برای دهه‌ها، این قانون ساده بود: لیزر برای ورق نازک، پلاسما برای صفحه ضخیم. لیزرهای فیبری با توان فوق‌العاده بالا این قانون را شکسته اند. منابع 20، 30 و 40 کیلووات اکنون در مراکز خدمات فولاد و ساخت و سازهای سنگین رایج هستند و گزارش‌های بازار، بخش بالای 12 کیلووات را به عنوان سریع‌ترین بخش در حال رشد بازار برش لیزر توصیف می‌کنند. این راهنما به بررسی مرز بین لیزر و پلاسما در حال حاضر، از نظر ضخامت، کیفیت لبه و هزینه، می‌پردازد.
اگر ابتدا به اصول اولیه تفاوت این دو فرآیند نیاز دارید، مرور کلی دستگاه‌های برش لیزر در مقابل دستگاه‌های برش پلاسما اصول را پوشش می‌دهد. این مقاله بر تصمیم صفحه ضخیم تمرکز دارد.
جایگاه ۱۲ کیلووات در بحث
یک لیزر فیبری ۱۲ کیلوواتی جایی است که اکثر کارگاه‌ها برای اولین بار با سوال پلاسما مواجه می‌شوند. در این سطح، لیزرها به راحتی می‌توانند صفحات متوسط را برش دهند و نوارهای ضخیم را با سرعت کمتری برش دهند، که این امر باعث می‌شود ۱۲ کیلووات یک گام رایج برای سازندگانی باشد که کارشان عمدتاً زیر ۲۰ میلی‌متر است و گاهی اوقات قطعات سنگین‌تری دارند.
بالای ۱۲ کیلووات، دستگاه تغییر ماهیت می‌دهد. منابع ۲۰ کیلووات و بیشتر به قاب‌های سنگین‌تر، چیلرهای بزرگتر، استخراج قوی‌تر و منبع تغذیه بزرگتری نیاز دارند، بنابراین تصمیم خرید به یک تصمیم تأسیساتی نیز تبدیل می‌شود. به همین دلیل است که بسیاری از کارگاه‌ها ۱۲ کیلووات را به عنوان بالاترین حد تولید عمومی و ۲۰ کیلووات و بالاتر را به عنوان یک سرمایه‌گذاری اختصاصی روی صفحات ضخیم در نظر می‌گیرند.
مقایسه ضخامت به سرعت
سازندگان معمولاً صفحات فولادی را به 4 دسته تقسیم می‌کنند: نازک زیر 4 میلی‌متر، متوسط از 4 تا 20 میلی‌متر، ضخیم از 20 تا 60 میلی‌متر و ضخیم‌تر از آن. پاسخ لیزر در مقابل پلاسما در هر دسته متفاوت است.
| ضخامت صفحه (فولاد کربنی) | لیزر فیبری ۲۰ تا ۴۰ کیلووات | پلاسمای با وضوح بالا | برنده همیشگی | اندازه گیری |
|---|---|---|---|---|
| نازک، زیر ۴ میلی‌متر | بسیار سریع، جزئیات دقیق، حداقل گرما | بریدگی سریع اما پهن‌تر و اعوجاج حرارتی بیشتر | لیزر | تعداد قطعات در ساعت و صافی پس از برش |
| متوسط، ۴ تا ۲۰ میلی‌متر | یک لیزر 20 کیلوواتی تا حدود 20 میلی‌متر از یک پلاسمای 300 آمپری پیشی می‌گیرد. | سرعت رقابتی، لبه ناهموارتر، سطح برش مورب | لیزر | متر در ساعت را با کیفیت تولید برش دهید |
| ضخامت، 20 تا 50 میلی‌متر | 30 کیلووات و بالاتر، شکاف را با هوا یا اکسیژن پر می‌کند | رهبر سرعت دیرینه در این گروه | مورد مناقشه؛ کسب لیزر | کل زمان چرخه شامل تمیز کردن ثانویه |
| ضخامت بسیار زیاد، بیش از ۶۰ میلی‌متر | با توان ۳۰ تا ۴۰ کیلووات، کندتر و تخصصی‌تر امکان‌پذیر است | تا حد مجاز سوراخ کردن، کاربردی است | پلاسما یا سوخت اکسیژنی | قابلیت اطمینان سوراخکاری و مربع بودن لبه |
تغییر مهم این است که سرعت لیزر چقدر با قدرت متناسب می‌شود. آزمایش‌های برش منتشر شده روی منابع قدرت فوق‌العاده بالا نشان می‌دهد که سرعت به طور پیوسته تا ۴۰ کیلووات افزایش می‌یابد:
⦿ تغییر از ۱۵ کیلووات به ۴۰ کیلووات، سرعت برش را روی فولاد کربنی ۱۲ میلی‌متری حدود ۲۸۰ درصد و روی فولاد کربنی ۲۰ میلی‌متری حدود ۴۲۰ درصد افزایش داد.
