主办单位:中国焊接协会 中国机械工程学会焊接学会
总        期:第126期 2006第3期
发行份数:17430份(2006/2/14)
编         辑:晓  晔       瑷  珉  

 

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切割行业与钢材浪费话题讨论

 

中国是钢材生产和消费的超级大国,也是钢材浪费的超级大国!

2005年中国生产和消费钢材超过3亿吨,全世界仅生产和消费钢材11亿吨。

中国年GDP产值对世界GDP的贡献只有5%;但是中国年钢材消费量却超过世界消费量的25%。据世界银行钢铁统计年鉴的统计,中国、印度等发展中国家,钢材浪费要比西方发达国家多10%2005年中国钢材消费超过3亿吨,多浪费10%, 一年就多浪费钢材3000万吨!每吨钢材按5000元人民币的平均价格计算,中国年钢材浪费金额多达人民币1500亿元。

先进切割手段可最大降低成本

    钢材切割容易造成钢材浪费,而钢材浪费直接加大产品成本。

以切割焊接行业为例,根据冶金部门的数据统计和专家分析,焊接结构用钢预计占钢材总消费量的50%。因此可以推算2005年中国切割焊接行业消费钢材约1.5亿吨,如果多浪费10%,一年多浪费1500吨钢材,钢材浪费金额超过700亿元人民币。所以运用先进切割手段最大限度地节省钢材,是我们急需解决的问题。

三种切割方式直接造成钢材浪费!

第一种是简单的手工切割。很明显手工切割质量差、效率低,无法进行计算机优化套排,特别是生产加工各种复杂管道、容器等钣金展开件,复杂异形件时,造成钢材大量浪费。

第二种是自动或半自动的机械切割,包括小车切割、直条机切割,以及锯床和剪床切割,主要用于规则矩形件和H型钢以及钢板卷材的切割。机械切割目前在我国仍占主导地位,设备保有量大,切割质量和切割效率相对手工切割而言都有大幅提高,但是同样没有使用计算机优化套排技术和软件,从而导致钢材浪费比手工切割更加严重。

第三种是先进的数控切割,包括数控火焰、等离子、激光和水射流切割机,用于任意形状零件的切割。数控切割目前在我国正处在迅速发展和上升阶段,将逐步取代机械切割的主导地位。数控切割的切割质量和切割效率相对机械切割而言又有了大幅提高,但是钢材浪费问题却更加严重,由于没有使用或是没有使用好优化套料软件,导致切得越快,浪费越多。

三种切割技术难题直接造成钢材浪费!

一是坡口切割。切割是焊接服务,要焊透、焊牢,就需要打好坡口。坡口切割准确的讲是焊接准备。如果能够在数控切割机上高质量的一次切割出焊接所需要的V/X/Y/K等坡口形状,则是最高效、最节省钢材的方法。但是,目前我国切割焊接行业一般都是使用数控切割机、加上刨边机、坡口切割机器人、小车切割机,或是手工切割等方式,经过二次甚至三次加工,才能完成焊接坡口,为此,坡口焊接余量就需要放得很大,从而导致钢材在坡口切割中的严重浪费。

二是切割质量。目前国内切割焊接企业在数控切割中面临的最大问题是切割质量问题。例如,切割引割点过烧、切割表面倾斜、切割拐点过烧、以及切割圆形等曲线异形件时不能闭合等。切 割质量问题直接造成二种后果,一是零件报废,二是作为补救办法,增大切割补偿余量,在数控切割后,再进行二次加工,二种后果都会导致钢材的严重浪费。造成切割质量问题的关键是目前市场上数控切割机所配备的数控系统在切割技术和切割工艺上还不够完善。

三是套料切割技术。目前国内切割焊接企业在使用数控切割机切割时,很少使用自动编程套料软件以及共边连割等优化切割技术,无法做到整板套料切割,钢材利用率很低。大多数企业还一直沿用传统的编程和手工排料方式,即使用AutoCAD软件绘制一个零件图,然后使用一个简单的编程软件生成这个零件的NC程序,再把这个NC程序拿到切割机控制器上进行简单矩阵或手工排料。这种传统落后的编程排料方式导致二个明显的弊端,一是在控制器上编程,使数控切割机50%的时间处于等待闲置状态,二是简单的矩阵和手工排料,只能做到钢板的局部切割,不能做到整板套料切割,从而产生大量边角余料,造成钢材的严重浪费。

三个生产管理环节直接导致钢材浪费!

