国外舰船先进制造技术_先进切割技术
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２００１ 年 法 英 合 作 的 超 高 压 水 切 割 机 应 用 在 造 船 企业， 对 ２０ 万吨以上的大型油船、１０ 万吨以上的大型 成品油船、大型多功能化学品船、５０００ＴＥＵ 以上的集装 箱船、大型汽车滚装船等大厚板的切割有着很大的优 势 ， 最 大 的 钢 板 切 割 厚 度 为 ７０ｍｍ， 切 割 速 度 达 到 １５ｍｍ／ｍｉｎ；
氧气等离子切割技术是一种新型的热切割技术， 它的工作原理是以压缩氧气为工作气体， 并以在高温、 强 电 场 条 件 下 产 生 的 高 温（ ２００００℃） 高 速（ ３００ｍ／ｓ 以 上） 等离子弧为热源， 经机械压缩、热压缩和磁压缩， 使 弧柱电流密集、产生极高的温度和高速气流， 高温、高 速的等离子弧焰流将被切割的金属局部熔化， 并同时 用高速气流将已熔化的金属吹走， 形成狭窄切缝。由于 弧柱温度大大超过金属及其氧化物的熔点， 因此， 氧气
船舶设计与建造
质 合 金 、模 具 钢 、淬 火 钢 、白 口 铸 铁 、钨 钼 钴 合 金 、耐 热 合金、钛合金、耐蚀合金、ＦＲＭ 或 ＦＲＰ 等复合 材 料 、高 速钢（ ＨＲＣ３０ 以下） 等高、尖、难材料的切割上。在军船 方面， 高压水切割可用于巡洋舰上的硬质合金和核潜 艇上的钛合金等材料的切割。在民船方面， 高压水切割 可用于大型多功能化学品船舶耐蚀合金等材料的切 割。
２００２ 年德国迈尔船厂在游船和客船上的非主结构 甲板和上层建筑平面分段的焊接中采用了高压水射流 切割技术， 切割后效果令人非常满意。 ２．５ 高压水切割技术的产业化发展概况
目前世界先进造船国家在高压水射流切割方面已 经达到了产业化应用， 主要用途和优势体现在陶瓷、硬
中外船舶科技 ２００８ 年第 ２ 期
给切割机器人赋予位置和动作的执行程序信息， 切割 机器人现在常用的编程方法有直接示教和离线编程 ２ 种；
２００２ 年日本石川岛播磨的爱知船厂也引进了氧气 等离子切割机， 在对 ８ｍｍ～３０ｍｍ 中厚板切割后， 样板 具有良好的焊接和加工性能。 １．５ 氧气等离子切割的产业化发展概况
造船业是应用氧气等离子弧切割技术最早、得 益 最大的行业。近年来， 国外大船厂纷纷引进配备氧气 等离子弧切割装置的大型数控等离子切割机， 并在钢 板 下 料 中 发 挥 着 无 可 替 代 的 主 力 军 作 用 。氧 气 等 离 子 弧 切 割 技 术 优 质 、高 速 、高 效 率 、低 成 本 的 优 越 性 已 在 造船生产实践中得到验证， 目前已达到产业化应用阶 段。
１ 氧气等离子弧切割技术
１．１ 氧气等离子切割技术背景 常用材料的切割方法主要有氧乙炔切割和等离子
弧 切 割 。 氧 乙 炔 切 割 使 用 方 便 、切 割 成 本 低 、切 割 板 厚 度大， 但具有切缝宽、切口面不平整、不光洁、热影响区 较大、工件变形度大和只适用于碳钢等缺点。等离子弧 切割速度快， 精度高， 断面光滑， 适用于各种材料， 但切 割成本较高， 切割板厚较小。氧气等离子切割技术于 １９８３ 年 由 美 国 Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ 公 司 率 先 成 功 地 应 用 于 碳 钢的切割中， 它集成了氧乙炔燃烧的化学反应和等离 子弧高温的物理效应的优点， 大大提高了黑色金属的 切割厚度、速度和质量。 １．２ 氧气等离子切割技术原理
