割机速度要快、切割质量要高的要求，我公司突出如下特点： 主板采用低耗能板，并加装工业空调，传统主板由于2 4 h 连续切割，主板温度容 易过高，造成死机现象频繁。经过摸索，我公司慎重选择低耗能主板，并加装工业空调， 加强了主控的安全性。 船厂下料现场往往粉尘过大，环境潮湿，海风侵袭严重，特别是切割产生的粉尘 会有金属微尘，一旦进入主控制箱容易造成
16、主控制箱损坏，所以我们在密封上下足了功 夫，从制作工艺、走线方式及箱体材料上，采取多重保护措施，杜绝粉尘、潮气、海风 的侵蚀。 ( 6 ) 在高效氧切割上，经过多年摸索，我们也着重突出以下几个特点： 采用变压预热，低压切割，这样既缩短了预热时间，又节省了能源。 多级穿孔，一次性穿孔容易造成割嘴堵塞，多级穿孔大大延长了割嘴的寿命，解 决了割嘴堵塞时造成切割质量不好的问题。 采用高效快速切割嘴，船厂板材都是喷漆处理过的，传统割嘴速度过慢，经过摸 索我们采用进口高效快速割嘴，切割速度可达7 0 0 m m m i n 。 尽量减少变形。火焰切割容易变形，但是经过优化切割线路，可缩小切割变形， 并特制一种水环，使切割工件变形大大减少。 ( 7 ) 在数控无限回转大型等离子切割机床中，我公司着重推出坡口功能，使切割和 焊接坡口一次呵成，完美结合，省略船厂二次加工过程。 ( 8 ) 使用情况。从1 9 9 4 年起，我公司就为国内外数十家船厂研制了上百台切割机， 深受众多船厂的欢迎。采用我公司产品的船厂有：武昌船厂、镇江苏美达船厂、浙江船 缸舢书耨躯，
