Лазерная резка или плазменная резка: что лучше для листового металла?

Лазерная резка и плазменная резка — две наиболее широко используемые технологии термической резки при производстве листового металла. Оба используют энергию для резки металла путем плавления и удаления материала по запрограммированному пути. Оба имеют ЧПУ и способны создавать сложные 2D-профили из листового проката. Но они работают на принципиально разных физических принципах, они работают по-разному в зависимости от типа и толщины материала, а стоимость и качество выбора одного из них достаточно значительны, чтобы сделать сравнение одним из первых технических вопросов, которые инженеры и группы закупок должны решить при определении процесса резки металла.

Как работает лазерная резка

Станок для лазерной резки фокусирует мощный лазерный луч, генерируемый источником волоконного лазера в современных промышленных системах, в небольшое фокусное пятно на поверхности металла. Концентрированная плотность энергии в фокусной точке плавит и частично испаряет металл, в то время как коаксиальная струя вспомогательного газа (азота или кислорода) выдувает расплавленный материал из реза и от поверхности разреза. Контроллер ЧПУ перемещает режущую головку по запрограммированной траектории, производя непрерывный рез.

Технология волоконного лазера вытеснила CO₂-лазер в качестве стандарта резки металла практически во всех новых установках. Волоконные лазеры более эффективно преобразуют электрическую энергию в лазерный свет (приблизительно 30–40% эффективности настенной розетки по сравнению с 10–15% для CO₂), производят луч с более короткой длиной волны, который более эффективно поглощается металлами, и требуют меньшего обслуживания, поскольку луч генерируется в твердотельной волоконной среде, а не в газоразрядной трубке. Современные системы волоконной лазерной резки доступны с номинальной мощностью от 2 до 20 кВт и выше, причем более высокая мощность обеспечивает более высокую скорость резки и большую максимальную толщину материала.

Как работает плазменная резка

Система плазменной резки пропускает электрическую дугу через сжатый газ (воздух, азот, кислород или смеси аргона и водорода, в зависимости от применения) для создания плазмы — ионизированного газа с чрезвычайно высокой температурой, обычно 20 000–25 000°C в ядре дуги. Эта плазменная струя плавит металл в точке разреза, а кинетическая энергия газового потока выдувает расплавленный материал из реза.

Плазменная резка не требует сфокусированного оптического луча, а это означает, что режущую головку можно расположить на большем расстоянии от поверхности заготовки, чем лазерную головку, и этот процесс более устойчив к загрязнению поверхности, окалине и краске. Плазменные системы высокой четкости, использующие прецизионную плазменную дугу, обеспечивают значительно лучшее качество резки и меньшую ширину реза, чем старые традиционные плазменные системы, сокращая разрыв в качестве при лазерной резке, особенно на более толстых материалах.

Лазерная резка и плазменная резка: прямое сравнение

Где лазерная резка является лучшим выбором

Прецизионные детали из листового металла

При изготовлении листового металла толщиной от 0,5 до 12 мм (а это основная часть производства корпусов, панелей, кронштейнов и рам) волоконная лазерная резка обеспечивает качество резки и точность размеров, с которыми плазменная резка не может сравниться. Узкая лазерная прорезь, прямоугольная кромка и точность позиционирования ±0,1 мм позволяют аккуратно вырезать небольшие отверстия, мелкие пазы и профили с жесткими допусками за одну операцию. При использовании плазмы те же функции потребуют вторичного сверления или чистовой обработки для достижения эквивалентной точности размеров, что увеличивает количество этапов процесса и стоимость, что исключает преимущество плазменных капитальных затрат для точных работ.

Нержавеющая сталь и алюминий

Лазерная резка с использованием вспомогательного азота позволяет получить чистую, не содержащую оксидов кромку реза нержавеющей стали, которая не требует очистки после резки перед сваркой или полировкой. Плазменная резка нержавеющей стали приводит к большему нагреву кромки разреза, созданию более широкой зоны термического влияния и может привести к накоплению азота на поверхности разреза, что приводит к образованию пор в последующих сварных швах. Для компонентов из нержавеющей стали в пищевой, фармацевтической или архитектурной промышленности, где качество сварки и качество поверхности имеют решающее значение, лазерная резка является стандартом процесса.

