L'industrie de la construction navale est un acteur important du soudage et du découpage des métaux, ses principaux procédés étant le découpage et le soudage. Au cours des dernières années, le secteur a connu une expansion rapide suivie d'une contraction soudaine. Selon l'Association de l'industrie de la construction navale, l'ajustement du marché a entraîné de nouveaux développements dans l'industrie. [...]
L'industrie de la construction navale est un acteur important du soudage et du découpage des métaux, ses principaux procédés étant le découpage et le soudage. Au cours des dernières années, l'industrie a connu une expansion rapide suivie d'une contraction soudaine.
Selon l'Association de l'industrie de la construction navale, l'ajustement du marché a entraîné de nouveaux développements dans l'industrie. Bien que l'agrégat économique global de l'industrie de la construction navale soit resté inchangé, les bénéfices ont diminué dans une certaine mesure, mais les commandes à l'exportation ont augmenté alors que les commandes globales ont diminué.
En outre, la concentration de l'industrie de la construction navale s'est encore accrue, les dix premières entreprises occupant désormais plus de 53,4% du marché en Chine. Compte tenu de la concurrence intense sur le marché, de la baisse des bénéfices et des exigences de qualité accrues, l'industrie de la construction navale a mis davantage l'accent sur la qualité de la fabrication.
La découpe laser, technologie efficace, écologique, de haute qualité et de haute précision, est devenue encore plus cruciale pour promouvoir le développement et l'optimisation de l'industrie de la construction navale. Elle joue un rôle crucial dans la réduction du poids, la refabrication, la réduction des coûts, la réduction des heures de travail, l'économie d'énergie et la protection de l'environnement dans l'industrie de la construction navale.
En outre, le processus de découpe au laser est une méthode idéale pour préparer la plaque avant du navire, qui s'inscrit dans la tendance actuelle des structures navales à grande échelle, de la fabrication de précision et de la construction efficace.
Découpe au laser est une technique de découpe thermique courante. Elle consiste à utiliser un laser pour produire un faisceau laser de haute densité, qui est ensuite focalisé par un groupe de lentilles laser sur la pièce à usiner. Le faisceau chauffe de manière répétée le matériau de la pièce, ce qui le fait fondre rapidement, le vaporise et forme des trous.
Au fur et à mesure de la découpe, un flux d'air à grande vitesse, coaxial avec le faisceau lumineux, élimine les déchets fondus de l'incision, achevant ainsi la découpe et la séparation de la pièce.
Principe de la découpe laser
Bonne qualité de coupe :
La découpe laser offre une excellente qualité de coupe grâce à son petit spot laser et à sa haute densité d'énergie, ce qui se traduit par une vitesse de coupe rapide et une incision étroite et plate. La surface découpée est lisse et attrayante, avec une rugosité de la surface de quelques dizaines de micromètres seulement. La précision dimensionnelle des pièces découpées peut atteindre ± 0,05 mm.
La pièce subit une déformation minimale et la zone affectée par la chaleur est réduite, ce qui la rend très adaptable et flexible. Cela permet d'utiliser la découpe laser comme dernière étape de traitement, éliminant ainsi la nécessité d'un traitement secondaire et réduisant les coûts de traitement.
Efficacité de coupe élevée :
La découpe laser est très efficace en raison de ses caractéristiques optiques et de transmission. Elle peut être réalisée sur une machine de découpe laser dotée de plusieurs tables d'opération à commande numérique. En outre, la découpe de formes et de pièces multiples peut être réalisée en modifiant le programme de commande numérique, y compris la découpe en 2D et en 3D.
Réduction des coûts d'outillage :
La découpe au laser diffère des méthodes de découpe traditionnelles car la torche de découpe n'entre pas en contact avec la pièce à usiner, ce qui élimine la nécessité de changer d'outil et réduit l'usure de l'outil. Le laser peut être réglé pour découper différentes épaisseurs ou formes de pièces en modifiant simplement les paramètres de sortie du laser.
Écologique et respectueux de l'environnement :
La découpe laser est une méthode de traitement écologique et respectueuse de l'environnement, avec peu de bruit et de vibrations, et sans pollution. Il s'agit également d'un processus à faible impact qui ne produit aucun déchet.
