Corte a plasma versus corte a laser: As diferenças explicadas

A evolução da tecnologia de corte a laser reformulou significativamente o cenário da fabricação de metais. Historicamente, o corte a laser dominava o processamento de chapas finas abaixo de 10 mm, enquanto o corte a plasma tinha uma clara vantagem na faixa de 30 a 50 mm de espessura devido à sua velocidade superior. No entanto, o advento dos lasers de vários quilowatts, especialmente a adoção generalizada de sistemas de 60 kW, expandiu drasticamente os recursos de corte a laser para aplicações em chapas médias e grossas.

Esse salto tecnológico precipitou um declínio acentuado no mercado de corte a plasma, com os sistemas a laser suplantando gradualmente o plasma em vários cenários de aplicação. A rápida ascensão do corte a laser pode ser atribuída a dois fatores principais: o amadurecimento da tecnologia de laser de fibra de alta potência e a crescente demanda de setores como construção de aço, construção naval, aeroespacial e energia nuclear, que exigem processamento eficiente e de alta precisão de chapas grossas.

O entusiasmo do setor pelos lasers de vários quilowatts tem sido incansável, permeando rapidamente o setor de laser. No entanto, essa tendência tem seus detratores, principalmente no que diz respeito às máquinas de corte a laser de 60 kW recentemente introduzidas, que provocaram um debate considerável entre os profissionais do setor.

Ao contrário do ceticismo inicial, a demanda do mercado por sistemas de corte a laser de 60 kW superou a oferta disponível em um período notavelmente curto, de menos de seis meses. Notavelmente, o setor de construção em aço demonstrou uma forte preferência por esses cortadores a laser de potência ultra-alta, investindo repetidamente neles para substituir os sistemas de corte a plasma. Essa tendência parece contradizer dúvidas anteriores e ressalta o potencial transformador dos lasers de potência ultra-alta nos processos de corte de metais.

O impacto desses sistemas avançados de laser vai muito além da substituição tradicional de processos, oferecendo novas possibilidades em cenários de aplicação e alterando fundamentalmente o cenário da fabricação de metais. À medida que a tecnologia continua a evoluir, ela promete liberar mais eficiências e recursos no processamento de chapas grossas em vários setores industriais.

Substituição do corte a plasma pelo laser

A substituição do corte a plasma pela tecnologia a laser está se acelerando.

Mesmo antes da adoção generalizada do corte a laser, o corte a plasma era o processo mais maduro na usinagem de metais. Ele utilizava o calor de um arco de plasma de alta temperatura para derreter localmente o metal no corte, e o impulso do plasma de alta velocidade era usado para ejetar o metal derretido, formando um corte. O corte a plasma era conhecido por sua qualidade e custo razoáveis. Naquela época, o corte a plasma ainda era amplamente utilizado nos segmentos de chapas finas e médias devido à sua velocidade de corte rápida e suavidade kerf.

No entanto, com o surgimento do corte a laser, ele começou a impactar o corte a plasma até certo ponto. No campo do corte de chapas finas, os lasers de fibra em nível de quilowatt têm uma vantagem absoluta sobre o corte a plasma em termos de qualidade e eficiência. Sua alta precisão, corte estreito, zona afetada pelo calor mínima, bordas sem rebarbas e velocidade de corte rápida os tornaram a escolha preferida nesse campo. Em contrapartida, as desvantagens do corte a plasma têm se tornado cada vez mais evidentes.

Para neutralizar o impacto do corte a laser, os fabricantes de equipamentos desenvolveram máquinas de corte a plasma mais refinadas para resolver problemas como superfícies de corte ásperas e perpendicularidade ruim. Ao reduzir o tamanho da abertura do bocal, é criado um arco altamente comprimido, aumentando significativamente a densidade da corrente para obter maior precisão de corte e acabamento de superfície. No entanto, o corte a plasma no domínio de chapas finas ainda não pode competir com o corte a laser em termos de eficiência de processamento, precisão e respeito ao meio ambiente.

Com o aumento da espessura dos materiais processados, o corte a laser em nível de quilowatt também enfrentou desafios. No segmento de chapas médias e grossas de 30 a 50 mm, a velocidade de corte do corte a laser foi significativamente menor do que a das máquinas de corte a plasma de precisão, que mantiveram sua posição nesse domínio.

Em 2020, o advento da tecnologia de corte a laser de dez quilowatts injetou uma nova vida no processamento de metais, ajudando na transformação e atualização dos setores tradicionais. Naquela época, o corte a laser entrou na era dos dez quilowatts e iniciou uma segunda rodada de desafios contra o plasma, disputando ferozmente o vasto mercado de corte a plasma.

