船舶鋼板數控切割機現狀及切割質量控制方法

李佳佳

【摘 要】船舶制造業中鋼板切割質量是影響船體質量的重要因素，隨著我國科學技術的不斷提升，鋼板切割技術也隨之不斷優化，逐漸形成了數控切割形式，有效地提高了切割質量。本文首先對常用的鋼板數控切割機進行了介紹，并以數控等離子切割機為例，詳細分析了切割質量的控制方法，以期為相關工作人員提供參考。

【關鍵詞】船舶鋼板；數控切割機；質量控制

船舶制造業的鋼板切割方法主要有三種，分別為激光切割、火焰切割以及等離子切割，它們分別對應著相應的數控切割機床。這三類數控切割機床分別具有不同的優缺點和適用范圍，并且質量控制方法也存在差異。本文主要對上述三種切割方法進行了分析，并重點探討了數控等離子切割的質量控制方法。

1.簡述常見數控切割機應用現狀

1.1數控火焰切割機

數控火焰切割機是通過氣體火焰產生高溫，致使局部鋼材迅速升溫直至融化，在通過高流速、高純度的切割氧氣的運用，將鋼材中鐵元素氧化生成氧化鐵熔渣，并以燃燒熱為原動力融化底部鋼材，切割氧氣能夠實現熔渣的清除，最終實現鋼材的切割。數控火焰氣割機的應用，具有較為完善的性能和功能，同時具有操作靈活、步驟簡單、成本低廉、切割效果好等優勢，因此具有廣泛的應用。另外，數控火焰切割機能夠實現200mm的最大切割厚度，是目前能夠加工中厚鋼板的最經濟可靠的切割方法，也是船用碳鋼的最常用方法。

1.2數控激光切割機

數控激光切割可以實現融化切割、汽化切割、氧化熔化切割以及控制斷裂切割等，這些切割方法的切割原理相同，都是令高密度、高功率的激光束經過聚焦照射工件，促使工件局部溫度迅速上升，再借助與光束同軸的高速輔助氣流吹除熔融材料，完成工件的熱切割。目前，精密造船、快速造船是當下船舶制造業的主流發展趨勢，而使用激光切割機進行板材的切割，能夠極大地縮短造成工期，并合理降低施工成本。激光切割主要熱影響區小，能夠減少局部變形的優勢，并且具有切割精度高、切割速度快、切口寬度窄的特點，不會產生大量板材消耗，同時大量減少切割過程中產生的煙塵，因此對環境保護有重要意義。并且由于激光切割厚度較小，不適用于船舶制造業的厚鋼板切割。激光切割在我國船舶制造業的應用較少，但將來仍然具備較大的發展前景。

1.3數控等離子切割機

數控等離子切割機是利用高溫度、高速度的等離子弧作為加熱源，并利用高壓縮氣體形成高速氣流，將金屬局部融化并吹走，完成切割。數控等離子切割機可以使用不同工作氣體，實現不同切割效果，因此可以應用于不同材料的切割。比如，可以利用壓縮空氣進行碳鋼材料的切割，從而有效節約成本。等離子切割機可以實現所有導電金屬的切割，其應用優勢在于具有較高的切割精度和速度，并且切口平整，無需進行工件預熱，所以不容易發生工件變形，最大切割厚度為50mm，并且在30mm以下厚度的鋼板切割中的應用具有較大優勢，可避免氧乙炔切割速度慢、變形大、切口熔化嚴重、掛渣嚴重等缺點，在船舶鋼板切割中的應用較為廣泛。近年來，國外廠家開發了稱為精細等離子或稱為高精度等離子的新技術，國內廠家也在逐步引進，投入效果較好。通過改進割炬的設計，較顯著的提高了工件切割面質量，端面垂直度可達0-1.5°對提高厚板切割質量尤為有利。由于改進了切割槍，電極壽命得到數倍提升，切割效能也穩步提升。

1.3.1數控等離子切割機--坡口切割功能

通過改進割炬的設計配合轉換軟件的使用，切割槍不在是只能垂直切割，同時還具備坡口角度切割的使用功能，要求切割槍上的高度傳感器反應更靈敏，切割槍升降反應更快。坡口切割是指割炬中心線與工件垂直直線之間的角度，最大坡口角度為45°。坡口切割方式，比較適用于板厚10mm～30mm的V型坡口切割，方便快捷同時保證切割質量。

