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  • 一、前言
      随着我国制造业在规模和技术二方面的进展和国家“铸改焊”方针的贯彻,切割材料的总量不断增加,对切割效率和切割质量要求越来越高。2005年,我国钢材消耗已超过三亿吨,如果有40%的材料需要切割,则总量已超过1.2亿吨,在这个总量中,大部分将用等离子弧切割。等离子弧切割已越来越为人们所重视并优先选择。
      国内等离子弧切割机的使用大致可分为三种情况,一是配合数控切割机床用的所谓机用等离子弧切割机;二是用于仿形器、切割小车等机械的半自动切割;三是纯手工操作用的小型等离子弧切割机。这三种用途构成国内等离子弧切割机的总量。
      据业内人士估计,我国2005年的数控切割机床销售量已达到二千多台,考虑到有的机床只配备火焰切割,而有的一台机床配有二台等离子弧切割机,因此,2005年机用等离子弧切割机的用量大致为二千多台。
      另外,仿形器每年的销售量约为几千台,切割小车的销售量为1万几千台,所以半自动切割用途的等离子弧切割机接近1万多台。
      手工操作用机的数量,其台数将会超过前面二种用途,估计为二万多台,三种情况加起来,2005年销售总台数约为3.5万台左右。以平均每台1.5万元的价格计算,全部产值约为5.3亿元。
      因此,等离子弧切割机的总产值并不大,这种情况也反映出参与这个行业的企业的实力和技术将会是什么样的,不过这个行业总产量虽小,但其作用面却很广。因此,可以期待其产值会有大幅度的快速增长。
      反映国产等离子弧切割机水平的是机用部分,根据我公司销售情况估计,国产机在这部分中的占有率不会超过10%,也就是2005年机用国产等离子弧切割机仅200台左右,以每台平均5万元估算,总计仅1千万左右,这说明数控切割用的等离子弧切割机,基本上仍旧是进口机的一统天下,国产的3.5万台机器都用在水平较低的场合,如果以进口机平均每台12万元计算,则进口机的总价值为2.5亿元左右,约占全国产值的一半。
      由总的产值分布可以看出,国产机的技术水平还比较低,主要用在对切割质量,生产效率要求不高的领域,就是那200台机用等离子弧切割机,也只是用于普通要求的数控切割机床上。
      另外,国产机所采用的技术也比较落后,虽然国产的电源也有晶闸管、逆变等多种型式,但在数量上,还是增强漏磁型变压器电源为主的产品。众所周知,这是一种“高耗材、高耗能”的产品。由上分析,我们可以看出:
      1、国产等离子弧切割机产业的规模还不大,处在发展之中。
      2、国产机主要用于要求较低的场合,机用等离子弧切割机基本上都是进口机,但情况正在变化之中。
      3、国产机面临更新换代。
      但最近几年以来,国产等离子弧切割机也不是停滞不前,而是有很大的进步,首先是机型多样化了,不再是单一的漏磁电源了,小型逆变电源已基本普及,价格也在不断下降,目前虽然返修率还不够理想,但总的趋势是质量在迅速提高。
      另外,对于普通切割用途,国产机用等离子弧切割机已基本上可以替代进口机了。使用量小的原因,主要还是缺乏宣传和了解。以晶闸管电源的LDK系列产品为例,作为普通场合的机用等离子弧切割机,稳定性和可靠性已足可保证。其切割能力、切口质量和易损件的寿命都已与进口机基本相当,自2000年在市场出现以来,已为越来越多的用户所认识和肯定。
      总之,国产等离子弧切割机与国际水平还有差距,但也没有大到遥不可及。最近几年,尤其是2000年以来,已有了大量的技术积累,对一些基本问题,有了深入的了解。特别是受到数控切割热潮的推动,已有许多有实力的企业,加入了新型等离子弧切割机的研发行列,可以期望在二、三年内,会有一个新的局面。


    二、差距
      国产等离子弧切割机与国际水平的差距主要是下面几个方面:
      1、割炬
      割炬是最后效果的体现者,国产割炬与国外水平相比,在切割机的诸多因素中差距最大。
      1)没有专用设计
      等离子弧切割发展到今天,已经不是一个笼统的“切割”概念了,而是要求割炬的用途有针对性。一般可分三种用途:第一是普通用途,只要能把材料切开即可,就像我们日常常见的那样;第二是高速切割,要求能最大限度地提高生产效率;第三是精密切割,使加工尺寸更准确,切口质量更好。
      国产割炬往往缺乏明确的设计思想,重点在于达到切开材料的目的,没有突出之点。
      2)材料和工艺
      割炬加工工艺不精,国产合成材料性能达不到要求是另一个重要差距。
      由于目前国内生产割炬的企业都比较小,加工条件有限,所以往往加工精度较差,结构松松散散,再加上国产合成材料性能达不到要求,致使国产割炬比较粗糙。
