Лазерная резка в судостроении: cостояние и развитие [Часть 2]

В настоящее время технология лазерной резки CO2 является наиболее распространенной и всемирно используемой технологией производства и обработки, применяемой в судостроении.

Скорость резки широко используемого СО2-лазера мощностью 5 ~ 6 кВт хуже, чем у плазмы, что не может соответствовать современным требованиям судостроительной промышленности по скорости и эффективности. Стоимость оборудования и затраты на обслуживание высоки, отдача мала, данное оборудование не может удовлетворить потребности судостроительной промышленности.

В настоящее время есть некоторые новые разработки в смежных технологиях резки и обработки.

Примечание: данная статья является переводом.

Оптоволоконные лазеры также быстро развиваются. Их высокая мощность, отличное качество луча, высокая эффективность электрооптического преобразования, малый объем при той же мощности, а передача по оптическому волокну обеспечивает лучшую работоспособность.

А комплексные преимущества практически необслуживаемой высокой надежности бросили вызов традиционной (CO2 ) лазерной резке.

По мере постоянного улучшения эффекта резки толстых листов волоконным лазером многие производители оборудования для резки ввели или готовятся ввести в эксплуатацию волоконные лазеры.

Некоторые университеты, институты и ученые изучают эффект резки волоконными лазерами.

Например: в исследовательском институте по атомной энергии в Южной Кореи был использован волоконный лазер мощностью 6 кВт для изучения эффективности резки высокоскоростными волоконными лазерами пластин из нержавеющей стали. Максимальная скорость резки может достигать 72 мм в минуту. Волоконный лазер может разрезать лист нержавеющей стали толщиной 60 мм с отличной формой среза и шириной кромки, как показано на рисунке.

Профессор машиностроения, университета Турку в Финляндии, Антти Салминен использовал волоконный лазер мощностью 5 кВт для выполнения лазерной резки в инертном газе 10-мм пластин из нержавеющей стали и 4-мм алюминиевых пластин. Было изучено влияние мощности лазера, скорости резки, положения фокуса и давления вспомогательного газа на производительность и качество резки.

Максимальная скорость резки была определена при различных мощностях лазера, и было изучено сочетание различных параметров резки для оптимизации эффекта резки и получения высококачественных срезов.

Параметр мощности лазера составляет 4 кВт, скорость резки  1 м в минуту, а эффект резки листа нержавеющей стали толщиной 10 мм азотом 2 МПа показан на рисунке.

Выходная мощность волоконного лазера на пластине из нержавеющей стали толщиной 10 мм при мощности лазера 4 кВт, скорости резки 1 м/мин и давлении азота 2 МПа уже достигла 50 кВт. Однако в настоящее время основное внимание при разработке по-прежнему уделяется лазерам мощностью 1-4 кВт, и на их основе разрабатываются лазеры мощностью 10 кВт.

Индустриализация лазерного оборудования была осуществлена, и проблемы резки и сварки в судостроении, аэрокосмической промышленности и автомобилестроении были решены.

В то же время, чтобы адаптироваться к современным требованиям раскроя металла и окружающей среде, технология лазерной резки в полной мере используется в судостроительной промышленности. Она сочетается с роботами, образуя роботизированные системы резки.

С 2000 года такие робототехнические компании, как KUKA в Германии, ABB в Швейцарии и FANUC в Японии, разработали серию лазерных роботов и роботов для лазерной резки.

Сочетание робототехники и лазерных технологий является основной тенденцией, используемой в настоящее время в судостроении и во всей обрабатывающей промышленности.

Как упоминалось ранее, качество лазерной резки имеет очевидные преимущества и широко продвигается в автомобильной промышленности, производстве листового металла, машиностроении и других областях.

В настоящее время крупные судостроительные компании, используют лазерную резку для обработки листов для строительства в судостроительной промышленности.

Но, объективно говоря, в отечественном судостроении лазерная резка не доминирует. К основным причинам относятся:

• Стоимость лазерной резки выше, чем у традиционных методов резки.
• Крупномасштабное оборудование для лазерной резки не подходит для производственных характеристик судостроительной промышленности, таких как строительство на месте, сегментированные операции и сложные рабочие условия.
• Нет очевидного преимущества в эффективности резки, особенно при резке толстых листов в судоходной промышленности.
• Обслуживание лазерного оборудования является сложным, что предъявляет высокие требования к работникам и требует больших затрат.

Согласно текущему состоянию отрасли, с постепенной заменой традиционных методов резки на лазерную и усовершенствованием лазерного оборудования, технология лазерной резки постепенно будет широко использоваться в судостроительной промышленности. Основные причины включают:

1) Стоимость

Одной из наиболее острых проблем в судостроительной отрасли является сокращение затрат. В настоящее время традиционные процессы обработки, как правило, включают в себя: ввод команд + газовая или плазменная резка + искусственное удаление заусенцев + обрезка листа + сверление и т. д. Включают около 5 процессов + 4-кратную обработку деталей. Этот процесс является относительно сложным и дорогостоящим;

Если вместо этого используется лазерная резка, процесс может быть упрощен до: ввод команд + лазерная резка (лазерная резка + лазерное снятие фасок + лазерное сверление), при этом сокращаются временные затраты, трудозатраты и т.д.

2) Гибкость и интеллектуальность лазерного оборудования постепенно адаптируются к развитию судостроительной промышленности

В последние годы произошел прорыв в уровне интеллекта крупного лазерного оборудования. Различные виды оборудования, основанные на сочетании станков с ЧПУ и роботов, имеют множество модульных и интеллектуальных практических технологий. Например, интеллектуальная производственная линия Nantong COSCO Kawasaki может адаптироваться к производственным системам в сложных ситуациях. Это обеспечивает хорошую адаптацию к сегментированному производству, работе на открытом воздухе и сложным производственным условиям судостроительной промышленности.

В дополнение к оборудованию, процесс в конечном итоге определяет эффект от использования. Поэтому научно-технический персонал завершает сбор и анализ информации о процессе путем мониторинга и управления процессом механической резки в режиме реального времени.

Одновременная интеграция нескольких энергетических полей и процессов, важное средство для достижения хорошего результата, за счет улучшения эффекта лазерной резки, упрощая процесс резки, сокращая период строительства и стоимость.

3) Развитие оптоволоконных лазеров позволило снизить затраты на оборудование и техническое обслуживание

По мере быстрого развития технологии производства мощных волоконных и полупроводниковых лазеров, а также повышения уровня соответствующих технологий обработки, высокоэффективные, энергосберегающие и точные характеристики резки волоконных и полупроводниковых лазеров отвечают требованиям рынка и соответствуют текущему направлению развития технологий.

Ввиду особых требований к режущему станку для обработки кормового листа судна и разнообразия форм, используемых при обработке корпусной конструкции, актуальными являются оптимизация конструкции лазерной режущей головки, разработка методов контроля вращения и систем управления.

В то же время уделяется внимание исследованию применения роботов для достижения контроля траекторий резки, высокоточной резки и беспилотной автоматической работы для повышения качества и эффективности операций.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «Лазерная резка толстых пластин: методы и навыки отладки процесса» и «Насколько точна оптоволоконная лазерная резка?».

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!