近55年的技術(shù)發(fā)展，使得造船業(yè)中的大量產(chǎn)品和制造工藝得以更新?lián)Q代。 切割是造船行業(yè)最關(guān)鍵的生產(chǎn)技術(shù)之一，近年來激光切割技術(shù)在造船業(yè)中的應(yīng)用越來越多。1954年，首次使用火焰切割機(jī)進(jìn)行全氧燃燒修整板材邊緣，這也成為造船業(yè)的主要切割器材。這些設(shè)備用于日本造船廠之前，已經(jīng)在歐洲造船廠中使用。 1955年，自動(dòng)板材打標(biāo)機(jī)被開發(fā)出來。1960年，造船業(yè)開始使用電子顯影落樣（EMP）設(shè)備。輔助的打標(biāo)過程用來標(biāo)記切割線、配件線、底線和序列化的工作順序。在歐洲市場(chǎng)，1/10級(jí)光學(xué)跟蹤全氧燃燒切割機(jī)很受歡迎，后來被陸續(xù)出口到日本。 1960到1965年代，一家挪威公司發(fā)明了一種造船軟件，使得一種CNC控制器可以改裝到現(xiàn)有的光學(xué)追蹤機(jī)上。該CNC控制器在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，英國(guó)、德國(guó)和法國(guó)的切割機(jī)制造商也紛紛開始生產(chǎn)CNC切割機(jī)。當(dāng)時(shí)，日本的大型造船廠也開始使用軟件和數(shù)控切割機(jī)。由于采用進(jìn)口機(jī)械的造船廠對(duì)機(jī)器的精確性和耐用性的要求越來越高，1966年Koike公司開發(fā)出了日本第一臺(tái)數(shù)控切割機(jī)。 1970年，粉末標(biāo)記——一種全氧燃燒的加工工藝，通過在切割板上噴涂融化的粉末（主要是鋅）制作出切割線；這一通過機(jī)械加工制作切割線的工藝逐漸取代了沖壓記號(hào)。同時(shí)帶有自動(dòng)旋轉(zhuǎn)切割頭的全氧燃燒坡口切割單元被開發(fā)出來，并被裝配到數(shù)控切割機(jī)。1973年之前，用于標(biāo)線的特種機(jī)械被采用，以滿足造船廠和建橋者的需求。 1975年左右，東德研發(fā)出了一種空氣等離子切割系統(tǒng)，并被幾家造船廠采用。研發(fā)此項(xiàng)技術(shù)的目的旨在改善熱變形。然而，切割邊緣處氮化物的形成對(duì)亞弧焊接過程造成了影響。 世界上的首個(gè)空氣等離子切割系統(tǒng)由Koike公司在1981年研發(fā)出來，并運(yùn)用到造船過程中，其中搭載了一種全新設(shè)計(jì)的等離子體煙氣收集器。這是很有必要的，因?yàn)樵谝粋€(gè)長(zhǎng)軌系統(tǒng)，很難清除煙氣；相反，當(dāng)把煙氣收集器安裝到切割頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，煙氣在切割點(diǎn)便能被清除。 第一臺(tái)數(shù)控氧氣等離子坡口切割機(jī)在1983年才被一些大型的造船廠采用。后來數(shù)控等離子坡口切割機(jī)成為了造船業(yè)的主流。直至1987年，市面上才有噴墨打標(biāo)設(shè)備，安裝在數(shù)控線打標(biāo)機(jī)，配備自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的打標(biāo)頭。這項(xiàng)技術(shù)被很多船廠和橋梁建設(shè)商采納，因?yàn)樗浅ｌ`活，能從各個(gè)角度打標(biāo)。 1990年橋梁建筑行業(yè)開始采用3千瓦的框架式CO2激光切割機(jī)。在造船業(yè)，采用激光切割機(jī)要追溯到1995年，由于需要切割更厚的鋼板，造船業(yè)最終采用了6千瓦的CO2激光切割機(jī)。 1997年激光坡口切割機(jī)研發(fā)成功，并被意大利的一家造船廠所采用。采用等離子切割技術(shù)，切割斜邊緣帶平板的Y型坡口，在1997年開始在造船廠使用。Y斜面通過利用兩個(gè)等離子體炬來完成，一個(gè)用于直線切割，一個(gè)用于斜面切割。造船廠一般在同一個(gè)機(jī)器上配備兩到四套該設(shè)備。 5千瓦的龍門式CO2激光切割機(jī)在2002年日本國(guó)際焊接展中展出，到2006年才開始被一些造船廠采用。2005年，造船廠開始用特制的數(shù)控噴墨打標(biāo)機(jī)，以便在最短的時(shí)間內(nèi)在整塊鋼板上完成信息的印刷作業(yè)。該設(shè)備是和日本主要造船廠一起開發(fā)的。 切割在造船廠中的應(yīng)用 典型的造船廠中，生產(chǎn)工序是從打標(biāo)鋼板開始的，接著是切割船身和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最后是船舶整體建造。