Лазерная или плазменная резка металла: что выбрать

Разница между плазменной и лазерной резкой начинается с источника тепла. Волоконный лазер плавит металл сфокусированным лучом диаметром в доли миллиметра, а вспомогательный газ выдувает расплав из реза: обычно кислород для чёрной стали, азот для нержавейки и алюминия. Рез узкий, зона термического влияния небольшая, кромка почти без конуса.

Плазменная резка металла основана на электрической дуге. В плазмотроне (резаке плазмореза) дуга между электродом и листом разогревает струю газа до состояния плазмы, и эта струя проплавляет металл. Она шире лазерного луча: рез получается шириной 1–2,5 мм, на плите — до 5 мм. На кромке заметнее конус, зона нагрева шире, поэтому тонкий лист может повести. Дуга замыкается через лист, так что плазма режет только токопроводящие материалы, то есть металлы. Отсюда разница в ширине реза, допуске, минимальном отверстии, состоянии кромки и цене.

Сравниваем волоконный лазер с обычной и HD-плазмой на углеродистой стали. HD-плазма (high definition) — системы со сжатой дугой и более точным управлением газом; такое оборудование есть не во всех цехах. Диапазоны толщин и угла кромки взяты из стандарта ISO 9013:2017. Ширина реза, допуски и отверстия — из открытых данных производителей (Kjellberg, Hypertherm). Остальное — типовые значения: конкретный станок может отличаться.

С ростом толщины лазер дорожает быстрее плазмы: на листе 1 мм метр реза у обеих стоит около 10 грн, на 3–5 мм лазер вдвое дороже, на 10 мм — в 2,3 раза, на 20 мм — в 2,9 раза. Разрыв растёт в основном из-за скорости: с толщиной лазер замедляется резче, чем плазма. Для тонкого листа сравнение цен мало что значит: по данным Kjellberg, плазма хуже подходит для него из-за мощной дуги и более широкого реза.

Цены на графике и в таблице — медианы публичных прайсов: лазерных до 14 (на 12 мм — 11), плазменных 8. На 16 и 20 мм лазерных прайсов пять и четыре: эти цифры менее надёжны. На 25–30 мм лазерные прайсы почти не встречаются, а плазма стоит от 43 до 108 грн/м в зависимости от цеха и толщины.

Цена метра реза чёрной стали, грн/м без металла и врезок, ориентировочно.

В CMW лазерная резка чёрной стали 1 мм стоит от 6 грн/м; полный тариф по металлам и толщинам — на странице лазерной резки: цена лазерной резки за метр.

Почему цена детали важнее цены метра?

Метр реза — лишь часть счёта. Цену детали формируют ещё пять составляющих, причём для лазера и плазмы их вклад разный.

• Врезки. Рез каждого контура и каждого отверстия начинается с врезки — прожига листа (в прайсах её называют ещё пробивкой). Лазерные цеха обычно берут за врезку 10 % цены метра: 3,38 грн на 5 мм и 14,8 грн на 20 мм. В плазменных прайсах медиана врезки — 2,27 грн на 5 мм и 9,24 грн на 20 мм.
• Сверление. Отверстия меньше 1,5–2 толщины листа обычная плазма вырезает некачественно, поэтому их досверливают отдельной операцией.
• Зачистка. Заусенцы и наплывы на плазменной кромке снимают вручную, а лазерная кромка на тонком и среднем листе обычно обходится без зачистки.
• Раскладка. Более широкий рез и большие перемычки между деталями увеличивают отходы листа.
• Допуск. Если чертёж требует точнее ±0,5 мм, плазменную заготовку доводят механической обработкой.

Пример: плита 20 мм и кронштейн 5 мм

Посчитаем две детали по медианам из таблицы, без стоимости металла. Длина реза — периметр всех контуров, врезка — на каждый контур; цены метра и врезок указаны выше.

Цены в таблице — за одну деталь в составе партии. У большинства цехов есть минимальная сумма заказа, поэтому заказывать одну такую деталь отдельно невыгодно.

Что лучше, плазменная или лазерная резка металла, зависит от четырёх признаков: толщины листа, минимального отверстия, допуска и того, что станет с деталью после резки.

Лазерная резка выгоднее, если…

• Лист тонкий или средний: на лазерах 3 кВт в CMW это сталь до 12 мм.
• Отверстия близки к толщине листа, пазы и перфорация мелкие.
• Допуск ±0,1–0,2 мм, и деталь должна встать в сборку без подгонки.
• Дальше гибка или сварка: кромка почти без конуса, торцы ровные.
• Нужна светлая кромка на нержавейке или алюминии (на лазерах 3 кВт — до 8 мм).
• Нужен узор с тонкими перемычками: художественная лазерная резка металла.

Какие металлы и до каких толщин режем в CMW — на странице услуги: лазерная резка металла.

Плазменная резка выгоднее, если…

• Плита толстая, от 10–15 мм: метр плазмы дешевле в 2,3 раза на 10 мм и в 2,9 раза на 20 мм.
• Отверстия не меньше 1,5–2 толщины листа, а допуск ±0,5–1 мм подходит.
• Деталь всё равно пойдёт на сверление, фрезер или шлифовку: точность лазерной кромки не нужна.
• Нужна фаска под сварку до 45–50°: её режет поворотная голова плазмотрона.
• Лист ржавый или с праймером: плазма такой лист режет, лазеру нужен чистый.
• Деталь больше поля лазера (в CMW 1500×3000 мм): плазменные столы часто имеют размер 2000×6000 мм.

На какой толщине плазма становится выгоднее лазера?

