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激光加工在船舶工业中的应用

2013.03.27 249 字号
    在20世纪90年代中期,激光作为一种重工业制造工具用于造船工业。大型舰船制造方法逐渐实现由铆接到焊接的变革,焊接方法、工艺和设备也稳步发展,从早先的气焊、电弧焊,发展到激光焊。造船技术的不断发展,带动了造船材料和船舶设计的重大变化。

  一项调查显示,在船体建造中,焊接工时约占船体建造总工时的30%~40%,焊接成本约占船体建造总成本的30%~50%。船舶焊接质量是评价造船质量的重要指标,焊接生产效率是影响造船产量与生产成本的主要因素之一。因此,采用全新的激光焊接技术对造船企业在国际竞争中具有独特的技术优势。
 
  欧美及日本主要的大型船厂已大量采用激光加工技术,例如美国在最新建造的新型船舶上广泛使用高强度,低合金钢的T型构件,采用激光焊接技术,使船舶的重量大大降低。船体平板为了适应海洋流力学的需要,都被设计成具有复杂的三维曲率形状,激光辅助平板成型技术可以代替费力、费时、具有一定的危险性的机械加热成型工艺,应用前景良好。日本的Kawasaki重工等造船企业已经安装了高功率激光平板切割系统。德国的Meyer Werft也安装了四台12KW的CO2激光器,用来焊接不同长度的船体加强杆。
 
  早期日本的一些船厂就使用激光切割设备获得了准确的切割尺寸和良好的切割质量,并从中受益。1992年,Vosper Thornycroft在欧洲船厂安装了第一台激光切割设备。90年代中、后期,欧洲船厂纷纷安装了用于焊接和切割的成套设备。在美国,Bender 船厂是第一家使用高功率激光切割设备的船厂。1999年Bender 使用6KW的Tanaka LMX Ⅲ激光器,在制造成本和质量上取得了巨大进步。2001年,联邦电动船部在其移动实验室安装了4KW的ESAB系统。激光切割设备在Bender的应用,引起了对发展高效激光焊接技术的关注。

 目前世界工业领域都向着低能耗、短流程方向发展,激光制造具有许多传统制造方法无法比拟的优点,世界各国都加大了对发展制造业的重视程度。但与国外相比,我国激光技术达到应用推广的还是不多,还没有发挥出应有的作用。究其原因,首先在于激光制造系统的高成本、高投入;为了更广泛的普及激光制造技术的应用,弥补高投入的问题,需要在充分认识影响激光制造技术应用关键因素的基础上,综合考虑船舶本身需求、激光加工系统的投入等因素,控制成本,寻找最佳加工条件、提高加工效率的方法,最终形成我国新一代激光制造产业链。
 
  现代激光制造作为通用的加工手段,其前沿领域之一是应用领域的扩展,激光制造应用技术提出并解决新的问题。重点针对汽车、航空航天运载器、船舶和铁路车辆等运输机械的轻型化、冶金工业和循环经济的发展趋势,实现激光制造技术在国防和重点工业领域的产业化应用。同时对激光制造系统技术提出新的要求,如激光器小型化、高转换效率与集成化等,光纤激光器和半导体激光器将得到大力发展。推动我国激光制造技术向着效率更高、能耗更低、流程更短、光束质量更高、性能更好、数字化、智能化程度更高、成本更低的方向发展,改变我国大工业用激光制造装备完全依赖进口的现状。
 
  激光技术在船舶制造中的应用又具有其独特性,这跟船舶本身的加工和应用特点以及激光制造系统的特性息息相关。目前铝合金材料逐渐成为运输机械制造的关键材料,全铝结构船显示出良好的发展前景,配合先进的激光制造技术,展示了无限发展潜力。(以上有金属激光切割机编辑整理,详情见www.gnlaser.com)