一是计划采购环节。目前在我们切割焊接行业企业中,采购预算、钢材定额计算和切割生产计划环节基本上还处于手工作业阶段,计算机普及程度很低,采购预算、钢材定额计算和切割生产计划的制定还停留在纯手工、凭经验和简单粗框的水平,无法准确地计算钢材定额,合理地安排钢材采购,有效地制定生产计划,因而不可避免地在钢材预算和钢材采购的前期环节就造成钢材浪费。

二是切割生产环节。除了上面已经介绍的三种切割方式直接造成钢材浪费外,由于缺乏系统完整的切割生产计划和切割下料明细,无法做到系统的全部综合套料,只能做到大量单件小批量零件的断续切割,从而经常发生丢件补件现象,导致大量钢材边角余料的产生,造成严重的钢材浪费。

三是钢材仓储环节。一方面由于没有准确的钢材定额计算和切割生产计划,迫使钢材仓储部门过多购入囤积钢材,导致资金占用和巨额银行贷款利息支付。另一方面大量剩余钢材和边角余料堆积如山,无法重复利用,锈蚀流失,浪费不计其数。

内国外切割行业概况

世界银行钢铁统计年鉴曾经指出,美国、日本、德国等发达国家,钢材在切割焊接机加等冷热加工中,钢材损耗和浪费平均在30%,中国、印度、巴西等发展中国家,钢材损耗和浪费平均在40%,发展中国家比发达国家多浪费10%的钢材。

钢材每年的产量、消费和浪费的数额如此巨大!但是世界各国,包括中国在内,在所有的大专院校,以及各级职业与技能培训机构,几乎都没有切割专业(虽然有焊接专业和焊接培训),没有培养和培训过切割专业的博士、硕士、本科、技师和技工。更难寻找精通切割的切割专家和节省钢材的套料专家。

中国年切割钢材超过三亿吨,数控切割机年需求超过2000台,中国急需数控切割和优化套排专业技术人员上万人,切割行业从业人员将超过百万。

我们建议

为建设节约型社会,为节省钢材,节约资源;

为中国切割行业的发展,为优化套料与切割技术的提高,切割设备与技术装备的改进与创新;

为切割焊接企业,快速提高切割效率,提高切割质量,提高钢材利用率;

为中国切割行业的人才培养,专业设置,技能与职业培训。


关于二○○六年度“中国机械工业科学技术奖”的推荐通知

 

各有关单位:
   中国机械工业科学技术奖励工作办公室开始受理二○○六年度的“中国机械工业科学技术奖”推荐项目。现将有关事项通知如下:
一、奖励范围:
   1、发明类成果;
   2、技术进步类成果;
   3、工程化和新技术推广类成果。
   4、软科学和标准类成果。
二、申报材料:
   1、《中国机械工业科学技术奖推荐书》;
   2、科技成果鉴定证书、验收报告或评估报告、专利证书;
   3、已获经济效益证明(有财务公章的证明);
   4、用户使用或社会效益证明;
   5、科技成果研究报告。
   科技成果研究报告一式三份,推荐书及其他附件一式五份,并按上述顺序排列,装订成册(其中一套完整材料须是原件),装订后《中国机械工业科学技术奖推荐书》勿另附加封面。
三、推荐单位在按上述要求提交申报材料的同时,须按附件要求录入计算机软盘一张。同时交一张能体现项目内容  的彩色照片,尺寸:10×14cm,清晰度300,并在照片背面用铅笔注明项目名称。附件中“项目简介”一栏的内容用于网上、公告公开宣传,保密责任自负,字数控制在800~1000个汉字以内。
推荐材料和软盘及项目的彩色照片同时报送到中国机械工业科学技术奖励办公室。
四、申报渠道:
   1、中国机械工业联合会会员单位(包括地方会员单位)、中国机械工程学会专业分会和各省(自治区、直辖市)机械工程学会可以组织本行业、本地区会员单位统一申报。
   2、机械工业科研院所、勘察设计院、大专院校可以直接申报;
   3、个人项目,需有五名(其中三名应为非本单位)具有高级技术职称的同行专家联名推荐,直接报送奖励工作办公室
五、每个推荐项目需交评审费300元人民币。
   收款单位:机械工业信息研究院
   开 户 行:北京工商行百万庄支行
   账 号:0200001409014473834(请注明科技奖评审费)
六、报送地点:
   单位:中国机械工业科学技术奖励工作办公室
   地址:北京市百万庄大街22号(邮编:100037)
   电话:010-68326820 传真:010-68351309
七、推荐时间:推荐截止时间为二○○六年三月底。
八、二〇〇六年的科技奖励工作开始执行新的奖励办法,新的“中国机械工业科学技术奖奖励办法”、《推荐书》  格式、填写说明已在以下网站公布,推荐单位可到网上查询和下载。
   1、中国机经网
   网址:http://www.mei.net.cn
   2、中国机械工程学会网
   网址:http://www.cmes.org
九、涉及国防、国家安全领域的保密项目、汽车类项目不在中国机械工业科学技术奖奖励范围。
   《中国机械工业科学技术奖》是经国家批准的机械工业科技奖。获得该奖的一、二等奖项目,择优推荐国家科学技术奖,因此请各有关单位要积极支持、高度重视,认真做好各会员单位的申报组织工作和初评、报送工作。


