船舶鋼板數(shù)控切割機(jī)現(xiàn)狀及切割質(zhì)量控制方法

李佳佳

【摘 要】船舶制造業(yè)中鋼板切割質(zhì)量是影響船體質(zhì)量的重要因素，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷提升，鋼板切割技術(shù)也隨之不斷優(yōu)化，逐漸形成了數(shù)控切割形式，有效地提高了切割質(zhì)量。本文首先對常用的鋼板數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行了介紹，并以數(shù)控等離子切割機(jī)為例，詳細(xì)分析了切割質(zhì)量的控制方法，以期為相關(guān)工作人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】船舶鋼板；數(shù)控切割機(jī)；質(zhì)量控制

船舶制造業(yè)的鋼板切割方法主要有三種，分別為激光切割、火焰切割以及等離子切割，它們分別對應(yīng)著相應(yīng)的數(shù)控切割機(jī)床。這三類數(shù)控切割機(jī)床分別具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，并且質(zhì)量控制方法也存在差異。本文主要對上述三種切割方法進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)探討了數(shù)控等離子切割的質(zhì)量控制方法。

1.簡述常見數(shù)控切割機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1數(shù)控火焰切割機(jī)

數(shù)控火焰切割機(jī)是通過氣體火焰產(chǎn)生高溫，致使局部鋼材迅速升溫直至融化，在通過高流速、高純度的切割氧氣的運(yùn)用，將鋼材中鐵元素氧化生成氧化鐵熔渣，并以燃燒熱為原動力融化底部鋼材，切割氧氣能夠?qū)崿F(xiàn)熔渣的清除，最終實(shí)現(xiàn)鋼材的切割。數(shù)控火焰氣割機(jī)的應(yīng)用，具有較為完善的性能和功能，同時具有操作靈活、步驟簡單、成本低廉、切割效果好等優(yōu)勢，因此具有廣泛的應(yīng)用。另外，數(shù)控火焰切割機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)200mm的最大切割厚度，是目前能夠加工中厚鋼板的最經(jīng)濟(jì)可靠的切割方法，也是船用碳鋼的最常用方法。

1.2數(shù)控激光切割機(jī)

數(shù)控激光切割可以實(shí)現(xiàn)融化切割、汽化切割、氧化熔化切割以及控制斷裂切割等，這些切割方法的切割原理相同，都是令高密度、高功率的激光束經(jīng)過聚焦照射工件，促使工件局部溫度迅速上升，再借助與光束同軸的高速輔助氣流吹除熔融材料，完成工件的熱切割。目前，精密造船、快速造船是當(dāng)下船舶制造業(yè)的主流發(fā)展趨勢，而使用激光切割機(jī)進(jìn)行板材的切割，能夠極大地縮短造成工期，并合理降低施工成本。激光切割主要熱影響區(qū)小，能夠減少局部變形的優(yōu)勢，并且具有切割精度高、切割速度快、切口寬度窄的特點(diǎn)，不會產(chǎn)生大量板材消耗，同時大量減少切割過程中產(chǎn)生的煙塵，因此對環(huán)境保護(hù)有重要意義。并且由于激光切割厚度較小，不適用于船舶制造業(yè)的厚鋼板切割。激光切割在我國船舶制造業(yè)的應(yīng)用較少，但將來仍然具備較大的發(fā)展前景。

1.3數(shù)控等離子切割機(jī)

數(shù)控等離子切割機(jī)是利用高溫度、高速度的等離子弧作為加熱源，并利用高壓縮氣體形成高速氣流，將金屬局部融化并吹走，完成切割。數(shù)控等離子切割機(jī)可以使用不同工作氣體，實(shí)現(xiàn)不同切割效果，因此可以應(yīng)用于不同材料的切割。比如，可以利用壓縮空氣進(jìn)行碳鋼材料的切割，從而有效節(jié)約成本。等離子切割機(jī)可以實(shí)現(xiàn)所有導(dǎo)電金屬的切割，其應(yīng)用優(yōu)勢在于具有較高的切割精度和速度，并且切口平整，無需進(jìn)行工件預(yù)熱，所以不容易發(fā)生工件變形，最大切割厚度為50mm，并且在30mm以下厚度的鋼板切割中的應(yīng)用具有較大優(yōu)勢，可避免氧乙炔切割速度慢、變形大、切口熔化嚴(yán)重、掛渣嚴(yán)重等缺點(diǎn)，在船舶鋼板切割中的應(yīng)用較為廣泛。近年來，國外廠家開發(fā)了稱為精細(xì)等離子或稱為高精度等離子的新技術(shù)，國內(nèi)廠家也在逐步引進(jìn)，投入效果較好。通過改進(jìn)割炬的設(shè)計，較顯著的提高了工件切割面質(zhì)量，端面垂直度可達(dá)0-1.5°對提高厚板切割質(zhì)量尤為有利。由于改進(jìn)了切割槍，電極壽命得到數(shù)倍提升，切割效能也穩(wěn)步提升。

1.3.1數(shù)控等離子切割機(jī)--坡口切割功能

通過改進(jìn)割炬的設(shè)計配合轉(zhuǎn)換軟件的使用，切割槍不在是只能垂直切割，同時還具備坡口角度切割的使用功能，要求切割槍上的高度傳感器反應(yīng)更靈敏，切割槍升降反應(yīng)更快。坡口切割是指割炬中心線與工件垂直直線之間的角度，最大坡口角度為45°。坡口切割方式，比較適用于板厚10mm～30mm的V型坡口切割，方便快捷同時保證切割質(zhì)量。

1.3.2數(shù)控等離子切割機(jī)+數(shù)控劃線印字噴碼機(jī)