Ответ зависит от критерия. По цене метра в украинских прайсах плазма вдвое дешевле уже с 3 мм. По скорости и затратам источники называют границу от 10–15 до 25 мм, а точную цифру задаёт мощность лазера.

Kjellberg, производитель плазменных систем, считает, что плазма выигрывает по скорости и эффективности с 10–15 мм, Hypertherm — свыше 10 мм. По обзору в Welding Digest (издание Американского общества сварки, AWS), который написал специалист Hypertherm, эксплуатационные расходы плазмы ниже при толщине 12–25 мм. IPG, производитель волоконных лазеров, пишет, что мощные лазеры (от 40 кВт) почти всегда режут быстрее плазмы на толщинах 10–40 мм. При мощности 30 кВт и ниже плазма выигрывает, но только на толстом листе.

Все четыре источника — производители оборудования или их специалисты, поэтому независимую проверку дают прайсы цехов из таблицы цен. Если толщина близка к пределу мощности лазера, кромка получается грубее. На лазерах 3 кВт в CMW режем сталь до 12 мм; для более толстого листа есть лазер 12 кВт, предельную толщину назовём при расчёте.

Подойдёт ли плазма, видно по трём параметрам чертежа: минимальное отверстие, угол кромки и допуск на размеры.

Какое минимальное отверстие вырежут лазер и плазма?

Минимальное отверстие удобно измерять отношением диаметра к толщине листа: 1:1 — диаметр равен толщине. Для лазера минимум — примерно 1:1. Обычная плазма даёт ровное отверстие, когда диаметр не меньше 1,5–2 толщины листа: в листе 10 мм это Ø15–20 мм. Меньшие отверстия выходят коническими, их приходится досверливать.

HD-плазма приближается к лазеру. Hypertherm заявляет, что технология True Hole даёт на углеродистой стали отверстия «под болт» диаметром, равным толщине листа (1:1). Kjellberg для своих систем называет 0,75:1 на листе от 5 мм. Это заявления производителей для отдельных систем, поэтому спросите у цеха с плазмой, на каком оборудовании он режет и какое минимальное отверстие гарантирует.

Насколько ровная кромка: конус и перпендикулярность

Кромка не идеально вертикальна: рез немного сужается книзу, и отклонение от прямого угла называют конусностью. ISO 9013:2017 делит отклонение от перпендикулярности на диапазоны от 1 (самый точный) до 5. Kjellberg относит лазер к диапазону 1, а HD-плазму — к 2–4. Hypertherm для своей плазмы X-Definition называет диапазон 2 на листе до 10 мм и 3 на более толстом. На толстом листе кромка лазера ухудшается, поэтому в таблице указано 1–2.

Для современной плазмы Kjellberg называет отклонение около 2°. По формуле «толщина × tg 2°» это 0,35 мм разницы между верхом и низом кромки на листе 10 мм и 0,7 мм на листе 20 мм. Дуга тянется за плазмотроном, поэтому мелкие контуры и внутренние углы плазма немного скругляет. Если сборка зависит от перпендикулярности, пропишите в чертеже диапазон по ISO 9013 или допуск перпендикулярности в миллиметрах.

Как кромка влияет на сварку, покраску и фаски?

Сварка. Плазма на сжатом воздухе насыщает кромку углеродистой стали азотом. При сварке он выделяется из расплава, и в шве появляются поры, поэтому слой снимают шлифовкой. О лазерной кромке производители расходятся. IPG пишет, что она часто готова к сварке, а Kjellberg — о стойкой оксидной плёнке, которую снимают перед сваркой или покрытием. Разница — в газе: азот оставляет кромку светлой, кислород даёт оксид.

Порошковая покраска. Порошковая краска хуже держится на оксидной плёнке, которая остаётся после реза кислородом на чёрной стали. Решение: резать азотом (кромка светлая, но газ дороже) или снять оксид дробеструйной обработкой либо травлением. Если деталь пойдёт на покраску, напишите об этом в заявке, учтём в расчёте.

Фаски. Плазма с поворотной головой режет фаску под сварку до 45–50°. Лазерный торец обычно прямой, фаску снимают отдельной операцией, например фрезером.

Можно. Каждую деталь узла режут тем способом, который даёт нужную точность дешевле.

Мы режем лазером: тонкие и средние детали узла вырежем в CMW, а если в комплекте есть толстая плита, для которой выгоднее плазма, скажем об этом при расчёте.

Что лучше, гидроабразивная или лазерная резка металла, зависит от того, можно ли нагревать деталь. Гидроабразивная резка — струя воды с абразивом без нагрева: она берёт любой материал и не меняет структуру металла, но медленнее и дороже лазера и плазмы. Газокислородная резка нужна для очень толстой стали: ISO 9013 охватывает для неё 3–300 мм, кромка грубая, а зона нагрева большая. Гильотина режет только прямые линии, зато быстро: ею нарезают полосы и прямоугольные заготовки. Сравнение этих способов с лазером по параметрам — на странице лазерной резки: гидроабразив и гильотина в сравнении.

Семь пунктов помогут выбрать способ резки и быстро получить расчёт.

Есть чертёж. Пришлите DXF, DWG или PDF в масштабе 1:1 и напишите, какой нужен допуск и какая кромка. Требования к файлу: как подготовить чертёж, а для лазера — макет и DXF для лазерной резки.

Чертежа нет. Пришлите фото, эскиз или описание: простой эскиз конструктор переведёт в DXF бесплатно.

• 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, май 2024 (англ.)
• ISO 9013:2017 Thermal cutting — Classification of thermal cuts (англ.)