В быстро развивающемся мире резки металла идет борьба между лазером и плазмой. По мере развития технологий ландшафт меняется, бросая вызов давно устоявшимся представлениям. Присоединяйтесь к нам, чтобы изучить передовые разработки, меняющие индустрию, и узнать, как появление сверхмощных лазеров революционизирует способы резки металла. Приготовьтесь погрузиться в увлекательное сравнение этих двух титанов металлообработки.
Эволюция технологии лазерной резки существенно изменила ландшафт производства металла. Исторически лазерная резка доминировала в обработке тонких листов толщиной менее 10 мм, в то время как плазменная резка имела явное преимущество в диапазоне толщин 30-50 мм благодаря своей более высокой скорости. Однако появление многокиловаттных лазеров, особенно широкое распространение 60-киловаттных систем, значительно расширило возможности лазерной резки для обработки средних и толстых листов.
Этот технологический скачок привел к заметному сокращению рынка плазменной резки, а лазерные системы постепенно вытесняют плазму в многочисленных сферах применения. Стремительный рост лазерной резки объясняется двумя основными факторами: развитием технологии мощных волоконных лазеров и растущим спросом со стороны таких отраслей, как сталелитейная, судостроительная, аэрокосмическая и атомная промышленность, где требуется эффективная и высокоточная обработка толстых листов.
Энтузиазм отрасли в отношении многокиловаттных лазеров был неумолим и быстро проник в лазерный сектор. Однако эта тенденция не обошла стороной и недоброжелателей, особенно в отношении недавно появившихся станков для лазерной резки мощностью 60 кВт, которые вызвали серьезные споры среди профессионалов отрасли.
Вопреки первоначальному скептицизму, рыночный спрос на системы лазерной резки мощностью 60 кВт превысил предложение в удивительно короткие сроки - менее чем за шесть месяцев. Примечательно, что сектор стального строительства демонстрирует сильное предпочтение этим сверхмощным лазерным резакам, неоднократно инвестируя в них для замены систем плазменной резки. Эта тенденция противоречит прежним сомнениям и подчеркивает трансформационный потенциал сверхмощных лазеров в процессах резки металлов.
Влияние этих передовых лазерных систем выходит далеко за рамки традиционной замены технологических процессов, предлагая новые возможности в сценариях применения и кардинально меняя ландшафт производства металлов. По мере развития технологии она обещает открыть новые возможности и эффективность обработки толстых листов в различных отраслях промышленности.
Замена плазменной резки лазерной технологией ускоряется.
Еще до широкого распространения лазерной резки плазменная резка была самым совершенным процессом в металлообработке. В ней использовалось тепло высокотемпературной плазменной дуги для локального расплавления металла в месте разреза, а импульс высокоскоростной плазмы использовался для выброса расплавленного металла, формируя разрез. Плазменная резка была известна своим приемлемым качеством и стоимостью. В то время плазменная резка все еще широко использовалась в сегментах тонких и средних листов благодаря высокой скорости резки и гладкости. пропил.
Однако с появлением лазерной резки она стала оказывать определенное влияние на плазменную резку. В области резки тонких листов волоконные лазеры киловаттной мощности имеют абсолютное преимущество перед плазменной резкой в плане качества и эффективности. Высокая точность, узкий пропил, минимальная зона термического влияния, края без заусенцев и высокая скорость резки сделали их предпочтительным выбором в этой области. В то же время недостатки плазменной резки становятся все более очевидными.
Чтобы противостоять влиянию лазерной резки, производители оборудования разработали более совершенное оборудование для плазменной резки, позволяющее решать такие проблемы, как неровные поверхности и плохая перпендикулярность. За счет уменьшения размера отверстия сопла создается сильно сжатая дуга, что значительно повышает плотность тока и позволяет добиться более высокой точности резки и качества поверхности. Тем не менее, плазменная резка в области тонких листов все еще не может конкурировать с лазерной резкой по эффективности обработки, точности и экологичности.
С увеличением толщины обрабатываемых материалов лазерная резка на киловаттах также столкнулась с проблемами. В сегменте средних и толстых листов толщиной 30-50 мм скорость лазерной резки была значительно ниже, чем у прецизионных станков плазменной резки, которые сохранили свои позиции в этой области.
