На протяжении десятилетий действовало простое правило: лазеры для тонких листов, плазма для толстых пластин. Сверхмощные волоконные лазеры нарушили это правило. Источники мощностью 20, 30 и 40 кВт сегодня широко распространены в центрах обработки стали и на предприятиях тяжелого металлообработки, а рыночные отчеты описывают сегмент с мощностью более 12 кВт как наиболее быстрорастущий сегмент рынка лазерной резки. В этом руководстве рассматривается, где сегодня проходит граница между лазерной и плазменной резкой по толщине, качеству кромки и стоимости.
Если вам сначала нужно понять основные различия между этими двумя процессами, то вот краткий обзор... станки для лазерной резки против станков для плазменной резки В статье рассматриваются основные моменты. Основное внимание уделяется выбору толстостенной пластины.
Какое место занимают 12 кВт в этой дискуссии?
Для большинства предприятий вопрос о плазменной резке впервые возникает при использовании волоконного лазера мощностью 12 кВт. На этом уровне лазеры легко справляются со средними листами металла и позволяют резать толстые полосы на более низких скоростях, поэтому 12 кВт — это распространенный шаг вперед для предприятий, работающих в основном с деталями толщиной менее 20 мм, иногда с более тяжелыми изделиями.
Мощность выше 12 кВт меняет характер работы оборудования. Источники мощностью 20 кВт и более требуют более прочных рам, более крупных чиллеров, более мощной вытяжки и более мощного электроснабжения, поэтому решение о покупке также зависит от производственных мощностей. Именно поэтому многие цеха рассматривают 12 кВт как верхний предел для общего производства, а 20 кВт и выше — как специализированные инвестиции в толстолистовое оборудование.
Сравнение толщины и скорости
Производители обычно делят стальные листы на 4 категории: тонкие (менее 4 мм), средние (от 4 до 20 мм), толстые (от 20 до 60 мм) и сверхтолстые (более 4 мм). В каждой категории различается реакция на лазерную и плазменную обработку.
| Толщина листа (углеродистая сталь) | Волоконный лазер мощностью от 20 до 40 кВт | Плазма высокой четкости | Обычный победитель | Измерения |
|---|---|---|---|---|
| Тонкий, менее 4 мм | Очень быстрое, высокое качество изображения, минимальный нагрев. | Быстрая, но более широкая полоса пропила и большая тепловая деформация. | Лазер | Количество деталей в час и плоскостность после резки |
| Средний размер, от 4 до 20 мм | Лазер мощностью 20 кВт превосходит по скорости плазменный разряд с током 300 А на расстоянии до 20 мм. | Конкурентоспособная скорость, более грубая кромка, скос на обрабатываемой поверхности. | Лазер | Производительность по количеству метров в час при производственном качестве |
| Толщина от 20 до 50 мм | Мощность 30 кВт и выше позволяет сократить разрыв по сравнению с воздухом или кислородом. | Давний лидер по скорости в этом диапазоне. | Спорный вопрос; лазер набирает обороты. | Общее время цикла, включая вторичную очистку. |
| Сверхтолстый, более 60 мм | Возможно при мощности от 30 до 40 кВт, но медленнее и требует специальных навыков. | Практичный до номинального предела пробития. | Плазма или кислородно-топливная терапия | Надежность прокола и перпендикулярность кромки |
Важное изменение заключается в том, насколько сильно скорость лазерной резки зависит от мощности. Опубликованные результаты испытаний на сверхмощных источниках резки показывают, что скорость неуклонно возрастает вплоть до 40 кВт:
⦿ Переход от мощности 15 кВт к 40 кВт позволил увеличить скорость резания углеродистой стали толщиной 12 мм примерно на 280 процентов, а углеродистой стали толщиной 20 мм — примерно на 420 процентов.
⦿ Лазер мощностью 30 кВт разрезал типичную деталь из нержавеющей стали толщиной 16 мм за вдвое меньшее время цикла, чем лазер мощностью 15 кВт, и при этом вдвое сократил расход газа.
⦿ Один производитель сообщает, что при обработке углеродистой стали толщиной 50 мм станок мощностью 30 кВт работает примерно на 88 процентов быстрее, чем станок мощностью 20 кВт.
⦿ В импульсном режиме в ходе испытаний были обработаны нержавеющая сталь толщиной 70 мм с использованием азота при мощности 30 кВт и углеродистая сталь толщиной 230 мм с использованием воздуха при мощности 40 кВт, хотя это скорее демонстрация возможностей, чем показатели скорости, необходимые для повседневного производства.
