Przez dekady zasada była prosta: lasery do cienkich blach, plazma do grubych. Lasery światłowodowe o ultrawysokiej mocy przełamały tę zasadę. Źródła o mocy 20, 30 i 40 kW są obecnie powszechne w centrach serwisowych stali i w zakładach produkcji ciężkiej, a raporty rynkowe opisują segment powyżej 12 kW jako najszybciej rozwijającą się część rynku cięcia laserowego. W tym przewodniku przyjrzymy się, gdzie obecnie przebiega granica między laserem a plazmą, pod względem grubości, jakości krawędzi i kosztów.
Jeśli potrzebujesz najpierw podstawowych informacji na temat różnic między tymi dwoma procesami, zapoznaj się z ich omówieniem maszyny do cięcia laserowego a maszyny do cięcia plazmowego Omawia podstawy. W tym artykule skupiono się na decyzji o zastosowaniu grubej płyty.
Gdzie 12 kW wpisuje się w debatę
Laser światłowodowy o mocy 12 kW to pierwszy krok, z jakim większość warsztatów spotyka się w kwestii plazmy. Na tym poziomie lasery komfortowo radzą sobie z blachami średniej grubości i tną grube arkusze z mniejszą prędkością, co sprawia, że 12 kW to częsty wybór dla producentów, których prace obejmują głównie elementy o grubości poniżej 20 mm, a sporadycznie cięższe.
Powyżej 12 kW maszyna zmienia charakter. Źródła o mocy 20 kW i większej wymagają cięższych ram, większych agregatów chłodniczych, silniejszego wyciągu i większego zasilania elektrycznego, więc decyzja o zakupie staje się również decyzją zakładu. Dlatego wiele warsztatów traktuje 12 kW jako górną granicę ogólnej produkcji, a 20 kW i więcej jako dedykowaną inwestycję w grube płyty.
Porównanie grubości i prędkości
Producenci zazwyczaj dzielą blachy stalowe na 4 pasma: cienkie poniżej 4 mm, średnie od 4 do 20 mm, grube od 20 do 60 mm i bardzo grube powyżej tej wartości. Odpowiedź lasera w porównaniu z plazmą różni się w każdym paśmie.
| Grubość blachy (stal węglowa) | Laser światłowodowy o mocy od 20 do 40 kW | Plazma wysokiej rozdzielczości | Zwykły zwycięzca | Pomiary |
|---|---|---|---|---|
| Cienki, poniżej 4 mm | Bardzo szybki, dokładny, minimalne nagrzewanie | Szybka, ale szersza szczelina i większe odkształcenia cieplne | Laser | Części na godzinę i płaskość po cięciu |
| Średni, 4 do 20 mm | Laser o mocy 20 kW przewyższa laser plazmowy o mocy 300 A do około 20 mm | Konkurencyjna prędkość, szorstka krawędź, faza na powierzchni cięcia | Laser | Obniżka cen metrów na godzinę przy zachowaniu jakości produkcji |
| Grubość od 20 do 50 mm | 30 kW i więcej zamyka szczelinę powietrzem lub tlenem | Długoletni lider prędkości w tym zespole | Sporny; laser zyskujący | Całkowity czas cyklu, wliczając czyszczenie wtórne |
| Bardzo gruba, ponad 60 mm | Możliwe przy 30 do 40 kW, wolniejsze i specjalistyczne | Praktyczny do momentu osiągnięcia znamionowego limitu przebicia | Plazma lub paliwo tlenowe | Niezawodność przebijania i prostopadłość krawędzi |
Istotną zmianą jest to, jak silnie prędkość lasera skaluje się z mocą. Opublikowane testy cięcia na źródłach o ultrawysokiej mocy pokazują stały wzrost prędkości aż do 40 kW:
⦿ Zmiana mocy z 15 kW na 40 kW zwiększyła prędkość cięcia stali węglowej o grubości 12 mm o około 280 procent, a stali węglowej o grubości 20 mm o około 420 procent.
⦿ Laser o mocy 30 kW wyciął typowy element ze stali nierdzewnej o grubości 16 mm w czasie o połowę krótszym niż laser o mocy 15 kW, co pozwoliło również na zmniejszenie o połowę zużycia gazu.
⦿ W przypadku stali węglowej o grubości 50 mm jeden z producentów podaje, że maszyna o mocy 30 kW pracuje o około 88 procent szybciej niż maszyna o mocy 20 kW.
⦿ W trybie impulsowym przeprowadzono próby cięcia stali nierdzewnej o grubości 70 mm za pomocą azotu z mocą 30 kW oraz stali węglowej o grubości 230 mm za pomocą powietrza z mocą 40 kW, choć były to raczej demonstracje możliwości, a nie codzienne prędkości produkcyjne.