Para aço carbono/aço inoxidável de até 20 mm de espessura, um sistema de corte a laser de 20 kW supera a eficiência de um cortador a plasma de 300 A. No entanto, o custo inicial de aquisição do corte a laser é significativamente maior do que o do corte a plasma, o que deixa os usuários em dúvida entre as duas opções. Ainda era muito cedo para discutir uma substituição completa.

Até 2022, a adoção generalizada da tecnologia a laser de 30 kW realmente começou a abalar a posição dominante do corte a plasma, afetando especialmente o mercado de chapas de espessura média a grossa.

Em 2023, o rápido avanço da tecnologia doméstica de laser de fibra de ultra-alta potência levou ao surgimento de lasers de 60 kW, que realmente romperam as limitações de espessura de corte e mais uma vez desafiaram o corte a plasma.

Em termos de eficiência e qualidade de corte, o corte a laser de 60kW agora tem a capacidade de substituir completamente o corte a plasma. Atualmente, o corte a laser e o corte a plasma estão equiparados em termos de benefícios econômicos gerais, cada um dominando metade do mercado. O corte a laser de potência ultra-alta revela uma perspectiva de aplicação extremamente ampla.

Corte a laser de fibra versus corte a plasma

Nos últimos anos, as aplicações de corte a laser tiveram um crescimento exponencial, impulsionado pela evolução das demandas nos setores de downstream e pela redução dos custos dos sistemas a laser de alta potência. Esse aumento é particularmente evidente nos setores de fabricação de precisão, em que os recursos da tecnologia se alinham aos requisitos de produção cada vez mais rigorosos.

Embora o corte a plasma continue sendo uma opção viável para materiais mais espessos, ele enfrenta limitações ao processar chapas metálicas com espessura inferior a 6 mm, especialmente para aplicações que exigem alta precisão de corte. O calor intenso gerado durante o corte a plasma pode levar à distorção térmica e à deformação da borda, comprometendo a estabilidade dimensional de peças finas.

Por outro lado, o corte a laser surgiu como o método preferido para uma ampla gama de materiais, apresentando vantagens distintas no processo. Sua precisão e versatilidade são particularmente benéficas ao trabalhar com materiais de alto ponto de fusão, ligas resistentes ao calor e ligas superduras. O feixe de laser focalizado permite que as zonas afetadas pelo calor sejam mínimas, resultando em cortes mais limpos e redução da distorção do material. Além disso, o corte a laser é excelente no processamento de materiais semicondutores, substratos não metálicos e materiais compostos avançados, oferecendo precisão e qualidade de borda incomparáveis. A capacidade dessa tecnologia de lidar com diversos materiais com alta precisão a posicionou como uma pedra angular nos processos de fabricação modernos, desde componentes aeroespaciais até microeletrônica.

1. Comparação entre o corte a laser de fibra e o corte a plasma

Ao substituir algumas funções de puncionamento por corte a laser, pode ser necessário comprar uma máquina de prensa dobradeira para concluir o processo de dobragem subsequente.

Essa é uma consideração comum para os clientes quando compra de uma máquina de corte a laser.

2. Vantagens do corte a laser de fibra em relação ao corte a plasma

3. Corte a laser de alta potência em relação ao corte a plasma

A crescente popularidade dos lasers de alta potência permitiu que os equipamentos de corte a laser ultrapassassem o limite de espessura.

Anteriormente, o volume de vendas de lasers de alta potência era muito baixo, e a aplicação do corte a laser era restrita pela espessura por um longo tempo.

Tradicionalmente, corte por chama foi considerada a mais ampla gama de espessuras de chapas, sendo adequada para o processamento de chapas grossas e extragrossas com requisitos de baixa precisão e com vantagens óbvias de velocidade para chapas com espessura superior a 50 mm.

O corte a plasma, por outro lado, tem uma vantagem óbvia de velocidade na faixa de 30 a 50 mm, mas não é adequado para chapas extremamente finas (<2 mm).

Por outro lado, o corte a laser, que usa principalmente lasers de nível de quilowatt, tem vantagens óbvias em termos de velocidade e precisão para chapas abaixo de 10 mm.

Nos últimos anos, com a crescente popularidade dos lasers de alta potência, os equipamentos de corte a laser têm se infiltrado lentamente no mercado de produtos de espessura média. corte de chapas mercado.

A espessura de corte limite e a espessura de corte ideal para uma máquina de corte a laser de 20kW watt (mm) estão incluídas.

O aumento da potência resulta em um aumento da espessura de corte e da eficiência do equipamento.

