Что лучше – плазменная или лазерная резка металла

Раскрой листовых металлов, заготовка профильных, круглых и квадратных труб, профиля предполагает обработку резанием. На производстве для резки используются две современные технологии: лазерная и плазменная. Оба способа основаны на способности точечно разогревать металл до температуры плавления, но различаются принципом действия. Упрощенно процесс можно представить так. При плазменном способе плавление металла в месте реза происходит за счет ионизированного газа, а в лазерной установке — под воздействием мощного сфокусированного луча.

Рис. 1 Схема лазерной резки

Рис.2 Схема плазменной резки

Технологии конкурируют между собой по производительности, стоимости, точности реза. Какой из них отдать предпочтение в том или ином случае? Так, например, при раскрое тонких листов, вырезании отверстий малого диаметра, точнее и быстрее работает лазер. Клиенты «Профлазермет» отмечают преимущества лазера: аккуратный раскрой лазером по чертежу, вырезание по сложным контурам, отсутствие дефектов.

В данной статье разберемся, чем отличается лазер от плазмы для производственника и заказчика услуг. Выясним, для какого металла лучше применять каждый из видов резки.

Особенности лазерного и плазменного способов резки металла – важно для оценки технологий

Способы плавления и удаления расплава из зоны реза.

Лазерный луч нагревает и расплавляет металл в узкой зоне. Расплав удаляется струей газа (в непрерывном режим резки) или испаряется (в импульсном режиме).
В плазмотроне после розжига обычной (сварочной) дуги она сжимается, плазмообразующий газ образует мощную струю. Плазменная дуга выделяет тепло, достаточное для прожигания толщи металла, плазменная струя удаляет расплав.

Лазерный луч делает тонкую линию реза и прогревает небольшую ограниченную область. В результате контуры заготовок, углы четко очерчены. Такая точность реза используется при вырезании в металле фигур сложной конфигурации. При этом скорость сохраняется достаточно высокой. Метод дает гладкие прямые кромки и показывает наилучшую производительность на материале толщиной менее 6 мм. Такие результаты стабильно получают наши заказчики. При разрезании листов большей толщины наблюдается скос кромок на 0,3-0,5⁰.

Рис 3. Примеры изделий, изготовленных на лазерной установке

Плазморез, в отличие от лазерного луча, более эффективен при обработке толстых листов. Для качественного реза различных материалов толщина составляет:

Материал	Предельная толщина, мм
Алюминиевые сплавы	120
Медь и сплавы на ее основе	80
Сталь углеродистая, легированная	150
Чугун	90

Лазерные станки используются для раскроя заготовок до 20 мм толщиной. Плазменные резаки применяют для листов не тоньше 0,5 мм, поскольку из-за высокой температуры контуры частей подвергаются короблению.

Рис. 4 Отходы после работы плазмотрона

Как выбрать оборудование для резки

Оценим стоимость расходуемых материалов, производительность обработки.

На стоимость процесса оказывает влияние факторы: цена оборудования и его эксплуатации; затраты на расходные материалы.

Если вы выбираете, какую резку заказать на свое предприятие, учитывайте все составляющие сметы.

Расходники.

При лазерной резке различных материалов используются газы: воздух, кислород или азот. Расходуемые компоненты: линзы и сопла, оптика (внутренняя и внешняя), фильтры. Их заменяют с периодичностью, которая зависит от многих факторов. В среднем линзу и сопло меняют раз в 15 дней, что составит около 3,5 тыс. руб. в месяц.
При раскрое плазменной дугой в качестве газов применяют воздух и кислород. Расходуемые компоненты: электрод, сопло, направляющая, экран. Уменьшить затраты без снижения качества, но уменьшением скорости, можно, если взять слаботочные электроды. В месяц на расходные компоненты тратится от 44 до 70 тыс. руб.

Энергозатраты.

Для лазерного станка: стоимость потребления энергии установкой, лазером, системой охлаждения.
Для плазменного аппарата: питание станка, создание плазмы.

Производительность сильно зависит от характера реза, прямой разрез или вырезание отверстий. Дело в том, что расходные детали в плазменной установке выдерживают определенное число стартов. Чем больше отверстий нужно сделать, тем чаще приходится менять компоненты, и тем дороже себестоимость операции. Количество прошивок при помощи лазерной технологии не столь значительно влияет на часовую стоимость работы.

В число важных факторов при расчете затрат на производство входит также первоначальная стоимость самой установки. Плазморезы дешевле лазерных станков. Однако при оценке затрат нужно учитывать и эксплуатационные расходы, которые определяются множеством параметров (толщина и вид металла, характер работы, геометрия заготовки и пр).

Из всего сказанного следует, что заочно трудно определить, какое именно оборудование будет выгодно для вашей компании. Ориентироваться нужно на то, какие работы придется чаще выполнять: металл какого вида и толщины резать; количество отверстий, их сложность.

Основываясь на своем опыте, мы можем с уверенностью отдать предпочтение лазерному способу, если резать нужно металл толщиной до 20 мм. Закажите у нас пробную партию, оцените результат. Полученная деталь точно соответствует эскизу, поскольку движение луча по контуру рисунка происходит под управлением программы компьютера. При этом средняя скорость в зависимости от материала составляет 60 мм/сек. Станок делает ровный гладкий рез, допуская максимальную погрешность резки не более 50 мкм (в это число уже включена толщина листа).

Подтвердим наши выводы, собрав в таблицу плюсы и минусы установок.

