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一、概述 “焊接与切割”素有钢铁裁缝之称，已成为桥梁、锅炉压力容器及金属结构等行业的关键制造技术。切割是焊接的首道工序，切割断面质量、切割效率及材料利用率的高低都直接影响着焊接产品的质量和生产成本，因此切割是焊接生产的重要工艺。 钢材分离的方法很多，而热切割是用的最广、最常见的一种工艺方法。就全世界范围来说，气割工艺大约起源于1905年前后，经过漫长的手工气割，直到20世纪40年代，才由于生产力的不断发展，出现了代替手工劳动的半自动和自动气割装备。各工业发达国家，如德国、日本、美国、英国和前苏联等又不断发展和完善了各式各样的气割设备（包括光电跟踪切割机和数控切割机），由单一的火焰气割发展为具有高能的等离子弧切割、激光切割及综合性的切割技术。被切割的材料也从碳钢、不锈钢、铜、铝等金属，扩大到绝大部分非金属材料，使切割效率、切割断面质量，以及尺寸精度均达到了一个新的水平。 我国的切割技术长期处于落后状态，但近30年来却有了飞速的发展。各有关单位包括生产切割装备的企业在内，先后研制和开发了各种半自动和全自动切割设备。国外一些知名切割机具制造企业，如德国伊萨、梅塞尔、美国捷锐、日本田中及小池酸素等公司，也先后来到中国投资建厂。各企业广泛使用各种半自动和全自动切割机进行各种直线、曲线及成形切割，收到了较好的经济效益，把切割技术推向崭新的阶段。 气体火焰切割是最早也是最普遍被采用的一种工艺方法。近年来，在燃气中以乙炔为基础，先后开发了丙烷气、液化石油气、天然气、煤气和各种新型燃气，并根据各种气体的不同特性研制了专用的切割机具，为燃气能源多元化开辟了广阔的前景。 二、行业现状及发展趋势 1.切割机具 切割机具按控制方法划分，可分为手工切割、半自动切割和自动切割机三种类型。 （1）手工切割主要工具是割炬（又称割枪），是用人的手来掌握切割速度和割嘴的高低，特别是在割缝较长和成形切割过程中，很难满足尺寸精度和表面粗糙度的要求。虽然手工切割有其局限性，但适宜在一些使用半自动与自动切割不方便的地方，特别是在野外和高空作业中还必须采用。相对而言，手工割炬的生产技术含量较低，但由于市场还有很大的需求量，因此在我国很多地方都有生产这类产品的企业，具体数量无法做详细统计。国内目前具有一定生产规模的知名企业主要有美国捷锐（上海）公司、宁波隆兴集团及上海焊割工具厂等近50家，年产各式割炬近200万套，割嘴800余万只。 （2）半自动切割是将专用机割炬安装在半自动切割机上，以机械传动来代替手工操作的机器设备。主要有直线切割机、仿型切割机及管道切割机等一些小型的切割机械。大部分半自动切割机具的基本功能及质量达到了工业发达国家的水平，因此在工业生产中得到了广泛的应用，在很大范围内替代了部分手工切割。现有专业生产企业如上海华威、宁波金凤、常州卓越及上海建设等30余家，年产各类半自动切割机约5000余台。 （3）自动切割机是采用光电控制和数字控制技术的切割设备（如光电跟踪切割机和数控切割机）。 光电跟踪切割机是将图形按比例划在图样上，图样和钢板分别放在跟踪机和切割机上就能实现自动切割。目前，造船厂、锅炉厂、汽车制造厂等企业均有各种国产或进口的光电跟踪切割机在生产中应用。 数控切割机是由人根据图样和数控装置的规定，编出切割程序，由计算机根据程序的要求进行运算，使割嘴沿图样要求的轨迹运动进行切割。1958年，英国氧气公司（BOC）研制出第一台数控气割机，使切割领域进入了高科技自动化阶段。仅就数控火焰气割机而言，它不仅使气割技术实现了自动点火、自动调高、自动穿孔、自动切割、自动冲打标记及自动喷粉划线等全过程自动化控制，而且还因表面切割质量和尺寸精度高，可以保证工件尺寸通过切割一次加工成形。 （4）机用割嘴作为自动化切割的主要消耗品，每年的市场需求量非常大。我国是割嘴生产大国，全国机用割嘴的生产总量每年约在1000万只左右，其中近一半出口到国外。我国割嘴生产厂家同发达国家的生产厂家相比，加工设备还比较落后，生产形式仍以单件多工序加工为主，因此生产效率较低，产品质量不易控制。而国外厂家均采用自动化程度较高专机进行产品加工，这样不但生产效率高，而且产品质量容易得到控制。 