De acordo com as estatísticas, a máquina de corte a laser de 20 kW alcançou uma espessura de corte ideal de 50 mm para aço carbono e 40 mm para aço inoxidável.

As chapas de aço são geralmente categorizadas como chapas finas ( 60 mm) com base em sua espessura.

Com uma potência de corte de 10.000 watts, o equipamento de corte a laser agora pode cortar chapas médias e a maioria das chapas grossas, expandindo suas aplicações para o campo de chapas médias.

Além disso, os lasers de alta potência também resultam em maior eficiência de corte.

Por exemplo, a eficiência de corte de uma máquina de corte a laser de 30000 watts em um material leve de 50 mm chapa de aço pode ser aumentado em 88% em comparação com uma máquina de 20.000 watts.

Veja também:

• Máquinas de corte a laser de alta potência (10.000W+): O que você deve saber?
• Cortador a laser de alta potência: É uma tendência futura?
• Escolha de lasers de fibra de alta potência: Um guia abrangente

Vantagens do corte a laser de fibra de alta potência em relação ao corte a plasma

4. Custo do corte a laser de fibra vs. custo do corte a plasma

No campo de espessura média corte de chapasSe o custo do corte a laser for significativamente mais baixo do que o do corte a plasma, o custo do corte a laser será menor.

O corte a plasma é um dos principais métodos usados no campo de chapas grossas, mas o custo do corte a laser é menor por dois motivos:

• Os requisitos de equipamento de corte a laser e de pessoal são mínimos, reduzindo os custos fixos gerais.
• O corte a laser é mais eficiente em termos de produtividade.

Por exemplo, ao cortar uma placa de aço carbono de 30 mm de espessura, o custo operacional por metro para corte a laser de 12 kW, corte a laser de 20 kW e corte a plasma de 300 A é de 3,05 yuans/metro, 1,32 yuans/metro e 3,13 yuans/metro, respectivamente.

O método de corte a laser de 20kW economiza 57,8% em custos operacionais em comparação com o método de corte a plasma de 300A, proporcionando uma vantagem de custo significativa.

Comparação de custos entre corte a laser e corte a plasma

Máquina de corte a laser versus máquina de corte a plasma

De acordo com nossa experiência anterior, a comparação entre as máquinas de corte a laser e as máquinas de corte a plasma é a seguinte:

As máquinas de corte a laser não causam nenhum dano à peça de trabalho, enquanto as máquinas de corte a plasma podem causar algum dano à chapa, especialmente se a tocha ou o bico da máquina de corte a plasma encontrar problemas durante o processo de corte.

O feixe de laser é focado em pontos minúsculos, resultando em uma fenda de corte estreita para a máquina de corte a laser. Em contrapartida, a ranhura de corte da máquina de corte a plasma é um pouco mais larga.

As máquinas de corte a laser têm uma velocidade de corte mais rápida, com algumas máquinas capazes de atingir velocidades de até 10 metros por minuto, em comparação com as máquinas de corte a plasma.

A superfície de corte produzida pelas máquinas de corte a laser é lisa e sem rebarbas, resultando em cortes de alta qualidade.

É também um processo de corte sem contato.

A área afetada pelo calor é mínima, e quase não há deformação térmica da peça de trabalho, o que elimina a necessidade de processamento secundário e evita bordas reviradas.

No entanto, as máquinas de corte a laser têm uma espessura de chapa limitada e um custo de processamento mais alto.

Por outro lado, as máquinas de corte a plasma podem cortar uma ampla gama de chapas de aço, de 6 mm a 40 mm, com modelos e potência variados.

Elas têm um custo de processamento menor e exigem menos habilidade do operador em comparação com as máquinas de corte a laser.

A máquina de corte a laser tem alta precisão, com uma precisão de posicionamento de 0,05 mm e uma precisão de reposicionamento de 0,02 mm, mas exige um ambiente de trabalho rigoroso.

Por outro lado, embora as máquinas de corte a plasma possam não ter o mesmo nível de precisão que as máquinas de corte a laser, elas têm uma baixa exigência de ambiente de trabalho e mobilidade, além de uma ampla gama de recursos de corte.

1. Vantagens de uma máquina de corte a laser

• Alta precisão de corte: A máquina de corte a laser é altamente precisa, com uma precisão de corte de 0,05 mm e uma precisão de reposicionamento de 0,02 mm.
• Velocidade rápida: a velocidade de corte da máquina de corte a laser pode chegar a 10 m/min, o que a torna muito mais rápida do que o corte a plasma.
• Deformação mínima da chapa: A área afetada pelo calor do corte é pequena, e quase não há deformação térmica da peça de trabalho. Isso significa que a borda de corte é lisa e sem rebarbas.

