Протягом десятиліть правило було простим: лазери для тонких листів, плазма для товстих. Надпотужні волоконні лазери порушили це правило. Джерела потужністю 20, 30 та 40 кВт зараз поширені в сервісних центрах сталевої обробки та на важких заводах, а ринкові звіти описують сегмент понад 12 кВт як найшвидше зростаючу частину ринку лазерного різання. У цьому посібнику розглядається, де сьогодні проходить межа між лазером і плазмою за товщиною, якістю кромки та вартістю.
Якщо вам спочатку потрібні основні відмінності між цими двома процесами, огляд лазерні різальні машини проти плазмових різальних машин охоплює основи. Ця стаття зосереджена на виборі товстостінного листа.
Де місце 12 кВт у дебатах
12-кіловатний волоконний лазер – це те, з чим більшість цехів стикаються в першу чергу з питанням плазми. На цьому рівні лазери зручно обробляють середні листи та ріжуть товсту стрічку на менших швидкостях, що робить 12 кВт поширеним кроком уперед для виробників, чия робота здебільшого стосується деталей товщиною менше 20 мм, а іноді й важчих.
Понад 12 кВт машина змінює характер. Джерела потужністю 20 кВт і більше потребують важчих рам, більших чилерів, потужнішої витяжки та більшого електроживлення, тому рішення про покупку також залежить від рішення щодо об'єкта. Ось чому багато майстерень розглядають 12 кВт як верхню межу загального виробництва, а 20 кВт і вище як спеціалізовану інвестицію в товстолистовий матеріал.
Порівняння товщини та швидкості
Виробники зазвичай поділяють сталевий лист на 4 смуги: тонкий до 4 мм, середній від 4 до 20 мм, товстий від 20 до 60 мм та надтовстий понад цю товщину. Відповідь лазера та плазми змінюється в кожній смузі.
| Товщина пластини (вуглецева сталь) | Волоконні лазери потужністю від 20 до 40 кВт | Плазма високої чіткості | Звичайний переможець | Вимірювання |
|---|---|---|---|---|
| Тонкий, менше 4 мм | Дуже швидкий, висока деталізація, мінімальне нагрівання | Швидкий, але ширший пропил та більше теплових деформацій | лазер | Деталей на годину та площинність після різання |
| Середній, від 4 до 20 мм | Лазер потужністю 20 кВт перевершує плазму 300 А приблизно на 20 мм. | Конкурентна швидкість, шорсткіший край, фаска на різаній поверхні | лазер | Зменшення кількості метрів на годину за умови виробничої якості |
| Товстий, від 20 до 50 мм | 30 кВт і вище заповнює прогалину повітрям або киснем | Давній лідер швидкості в цьому діапазоні | Оскаржується; лазерне набирання | Загальний час циклу, включаючи вторинне очищення |
| Надзвичайно товста, понад 60 мм | Можливо при потужності від 30 до 40 кВт, повільніше та спеціалізовано | Практичний до номінальної межі пробивання | Плазма або киснево-паливна | Надійність прожигання та прямокутність кромки |
Важливим зрушенням є те, наскільки сильно швидкість лазера залежить від потужності. Опубліковані випробування різання на джерелах надвисокої потужності показують, що швидкість стабільно зростає аж до 40 кВт:
⦿ Перехід з 15 кВт до 40 кВт збільшив швидкість різання вуглецевої сталі товщиною 12 мм приблизно на 280 відсотків, а вуглецевої сталі товщиною 20 мм — приблизно на 420 відсотків.
⦿ Лазер потужністю 30 кВт вирізав типову деталь з нержавіючої сталі діаметром 16 мм за вдвічі менший час циклу, ніж лазер потужністю 15 кВт, що також вдвічі зменшило використання газу.
⦿ Один виробник повідомляє, що на вуглецевій сталі товщиною 50 мм машина потужністю 30 кВт працює приблизно на 88 відсотків швидше, ніж машина потужністю 20 кВт.
⦿ У імпульсному режимі випробування дозволили розрізати 70 мм нержавіючої сталі азотом потужністю 30 кВт та 230 мм вуглецевої сталі повітрям потужністю 40 кВт, хоча це радше демонстрація можливостей, ніж повсякденна швидкість виробництва.