国内目前最大的割嘴生产厂家为宁波金凤焊割机械制造有限公司，年产各类机用割嘴达400多万套，其中80%销往国外。 2．切割技术的发展 （1）数控切割机我国数控切割机从20世纪70年代由分离元件起步，至今已发展成用微机控制切割机。生产厂家也逐年增加，目前生产各类切割机的厂家已近40家，世界四大著名切割机专业制造商，也先后来到中国投资建厂生产各类中、高档切割机。国内切割机行业经过多年的发展，在专业技术上也有了很大的提高。目前，具备一定的研发和生产能力的企业有哈尔滨华崴、金凤公司、深圳博利昌、中船611所及无锡华联等企业，年产数控火焰切割机2000余台。其产品性能已接近国外同类产品标准，并有少数指标超过国外标准，产品质量在逐年提高，完全可以满足国内不同用户需求，替代了部分进口产品，还有部分产品出口。但在一些特殊切割方面和专用系统开发方面同国外公司相比还有一定的差距。（2）氢氧切割机其原理是将洁净水注入氢氧机，利用交流电转换成直流电，以正负两极导通电解槽两极，电解水中氢氧分子，释出氢气（H2）和氧气（O2）的混合气体用作燃料，用于切割、焊接等火焰加工领域（进行厚板切割时需增备氧气），具有低成本、无污染等特点，在钢铁、玻璃及半导体等工业领域得到应用。现有北京建研院、绿科大地等生产企业近10家，年产氢氧切割机1000余台。 （3）空气等离子弧切割是利用高速、高温、高能量的等离子气流来加热和熔化被切割材料，利用空气压缩机提供的压缩空气作为工作气体，排除已熔化金属的气流，从而达到切割金属的目的。可以切割碳钢、合金钢和不锈钢及铜、铝等有色金属。空气等离子弧切割，因其离子气与切割气均采用压缩空气而受到用户欢迎，并在各应用领域被广泛的采用。同时，为了提高切割质量、保证被切割零件的尺寸精度、改善劳动环境、减轻工人劳动强度和提高生产效率，又研制出一系列半自动和全自动等离子弧切割设备。 我国自上世纪60年代就将等离子切割技术应用于工业生产。现有常州泛洋、常州海特锐切、天津天宗等空气等离子弧切割机生产企业50余家，年产手工操作空气等离子弧切割机约20000台、半自动（小车、仿型）空气等离子弧切割机约10000台；数控机用空气等离子弧切割机基本上还是依赖进口（主要是美国海宝等公司），其国内机的占有率不足10%。 （4）CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。CO2激光切割具有切割质量好（切口窄、精度高、表面粗糙度低）、切割速度快（热影响区小、变形小）及清洁、安全、无污染等优点，目前已成为工业上板材（＜12mm的低碳钢板、＜6mm的不锈钢板＝切割的一种先进的加工方法，并在汽车、航空等工业生产中获得应用。 目前，我国有上海团结普瑞玛、沈阳普瑞玛、济南捷迈和武汉楚天等数家公司，年生产二维平板切割机、三维空间曲线切割机及管子切割机等近100台，满足了市场的需求。 （5）水射流切割（又称水刀）是将水增至100～400MPa的超高压力,通过特殊设计的喷嘴,以每秒数百米的速度喷出,达到加工工件的效果。磨料水射流切割则是在水射流中混入磨料粒子，经混合管形成磨料射流进行切割。由于磨料质量大、硬度高，磨料水射流较水射流功能更大、切割效能更强。水射流切割无尘、无味、无火花、无变形、振动小、噪声低。可以切割各种金属、非金属材料，以及各种硬、脆、韧性材料，如钛镍合金、陶瓷、玻璃、复合材料等，是一种冷切割技术，也是目前世界上先进的切割工艺之一。我国有南京大地等20余家水射流切割机生产企业，年产各种规格、型号的水射流切割机接近600台。 三、未来市场需求 根据国家统计局发布的《2003年国民经济和社会发展统计公报》，我国2003年钢产量为2.2亿吨，按照我国焊接用钢量40%的比率计算，焊接结构的钢材量接近9000万吨。而在工业发达国家，焊接用钢量基本达到其钢材总量的60%～70%。根据我国2020年国民经济发展的总体目标要求，以及我国焊接行业的发展趋势预测，我国可能在5～10年达到60%的水平。届时，我国钢产量将介于2.5～3亿吨之间，这意味着焊接量将增加一培。因此，切割量也将随之增加，对切割机具的需求也将保持增长的势态. |
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