К 2020 году появление десятикиловаттной технологии лазерной резки вдохнуло новую жизнь в обработку металлов, способствуя трансформации и модернизации традиционных отраслей. В это время лазерная резка вступила в десятикиловаттную эру и начала второй раунд борьбы с плазмой, ожесточенно оспаривая обширный рынок плазменной резки.
Для углеродистой/нержавеющей стали толщиной до 20 мм система лазерной резки мощностью 20 кВт превосходит по эффективности плазменный резак 300A. Однако первоначальная стоимость лазерной резки значительно выше, чем плазменной, что заставляет пользователей колебаться между этими двумя вариантами. Пока еще слишком рано говорить о полной замене.
К 2022 году широкое распространение лазерной технологии мощностью 30 кВт начнет пошатывать доминирующее положение плазменной резки, что особенно отразится на рынке листов средней и большой толщины.
В 2023 году стремительное развитие отечественной технологии сверхмощных волоконных лазеров привело к появлению 60-киловаттных лазеров, которые действительно преодолели ограничения по толщине резки и вновь бросили вызов плазменной резке.
С точки зрения эффективности и качества резки лазерная резка мощностью 60 кВт теперь способна полностью заменить плазменную резку. В настоящее время лазерная и плазменная резка находятся в равных условиях с точки зрения общей экономической выгоды, занимая половину рынка. Сверхмощная лазерная резка открывает чрезвычайно широкие перспективы применения.
В последние годы применение лазерной резки растет по экспоненте, что обусловлено развитием спроса в перерабатывающих отраслях и снижением стоимости мощных лазерных систем. Этот всплеск особенно заметен в секторах точного производства, где возможности технологии соответствуют все более строгим производственным требованиям.
Хотя плазменная резка остается жизнеспособным вариантом для более толстых материалов, она сталкивается с ограничениями при обработке листового металла толщиной менее 6 мм, особенно в тех случаях, когда требуется высокая точность резки. Интенсивное тепло, выделяемое при плазменной резке, может привести к термическим искажениям и деформации кромок, нарушая стабильность размеров тонких заготовок.
Напротив, лазерная резка стала предпочтительным методом для широкого спектра материалов, демонстрируя явные преимущества процесса. Его точность и универсальность особенно выгодны при работе с материалами с высокой температурой плавления, жаропрочными сплавами и сверхтвердыми сплавами. Сфокусированный лазерный луч обеспечивает минимальные зоны термического воздействия, что приводит к более чистым срезам и уменьшению деформации материала. Кроме того, лазерная резка отлично подходит для обработки полупроводниковых материалов, неметаллических подложек и современных композитных материалов, обеспечивая непревзойденную точность и качество кромок. Способность этой технологии обрабатывать различные материалы с высокой точностью позволила ей стать краеугольным камнем в современных производственных процессах, от аэрокосмических компонентов до микроэлектроники.
Волоконно-лазерная резка | Плазменная резка | |
Принцип | A высокийплотность мощности лазера Луч используется для сканирования поверхности материала, быстро нагревая его до температуры от тысяч до десятков тысяч градусов Цельсия. В результате материал расплавляется или испаряется, а затем расплавленный или испаренный материал удаляется из щели газом под высоким давлением. | В качестве рабочего газа используется кислород или азот, а источником тепла служит высокотемпературная и высокоскоростная плазменная дуга, локально расплавляющая разрезаемый металл. Затем расплавленный металл удаляется высокоскоростным потоком воздуха, образуя узкую щель. |
Материал | Металлические материалы, специальные металлические материалы и неметаллические материалы | Углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий, медь, чугун и другие металлические материалы |
Толщина резки | Пластина средней толщины | Средняя тонкая пластина |
Точность резки | Финишная обработка (в пределах 0,2 мм) | Грубая обработка (в пределах 1 мм) |
Ширина щели | Очень маленькие (0,2 ~ 0,3 мм) | Маленький |
Зона термического влияния | Очень маленькие (ширина 0,1 мм) | Маленький |
Деформация плиты | Очень маленький | Маленький |
При замене некоторых функций перфорации на лазерную резку может потребоваться приобрести листогибочный станок для завершения последующего процесса сгибания.
