Плазменная или лазерная резка металла — что лучше?

Лазерная или плазменная резка металла – что лучше?

Лазерная или плазменная резка металла – что лучше?

Технологии лазерной и плазменной резки материалов имеют одну область применения и являются конкурирующими технологиями. Потребитель задаётся естественным вопросом: “Лазерная или плазменная резка металла: что лучше?“. Обо всём по порядку.

Лазерная резка металла

В качестве инструмента при лазерной резке очень упрощенно используется сфокусированный лазерный луч. При непрерывном режиме работы лазерный луч нагревает обрабатываемый материал до температуры плавления, полученный расплав удаляется струей газа под высоким давлением. При сублимационной лазерной резке металла материал под воздействием лазерного импульса испаряется в зоне резки.

Плазменная резка металла

Плазменная резка заключается в проплавлении разрезаемого металла за счет теплоты, генерируемой сжатой плазменной дугой, и интенсивном удалении расплава плазменной струей. Плазменная дуга получается из обычной в специальном устройстве – плазмотроне – в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа.

Преимущества лазерной резки металла

Лазерная резка, в отличие от плазменной, обеспечивает получение более точных по перпендикулярности кромок и более узких прорезей применительно к характерному для процесса диапазону толщин. Сфокусированное лазерное излучение позволяет нагревать достаточно узкую зону обрабатываемого материала, что уменьшает деформации при резке. При этом получаются качественные и узкие резы со сравнительной небольшой зоной термического воздействия. Дополнительным преимуществом лазерной резки является точность получаемых деталей, особенно при образовании вырезов, небольших фигур сложной конфигурации и четко очерченных углов. Одним из главных достоинств данного вида обработки является её высокая производительность. Лазерная резка особенно эффективна для стали толщиной до 6 мм, обеспечивая высокие качество и точность при сравнительно большой скорости разрезания. При лазерной обработке на тонколистовом материале не остается окалины, что позволяет сразу передавать детали на следующую технологическую операцию. Кромки реза у листов толщиной до 4 мм и меньше остаются гладкими и прямолинейными, а у листов большей толщины кромки имеют некоторые отклонения со скосом примерно 0,5°. Диаметры отверстий, вырезанных лазером, имеют в нижней части несколько больший диаметр, чем в верхней, но остаются круглыми и хорошего качества. Для металла толщиной 20–40 мм лазерная резка применяется значительно реже плазменной, а для металла толщиной свыше 40 мм – практически не используется.

Преимущества плазменной резки металла

Плазменная резка, по сравнению с лазерной, эффективна при обработке значительно более широкого по толщине диапазона листов при относительно хорошем качестве реза. Данный вид обработки экономически целесообразен для резки алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм; меди толщиной до 80 мм; легированных и углеродистых сталей толщиной до 150 мм; чугуна толщиной до 90 мм. На материалах толщиной 0,8 мм и меньше, использование плазменной резки находит ограниченное применение. Для плазменной резки характерна некоторая конусность поверхности реза 3° – 10° . При вырезании отверстий, особенно на больших толщинах, наличие конусности уменьшает диаметр нижней кромки отверстия, на детали толщиной 20 мм разница диаметра входного и выходного отверстия может составить 1 мм. Следует учитывать, что плазменная резка металла имеет ограничения по минимальному размеру отверстия. Отверстия хорошего качества получаются при диаметре не меньшем толщины разрезаемого плазмой листа. При данном способе реза присутствует кратковременный термический обжиг кромки разрезаемого металла. Все это приводит к ухудшению качества деталей. Чаще всего на этих деталях присутствует небольшая окалина, которая легко удаляется.

Лазерная или плазменная резка металла?

Итак, лазерная или плазменная резка металла: что лучше? Сравнивая два описанных выше способа, можно прийти к выводу, что результаты лазерной и плазменной резки примерно одинаковы при обработке металлов малой толщины. Если говорить об обработке металлов, толщина которых превышает 6 мм, то здесь лидирующие позиции занимает плазменная технология, которая превосходит лазерную и по скорости выполнения операций, и по уровню энергетических затрат. Но следует учитывать, что качество деталей, полученных при лазерной резки на малых толщинах, значительно выше, чем при использовании плазмы, и целесообразным является использование этой технологии при получения изделий сложной формы, для которых особое значение играет высокая точность и максимальное соответствие проекту. Следует отметить, что лазерное излучение, в отличие от плазмы, является широкоуниверсальным инструментом (кроме резки оно применяется также для маркировки, упрочнения, разметки и т.п.). Также сроки службы расходных материалов при лазерной резке несравнимо более длительные, чем при плазменной.

Цена станка и стоимость эксплуатации

Немаловажной характеристикой является стоимость установок. Станки плазменной резки дешевле лазерных, но при сравнении стоимости эксплуатации установок следует учитывать ряд одинаковых или аналогичных параметров, существующих при работе этих установок и влияющих на эксплуатационные расходы. Это относится, в первую очередь, к стоимости расходных материалов, а также электроэнергии и вспомогательных газов.