Plazma nie skaluje się w ten sam sposób. System plazmowy jest ograniczony natężeniem prądu, a jego prędkość dla danej grubości jest w dużej mierze stała po wybraniu źródła zasilania. Dlatego pasmo płyt średnich, kiedyś współdzielone, obecnie należy głównie do laserów, a pasmo grubych płyt jest przedmiotem rywalizacji. Pełna obwiednia prędkości dla poziomu mocy jest odwzorowana w przewodnik po grubości, prędkości i mocy cięcia laserem światłowodowym.
Cięcie powietrzne zmienia ekonomię grubych płyt
Mniej oczywistym czynnikiem jest gaz wspomagający. Cięcie tlenowe grubej stali węglowej działa dobrze przy niższej mocy, ale jego prędkość nieznacznie wzrasta wraz ze wzrostem mocy. Cięcie powietrzem pod wysokim ciśnieniem łuszczy się wraz z mocą, a przy mocy 20 kW i wyższej tnie grubą stal węglową szybko i praktycznie bez żużlu. Oznacza to, że laser o ultrawysokiej mocy może ciąć grube blachy szybciej i przy niższym koszcie gazu niż starsze procesy tlenowe, co zmniejsza przewagę cenową i szybkościową plazmy.
Przebijająca gruba płyta
Przebijanie jest często ukrytym wąskim gardłem w przypadku grubych blach. Wydajność przebijania plazmą jest regulowana przez zasilacz, a części poza nim wymagają rozpoczęcia cięcia od krawędzi, co ogranicza zagnieżdżanie. Lasery dużej mocy przebijają grube blachy szybciej niż kiedyś, ale przebijanie nadal trwa zauważalnie dłużej niż w przypadku cienkich blach i generuje odpryski, które zużywają dysze. W przypadku części z wieloma otworami czas przebijania może przeważyć różnicę w szybkości cięcia, dlatego porównując oferty lub wyniki prób, należy liczyć zarówno liczbę przebić, jak i długość cięcia.
Jakość fazowania i krawędzi
Sama prędkość nie rozstrzyga sporu, ponieważ grube blachy zazwyczaj są spawane lub skręcane. Jakość krawędzi decyduje o tym, ile pracy pozostaje po cięciu.
⦿ Szczelina i ciepło: szczelina w przypadku lasera jest wąska, a strefa wpływu ciepła jest mała; plazma pozostawia szerszą szczelinę i więcej ciepła, co może odkształcać cieńsze sekcje.
⦿ Kąt krawędzi: cięcie plazmowe charakteryzuje się delikatnym ścięciem powierzchni, natomiast krawędzie wycinane laserowo na średniej grubości blachach są znacznie bliższe kwadratowi.
⦿ Otwory: lasery wycinają małe, okrągłe otwory na śruby w średniej grubości blachach, które często nadają się do wykorzystania bezpośrednio po zdjęciu ze stołu; otwory plazmowe w grubych blachach zazwyczaj wymagają wiercenia lub rozwiercania.
⦿ Przygotowanie do spawania: głowice do fazowania plazmowego są sprawdzone i powszechnie stosowane do przygotowywania spoin V i K na grubych blachach; obecnie dostępne są także głowice do fazowania laserowego, ale wiążą się z większymi kosztami.
Producenci opisują praktyczną różnicę własnymi słowami: jeśli każda płyta podstawy cięta plazmą trafia do wiertarki i szlifierki przed spawaniem, cięcie nie jest tak naprawdę ukończone. Płyty podstawy konstrukcyjne o grubości od 12 do 40 mm stanowią jeden z najwyraźniejszych przykładów przejścia z obróbki plazmowej na laserową właśnie z tego powodu. Warsztaty prowadzące tego typu prace konstrukcyjne i blacharskie często okazuje się, że oszczędność dodatkowej pracy ma większe znaczenie niż prędkość cięcia.
Rodzaj materiału również zmienia sytuację. Grube blachy ze stali nierdzewnej i aluminium bardziej sprzyjają laserowi niż stal węglowa, ponieważ cięcie laserowe azotem pozostawia czyste, wolne od tlenków krawędzie, których plazma nie jest w stanie osiągnąć bez dodatkowego wykończenia. W przypadku grubej stali węglowej, gdzie krawędzie plazmowe są akceptowalne w wielu zastosowaniach konstrukcyjnych, konkurencja pozostaje najbardziej wyrównana.
Koszt kapitału a przepustowość
To właśnie w tej dziedzinie plazma wciąż utrzymuje swoją pozycję. Laser o ultrawysokiej mocy to spora inwestycja, podczas gdy wydajny system plazmowy kosztuje ułamek tej ceny.
