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切割与焊接的技术变革在造船行业引发的深层思考

2007-12-29   激光加工国家工程研究中心作者:冷箭利

    目前,使用大功率激光及等离子切割的用户行业涉及汽车制造、金属加工、造船、机电、工程机械、锯片加工、粮油加工设备等。

    过去人们通常认为,造船工业接受高新技术的过程比较慢,但现在这一情况正在发生改变。随着激光切割、焊接技术的日趋成熟和等离子切割系统的逐渐发展,欧美及日本主要的大型船厂已大量采用新型的前沿性加工技术。

    但在我国,造船工业对激光切割焊接、等离子切割的认识颇有点如同当年清朝政府对枪械火器的态度,虽然知晓其厉害,变革力度却仍旧不大。

    早期激光主要用来切割20mm以下的薄板,因此在造船中应用不多。20世纪90 年代初期,随着大功率激光器的成功研制和等离子切割技术的发展,各发达国家造船厂开始装备适合厚板材的切割系统。

    例如,早在1992年澳大利亚Farleylaserlab公司便率先生产出融合划线、切割、钻孔于一体的Fabricator等离子切割机,以及适用于宽幅面且能进行水下切割的Trident等离子切割机,获得了高精度、高质量的边缘切割质量。

    大功率激光切割

    大功率激光切割过程是一放热燃烧反应过程,这一过程中,激光束的热量用来将钢板迅速加热至燃点温度,而从割嘴喷出的高速氧气流恰好喷射在激光束的聚射范围内,将这部分钢板氧化燃烧,并将熔化的金属及其氧化物吹离钢板形成割缝,割嘴则随着数控切割床身对钢板作相对移动,从而来完成零件的切割。


 
    图1 等离子切割系统在造船行业的技术应用

    为达到预期的氧化反应效率,仅要求激光束的功率能产生和维持点燃温度即可,而不必采用那些能够产生足以熔化钢板温度的、功率很大的激光源。

    运用这种方法切割厚度为25.4mm (1in)的钢板时,其平板冲孔或穿孔的速度比较快,切割每块钢板平均能节省40min的加工时间,作业成本更经济;而且,其割缝宽度仅为毫米级。

    另外,割嘴离钢板的距离由1 mm上升到7 mm,减少了切割穿孔飞溅物对激光头的撞击;切割表面质量好,热影响区小,可以获得较高的切割精度,省却许多后续加工。

    目前,武汉法利莱切割系统工程有限公司拥有这一切割能力,隶属于激光加工国家工程研究中心的该公司,研发出了WALC4020宽幅面数控激光切割机,达到国际先进水准。

    WALC4020切割幅面宽,而且还具有如下多项技术创新优势:悬臂倒挂横梁、直线电机驱动、SIEMENS 840D控制器、专有光束质量调整系统、穿透检测、自动聚焦、光束半径调整、束腰补偿、打孔切割双流量控制系统、表面熔渣油灭弧处理、垂直升降式交换工作台结构等。

    大功率激光切割技术的研究方向

    大功率激光切割技术是集光、机、电一体化的高新技术。激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度,都直接影响激光切割的效率和质量。

    特别是为适应造船工业、工程机械等的应用,当前对CO2激光切割的研究集中在两个方面:一方面,利用高质量激光束高速切割薄板(对0.25 mm厚的板,切割速度为140m öm in);另一方面,研究开发切割厚板的技术。目前采用中等强度的激光(<5kW )已能切割60mm厚的钢板。


 
   图2 法利莱WALC4020宽幅面数控激光切割机

    通过引进、消化、二次开发,采用与国际合作等方式,武汉法利莱切割系统工程有限公司作为“激光技术国家重点实验室”和“激光切割国家工程研究中心”生产科研基地,近年来在这一领域颇有建树。

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关键词:切割,焊接, | 作者 :

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