Лазерная резка металла – расходные материалы

К числу основных газов, используемых при лазерной резке, относятся воздух и кислород (при резке углеродистой стали) или азот (при резке коррозионно-стойкой стали и алюминия). Энергетические расходы включают расходы на электроэнергию, потребляемую самой установкой, электроэнергию для лазера и охлаждающего устройства, а к числу расходуемых компонентов относятся внутренняя и внешняя оптика, линзы, сопла, фильтры. Периодичность замены расходных компонентов, используемых в установке лазерной резки, составляет от нескольких недель до нескольких лет, в зависимости от многих параметров.

Плазменная резка металла – расходные материалы

При осуществлении плазменной резки в основном используют воздух и кислород. К энергетическим расходам здесь относят расходы на электроэнергию для создания плазмы и для питания самой установки для плазменной резки. В числе расходуемых компонентов – сопло, электрод, рассекающее кольцо, крышки, керамическая направляющая и экран. Как вариант можно использовать слаботочные электроды и сопла, что ведет к повышению качества резки, но при этом снижается ее производительность.

Производительность

Другие параметры, например, количество вырезаемых отверстий на одну деталь, оказывают влияние на часовую стоимость эксплуатации плазменной установки в большей степени, чем на тот же показатель для лазерной, поскольку расходуемые компоненты, например, сопла и электроды рассчитаны на определенное количество стартов или прошивок. Чем больше отверстий требуется прошивать в детали для ее резки, тем выше стоимость часа работы плазменной установки.

Качество деталей

Сравнивая качество получаемых деталей и исходя из стоимости затрат на расходные материалы, можно прийти к выводу, что лазерная резка эффективнее плазменной для более тонких листовых материалов, а плазменная — для более толстых. Следует учитывать, что эксплуатационные расходы для обоих типов резки имеют широкий разброс и во многом определяются геометрическими параметрами заготовки, числом отверстий в ней, видом и толщиной разрезаемого материала.

Параметры

Лазерная резкаПлазменная резкаШирина резаШирина реза постоянна (0,2 – 0,375 мм)Ширина реза не постоянна из-за нестабильности плазменной дуги (0,8 – 1,5 мм)Точность резкиКак правило ±0,05 мм (0,2 – 0,375 мм)Зависит от степени износа расходных материалов ±0,1 – ±0,5 ммКонусностьМенее 1°3° – 10°Минимальные отверстияПри непрерывном режиме диаметр примерно равен толщине материала. Для импульсного режима минимальный диаметр отверстия может составлять одну треть толщины материала.Минимальный диаметр отверстий составляет 1,5 от толщины материала, но не менее 4мм. Выраженная склонность к эллиптичности, (возрастает с увеличением толщины материала).Внутренние углыВысокое качество угловПроисходит некоторое скругление угла, из нижней части среза удаляется больше материала, чем из верхней.ОкалинаОбычно отсутствуетОбычно имеется (небольшая)ПрижогиНезаметныПрисутствуют на острых наружных кромках деталейТепловое воздействиеОчень малоБольше, чем при лазерной резкеПроизводительность резки металлаОчень высокая скорость. При малых толщинах обычно с заметным снижением при увеличении толщины, продолжительный прожиг больших толщин.Быстрый прожиг; очень высокая скорость при малых и средних толщинах обычно с резким снижением при увеличении толщины.

Лазерная резка металла

Лазерная резка металла особенно эффективна для стали толщиной до 6 мм, обеспечивая высокие качество и точность при сравнительно большой скорости разрезания. Кромки реза у листов толщиной до 4 мм и меньше остаются гладкими и прямолинейными, а у листов большей толщины кромки имеют некоторые отклонения со скосом примерно 0,5 о . Диаметры отверстий, вырезанных лазером, имеют в нижней части несколько больший диаметр, чем в верхней, но остаются круглыми и хорошего качества.

Плазменная резка металла

Плазменная резка металла, по сравнению с лазерной, эффективно при обработке значительно более широкого по толщине диапазона листов при относительно хорошем качестве реза. Данный вид обработки экономически целесообразен для резки алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм; меди толщиной до 80 мм; легированных и углеродистых сталей толщиной до 150 мм; чугуна до 90 мм. На материалах толщиной 0,8 мм и меньше, использование плазмы находит ограниченное применение.

Итак: что лучше?

Таким образом, лазерная резка эффективнее плазменной для более тонких листовых материалов, а плазменная – для более толстых. Следует учитывать, что эксплуатационные расходы для обоих типов резки имеют широкий разброс и во многом определяются геометрическими параметрами заготовки, числом отверстий в ней, видом и толщиной разрезаемого материала.

Сравнение лазерной и плазменной резки металла

Применяются на предприятиях металлообрабатывающей, пищевой, автомобильной, судостроительной, строительной и энергетической промышленностях, в составе машин термической резки (МТР) с ЧПУ. Резать можно как листовой металл, так и трубы. В данной статье, хочется затронуть основные плюсы и минусы данных технологий резки металла. Начнем с плазмы.

Плазменная резка

Осуществляется плазменной дугой, с температурой до 30 000 градусов Цельсия. Сама физика данного процесса не позволяет резать металл без скоса (без конуса) даже в самых дорогостоящих источниках плазмы ( Hypertherm , Termal Dynamics и Kjellberg) с применением так называемой «узко-дуговой резки» не удастся достичь конусности менее 2-4˚.