Плазма масштабується не однаково. Плазмова система обмежена силою струму, а її швидкість на заданій товщині значною мірою фіксована після вибору джерела живлення. Ось чому діапазон середніх пластин, колись спільний, тепер належить переважно лазерам, і саме тому товстий діапазон оскаржується. Повна гранична швидкість за рівнем потужності відображається на Товщина металу, швидкість та напрямна потужності волоконного лазерного різання.
Повітряне різання змінює економіку товстолистової сталі
Менш очевидним фактором є допоміжний газ. Кисневе різання товстої вуглецевої сталі добре працює при меншій потужності, але його швидкість майже не покращується зі збільшенням потужності. Різання повітрям під високим тиском масштабується з потужністю, і при потужності 20 кВт і вище воно швидко ріже товсту вуглецеву сталь і практично без шлаку. Це означає, що лазер надвисокої потужності може різати товсту пластину швидше та з меншою витратою газу, ніж старіші кисневі процеси, що звужує перевагу плазми у вартості, а також у швидкості.
Проколювання товстої пластини
Пробивання часто є прихованим вузьким місцем на товстих листах. Потужність плазмового пробивання визначається джерелом живлення, а деталі, що знаходяться далі, потребують початку з краю, що обмежує вкладення. Потужні лазери пробивають товсті листи швидше, ніж раніше, але пробивання все одно займає помітно більше часу, ніж на тонких листах, і додає бризки, які зношують сопла. На деталях з багатьма отворами час пробивання може переважати різницю в швидкості різання, тому під час порівняння кошторисів або результатів випробувань враховуйте як пробивання, так і довжину різання.
Якість фаски та краю
Швидкість сама по собі не вирішує суперечку, оскільки товстолистові деталі зазвичай йдуть на зварювання або болтове складання. Якість кромки визначає, скільки роботи залишиться після різання.
⦿ Пропил і тепло: лазерний пропил вузький, а зона термічного впливу невелика; плазма залишає ширший пропил і більше тепла, що може деформувати тонші зрізи.
⦿ Кут кромки: плазмове різання має невеликий скос на поверхні різу, тоді як лазерні кромки на середній пластині набагато ближчі до квадратних.
⦿ Отвори: лазери вирізають невеликі круглі отвори для болтів у середніх пластинах, які часто можна використовувати прямо зі столу; плазмові отвори в товстих пластинах зазвичай потребують свердління або розсвердлювання.
⦿ Підготовка зварювання: плазмові головки для скошування фаски є зрілими та широко використовуються для підготовки V та K на товстих пластинах, а лазерні головки для скошування фаски тепер доступні, але вони збільшують вартість.
Виробники описують практичну різницю своїми словами: якщо кожна плазмово-різана базова плита потрапляє на свердлильний та шліфувальний верстат перед зварюванням, то різання насправді не завершене. Конструкційні базові плити розміром від 12 до 40 мм є одним із найяскравіших прикладів переходу роботи від плазми до лазера саме з цієї причини. Майстерні, що займаються таким видом різання... конструкційні та листові сталеві роботи часто виявляють, що зекономлена вторинна праця має більше значення, ніж швидкість різання.
Тип матеріалу також змінює картину. Товстолистова нержавіюча та алюмінієва сталь має більшу перевагу для лазера, ніж для вуглецевої сталі, оскільки азотне лазерне різання залишає чистий край без оксидів, який плазма не може досягти без додаткової обробки. На товстій вуглецевій сталі, де плазмові краї прийнятні для багатьох конструкційних застосувань, змагання залишаються найтіснішими.
Капітальні витрати проти пропускної здатності
Саме тут плазма все ще тримає свої позиції. Надпотужний лазер – це значна інвестиція, тоді як потужна плазмова система коштує лише частину ціни.