Это частое соображение для клиентов, когда приобретение станка для лазерной резки.
Артикул | Волоконно-лазерная резка | Плазменная резка | Преимущества волоконного лазера |
Точность позиционирования | 0,14 мм | 0,4 мм | Высокая точность |
Перпендикулярность сечения | 0,2 мм(40 мм) | 5 мм(40 мм) | Отделка не требуется |
Ширина щели | 0,2-1,5 мм | 2-5 мм | Экономия материалов |
Зарезервированный край и общий край | 3-4 мм | 10 мм | Экономия материалов |
Зона термического влияния | 0,1-0,4 мм | 0,5-2,0 мм | Небольшая деформация |
Качество секции | Превосходно, меньше шлака | Нормальный | Шлифовка не требуется |
Скорость резки (в пределах 20 мм) | Очень быстро | Нормальный | Высокая эффективность производства |
Прорежьте небольшое отверстие | Соотношение диаметра и глубины: 10-20% | Невозможно вырезать отверстие | Сохранить бурение машина и передача |
Фаска | Фаска | Как правило, не | Экономичный конический станок |
Рабочая среда | Чистый | Дым заполнил дом | Охрана здоровья и окружающей среды |
Растущая популярность мощных лазеров позволила оборудованию для лазерной резки превзойти предел толщины.
Ранее объем продаж мощных лазеров был очень низким, а применение лазерной резки долгое время ограничивалось толщиной.
Традиционно, газовая резка Считалось, что он имеет самый широкий диапазон толщины листов, подходит для обработки толстых и сверхтолстых листов с низкими требованиями к точности и имеет очевидные преимущества в скорости для листов толщиной более 50 мм.
Плазменная резка, с другой стороны, имеет очевидное преимущество в скорости в диапазоне 30-50 мм, но не подходит для очень тонких листов (<2 мм).
С другой стороны, лазерная резка, в которой в основном используются киловаттные лазеры, имеет очевидные преимущества в скорости и точности для листов толщиной менее 10 мм.
В последние годы, с ростом популярности мощных лазеров, оборудование для лазерной резки постепенно проникает в среднюю толщину резка пластин рынок.
Указаны предельная толщина резки и оптимальная толщина резки для станка лазерной резки мощностью 20 кВт (мм).
Увеличение мощности приводит к увеличению толщины реза и эффективности работы оборудования.
Согласно статистике, станок лазерной резки мощностью 20 кВт достиг оптимальной толщины резки 50 мм для низкоуглеродистой стали и 40 мм для нержавеющей стали.
В зависимости от толщины стальные листы подразделяются на тонкие ( 60 мм).
С мощностью резки 10000 Вт, оборудование для лазерной резки теперь может резать средние пластины и большинство толстых пластин, расширяя сферу применения до области средних пластин.
Кроме того, лазеры высокой мощности повышают эффективность резки.
Например, эффективность резки на станке лазерной резки мощностью 30000 Вт на 50-миллиметровом мягком листе. стальная пластина может быть увеличена на 88% по сравнению с машиной мощностью 20000 Вт.
См. также:
Преимущества мощной волоконно-лазерной резки перед плазменной резкой
Толщина | 15 кВт (м/мин) | 20 кВт (м/мин) | 30 кВт (м/мин) | Повышение эффективности (30 кВт свыше 20 кВт) |
8 | 11 | 15 | 22 | 47% |
10 | 8 | 11 | 17 | 55% |
14 | 5 | 6 | 7.5 | 25% |
20 | 1.5 | 2.5 | 4.5 | 80% |
30 | 0.9 | 1.2 | 1.6 | 33% |
40 | 0.35 | 0.6 | 1 | 67% |
50 | 0.2 | 0.4 | 0.75 | 88% |
В области средней толщины резка пластинСтоимость лазерной резки значительно ниже, чем плазменной.
Плазменная резка является одним из основных методов, используемых в области толстых листов, однако стоимость лазерной резки ниже по двум причинам:
Например, при резке листа углеродистой стали толщиной 30 мм эксплуатационные расходы на метр при лазерной резке мощностью 12 кВт, лазерной резке мощностью 20 кВт и плазменной резке 300 А составляют 3,05 юаня/метр, 1,32 юаня/метр и 3,13 юаня/метр соответственно.