Читайте также:  Как сэкономить на покупке квартиры в Новороссийске?

Зато станок плазменной резки с ЧПУ (в простонародье «плазмарез», «плазморезка», «резак», «плазма», «портальная плазменная резка») может резать недостижимые для лазера толщины металлов – до 160 мм для углеродистых («черных») сталей. Фактически плазменная установка позволяет резать любой токопроводящий металл (все виды сталей, чугун, медь, алюминий, латунь и т.д.).

Есть некоторые ограничения по резке отверстий, например, минимальный диаметр отверстия должен быть больше или равен полутора – двум толщинам метала.

То есть, если у нас стальной лист толщиной 12 мм, то минимальный диаметр отверстия (с сохранением круглой формы) будет равен 18-24 мм. Конечно здесь есть приятные исключения в виде запатентованной технологии True Hole от компании Hypertherm, позволяющей вырезать отверстия диаметром, равном толщине листа, причем отменного качества с конусностью не более 2˚. Технология применима на толщинах до 25 мм при использовании системы HyPerfomance Plasma HPRXD и XPR с автоматической системой управления газом.

Машины термической резки , оснащенные источником плазменной резки , дешевле станков лазерной резки металла , себестоимость реза – дешевле, обслуживание дешевле (часто необходимо только электричество, сжатый воздух и «расходники»).

Из минусов хочется отметить худшее качество реза, конусность реза, более высокое потребление электроэнергии, большее потребление расходных материалов («расходки») и сложность при резке тонких металлов (менее 1 мм), вызванную более толстой дугой (ширина реза 0,8-1,5 мм). А также в несколько раз меньшую скорость реза тонких металлов, в сравнении с лазером.

Прожиг на не качественной плазме толщина лист 0,9 мм
Качественная плазма, лист толщиной 0,9 мм
Прямолинейная резка лист толщиной 0,7 мм. Плазма.

Лазерная резка

Осуществляется лазерным лучом, который в разы тоньше плазменной дуги (0,2-0,3 мм), поэтому качество реза заметно выше, чем при плазменной резке, так как уменьшается термическое воздействие на кромку разрезаемого материала.

Установка лазерной резки отличается высокими скоростями резки, что является более рентабельным решением в сравнении с плазмой. Например, оптоволоконный иттербиевый лазер IPG Photonics мощностью 4 кВт( Lasercut Professiona M2 способен резать углеродистую сталь толщиной 2 мм со скоростью до 12 100 мм в минуту, в то время как источник плазмы Hypertherm HPR 130XD режет данный лист со скоростью не более 1 490 мм в минуту (30 А, кислород/кислород). Резкое падение скорости реза у лазера наблюдается на толщинах более 3-6 мм, а максимальная толщина ограничена 24 мм для углеродистой стали (для оптоволоконного лазера IPG Photonics, мощностью 4 кВт). Кромки реза у листов до 14 мм – остаются ровными и гладкими, без образования окалины.

Минимальный диаметр вырезаемого отверстия равен 0,3 толщины металла, края – ровные и с минимальным скосом (не более 1° при толщинах более 10-12 мм). Это позволяет вырезать отверстия диаметром 4 мм в 12 мм листе. Точность станка лазерной резки металла заметно выше станка плазменной резки и составляет, как правило, +/- 0,05 мм.

Пример реза стали толщиной 12мм. Слева – «узкодуговым» источником плазмы 130Ампер. Справа – лазером мощностью 1КВт. Пример реза стали толщиной 25 мм, оптоволоконным лазером мощностью 4 кВт.

Один из важных моментов, на который стоит обратить внимание при выборе станка лазерной или плазменной резки – стоимость и стойкость расходных материалов. Наиболее часто заменяемая часть на лазере – сопло стоит от 140 до 750 руб. за 1 шт. и служит оно до 1,5 месяцев, в то время как на плазменную резку меняется сопло и электрод (катод), общей стоимостью от 250 до 4500 руб. (в зависимости от модели плазматрона), которых хватает примерно на 0,5-1 смену работы станка плазменной резки.

Резюмируя данную статью, давайте подведем итоги:

Лазерную резку целесообразнее применять, если нужны очень высокие скорости резки, высокое качество обработки металла, высокая точность, хорошая повторяемость при резке сложных изделий, высокое качество резки углов (особенно внутренних), низкая стоимость расходных материалов, но обслуживание установки лазерной резки должно осуществляться только высококвалифицированными специалистами.

В то время как плазменная резка славится большими толщинами разрезаемых металлов, неприхотливостью, большей гибкостью в широком диапазоне толщин и типов материалов, меньшей стоимостью установки. В настоящее время приобретать оборудование в лизинг становится выгоднее, в том числе из-за экономии по НДС.

Сравнение плазменной и лазерной резки

Лазерная резка и плазменная резка являются конкурирующими технологиями и имеют одинаковые сферы применения. В связи с этим многие часто задаются вопросом, какой метод лучше.

Чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо разобраться со всеми тонкостями и особенностями указанных видов резки.

