Сравнение видов резки металла
В своих информационных материалах мы часто говорим, что лазерная резка быстрее, качественнее и экономичнее «традиционных видов резки». Иногда нас просят уточнить: о чём именно идёт речь? А поскольку масштабы нашей деятельности стремительно растут, этот вопрос звучит всё чаще. Настало время уделить ему особое внимание.
Задолго до того, как появились лазеры, в промышленности уже использовались разнообразные – традиционные – разновидности резки металлов и сплавов:
- механическая;
- гидроабразивная;
- газокислородная;
- электродуговая;
- плазменная.
Рассмотрим их главные достоинства и недостатки.
Механическая резка
Механическая резка осуществляется с помощью режущего/рубящего оборудования, к которому относятся:
· дисковые станки;
· лентопильные станки;
· ударные гильотины;
· гильотинные ножницы, гидравлические или пневматические;
· иные устройства, сочетающие элементы вышеперечисленных.
Основным преимуществом этих устройств является простота. Все они требуют минимального обучения персонала и минимальных усилий для подготовки к работе. Результатом становятся очень низкие производственные затраты.
Недостатки механического раскроя:
· невозможность резов сложной формы – только прямые с незначительными вариациями;
· низкое качество резов – плохое позиционирование, переменная ширина, неровные края;
· существенная деформация обработанных поверхностей, особенно при больших толщинах заготовок.
Гидроабразивная резка
Вода, сжатая насосом высокого давления (не менее 4000 бар), направляется в смесительную камеру, где смешивается с абразивом. Далее она проходит через керамическое сопло диаметром 0,6-1,2 мм, которое формирует режущую струю. Струя, имея скорость около 1000 м/сек (втрое больше скорости звука!), попадает на поверхность разрезаемого материала.
Процесс гидроабразивной резки экологически чист, абсолютно пожаробезопасен и обеспечивает высокое качество раскроя в широком диапазоне толщин и материалов. Однако режущие станки очень громоздки, сложны в настройке и эксплуатации, а также требуют выделения отдельных помещений по причине чрезвычайно высокого уровня шума. Результатом становится высокий уровень затрат, жёстко ограничивающий распространение технологии.
Газокислородная резка
Газокислородной называется резка металла, осуществляемая посредством расплавления в струе пламени, которое образуется при сжигании смеси кислорода с горючим газом, обычно пропаном или ацетиленом. При достаточном избытке кислорода разрезаемый металл не только плавится, но и вступает в химическую реакцию, что ведёт к существенному увеличению скорости резки.
Оборудование для газовой резки относительно простое и, как следствие, дешёвое. Однако операционные расходы весьма значительны, так как процесс требует больших количеств кислорода и горючих газов. Кроме того, газокислородная резка не годится для работы с высоколегированными сталями и наиболее распространёнными цветными металлами, такими как медь и алюминий.
Однако основной недостаток газокислородной резки – очень низкое качество резов: позиционирование с погрешностью в несколько миллиметров, переменная ширина, оплавленные края. Для качественного раскроя металла газокислородная резка совершенно непригодна. Обычно она используется там, где требования к качеству резки невысоки, например при разделке металлоконструкций на лом.
Электродуговая резка
Электродуговой резкой называют процесс выплавления металла, нагреваемого электрической дугой, возникающей при контакте заготовки с электродом, угольным, графитовым или металлическим. Электродуговая резка универсальна и может использоваться при работе с чугуном, всеми видами сталей, а также с цветными металлами и сплавами на их основе. Качество реза, как правило, низкое, с неровными кромками, покрытыми шлаком и оплавившимся металлом. Скорость резки невысокая.
Для качественного раскроя металла электродуговая резка непригодна и используется там, где требования к качеству низкие, например при разделке металлоконструкций на лом.
Плазменная резка
Плазменная резка представляет собой обработку металла, при котором в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя плазмы. Между электродом и соплом режущего аппарата, или между электродом и разрезаемым металлом подаётся высокое напряжение, достаточное для возникновения электрической дуги. Из сопла под давлением в несколько атмосфер выходит газ, который под воздействием этой дуги превращается в струю плазмы с температурой от 5000 до 30000 градусов и скоростью от 500 до 1500 м/с.
Используемые для получения плазменной струи газы делятся на активные (кислород, воздух) и неактивные (азот, аргон, водород, водяной пар). Активные обычно используются для резки чёрных металлов, а неактивные – цветных металлов и сплавов на их основе.
К несомненным преимуществам плазменной резки относятся высокое качество и высокая скорость резки, отсутствие ограничений по форме реза, а также возможность резать любые стали и сплавы толщиной до полутора метров.
Сравнения
Сравнение лазерной резки с вышеперечисленными показывает, что:
· механическая, электродуговая и газокислородная существенно уступают по качеству резки;
· гидроабразивная сильно проигрывает в удобстве и экономичности;
· некоторую конкуренцию лазерной резке может составить только плазменная.
Параметры |
Лазерная резка |
Плазменная резка |
| точность позиционирования | ±0,05 мм | ±0,1-0,5 мм |
| ширина реза | от 0,2 мм | от 0,8 мм |
| скорость резки |
высокая, при малых толщинах, быстро падает с увеличением толщины металла |
мало меняется с изменением толщины металла: при малой толщине уступает лазерной резке, при большой – превосходит |
| конусность | менее 1° | не менее 3° |
| минимальный диаметр отверстия | треть толщины материала | полторы толщины материала, но не менее 4мм |
Лазерная резка обеспечивает намного более высокое качество обработки кромок. При правильной настройке лазерного резака не возникает ни грата, ни окалины, ни шероховатостей, характерных для плазменной резки.
Лазерная резка безукоризненно справляется с задачей вырезания внутренних углов. Плазменная резка принципиально не способна решить эту задачу: любые внутренние углы, не только острые, но даже тупые, получаются скруглёнными.
Плазменная резка оказывает значительное термическое воздействие на обрабатываемый материал, что ведёт к его деформациям. При лазерной резке и термическое воздействие, и деформации в разы меньше. Как следствие, при лазерной резке расстояние между вырезаемыми деталями может быть существенно меньше, чем при плазменной. А значит, ощутимо снижается расход материала и количество отходов.
Но если лазерная резка столь явно превосходит плазменную, почему плазменная по прежнему широко используется? Дело в том, что лазерное оборудование дороже плазменного, а некоторые параметры лазерной резки для многих задач избыточны.
Лазер следует применять в случаях, когда толщина материала умеренная, геометрия реза сложная, а требования к качеству кромок высоки. Если же если толщина заготовки значительная, геометрия реза простая, а требования к качеству умеренные, лучше воспользоваться плазмой. Например, изготавливать решётки из листового металла малой толщины следует на лазерном станке, а резать рельсы – на плазменном.
Выводы
Выбор способа резки целиком и полностью определяется сложностью задачи, которую предстоит решать:
- если требования к качеству резки низкие, следует выбрать механическую, электродуговую или газокислородную резку;
- если, помимо металлов и сплавов, предстоит резать камни, бетон, композиты и прочие неметаллы, необходима гидроабразивная;
- если нужна скоростная резка больших толщин со средним качеством, следует предпочесть плазменную;
- в случаях, когда нужны высокая точность позиционирования и/или отменное качество кромок, выбора нет: только лазер!
