Лазерная или плазменная резка металла – чему же отдать предпочтение?

Технологии лазерной и плазменной резки материалов применяются в одной области и вследствие этого являются конкурирующими технологиями. Потребитель задаётся логичным вопросом: «Лазерная или плазменная резка металла: чему же отдать предпочтение?». Об этом более детальнее поговорим ниже. Технология лазерной резки металла предусматривает в качестве инструмента, очень упрощенно говоря, использование сфокусированного луча лазера. При непрерывном режиме работы лазерный луч разрезает материал путем точечного нагрева до температуры плавления и последующего удаления полученного расплава струей газа под высоким давлением. При сублимационной лазерной резке металла материал под воздействием лазерного импульса испаряется в зоне резки.

Технология плазменной резки металла заключается в проплавлении разрезаемого металла за счет тепла, получаемого от сжатой плазменной дуги, и интенсивном удалении расплава струей плазмы. Плазменная дуга генерируется из обычной в плазмотроне – в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа под высоким давлением. Лазерная резка металла имеет ряд преимуществ, в отличие от плазменной, а именно: обеспечивается 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 существенно реже плазменной, а для металла толщиной свыше 40 мм – практически не используется. Преимущества же плазменной резки металла, по сравнению с лазерной, проявляются в её эффективности 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 незначительному ухудшению качества деталей. Чаще всего на таких деталях присутствует небольшая окалина, которая легко удаляется. Таким образом, лазерная или плазменная резка металла – чему же отдать предпочтение? Сравнивая два описанных выше способа, можно прийти к выводам, что результаты лазерной и плазменной резки примерно одинаковы при обработке металлов на границе малых и средних толщин. 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 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. Стоимость оборудования и его эксплуатации является немаловажной характеристикой 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 нержавеющей 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. 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.

Рассматривая производительность, следует отметить, что 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. Исходя из стоимости затрат на расходные материалы, сравнивая качество деталей на выходе, можно прийти к выводу, что лазерная резка экономически 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.