图 １ Ｈｙｓｐｅｅｄ ＨＴ２０００ 正在切割示意图
２０００ 年英国著名的军船制造企业沃斯帕·桑尼克 罗夫特造船公司引进数控氧气等离子切割机， 在加工 厚 ｌ６ｍｍ 的船体零件和建造用的各种样板时， 预涂底漆 的钢板割后漆膜无损坏， 且零件精度高， 非常平整。
２００２ 年美国某船舶修造有限公司将氧气等离子切 ２７
高压水射流本身具有较高的刚性， 在与靶物碰撞 时， 能产 生 极 高 的 冲 击 动 压（Ｐ＝ρＶＣ）和 涡 流 ， 从 微 观 上 看相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区 （有 时 可 能 为 负 值）， 因 而 高 压 水 射 流 表 面 上 虽 为 圆 柱 模 型， 而内部实际上存在刚性高和刚性低的部分， 刚性高 的部分产生的冲击动压使传播时间减少， 增大了冲击 强度， 宏观上看起快速楔劈作用， 而低刚度部分相对于 高刚度部分形成了柔性空间 ， 起吸屑、排屑作用， 这两
等离子切割除可切割碳钢外， 还可用于切割不锈钢、 铝、铜等金属。 １．３ 氧气等离子切割技术特点
与传统的氧乙炔、等离子弧切割技术相比， 该技术 手段的优越性表现在： （１） 无挂渣， 切割速度快， 切割范 围大， 切口质量好； （２） 切缝狭窄， 切口窄面平整光洁， 热影响区小， 无表面氮化现象， 切割后的工件具有良好 的焊接和加工性能； （３） 工件变形度低， 切割厚、薄板均 不变形； （４） 相同电源功率下切割速度可提高 ３０％ ， 而 且具有显著的节能效果， 是目前较为理想的热切割设 备； （５） 操作简单， 容易掌握， 使用安全， 切割成本低。 １．４ 氧气等离子切割技术的应用实例
高压水射流切割作为一项高新技术在某种意义上 讲是切割领域的一次革命， 与传统的冷切割方法相比， 高压水射流切割具有如下优点：
（ １） 切割过程中无化学变化， 对切割材质理化性能 无影响， 切割时几乎不产生热量， 因而不会造成金属变 质；
（ ２） 切割用水及磨料来源充足， 切缝窄， 精度高， 切 面光洁， 无尘埃， 无公害。更重要的是， 此种加工方法很 适合于与微机控制的工作台和机械手结合起来， 能满 足特殊的或复杂的加工要求， 实现各种新材料、各种复 杂位置与形状的高效切割， 同时又能保证切割变形小 和对工件无污染的优越性；
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者 的 结 合 正 使 得 其 在 切 割 材 料 时 犹 如 一 把 轴 向“ 锯 刀 ” 加工。磨料水射流技术切割材料时所使用的射流由压 力、速度都很高的水和磨料混合而形成。在材料被磨料 水射流去除的过程中， 单个固体颗粒的冲击是加工力 的基本作用单位。磨料水射流技术已被成功地用于多 种材料的切割， 特别是难加工材料方面。目前已有 ３０００ 多 套 水 射 流 切 割 设 备 在 数 十 个 国 家 几 十 个 行 业 应用， 已可切割 ５００ 余种材料， 其设备年增长率超过 ２０％ 。 ２．３ 高压水切割技术特点