Особенности плазменной резки

Резка металла – ответственная задача. Очень часто данный процесс сопряжен со многими факторами, которые необходимо принимать во внимание. Это и объемы выполняемых работ, и тип металла, и его толщина.

Особенно важным показателем является количество работы. Если ее необходимо осуществлять редко, тогда плазменная резка металла – не самый выгодный вариант. Стоимость подобного аппарата не окупится при незначительном использовании и, возможно, в таком случае лучше отдать предпочтение другим методам, например, болгарке.

Иначе говоря, для того чтобы разрезать трубу на даче или для несерьезных бытовых целей предпочтительнее выглядит хорошая УШМ.

Еще одной распространенной технологией является газокислородная резка. К ее преимуществам следует отнести высокую скорость обработки. Однако к отличиям газосварки и болгарки относится черновой вариант полученного реза. Металл после воздействия данным методом необходимо дополнительно обрабатывать.

Если в домашних условиях на это можно потратить время, то на производстве подобная процедура потребует существенных финансовых затрат.

В плазменной резке применяется высокоскоростной поток ионизированного газа – плазмы. Она служит проводником тока между аппаратом и деталью. В результате изделие нагревается и плавится. Также в процессе работы поток газа сдувает расплавленный материал, тем самым разделяя его на части.

Из основ принципа работы метода становится понятно, что он применим для токопроводящих материалов. К таким относятся, например, алюминий, нержавейка, углеродистые стали.

В случае плазменной обработки могут использоваться различные газы. Несмотря на это, самый распространенный вариант – сжатый воздух. Данный газ доступен, а кроме того его использование не требует дополнительного применения кислорода.

Особенности лазерной обработки

Технология лазерной резки относится к передовым методам обработки металла. На данный момент она находит широкое применение в различных областях производства.

Суть метода заключается в том, что с помощью специализированного оборудования формируется лазерный луч, направляемый на обрабатываемое изделие. Площадь контакта в таком случае составляет порядка нескольких микрон.

В процессе резки металл локально нагревается до плавильных температур. В то же время остальная часть материала остается холодной за счет маленькой области контакта. В результате достигается высокая безопасность работы для персонала и самой детали.

Погрешность выполнения работы минимальна. В местах реза от лазерной сварки материал сразу испаряется. Расстояние между прибором и изделием составляет всего лишь пару сантиметров.

Эффективность данной технологии настолько высока, что после резки нет необходимости в дополнительной обработке. Изделие можно сразу же подвергать последующим технологическим процессам или отправлять в использование.

Лазерная обработка позволяет резать металлические детали небольшой толщины. Это могут быть алюминий, латунь, медь, нержавейка, титан и т.д. Кроме того метод в отличие от плазменного позволяет осуществлять фрезеровку изделий, а также просверливать отверстия.

Несмотря на то, что лазерная резка металла относится к самым современным технологиям, она имеет свои положительные и отрицательные стороны.

К достоинствам можно отнести:

  • возможность обработки любых материалов, в том числе хрупких и прочных;
  • отсутствие дефектов и высокая точность реза;
  • возможность кроить изделия любой формы благодаря высокой точности;
  • экономичность в использовании расходных материалов;
  • отсутствие необходимости в дополнительной обработке изделия после резки.

К недостаткам можно отнести:

  • высокую стоимость оборудования;
  • ограничение по толщине металла в двадцать миллиметров;
  • невозможность обработки материалов с высокой отражательной способностью.

Лазерная резка против плазменной – что лучше

Плазменная резка и технология лазерной резки постоянно конкурируют друг с другом. При определенных условиях они могут быть взаимозаменяемыми, но есть моменты, в которых целесообразнее выбрать одну из них.

В задачах, где качество деталей имеет первоочередное значение, лазерная технология будет предпочтительней. Она позволяет получить точный перпендикулярный рез, таким образом, кромки деталей будут лучше.

Нагрев при лазерной обработке локален, в результате удается избежать деформации изделий, так как зона термического воздействия маленькая. Еще одним плюсом является точность получаемых деталей, особенно при формировании отверстий и фигур сложной конструкции.

Основным преимуществом данной технологии является высокая производительность. Особенно это касается работы с листовым материалом толщиной до шести миллиметров. В таком случае обеспечивается высокая скорость обработки и хорошая точность.

Лазерная обработка не оставляет на тонколистовом металле окалин или других дефектов. Это позволяет отправлять полученные детали в использование или передавать на следующие технологические этапы производства без дополнительной обработки.

Для металлов толщиной 20-40 миллиметров лазерная резка применяется редко, а при больших толщинах она не используется.

Плазменная, по сравнению с лазерной резкой, позволяет обрабатывать более широкий спектр материалов по толщине. В этом случае также обеспечивается достаточно хорошее качество работы.

Особенно эффективной такая технология оказывается в работе с медью, легированными и углеродистыми сталями, алюминием и сплавами на его основе. Следует учитывать, что этот метод имеет некоторые ограничения по толщине металлов, к которым он применим.