Découpe rapide de divers matériaux :
La découpe laser peut être effectuée sur une large gamme de matériaux, y compris les métaux, les non-métaux, les matériaux composites et le bois. La vitesse de découpe est rapide : un laser de 4 000 W peut découper un acier à faible teneur en carbone de 12 mm d'épaisseur avec un biseau de 30° à une vitesse de 2 200 mm par minute. Un laser de 6000 W peut découper un acier inoxydable de 8 mm d'épaisseur avec un biseau de 22,5° à une vitesse de 1500 mm par minute.
(1) Caractéristiques du découpage des navires
L'industrie de la construction navale exige une grande précision dans la segmentation de la coque et la précision du transfert, et le jeu de transfert du cadre doit être maintenu à moins de 1 mm. Dans le passé, les entreprises de construction navale utilisaient couramment le plasma pour découper les nervures, ce qui nécessitait un découpage manuel lors de l'assemblage sur le terrain en raison des tolérances de découpage fixées sur les nervures pour garantir l'espace d'assemblage. Une mauvaise qualité de coupe se traduirait par une augmentation de l'oxyde résiduel dans la fente de coupe, ce qui entraînerait une augmentation de la charge de travail et une prolongation du cycle d'assemblage, affectant l'ensemble du cycle de construction segmentée.
Cependant, l'utilisation d'une machine de découpe laser pour éliminer la marge d'assemblage réduit la nécessité d'un découpage sur site et minimise le gaspillage de main-d'œuvre et de matériaux. Cela permet d'accélérer l'assemblage de la structure et d'améliorer la qualité de l'assemblage.
(2) Avantages de la technologie de découpe laser dans la construction navale
Ces dernières années, la précision et la rapidité de la construction navale sont devenues les principales tendances de l'industrie de la construction navale, et la technologie de découpe au laser s'est développée rapidement, représentant plus de 70% de l'ensemble de l'industrie de la construction navale. traitement au laser L'industrie de la construction navale utilise principalement des plaques d'acier comme matière première. L'industrie de la construction navale utilise principalement des plaques d'acier comme matière première, et les plaques de découpe laser peuvent remplacer certaines méthodes de découpe à l'emporte-pièce qui nécessitent de grands moules complexes, ce qui réduit considérablement les cycles et les coûts de production.
Actuellement, la méthode de découpe des pièces de tôle de coque dans l'industrie de la construction navale comprend principalement l'oxycoupage, la découpe au plasma, le traitement par cisaillement et la découpe au laser. Toutefois, les autres méthodes de découpe présentent plusieurs inconvénients par rapport à la découpe au laser. Par exemple, l'oxycoupage et le découpe au plasma ont des fentes larges, une faible précision de coupe, produisent des gaz nocifs et entraînent une importante pollution de l'environnement.
Dans la découpe des navires, la découpe au laser présente l'avantage d'une grande précision, d'une déformation thermique minimale et d'une réduction des traitements secondaires (tels que le fraisage), forage), le transfert et le meulage, en particulier pour les petits cercles, les petits trous et les surfaces incurvées. Il peut satisfaire pleinement aux exigences de précision du transfert de la section de la coque et contrôler le jeu de l'assemblage du cadre à 1 mm près, mais sa vitesse de coupe pratique pour l'acier est plus lente que celle du découpage au plasma.
La figure montre la relation entre la vitesse de coupe et l'épaisseur de coupe de l'acier à faible teneur en carbone selon différentes méthodes de coupe et l'effet de coupe de l'acier à faible teneur en carbone selon différentes méthodes de coupe.
Relation entre la vitesse de coupe et l'épaisseur de coupe de l'acier à faible teneur en carbone sous différents modes de coupe
Effet de coupe de l'acier à faible teneur en carbone sous différentes méthodes de coupe
Dans la construction navale, la découpe au laser est utilisée pour garantir l'écart d'assemblage en fixant une marge de découpe sur les nervures, ce qui empêche la découpe au plasma. Cependant, le découpage manuel entraîne une qualité de coupe inégale.
L'utilisation de la découpe laser améliore la qualité de la découpe, ce qui se traduit par une bonne verticalité de la surface découpée, l'absence de scories, une fine couche d'oxyde et une surface lisse. Cela élimine la nécessité d'un traitement secondaire et permet un soudage direct.
En outre, la découpe au laser minimise la déformation thermique, ce qui garantit une grande précision dans la découpe des courbes. Cela réduit les heures de coordination et permet de découper sans obstacle des tôles de navires à haute résistance, réduisant ainsi la charge de travail de l'assemblage, la durée du cycle et les coûts des matériaux et de la main-d'œuvre.