1.3.2數控等離子切割機+數控劃線印字噴碼機

數控劃線印字噴碼機作為傳統鋅粉劃線工藝的升級替代技術，精度更高，質量更好，綜合效率提升；不僅可以實現高速劃線，還能完成各種字符的噴印，滿足現有船舶現場生產。隨著數字化、信息化造船模式的高速發展，劃線打字機的配置使用將徹底消除因人工書寫信息所產生的誤差，同時對現有切割機“減壓”，實現單獨切割功能，提升切割物量，保證零件的精度要求（信息登錄、噴墨劃線等）。同時為信息化管理提供便利，推進切割無紙化，減少切割紙張及墨盒成本支出。

2.數控等離子切割質量控制

在此以數控等離子切割技術為例，分析該技術切割的質量控制方法，具體質量控制內容包括工件尺寸精度、切口坡度、切割熱變形、割縫寬度等。等離子切割機是由數控裝置、工作臺、機架、XY軸傳動機構以及切割頭部件組成，屬于數控加工設備。數控等離子切割機的加工質量與機床定位精度和切割工藝燈密切相關，因此若想提高加工質量，需要從以下方面進行控制。

2.1控制數控機床本身的定位精度

若是在加工過程中，工件尺寸誤差突然變大，可以將劃針裝于割槍上進行劃線檢查，并且確定具體誤差量。為了解決這一問題，需要對機床的機械精度和電子精度進行檢查，如切割平臺水平度、機床導軌直線度、伺服驅動系統運作情況等，從中尋找誤差增大的原因并加以解決，實現切割質量的控制。

2.2科學選擇電流和噴嘴

切割電流是影響數控等離子切割技術切割質量的重要因素，其與切割速度和切割寬度密切相關。當電源條件確定后，需要根據板材后去選擇合適的電流，從而保證切割質量，防止由于電流過大導致切口變寬。切口的寬度是評價切割質量的重要參數，切口過寬容易造成工件熱變形，從而浪費材料和能源。除此之外，電流過大還會導致噴嘴熱負荷增大，從而容易產生損傷，導致電弧不穩，最終影響板材的切割質量。因此，應當根據切割板材的厚度，選擇合適的電流和噴嘴，以提高板材的切割質量，減少環境污染。

2.3確定適宜的切割速度

切割材料的厚度、熔點和導熱系數等各不相同，板材熔化形成的表面張力也有所不同，切割速度的選擇應當基于上述因素綜合考慮。確定適宜的切割速度，可以提高切口質量，防止其出現過寬現象，并有效保持切口平整。若是切割速度過快，很有可能導致切割氣流無法立即吹除熔化金屬，從而導致切割面坡度增加，并出現掛渣或切割不全的情況；若切割速度過低，則會導致熔化金屬過多的堆積在切口底部，形成掛渣，并導致切口變寬，甚至電弧熄滅。對于不同板材，應當根據工件具體參數和相關設備的使用標準，再通過多次試驗確定最佳的切割速度。

2.4電弧電壓

電源正常情況下輸出電壓被當做切割電壓，而等離子弧切割機具有較高的工作電壓和空載電壓，導致其在應用空氣、氫氣等電離能較高的氣體為工作氣體時，會導致穩定等離子弧所需電壓升高。電流不變的情況下，電壓升高代表著電弧焓值和切割能力提升，若電弧焓值升高的同時，降低射流的直徑并加大氣體流速，通常能夠獲得更高的切割速度，并實現切割質量的提升。

2.5實現工作氣體壓力與切割速度的匹配

當確定了噴嘴孔徑，工作氣體壓力對氣體流量則產生了決定性的影響。若是氣壓過大，將會過多帶走等離子弧能量，致使切割能力降低；氣壓過小則會影響等離子弧的挺直度，導致切割能力降低，并且容易發生掛渣。工作氣的純度以及流量，與切割質量也是密切相關的。工作氣體純度不夠，同樣也會因保護氣體不到，使電極受到損傷，從而導致切割質量不達標情況。因此，實現工作氣壓和切割速度的合理匹配，對于提高切割效果具有重要意義。

3.結束語

綜上所述，鋼板切割對于提高船舶制造質量具有重要意義，目前船舶制造業中切割技術逐漸呈現數控化、信息化發展趨勢，主要有數控火焰切割機、數控激光切割機、數控等離子切割機、數控劃線印字噴碼機等，本文對這些數控切割技術進行了分析，并針對數控等離子切割機探討了切割質量的控制方法。

【參考文獻】

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