Лазер или плазматрон — чем лучше резать металл?

Ряд производственных процессов тяжелой промышленности не обходится без раскроя листового металла. На сегодняшний день существует 2 основных типа резки металлических листов — плазменная и лазерная. Какой из них предпочтительнее? Об этом и пойдет речь далее.

Для того чтобы точно определить оптимальный вариант резки, сначала нужно эти технологии сравнить между собой. Проанализировав достоинства и недостатки каждой, нетрудно прийти к правильному решению о закупке для производства подходящей техники.

Сравнение лазерной и плазменной резки металлических заготовок проведем по таким характеристикам:

• Производительность (от чего она зависит);
• Качество процесса резки;
• Имеющиеся ограничения;
• Энергетические и финансовые затраты.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Если предполагается работать с металлическими листами толщиной до 2.0-3.0 мм и проделывать в них много отверстий либо пазов, то однозначно лучше остановить свой выбор на высокоскоростном лазере большой мощности. В случае обработки листового металла толще 6.0 мм, то предпочтение отдать плазме. При толщинах листов более 20 мм следует выбирать только плазму.

При выборе режущих установок идентичной мощности, в случае получения деталей относительно простых форм — плазменная резка обойдет лазерную по скорости примерно в 2-3 раза. При необходимости работы с большими комплектами сложных деталей одного типа стоит выбрать лазер. В отличие от плазменной, резка при помощи лазерного луча не требует дальнейшей обработки изготовленных с её помощью изделий (например, очищение окалины).

КАЧЕСТВО РЕЗКИ

В данном случае большую роль играют особенности конкретного производства. Так, в качестве рабочей поверхности метиза под названием «приварный фланец» выступает его плоскость. Поэтому пережог кромки изделия, наличие шероховатости и конусности совершенно не критично для качества изготовленного метиза. Совсем по-другому обстоят дела с деталью типа звездочки цепного привода. Здесь важны такие технические нюансы, как чистота поверхности среза, точность профиля зубцов и величина термических деформаций — последнюю требуется свести к минимуму. Лучший выбор очевиден — звездочки нужно производить только на лазерном оборудовании.

А теперь сравним ряд важных технических параметров для 2-х типов резки:

• Конусность кромки: плазма 0-10 (градусов), лазер 0-2(градуса);
• Окалина: плазма — нет, лазер — минимум;
• Оплавление углов и врезок: плазма — имеются, лазер — минимум;
• Шероховатость: плазма 6.30-12.50 — микрометров (мкм), лазер — 1.25-2.50 мкм.

Количество образовавшейся окалины и значение конусности кромки можно свести к минимуму, заранее подобрав ряд оптимальных параметров: направление резки, её скорость, расстояние между плазмотроном и рабочей поверхностью, а также силу тока источника питания плазмотрона.

Расходные элементы, такие как электрод, сопло и защитный экран также влияют на качество реза. Важный параметр — шероховатость поверхности среза будет тем меньше, чем больше ток и меньше скорость процесса. Однако с ростом тока начинает перегреваться кромка и увеличивается количество окалины. Избавиться от таких негативных явлений как оплавление на врезках или углах зачастую помогает способ прохождения углов так называемыми «петлями», а также правильное позиционирование врезок.

Грамотная эксплуатации добротного во всех отношениях оборудования плазменной резки позволяет достичь впечатляющих результатов. Посмотрите на более близкую деталь, которая была получена при помощи лазерной аппаратуры с деталью, находящейся на заднем плане, вырезанной с помощью «плазмы».

ИМЕЮЩИЕСЯ ОГРАНИЧЕНИЯ

• Диаметр отверстия (минимальный): лазер — (0.30-0.40)S*, плазма — (0.90-1.40)S;
• Материал для резки: лазер — металл, дерево и пластик, плазма — металл;
• Толщина резки, позволяющая добиться максимум качества и скорости: лазер — 40 мм, плазма — 150 мм;
• Внутренние углы: лазер — прорезка присутствует, плазма — прорезка возможна, но с небольшим радиусом.

* Обозначения: S — толщина рабочего материала.

СРАВНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ

Анализ проведем на 2-х идентичных образцах, внимательно рассмотрев выбранные фрагменты резки. Материал изделий — сталь толщиной 5.0 мм с небольшим содержанием углерода.

Сразу можно сказать, что качество нелинейных и прямых контуров, радиус которых превышает толщину металлического листа, практически не отличается. Однако наблюдается незначительное расхождение в шероховатости полученных срезов.

Из-за того, что толщина пучка плазмы в разы превышает лазерный луч (1.0-2.5 мм в первом случае против 0.20-0.30 мм во втором), присутствует заметное скругление углов, полученных при помощи плазменной резки.

Резка металлических листов с использованием плазмы требует ограничение на расстояние между контурами прорезанных отверстий в одной детали. Если они будут располагаться слишком быстро, то образовавшиеся стенки небольшой толщины могут легко пережечься. Для лазера это ограничение значительно меньше (0.50 мм), чем для плазмы (2.5-4.0 мм). Конусность в случае резки лазером имеет место только при неточной настройке, фокусирующей пучок системы.