      割炬制造其实是一种精密制造,有了好的设计,还需有合格的制造,才能有好的割炬。
      2、电源技术的差距
      等离子弧切割机的电源大致有这么几种:
      1)增强漏磁型变压器电源。
      2)斩波器电源。
      3)逆变电源
      2)、3)两种电源所使用的器件种类较多,但目前已基本上都采用IGBT作为关键器件了。
      4)晶闸管整流电源
      除了斩波器电源之处,其余三种电源在国内市场上都可见到,但有优劣之分。
      国产等离子弧切割机产品的主要部分还是增强漏磁型变压器电源,这种电源耗材、耗能,以每安培切割电流耗材计,差不多为1.5-2kg/1A,另外,这种电源的平滑性和外特性都不够好,无法适应高切割质量的要求。因此,这种电源不能再有发展,而是应该为后面的电源所替代。逆变电源正在普及之中,其主要问题是返修率不够理想,但正在进步之中,极有可能很快会达到与进口机同样的水平。
      晶闸管整流电源主要用于大电流的情况,从目前IGBT逆变电源的实际情况看,要完全取代晶闸管电源还没有可能,至少200――1000A的电源,还主要用晶闸管整流电源。
      在逆变电源还达不到极大电流的时期,继续改进提高晶闸管整流电源的性能仍旧是很有意义的。
      因此,国产电源的差距与割炬相比,比较容易赶上,国外产品也基本上是逆变加晶闸管整流电源,我们有理由期待,在不太长的时间内,国产电源能够赶上进口机的水平。
      3、控制和显示
      现代的数字控制和显示技术已发展到很高的水平,但在国内这些新技术基本上尚未引入等离子弧切割机,国产机还停留在继电器控制的水平上。实际上为了进一步提高国产等离子弧切割机的性能,先进的控制和显示技术是很重要的。例如,在数控切割过程中为了使切割质量最好,切割电流大小、上升、下降特性和气流等参数都应该由计算机实时控制,而对于一台继电器控制的等离子弧切割机来说,这是无法做到的。
      国外,用于数控切割的机用等离子弧切割机都已引入了数字控制技术、智能设计,只要一次性获得最佳切割参数,就可以存储下来,供今后在实际切割中自动选择参数用。
      从等离子弧切割来看,这方面差距似乎很大,但如果能借用现有的电焊机控制技术,其实差距并不大,只要稍加整合,是可以赶上的。
      4、使用方式
      数控切割发展到今天,使用方式已是多样化了,由于国内等离子弧切割机的生产与数控切割机的生产分属不同的企业,因此,各个厂家只关注自己生产的设备,作为等离子弧切割机生产厂家很少关注切割问题,往往使用户在使用设备时,缺少基本的操作参数,从而影响机器的使用效果。
      为了提高切割效率和质量,切割设备应该选用最具针对性的切割方式进行配置,例如,干式切割或水下切割,工作气体如何搭配,气流、弧流、弧压和速度应如何选择,割炬的零部件如何配置等等,都应有详细数据。配置国产机往往只是一台“裸机”,让用户去慢慢探索,这也是影响国产机推广使用的问题之一。
      工作气体的种类不够多,是使用方式中的另一个问题,国产机多数只用空气和氮气两种,氧气切割比较少,氩氢气的使用基本上尚未开展,其实许多高质量的切割需要用氩气和氢气,由于氢气载能量大,弧压高,是提高切割能力和质量的好途径。但是因氢气的使用和管理有些特殊性,解决起来往往不是太容易。
      5、精细切割
      等离子弧切割所追求的目标是快速高效并高质量切割,能够做到切割后,无二次加工,质量达到激光切割的下限。
      所有这些要求都要求高精密度切割。国内精细切割尚属空白,为了制造精细等离子弧切割机,国内的电源技术,还需要前进一步,虽然晶闸管电源技术已能适应,但精细切割的电流一般不用特别大,因此,最好是逆变电源。

    三、我们的认识
      本着现实与目标相结合的观点看问题,其实今后等离子弧切割要做点什么事已是很清楚的了。
      等离子弧切割这种方法要达到的目标是“快速、高效、精细”这六个字。所谓“快速”,就是要在适当的材料厚度范围内,能以数倍于火焰切割的速度切割;所谓“高效”,是要材料变性和变形小,并且不需要二次加工;所谓“精细”,就是尺寸精度和表面质量达到激光切割的下限。
      以上作为目标,国产等离子弧切割机相差还比较远。当前,我们最重要的事是:在普通切割要求下,尽快取代进口机;至于,精细切割,只要这步完成了,赶上去就容易了。
      为了达到这一现实目标,我们还有不少事情要做:
      1、割炬的研发
      1)形成系列与相应的电源配套
      中国割炬市场简直是世界各国割炬的“博览会”。但仿制的多,自主设计的少。整个行业对割炬缺乏共识,没有形成自己的品牌,这种局面,对等离子弧切割机行业是不利的。
