3．4 长寿命氧气等离子弧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[1]，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****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****适用机型。

　　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：[2]：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。

3．5发展前景
　　进入新世纪后，我国船舶工业迎来了前所未有的发展机遇，各骨干船厂为了应对新的挑战，又启动了数控等离子切割技术新一轮的技术改造工作，等离子自动回转坡口切割、新一代400 A长寿命氧气等离子切割系统（HYPERTHERM HT4400；KOIKE SUPER-400）、性能良好的新颖干式等离子抽气除尘切割平台相继投入造船生产使用，进一步促进了造船行业应用数控等离子切割技术朝着广度和深度方向发展。它们的完美演绎，对众多尚未开展此项工的中小船厂具有强烈的示范效应，这也从一个侧面预示了数控等离子切割技术在我国造船业正方兴未艾，其未来发展空间将变得更为广阔。

4 数控激光切割

　　激光切割所形成的割缝窄，能提高零件尺寸精度和材料利用率；割缝质量好，无挂渣、边缘垂直、表面光滑。在那些需要高精度、高效率切割薄板的领域，数控激光切割机仍然是****设备。另外，激光切割还有能量密度高，切割热影响区小，可以对常规方法无法加工的材料和零件进行加工等诸多优点。但是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2~3倍；当用激光切割厚度超过6~8 mm的钢板时，加工费用将会大于精细等离子切割[3]，外加日常维护工作量大，因此数控激光切割的运行成本较高，这些不利因素，阻碍了其在我国造船行业的应用。

　　我所就曾经开展过“数控激光切割机在造船中应用”的预研，若干年后数控激光切割机将出现在我国造船行业第一，激光用于切割已有近30个年头，其间，为了满足市场需求的增长，激光发生器的模式和功率得到了不断地改进和提高，中、厚板材的激光切割技术日见精良。文献报道，美国、欧洲和日本的许多船舶制造厂商很早就把高输出功率的CO2激光切割技术用于造船，并取得了成功[4]。第二，这些年“精度造船”的提法已是耳熟能详，要真正做到这一点，单就数控切割来看，目前国内船厂的设备显然达不到技术要求，人们关注的目光自然投向了切割精度更高的激光切割，无疑这将成为数控激光切割机进军中国造船业的原动力。第三，光电技术的日新月异，使激光切割的作业成本（元/kW）大为降低，加上各生产厂家为占得先机进行的激烈市场争夺，必然会促使激光切割机的价格走低，最终使其在综合经济效益方面与数控等离子切割机形成竞争而被我国造船业逐步认知和接受。

　　文献记载，激光切割碳钢通常采用辅助氧气来加快切割速度，同时获得高质量的切割效果，但这一般只适用于切割厚度小于20 mm以下的碳钢板[5，6]。最近另有一篇报道应该引起大家的兴趣，1年多前在美国阿拉巴马州的“Render船舶修造有限公司”。一项由激光和（增压）氧气组合的切割新工艺被用于切割50 mm厚的钢板，而切割所用的CO2激光系统的功率还不到2 kW，这一切割方法具备了切割100 mm厚钢板的潜能。

　　这项被称为“LASOX”的工艺技术的工作原理为：激光束直接穿过割炬前端割嘴的中心孔投射在钢板上，使钢板迅速加热至点燃温度，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，将这部分钢板高温氧化燃烧，并把熔化的金属及其氧化物吹离钢板形成割缝，割炬随数控切割床身对钢板作相对移动以完成零件的切割。不同于氧—燃气切割，这里没有燃气参与预热反应，而是由激光在1~2 s内就将投射区域的温度加热至超过900℃。事实上，为了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。

　　“LASOX” 的实用成果是：在大约1 s内就可以完成38 mm厚钢板的穿孔连续切割速度可达200 mm/min，割缝宽度仅有几毫米；每切割一张钢板比火焰切割平均可以节省时间40 min，作业成本更经济；割嘴离钢板的初始距离上升到7 mm，较常规激光切割的0.5~2 mm增加了许多，减少了切割穿孔飞溅物对割嘴的损耗；切割表面质量好，热影响区小，可以获得较高的切割精度，省略许多后续加工。更让人意想不到的是，只需加装一把特制的增压割炬后，即可用常规激光装置切割38 mm厚的钢板。

　　从上可知，它为如何将激光切割更经济、更有效地应用于中国造船业提供了一个成功的范例和开启一条新思路，我们应给予充分重视，跟踪关注其发展动向，并创造条件开展相关的课题研究，做一些尝试，为进一步提高船厂切割效益作出贡献。

5 船用型材自动化切割

　　经统计，船体结构中各种型材（包括组焊型材和轧制型材）的质量平均占到船体质量的20%左右，型材的品种有：球扁钢、角钢、扁钢、T型钢等，这些型材在成形或焊接加工前要切割各种形状的端头和中间孔，并标识记号及加工装配用的线段。由于型材的品种、规格尺寸多种多样，更有变幻无常的切割内容和要求，使得我们无法借助现有的设备和手段来自动化批量生产，因此国内船厂长期以来只能靠熟练工人利用半自动的机械设备进行人工操作，生产效率低、劳动强度大、质量难以控制，这与板材已普遍运用数控切割相比呈现了极其鲜明的反差。为了改变这一作业的落后状况，国内骨干造船企业（如：外高桥和江南）已引进了型材切割的关键设备——数控等离子型材切割机，它被用于切割型材形状各异的端头和中间孔，而且可以按需要在型材上打印标识和划线，构筑了型材自动切割作业的雏形，但这仅仅是开始离国际上已广泛采用的、由型材储存和提取系统、机器人型材切割系统、零件型材的分类和运出托盘等组成的型材加工生产线来看，无论在功能、加工质量上，还是生产效率上，都尚有很长的路程要走。好在此项工作已引起了我国造船界的重视，相关课题的立项研究已摆上议事日程，相信用不了多久，目前的状况将会有较大的改观。

6 结束语

　　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。为了实现成为********造船大国的（以载重吨计）的既定方针，我们必须加快增加造船总量的步伐，由此可见，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。到那时，汇集着我们几代造船人梦想，旨在提升我国造船能力的一系列技术创新项目：新一代适应能力更强、加工效率更高的型材柔性切割流水线、板材柔性切割流水线；运用网络技术来远程通信、远程控制的无人化数控切割车间；乃至打破厂际界限的区域性钢板、型材（切割）加工中心等，将一一变为现实。我坚信：伴随着中国船舶工业的做大、做强，高新切割技术在我国造船业的明天将会更加辉煌。