Por que o corte a laser está revolucionando o setor de construção naval? Como os construtores navais enfrentam uma intensa concorrência no mercado e maiores exigências de qualidade, a tecnologia de corte a laser oferece uma solução com sua alta eficiência, precisão e benefícios ambientais. Este artigo investiga como o corte a laser está transformando a construção naval ao reduzir custos, melhorar a qualidade da fabricação e permitir uma construção mais precisa e rápida. Saiba como essa tecnologia está estabelecendo novos padrões no setor e o que os futuros avanços podem trazer.
O setor de construção naval é um participante importante na soldagem e no corte de metais, sendo seus principais processos o corte e a soldagem. Nos últimos anos, o setor passou por uma rápida expansão seguida de uma súbita contração.
De acordo com a Associação da Indústria de Construção Naval, o ajuste do mercado resultou em alguns novos desenvolvimentos no setor. Apesar de o agregado econômico geral do setor de construção naval permanecer inalterado, os lucros diminuíram até certo ponto, mas os pedidos de exportação aumentaram à medida que o pedido geral diminuiu.
Além disso, a concentração do setor de construção naval aumentou ainda mais, com as dez maiores empresas ocupando agora mais de 53,4% do mercado na China. Com a intensa concorrência no mercado, a redução dos lucros e o aumento das exigências de qualidade, o setor de construção naval deu maior ênfase à qualidade da fabricação.
O corte a laser, por ser uma tecnologia eficiente, ecológica, de alta qualidade e alta precisão, tornou-se ainda mais crucial para promover o desenvolvimento e a otimização do setor de construção naval. Ela desempenha um papel fundamental na redução do peso, na refabricação, na redução de custos, na redução de horas de trabalho, na economia de energia e na proteção do meio ambiente no setor de construção naval.
Além disso, o processo de corte a laser é um método ideal para preparar a placa frontal do navio, alinhando-se com a tendência atual de estruturas de navios em grande escala, fabricação de precisão e construção eficiente.
Corte a laser é uma técnica comum de corte térmico. Ela funciona usando um laser para produzir um feixe de laser de alta densidade, que é então focalizado por um grupo de lentes de laser na peça de trabalho. O feixe aquece repetidamente o material da peça de trabalho, fazendo com que ele derreta, vaporize e forme furos rapidamente.
À medida que o corte ocorre, um fluxo de ar de alta velocidade que é coaxial com o feixe de luz remove os resíduos fundidos da incisão, completando o corte e a separação da peça de trabalho.
Princípio de corte a laser
Boa qualidade de corte:
O corte a laser oferece excelente qualidade de corte com seu pequeno ponto de laser e alta densidade de energia, resultando em uma velocidade de corte rápida e uma incisão estreita e plana. A superfície de corte é lisa e atraente, com uma rugosidade da superfície de apenas algumas dezenas de micrômetros. A precisão dimensional das peças cortadas pode chegar a ± 0,05 mm.
A peça de trabalho sofre deformação mínima e tem uma pequena zona afetada pelo calor, o que a torna altamente adaptável e flexível. Isso permite que o corte a laser seja usado como a etapa final do processamento, eliminando a necessidade de processamento secundário e reduzindo os custos de processamento.
Alta eficiência de corte:
O corte a laser é altamente eficiente devido às suas características ópticas e de transmissão, que podem ser realizadas em uma máquina de corte a laser com várias mesas de operação de controle numérico. Além disso, é possível realizar o corte de várias formas e peças modificando o programa NC, incluindo corte 2D e 3D.
Redução dos custos de ferramentas:
O corte a laser é diferente dos métodos de corte tradicionais, pois a tocha de corte não entra em contato com a peça de trabalho, eliminando a necessidade de troca de ferramentas e reduzindo o desgaste das mesmas. O laser pode ser ajustado para cortar diferentes espessuras ou formatos de peças simplesmente alterando os parâmetros de saída do laser.
Verde e ecologicamente correto:
O corte a laser é um método de processamento ecológico e ecologicamente correto, com baixo nível de ruído, vibração e sem poluição. É também um processo de baixo impacto que não produz nenhum resíduo.