Плазма масштабируется иначе. Плазменная система ограничена силой тока, а её скорость на заданной толщине в значительной степени определяется выбором источника питания. Именно поэтому диапазон средних пластин, ранее общий для всех лазеров, теперь в основном принадлежит лазерам, а диапазон толстых пластин является предметом споров. Полный диапазон скоростей в зависимости от уровня мощности отображен на рисунке. Руководство по толщине, скорости и мощности лазерной резки металла волоконным лазером.
Резка воздухом изменяет экономику толстолистового производства.
Менее очевидным фактором является вспомогательный газ. Кислородная резка толстой углеродистой стали хорошо работает при низкой мощности, но ее скорость практически не увеличивается с ростом мощности. Резка воздухом под высоким давлением масштабируется с мощностью, и при 20 кВт и выше она быстро режет толстую углеродистую сталь, практически не образуя шлака. Это означает, что сверхмощный лазер может резать толстые пластины быстрее и с меньшими затратами газа, чем более старые кислородные процессы, что сужает преимущества плазмы как по стоимости, так и по скорости.
Пробивающая толстую пластину
Пробивка отверстий часто является скрытым узким местом при резке толстых листов. Мощность плазменной пробивки определяется источником питания, и для деталей, превышающих его, требуется начинать резку с кромки, что ограничивает раскрой. Мощные лазеры пробивают толстые листы быстрее, чем раньше, но пробивка все еще занимает заметно больше времени, чем на тонком листе, и приводит к разбрызгиванию, которое изнашивает сопла. На деталях с большим количеством отверстий время пробивки может перевесить разницу в скорости резки, поэтому учитывайте не только длину резки, но и количество пробивок при сравнении цен или результатов пробных резок.
Качество фаски и кромок
Одной лишь скорости недостаточно, чтобы разрешить спор, поскольку детали из толстолистового металла обычно подвергаются сварке или болтовому соединению. Качество кромки определяет, сколько работы останется после резки.
⦿ Ширина пропила и нагрев: лазерный пропил узкий, а зона термического воздействия мала; плазма оставляет более широкий пропил и обеспечивает больший подвод тепла, что может деформировать более тонкие срезы.
⦿ Угол заточки: при плазменной резке на поверхности среза образуется небольшой скос, тогда как при лазерной резке края на листах средней толщины имеют гораздо более ровную форму.
⦿ Отверстия: лазеры вырезают небольшие круглые отверстия для болтов в листах средней толщины, которые часто можно использовать сразу после обработки; для плазменной резки отверстий в толстых листах обычно требуется сверление или развертывание.
⦿ Подготовка к сварке: плазменные фаскоснимающие головки хорошо зарекомендовали себя и широко используются для подготовки V-образных и K-образных сварных швов на толстых пластинах, а лазерные фаскоснимающие головки теперь также доступны, но увеличивают стоимость.
Производители описывают практическую разницу своими словами: если каждая плазменная резка опорной плиты перед сваркой отправляется на сверлильный и шлифовальный станки, то резка фактически не завершена. Конструкционные опорные плиты толщиной от 12 до 40 мм являются одним из наиболее наглядных примеров перехода от плазменной к лазерной резке именно по этой причине. Предприятия, работающие в таких условиях, конструкционные и листовые стальные конструкции Зачастую оказывается, что экономия на вспомогательном труде важнее, чем скорость резки.
Тип материала также меняет ситуацию. Для толстых листов из нержавеющей стали и алюминия лазерная резка предпочтительнее, чем для углеродистой стали, поскольку азотная лазерная резка обеспечивает чистый, без оксидов край, которого невозможно добиться плазменной резкой без дополнительной обработки. На толстых листах из углеродистой стали, где плазменная резка приемлема для многих конструкционных применений, конкуренция остается наиболее жесткой.
