近55年的技術發(fā)展，使得造船業(yè)中的大量產品和制造工藝得以更新?lián)Q代。 切割是造船行業(yè)最關鍵的生產技術之一，近年來激光切割技術在造船業(yè)中的應用越來越多。1954年，首次使用火焰切割機進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，自動板材打標機被開發(fā)出來。1960年，造船業(yè)開始使用電子顯影落樣（EMP）設備。輔助的打標過程用來標記切割線、配件線、底線和序列化的工作順序。在歐洲市場，1/10級光學跟蹤全氧燃燒切割機很受歡迎，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)有的光學追蹤機上。該CNC控制器在全球范圍內廣泛應用，英國、德國和法國的切割機制造商也紛紛開始生產CNC切割機。當時，日本的大型造船廠也開始使用軟件和數(shù)控切割機。由于采用進口機械的造船廠對機器的精確性和耐用性的要求越來越高，1966年Koike公司開發(fā)出了日本第一臺數(shù)控切割機。 1970年，粉末標記——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；這一通過機械加工制作切割線的工藝逐漸取代了沖壓記號。同時帶有自動旋轉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。1973年之前，用于標線的特種機械被采用，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)此項技術的目的旨在改善熱變形。然而，切割邊緣處氮化物的形成對亞弧焊接過程造成了影響。 世界上的首個空氣等離子切割系統(tǒng)由Koike公司在1981年研發(fā)出來，并運用到造船過程中，其中搭載了一種全新設計的等離子體煙氣收集器。這是很有必要的，因為在一個長軌系統(tǒng)，很難清除煙氣；相反，當把煙氣收集器安裝到切割頭運動系統(tǒng)中，煙氣在切割點便能被清除。 第一臺數(shù)控氧氣等離子坡口切割機在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成為了造船業(yè)的主流。直至1987年，市面上才有噴墨打標設備，安裝在數(shù)控線打標機，配備自動旋轉的打標頭。這項技術被很多船廠和橋梁建設商采納，因為它非常靈活，能從各個角度打標。 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。在造船業(yè)，采用激光切割機要追溯到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。 1997年激光坡口切割機研發(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，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斜面通過利用兩個等離子體炬來完成，一個用于直線切割，一個用于斜面切割。造船廠一般在同一個機器上配備兩到四套該設備。 5千瓦的龍門式CO2激光切割機在2002年日本國際焊接展中展出，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)控噴墨打標機，以便在最短的時間內在整塊鋼板上完成信息的印刷作業(yè)。該設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用 典型的造船廠中，生產工序是從打標鋼板開始的，接著是切割船身和內部結構，最后是船舶整體建造。用于標記流程的鋼板印刷系統(tǒng)包括特種機械，用來一次性印刷整個大鋼板。數(shù)控全氧燃燒切割機/等離子切割機和激光切割機，門式切割機和便攜式切割機都會用于切割過程。加熱炬和便攜式焊接機將用于總裝/焊接過程，盧格刀（用于鉤吊在后面會被移走的大型結構）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/切割機。在所有運用于造船業(yè)的設備之中，CO2激光切割機享有很高的聲譽，因為他們減少了勞動力，減少了焊接成本和時間，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，因為斜面切割的要求很多，也很復雜。最終，等離子切割機、制造機械、磨床在很多作業(yè)中也被采用。最近這一現(xiàn)象有所改觀，因為開發(fā)出來了多種不同的切割程序，配有一個激光坡口切割炬和自帶的編程系統(tǒng)。激光坡口切割能夠實現(xiàn)高精確度、高附加值，也能減少切割后續(xù)的生產時間和成本，比如在總裝和焊接中。 激光切割的優(yōu)勢 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，激光切割部件對后續(xù)的總成裝備和焊接步驟更有利，減少了接縫的調試時間和焊接的失誤。在船廠，焊藥銅板背襯單側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式激光切割機都在一個軌道系統(tǒng)中運行。因此，他們能夠切割大型的鋼板。該機器也用來在一個加工步驟中切割不同的鋼板，而不需改變噴嘴或對焦鏡頭，即使鋼板厚度不一，也不受影響。這一特性使得機器能長時間自動運行，包括夜間作業(yè)，也能保持穩(wěn)定和安全。當機器能夠自動運行，與等離子切割機相比，便減少了勞工成本。 在激光切割過程中的重要一環(huán)就是金屬的質量，特別是在切割鋼板中，表面情況是很重要的。當鋼板覆上了黑色水垢和鐵銹，將會產生不穩(wěn)定的切割效果，因為用戶在加工過程中要注意盡量避免類似情況的發(fā)生。近來，多采用高強度板鋼板，以減少最終產品的重量；這同樣也會對最終的切割效果產生影響。富鋅預涂板被用在造船時，表面涂層必須小于20微米。表面涂層過厚會對切割質量產生影響。6kW功率的CO2激光切割機被用于直線切割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，造船廠對激光坡口切割的要求越來越多。造船廠會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，以求減少生產時間和機械開動時間。也在同時開發(fā)切割軟件，用以避免零件承受超出范圍的壓力。例如，在自動編程程序中包含了橋型切割，因為邊緣帶平板的Y斜面切割中需要兩個切割路徑。Koike公司創(chuàng)造出了理想的激光斜切機，配有自動的編程功能。很多船廠對此發(fā)明感到高興，并訂購了多臺設備。 激光切割在造船應用的未來 據(jù)前面描述，復雜的切割形狀只需按動激光切割機上的一個按鈕就能自動完成，而以前，通常都需要技能熟練的操作人員來完成切割圖形。結果是，造船廠能減少勞工人數(shù)，而不必擔心切割形狀和后續(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產生不必要的運動，例如在角落處和定位時。未來的計劃是盡量減少類似的、不必要的運動以提高生產效率。 本文作者Hideo Koike (koikeh@koike.com)來自位于美國紐約州Arcade的Koike Aronson公司(www.koike.com)。