Метод лазерной резки мощностью 20 кВт позволяет сэкономить 57,8% эксплуатационных расходов по сравнению с методом плазменной резки 300 А, что обеспечивает значительное преимущество в стоимости.
Сравнение стоимости лазерной и плазменной резки
Статья расходов | Лазерная резка (12 кВт) | Лазерная резка (20 кВт) | Плазменная резка (300A) |
Уязвимые части оборудования (юань/час) | 5 | 5 | 70 (электрод, сопло, вихревое кольцо и т.д.) |
Потребление кислорода (юань/час) | 60 | 80 | 80 |
Уязвимые части оборудования (юань/час) | 10 (толщина листа > 20 мм) | 10 (толщина листа > 20 мм) | 12 |
Обработка (1 человек) + полировка (2 человека) | 0 | 0 | 60 |
Фиксированная стоимость (юань/час) | 0 | 0 | 60 |
Бурение/позиционирование/перенос (3 человека + оборудование) | 65(75) | 85(95) | 282 |
Скорость резки (14 мм углеродистая сталь) | 4 м/мин | 6 м/мин | 3,4 м/мин |
Эксплуатационные расходы на метр | 65 / 60 / 4 м = 0,27 юаней/м | 85 / 60 / 6 м = 0,24 юаня/м | 282 / 60 / 3,4 м = 1,38 юаней/м |
Скорость резки (30 мм углеродистая сталь) | 0,41 м/мин | 1,2 м/мин | 1,5 м/мин |
Эксплуатационные расходы на метр | 75 / 60 / 0,41 м = 3,05 юаня/м | 95 / 60 / 1,2 м = 1,32 юаня/м | 282 / 60 / 1,5 м = 3,13 юаней/м |
Согласно нашему предыдущему опыту, сравнение между станками лазерной резки и станками плазменной резки заключается в следующем:
Машины лазерной резки не наносят никакого ущерба заготовке, в то время как машины плазменной резки могут привести к некоторому повреждению пластины, особенно если резак или сопло машины плазменной резки сталкиваются с проблемами в процессе резки.
Лазерный луч фокусируется в крошечные точки, в результате чего станок лазерной резки имеет узкую щель. В отличие от этого, щель плазменной резки немного шире.
Машины лазерной резки отличаются более высокой скоростью резки, некоторые машины могут достигать скорости до 10 метров в минуту, по сравнению с машинами плазменной резки.
Поверхность реза, создаваемая станками лазерной резки, гладкая и без заусенцев, что позволяет получать высококачественные срезы.
Это также бесконтактный процесс резки.
Зона термического воздействия минимальна, и термическая деформация заготовки практически отсутствует, что исключает необходимость вторичной обработки и предотвращает появление вывернутых краев.
Однако станки для лазерной резки имеют ограниченную толщину листа и более высокую стоимость обработки.
С другой стороны, машины плазменной резки могут резать широкий спектр стальных листов, от 6 мм до 40 мм, с различными моделями и мощностью.
Они имеют более низкую стоимость обработки и требуют меньшей квалификации оператора по сравнению со станками лазерной резки.
Станок лазерной резки обладает высокой точностью с точностью позиционирования 0,05 мм и точностью перепозиционирования 0,02 мм, но требует строгих условий работы.
С другой стороны, хотя станки плазменной резки не могут похвастаться такой же точностью, как станки лазерной резки, они отличаются низкими требованиями к рабочей среде и мобильности, а также широким спектром возможностей резки.
Благодаря этим преимуществам станок лазерной резки подходит для резки деталей сложной формы с высокими требованиями к точности.
Однако толщина реза ограничена, и обычно он используется только для резки листов толщиной менее 8 мм.
Недостатком плазменной резки является то, что с ее помощью сложно разрезать толстые листы, особенно листы толщиной более 20 мм.
Для резки таких толстых листов требуется более высокая мощность плазмы, что увеличивает стоимость оборудования.
