一、切割技术的发展与进步

在现代工业领域中，热切割与焊接同为工业加工中必不可少的基础工艺。在近几年来，为适应国家工业发展的需求，以及确保实现“十二五”时期发展目标，热切割装备取得了突飞猛进的发展;其中，高精度切割装备在各个领域的应用达到了空前的密集发展期;节能、高效、智能化、高精度已成为现代切割装备的必备性能。

进入21世纪后，随着中国经济的稳步提升，国内基础制造加工业以及相关行业呈现出蓬勃发展的壮景，带动了我国焊接和切割行业的自主发展。尤其近十年来，随着国内造船等大型行业的发展，中国钢铁产量逐年增加，据中钢协数据显示，钢铁产能从2004年底4.2亿t上升到2013年底的7.82亿 t，这个数量超过全球总数的50%以上。多年来，钢铁工业提供的各类钢铁产品确保了国内机械、交通运输、建筑、国防等基础行业的大发展。作为世界上消耗钢材最多的国家，随着技术的进步，焊接结构件在建筑、工程机械、船舶、交通运输、冶金、石化、电力及压力容器等行业得到广泛的应用。热切割是焊接成品加工过程中的首要步骤，也是保证焊接质量的先决条件。先进的现代切割技术，不但可以保证产品焊接质量，提高劳动生产率，同时也使企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品的生产周期。随着新工艺、新技术的广泛运用，一次切割成形(见图1)和超精细切割已成为切割装备发展的趋势，并不断创新。

二、火焰切割技术及装备的现状与发展趋势

自19世纪90年代火焰切割炬出现后，火焰切割技术一直是世界上主要的切割手段之一，一百多年来经历了从最初依靠进口到目前出口国外，标志着我国割炬生产能力已达到了一个相当成熟的水平。

近半个世纪以来，越来越多的切割机具代替了手工切割。火焰切割装备随着应用领域和工艺的不断进步逐步发展。电子技术的不断成熟也带动了火焰切割设备由手工向机械化、智能化领域迈出了坚实的一步。

在高精度等离子、激光切割机等装备的冲击下，火焰切割机具也研制出高精度割嘴、快速割嘴等，其切割精度与速度虽然比不上等离子与激光切割机，但也能达到一次切割成形无需机加工的水平，如图1所示。与此同时，火焰切割装备在大厚度切割领域达到了一个新的高度，这是其他切割技术所无法替代的。

通常我们把切割厚度超过300mm钢材统称为大厚度切割。随着大厚度切割技术的发展，行业内通常做如下细分：切割厚度300~1000mm 称为大厚度切割;切割厚度>1000mm称为超大厚度切割。大厚度切割主要用于重型机械制造、舰船制造、冶金行业、大型机床制造业、电力行业及化工重型容器等领域。

超大厚度火焰切割能力直接影响我国大型装备制造、造船以及炼钢等重型行业的发展。目前国内自主研发的火焰切割装备的最大切割厚度已达到3200mm，达到国际先进水平，解决了我国多年在炼钢、核电、风电、造船领域的瓶颈问题。

近几年，我国火焰切割装备取得了可喜的成绩，将带动重型工业的不断发展，今后火焰切割装备的发展趋势必将会在切割厚度、切割速度以及精度方面进一步提高，充分满足大型铸锻钢锭的切割需求。

三、等离子切割技术及装备的现状与发展趋势

等离子切割是1955年投入工业应用的，当时以氩气作为工作气体，主要用于切割铝及其合金。以后逐步开发出用N2、N2+H2等作为工作气体的切割方法，并成为一种切割有色金属的有效方法而得以推广使用，但是这些惰性气体等离子切割法用于加工碳素钢时表面质量较差，切割速度不快;直到20世纪60年代开发出空气等离子切割法，用于切割碳素钢，不仅切割面质量良好，而且速度也比氧气切割快得多，很快被工业上应用;到了70年代以后，一些钢材加工量大的加工厂和大中型造船厂都相继使用了这种切割方法。

随着技术的不断发展以及等离子切割优势的不断体现，等离子切割技术越来越受到人们关注，并作为新型高效切割技术不断得以发展，从最开始的不锈钢和有色金属的切割、等离子水下切割，发展到现在的等离子精细切割集成系统技术。等离子切割机已从原来的特殊用途转向现在高效化、高精度、环保化，其中超精细等离子切割精度已接近激光切割的水平。

等离子切割适用于低碳钢、不锈钢和铝等导电的金属材料，主要用于1~50mm低碳钢的板材切割和穿孔高质量切割，1~80mm不锈钢和铝的板材切割和穿孔高质量切割，图3为等离子切割机切割不锈钢和纯铜板。

随着近几年等离子切割工艺和技术的不断发展，国内等离子切割装备已经达到相当成熟的水平，目前市场上的等离子弧电源通常分为普通等离子弧和精细等离子弧两种：普通机用等离子电源，根据所使用的主要工作气体，主要分为氩等离子切割、氧等离子切割和空气等离子切割等几类;精细等离子电源，精细等离子弧电流密度很高，通常是普通等离子弧电流密度的数倍，由于引进了诸如旋转磁场等技术，其电弧的稳定性也得以提高，因此，其切割精度相当高，切割表面质量已达激光切割的下限，成本却远低于激光切割，因此也有人将它称为类激光切割。

