各类激光工艺在船舶上的应用与前景

国际金属加工网 2018年12月03日

激光技术自问世以来,便受到了社会的广泛关注,被称为二十世纪的四大发明之一。随着时代的不断发展,激光技术的应用也在不断发生转变。近些年来,激光器的功率不断提升,其应用也逐渐向重型工业制造领域渗透。而在船舶制造业中,激光切割、焊接、清洗工艺已经开始取缔一些旧有工艺,对整个造船产业带来了一定影响。目前,欧美及日本主要的大型船厂已大量采用激光加工技术。

激光切割在船舶工业中的应用

船舶行业对船体分段转配精度的要求非常高,构架转配的间隙必须控制在1mm范围以内。在以往,船舶制造企业一般采用等离子切割对肋板下料,为了保证装配间隙达标,在肋板上均设置了修割余量,需要在现场装配时进行实地手工修割,最后得到的修割的质量参差不齐。手工修割会导致割缝内残留氧化物,同时,也增加了装配的工作量,延长了装配周期,致使整个分段建造周期大幅延长。

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目前,在船舶行业中,船体板材零件的下料方式主要有火焰切割、等离子切割、剪切加工以及激光切割几种。相对于激光切割,其他的切割方式在许多方面存在不足,比如火焰切割与等离子切割会导致割缝宽、切割精度差,容易产生有害气体,对环境造成的污染较大等问题。而通过激光切割的船用钢板,割缝质量好,切口面垂直性好,无挂渣,氧化层薄,表面光滑,无需二次加工,可直接焊接,且热变形小,曲线切割精度高,有效减少配合工时,实现无障碍切割高强船板。

早在1992年,Vosper Thornycroft船厂在欧洲率先使用激光切割设备。而后,欧洲各国船厂纷纷安装用于焊接和切割的成套设备。在美国,Bender 船厂则是第一家使用高功率激光切割设备的船厂,1999年Bender使用6KW的Tanaka LMX Ⅲ激光器,在制造成本和质量上取得了巨大进步。

近些年来,“精密造船”和”快速造船”成为船舶制造业发展的主要趋势,激光切割技术得到了快速发展。船舶制造业主要以钢板原料为主,使用激光对板材进行切割,可以代替一些需要大型模具冲切的加工方法,大大缩短生产周期,同时降低加工成本。采用激光切割机下料取消了装配余量,消除了现场修割的现象,减少了人工和板材浪费,构架装配速度明显加快,装配质量提升显著。

虽然激光切割优势明显,在应用方面也存在许多问题。目前,在国内的船舶行业中,激光切割并未占据主导地位。主要原因在于激光切割成本相比传统切割方法更高;激光切割的大型设备不适合船舶行业的制造特点,如现场施工、分段作业、工作环境复杂等等;激光切割在效率方面并没有明显优势,尤其是船舶行业对于厚板的切割;激光设备维护复杂,对工人要求高、维护成本高等。


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