Плазменной резке характерна конусность поверхности реза от трех до десяти градусов. Формирование отверстий в материалах большой толщины может привести к отличию верхнего и нижнего радиусов. Так в металле толщиной 20 мм радиусы отверстий могут отличаться на 1мм.

Читайте также:  Электромонтаж — что это такое?

Итак, однозначно сказать, что лучше: плазменная или лазерная резка нельзя. Как видно из приведенного выше описания, обе технологии хорошо справляются только с материалами небольшой толщины.

В то же время, качество резов, полученных на тонколистовом металле с помощью лазерной резки, существенно выше. Так что в случае необходимости получения деталей сложной формы она будет предпочтительней.

Кроме того лазерное оборудование позволяет решать более широкий спектр задач. С его использованием можно выполнять разметку, маркировку, формировать отверстия и т.д. Что касается срока службы лазерных агрегатов, то они несравнимо больше, чем у плазменных.

Существенным критерием также является стоимость оборудования. Аппараты для плазменной резки стоят дешевле. Однако необходимо учитывать и другие критерии, такие как стоимость расходных материалов, а также срок службы. В итоге может получиться, что лазерное оборудование выйдет дешевле.

В итоге сравнивая все параметры, можно сделать вывод, что работать с тонкими деталями выгоднее лазерной резкой, а с более толстыми – плазменной. Расходы при эксплуатации оборудования будут зависеть от многих факторов, поэтому в каждом конкретном случае они могут существенно отличаться друг от друга.

Технологии лазерной и плазменной резки металла получили широкое распространение в современной промышленности. Они позволяют обеспечить высокую производительность, а также хорошее качество выполняемых работ.

В зависимости от поставленных целей каждая технология облает своими преимуществами, хотя во многих случаях они могут быть взаимозаменяемыми.


Чем отличается лазерная резка от плазменной? Что лучше для каких задач?

  • Лазер — сверхмощный луч света.
  • Плазма — ионизованный газ. Четвертое агрегатное состояние материи — наравне с твердым, жидким и газообразным. Фактически — газ, который раскален настолько, что приобретает совершенно иные свойства.

И то, и другое используется для раскроя металла потому, что способно точечно разогревать его до крайне высоких температур. Расплавленный металл при этом выдувается из образующегося отверстия — в лазерных станках специальной струей сжатого газа, а в плазменном — самой плазменной струей. Луч или плазменная дуга движутся, разрезая металл на развертки и вырезая в них отверстия, заложенные в программу.

Лазерная резка — точность и чистота на тонколистовых деталях

  • Лазер наводится точнее плазмы. Плазменная дуга нестабильна. Конечно, при правильной настройке она не начнет скакать по всему листу металла. Но плазма постоянно колеблется, делая углы и вырезы менее четкими. Для небольших деталей, особенно сложной формы, это критично. Лазер же режет металл четко там, куда его направили, и не двигается. Это принципиально для деталей, на которых требуется высокое качество и точное соответствие проекту.
  • Лазер может делать более узкие прорези, чем плазма. Четкие отверстия при плазменной резке должны иметь диаметр в полтора раза больше толщины металла — и никак не меньше 4 мм. Лазер делает отверстия с диаметром, равным толщине металла — от 1 мм. Это расширяет ваши возможности при проектировании деталей и корпусов, развертки для которых режутся лазером.
  • При лазерной резке тепловые деформации минимальны. Теоретически перегреть деталь можно даже лазером — если написать специальную издевательскую программу резки. Например, лазером не вырезают совсем мелкие и частые отверстия для вентиляции — от этого может произойти перегрев металла. Для лазерного раскроя вентиляционные отверстия делают более крупными и менее частым. В остальных случаях деформации от лазера не будут заметны. Плазма этим похвастаться не может — нагреваемая зона там шире и деформации более выражены. По этому показателю лазер снова дает более качественный результат, чем плазма.
  • Лазер не оставляет окалины на тонколистовом металле. Значит, после лазерной резке развертки отправляются не на зачистку, а сразу на гибку. Это экономия рабочих часов на производстве деталей — а значит, и экономия денег заказчика в итоге.
  • У отверстий, вырезанных лазером, более перпендикулярные кромки. Конусность отверстий — серьезная проблема плазменных станков. У лазерных станков при толщине металла до 4 миллиметров стенки будут оставаться перпендикулярными, а при толщине выше 4 миллиметров — получат легкий скос в районе 0,5 градуса, нижние отверстия будут получаться чуть больше по диаметру, чем верхние. При этом, однако, искажения их формы не будет, и верхние, и нижние отверстия останутся строго круглыми — а отверстия от плазмы при увеличении толщины металла начинают стремиться к эллиптической форме.
  • У станков лазерной резки высокая скорость работы — но она высокая и у плазменных станков. Здесь оба метода хороши. И оба теряют скорость при увеличении толщины металла.
  • Лазер неэффективен для металла средней и высокой толщины. Это главный его недостаток по сравнению с плазменной технологией. На толщинах от 20 до 40 миллиметров его применяют уже намного реже, а свыше 40 миллиметров — вообще практически не используют.