随着机械装备、电子技术及通信技术的发展，等离子切割技术与装备相互促进发展，近几年等离子切割装备逐渐有数字化向智能化方向发展，国产的等离子机器人切割机可以在达到高质量切割的前提下完成各种复杂板材的空间3D切割，应用于汽车、造船等领域，大大提高了生产效率和加工精度，成为现今高科技切割领域的主流切割装备。未来等离子切割装备的发展趋势将逐步在切割速度及切割高度上有所提高，真正实现高效率、高品质、低成本的高性价比切割。

四、激光切割技术及装备的现状与发展趋势

激光切割技术是热切割领域的贵族，激光切割成套装备的价格和使用成本远远高于之前介绍的切割技术，加上它在热切割领域受到各国重视是在20世纪80~90年代，因此可以说激光切割装备是切割行业的新贵。

激光切割工艺和技术是融合了光、电、机、材料加工及检测等学科的复合型先进制造技术，简单地说就是激光切割是一种以激光为能源的无接触加工技术。激光束经聚焦其能量密度高达105~108W/cm2，这个能力足以气化、熔化多种工程材料，在熔化金属时同时吹喷氧气，氧气与金属氧化反应，释放大量热能促使金属进一步熔化，同时高速气流可以吹除切缝中的熔渣，因此激光切割具有切割速度快、材料变形小、精度高、噪声小等优点。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。但激光在工业领域中的应用是有局限性的，比如用激光切割食物和胶合板就不可行，食物被切割的同时也会被灼烧，而激光切割胶合板则成本较高。

由于激光切割技术发展时数控机械等技术已经成熟，因此激光切割技术一经发展就以激光切割机装备的形式出现，10年来激光切割设备在我国发展势头迅猛，由10年前国内拥有量200~300台(套)发展到现在一些大型生产厂家每年的销售量已达到几百台(套)，加上国外进口的激光设备，国内拥有量已经很难统计。由于它与现代数控技术相结合构成的高效自动化加工设备，可以突破许多传统制造方法无法实现的技术瓶颈，所以在能源、钢铁冶金、船舶制造、汽车制造、电子电气工业及航空航天等国民经济支柱产业中发挥了不可替代的作用。

与火焰切割及等离子切割类似，经过十几年的发展，我国激光切割技术及装备从无到有，已逐步形成一定产业规模。但与德国、美国、日本等发达国家相比，我国的激光切割设备仍有一段差距，这种差距的产生是多方面的，有发展起步的滞后，有工艺研究的水平差距，有设备制造加工水平的原因等。但从近几年激光切割装备在国内的发展来看，国内企业能从国外学习先进的技术并加以应用，使之成为我们自己的技术，大力发展自主品牌，一些优秀企业的产品能够逐渐打入国际市场。相信在不久的将来，我国自主生产的激光切割装备必将迎头赶上国际先进水平，并与之分庭抗礼，图4为国产的激光切割机。

五、切割技术配套部件及配套装备的发展

火焰切割技术、等离子切割技术及激光切割技术均为一种加工手段，要完成高精度的切割工作，则需要高精度、高科技的载体和配套部件。例如，要得到较高的定位精度需有高精度的运行机具、机床甚至高端机器人等;要得到较高的切割质量则需要相应稳定的气体供应系统、电源等。

1.数控机床

数控切割是相对于手工切割及半自动切割而言，利用数字程序驱动机床运动从而带动装备的切割工具对物体进行切割，这种机电一体化的切割技术就称之为数控切割技术。1958年英国氧气公司试制成功了世界上第一台数控切割机，开创了数控切割的新纪元。从此，发达国家相继开展了对数控切割的技术、工艺、相关配套软件和设备的深入开发研究，经过50多年的不懈努力，已向市场推出了各种类型、功能齐全的系列化数控切割产品。如今，针对不同的工件对象，为满足各种材质的切割性能和精度要求，可选用火焰、等离子弧、激光等与之相适应的切割工艺，真正达到了全面满足客户需求。

我国数控切割技术开发研制是在20世纪80年代初，伴随着微电子技术的成熟并获得广泛应用的基础上开始的，历经30多年的持续发展，取得了可喜的成就。目前国产数控切割产品的种类和规格已相当齐全，其中部分产品在技术、性能、指标和功能上均已接近或达到国际同类产品的水平。造船业和炼钢铸锻业是我国引入数控切割技术最早、获益最大的行业。30多年来，数控切割在国内许多行业得到了迅速发展和广泛应用，彻底改变了以往手工和半自动切割的低效率状况，从根本上解决了长期困扰我国基础制造业过程中下料切割工段的瓶颈问题，成为我国钢材总量快速增长的助推器。