數(shù)控劃線印字噴碼機(jī)作為傳統(tǒng)鋅粉劃線工藝的升級替代技術(shù)，精度更高，質(zhì)量更好，綜合效率提升；不僅可以實(shí)現(xiàn)高速劃線，還能完成各種字符的噴印，滿足現(xiàn)有船舶現(xiàn)場生產(chǎn)。隨著數(shù)字化、信息化造船模式的高速發(fā)展，劃線打字機(jī)的配置使用將徹底消除因人工書寫信息所產(chǎn)生的誤差，同時對現(xiàn)有切割機(jī)“減壓”，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)切割功能，提升切割物量，保證零件的精度要求（信息登錄、噴墨劃線等）。同時為信息化管理提供便利，推進(jìn)切割無紙化，減少切割紙張及墨盒成本支出。

2.數(shù)控等離子切割質(zhì)量控制

在此以數(shù)控等離子切割技術(shù)為例，分析該技術(shù)切割的質(zhì)量控制方法，具體質(zhì)量控制內(nèi)容包括工件尺寸精度、切口坡度、切割熱變形、割縫寬度等。等離子切割機(jī)是由數(shù)控裝置、工作臺、機(jī)架、XY軸傳動機(jī)構(gòu)以及切割頭部件組成，屬于數(shù)控加工設(shè)備。數(shù)控等離子切割機(jī)的加工質(zhì)量與機(jī)床定位精度和切割工藝燈密切相關(guān)，因此若想提高加工質(zhì)量，需要從以下方面進(jìn)行控制。

2.1控制數(shù)控機(jī)床本身的定位精度

若是在加工過程中，工件尺寸誤差突然變大，可以將劃針裝于割槍上進(jìn)行劃線檢查，并且確定具體誤差量。為了解決這一問題，需要對機(jī)床的機(jī)械精度和電子精度進(jìn)行檢查，如切割平臺水平度、機(jī)床導(dǎo)軌直線度、伺服驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)作情況等，從中尋找誤差增大的原因并加以解決，實(shí)現(xiàn)切割質(zhì)量的控制。

2.2科學(xué)選擇電流和噴嘴

切割電流是影響數(shù)控等離子切割技術(shù)切割質(zhì)量的重要因素，其與切割速度和切割寬度密切相關(guān)。當(dāng)電源條件確定后，需要根據(jù)板材后去選擇合適的電流，從而保證切割質(zhì)量，防止由于電流過大導(dǎo)致切口變寬。切口的寬度是評價切割質(zhì)量的重要參數(shù)，切口過寬容易造成工件熱變形，從而浪費(fèi)材料和能源。除此之外，電流過大還會導(dǎo)致噴嘴熱負(fù)荷增大，從而容易產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致電弧不穩(wěn)，最終影響板材的切割質(zhì)量。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)切割板材的厚度，選擇合適的電流和噴嘴，以提高板材的切割質(zhì)量，減少環(huán)境污染。

2.3確定適宜的切割速度

切割材料的厚度、熔點(diǎn)和導(dǎo)熱系數(shù)等各不相同，板材熔化形成的表面張力也有所不同，切割速度的選擇應(yīng)當(dāng)基于上述因素綜合考慮。確定適宜的切割速度，可以提高切口質(zhì)量，防止其出現(xiàn)過寬現(xiàn)象，并有效保持切口平整。若是切割速度過快，很有可能導(dǎo)致切割氣流無法立即吹除熔化金屬，從而導(dǎo)致切割面坡度增加，并出現(xiàn)掛渣或切割不全的情況；若切割速度過低，則會導(dǎo)致熔化金屬過多的堆積在切口底部，形成掛渣，并導(dǎo)致切口變寬，甚至電弧熄滅。對于不同板材，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工件具體參數(shù)和相關(guān)設(shè)備的使用標(biāo)準(zhǔn)，再通過多次試驗確定最佳的切割速度。

2.4電弧電壓

電源正常情況下輸出電壓被當(dāng)做切割電壓，而等離子弧切割機(jī)具有較高的工作電壓和空載電壓，導(dǎo)致其在應(yīng)用空氣、氫氣等電離能較高的氣體為工作氣體時，會導(dǎo)致穩(wěn)定等離子弧所需電壓升高。電流不變的情況下，電壓升高代表著電弧焓值和切割能力提升，若電弧焓值升高的同時，降低射流的直徑并加大氣體流速，通常能夠獲得更高的切割速度，并實(shí)現(xiàn)切割質(zhì)量的提升。

2.5實(shí)現(xiàn)工作氣體壓力與切割速度的匹配

當(dāng)確定了噴嘴孔徑，工作氣體壓力對氣體流量則產(chǎn)生了決定性的影響。若是氣壓過大，將會過多帶走等離子弧能量，致使切割能力降低；氣壓過小則會影響等離子弧的挺直度，導(dǎo)致切割能力降低，并且容易發(fā)生掛渣。工作氣的純度以及流量，與切割質(zhì)量也是密切相關(guān)的。工作氣體純度不夠，同樣也會因保護(hù)氣體不到，使電極受到損傷，從而導(dǎo)致切割質(zhì)量不達(dá)標(biāo)情況。因此，實(shí)現(xiàn)工作氣壓和切割速度的合理匹配，對于提高切割效果具有重要意義。

3.結(jié)束語

綜上所述，鋼板切割對于提高船舶制造質(zhì)量具有重要意義，目前船舶制造業(yè)中切割技術(shù)逐漸呈現(xiàn)數(shù)控化、信息化發(fā)展趨勢，主要有數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控激光切割機(jī)、數(shù)控等離子切割機(jī)、數(shù)控劃線印字噴碼機(jī)等，本文對這些數(shù)控切割技術(shù)進(jìn)行了分析，并針對數(shù)控等離子切割機(jī)探討了切割質(zhì)量的控制方法。

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