Лазерна чи плазмова різка металу: що обрати

Різниця між лазерною і плазмовою різкою починається з того, чим плавлять метал. Волоконний лазер веде сфокусований промінь діаметром у частки міліметра, а допоміжний газ видуває розплав із різу: зазвичай кисень для чорної сталі, азот для нержавійки та алюмінію. Різ вузький, зона термічного впливу мала, кромка майже без конусу.

Плазмова різка металу працює від електричної дуги. У плазмотроні (різаку плазморіза) дуга між електродом і листом розігріває струмінь газу до стану плазми, і цей струмінь проплавляє метал. Він ширший за лазерний промінь: різ виходить завширшки 1–2,5 мм, а на плиті — до 5 мм. Кромка має помітніший конус, зона нагріву ширша, тому тонкий лист може повести. Дуга замикається через лист, тож плазма ріже лише струмопровідні матеріали, тобто метали. Звідси різниця в ширині різу, допуску, найменшому отворі, стані кромки та ціні.

Порівнюємо волоконний лазер зі звичайною та HD-плазмою на вуглецевій сталі. HD-плазма (high definition) — системи зі стисненою дугою та точнішим керуванням газом, такого обладнання мають не всі цехи. Діапазони товщин і шкалу кута кромки взято зі стандарту ISO 9013:2017, ширину різу, допуски та отвори — з відкритих даних виробників (Kjellberg, Hypertherm). Решта — типові значення, тож конкретний верстат може відрізнятися.

З товщиною лазер дорожчає швидше за плазму: на листі 1 мм метр різу в обох коштує близько 10 грн, на 3–5 мм лазер удвічі дорожчий, на 10 мм — у 2,3 раза, на 20 мм — у 2,9 раза. Розрив зростає здебільшого через швидкість: з товщиною лазер сповільнюється різкіше, ніж плазма. На тонкому листі порівняння цін мало що означає: за даними Kjellberg, плазма гірше підходить для тонкого листа через потужну дугу та ширший різ.

Дані — медіани публічних прайсів: до 14 для лазерної різки (на 12 мм — 11) і 8 для плазмової. На 16 та 20 мм лазерних прайсів лише п'ять і чотири відповідно, тому ці дві цифри менш певні. На 25–30 мм прайсів лазера майже не трапляється, а плазма коштує від 43 до 108 грн/м залежно від цеху та товщини.

Ціна метра різу чорної сталі, медіани публічних прайсів, грн/м без металу та врізок, орієнтовно.

У CMW лазерна різка чорної сталі 1 мм коштує від 6 грн/м, повний тариф за металами та товщинами — на сторінці лазерної різки: ціна лазерної різки за метр.

Чому ціна деталі важливіша за ціну метра?

Метр різу — лише частина рахунку. Ціну деталі формують ще п'ять складових, і на лазері та плазмі вони важать по-різному.

• Врізки. Кожен контур і кожен отвір починається з пробивання листа, його ще називають пробивкою. Лазерні цехи зазвичай беруть за врізку 10 % ціни метра: 3,38 грн на 5 мм і 14,8 грн на 20 мм. У плазмових прайсах медіана врізки — 2,27 грн на 5 мм і 9,24 грн на 20 мм.
• Досвердлювання. Отвори менші за 1,5–2 товщини листа звичайна плазма вирізає неякісно, тому їх свердлять окремою операцією.
• Зачистка. Задирки та напливи на плазмовій кромці знімають вручну, а лазерна кромка на тонкому та середньому листі зазвичай обходиться без зачистки.
• Розкладка. Ширший різ і більші перемички між деталями збільшують відходи з листа.
• Допуск. Якщо креслення вимагає точніше за ±0,5 мм, плазмову заготовку доводять механічною обробкою.

Приклад: плита 20 мм і кронштейн 5 мм

Порахуємо дві деталі за медіанами з таблиці, без вартості металу. Довжину різу беремо за периметром усіх контурів і додаємо врізку на кожен контур; ціни метра та врізок наведено вище.