随着用户使用要求的不断提高，数控切割机设计制造水平也在不断发展，目前国内有些厂家生产的数控切割机某些精度已基本达到机加机床的标准要求，大部分厂家的产品水平较高，从特性可归纳为以下几点：①精确度高。②智能化程度高：简单零件可以人工编程，复杂零件可运用计算机编程，且储存方便可靠。③切割前可以自动套料、复检、自动划线和打标记。④切割过程可以全部自动化，包括自动点火，自动调整割嘴高度、选择工艺参数及故障自检等，图5为数控切割机。

2.工业机器人

工业机器人作为自动化的尖端产品，也融入切割发展的队伍当中，并以其灵活性和快速性迅速占领了汽车制造行业。现代工业有很多方面需要用到空间切割。机器人空间切割设备(见图6)可以应用于各种工件的空间切割。依托多轴关节式机器人手臂，可以满足对各种不规则空间形状材料的切割要求，实现从原料加工到精加工的所有切割需要。根据现场切割需要的不同可以将机器人空间切割设备分为简化型和优化型。机器人空间切割设备一般由机器人本体、切割工具或切割能源设备、切割平台、工件夹具以及各种辅助设施组成。机器人的高运动平稳性和高重复定位性决定了在提高工件加工质量的同时保证产品的一致性。

可以毫不夸张的说，机器人在切割领域的应用把切割技术和工艺完全地最大化的呈现给现代工业生产，切割机器人的发展将在今后很长一段时间里作为热切割装备的最高水平得以应用。

3.切割装备配套部件

除以上配套装备外，切割配套部件及外部装置的发展也将对今后高精度切割的发展趋势起到举足轻重的作用：优质的数控系统能使设备的运行精度上一个新的等级;高性能等离子电源和激光器能使切割质量和速度提升一个新的高度;准确的气体配比调节装置能使火焰温度升高且燃烧稳定，这将使火焰切割的质量和厚度进一步提高;还有许多诸如光电跟踪装置、红外测距装置、防碰撞装置在切割装备上的应用等，都大大改善了设备的准确度和可靠性。当高精度切割装备发展出现瓶颈或前进步伐较慢时，这些关键部件的应用和发展将会对切割装备的发展起到推波助澜的作用。

六、我国切割技术及装备的不足与展望

1.热切割技术及装备不足

自1987年起我国开始举办北京·埃森焊接与切割展览会，2014年已经成功举办18届，展会规模已逐渐成为世界两大焊接切割展览会之一，在一年一度的展会上能够看到焊接和切割两大类展商数量几乎相当，切割类产品和装备可占据展会的半壁江山，然而这种可喜的发展背后却没有与之相应的繁荣，专门从事切割技术的工程师与工作者相比焊接类少之又少，每年的切割类文章与技术报告等与焊接类相比更是凤毛麟角，这使得我国多年发展起来的切割技术随时面临着技术失传和人才断档的尴尬局面。

标准是行业的规范，企业的标杆，切割行业相关标准的缺失与滞后严重制约着切割行业的发展，10年来切割装备发展迅速，新工艺、新技术层出不穷，但标准的制修订却没有跟上切割装备发展的步伐，导致产品质量良莠不齐，在一定程度上限制了切割装备领域的前进步伐。

2.热切割技术及装备展望

从目前的发展趋势来看，火焰切割、等离子切割、激光切割在今后一段时期将逐渐达到一个平衡，各自在相关技术领域占据一席之地。火焰切割将主要为大厚度切割及精度要求不高的板材下料等领域所应用;等离子切割将以其切割效率和切割成本介于火焰和激光之间的性价比优势成为薄板和中厚板高精度切割主要应用技术;而激光切割机应用领域也将会继续拓宽，并以其在金属切割中的切割精度、切割速度以及较小的热影响区等优势成为薄板精切割主力军，而其在非金属材料的切割将会进一步得到广泛应用。

任何行业经过快速的发展期后都会进入调整整合期，经过几十年的发展，我国切割行业已经初具规模，用户在经历了从手工到平面机械，再到今天的智能化机械的应用后，已经不仅仅满足单纯提高生产效率，而是希望从生产成本、使用成本、设备及零部件寿命及售后服务等多个方面达到满意。因此一部分设计加工水平相对较差、不注重服务的企业将会被慢慢淘汰，市场份额将会流入在这些方面做得较好的企业，最终达到相对的稳定。

另外，随着全球对环保理念的重视不断加强，我国环保部门对企业排放三废的严格要求，使切割装备自带除尘系统已渐渐成为主流，在节能减排上下大功夫将成为切割装备今后发展的一大趋势。

综上所述，我国热切割工业在今后一段时期内将会继续保持良好的发展势头，各种切割技术相得益彰，企业应以服务为宗旨，保证产品质量、注重售后立足长远，切不可焚林而田、竭泽而渔。从事切割行业的工作者要注重技术总结和人才梯队培养，要将实际工作理论化、系统化、规程化，共同努力将切割装备做得更好，为祖国的工业化发展尽一份绵薄之力。