当前国外切割机器人技术的特点是： （ １） 机械结构形式以垂直关节型机器人为主流， 这 类 机 器 人 的 操 作 机 由 多 个 关 节 联 接 的 机 座 、大 臂 、小 臂 和手腕等构成， 大小臂既可在垂直于机座的平面内运 动， 也可实现绕垂直轴的转动， 其操作灵活性好， 节奏 快， 能够执行 ３６０°全空间范围作业； （ ２） 普遍采用交流伺服驱动形式的驱动技术， 可满 足热切割对作业环境、运行速度和控制方式的适用要 求； （ ３） 在控制技术方面， 其控制计算机采用微型机， 大多采用 ３２ 位或 ６４ 位 ＣＰＵ， ＮＣ 技术、离线编程技术 和网络通信技术也被大量采用， 并越来越多地采用视 觉和触觉等传感器， 控制机不仅能够完成对切割机器 人各关节位置、速度和加速度的控制， 同时还可用于对 和机器人配合的辅助设备的控制； （ ４） 要想让割炬按照加工所需要的路径运行， 必须
目前， 氧气等离子切割技术已达到了一个较高的 发展水平， 并普遍应用于国外船舶制造中。例如： ２０００ 年美国 Ｍａｒｅ Ｉｓｌａｎｄ 海军船厂利用 Ｈｙｓｐｅｅｄ ＨＴ２０００ 氧 离子切割机切割船用材料和电缆， 使得切割碳钢的速 度提高了 ５０％ ， 同时采用长寿命氧气等离子弧切割技 术和银正极电极技术， 其切割大多数厚碳钢板速度明 显 快 于 激 光 切 割 和 火 焰 切 割 。 图 １ 为 Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ 的 Ｈｙｓｐｅｅｄ ＨＴ２０００ 氧气等离子切割机工作时的情况。
船舶设计与建造
中外船舶科技 ２００８ 年第 ２ 期
割新工艺用于切割 ５０ｍｍ 厚的钢板， 在大约 ｌ 秒钟内就 可 以 完 成 ３８ｍｍ 厚 钢 板 的 穿 孔 ， 连 续 切 割 速 度 可 达 ２００ｍｍ／ｍｉｎ， 割缝宽度仅有几毫米； 每切割一张钢板比 火焰切割可以平均节省时间 ４０ 分钟， 使得作业成本更 经济； 而且割嘴离钢板的初始距离也可上升到 ７ｍｍ， 较 常规切割的 ０．５ｍｍ～２ｍｍ 增加了许多， 减少了切割穿 孔飞溅物对割嘴的损耗； 切割表面质量好， 热影响区 小， 获得了较高的切割精度， 省略了许多后续加工。
３ 切割机器人技术
３．１ 切割机器人技术背景 机器人技术是各国造船工业重点发展的领域， 其
中 焊 接 机 器 人 、切 割 机 器 人 、涂 装 机 器 人 等 是 发 展 的 热 点， 目前国外的型材切割机器人技术已经日益实用化， 成为了船舶加工流水线的重要组成部分。 ３．２ 切割机器人技术原理
自 ２０ 世纪 ８０、９０ 年代起， 借助计算机、微电子、网 络和光、机、电一体化技术水平的迅速提高， 工业机器 人技术及其应用获得了前所未有的进展。切割机器人 历来在工业机器人应用领域中占据着相当重要的位 置， 随着全球制造业的复苏及新一轮的迅猛发展， 切割 的工作总量、复杂程度和技术要求都在不断提高， 而机 器人切割设备的成功应用也向世人充分展示了其在解 决 技 术 劳 动 力 不 足 、提 高 生 产 率 、改 进 产 品 质 量 和 降 低 生产成本方面的显著作用， 日益成为造船业在型材切 割 、三 维 曲 面 切 割 、柔 性 切 割 等 方 面 保 持 产 品 竞 争 能 力 的一支不可缺少的关键力量。
中外船舶科技 ２００８ 年第 ２ 期
船舶设计与建造
国外舰船先进制造技术— ——先进切割技术
周方明， 陶永宏
（ 江苏科技大学， 江苏 镇江 ２ຫໍສະໝຸດ Baidu２００３）