Corte rápido de vários materiais:
O corte a laser pode ser realizado em uma ampla variedade de materiais, incluindo metais, não metais, materiais compostos e madeira. A velocidade de corte é rápida, com um laser de 4000 W cortando um aço de baixo carbono de 12 mm de espessura com um chanfro de 30° a uma velocidade de 2200 mm por minuto. Um laser de 6000 W pode cortar um aço inoxidável de 8 mm de espessura com um chanfro de 22,5° a uma velocidade de 1.500 mm por minuto.
(1) Características do corte de navios
O setor de construção naval exige alta precisão na segmentação do casco e na precisão da transferência, e a folga de transferência da estrutura deve ser mantida dentro de 1 mm. No passado, o plasma era comumente usado para cortar as nervuras pelas empresas de construção naval, o que exigia o corte manual durante a montagem em campo devido às tolerâncias de corte definidas nas nervuras para garantir a folga de montagem. A baixa qualidade do corte resultaria em um aumento do óxido residual na fenda de corte, levando a uma maior carga de trabalho de montagem e a um ciclo de montagem prolongado, afetando todo o ciclo de construção segmentado.
No entanto, o uso de uma máquina de corte a laser para eliminar a margem de montagem reduz a necessidade de corte no local e minimiza o desperdício de mão de obra e material. Isso leva a uma montagem mais rápida da estrutura e melhora a qualidade da montagem.
(2) Vantagens da tecnologia de corte a laser na construção naval
Nos últimos anos, a precisão e a construção rápida de navios se tornaram as principais tendências do setor de construção naval, e a tecnologia de corte a laser se desenvolveu rapidamente, respondendo por mais de 70% de todo o processamento a laser indústria. O setor de construção naval usa principalmente chapas de aço como matéria-prima principal, e as chapas de corte a laser podem substituir alguns métodos de corte e vinco que exigem moldes grandes e complexos, reduzindo significativamente os ciclos e os custos de produção.
Atualmente, o método de corte de peças de placas de casco no setor de construção naval envolve principalmente corte por chama, corte por plasma, processamento por cisalhamento e corte a laser. No entanto, outros métodos de corte têm várias desvantagens em relação ao corte a laser. Por exemplo, a chama e o corte a plasma têm fendas largas, baixa precisão de corte, produzem gases nocivos e causam poluição ambiental significativa.
No corte a bordo de navios, o corte a laser tem a vantagem da alta precisão, deformação térmica mínima, processamento secundário reduzido (como fresamento), perfuraçãoetc.), transferência e retificação, especialmente para pequenos círculos, pequenos orifícios e superfícies curvas. Ele pode atender plenamente aos requisitos de precisão de transferência da seção do casco e controlar a folga da montagem da estrutura em até 1 mm, mas sua velocidade de corte prática para aço é mais lenta em comparação com o corte a plasma.
A figura mostra a relação entre a velocidade de corte e a espessura de corte do aço de baixo carbono sob diferentes métodos de corte e o efeito de corte do aço de baixo carbono sob diferentes métodos de corte.
Relação entre velocidade de corte e espessura de corte de aço de baixo carbono sob diferentes modos de corte
Efeito de corte do aço de baixo carbono sob diferentes métodos de corte
Na construção naval, o corte a laser é usado para garantir a folga da montagem, definindo uma margem de corte nas nervuras, o que impede o corte a plasma. No entanto, o corte manual leva a uma qualidade de corte desigual.
Com o uso do corte a laser, a qualidade do corte é aprimorada, resultando em uma boa verticalidade da superfície cortada, sem impurezas, com uma fina camada de óxido e uma superfície lisa. Isso elimina a necessidade de processamento secundário e permite a soldagem direta.
Além disso, o corte a laser minimiza a deformação térmica, garantindo alta precisão no corte de curvas. Isso reduz as horas de trabalho de coordenação e permite o corte sem obstáculos de placas de navios de alta resistência, reduzindo a carga de trabalho de montagem, o tempo de ciclo e os custos de material e mão de obra.