      电源部分30——1000A范围内,已基本配套,因此相应的割炬也应该形成系列。
      2)自主研发新的割炬
      国内等离子弧切割机的提高,“瓶项”是有自己的品牌系列割炬,为此,应该解决机理、材料和加工三方面问题。
      等离子体物理和计算数学已为我们解决割炬内物理过程的计算提供了基础,国内也曾有人把问题解决到接近尾声了,但由于多方面的原因,最终未能在割炬设计中具体应用。
      针对不同的切割要求,“切割弧”的能量分布,外形边界等要求是可以通过参数选择来调节的,要想真正设计出好的割炬,了解机理这一环是不可少的。
      用于制造割炬的国产材料,其性能还达不到要求,如果全部采用进口材料,成本无法接受。所以办法只有二个,一是找代用;二是等好的国产材料出来。由于我国的合成材料工业正在加速发展,相信好材料不久就会有的。
      加工精度的问题,首先要解决对割炬制造的认识,性能优越的割炬的关键部位是一种精密制造,所以设备和加工人员必须要与之相适应。因此,希望有实力的单位能够参与进来,加工问题是不难解决的。
      3)延长消耗件寿命
      从设计的角度看,消耗件寿命达到国外同类产品的水平,已不成问题,现在的问题是应该把公认的行之有效的延长寿命的方法引入到我们的使用中来,例如引弧气压和气体与切割气压分开,延迟熄弧,改良电极的传热机制等方法都行之有效,为了使用这些成熟的方法,就必须对整个切割机的过程控制作一些改进。
      2、解决电源产品的可靠性
      国产等离子弧切割机的电源实际上已在形成一个统一的格局,那就是200A以下,使用逆变电源,200A以上使用晶闸管整流电源;至于增强漏磁型变压器电源,无论从技术本身还是国家产业政策来考虑,都应该被后一代的电源所取代。国产逆变电源的质量正在迅速提高之中,随着电子器件的提高和非晶态材料的解决,高质量的逆变电源应该不会等太长时间了。
      比IGBT更好的电子器件,正在快速发展之中,因此,还会发展出更好的电源,但在若干年之内,用逆变与晶闸管构成30——1000A全系列电源是大势所趋。
      从现有的市场情况看,国产电源会很快赶上国际水平。
      4、引入数控技术
      随着切割行业的发展,等离子弧切割机的控制必须解决二个问题,一是能够充分发挥等离子弧切割的优越性;二是减少切割质量对操作人员的依赖性。不同的操作人员可以获得同样优良的切割效果。
      为此,除了改进切割机某些性能之外,还应该由计算机对切割过程实施实时控制,使气流、弧流、弧压和速度这四个量随时都能自动调整。
      这一问题,看上去复杂,其实最易解决。这是因为等离子弧切割的控制相对于焊接来说,要简单得多。而国内电焊控制,已发展到了一定的水平,只要借用这些控制显示技术,就足够等离子弧切割用了。
      关键是要由有实力的企业来整合这些技术,这就要受到“利润”总量的制约了。
      5、发展多种形式的切割,改善切割环境。
      随着经济的发展,工作人员对切割环保的要求越来越高,因此,要求使用水下切割或水幕保护的单位有很大的增加。国产机已基本上可以适应这些切割形式,但设备配套还要提高。
      6、精细切割
      虽然目前国内等离子弧切割主要还是以普通切割为主,但随着加工业的发展,一定会有大的需求。
      国内在这一领域的空白状态应该改变。现在的电源水平和割炬设计能力已可以解决精细切割的问题了。

    四、结束语
      本文的目的是想说明国产等离子弧切割机生产的现状和我们对解决现有问题的认识,总的来讲,大致可以看出:
      1、国产等离子弧切割机已可满足加工业对普通切割加工的要求。
      由于国产机在用户中还没有建立起完全的信誉,因此,明确这一点对发展国产等离子弧切割机特别重要。
      对于普通切割要求,不一定要花大钱去买进口机了!
      2、国内机用等离子弧切割机的市场,基本上仍为进口机所占有。国产机已具备了与之竞争的基础。
      3、国产等离子弧切割机要全面赶上进口机的水平,还有比较长的一段时间。国产机将在较长的时期内徘徊在普通切割领域。
      经过二十多年的发展,国内等离子弧切割机的水平已经有了质的变化,但是由于这个行业总产值相对较小,从事生产的都是一些比较小型的企业,有的甚至是个体生产,有资金和技术实力的企业暂时不会感兴趣,而产品提高所要解决的问题却需要资金和技术,这是一对矛盾。但是,鉴于等离子弧切割对整个加工业的重要性,它最终必定会发展,到那时,资金和技术就会进入,其水平才能完全赶上去。




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