现 代 船 舶 的 建 造 会 用 到 大 量 的 板 材 、型 材 和 管 材 ， 船 体 、甲 板 、船 舱 以 及 各 种 上 层 建 筑 和 管 道 都 是 由 切 割 成形的板材、型材和管材装配组合而成的。这些型材的 品种主要有： 球鼻钢、角钢、扁钢和 Ｔ 型钢等， 型材在成 形或焊接加工前还要切割各种形状的端头、中间孔和 焊接坡口， 并标识记号及加工装配用的线段， 因而切割 工作量大已成为船舶工业的一个显著特点。由于型材 品种和规格尺寸的多样性， 产生了多种多样的切割内 容和要求， 而原有技术加工效率低、切割精度低及切口 表面质量也难以保证， 使得传统的切割设备与切割方 法已不能满足其要求， 这些存在的问题促使先进切割 技术的发展， 同时也使船舶工业成为引入先进切割技 术最早、涵盖的切割技术面最广并紧随现代技术不断 发展的行业。
２ 高压水切割技术
２．１ 高压水切割技术背景 二战期间， 飞机飞行中雷达舱被雨侵蚀破坏的现
象启发了人们利用高压水流的思维。高压水射流切割 技术最早源于前苏联， 但第一项切割技术专利却在美 国诞生； 然而， 作为一项独立而完整的切割技术， 高压 水射流（ＷＪ）的产生还是最近四十年的事。在过去的 ２０ 年中， 纯水射流已经得到了广泛的应用， 并为磨料水射 流技术奠定了基础。磨料水射流技术是 ２０ 世纪 ８０ 年 代中期英国流体力学研究协会 （ Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ） 首 次 提 出 的 ， 其 应 用 已 遍 及 船 舶 工业生产的各个方面。目前工业中使用的高压水射流 技术主要有两种实现方法： 纯水射流和磨料水射流。 ２．２ 高压水切割技术原理
（ ３） 高压水切割的切 割 精 度 介 于 ０．１ｍｍ～０．２５ｍｍ 之间， 其切割精度取决于机器的精度、切割工件的尺寸 范围及切割工件的厚度和材质， 通常机器的系统定位 精度为 ０．０１ｍｍ 至 ０．０３ｍｍ。 ２．４ 高压水切割技术的应用实例
１９９９ 年俄罗斯海军在核潜艇建造过程的钛合金切 割中， 使用了高压水射流技术， 加工速度大大提高， 加 工精度良好， 减少了后期加工的工作量， 缩短了造船周 期， 已在俄海军造船领域广泛应用。
氧气等离子切割技术是一种新型的热切割技术， 它的工作原理是以压缩氧气为工作气体， 并以在高温、 强 电 场 条 件 下 产 生 的 高 温（ ２００００℃） 高 速（ ３００ｍ／ｓ 以 上） 等离子弧为热源， 经机械压缩、热压缩和磁压缩， 使 弧柱电流密集、产生极高的温度和高速气流， 高温、高 速的等离子弧焰流将被切割的金属局部熔化， 并同时 用高速气流将已熔化的金属吹走， 形成狭窄切缝。由于 弧柱温度大大超过金属及其氧化物的熔点， 因此， 氧气
船舶设计与建造
质 合 金 、模 具 钢 、淬 火 钢 、白 口 铸 铁 、钨 钼 钴 合 金 、耐 热 合金、钛合金、耐蚀合金、ＦＲＭ 或 ＦＲＰ 等复合 材 料 、高 速钢（ ＨＲＣ３０ 以下） 等高、尖、难材料的切割上。在军船 方面， 高压水切割可用于巡洋舰上的硬质合金和核潜 艇上的钛合金等材料的切割。在民船方面， 高压水切割 可用于大型多功能化学品船舶耐蚀合金等材料的切 割。
２００２ 年德国迈尔船厂在游船和客船上的非主结构 甲板和上层建筑平面分段的焊接中采用了高压水射流 切割技术， 切割后效果令人非常满意。 ２．５ 高压水切割技术的产业化发展概况
目前世界先进造船国家在高压水射流切割方面已 经达到了产业化应用， 主要用途和优势体现在陶瓷、硬
中外船舶科技 ２００８ 年第 ２ 期
