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激光切割机提高船体加工质量和效率

2015.10.20 235 字号

  激光切割机的工作原理主要是将激光束聚焦成很小的光点,其最小直径(可小于0.1mm);使焦点处达到很高的功率密度(可超过106kw/cm²),这是光束输入(光能转换)的热量远远超过被材料反射的传导或扩散部分,材料很快加热至汽化温度,蒸发形成孔洞,随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连接形成宽度很窄(如0.1mm左右)的切缝,切边热影响很小,基本没有变形,无毛刺,精度高。切割过程如下示意图:
 


激光切割机与常规下料设备的对比



  高能激光针对船体板材零件下料方式总结出主要有四种:火焰切割、等离子切割、剪切加工以及激光切割。

  设备性能的对比

  这几种下料方式在船体加工中各有秋千,其中火焰切割机能进行厚板的下料;等离子切割机速度快;剪切加工材料利用率高,但只能局限于对于直线边零件的加工,切精度误差较大;激光切割机主要是切割精度高,设备稳定性高,切切割热输入小。但切割厚板速度相对较慢。正是由于精度高的优势,激光切割机在高新产品薄板建造、分段建造过程中无余量精度管理、商船建造中对焊接坡口直线度要求高的工序:如FCB法拼板、双丝埋4弧自动焊等方面,有着无可替代的优势,这些激光切割机的有点为改类工法的顺利执行奠定了重要基础。

  下面列出了激光切割机与其它两种切割设备在参数直观简略的对比:


激光切割机在实际生产中的应用


  通过激光切割设备与其它下料设备性能的对比,得知激光切割设备的主要加工个优势在于切割精度高,热变形小的特性。这一特性在实际生产中有着广泛的应用前景。

  推进高新船舶分段建造过程无余量

  高新船舶对于船体分段转配精度要求高,构架转配间隙必须控制在1mm范围。以某型船底部分段EB02为例,以往采用等离子对肋板下料时,为了保证装配间隙,在煤块肋板上均设置修割余量,这些肋板上的余量都是在现场装配时手工进行修割的,修割质量参差不齐割缝内氧化物不易清楚,同时增加了装配工作量,装配周期增长,致使整个分段建造周期延长。采用激光切割机下料提高了零件精度,在相对取消装配余量厚,构架装配速度明显加快。整个分段的装配质量也明显提升,分段建造完工精度也同时得到提升,事实证明,更加精准的零件有利于保证分段完工主尺寸。

  促使薄板下料工法变革

  薄壁上层建筑分段建造师整个高新工程船体建造中的一个重要环节,其最薄围板厚只有2mm;在整个上层建筑分段建造过程中,从下料到部件制造,分段制造,总组搭载一系列过程均是手里过程,薄壁板材很容易失稳变形。所以薄壁上层建筑分段的建造每个过程都是控制关键,而正是激光切割机的引入,推进了薄壁下料的工法变革。为保证分段建造质量奠定了重要作用。

  在引进激光切割机之前,对薄板2-3mm下料主要是通过人工划线后,采用剪刀车进行剪切下料。再通过扎平机进行矫平;人工划线和剪切的累积精度偏差在3mm左右,致使在围壁拼版装配间隙超差,无法实现装配间隙1mm范围内的要求,现场往往有大量的修割现象;而对于4-6mm的钢板,采用等离子切割,由于板材薄、切割热量大,钢板边缘直线度达不到要求,切割扎平后,仍需利用刨边机进行边缘加工,增加了加工工序。

  到了部装阶段,就有大量围壁因下料误差报废或返工,而在到分段围壁装配时,围壁边势修割或装配间隙超差等问题更是层出不穷,未采用加工切割机下料前,正个薄板围壁材料报废率高。引进激光切割机厚,正是利用其加工精度高、热输入小的特点,所有薄壁均采用激光切割下料,一步到位,省去了划线、扎平、刨边的工序;杜绝了由于下料问题导致的板材损耗;大大提高了加工效率。


 

  显然,由上见图看出,采用激光切割机进行薄板下料时一次工艺上的变革。大大提高了薄壁分段加工的效率和质量。


 

  总之,激光切割机作为一种新型船体零件切割设备,相比其他常规切割设备,具有加工精度高,热变形小,设备稳定性好,配件损耗率低,环境污染小等的优势,在船舶生产制造中有较大的应用潜力。目前在高新船舶分段中无余量建造、薄板下料工法变革方面有较好的应用,大大提高了加工效率,消除了现场修割的现象,减少了人工和材料浪费。激光切割机的优势在船舶制造中将会更广,更深层次的应用。

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