Плазменная и лазерная резка — что лучше выбрать?

Плазменная и лазерная резка — два метода обработки металлов и других материалов. В этой статье мы расскажем, чем отличается плазменная резка от лазерной, чтобы помочь выбрать подходящий вариант для конкретных задач на производстве или в мастерской.

Лазерная и плазменная резка металла: особенности

Данные способы резки металла в настоящее время считаются наиболее прогрессивными и эффективными, применяются в разных отраслях — от автомобильной промышленности до выпуска металлоконструкций, но каждый имеет особенности, преимущества и недостатки. Оба варианта резки в большей степени дополняют друг друга, чем конкурируют.

Плазморез

Плазменная резка основывается на использовании струи ионизированного газа — плазмы. В процессе плазменной резки газ, а чаще всего это азот, кислород и аргон, разогревается до высоких температур около 20 000°C и превращается в плазму. Под воздействием электрической дуги газ удаляет металл с линии реза.

Лазер

Принцип лазерной резки заключается в том, что в качестве режущего инструмента выступает узко сфокусированный лазерный луч, который обладает ключевыми характеристиками — высокой интенсивностью, четкой длиной волны. Продукты сгорания удаляются потоком газа.

Толщина и вид металла для резки

Обе технологии позволяют резать любые металлы: это сталь всех видов, цветные и черные металлы. Но лазер эффективнее при работе с тонкими листами: он режет их с высокой скоростью и качеством реза. С увеличением толщины придется увеличивать мощность излучателя и устанавливать линзу с более длинным фокусным расстоянием.

При использовании лазерной резки требуется оптимизация параметров, подбор газа под конкретный металл, мощности. В среде кислорода разрезать нержавеющую сталь качественно не получится, поэтому нужен инертный газ. Под работу с черными металлами наоборот следует выбрать кислород. Подробнее о параметрах резки металла лазером можно почитать здесь и ознакомиться с таблицей скоростей резки.

Плазма способна разрезать любые токопроводящие материалы. Все зависит от состава плазмообразующего газа и зазора между поверхностью металла и соплом. Но для обработки тонколистовых металлов не очень подходит из-за чрезмерно высокой температуры плазмы, которая заканчивается окалинами. Преимущества плазмы появляются только при раскрое металла толщиной хотя бы от 6 мм и выше, если говорить о стали.

Качество реза

Лазерный станок воздействует на поверхность металла сфокусированным лазерным лучом маленького диаметра, что обеспечивает минимальную ширину реза, равную 0,1 мм. Обычно она составляет 0,2– 0,3 мм. Это позволяет производить раскрой заготовок по сложным контурам с высокой точностью и гладкой кромкой. Нагрев носит локальный характер, поэтому соседние с разрезом области не повреждаются. Также отсутствуют термические и механические напряжения и деформации металла в этих зонах. Если оператор подобрал правильные настройки, то изделие будет сразу готово к дальнейшему использованию без необходимости дополнительной обработки кромки.

При обработке плазмой ширина реза заметно выше и изменяется в диапазоне 0,8–5,0 мм. в зависимости от толщины металла и износа расходных материалов. Добиться гладких швов невозможно, постоянно образуется окалина. Кроме того, мешает и большое количество образующегося грата — так называется расплавленный материал, который остается на изделии и выглядит как потеки. Грат удаляют разными способами — срезают, сжигают с помощью кислорода или закатывают специальным роликом при определенной температуре. То есть с плазмой избежать дополнительной финишной обработки не удастся. Недостатком считается также то, что нет возможности обеспечить острые углы. Например, нельзя воспроизвести профиль колесных зубьев из-за слишком широкого реза.

Что такое конусность и почему она важна при резке

Конусность — это явление, при котором разрезаемые края материала имеют небольшую разницу в ширине от верхней части к нижней. Это приводит к тому, что сечение реза имеет форму усеченного конуса.

При лазерной резке конусность возникает из-за того, что лазерный луч имеет минимальный диаметр в точке фокусировки и расширяется по мере отклонения от этой точки. Это приводит к более узкому разрезу сверху и более широкому снизу. Кроме того, чем толще материал, тем сильнее проявляется конусность, так как лазерный луч расфокусируется при прохождении через более толстый слой материала. Мощность также влияет на этот параметр: если ее мало для быстрого проплавления материала, конусность увеличится из-за недостаточного проникновения. Тем не менее, лазерный станок укладывается в показатель меньше 1 гр. Входное и выходное отверстие получаются практически одного размера. Лазер режет правильные отверстия диаметром в 2 и более раз меньше толщины листа.

Конусность при обработке плазмой колеблется между 1 и 5 гр. О сопоставимой с лазером точности говорить не приходится. Угол наклона реза больше из-за физики взаимодействия плазмы с материалом. Вырезать плазмотроном отверстие геометрически правильной формы возможно, только если его диаметр в 2 раза больше толщины листа.

Области применения технологий

Плазма на выходе дает грязный рез и нуждается в постобработке. Поэтому плазменная резка часто используется там, где высокая точность не является ключевым моментом: она идеально подходит для резки толстых листов стали, алюминия и других металлов в строительстве, судостроении, производстве тяжелых металлоконструкций и ремонте оборудования. Благодаря относительно низкой стоимости оборудования и быстрой скорости резки, этот метод популярен на предприятиях среднего и малого бизнеса.

С лазерным станком при корректных настройках постобработка не нужна, рез будет чистым. Неудивительно, что лазерная резка чаще применяется там, где требуется высокая точность и аккуратность реза: производство электроники, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и ювелирное дело. Технология лазерной резки также востребована в художественной обработке металлов, где важны детализация и качество.

Экономическая эффективность

Лазерная и плазменная резка металла — отличия, как видим, есть, и существенные. Но оба метода находят широкое применение в современной промышленности, и выбор между ними зависит от конкретных требований проекта. Плазменная резка обычно дешевле как в приобретении оборудования, так и в эксплуатации, особенно если требуется обработка толстых листов металла. Однако для проектов, где важна точность и качество края, лучше выбрать лазерную резку, несмотря на её более высокую стоимость.

Таблица: сравнение лазерной и плазменной резки металла

Критерий	Лазерная резка	Пламенная резка
Принцип работы	мощный лазерный луч	высокотемпературное пламя для плавления металла
Источник энергии	лазер	газ (обычно кислород и ацетилен)
Точность	высокая точность, отклонения минимальны (±0.1 мм)	отклонения до 0,5 мм
Материалы для резки	металлы, неметаллы (дерево, пластик, стекло)	только черные металлы (сталь, чугун)
Толщина материала	эффективна для тонких и средних листов (до 30 мм)	эффективна для толстых листов (до 100 мм)
Скорость резки	высокая для тонких материалов, замедляется для более толстых	средняя скорость, снижается на толстой стали
Чистота реза	чистый рез	требуется дополнительная обработка, оставляет окалины
Операционные затраты	требуется значительное потребление электроэнергии и охлаждение	относительно низкие затраты на газы и оборудование
Безопасность	Требует защиты от лазерного излучения и токсичных газов	Требует защиты от открытого пламени и нагревающихся элементов