用于標(biāo)記流程的鋼板印刷系統(tǒng)包括特種機(jī)械，用來一次性印刷整個(gè)大鋼板。數(shù)控全氧燃燒切割機(jī)/等離子切割機(jī)和激光切割機(jī)，門式切割機(jī)和便攜式切割機(jī)都會(huì)用于切割過程。加熱炬和便攜式焊接機(jī)將用于總裝/焊接過程，盧格刀（用于鉤吊在后面會(huì)被移走的大型結(jié)構(gòu)）將用于最后精整工序。此外，還有用于角鐵切割或切割孔洞的打標(biāo)/切割機(jī)。在所有運(yùn)用于造船業(yè)的設(shè)備之中，CO2激光切割機(jī)享有很高的聲譽(yù)，因?yàn)樗麄儨p少了勞動(dòng)力，減少了焊接成本和時(shí)間，減少了切割之后的二次加工。最初，人們以為激光切割將很難用在造船業(yè)中，因?yàn)樾泵媲懈畹囊蠛芏啵埠軓?fù)雜。最終，等離子切割機(jī)、制造機(jī)械、磨床在很多作業(yè)中也被采用。最近這一現(xiàn)象有所改觀，因?yàn)殚_發(fā)出來了多種不同的切割程序，配有一個(gè)激光坡口切割炬和自帶的編程系統(tǒng)。激光坡口切割能夠?qū)崿F(xiàn)高精確度、高附加值，也能減少切割后續(xù)的生產(chǎn)時(shí)間和成本，比如在總裝和焊接中。 激光切割的優(yōu)勢(shì) 激光切割的縫寬度為等離子切割的1/8，零件尺寸可以允許最大+/- 1毫米的熱變形。這樣，激光切割部件對(duì)后續(xù)的總成裝備和焊接步驟更有利，減少了接縫的調(diào)試時(shí)間和焊接的失誤。在船廠，焊藥銅板背襯單側(cè)子弧焊越來越受歡迎，焊接過程中需要高度精確的Y斜切尺寸，而這很難用等離子Y斜切來完成。 所有Koike式激光切割機(jī)都在一個(gè)軌道系統(tǒng)中運(yùn)行。因此，他們能夠切割大型的鋼板。該機(jī)器也用來在一個(gè)加工步驟中切割不同的鋼板，而不需改變噴嘴或?qū)圭R頭，即使鋼板厚度不一，也不受影響。這一特性使得機(jī)器能長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)運(yùn)行，包括夜間作業(yè)，也能保持穩(wěn)定和安全。當(dāng)機(jī)器能夠自動(dòng)運(yùn)行，與等離子切割機(jī)相比，便減少了勞工成本。 在激光切割過程中的重要一環(huán)就是金屬的質(zhì)量，特別是在切割鋼板中，表面情況是很重要的。當(dāng)鋼板覆上了黑色水垢和鐵銹，將會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的切割效果，因?yàn)橛脩粼诩庸み^程中要注意盡量避免類似情況的發(fā)生。近來，多采用高強(qiáng)度板鋼板，以減少最終產(chǎn)品的重量；這同樣也會(huì)對(duì)最終的切割效果產(chǎn)生影響。富鋅預(yù)涂板被用在造船時(shí)，表面涂層必須小于20微米。表面涂層過厚會(huì)對(duì)切割質(zhì)量產(chǎn)生影響。6kW功率的CO2激光切割機(jī)被用于直線切割30毫米厚的鋼板，即便如此，制造商也要了解到，材料和鋼板的條件會(huì)直接影響切割效果。 激光坡口切割 由于缺少有技能的操作工人和勞工成本過高等因素，造船廠對(duì)激光坡口切割的要求越來越多。造船廠會(huì)用到多種不同的斜面切割類型，比如V斜切，邊緣平板寬度各不相同的Y斜面切割，CVBA（連續(xù)變化斜切角）切割，管洞切割，3毫米縫洞施工切割和排水切割。Koike公司正在努力研究各種斜切方法，以求減少生產(chǎn)時(shí)間和機(jī)械開動(dòng)時(shí)間。也在同時(shí)開發(fā)切割軟件，用以避免零件承受超出范圍的壓力。例如，在自動(dòng)編程程序中包含了橋型切割，因?yàn)檫吘墡桨宓腨斜面切割中需要兩個(gè)切割路徑。Koike公司創(chuàng)造出了理想的激光斜切機(jī)，配有自動(dòng)的編程功能。很多船廠對(duì)此發(fā)明感到高興，并訂購(gòu)了多臺(tái)設(shè)備。 激光切割在造船應(yīng)用的未來 據(jù)前面描述，復(fù)雜的切割形狀只需按動(dòng)激光切割機(jī)上的一個(gè)按鈕就能自動(dòng)完成，而以前，通常都需要技能熟練的操作人員來完成切割圖形。結(jié)果是，造船廠能減少勞工人數(shù)，而不必?fù)?dān)心切割形狀和后續(xù)的焊接加工等。出于多軸需求的原因，激光坡口切割仍然需要在穿孔加工時(shí)產(chǎn)生不必要的運(yùn)動(dòng)，例如在角落處和定位時(shí)。未來的計(jì)劃是盡量減少類似的、不必要的運(yùn)動(dòng)以提高生產(chǎn)效率。 本文作者Hideo Koike (koikeh@koike.com)來自位于美國(guó)紐約州Arcade的Koike Aronson公司(www.koike.com)。