Сложные профили и тонкие внутренние особенности

Сфокусированное лазерное пятно — обычно диаметром 0,1–0,3 мм на заготовке — позволяет точно вырезать внутренние элементы размером всего 1 мм или отверстие 1,5 мм в стали толщиной 1 мм. Большая эффективная ширина резки плазменной резки делает невозможным изготовление деталей такого масштаба с приемлемыми допусками. Для деталей, в конструкции которых предусмотрены вентиляционные прорези, вырезы для прокладки кабелей, схемы монтажных отверстий и защелкивающиеся выступы, лазерная резка является единственным практичным вариантом термической резки.

Изготовление по индивидуальному заказу малых и средних объемов

Программы лазерной резки создаются непосредственно на основе данных САПР с минимальным временем настройки — программирование новой детали занимает несколько минут, а первый рез можно выполнить без каких-либо инвестиций в инструмент. Это делает лазерную резку выбором по умолчанию для индивидуального изготовления, прототипирования и производства в малых и средних объемах, где стоимость инструментов для альтернативных процессов (штамповка, штамповка) не может быть амортизирована в пределах достаточного объема. Гибкость, позволяющая вырезать любой профиль на одном и том же станке с изменением программы, является фундаментальным эксплуатационным преимуществом лазерной резки перед процессами, зависящими от инструмента.

Где плазменная резка имеет преимущества

Тяжелая структурная плита

Для резки листов конструкционной стали толщиной 20–80 мм — структурных каркасов, оснований тяжелого машиностроения, секций кораблей, компонентов сосудов под давлением — плазменная резка выполняется быстрее и экономичнее, чем лазерная резка. Мягкую сталь толщиной 25 мм мощная плазменная система режет со скоростью 1500–2000 мм/мин; Волоконный лазер мощностью 12 кВт при сопоставимой толщине режет со скоростью 600–900 мм/мин при значительно более высоких эксплуатационных расходах. Для производителей строительных конструкций, чья основная работа связана с тяжелыми листами, а не с прецизионными листами, плазменная резка остается экономически рациональным выбором.

Резка окрашенного, загрунтованного или окалинированного материала

Для лазерной резки требуется чистый, плоский материал с хорошим состоянием поверхности для получения стабильных результатов. Окалина на поверхности горячекатаного листа, прокатная грунтовка, краска или ржавчина рассеивают лазерный луч и ухудшают качество резки. Плазменная резка значительно более устойчива к загрязнению поверхности — плазменная дуга прожигает окалину и покрытие без оптической чувствительности лазерной системы. Для операций резки горячекатаных конструкционных профилей или материалов с предварительно нанесенным покрытием, где подготовка поверхности перед резкой нецелесообразна, плазма является более надежным выбором.

Какая технология подходит для вашего приложения?

Выбор между лазерной и плазменной резкой в первую очередь зависит от толщины материала и требуемой точности:

Для изготовления листового металла толщиной от 0,5 до 20 мм (подавляющее большинство промышленных корпусов, панелей управления, кронштейнов, рам и компонентов бытовой техники) резка волоконным лазером является стандартной спецификацией. Качество резки, точность размеров и гибкость в этом диапазоне толщины не имеют себе равных при использовании плазмы. Более высокие капитальные затраты на лазерное оборудование отражаются на цене за деталь, но отсутствие операций вторичной отделки и возможность соблюдения жестких допусков без дополнительных этапов обработки делают лазер более экономичным вариантом для точных работ.

Для резки конструкционных листов толщиной более 20 мм или для резки в больших объемах горячекатаных конструкционных профилей, где состояние поверхности варьируется, а требования к точности реза скромны, плазменная резка высокой четкости обеспечивает преимущество в цене и скорости, с которым не могут сравниться лазеры.