| Czynnik | Laser światłowodowy o mocy od 20 do 40 kW | System plazmowy CNC | Pomiary |
|---|---|---|---|
| Koszt kapitału | Wysoka; często sięgająca 6 cyfr z chłodziarką i obudową | Ułamek ceny lasera, nawet w przypadku systemów o wysokiej rozdzielczości | Całkowity koszt instalacji na maszynę |
| Zapotrzebowanie na energię elektryczną | Duży; około 50 kW zainstalowanych przy 12 kW i więcej powyżej | Zasilacz o odpowiednim rozmiarze według natężenia prądu | Zainstalowana moc kW i koszt modernizacji sieci |
| Przepustowość od 4 do 20 mm | Najwyższy ze wszystkich procesów termicznych | Niższy, z większym czyszczeniem wtórnym | Gotowe części na zmianę |
| Praca dodatkowa | Małe; krawędzie i otwory często gotowe do montażu | Szlifowanie, wiercenie lub rozwiercanie są powszechnym zabiegiem w przypadku części precyzyjnych | Liczba minut pracy na część po cięciu |
| Materiały eksploatacyjne | Dysze i okna ochronne | Elektrody i dysze, często stosowane przy wysokim natężeniu prądu | Koszt materiałów eksploatacyjnych na godzinę cięcia |
Decyzja sprowadza się do wykorzystania. Laser o mocy 20 kW lub większej, pracujący na dwóch zmianach z blachą średnią i grubą, może przynieść korzyści w postaci wyższej wydajności i oszczędności na wykończeniu. Ta sama maszyna pracująca kilka godzin tygodniowo, sporadycznie z grubymi elementami, nie przyniesie takich korzyści. Przed podjęciem decyzji porównaj całkowity koszt instalacji, w tym modernizację zasilania i wydajność agregatu chłodniczego, z liczbą dodatkowych części dostarczanych na zmianę. Ceny sprzętu są omówione w ile kosztuje maszyna do cięcia laserowegoi cen plazmy w ile kosztuje stół do cięcia plazmowego.
Sklepy, które uzasadniają inwestycję, zazwyczaj biorą pod uwagę ciężkie ramy maszyny do cięcia metalu laserem światłowodowym o dużej mocy zbudowane tak, aby przenosić obciążenia grubymi płytami i wyższą temperaturę podczas długich cięć, zamiast lżejszych ram z blachy wyposażonych w większe źródło ciepła.
Koszt eksploatacji na metr
Godzinowy koszt eksploatacji przemawia za plazmą, ponieważ laser o ultrawysokiej mocy pobiera znacznie więcej energii elektrycznej i wymaga większego agregatu chłodzącego. Koszt cięcia na metr kwadratowy może przedstawiać inny obraz. Gdy laser tnie średnią blachę kilka razy szybciej, używa powietrza zamiast azotu i eliminuje etap szlifowania, koszt na gotowy element może spaść poniżej kosztu plazmy, mimo że koszt godzinowy jest wyższy. Porównanie ma zastosowanie tylko wtedy, gdy maszyna jest stale zajęta, co sprowadza decyzję do kwestii wykorzystania.
Kto nadal powinien kupować plazmę
Plazma pozostaje właściwym rozwiązaniem dla dużej części kupujących. Ma to sens, gdy:
⦿ Praca polega głównie na zgrubnym cięciu konstrukcyjnym, gdzie wykończenie krawędzi i dokładność otworów nie mają znaczenia.
⦿ Grubość blachy regularnie przekracza 50 mm, w przeciwnym razie warsztat musi stosować technologię tlenowo-paliwową do bardzo ciężkich przekrojów.
⦿ Budżet i dostępność zasilania wykluczają zastosowanie lasera o bardzo dużej mocy.
⦿ Codzienne wykonywanie spoin spawalniczych na grubych blachach to konieczność, a sprawdzona głowica do fazowania plazmowego idealnie wpisuje się w ten proces pracy.
⦿ Liczba godzin pracy maszyn jest zbyt mała, aby zwrócić koszt kapitałowy lasera.
Dla tych sklepów, ciężka bramowa maszyna do cięcia plazmowego zapewnia grubą płytę przy znacznie niższych kosztach początkowych i Stół plazmowy CNC z palnikiem do cięcia płomieniowego dodaje spawanie tlenowe do najgrubszych elementów. Wielu większych producentów stosuje obecnie oba rozwiązania: laser dużej mocy do precyzyjnego i średniego cięcia blach oraz spawanie plazmowe lub tlenowe do najgrubszych i najbardziej wymagających prac.
Lista kontrolna decyzji
✔ Posortuj zadania wykonywane w danym roku według przedziału grubości i policz godziny w każdym z nich.
✔ Pomiar prac dodatkowych wykonywanych na obecnych częściach obrabianych plazmowo: szlifowanie, wiercenie i przeróbki w minutach na część.
✔ Wyceń laser wraz z chłodziarką, obudową, ulepszeniem zasilania i instalacją, a nie tylko maszynę.
✔ Porównuj liczbę gotowych części na zmianę, a nie tylko prędkość cięcia.
✔ Jeśli regularnie wykonuje się prace przy użyciu grubych płyt, należy uwzględnić spawanie plazmowe lub paliwowo-tlenowe.
Porównaj laser i plazmę do obróbki blach
Odkryj wysoką moc maszyny do cięcia laserem światłowodowym wzdłuż Przecinarki plazmowe CNCi otrzymaj bezpłatną wycenę opartą na grubości płyt, objętości i wymaganiach dotyczących wykończenia.