Essas vantagens tornam a máquina de corte a laser adequada para o corte de peças com formas complicadas e requisitos de alta precisão.

No entanto, a espessura do corte é limitada e, normalmente, é usado apenas para cortar chapas com menos de 8 mm de espessura.

2. Vantagens de uma máquina de corte a plasma:

• Ampla faixa de corte: O corte a plasma pode cortar todas as chapas de metal.
• Velocidade rápida e alta eficiência: O corte a plasma é rápido e eficiente.
• Melhor precisão e refinamento do que o NC corte com oxicorte: O corte a plasma tem maior precisão e finura do que o corte a oxicorte NC.

A desvantagem do corte a plasma é que ele é difícil de cortar chapas grossas, especialmente chapas com mais de 20 mm.

Para cortar essas chapas mais grossas, é necessária uma potência de plasma maior, o que aumenta o custo do equipamento.

1. Tabela de comparação para corte a laser e corte a plasma

2. Comparação da ranhura de corte para corte a laser e corte a plasma

3. Vida útil do consumível de plasma de oxigênio.

1 ciclo de abertura/fechamento de arco, 1 minuto de comparação de longevidade dos testes de resistência (valor da corrente de corte: 250A)

4． A relação entre a espessura da chapa e o custo.

5． A largura da incisão e a precisão de corte de vários métodos de corte.

6． Condições de corte de vários métodos de corte.

Princípio de funcionamento do corte a plasma e a laser

1. Princípio de funcionamento do máquina de corte a plasma

Um método de processamento que utiliza alta temperatura arco de plasma calor, usando oxigênio ou nitrogênio como gás de trabalho, para derreter e vaporizar a incisão de uma peça de metal.

O momento do fluxo de plasma de alta velocidade é então usado para remover o metal fundido, resultando na formação de uma costura de ranhura.

Veja também:

• Máquina de corte a plasma: O guia definitivo

2. Princípio de funcionamento do máquina de corte a laser

O laser gerado pelo dispositivo a laser é transmitido por uma série de espelhos e focalizado na superfície da peça de trabalho por uma lente de focalização, fazendo com que o ponto quente na peça de trabalho derreta ou vaporize e forme uma fenda.

Simultaneamente, o gás auxiliar é utilizado no processo de corte para remover a escória da fenda, atingindo, assim, o objetivo do processamento.

Veja também:

• O guia definitivo para máquinas de corte a laser de fibra

Aplicação de corte a plasma e a laser

O corte a plasma é um processo versátil adequado para uma ampla gama de materiais metálicos, destacando-se especialmente no corte de chapas médias a grossas. Suas vantagens incluem velocidades de corte rápidas, larguras de corte estreitas, zonas afetadas pelo calor (HAZ) mínimas, distorção reduzida da peça de trabalho e operação econômica. O processo utiliza um arco de plasma de alta temperatura para derreter e expelir o material, permitindo o corte eficiente de metais condutores.

Entretanto, o corte a plasma tem limitações. Normalmente, ele produz um leve ângulo de chanfro de 0,5 a 1,5 graus na borda cortada, o que pode exigir um processamento secundário para aplicações de precisão. Além disso, o plasma de alta temperatura pode induzir o endurecimento localizado na superfície de corte, o que pode afetar as propriedades do material em áreas críticas.

O corte a laser, por outro lado, é otimizado para chapas de espessura fina a média e apresenta uma versatilidade excepcional em termos de compatibilidade de materiais. Ele pode processar com eficiência metais, não metais, cerâmicas, compostos e até mesmo materiais especializados, como vidro. O feixe de laser intenso e altamente focado permite a remoção precisa do material por meio de fusão localizada, vaporização ou reações químicas.

As características inerentes dos feixes de laser - alta direcionalidade, brilho e densidade de potência - se traduzem em inúmeras vantagens para o corte a laser. Essas vantagens incluem velocidades de corte extremamente rápidas, precisão de usinagem superior (geralmente dentro de ±0,1 mm) e larguras de corte excepcionalmente estreitas (tão pequenas quanto 0,1 mm para materiais finos). As bordas cortadas resultantes geralmente são de qualidade tão alta que exigem o mínimo ou nenhum pós-processamento, simplificando os fluxos de trabalho de produção.

Ao comparar as duas tecnologias para aplicações de corte de materiais, o corte a laser oferece maior versatilidade de materiais e é particularmente vantajoso para o processamento de chapas finas. Ele se destaca em cenários que exigem alta precisão, geometrias complexas ou entrada mínima de calor. Os sistemas a laser também podem ser integrados com mais facilidade às linhas de produção automatizadas devido à sua natureza sem contato e ao controle preciso.