Ціни в таблиці — за одну деталь у складі партії. Більшість цехів мають мінімальну суму замовлення, тому окремо замовляти одну таку деталь невигідно.

Що краще — лазерна чи плазмова різка, залежить від чотирьох ознак: товщина листа, найменший отвір, допуск і те, що станеться з деталлю після різки.

Лазерна різка вигідніша, якщо…

• Лист тонкий або середній: на лазерах 3 кВт у CMW це сталь до 12 мм.
• Отвори близькі до товщини листа, пази та перфорація дрібні.
• Допуск ±0,1–0,2 мм, і деталь має стати в складання без підгонки.
• Далі гнуття або зварювання: кромка майже без конусу, торці рівні.
• Потрібна світла кромка на нержавійці чи алюмінії (на лазерах 3 кВт — до 8 мм).
• Візерунок з тонкими перемичками: художня лазерна різка металу.

Які метали та до яких товщин ріжемо в CMW — на сторінці послуги: лазерна різка металу.

Плазмова різка вигідніша, якщо…

• Плита товста, від 10–15 мм: метр плазми дешевший у 2,3 раза на 10 мм і в 2,9 раза на 20 мм.
• Отвори не менші за 1,5–2 товщини листа, а допуск ±0,5–1 мм підходить.
• Деталь усе одно піде на свердління, фрезер чи шліфування, тож кромка лазерної точності не потрібна.
• Потрібна фаска під зварювання до 45–50°: її ріже поворотна голова плазмотрона.
• Лист іржавий або з праймером: плазма такий лист ріже, лазеру потрібен чистий.
• Деталь більша за поле лазера (у CMW 1500×3000 мм): плазмові столи часто мають розмір 2000×6000 мм.

На якій товщині плазма стає вигіднішою за лазер?

Це залежить від критерію. За ціною метра в українських прайсах плазма вдвічі дешевша вже з 3 мм. За швидкістю та витратами джерела називають межу від 10–15 до 25 мм, а точну цифру задає потужність лазера.

Kjellberg, виробник плазмових систем, вважає, що плазма виграє за швидкістю та ефективністю з 10–15 мм, Hypertherm — із понад 10 мм. За оглядом у Welding Digest (видання Американського товариства зварювання, AWS), який написав фахівець Hypertherm, експлуатаційні витрати плазми нижчі, коли товщина сягає 12–25 мм. IPG, виробник волоконних лазерів, пише, що потужні лазери (від 40 кВт) майже завжди ріжуть швидше за плазму на товщинах 10–40 мм. На потужності 30 кВт і нижче плазма виграє, але лише на товстому листі.

Усі чотири джерела — виробники обладнання або їхні фахівці, тому незалежну перевірку дають прайси цехів, наведені вище. Біля межі товщини для своєї потужності лазер залишає грубішу кромку. На лазерах 3 кВт у CMW ріжемо сталь до 12 мм; для товстішого листа є лазер 12 кВт, граничну товщину назвемо в розрахунку.

Чи підійде плазма, видно з трьох параметрів креслення: найменший отвір, кут кромки та допуск розмірів.

Який найменший отвір виріже лазер і плазма?

Найменший отвір зручно міряти відношенням діаметра до товщини листа: 1:1 означає, що діаметр дорівнює товщині. Лазер вирізає отвори приблизно 1:1. Звичайна плазма дає рівний отвір, коли діаметр не менший за 1,5–2 товщини листа: у листі 10 мм це Ø15–20 мм. Менші отвори виходять конічними та потребують свердла.

HD-плазма наближається до лазера. Hypertherm заявляє, що технологія True Hole дає на вуглецевій сталі отвори «під болт» з діаметром, що дорівнює товщині листа (1:1). Kjellberg для своїх систем називає 0,75:1 на листі від 5 мм. Це заяви виробників для окремих систем, тож у цеху з плазмою запитайте, на якому обладнанні він ріже та який найменший отвір гарантує.

