船舶钢板数控切割机现状及切割质量控制方法

李佳佳

【摘 要】船舶制造业中钢板切割质量是影响船体质量的重要因素，随着我国科学技术的不断提升，钢板切割技术也随之不断优化，逐渐形成了数控切割形式，有效地提高了切割质量。本文首先对常用的钢板数控切割机进行了介绍，并以数控等离子切割机为例，详细分析了切割质量的控制方法，以期为相关工作人员提供参考。

【关键词】船舶钢板；数控切割机；质量控制

船舶制造业的钢板切割方法主要有三种，分别为激光切割、火焰切割以及等离子切割，它们分别对应着相应的数控切割机床。这三类数控切割机床分别具有不同的优缺点和适用范围，并且质量控制方法也存在差异。本文主要对上述三种切割方法进行了分析，并重点探讨了数控等离子切割的质量控制方法。

1.简述常见数控切割机应用现状

1.1数控火焰切割机

数控火焰切割机是通过气体火焰产生高温，致使局部钢材迅速升温直至融化，在通过高流速、高纯度的切割氧气的运用，将钢材中铁元素氧化生成氧化铁熔渣，并以燃烧热为原动力融化底部钢材，切割氧气能够实现熔渣的清除，最终实现钢材的切割。数控火焰气割机的应用，具有较为完善的性能和功能，同时具有操作灵活、步骤简单、成本低廉、切割效果好等优势，因此具有广泛的应用。另外，数控火焰切割机能够实现200mm的最大切割厚度，是目前能够加工中厚钢板的最经济可靠的切割方法，也是船用碳钢的最常用方法。

1.2数控激光切割机

数控激光切割可以实现融化切割、汽化切割、氧化熔化切割以及控制断裂切割等，这些切割方法的切割原理相同，都是令高密度、高功率的激光束经过聚焦照射工件，促使工件局部温度迅速上升，再借助与光束同轴的高速辅助气流吹除熔融材料，完成工件的热切割。目前，精密造船、快速造船是当下船舶制造业的主流发展趋势，而使用激光切割机进行板材的切割，能够极大地缩短造成工期，并合理降低施工成本。激光切割主要热影响区小，能够减少局部变形的优势，并且具有切割精度高、切割速度快、切口宽度窄的特点，不会产生大量板材消耗，同时大量减少切割过程中产生的烟尘，因此对环境保护有重要意义。并且由于激光切割厚度较小，不适用于船舶制造业的厚钢板切割。激光切割在我国船舶制造业的应用较少，但将来仍然具备较大的发展前景。

1.3数控等离子切割机

数控等离子切割机是利用高温度、高速度的等离子弧作为加热源，并利用高压缩氣体形成高速气流，将金属局部融化并吹走，完成切割。数控等离子切割机可以使用不同工作气体，实现不同切割效果，因此可以应用于不同材料的切割。比如，可以利用压缩空气进行碳钢材料的切割，从而有效节约成本。等离子切割机可以实现所有导电金属的切割，其应用优势在于具有较高的切割精度和速度，并且切口平整，无需进行工件预热，所以不容易发生工件变形，最大切割厚度为50mm，并且在30mm以下厚度的钢板切割中的应用具有较大优势，可避免氧乙炔切割速度慢、变形大、切口熔化严重、挂渣严重等缺点，在船舶钢板切割中的应用较为广泛。近年来，国外厂家开发了称为精细等离子或称为高精度等离子的新技术，国内厂家也在逐步引进，投入效果较好。通过改进割炬的设计，较显著的提高了工件切割面质量，端面垂直度可达0-1.5°对提高厚板切割质量尤为有利。由于改进了切割枪，电极寿命得到数倍提升，切割效能也稳步提升。

1.3.1数控等离子切割机--坡口切割功能

通过改进割炬的设计配合转换软件的使用，切割枪不在是只能垂直切割，同时还具备坡口角度切割的使用功能，要求切割枪上的高度传感器反应更灵敏，切割枪升降反应更快。坡口切割是指割炬中心线与工件垂直直线之间的角度，最大坡口角度为45°。坡口切割方式，比较适用于板厚10mm～30mm的V型坡口切割，方便快捷同时保证切割质量。