1. Сравнительная таблица для лазерной и плазменной резки
Лазерная резка (CO2-лазер мощностью 4 кВт) | Плазменная резка (O2 plasma 230A) | ||
---|---|---|---|
Раскраиваемые материалы | Металл: углеродистая сталь, низкая легированная стальНержавеющая сталь, высоколегированная сталь, алюминий, медный сплав и т.д; Неметаллические: керамика, пластмассы, резина, дерево, кожа, ткань, бумага, пленка и т.д. | Высоколегированная сталь, такая как углеродистая сталь, низколегированная сталь и нержавеющая сталь. Другие неметаллические материалы с высокой вязкостью (резина, пленка и т.д.), хрупкие материалы (керамика, стекло и т.д.) не могут быть обработаны. | |
Макс. толщина резки | 25 мм (мягкая сталь) | 150 мм (ss, ms) | |
Скорость резки (мм/мин) | Толщина < 1 | >10,000 | Не могу разрезать |
2 | 7,000 | Не могу разрезать | |
6 | 3,000 | 3,700 | |
12 | 1,800 | 2,700 | |
25 | 500 | 1,200 | |
50 | Не могу разрезать | 250 | |
> 100 | Не могу разрезать | - | |
Ширина паза | Узкий | Очень широкий | |
Около 0,6 мм для 16-миллиметрового сплава резка стали | Около 0,5 мм для резки низкоуглеродистой стали толщиной 16 мм | ||
Размер резки точность (отсечение деформации) | Очень хорошо | Нормальный | |
Погрешность ±0,15 мм | Ошибка 0.5~1mm | ||
Преимущество | ・Возможность высокоточной обработки. | ・ Портативный | |
・Тепловая деформация очень незначительна. | ・Высокоскоростная отсечка при низкой стоимости | ||
Недостаток | ・Время, необходимое для сверления отверстий, значительно увеличивается с увеличением толщины листа. ・ Качество обработанной поверхности зависит от состояния поверхности материала. ・Вариации в состав материала может повлиять на качество поверхности среза. | ・Электрод и сопло имеют короткий срок службы, их необходимо менять два раза в день. ・Разрез имеет большую ширину и значительную деформацию. ・ Ширина и форма среза могут быть изменены из-за износа сопла и электрода. ・ В процессе резки возникает громкий шум. ・ Образуется большое количество пыли. ・ Отверстия имеют большой диаметр (от φ12 мм до φ16 мм). ・Трудно резать материалы, которые намагничены. |
2. Сравнение пазов для лазерной и плазменной резки
3. Срок службы расходных материалов для кислородной плазмы.
Метод резки | Тип электрода | Обработка электродов. | Срок службы электродов | Срок службы форсунок |
---|---|---|---|---|
Кислородная плазменная резка. | S-образный | Раннее развитие | 60 мин | 45 мин |
F-тип | Вставьте измененную версию | 120 мин | 60 мин | |
LL-тип | Вставка из специальных металлов. | 180 мин | 60 мин | |
Кислородная плазменная резка с добавлением воды | Похожие на F-тип | Вставьте измененную версию | 120 мин | 150 мин |
1 цикл размыкания/замыкания дуги, 1 мин. сравнительных испытаний на долговечность (значение тока отключения: 250A)
4. Взаимосвязь между толщиной листа и стоимостью.
5. Ширина разреза и точность резки различными методами.
6. Условия резания при различных методах резки.
Метод обработки с использованием высокотемпературного плазменная дуга тепло, используя кислород или азот в качестве рабочего газа, для расплавления и испарения надреза металлической детали.
Затем импульс высокоскоростного плазменного потока используется для удаления расплавленного металла, в результате чего образуется щелевой шов.
См. также:
Лазер, генерируемый лазерным устройством, проходит через ряд зеркал и фокусируется на поверхности заготовки с помощью фокусирующей линзы, вызывая расплавление или испарение горячей точки на заготовке и образуя щель.
Одновременно в процессе резки используется вспомогательный газ для удаления шлака из щели, что в конечном итоге приводит к достижению цели обработки.
См. также:
Плазменная резка - это универсальный процесс, подходящий для широкого спектра металлических материалов, особенно хорошо зарекомендовавший себя при резке листов средней и большой толщины. К его преимуществам относятся высокая скорость резки, малая ширина пропила, минимальные зоны термического влияния (HAZ), уменьшение деформации заготовки и экономичность. В процессе используется высокотемпературная плазменная дуга для расплавления и выброса материала, что позволяет эффективно резать токопроводящие металлы.