给切割机器人赋予位置和动作的执行程序信息， 切割 机器人现在常用的编程方法有直接示教和离线编程 ２ 种；
２００２ 年日本石川岛播磨的爱知船厂也引进了氧气 等离子切割机， 在对 ８ｍｍ～３０ｍｍ 中厚板切割后， 样板 具有良好的焊接和加工性能。 １．５ 氧气等离子切割的产业化发展概况
造船业是应用氧气等离子弧切割技术最早、得 益 最大的行业。近年来， 国外大船厂纷纷引进配备氧气 等离子弧切割装置的大型数控等离子切割机， 并在钢 板 下 料 中 发 挥 着 无 可 替 代 的 主 力 军 作 用 。氧 气 等 离 子 弧 切 割 技 术 优 质 、高 速 、高 效 率 、低 成 本 的 优 越 性 已 在 造船生产实践中得到验证， 目前已达到产业化应用阶 段。
１ 氧气等离子弧切割技术
１．１ 氧气等离子切割技术背景 常用材料的切割方法主要有氧乙炔切割和等离子
弧 切 割 。 氧 乙 炔 切 割 使 用 方 便 、切 割 成 本 低 、切 割 板 厚 度大， 但具有切缝宽、切口面不平整、不光洁、热影响区 较大、工件变形度大和只适用于碳钢等缺点。等离子弧 切割速度快， 精度高， 断面光滑， 适用于各种材料， 但切 割成本较高， 切割板厚较小。氧气等离子切割技术于 １９８３ 年 由 美 国 Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ 公 司 率 先 成 功 地 应 用 于 碳 钢的切割中， 它集成了氧乙炔燃烧的化学反应和等离 子弧高温的物理效应的优点， 大大提高了黑色金属的 切割厚度、速度和质量。 １．２ 氧气等离子切割技术原理
图 １ Ｈｙｓｐｅｅｄ ＨＴ２０００ 正在切割示意图
２０００ 年英国著名的军船制造企业沃斯帕·桑尼克 罗夫特造船公司引进数控氧气等离子切割机， 在加工 厚 ｌ６ｍｍ 的船体零件和建造用的各种样板时， 预涂底漆 的钢板割后漆膜无损坏， 且零件精度高， 非常平整。
２００２ 年美国某船舶修造有限公司将氧气等离子切 ２７
高压水射流本身具有较高的刚性， 在与靶物碰撞 时， 能产 生 极 高 的 冲 击 动 压（Ｐ＝ρＶＣ）和 涡 流 ， 从 微 观 上 看相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区 （有 时 可 能 为 负 值）， 因 而 高 压 水 射 流 表 面 上 虽 为 圆 柱 模 型， 而内部实际上存在刚性高和刚性低的部分， 刚性高 的部分产生的冲击动压使传播时间减少， 增大了冲击 强度， 宏观上看起快速楔劈作用， 而低刚度部分相对于 高刚度部分形成了柔性空间 ， 起吸屑、排屑作用， 这两
等离子切割除可切割碳钢外， 还可用于切割不锈钢、 铝、铜等金属。 １．３ 氧气等离子切割技术特点
与传统的氧乙炔、等离子弧切割技术相比， 该技术 手段的优越性表现在： （１） 无挂渣， 切割速度快， 切割范 围大， 切口质量好； （２） 切缝狭窄， 切口窄面平整光洁， 热影响区小， 无表面氮化现象， 切割后的工件具有良好 的焊接和加工性能； （３） 工件变形度低， 切割厚、薄板均 不变形； （４） 相同电源功率下切割速度可提高 ３０％ ， 而 且具有显著的节能效果， 是目前较为理想的热切割设 备； （５） 操作简单， 容易掌握， 使用安全， 切割成本低。 １．４ 氧气等离子切割技术的应用实例
高压水射流切割作为一项高新技术在某种意义上 讲是切割领域的一次革命， 与传统的冷切割方法相比， 高压水射流切割具有如下优点：