附件:基本情况中国机械工业科学技术奖奖励办法、中国机械工业科学技术奖推荐书

 

 

 

 

发思特软件(上海)有限公司

总经理:李    电话:021-50803069 传真:021-50803071

Emailfastcam@fastcam.cn  Http://www.fastcam.cn

   发思特软件(上海)有限公司是专门从事FastCAM软件在中国的本地化开发、生产、销售、培训和售后技术支持。FastCAM软件公司始创于1976年,至今已有近30年的软件开发历史,专门从事钢板、钢管和H型钢等钢材数控套排切割软件的开发,一直成为世界钢材套排切割软件行业的主导产品和软件标准。
    FastCAM系列软件以丰富的切割焊接经验为基础,以优化套排技术为核心,不仅可以提高钢材切割效率和切割质量,而且有效减少钢材浪费。在过去20多年中, FastCAM公司在全球销售最多,应用最广的软件包括:
    1、 FastCUT® 排样软件,普遍用于剪床和锯床的切割下料生产管理,有效提高剪床和锯床的钢材下料利用率,显著节省钢材; 
    2、 FastSHAPES® 钣金展开放样软件,广泛使用在钣金放样下料车间,用于各种管道、容器、壳体、船体等产品的展开放样,有效提高展开放样的精度和效率,将手工气割转变为数控切割; 
    3、 FastCAM® 自动编程套料软件,是火焰、等离子、激光和水射流等数控切割机必备的套料软件,具有零件画图,DXF/DWG文件优化处理,交互式自动套料,自动编程到NC效验转换等全部功能,确保切割机“切得快、切得好、切得省”;
    4、 FastTRACK 钢板及余料图形数据库管理软件,普遍用于钢材库和剩余钢材的管理,以图形方式将板材和余料存于数据库,有效控制钢材的使用和余料的重复套料,避免余料堆积锈蚀和流失;
    5、 FastFRAME 网架钢管数控坡口切割软件,用于钢结构网架钢管结构的快速生成,所有切割钢管的展开图和NC切割程序的快速生成,直接用于网架钢管的手工切割和数控坡口切割;
    6、 FastCAM-DB零件套料数据库管理软件,用于企业建立产品及零件数据库和套料切割数据库,从而使企业研发的产品和套料资料得以积累和保存,同时使企业钢材的预算采购、套料切割、库存管理建立在优化套料计算基础上,真正提升企业技术能力和有效节省钢材。

    我们的经验和建议:为帮助企业尽快减少钢材浪费,提高套排切割效率,根据我们在美国和澳洲的长期应用经验,建议企业循序渐进,分二步走。先在每一台切割下料设备上,包括剪床、锯床、手工展开放样、数控切割机,使用相应的FastCAM套排软件,使每一台切割设备在每一次切割过程都能够根据最佳的套排方案切割,就可以达到减少钢材浪费,节省钢材的目的,同时提高了套排和切割效率。第二步再上数据库管理软件系统,使用FastCAM-DB零件套料数据库管理软件和FastTRACK钢板及余料图形数据库管理软件实现从产品零件库、套料切割资料库到钢材库的多用户数据的实时共享和各种报表的打印和管理功能,使企业的产品研发、切割生产和钢材管理建立在科学高效的数据库管理系统上。