Однако плазменная резка имеет свои ограничения. Как правило, на кромке среза образуется небольшой угол скоса в 0,5-1,5 градуса, что может потребовать дополнительной обработки для прецизионных применений. Кроме того, высокотемпературная плазма может вызывать локальную закалку на поверхности реза, что может повлиять на свойства материала в критических областях.
Лазерная резка, напротив, оптимизирована для тонких и средних по толщине листов и отличается исключительной универсальностью в плане совместимости с материалами. Она может эффективно обрабатывать металлы, неметаллы, керамику, композиты и даже такие специализированные материалы, как стекло. Сфокусированный интенсивный лазерный луч обеспечивает точное удаление материала путем локального плавления, испарения или химических реакций.
Свойственные лазерным лучам характеристики - высокая направленность, яркость и плотность мощности - дают многочисленные преимущества при лазерной резке. К ним относятся чрезвычайно высокая скорость резки, превосходная точность обработки (часто в пределах ±0,1 мм) и исключительно малая ширина пропила (всего 0,1 мм для тонких материалов). Получаемые в результате резки кромки обычно настолько высокого качества, что требуют минимальной последующей обработки или вообще не требуют ее, что упрощает производственные процессы.
При сравнении этих двух технологий в области резки материалов лазерная резка обеспечивает более широкую универсальность материалов и особенно выгодна при обработке тонких листов. Лазерная резка лучше работает в сценариях, требующих высокой точности, сложной геометрии или минимального теплового воздействия. Лазерные системы также легче интегрировать в автоматизированные производственные линии благодаря их бесконтактной природе и точному управлению.
Однако во многих промышленных сценариях, особенно при работе с более толстыми материалами или когда сверхвысокая точность не является критически важной, анализ затрат и выгод позволяет отдать предпочтение плазменной резке. Плазменные системы обычно имеют более низкие первоначальные инвестиционные затраты, снижают эксплуатационные расходы и могут быть более экономически эффективными при крупномасштабном производстве деталей из средних и толстых листов.
Выбор между плазменной и лазерной резкой в конечном итоге зависит от конкретных требований к применению, типов и толщины материалов, объемов производства и бюджетных ограничений. Многие передовые производственные предприятия используют обе технологии для оптимизации своих возможностей по резке разнообразных проектов и материалов.
По сравнению с традиционными методами резки станок лазерной резки имеет ряд заметных преимуществ:
Однако лазерная резка имеет и некоторые недостатки:
Плазменная резка также имеет свои преимущества и недостатки:
Преимущества:
В процессе резки листов средней толщины плазменная резка позволяет достичь высокой скорости резки, которая значительно превышает скорость лазерной и газовой резки.
Кроме того, первоначальные инвестиции в оборудование ниже по сравнению с лазерной резкой, а затраты на обслуживание также значительно ниже.
Недостатки:
К недостаткам плазменной резки относятся:
① Бедный перпендикулярность режущей поверхности, что приводит к образованию значительной косой режущей кромки на боковой стороне.
② Образуется больше режущего шлака, который необходимо удалять шлифованием, что увеличивает трудозатраты.
③ В процессе резки выделяется вредная пыль и свет дуги. Однако подводная плазменная резка может смягчить эту проблему.
④ Высокий расход режущих насадок в долгосрочной перспективе, что приводит к большим затратам.
В этой статье мы представили полный обзор технологий лазерной и плазменной резки, рассмотрев их принципы, возможности и применение в производстве листового металла.
Изучая эти передовые методы, мы стремимся дать вам более глубокое понимание их достоинств и ограничений. Эти знания очень важны для принятия обоснованных решений в современных процессах изготовления металлов.
Выбор между плазменной и лазерной резкой в конечном итоге зависит от сложного взаимодействия факторов, включая:
Если вы все еще сомневаетесь в том, какая технология лучше всего подходит для ваших конкретных производственных нужд, мы рекомендуем вам обратиться к нашей команде опытных металлургов и специалистов по производству. Наши эксперты могут предоставить индивидуальные рекомендации, учитывая уникальные условия производства, бюджетные ограничения и стандарты качества, чтобы помочь вам принять наиболее выгодное решение для ваших операций.