Капитальные затраты против пропускной способности
Именно здесь плазма по-прежнему сохраняет свои сильные стороны. Сверхмощный лазер — это значительные инвестиции, в то время как высокоэффективная плазменная система стоит значительно дешевле.
| фактор | Волоконный лазер мощностью от 20 до 40 кВт | Плазменная система с ЧПУ | Измерения |
|---|---|---|---|
| Капитальные затраты | Высокий уровень; часто достигающий шестизначных цифр с учетом чиллеров и защитного кожуха. | Значительно дешевле лазера, даже для систем высокого разрешения. | Общая стоимость установки одного оборудования |
| Потребность в электроэнергии | Большой; около 50 кВт, установленная мощность 12 кВт и более. | Блок питания рассчитывается по силе тока. | Установленная мощность в кВт и стоимость модернизации энергоснабжения |
| Производительность на материалах от 4 до 20 мм | Самый высокий показатель среди всех термических процессов. | Ниже, с дополнительной вторичной очисткой. | Количество готовых деталей за смену |
| Второстепенная работа | Небольшие размеры; края и отверстия часто уже готовы к сборке. | Шлифовка, сверление или развертывание — распространенные методы обработки прецизионных деталей. | Время работы (минуты) на деталь после раскроя |
| Расходные материалы | Форсунки и защитные окна | Электроды и форсунки, часто встречающиеся при высоком токе. | Стоимость расходных материалов за час резки |
Решение сводится к эффективности использования. Лазер мощностью 20 кВт или более, работающий в две смены на листовом металле средней и толстой толщины, окупит свою стоимость за счет производительности и экономии трудозатрат на финишную обработку. Та же машина, работающая всего несколько часов в неделю на отдельных толстых деталях, этого не сделает. Перед принятием решения сравните общую стоимость установки, включая модернизацию электропитания и мощность чиллеров, с количеством деталей, которые она производит за смену. Цены на оборудование указаны в... Сколько стоит станок для лазерной резки?и ценообразование на плазму в Сколько стоит стол для плазменной резки?.
Магазины, которые оправдывают инвестиции, обычно рассматривают модели с массивной рамой. мощные волоконные лазерные станки для резки металла они рассчитаны на выдерживание нагрузок от толстых листов металла и более высоких температур при длинных резах, в отличие от более легких рам из листового металла, оснащенных более мощным источником тепла.
Стоимость эксплуатации за метр
Почасовая стоимость эксплуатации выше у плазменной резки, поскольку сверхмощный лазер потребляет гораздо больше электроэнергии и требует более крупного охладителя. Стоимость распила за метр может показать другую картину. Когда лазер режет листовой металл в несколько раз быстрее, использует воздух вместо азота и исключает этап шлифовки, его стоимость готовой детали может оказаться ниже, чем у плазменной резки, даже несмотря на более высокую почасовую стоимость. Сравнение справедливо только в том случае, если станок постоянно загружен, что возвращает нас к вопросу об использовании ресурсов.
Кому еще стоит покупать плазму?
Плазменная терапия остается оптимальным решением для значительной части покупателей. Она имеет смысл в следующих случаях:
⦿ Работа в основном заключается в грубой резке металлоконструкций, где качество кромок и точность отверстий не имеют решающего значения.
⦿ Толщина листового металла регулярно превышает 50 мм, или для обработки очень тяжелых деталей цеху также требуется кислородно-топливная резка.
⦿ Бюджетные ограничения или ограниченность электроснабжения исключают возможность использования лазера сверхвысокой мощности.
⦿ Снятие фасок на толстых листах металла — это повседневная задача, и проверенная плазменная головка для снятия фасок идеально подходит для этого процесса.
⦿ Количество машино-часов слишком мало, чтобы окупить капитальные затраты на лазер.
Для этих магазинов мощная портальная машина плазменной резки обеспечивает возможность работы с толстолистовым металлом при значительно более низкой начальной стоимости, а также Плазменный станок с ЧПУ и газовым резаком Для обработки самых тяжелых деталей используется кислородно-топливная струйная обработка. Многие крупные предприятия сейчас используют оба метода: мощный лазер для точной обработки и обработки листового металла средней толщины, а также плазменную или кислородно-топливную струйную обработку для самых толстых и грубых деталей.
Контрольный список решений
✔ Отсортируйте работы за год по категориям толщины и подсчитайте количество часов, затраченных на каждую категорию.
✔ Измерение объема вторичной обработки деталей, изготовленных с помощью плазменной резки: шлифовка, сверление и доработка в минутах на деталь.
✔ Учитывайте в цене лазерный станок не только сам станок, но и его чиллер, корпус, модернизацию электропитания и установку. ✔
✔ Сравнивайте количество готовых деталей за смену, а не только скорость резки.
✔ Если вы регулярно работаете с пластинами большой толщины, обязательно используйте плазменную или кислородно-топливную резку.
Сравните лазерную и плазменную обработку для ваших пластин.
Исследуйте мощные системы станки для лазерной резки волокна рядом Плазменные резаки с ЧПУи получите бесплатную смету, рассчитанную с учетом толщины ваших листов, объемов производства и требований к отделке.