А вот пример деталей производства «Металл‑Кейс»:

Плазменная резка — ниже качество, больше свободы по толщине

  • Большая свобода по толщине металла для резки — главное преимущество плазмы по сравнению с лазером. Плазменную резку уместно использовать для:
    • стали толщиной до 150 миллиметров;
    • чугуна толщиной до 90 миллиметров;
    • алюминия толщиной до 120 миллиметров;
    • меди толщиной до 80 миллиметров.
  • Высокая скорость работы — как уже было сказано, это общий плюс для обоих видов.
  • Конусные отверстия. Это обязательно нужно учитывать при выборе плазменной резки. И если такая неаккуратность отверстий недопустима для конкретного заказа — лучше разрезать его лазером. Стенки отверстия при плазменной резке отклоняются от вертикали на 3–10 градусов. У лазера, напомню — 0,5 градуса. В отличие от лазера, плазма делает нижнее отверстие более узким, чем верхнее. Если толщина металла около 20 миллиметров, то разница между верхним и нижним диаметрами реза может превышать 1 миллиметр.
  • Меньшая точность, более широкие минимальные прорези относительно толщины металла, увеличенные тепловые деформации — противоположность всего того, в чем лазер хорош.
  • Часто формируется окалина. Стоит сказать, что окалина от плазменной резки снимается с металла достаточно легко — однако ее все‑таки придется снимать, а это расход человеко‑часов и соответствующее увеличение себестоимости производства.
  • Стоимость плазменной резки быстро увеличивается с увеличением количества отверстий на одну деталь. Это связано с тем, что расходные элементы плазменных установок служат определенное количество циклов «включение‑выключение». Наличие в развертке окон увеличивает износ расходников — и это приходится учитывать в себестоимости резки. Расходники лазерных станков меньше зависят от циклов «включение‑выключение» — соответственно, прорезание в развертке окон меньше влияет на стоимость часа работы.

А вот пример конструкции производства «Металл‑Кейс»:

Сводная таблица — сравнение резки металла лазером и плазмой

Лазерная резкаПлазменная резка
Ширина резаПостоянная — от 0,2 до 0,375 миллиметраНепостоянная из‑за нестабильности дуги — от 0,8 до 1,5 миллиметра
Точность резки±0,05 миллиметраОт ±0,1 до ±0,5 миллиметра в зависимости от изношенности расходников
КонусностьМенее 1 градусаОт 3 до 10 градусов
Минимальные отверстияДиаметр примерно равен толщине металлаДиаметр примерно в 1,5 раза превышает толщину металла и не должен быть меньше 4 миллиметров.
Внутренние углыТочныеНемного скругленные
ОкалинаПочти не встречаетсяЛегкая, но присутствует почти всегда
ПрижогиНезаметныЗаметны на наружных кромках
Тепловое воздействиеНезначительноеУвеличенное по сравнению с лазером

Резюме: для каких задач лучше лазер, а для каких — плазма

Оба конкурирующих вида резки — достойные и нужные. Нельзя сказать, что один из них универсально лучше другого. Каждый из них выгодно подходит для своих задач — нужно понимать различия и использовать каждый по назначению, чтобы не терять качество деталей и не переплачивать за них.

  • Лазерная резка однозначно лидирует в работе с тонколистовым металлом. Особенно с деталями, для которых требуется точное соответствие проекту, и с деталями сложной формы. Использование лазерной резки для металла толщиной выше 20 миллиметров может быть экономически необоснованным. Для металла толщиной выше 40 миллиметров — необоснованно практически всегда.
  • Плазменная резка имеет меньшую точность и меньшее качество реза — и либо не должна использоваться для деталей, требующих точного соответствия проекту, либо должна использоваться с дополнительной обработкой. Однако она экономически эффективна при работе с листовым металлом до 150 миллиметров.

Лазер или плазма: в чем отличия

Лазерную и плазменную резку используют для раскроя металлов ,

и в ряде случаев они могут заменять друг друга. Какие это случаи, чем отличаются способы резки и какому из них отдать предпочтение?

Особенности лазерной резки

Лазерные установки состоят из трех основных частей:

  1. Рабочей (активной) среды – источника лазерного излучения.
  2. Источника энергии (системы накачки), создающего условия, при которых начинается электромагнитное излучение.
  3. Оптического резонатора – зеркала, усиливающего лазерное излучение.

Металл разогревается на небольшом участке. Процесс раскроя может идти при температуре расплавления или испарения металла. Второй вариант энергозатратней и применяется только для тонких материалов.

Для облегчения работы в зону резки подается газ: азот, гелий, аргон, кислород или воздух. Он необходим для удаления расплавленного металла, поддержания его горения, охлаждения прилегающей зоны, увеличения скорости и глубины резки.