Desvio de lacunas estruturais em navios
(3) Status da aplicação da tecnologia de corte a laser na construção naval
Atualmente, o CO2 A tecnologia de corte a laser é a tecnologia de fabricação e processamento mais difundida e utilizada globalmente no setor de construção naval.
No entanto, a velocidade de corte da máquina de 5-6kW CO2 O laser fica aquém do plasma e não atende aos requisitos atuais de velocidade e eficiência do setor de construção naval. Além disso, os altos custos de manutenção de equipamentos e máquinas, juntamente com os baixos retornos, dificultam que o setor de construção naval atenda às suas necessidades.
Apesar de suas limitações em aplicações de construção naval, a tecnologia de corte a laser tem sido gradualmente adotada no campo.
Além disso, houve novos avanços nas tecnologias de corte e processamento relacionadas.
O efeito de 4 kW de CO2 corte a laser
Nos últimos anos, vários estaleiros nacionais com grande capacidade, como o Jiangnan Changxing Shipbuilding Base, introduziram o avançado sistema de "CO2 máquina de corte a laser" para o mundo.
No entanto, a aplicação da tecnologia da máquina de corte a laser é mais otimista apenas no Japão. Seu sucesso ou fracasso proporciona uma experiência valiosa para o setor de construção naval nacional.
Com o crescimento da fabricação nacional, os lasers de fibra também tiveram um rápido desenvolvimento. A alta potência dos lasers de fibra, combinada com a excelente qualidade do feixe, a alta eficiência de conversão eletro-óptica, o tamanho compacto e a capacidade de serem transmitidos por meio de fibras ópticas, proporcionam maior flexibilidade de trabalho e praticamente não precisam de manutenção e são altamente confiáveis. Isso desafiou os lasers tradicionais de CO2 tecnologia de corte a laser.
Como a eficácia do corte a laser de fibra em chapas grossas continua a melhorar, muitos fabricantes nacionais de equipamentos de corte entraram ou estão se preparando para entrar no mercado de laser de fibra.
Universidades, instituições e acadêmicos também estão estudando o efeito de corte dos lasers de fibra. Por exemplo, Jae Sung Shin usou um laser de fibra de 6 kW para examinar o desempenho de corte de lasers de fibra de alta velocidade em placas de aço inoxidável. A velocidade máxima de corte alcançada foi de 72 mm por minuto, e o estudo mostrou que o laser de fibra foi capaz de cortar placas de aço inoxidável de 60 mm de espessura com excelente formato de corte e largura de fenda.
Velocidade de corte para cortar aço inoxidável de 60 mm de espessura chapa de aço
Antti Salminen usou um laser de fibra de 5kW para realizar o corte a laser assistido por gás inerte em placas de aço inoxidável de 10 mm e 4 mm placas de alumínio. O estudo investigou os efeitos de potência do laserA velocidade de corte, a posição do foco e a pressão do gás auxiliar no desempenho e na qualidade do corte.
A velocidade máxima de corte foi determinada em diferentes potências de laser e a combinação de vários parâmetros de corte foi estudada para otimizar o desempenho do corte e obter cortes de alta qualidade.
Para o parâmetro de potência do laser definido em 4 kW e uma velocidade de corte de 1 m por minuto, a figura mostra o efeito de corte em uma placa de aço inoxidável de 10 mm de espessura com nitrogênio de 2 MPa.
Placa de aço inoxidável de 10 mm de espessura com potência de laser de 4kw, velocidade de corte de lm/min e nitrogênio de 2MPa
A potência de saída de um laser de fibra em uma placa de aço inoxidável de 10 mm de espessura com uma potência de laser de 4 kW, velocidade de corte de 1 m/min e pressão de nitrogênio de 2 MPa atingiu 50 kW. Atualmente, o foco do desenvolvimento ainda está nos lasers de 1-4kW, com lasers de 10kW sendo desenvolvidos com base nisso.
A tecnologia a laser foi industrializada e solucionou os problemas de corte e problemas de soldagem na construção naval, no setor aeroespacial e na fabricação de automóveis.