Déviation des lacunes structurelles des navires
(3) État des applications de la technologie de découpe laser dans la construction navale
Actuellement, le CO2 La technologie de découpe laser est la technologie de fabrication et de traitement la plus répandue et la plus utilisée au niveau mondial dans l'industrie de la construction navale.
Cependant, la vitesse de coupe de l'appareil de 5-6 kW à CO2 Le laser n'est pas à la hauteur du plasma et ne répond pas aux exigences actuelles de vitesse et d'efficacité de l'industrie de la construction navale. En outre, les coûts élevés d'entretien des équipements et des machines, ainsi que les faibles rendements, font qu'il est difficile pour l'industrie de la construction navale de répondre à ses besoins.
Malgré ses limites dans les applications de construction navale, la technologie de découpe au laser a été progressivement adoptée dans ce domaine.
En outre, de nouvelles avancées ont été réalisées dans les technologies de coupe et de traitement connexes.
L'effet de 4 kW de CO2 découpe au laser
Ces dernières années, plusieurs chantiers navals nationaux dotés de fortes capacités, tels que Jiangnan Changxing Shipbuilding Base, ont introduit le système avancé de captage et de stockage du CO2 machine de découpe laser" au monde entier.
Cependant, l'application technologique de la machine de découpe au laser n'est plus optimiste qu'au Japon. Son succès ou son échec constitue une expérience précieuse pour l'industrie nationale de la construction navale.
Avec la croissance de l'industrie manufacturière nationale, les lasers à fibre ont également connu un développement rapide. La puissance élevée des lasers à fibre, combinée à l'excellente qualité de leur faisceau, à leur grande efficacité de conversion électro-optique, à leur taille compacte et à leur capacité à être transmis par des fibres optiques, offre une plus grande flexibilité de travail et ne nécessite pratiquement pas d'entretien, tout en étant très fiable. Cela a mis au défi les lasers traditionnels à CO2 la technologie de découpe au laser.
L'efficacité de la découpe au laser à fibre dans les tôles épaisses ne cessant de s'améliorer, de nombreux fabricants nationaux d'équipements de découpe sont entrés sur le marché du laser à fibre ou s'apprêtent à le faire.
Les universités, les institutions et les chercheurs étudient également l'effet de coupe des lasers à fibre. Par exemple, Jae Sung Shin a utilisé un laser à fibre de 6 kW pour examiner les performances de découpe des lasers à fibre à grande vitesse sur des plaques d'acier inoxydable. La vitesse de coupe maximale atteinte était de 72 mm par minute, et l'étude a montré que le laser à fibre était capable de découper des plaques d'acier inoxydable de 60 mm d'épaisseur avec une forme de coupe et une largeur de fente excellentes.
Vitesse de coupe pour une épaisseur de 60 mm d'acier inoxydable tôle d'acier
Antti Salminen a utilisé un laser à fibre de 5kW pour effectuer une découpe laser assistée par gaz inerte sur des plaques d'acier inoxydable de 10 mm et des plaques d'acier inoxydable de 4 mm. plaques d'aluminium. L'étude a examiné les effets de puissance du laserL'étude de l'impact de la vitesse de coupe, de la position du foyer et de la pression du gaz auxiliaire sur les performances et la qualité de la coupe.
La vitesse de coupe maximale a été déterminée à différentes puissances de laser et la combinaison de divers paramètres de coupe a été étudiée pour optimiser les performances de coupe et obtenir des coupes de haute qualité.
Pour un paramètre de puissance laser fixé à 4 kW et une vitesse de coupe de 1 m par minute, la figure montre l'effet de coupe sur une plaque d'acier inoxydable de 10 mm d'épaisseur avec de l'azote de 2MPa.
Plaque d'acier inoxydable de 10 mm d'épaisseur avec une puissance laser de 4 kW, une vitesse de coupe de 1 m/min et une pression d'azote de 2 MPa.
La puissance de sortie d'un laser à fibre sur une plaque d'acier inoxydable de 10 mm d'épaisseur avec une puissance laser de 4 kW, une vitesse de coupe de 1 m/min et une pression d'azote de 2 MPa a atteint 50 kW. Actuellement, le développement se concentre toujours sur les lasers de 1 à 4 kW, et des lasers de 10 kW sont en cours de développement sur cette base.
La technologie laser s'est industrialisée et a permis de résoudre les problèmes de découpe et d'assemblage. problèmes de soudage dans les secteurs de la construction navale, de l'aérospatiale et de l'automobile.