Процесс лазерной резки можно посмотреть на видео ниже:

Виды лазерной резки

По типу рабочей среды лазеры бывают трех типов:

  1. Твердотельные. В качестве рабочего тела используется стержень из неодимового стекла, рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом или иттербием. Источник энергии – газоразрядная лампа-вспышка или полупроводниковый лазер.
  2. Газовые. Рабочее тело – углекислый газ или его смесь с азотом и гелием. В зависимости от конструкции такие лазеры делятся на устройства с продольной или поперечной прокачкой и щелевые. Возбуждение газовой среды достигается с помощью электрических разрядов.
  3. Газодинамические. Рабочее тело – углекислый газ, нагретый до 1 000–3 000 °К (726–2 726 °С). Он возбуждается с помощью вспомогательного маломощного лазера.
Читайте также:  Этапы создания проекта электрики для частного дома

Преимущества и недостатки лазерной резки

У лазерной резки есть ряд достоинств:

  • благодаря отсутствию контакта с поверхностью разрезаемого металла ее используют для работы с легкодеформируемыми или хрупкими материалами;
  • с ее помощью можно изготавливать детали любой конфигурации;
  • экономный расход листового металла за счет более плотной раскладки на листе;
  • высокая скорость и точность;
  • можно резать металлы толщиной до 30 мм.

Недостатками лазерной резки считаются высокое энергопотребление, дорогое оборудование.

Лазерная резка оптимальна для изготовления сложных по конфигурации изделий из тонких металлов

Особенности плазменной резки

Для плазменной резки используют плазмообразующий газ: азот, кислород, смесь водорода с аргоном или сжатый воздух. В охлаждаемом плазмотроне он нагревается до температуры 5 000–30 000 °С и переходит в состояние плазмы: смеси нейтральных атомов, ионов и свободных электронов. В результате газ приобретает способность проводить электрический ток. За счет теплового расширения его объем увеличивается в 50–100 раз и он с огромной скоростью вытекает из плазмотрона. Под воздействием плазмы начинает плавиться металл.

Узнать больше о плазменной резке можно из видео ниже:

Виды плазменной резки

При использовании плазменной резки между электродом и соплом резака возникает электрическая дуга. Для этого используют источники питания постоянного тока. Дуга образуется при поднесении резака к материалу.

Различают аппараты прямого или косвенного действия. В первом случае дуга образуется между катодом плазматрона и разрезаемым материалом (плазменно-дуговая резка). Во втором – внутри резака (плазменно-струйная резка). Этот способ обработки удобен для материалов, не проводящих электрический ток.

Преимущества и недостатки плазменной резки

У плазменной резки 4 основных преимущества:

  1. Можно работать со сталями, алюминиевыми и медными сплавами, чугуном и прочими материалами.
  2. Можно изготавливать детали сложной конфигурации.
  3. Режет металл толщиной до 150 мм.
  4. Высокая точность.

К недостаткам плазменной резки относят необходимость механической обработки кромок разрезаемых материалов и конусность резов.

Плазменная резка чаще используется в машиностроении

Сравнение лазерной и плазменной резки

Можно выделить основные различия между лазерной и плазменной резкой.

    Толщина металла. Это основной параметр, который отличает два способа раскроя. Лазерная резка не имеет конкурентов при работе с металлами толщиной до 6 мм. При большей толщине замедляется скорость работы, и лазерную резку редко используют для раскроя металлов толщиной более 20 мм.

Плазменная резка эффективна при толщине материала 20–40 мм. Может использоваться для раскроя меди толщиной до 80 мм, чугуна – до 90 мм, алюминия и его сплавов – до 120 мм, легированных и углеродистых сталей – до 150 мм.

Конусность реза. При лазерной резке металла толщиной более 6 мм появляется конусность кромок порядка 0,5°. По этой причине нижняя часть получаемых отверстий имеет увеличенный диаметр.

Для плазменной резки этот параметр больше – 3–10°. При выполнении отверстий этим способом их выходной диаметр меньше входного.

Температурное воздействие. Лазерная резка характеризуется малой зоной температурного воздействия.

Плазменная резка воздействует на металлы высокой температурой, и листы толщиной до 0,5 мм могут покоробиться.

Качество резки. По этому параметру лидер – лазерная резка. Для нее характерны стабильный и точный рез, а также отличное качество кромок.

При использовании плазменной резки образуется окалина и нужна доработка кромок.

Сравнительные характеристики обоих способов раскроя металлов приведены в таблице ниже:

Лазер или плазма?

Технологии лазерной и плазменной резки материалов имеют одну область применения и являются конкурирующими технологиями.

В качестве инструмента при лазерной резке очень упрощенно используется сфокусированный лазерный луч. При непрерывном режиме работы лазерный луч нагревает обрабатываемый материал до температуры плавления, полученный расплав удаляется струей газа под высоким давлением. При сублимационной лазерной резке металла материал под воздействием лазерного импульса испаряется в зоне резки.

Плазменная резка заключается в проплавлении разрезаемого металла за счет теплоты, генерируемой сжатой плазменной дугой, и интенсивном удалении расплава плазменной струей. Плазменная дуга получается из обычной в специальном устройстве – плазмотроне – в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа.