| Фактор | Волоконні лазери потужністю від 20 до 40 кВт | Плазмова система з ЧПУ | Вимірювання |
|---|---|---|---|
| Капітальні витрати | Висока; часто досягає 6-значної суми з чилером та корпусом | Частка ціни лазера, навіть для систем високої чіткості | Загальна вартість встановлення на одну машину |
| Попит на електроенергію | Великий; близько 50 кВт встановлено при потужності 12 кВт і вище | Розмір блоку живлення за силою струму | Встановлена потужність (кВт) та вартість модернізації комунальних послуг |
| Пропускна здатність від 4 до 20 мм | Найвищий серед усіх термічних процесів | Нижчий, з більшою вторинною очисткою | Готових деталей за зміну |
| Додаткова робота | Маленький; краї та отвори часто готові до складання | Шліфування, свердління або розсвердлювання, поширені на прецизійних деталях | Хвилин роботи на деталь після різання |
| Витратні матеріали | Форсунки та захисні вікна | Електроди та сопла, часто зустрічаються при високій силі струму | Вартість витратних матеріалів за годину різання |
Рішення зводиться до використання. Лазер потужністю 20 кВт або більше, який працює 2 зміни на середніх та товстих листах, може окупити свою ціну за рахунок пропускної здатності та економії часу на оздоблювальні роботи. Той самий верстат, що працює кілька годин на тиждень на епізодичних товстих деталях, цього не зробить. Перш ніж брати участь у проекті, порівняйте загальну вартість встановлення, включаючи модернізацію потужності та потужність чилера, з додатковими деталями, які він виробляє за зміну. Ціни на обладнання викладено в скільки коштує лазерний різальний верстаті ціноутворення на плазму в скільки коштує стіл для плазмового різання.
Магазини, які виправдовують інвестиції, зазвичай розглядають моделі з важким каркасом. високопотужні машини для різання металу волоконним лазером створені для перенесення навантажень з товстих листів та вищого нагрівання від довгих розрізів, на відміну від легших рам з листового металу, оснащених більшим джерелом.
Експлуатаційні витрати на метр
Погодинна вартість експлуатації вигідна для плазми, оскільки лазер надвисокої потужності споживає набагато більше електроенергії та потребує більшого охолоджувача. Вартість різання за метр може свідчити про іншу картину. Коли лазер ріже середній лист у кілька разів швидше, використовує повітря замість азоту та усуває етап шліфування, його вартість готової деталі може впасти нижче плазми, навіть якщо її погодинна вартість вища. Порівняння справедливе лише за умови постійного використання верстата, що повертає рішення до питання використання.
Кому все ще варто купувати плазму
Плазма залишається правильним рішенням для значної частини покупців. Це має сенс, коли:
⦿ Робота здебільшого полягає в грубому структурному різанні, де обробка кромок та точність отвору не є критичними.
⦿ Товщина плити регулярно перевищує 50 мм, або ж цеху потрібне також киснево-паливо для дуже важких профілів.
⦿ Бюджет або доступне електропостачання виключають використання лазера надвисокої потужності.
⦿ Зварювання фасок на товстих пластинах є щоденною потребою, і перевірена плазмова головка для скошування фасок підходить для цього робочого процесу.
⦿ Машино-години занадто малі, щоб окупити капітальні витрати на лазер.
Для цих магазинів, a потужний портальний плазмовий різальний верстат забезпечує потужність виробництва товстих листів за значно нижчою початковою вартістю, а також Плазмовий стіл з ЧПУ та різаком полум'я додає киснево-паливне паливо для найважчих профілів. Багато великих виробників зараз використовують обидва види: потужний лазер для прецизійної та середньої різьби, а також плазмовий або киснево-паливний різьблення для найтовстішої та найшорсткішої роботи.
Контрольний список рішень
✔ Відсортуйте роботу за роком за товщиною смуги та порахуйте години в кожній.
✔ Вимірюйте вторинну роботу на поточних плазмових деталях: кількість хвилин шліфування, свердління та повторної обробки на деталь.
✔ Вартість лазера враховує охолоджувач, корпус, модернізацію живлення та встановлення, а не лише сам апарат.
✔ Порівнюйте кількість готових деталей за зміну, а не лише швидкість різання.
✔ Залиште плазмове або киснево-паливне різання в плані, якщо надтовста пластина є звичайною частиною роботи.
Порівняйте лазер та плазму для обробки ваших пластин
Дослідіть потужні верстати для лазерного різання волокон пліч-о-пліч Плазморізи з ЧПУ, та отримайте безкоштовну цінову пропозицію на основі товщини ваших плит, обсягів та вимог до обробки.