L'industrie de la construction navale a pleinement utilisé la technologie de découpe au laser, en l'associant à des robots pour former des systèmes de découpe robotisés. Depuis 2000, des sociétés de robotique telles que KUKA en Allemagne, ABB en Suisse et FANUC au Japon ont développé une gamme de robots laser et de systèmes de découpe robotisée. robots de découpe au laser.
L'intégration de la robotique et de la technologie laser est la tendance dominante actuelle dans l'industrie de la construction navale et dans l'ensemble de l'industrie manufacturière.
Comme indiqué précédemment, la technologie de découpe au laser présente des avantages considérables en termes de qualité et a été largement adoptée dans des secteurs tels que l'automobile, tôleet des machines.
Actuellement, de grandes entreprises de construction navale telles que les chantiers navals de Jiangnan et de Wuhan utilisent la découpe au laser pour traiter les plaques de navires.
Cependant, objectivement, la découpe laser n'a pas encore dominé l'industrie nationale de la construction navale pour les raisons suivantes :
Selon l'état actuel de l'industrie, la technologie de découpe au laser devrait être largement utilisée dans la construction navale en raison de la baisse des prix des lasers et de l'augmentation du niveau d'intelligence. Les principales raisons en sont les suivantes :
(1) Rapport coût-efficacité
La réduction des coûts est une question cruciale dans l'industrie de la construction navale. Actuellement, les processus traditionnels impliquent de multiples étapes, notamment l'entrée dans la planche, l'oxycoupage ou le découpage au plasma, l'ébavurage artificiel, la rainure artificielle ou l'ouverture de la rainure par la machine d'ébarbage, et le basculement, le perçage, etc. Ce processus est complexe et coûteux. Ce processus est complexe et coûteux. Toutefois, si la découpe laser est utilisée à la place, le processus peut être simplifié et se résumer à l'entrée de la planche et à la découpe laser, ce qui réduit considérablement le temps, la main-d'œuvre et les coûts du site.
(2) Flexibilité et intelligence de l'équipement laser
Ces dernières années, le niveau d'intelligence des équipements domestiques a considérablement progressé. Les équipements à commande numérique et les équipements robotisés sont dotés de diverses technologies modulaires et intelligentes. Par exemple, la ligne de production intelligente de Nantong COSCO Kawasaki peut s'adapter à des systèmes de fabrication complexes. Cette capacité d'adaptation est cruciale pour la fabrication segmentée, les opérations en extérieur et les environnements de production complexes de l'industrie de la construction navale.
Le processus joue un rôle crucial dans la détermination de l'efficacité de l'équipement. Par conséquent, le personnel technique doit surveiller et contrôler le processus de découpe mécanique en temps réel afin de recueillir et d'analyser les informations relatives au processus. L'intégration de multiples champs énergétiques et processus peut simplifier le processus de découpe, améliorer l'effet de la découpe au laser, réduire la durée et le coût de la construction.
(3) Réduction des coûts d'équipement et de maintenance
Le développement rapide de la technologie de fabrication des lasers à fibre de haute puissance et des lasers à semi-conducteurs et l'amélioration de la technologie de traitement correspondante ont permis d'obtenir des caractéristiques de coupe à haut rendement, économes en énergie et précises. Ces caractéristiques répondent à la demande du marché et à l'orientation actuelle du développement de la technologie de fabrication des lasers.
Les lasers à fibre et les lasers à semi-conducteur doivent être industrialisés et commercialisés, et les équipements et technologies de contrôle correspondants doivent être développés et améliorés. Les progrès de l'équipement ont encore amélioré l'intégration et la flexibilité de l'équipement.
Compte tenu des exigences particulières de la machine de découpe pour le travail sur les tôles de poupe de navire et de la diversité des formes de la structure de la coque, il est nécessaire d'optimiser la conception à plusieurs degrés de liberté de la tête de découpe laser, de développer des méthodes de contrôle de la rotation et des systèmes de contrôle. Il convient également d'accorder une attention particulière à la recherche sur l'application des robots et des systèmes de détection de la vision industrielle dans le domaine du laser afin d'assurer la surveillance des trajectoires de coupe, une coupe de haute précision et un fonctionnement automatique sans personnel pour améliorer la qualité et l'efficacité des opérations.
Un contrôle efficace de la qualité de la coupe peut réduire les coûts de production et les risques pour la sécurité.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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