（ １） 切割过程中无化学变化， 对切割材质理化性能 无影响， 切割时几乎不产生热量， 因而不会造成金属变 质；
（ ２） 切割用水及磨料来源充足， 切缝窄， 精度高， 切 面光洁， 无尘埃， 无公害。更重要的是， 此种加工方法很 适合于与微机控制的工作台和机械手结合起来， 能满 足特殊的或复杂的加工要求， 实现各种新材料、各种复 杂位置与形状的高效切割， 同时又能保证切割变形小 和对工件无污染的优越性；
２８
者 的 结 合 正 使 得 其 在 切 割 材 料 时 犹 如 一 把 轴 向“ 锯 刀 ” 加工。磨料水射流技术切割材料时所使用的射流由压 力、速度都很高的水和磨料混合而形成。在材料被磨料 水射流去除的过程中， 单个固体颗粒的冲击是加工力 的基本作用单位。磨料水射流技术已被成功地用于多 种材料的切割， 特别是难加工材料方面。目前已有 ３０００ 多 套 水 射 流 切 割 设 备 在 数 十 个 国 家 几 十 个 行 业 应用， 已可切割 ５００ 余种材料， 其设备年增长率超过 ２０％ 。 ２．３ 高压水切割技术特点
当前国外切割机器人技术的特点是： （ １） 机械结构形式以垂直关节型机器人为主流， 这 类 机 器 人 的 操 作 机 由 多 个 关 节 联 接 的 机 座 、大 臂 、小 臂 和手腕等构成， 大小臂既可在垂直于机座的平面内运 动， 也可实现绕垂直轴的转动， 其操作灵活性好， 节奏 快， 能够执行 ３６０°全空间范围作业； （ ２） 普遍采用交流伺服驱动形式的驱动技术， 可满 足热切割对作业环境、运行速度和控制方式的适用要 求； （ ３） 在控制技术方面， 其控制计算机采用微型机， 大多采用 ３２ 位或 ６４ 位 ＣＰＵ， ＮＣ 技术、离线编程技术 和网络通信技术也被大量采用， 并越来越多地采用视 觉和触觉等传感器， 控制机不仅能够完成对切割机器 人各关节位置、速度和加速度的控制， 同时还可用于对 和机器人配合的辅助设备的控制； （ ４） 要想让割炬按照加工所需要的路径运行， 必须
目前， 氧气等离子切割技术已达到了一个较高的 发展水平， 并普遍应用于国外船舶制造中。例如： ２０００ 年美国 Ｍａｒｅ Ｉｓｌａｎｄ 海军船厂利用 Ｈｙｓｐｅｅｄ ＨＴ２０００ 氧 离子切割机切割船用材料和电缆， 使得切割碳钢的速 度提高了 ５０％ ， 同时采用长寿命氧气等离子弧切割技 术和银正极电极技术， 其切割大多数厚碳钢板速度明 显 快 于 激 光 切 割 和 火 焰 切 割 。 图 １ 为 Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ 的 Ｈｙｓｐｅｅｄ ＨＴ２０００ 氧气等离子切割机工作时的情况。
船舶设计与建造
中外船舶科技 ２００８ 年第 ２ 期
割新工艺用于切割 ５０ｍｍ 厚的钢板， 在大约 ｌ 秒钟内就 可 以 完 成 ３８ｍｍ 厚 钢 板 的 穿 孔 ， 连 续 切 割 速 度 可 达 ２００ｍｍ／ｍｉｎ， 割缝宽度仅有几毫米； 每切割一张钢板比 火焰切割可以平均节省时间 ４０ 分钟， 使得作业成本更 经济； 而且割嘴离钢板的初始距离也可上升到 ７ｍｍ， 较 常规切割的 ０．５ｍｍ～２ｍｍ 增加了许多， 减少了切割穿 孔飞溅物对割嘴的损耗； 切割表面质量好， 热影响区 小， 获得了较高的切割精度， 省略了许多后续加工。
３ 切割机器人技术
３．１ 切割机器人技术背景 机器人技术是各国造船工业重点发展的领域， 其