1.3.2数控等离子切割机+数控划线印字喷码机

数控划线印字喷码机作为传统锌粉划线工艺的升级替代技术，精度更高，质量更好，综合效率提升；不仅可以实现高速划线，还能完成各种字符的喷印，满足现有船舶现场生产。随着数字化、信息化造船模式的高速发展，划线打字机的配置使用将彻底消除因人工书写信息所产生的误差，同时对现有切割机“减压”，实现单独切割功能，提升切割物量，保证零件的精度要求（信息登录、喷墨划线等）。同时为信息化管理提供便利，推进切割无纸化，减少切割纸张及墨盒成本支出。

2.数控等离子切割质量控制

在此以数控等离子切割技术为例，分析该技术切割的质量控制方法，具体质量控制内容包括工件尺寸精度、切口坡度、切割热变形、割缝宽度等。等离子切割机是由数控装置、工作台、机架、XY轴传动机构以及切割头部件组成，属于数控加工设备。数控等离子切割机的加工质量与机床定位精度和切割工艺灯密切相关，因此若想提高加工质量，需要从以下方面进行控制。

2.1控制数控机床本身的定位精度

若是在加工过程中，工件尺寸误差突然变大，可以将划针装于割枪上进行划线检查，并且确定具体误差量。为了解决这一问题，需要对机床的机械精度和电子精度进行检查，如切割平台水平度、机床导轨直线度、伺服驱动系统运作情况等，从中寻找误差增大的原因并加以解决，实现切割质量的控制。

2.2科学选择电流和喷嘴

切割电流是影响数控等离子切割技术切割质量的重要因素，其与切割速度和切割宽度密切相关。当电源条件确定后，需要根据板材后去选择合适的电流，从而保证切割质量，防止由于电流过大导致切口变宽。切口的宽度是评价切割质量的重要参数，切口过宽容易造成工件热变形，从而浪费材料和能源。除此之外，电流过大还会导致喷嘴热负荷增大，从而容易产生损伤，导致电弧不稳，最终影响板材的切割质量。因此，应当根据切割板材的厚度，选择合适的电流和喷嘴，以提高板材的切割质量，减少环境污染。

2.3确定适宜的切割速度

切割材料的厚度、熔点和导热系数等各不相同，板材熔化形成的表面张力也有所不同，切割速度的选择应当基于上述因素综合考虑。确定适宜的切割速度，可以提高切口质量，防止其出现过宽现象，并有效保持切口平整。若是切割速度过快，很有可能导致切割气流无法立即吹除熔化金属，从而导致切割面坡度增加，并出现挂渣或切割不全的情况；若切割速度过低，则会导致熔化金属过多的堆积在切口底部，形成挂渣，并导致切口变宽，甚至电弧熄灭。对于不同板材，应当根据工件具体参数和相关设备的使用标准，再通过多次试验确定最佳的切割速度。

2.4电弧电压

电源正常情况下输出电压被当做切割电压，而等离子弧切割机具有较高的工作电压和空载电压，导致其在应用空气、氢气等电离能较高的气体为工作气体时，会导致稳定等离子弧所需电压升高。电流不变的情况下，电压升高代表着电弧焓值和切割能力提升，若电弧焓值升高的同时，降低射流的直径并加大气体流速，通常能够获得更高的切割速度，并实现切割质量的提升。

2.5实现工作气体压力与切割速度的匹配

当确定了喷嘴孔径，工作气体压力对气体流量则产生了决定性的影响。若是气压过大，将会过多带走等离子弧能量，致使切割能力降低；气压过小则会影响等离子弧的挺直度，导致切割能力降低，并且容易发生挂渣。工作气的纯度以及流量，与切割质量也是密切相关的。工作气体纯度不够，同样也会因保护气体不到，使电极受到损伤，从而导致切割质量不达标情况。因此，实现工作气压和切割速度的合理匹配，对于提高切割效果具有重要意义。

3.结束语

综上所述，钢板切割对于提高船舶制造质量具有重要意义，目前船舶制造业中切割技术逐渐呈现数控化、信息化发展趋势，主要有数控火焰切割机、数控激光切割机、数控等离子切割机、数控划线印字喷码机等，本文对这些数控切割技术进行了分析，并针对数控等离子切割机探讨了切割质量的控制方法。

【参考文献】

[1]胡安岭.数控切割机提高切割质量的有效途径[J].全国钢结构学术年会论文集，2009.10.

[2]康碧波.影响数控火焰切割质量因素的分析[J].价值工程，2015（10）.