    发思特软件公司的咨询服务热线:021-50803069 fastcam@fastcam.cn Http://www.fastcam.cn



镁合金结构及焊接

清华大学   潘际銮

4 镁合金的应用前景
    镁合金的应用前景甚为广阔,但需进行大力开发。

4.1 镁合金在汽车上的应用
    世界各国汽车工业非常重视镁合金的应用,其原因就是它可以大大降低车重,减少油耗,降低CO2排放量,在汽车上有很多部件可以采用镁合金代替钢材和高分子材料,见图6 ,很多汽车工业已用铝代替部分钢材,现在正努力以Mg代替Al材料,如我国长安公司计划到2004年实现单车使用镁合金10公斤,装车4万辆;隆鑫集团计划实现单车使用镁合金4公斤,装车20万辆。目前,集原料生产、铸造加工、应用开发、装备为一体的镁合金产业格局在重庆已基本形成。美国在2000年开始了一项扩大镁合金应用的4年计划。这个庞大的项目将由美国汽车协会执行,预计将研制出先进的抗蠕变镁合金以生产汽缸体、发动机盖、机油盘和变速箱等在高温下工作的汽车零件。据预测,Mg在汽车上的应用,到2010年将达到300000吨,见图7。

     

图6 镁合金在汽车上的应用                图7 镁在汽车上的应用预测(至2010年)


4.2 镁合金在国防军工领域的应用
    据统计,结构重量降低1kg可节约美元:汽车6.6美元;民用航空660美元;军用飞机6600美元;人造卫星每减轻1kg,运载火箭可减轻500kg,约节省1000万美元;喷气发动机每减轻1kg,飞机可减轻4kg,升限可提高10米。因此在军用飞机、宇航运载工具、宇航机器人等领域已广泛利用镁合金,见图8和图9。

     

图8 镁合金的早期和现代应用                图9 镁材料应用于宇航结构件


4.3 镁合金在电子产品领域应用
    电子产品中,目前大量使用高分子材料,如电视机、计算机、显示器、投影机等外壳都是塑料制成,这些产品淘汰很快,造成大量废弃污染材料,它不能降解,又不好燃烧,所以势必以Mg合金代替,实际上现在已经有部分产品改用Mg合金,但是还只是处于开始阶段,见图10。

图10 镁合金在电子产品领域的应用

图11  镁合金自行车


4.4 民用产品
    民用产品用Mg合金也有十分广泛的应用前景,例如自行车,原以钢为结构,有部分改用Al为结构,如若改用Mg合金为结构,则其重量可以大大降低。我国已有厂家生产Mg合金(与Al混合结构)的自行车,其重量仅有7公斤,见图11,一人一只手即可提起行走。


5 研发Mg合金的主要矛盾和问题
5.1 研发Mg合金需要解决的问题
    A.成分设计和性能的改善
    B.高温蠕变强度
    C.先进的成型技术及装置
    D.表面处理技术
    E. 链接技术
5.2 镁合金的可焊性
    A.镁合金的结晶温度区大,易于产生热裂纹。图12所示为Mg-Al合金的相图,图13为Al-Cu合金的相图。可见其共晶点温度相差100 ℃左右。
    B.镁的沸点温度低,约为1100 ℃。温度进一步升高后,其蒸气压比在相同温度下的Al合金要高4~5倍。见表1。因而焊接时温度一旦过高,镁就会气化,产生爆炸形成飞溅。
    C.Mg对氧的亲和力大,其氧化物比重较大,而容易形成夹杂。
    D.Mg在接近熔化温度时,能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁的氮化物,使接头力学性能显著下降。

1 镁的部分蒸气压值

温度/K

蒸气压/atm

温度/K

蒸气压/atm

温度/K

蒸气压/atm

给定温度下的蒸气压

 

1000

1.36×10-2

594

10-7

298.15

1.5×10-20

1100

5.76×10-2

644

10-6

400

5.2×10-14

1200

1.90×10-1

703

10-5

500

3.9×10-10

1300

5.14×10-1

776

10-4

600

1.38×10-7

1376

1.00

865

10-3

700

8.92×10-6

1400

1.19

982

10-2

800

1.99×10-4

Geiding蒸气压时的温度

 

1143

10-1

900

2.21×10-3

482

10-10

1376

10

923(固体)

3.55×10-3

514

10-9

 

 

923(液体)

3.55×10-3

551

10-8

 

 

注:1atm=101325Pa
    因此,Mg合金焊接是比较困难的,在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅。图14所示为采用电子束焊接时,焊缝中的气孔情况。图15所示为镁在MIG 焊接时熔滴飞溅的情况。

      

 


(未完待续)

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