No entanto, a análise de custo-benefício favorece o corte a plasma em muitos cenários industriais, especialmente para materiais mais espessos ou quando a precisão ultra-alta não é crítica. Os sistemas de plasma geralmente têm custos de investimento inicial mais baixos, despesas operacionais reduzidas e podem ser mais econômicos para a produção em larga escala de componentes de chapa média a grossa.

A escolha entre corte a plasma e a laser depende, em última análise, de requisitos específicos de aplicação, tipos e espessuras de materiais, volumes de produção e restrições orçamentárias. Muitas instalações de fabricação avançadas empregam ambas as tecnologias para otimizar seus recursos de corte em uma ampla gama de projetos e materiais.

Vantagens e desvantagens do corte a plasma e a laser

1. Vantagens e desvantagens do corte a laser

Em comparação com os métodos de corte tradicionais, uma máquina de corte a laser tem várias vantagens notáveis:

• Cortes estreitos, permitindo a soldagem direta sem esmerilhamento da superfície de corte.
• Alta velocidade de corte: pode chegar a 10 m/min para chapas finas, o que é mais rápido do que o corte a plasma.
• Excelente qualidade de corte: deformação mínima, baixa rugosidade da superfíciee uma borda limpa e reta.
• Alta precisão: com uma precisão de posicionamento de 0,05 mm e uma precisão de reposicionamento de 0,02 mm.
• Ampla variedade de materiais de corte: além de metal, também pode cortar madeira, plástico, borracha, PVC, couro, tecidos e vidro orgânico.

No entanto, há também algumas desvantagens do corte a laser:

• Alto custo: tanto o investimento inicial quanto a manutenção contínua são mais caros.
• Atualmente, o corte a laser é mais econômico para chapas finas. No entanto, ao cortar chapas grossas, a eficiência é baixa e não é recomendado, a menos que os requisitos de qualidade sejam altos.

2. Vantagens e desvantagens do corte a plasma

O corte a plasma também tem suas vantagens e desvantagens:

Vantagens：

No processo de corte de chapas de espessura média, o corte a plasma pode atingir uma alta velocidade de corte, que é muito maior do que a velocidade do corte a laser e por chama.

Além disso, o investimento inicial em equipamentos é menor em comparação com o corte a laser e o custo de manutenção também é significativamente menor.

Desvantagens：

As desvantagens do corte a plasma incluem:

① Pobre perpendicularidade da superfície de corte, levando a uma borda de corte oblíqua significativa na lateral.

② Gera mais escória de corte, que precisa ser removida por esmerilhamento, aumentando os custos de mão de obra.

Emite poeira nociva e luz de arco durante o processo de corte. Entretanto, o corte a plasma subaquático pode atenuar esse problema.

④ Alto consumo de bicos de corte a longo prazo, o que leva a altos custos.

Conclusão

Neste artigo, apresentamos uma visão geral abrangente das tecnologias de corte a laser e corte a plasma, examinando seus princípios, recursos e aplicações na fabricação de chapas metálicas.

Ao explorar esses métodos de ponta, pretendemos equipá-lo com uma compreensão mais profunda de seus respectivos pontos fortes e limitações. Esse conhecimento é fundamental para a tomada de decisões informadas nos processos modernos de fabricação de metais.

A escolha entre o corte a plasma e o corte a laser depende, em última análise, de uma complexa interação de fatores, incluindo:

1. Metas de produção: Considere os requisitos de rendimento, tamanhos de lote e diversidade de materiais.
2. Considerações sobre custos: Avalie o investimento inicial, as despesas operacionais e o ROI de longo prazo.
3. Exigências de precisão: Avalie a precisão necessária, a qualidade das bordas e as especificações de tolerância.
4. Propriedades do material: Analisar as faixas de espessura, a composição e os requisitos de acabamento da superfície.
5. Eficiência energética: Compare o consumo de energia e o impacto ambiental.
6. Potencial de automação: Examine os recursos de integração com as tecnologias do setor 4.0.

Se ainda não tiver certeza sobre qual tecnologia atende melhor às suas necessidades específicas de fabricação, recomendamos que entre em contato com nossa equipe de metalúrgicos e especialistas em fabricação experientes. Nossos especialistas podem fornecer orientação personalizada, levando em conta seu ambiente de produção exclusivo, restrições orçamentárias e padrões de qualidade para ajudá-lo a tomar a decisão mais vantajosa para suas operações.