Плазменный аппарат	Лазерная установка
Преимущества
Широкий диапазон толщин 0,5-50 мм.	Кромка выполняется точно под прямым углом.
Скоростной рез толстых листов.	Рез занимает малую ширину. Можно резать очень тонкий металл от 0,2 мм.
Низкие капитальные затраты на оборудование.	Детали без окалины. Их можно сваривать, красить без дополнительной обработки.
Наработан большой опыт резки со скосом.	Можно резать отверстия меньше толщины детали.
	Дешевые расходники, высокая скорость резки.
Недостатки
Невыгодно резать тонкий металл (менее 1 мм), плохо получаются отверстия до 4 мм в диаметре.	Толщина металла ограничена 20 мм.
Некачественный край.	Дорогостоящее оборудование.
Дорогие расходные материалы.	Нецелесообразно применять для прямолинейного раскроя толстых листовых материалов.
Требуется последующая обработка.
Скорость и точность ниже, чем у лазера.

Подытожим.

Благодаря чистоте кромки и точности реза, на лазерном станке эффективнее вырезать мелкие детали, решетки, колеса роторов.

Плазменный аппарат подойдет для изготовления фигур простой геометрии, которые затем поддаются обработке: рельсов, элементов металлоконструкций, др.

Факторы, влияющие на выбор оборудования

Во внимание принимаются основные параметры.

Толщина обрабатываемого металла. Газовый резак дает непостоянную ширину реза в зависимости от толщины заготовки. В случае с лазером ширина реза стабильна.
Точность, конусность линии реза. По этому параметру лазерный способ превосходит плазменный, что особенно важно для тонких листов и отверстий с диаметром, сравнимым с толщиной.
Скорость. Скорость лазера выше, чем на плазме, что наглядо видно при резке тонкого металла.
Образование окалины. Плазменный способ требует последующей очистки заготовок, из-под лазера выходит чистая деталь.

Учет перечисленных параметров позволяет оценить возможности методов.

Функциональность лазерной и плазменной резки

Параметр	Лазер	Плазма
Ширина реза, мм	0,2-0,37	0,8-1,5
Точность. Отклонение от заданного размера, мм. Чистота внутренних углов.	±0,05 Углы высокого качества.	±0,1-0,5 Небольшое скругление углов.
Конусность, град.	Менее 1	3-10
Минимальный диаметр отверстия	От 1 (непрерывный режим) до 1/3 (импульсный режим) от толщины листа.	1,5 от толщины листа. Отверстия менее 4 мм плазменным методом не делают.
Образование окалины. Прижоги.	После операции выходит чистая деталь. Прижоги незаметны.	При длительном нагреве происходит дополнительное наплавление, образуется окалина. На наружных кромках есть прижоги, в несколько раз большие, чем при лазерной резке.
Производительность	Скорость высокая. Снижается с увеличением толщины заготовки за счет более продолжительного прожига толстого металла.	Несмотря на быстрый прожиг скорость на порядок ниже лазера.

Для производства имеет значение и экономичность работы станков. Потребление электроэнергии у лазерного оборудования значительно меньше чем у плазмотрона.

Итоги — почему лазерная резка эффективнее?

Плазменная резка — это проверенная технология, которая зарекомендовала себя на изготовлении деталей толще 25 мм. Само оборудование недорогое.

Но по нескольким основным критериям плазма проигрывает лазеру:

Большие термические затраты.
Скорость обработки ниже примерно в 1,5 раза.
Расстояние между деталями на одном листе значительно больше, а значит расходуется больше металла.
Могут возникать грат, окалина, завал кромок.

В результате стоимость детали на 20-30% выше, чем у лазерного метода.

Рис.5 Экономный раскрой листа металла

Для наглядности поместим сводные характеристики методов в таблицу.

Параметр	Плазменный метод	Лазерный станок
Рекомендуемая толщина металла для эффективной резки, мм	0,8-120	До 6
Характеристики реза	Широкий	Узкий
Качество кромок	Плазменный факел прожигает отверстие, не одинаковое по толщине.	Отверстия идеальной геометрии с гладкими прямолинейными кромками. Конусность минимальная.
Срок службы деталей	Невысокий из-за грубой кромки.	Небольшой размер температурных зон снижает уровень деформаций, повышает долговечность изделий.
Скорость работы	Высокая на толстых листах.	Быстрота обработки тонких заготовок.
Ограничения использования	Для листов тоньше 0,8 мм появляется окалина. Нельзя делать отверстия малого размера.	При резке листов толще 4 мм отклонение составляет 0,5, а при обработке более толстых материалов (20-40 мм) высокий процент брака.

Рис. 6 Деталь после плазменной резки

Рис. 7 Примеры деталей после лазерной резки

Плазменная резка дает большую свободу по толщине металла, но детали имеют более низкое качество (неаккуратные отверстия, меньшая точность, окалина).

При работе лазером нет прямого контакта с поверхностью, что используют при резке легкодеформируемых сплавов, хрупких материалов.

Рис.8 Лазерная резка латуни

Плотная раскладка деталей на листе дает экономию металла и времени. Оптимальное направление работ: изготовление деталей сложной конфигурации из тонкого металла.

P.S.

Информацию, изложенную в статье, вы можете проверить в нашей компании. Мы оказываем услуги по резке листового металла.

Лазерная резка допускает вариативность применяемой технологии.

Для алюминия и дюралевого сплава толщиной до 10 мм волоконные лазеры обеспечивают точность до одной сотой миллиметра.
Сталь до 10 мм обрабатывается оптической головкой, погрешность менее 0,01 мм.
Из медных, латунных листов толщиной до 3 мм различные варианты волоконного ПО позволяют вырезать любые фигуры.

Благодаря применению компьютерной лазерной технологии мы при необходимости разрабатываем условия резки под индивидуальный эскиз. Сложность конфигурации значения не имеет.