Лазерная резка, в отличие от плазменной, обеспечивает получение более точных по перпендикулярности кромок и более узких прорезей применительно к характерному для процесса диапазону толщин. Сфокусированное лазерное излучение позволяет нагревать достаточно узкую зону обрабатываемого материала, что уменьшает деформации при резке. При этом получаются качественные и узкие резы со сравнительной небольшой зоной термического воздействия. Дополнительным преимуществом лазерной резки является точность получаемых деталей, особенно при образовании вырезов, небольших фигур сложной конфигурации и четко очерченных углов. Одним из главных достоинств данного вида обработки является её высокая производительность. Лазерная резка особенно эффективна для стали толщиной до 6 мм, так как обеспечивает высокое качество и точность при сравнительно большой скорости резки. При лазерной обработке на тонколистовом материале не остается окалины, что позволяет сразу передавать детали на следующую технологическую операцию. Кромки реза у листов толщиной до 4 мм и меньше остаются гладкими и прямолинейными, а у листов большей толщины кромки имеют некоторые отклонения со скосом примерно 0,5°. Диаметры отверстий, вырезанных лазером, имеют в нижней части несколько больший диаметр, чем в верхней, но остаются круглыми и хорошего качества. Для металла толщиной 20–40 мм лазерная резка применяется значительно реже плазменной, а для металла толщиной свыше 40 мм – практически не используется.

Плазменная резка, по сравнению с лазерной, эффективна при обработке значительно более широкого по толщине диапазона листов при относительно хорошем качестве реза. Данный вид обработки экономически целесообразен для резки алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм; меди толщиной до 80 мм; легированных и углеродистых сталей толщиной до 150 мм; чугуна толщиной до 90 мм. На материалах толщиной 0,8 мм и меньше использование плазменной резки находит ограниченное применение. Для плазменной резки характерна некоторая конусность поверхности реза 3° – 10° . При вырезании отверстий, особенно на больших толщинах, наличие конусности уменьшает диаметр нижней кромки отверстия, на детали толщиной 20 мм разница диаметра входного и выходного отверстия может составить 1 мм. Следует учитывать, что плазменная резка металла имеет ограничения по минимальному размеру отверстия. Отверстия хорошего качества получаются при диаметре не меньше толщины разрезаемого плазмой листа. При данном способе реза присутствует кратковременный термический обжиг кромки разрезаемого металла. Все это приводит к ухудшению качества деталей. Чаще всего на этих деталях присутствует небольшая окалина, которая легко удаляется.

Сравнивая два описанных выше способа, можно прийти к выводу, что результаты лазерной и плазменной резки примерно одинаковы при обработке металлов малой толщины. Если говорить об обработке металлов, толщина которых превышает 6 мм, то здесь лидирующие позиции занимает плазменная технология, которая превосходит лазерную и по скорости выполнения операций, и по уровню энергетических затрат. Но следует учитывать, что качество деталей, полученных при лазерной резке на малых толщинах, значительно выше, чем при использовании плазмы, и целесообразным является использование этой технологии при получении изделий сложной формы, для которых особое значение играет высокая точность и максимальное соответствие проекту. Следует отметить, что лазерное излучение, в отличие от плазмы, является широкоуниверсальным инструментом (кроме резки оно применяется также для маркировки, упрочнения, разметки и т.п.). Также сроки службы расходных материалов при лазерной резке несравнимо более длительные, чем при плазменной.

Немаловажной характеристикой является стоимость установок. Станки плазменной резки дешевле лазерных, но при сравнении стоимости эксплуатации установок следует учитывать ряд одинаковых или аналогичных параметров, существующих при работе этих установок и влияющих на эксплуатационные расходы. Это относится, в первую очередь, к стоимости расходных материалов, а также электроэнергии и вспомогательных газов.

К числу основных газов, используемых при лазерной резке, относятся воздух и кислород (при резке углеродистой стали) или азот (при резке коррозионно-стойкой стали и алюминия). Энергетические расходы включают расходы на электроэнергию, потребляемую самой установкой, электроэнергию для лазера и охлаждающего устройства, а к числу расходуемых компонентов относятся внутренняя и внешняя оптика, линзы, сопла, фильтры. Периодичность замены расходных компонентов, используемых в установке лазерной реки, составляет от нескольких недель до нескольких лет, в зависимости от многих параметров.

При осуществлении плазменной резки в основном используют воздух и кислород. К энергетическим расходам здесь относят расходы на электроэнергию для создания плазмы и для питания самой установки плазменной резки. В числе расходуемых компонентов – сопло, электрод, рассекающее кольцо, крышки, керамическая направляющая и экран. Как вариант можно использовать слаботочные электроды и сопла, что ведет к повышению качества резки, но при этом снижается ее производительность.

Другие параметры, например, количество вырезаемых отверстий на одну деталь, оказывают влияние на часовую стоимость эксплуатации плазменной установки в большей степени, чем на тот же показатель для лазерной, поскольку расходуемые компоненты, например, сопла и электроды рассчитаны на определенное количество стартов или прошивок. Чем больше отверстий требуется прошивать в детали для ее резки, тем выше стоимость часа работы плазменной установки.

Сравнивая качество получаемых деталей и исходя из стоимости затрат на расходные материалы, можно прийти к выводу, что лазерная резка эффективнее плазменной для более тонких листовых материалов, а плазменная — для более толстых. Следует учитывать, что эксплуатационные расходы для обоих типов резки имеют широкий разброс и во многом определяются геометрическими параметрами заготовки, числом отверстий в ней, видом и толщиной разрезаемого материала.

Ссылка на основную публикацию