O setor de construção naval tem utilizado totalmente a tecnologia de corte a laser, incorporando-a a robôs para formar sistemas de corte por robô. Desde 2000, empresas de robôs, como a KUKA, na Alemanha, a ABB, na Suíça, e a FANUC, no Japão, desenvolveram uma variedade de robôs a laser e sistemas de corte a laser. robôs de corte a laser.
A integração da robótica e da tecnologia a laser é a principal tendência atual no setor de construção naval e em todo o setor de manufatura.
Conforme mencionado anteriormente, a tecnologia de corte a laser tem vantagens significativas em termos de qualidade e tem sido amplamente adotada em setores como o automotivo, chapa metálicae maquinário.
Atualmente, grandes empresas de construção naval, como a Jiangnan Shipyard e a Wuhan Shipyard, usam o corte a laser para processar chapas de navios.
No entanto, objetivamente falando, o corte a laser ainda não dominou o setor de construção naval nacional devido aos seguintes motivos:
De acordo com a situação atual do setor, espera-se que a tecnologia de corte a laser seja amplamente utilizada na construção naval devido à queda nos preços do laser e ao aumento no nível de inteligência. Os principais motivos para isso são os seguintes:
(1) Custo-benefício
A redução de custos é uma questão crucial no setor de construção naval. Atualmente, os processos tradicionais envolvem várias etapas, incluindo entrada na placa, corte por chama ou plasma, rebarbação artificial, ranhura artificial ou ranhura de abertura da máquina de corte e balancim, furadeira etc. Esse processo é complexo e caro. Esse processo é complexo e caro. No entanto, se o corte a laser for usado, o processo pode ser simplificado para a entrada da placa e o corte a laser, o que reduz significativamente o tempo, a mão de obra e os custos do local.
(2) Flexibilidade e inteligência do equipamento a laser
Nos últimos anos, houve um avanço significativo no nível de inteligência dos equipamentos domésticos. Os equipamentos baseados em CNC e robôs têm várias tecnologias modulares e inteligentes. Por exemplo, a linha de produção inteligente da Nantong COSCO Kawasaki pode se adaptar a sistemas de fabricação complexos. Essa adaptabilidade é fundamental para a fabricação segmentada, as operações ao ar livre e os ambientes de produção complexos do setor de construção naval.
O processo desempenha um papel fundamental na determinação da eficácia do equipamento. Portanto, o pessoal técnico deve monitorar e controlar o processo de corte mecânico em tempo real para coletar e analisar as informações do processo. A integração de vários campos e processos de energia pode simplificar o processo de corte, melhorar o efeito do corte a laser, reduzir o período de construção e o custo.
(3) Redução dos custos de equipamentos e manutenção
O rápido desenvolvimento da tecnologia de fabricação de laser de fibra de alta potência e de laser semicondutor e o aprimoramento da tecnologia de processamento correspondente resultaram em características de corte de alta eficiência, economia de energia e precisão. Isso atende à demanda do mercado e à atual direção de desenvolvimento da tecnologia de fabricação a laser.
Os lasers de fibra e os lasers semicondutores devem ser industrializados e comercializados, e os equipamentos correspondentes e as tecnologias de controle devem ser desenvolvidos e aprimorados. O progresso dos equipamentos melhorou ainda mais a integração e a flexibilidade dos equipamentos.
Para atender aos requisitos especiais da máquina de corte para trabalhos com chapas de popa de navios e à diversidade de formas da estrutura do casco, são necessários o projeto de otimização de vários graus de liberdade do cabeçote de corte a laser, o desenvolvimento de métodos de controle de rotação e sistemas de controle. Também deve ser dada atenção à pesquisa de aplicação de robôs e sistemas de detecção de visão de máquina no campo do laser para obter o monitoramento de caminhos de corte, corte de alta precisão e operação automática não tripulada para melhorar a qualidade e a eficiência das operações.
O controle eficaz da qualidade do corte pode reduzir os custos de produção e os riscos de segurança.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
PT_BR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
RU 
KO