Большинство современных предприятий по производству листового металла, включая контрактных производителей с полным комплексом услуг, используют системы лазерной и плазменной резки, чтобы охватить весь диапазон толщин материала и оптимизировать выбор процесса в зависимости от применения. При выборе партнера-производителя подтвердите, какая технология резки будет применяться к вашему конкретному материалу и толщине, и попросите образцы отрезов требуемой толщины для оценки качества кромки, прежде чем переходить к производству.

Часто задаваемые вопросы

Может ли лазерная резка обрабатывать нержавеющую сталь и алюминий, а также мягкую сталь?

Да — волоконная лазерная резка позволяет обрабатывать нержавеющую сталь, алюминий, мягкую сталь, оцинкованную сталь, медь и латунь при соответствующем выборе параметров и выборе вспомогательного газа. Нержавеющую сталь разрезают с помощью азота, чтобы предотвратить окисление кромки реза; для алюминия требуется азот или чистый воздух в зависимости от толщины; Мягкую сталь часто режут кислородом при меньшей толщине для максимальной скорости или азотом для более чистой кромки. Требуемая мощность лазера увеличивается с увеличением твердости и отражательной способности материала — алюминий и медь обладают большей отражающей способностью, чем сталь, и требуют более высокой мощности или специальных конфигураций волоконного лазера, предназначенных для материалов с высокой отражающей способностью. Прежде чем указывать, уточните у производителя, на какие материалы рассчитана его конкретная лазерная система.

Почему плазменная резка оставляет скос на кромке реза?

Плазменная резка приводит к небольшому угловому скосу на кромке разреза — обычно 1–3 ° — потому что плазменная дуга не является идеально цилиндрической: она слегка коническая, шире в верхней части разреза, чем внизу. В плазменных системах высокой четкости используется более сильно суженная дуга, которая уменьшает скос до 0,5–1°, но не может его устранить. Лазерная резка дает номинально квадратную кромку среза (скос 0–0,5 ° при хорошем оборудовании и настройках), поскольку сфокусированный луч имеет более цилиндрический профиль. Для применений, где прямоугольность реза является требованием к подгонке или герметизации (панели с прокладками, сборки с жесткими допусками), рекомендуется использовать лазерную резку, чтобы избежать проблем с плазменной фаской.

Подходит ли лазерная резка для толстой конструкционной стали?

Волоконной лазерной резкой можно обрабатывать мягкую сталь толщиной до 30–40 мм на мощных системах (15–20 кВт), но при толщине более 20 мм эксплуатационные затраты на метр значительно возрастают, а скорость резки снижается по сравнению с плазменной. Для производителей конструкций, режущих преимущественно листы толщиной 25 мм и выше, экономически выгоднее использовать плазму для обработки тяжелых листов, даже если они также используют лазерные системы для обработки листов. Большинство производителей полного спектра услуг определяют это по толщине материала: лазер для листов и легких листов, плазменный или кислородно-топливный для тяжелых конструкционных плит.

Насколько точность лазерной резки отличается от водоструйной резки?

Лазерная резка и гидроабразивная резка обеспечивают сопоставимую точность позиционирования (±0,1–0,15 мм на хорошем оборудовании), но различаются по характеристикам резки, что имеет значение для конкретных применений. Гидроабразивная резка — это холодный процесс — нет зоны термического влияния, нет изменения твердости материала на кромке реза, что делает его предпочтительным для материалов, чувствительных к нагреву: инструментальной стали, титана, композитов, камня и стекла. Лазерная резка металлов в листовом диапазоне толщины происходит быстрее и экономичнее. При изготовлении стандартных стальных и алюминиевых листов, где зона термического влияния не является функциональной проблемой, лазерная резка выполняется быстрее, дешевле и одинаково точно.

Услуги лазерной резки | Пробойник Пресс | Гибочная машина | Сварка | Напыление покрытия | Услуги по индивидуальному изготовлению | Запросить цену