Наскільки рівна кромка: конус і перпендикулярність

Кромка не ідеально вертикальна: різ трохи звужується донизу, і відхилення від прямого кута називають конусністю. ISO 9013:2017 ділить відхилення від перпендикулярності на діапазони від 1 (найточніший) до 5. Kjellberg відносить лазер до діапазону 1, а HD-плазму — до 2–4. Hypertherm називає для своєї плазми X-Definition діапазон 2 на листі до 10 мм і 3 на товщому. На товстому листі кромка лазера гіршає, тому в таблиці для нього вказано 1–2.

Для сучасної плазми Kjellberg називає відхилення близько 2°. За формулою «товщина × tg 2°» це 0,35 мм різниці між верхом і низом кромки на листі 10 мм і 0,7 мм на листі 20 мм. Дуга тягнеться за плазмотроном, тому дрібні контури та внутрішні кути плазма трохи заокруглює. Якщо складання залежить від перпендикулярності, пропишіть у кресленні діапазон за ISO 9013 або допуск перпендикулярності в міліметрах.

Як кромка впливає на зварювання, фарбування та фаски?

Зварювання. Плазма на стисненому повітрі насичує кромку вуглецевої сталі азотом. Під час зварювання він виділяється з розплаву, і в шві з'являються пори, тому шар знімають шліфуванням перед швом. Про лазерну кромку виробники розходяться: IPG вважає її часто готовою до зварювання, Kjellberg пише про стійку оксидну плівку, яку перед зварюванням або покриттям знімають. Різниця — у газі: азот лишає кромку світлою, кисень дає оксид.

Порошкове фарбування. Оксидна плівка після різу киснем на чорній сталі гірше тримає порошкову фарбу. Рішення: різати азотом (кромка світла, але газ дорожчий) або зняти оксид дробоструминною обробкою чи травленням. Якщо деталь піде на фарбування, напишіть про це в заявці: ми врахуємо це в розрахунку.

Фаски. Плазма з поворотною головою ріже фаску під зварювання до 45–50°. Лазерний торець зазвичай прямий, фаску знімають окремою операцією, наприклад фрезером.

Можна. Кожну деталь вузла ріжуть тим способом, який дає потрібну точність дешевше.

Ми ріжемо лазером: тонкі та середні деталі вузла поріжемо в CMW, а якщо в комплекті є товста плита, для якої вигідніша плазма, скажемо про це під час розрахунку.

Гідроабразивна різка — це струмінь води з абразивом без нагріву. Вона бере практично будь-який матеріал і не змінює структуру металу, але повільніша та дорожча за лазер і плазму, тому її обирають, коли нагрівання неприпустиме. Газокисневе різання потрібне для дуже товстої сталі: ISO 9013 охоплює для нього 3–300 мм, кромка груба, а зона нагріву велика. Гільйотина ріже лише прямі лінії, зате швидко: нею нарізають смуги та прямокутні заготовки. Параметри цих способів поруч із лазером — на сторінці лазерної різки: гідроабразив і гільйотина в порівнянні.

Сім пунктів допоможуть вибрати спосіб різки та швидко отримати розрахунок.

Є креслення. Надішліть DXF, DWG або PDF у масштабі 1:1 і напишіть, який потрібен допуск і яка кромка. Вимоги до файлу: як підготувати креслення, а для лазера — макет і DXF для лазерної різки.

Немає креслення. Надішліть фото, ескіз або опис: простий ескіз конструктор переведе в DXF безкоштовно.

• Kjellberg: Plasma vs. Fibre Laser (англ.)
• Hypertherm: Is plasma a viable alternative to laser? (англ.)
• IPG Photonics: Laser Cutting vs. Plasma Cutting: A Modern Guide (англ.)
• AWS Welding Digest: Fiber Laser Cutting vs. Plasma Cutting in Metal Fabrication, травень 2024 (англ.)
• ISO 9013:2017 Thermal cutting — Classification of thermal cuts (англ.)