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

Инструмент гидроабразивной резки – струя воды, содержащей микрочастицы абразива: корунда, карбида кремния или природного граната.

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!