Плазменная резка всегда приводит к искажениям закругленных контуров либо отверстий. Присутствует конусность, где сужение диаметра происходит по направлению от верхней кромки к нижней. Объясняется это отклонением пучка плазмы при изменении движения в сторону, обратную направлению этого движения. Если диаметр отверстия ненамного превосходит толщину металлической заготовки, то возможна неточная передача формы отверстия, а также расхождение полученных криволинейных контуров с заданными. Искажения такого рода устраняются путем правильной настройки параметров плазменной резки.

СТОИМОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Для оценки стоимости эксплуатации оборудования для резки необходимо учесть следующие факторы:

• энергозатраты и затраты на рабочие, необходимые для проведения процесса резки;
• приобретение расходных материалов и комплектующих;
• цена ремонта и техобслуживания.

Затраты энергии

В число главных элементов, потребляющих энергию в аппаратах для плазменной и лазерной сварки, входят источники питания, координатная система, вытяжка и система охлаждения (чиллер).

Численные значения потребления энергии для близких по рабочим характеристикам установок 2-х типов не всегда близки, что обусловлено целым рядом факторов. В частности, энергопотребление почти одинаково как для «плазмы», так и для «лазера» при работе с материалом одной и той же толщины с одной и той же скоростью.

Если резка лазером производится на высокой скорости, то при условии идентичности толщины и состава рабочего материала лазерная установка должна быть в 3, а то и в 4 раза мощнее плазменного аналога. При толщине металлического листа больше 8.0 мм мощность, потребляемая лазерным оборудованием превосходит требуемую для «плазмы» в несколько раз.

Рассматриваемые системы резки оборудованы источниками сжатого газа (азота и кислорода). Лазерное оборудование требует высокого уровня очистки рабочего газа, что накладывает повышенные требования к качеству сепараторов и фильтрующих элементов.

Расходные материалы и комплектующие

При резке металла «плазмой» наиболее быстро изнашиваются электроды и сопла. Если процесс характеризуется высокой интенсивностью, то набора (электрод + сопло) хватает на одну рабочую смену — это примерно 650-600 прожигов в течение 6-8 часов. Другие элементы, такие как завихрители и защитные экраны, выходят из строя в результате неправильных действия оператора либо возникновения аварийных ситуаций. На замену этих элементов потребуется несколько минут и пару элементарных действий типа «выкрутить-закрутить».

Для лазерного оборудования использовать определение «расходные» элементы не совсем корректно, так как изнашиваются они гораздо реже, чем у плазменного, а их замена всегда сопряжена с дорогостоящим и серьезным ремонтом. Взять хотя бы чистку оптики, которая может быть выполнена только с использованием специальных инструментов в условиях тотальной стерильности и только опытными специалистами. Сама линза оценивается в 15-30 раз дороже, чем один набор «электрод + сопло» для плазмотрона.

Техобслуживание и ремонт

При условии грамотной эксплуатации плазменное оборудование особо не нуждается в периодической настройке и регулярном техобслуживании. Все сервисные операции заключаются в продувке внутренних пространств плазмотрона и источника питания. Замена расходных элементов плазмотрона не вызовет никаких трудностей у опытного оператора. Иначе дело обстоит с лазерной резкой — замена оптики требует соответствующей квалификации и навыков.

Эксплуатация оборудования для различных производственных процессов обходится по-разному и зависит от таких условий, как время беспрерывной работы, толщина обрабатываемых металлических листов и т.п.

ВЫВОДЫ

В заключение можно привести следующие рекомендации по разрешению дилеммы выбора между плазменной и лазерной типами резки.

1. Для малых толщин металла (от 5.0 до 6.0 мм) не имеет особого значения, какую установку использовать. Но если нужно увеличить скорость резки, то необходимо покупать более мощную и дорогостоящую лазерную установку.

2. Для толщины металлических листов больше 6.0 мм при сравнительно небольших затратах энергии можно обеспечить высокую производительность на оборудовании плазменного типа. Правда, если диаметр отверстий близок к толщине металлической заготовки, их качество будет не самым лучшим.

3. Для изготовление деталей, к точности которых предъявляются повышенные требования, нужно использовать только лазерные установки. Резка по дереву или пластику выполняется тоже с помощью лазера.

4. Лазерное оборудование оказывает минимальное термическое воздействие на края отверстий. Детали небольших размеров очень слабо прогреваются и практически не деформируются. А использование плазмотрона для выполнения аккуратной, с наличием тонких перемычек (менее 3-х толщин металлической заготовки) резки, может привести к заметным деформациям готового изделия.

Только тщательно проанализировав все технические нюансы и условия производственного процесса, а также выполнив предварительные экономические расчеты, можно сделать правильный и обоснованный выбор в пользу одного из двух основных типов оборудования для резки металла.

На заметку: Уверенно набирающая темпы роста компания по металлообработке «НПП Антэкс» предоставляет недорогие услуги резки металла лазером для клиентов Екатеринбурга и Свердловской области.