Лазерная и пламенная резка: принцип действия, отличия, сравнительные преимущества

Еще несколько десятилетий назад слова лазер и плазма ассоциировались с научной фантастикой, невольно сразу вспоминался гиперболоид инженера Гарина. Сейчас эти технические достижения поставлены на службу производству и используются для термической резки.

Точечное воздействие крайне высокой температурой применяется прежде всего при раскрое металла, хотя оба способа подходят для работы и с другими материалами. Существующая разница между плазменной резкой и лазерной ставит перед вопросом, какая из технологий лучше в конкретной производственной ситуации.

Принцип действия и виды лазерной резки

Металл режется сфокусированным лучом света, который за счет высокой концентрации энергии обладает мощным прожигающим действием. Источником светового излучения выступает оптический квантовый генератор – лазер. Ширина реза и производительность процесса зависит от диаметра сфокусированного пятна.

Виды лазерной резки:

  1. Сублимационная. В рабочей зоне происходит испарение вещества, что позволяет резать не только металл, но и материалы, не имеющие расплавленного состояния, – дерево, бумагу, керамику, пластик. Скорость резки невысока, максимальная толщина материала – 1 мм.
  2. Резка плавлением. Процесс характеризуется большей производительностью по сравнению с сублимационным методом, расплав удаляется из зоны реза струей инертного газа. Этот способ используют для работы с высоколегированными сталями и цветными металлами, а в сочетании с подачей газа под сильным давлением – с нержавеющей сталью и алюминиевыми сплавами.
  3. Газокислородная. В отличие от резки плавлением расплав удаляется струей кислорода. Преимущества метода – высокая скорость реза и возможность работы с металлом большой толщины. Недостатком считается пониженное качество резки, кромка требует дополнительной обработки.

Существенное отличие лазерной резки от плазменной состоит в допустимости передачи излучения на значительное расстояние и подвода луча в труднодоступные места, что является серьезным технологическим преимуществом.

Как устроена плазменная резка

В процессе резки на обрабатываемый материал воздействует направленная струя плазмы – ионизированного газа, текущего с высокой скоростью. Чаще всего плазменную струю получают путем нагрева газа электрическим дуговым разрядом до температуры 15 000 … 30 000 К, такую плазму называют сжатой дугой.

В конструкцию простейшей плазменной горелки, или плазмотрона, входит:

  • Неплавящийся электрод – формирует электрический разряд, выбор электрода зависит от вида плазмообразующего газа
  • Медное сопло – служит для сжатия и регулировки энергетических характеристик дуги, определяет ширину и форму реза
  • Изолятор – отделяет электрод от сопла

Для образования плазмы используют инертные газы, водород, кислород, воздух или их смеси. Лучшие результаты дает газовая смесь, состоящая из 80% аргона и 20% азота.

Различают две схемы резки – плазменную и плазменно-дуговую. У плазменно-дуговой резки выше КПД и стойкость медного сопла, более стабильное горение сжатой дуги. Если говорить о том, чем отличается плазменная схема, в первую очередь следует упомянуть возможность работы с неметаллическими материалами.

Мощность дуги определяет возможности по толщине и скорости реза. Для резки более толстого материала повышают напряжение, а для увеличения ширины реза – силу тока с сохранением параметров напряжения.

В чем разница при работе с металлом

Толщина металла. Лазером режут металл толщиной 0.2–40 мм, плазмой – толщиной 0.5–150 мм. На практике в большинстве случаев лазерную резку применяют на толщинах до 25 мм, а плазменную – от 25 до 50 мм.

Ширина реза. Плазмотрон оставляет рез шириной 0.8–2.5 мм, конкретная величина зависит от толщины металла. При лазерной резке этот параметр практически неизменен и может достигать всего 0.1 мм, что соизмеримо с толщиной листа бумаги. За счет меньшей ширины реза при работе лазером получаются четкие ровные углы без скруглений.

Скорость резки. При сравнении лазерной резки и плазменной первая заметно выигрывает в скорости, если работать приходится с металлом толщиной до 6 мм. С увеличением толщины разница начинает сокращаться, а затем преимущество переходит к плазме.

Точность резки. В плазменных станках точность напрямую зависит от износа расходных материалов и составляет 0.1–0.5 мм. У лазера точность выше – от 0.05 до 0.08 мм, поэтому линия выреза ровнее.

Конусность кромки. Лазер делает практически перпендикулярный срез, конусность не превышает 1 градуса. Правильная геометрия позволяет использовать вырезанное отверстие под точное соединение. При плазменной резке образуется скос до 3–5 градусов. Чтобы искажение формы было минимальным, размер отверстия должен как минимум в полтора-два раза превышать толщину металла.

Состояние материала в зоне реза. От плазмы остаются прижоги, на металле практически всегда присутствует окалина и заусенцы. У лазера качества реза чистое, прижоги незаметны, окалина почти не встречается. Заусенцы, если они есть, легко снимаются перчаткой.

Что лучше – плазменная резка или лазерная

Однозначного ответа на вопрос, какая резка лучше, нет. У каждой технологии свои плюсы и минусы в отношении точности, качества реза и производительности. Приходится также учитывать технологические ограничения и различия в стоимости обработки изделий.

Лазерная резка имеет преимущества перед плазменной, если во главу угла ставится прецизионная точность изготовления деталей. Лазер лучше подходит для работы с тонколистовым металлом, вырезов мелких заготовок, маленьких отверстий, по сложному контуру или с большим числом прорезей. Продукция передается в следующий цикл производства с минимальной обработкой или без нее.

С экономической точки зрения резать металл лазером целесообразно при толщине листов до 20–25 мм. Скорость резки в этом случае существенно выше по сравнению с плазмой, а детали можно располагать намного ближе друг к другу, что выливается в более рациональное использование металла. Для листов толще 25 мм требуется дорогое оборудование с мощным излучателем, поэтому цена резки окажется слишком высокой.

Плазменная резка дешевле лазерной и гораздо производительнее при работе с толстым металлом, оборудование проще в обслуживании. Плазмотроном можно резать алюминий, медь, титан и высоколегированные стали, на которые мощности лазера попросту не хватает из-за сильных отражательных свойств металла.

Плазма не годится для слишком мелких вырезов или при высоких требованиях к точности, технологию нецелесообразно использовать для резки листов толщиной менее 1 мм. Главный недостаток плазмы заключается в меньшей точности и обязательности последующей зачистки деталей от окалины, заусенцев и шероховатостей кромки.

Узнать больше о лазерной резки металла можно на сайте https://stroykomproekt.ru/