中 焊 接 机 器 人 、切 割 机 器 人 、涂 装 机 器 人 等 是 发 展 的 热 点， 目前国外的型材切割机器人技术已经日益实用化， 成为了船舶加工流水线的重要组成部分。 ３．２ 切割机器人技术原理
自 ２０ 世纪 ８０、９０ 年代起， 借助计算机、微电子、网 络和光、机、电一体化技术水平的迅速提高， 工业机器 人技术及其应用获得了前所未有的进展。切割机器人 历来在工业机器人应用领域中占据着相当重要的位 置， 随着全球制造业的复苏及新一轮的迅猛发展， 切割 的工作总量、复杂程度和技术要求都在不断提高， 而机 器人切割设备的成功应用也向世人充分展示了其在解 决 技 术 劳 动 力 不 足 、提 高 生 产 率 、改 进 产 品 质 量 和 降 低 生产成本方面的显著作用， 日益成为造船业在型材切 割 、三 维 曲 面 切 割 、柔 性 切 割 等 方 面 保 持 产 品 竞 争 能 力 的一支不可缺少的关键力量。
中外船舶科技 ２００８ 年第 ２ 期
船舶设计与建造
国外舰船先进制造技术— ——先进切割技术
周方明， 陶永宏
（ 江苏科技大学， 江苏 镇江 ２ຫໍສະໝຸດ Baidu２００３）
现 代 船 舶 的 建 造 会 用 到 大 量 的 板 材 、型 材 和 管 材 ， 船 体 、甲 板 、船 舱 以 及 各 种 上 层 建 筑 和 管 道 都 是 由 切 割 成形的板材、型材和管材装配组合而成的。这些型材的 品种主要有： 球鼻钢、角钢、扁钢和 Ｔ 型钢等， 型材在成 形或焊接加工前还要切割各种形状的端头、中间孔和 焊接坡口， 并标识记号及加工装配用的线段， 因而切割 工作量大已成为船舶工业的一个显著特点。由于型材 品种和规格尺寸的多样性， 产生了多种多样的切割内 容和要求， 而原有技术加工效率低、切割精度低及切口 表面质量也难以保证， 使得传统的切割设备与切割方 法已不能满足其要求， 这些存在的问题促使先进切割 技术的发展， 同时也使船舶工业成为引入先进切割技 术最早、涵盖的切割技术面最广并紧随现代技术不断 发展的行业。
２ 高压水切割技术
２．１ 高压水切割技术背景 二战期间， 飞机飞行中雷达舱被雨侵蚀破坏的现
象启发了人们利用高压水流的思维。高压水射流切割 技术最早源于前苏联， 但第一项切割技术专利却在美 国诞生； 然而， 作为一项独立而完整的切割技术， 高压 水射流（ＷＪ）的产生还是最近四十年的事。在过去的 ２０ 年中， 纯水射流已经得到了广泛的应用， 并为磨料水射 流技术奠定了基础。磨料水射流技术是 ２０ 世纪 ８０ 年 代中期英国流体力学研究协会 （ Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ） 首 次 提 出 的 ， 其 应 用 已 遍 及 船 舶 工业生产的各个方面。目前工业中使用的高压水射流 技术主要有两种实现方法： 纯水射流和磨料水射流。 ２．２ 高压水切割技术原理
（ ３） 高压水切割的切 割 精 度 介 于 ０．１ｍｍ～０．２５ｍｍ 之间， 其切割精度取决于机器的精度、切割工件的尺寸 范围及切割工件的厚度和材质， 通常机器的系统定位 精度为 ０．０１ｍｍ 至 ０．０３ｍｍ。 ２．４ 高压水切割技术的应用实例
１９９９ 年俄罗斯海军在核潜艇建造过程的钛合金切 割中， 使用了高压水射流技术， 加工速度大大提高， 加 工精度良好， 减少了后期加工的工作量， 缩短了造船周 期， 已在俄海军造船领域广泛应用。