⦿ یک لیزر 30 کیلوواتی یک قطعه معمولی 16 میلی‌متری از جنس استیل ضد زنگ را در نصف زمان چرخه یک لیزر 15 کیلوواتی برش داد، که این امر همچنین گاز مورد استفاده را به نصف کاهش داد.
⦿ روی فولاد کربنی ۵۰ میلی‌متری، یکی از تولیدکنندگان گزارش می‌دهد که یک دستگاه ۳۰ کیلوواتی حدود ۸۸ درصد سریع‌تر از یک دستگاه ۲۰ کیلوواتی کار می‌کند.
⦿ در حالت پالسی، آزمایش‌هایی برای برش فولاد ضد زنگ ۷۰ میلی‌متری با نیتروژن در ۳۰ کیلووات و فولاد کربنی ۲۳۰ میلی‌متری با هوا در ۴۰ کیلووات انجام شده است، هرچند این‌ها نمایش توانایی‌ها هستند و سرعت تولید روزمره نیستند.
پلاسما به همین شکل مقیاس‌بندی نمی‌شود. یک سیستم پلاسما توسط آمپراژ خود محدود می‌شود و سرعت آن در یک ضخامت معین، پس از انتخاب منبع تغذیه، تا حد زیادی ثابت می‌شود. به همین دلیل است که باند صفحه متوسط، که زمانی مشترک بود، اکنون بیشتر به لیزرها تعلق دارد و به همین دلیل است که باند ضخیم مورد بحث قرار گرفته است. کل محدوده سرعت بر اساس سطح توان در ... ترسیم شده است. راهنمای ضخامت، سرعت و قدرت برش لیزر فیبر فلزی.
برش هوا، اقتصاد ورق ضخیم را تغییر می‌دهد
یک عامل کمتر مشهود، گاز کمکی است. برش اکسیژنی فولاد کربنی ضخیم در توان پایین خوب عمل می‌کند، اما سرعت آن با افزایش توان به سختی بهبود می‌یابد. برش با هوای پرفشار با توان افزایش می‌یابد و در توان 20 کیلووات و بالاتر، فولاد کربنی ضخیم را به سرعت و تا حد زیادی بدون تفاله برش می‌دهد. این بدان معناست که یک لیزر با توان فوق‌العاده بالا می‌تواند صفحات ضخیم را سریع‌تر و با هزینه گاز کمتری نسبت به فرآیندهای اکسیژن قدیمی‌تر برش دهد، که این امر مزیت هزینه پلاسما و همچنین مزیت سرعت آن را محدود می‌کند.
صفحه ضخیم سوراخ دار
سوراخکاری اغلب گلوگاه پنهان در صفحات ضخیم است. ظرفیت سوراخکاری پلاسما توسط منبع تغذیه تنظیم می‌شود و قطعات فراتر از آن به شروع لبه نیاز دارند که باعث محدود شدن تودرتو شدن می‌شود. لیزرهای پرقدرت صفحات ضخیم را سریع‌تر از گذشته سوراخ می‌کنند، اما سوراخکاری هنوز به طور قابل توجهی بیشتر از ورق نازک طول می‌کشد و پاشش ایجاد می‌کند که باعث فرسایش نازل‌ها می‌شود. در قطعاتی با سوراخ‌های زیاد، زمان سوراخکاری می‌تواند از تفاوت در سرعت برش بیشتر باشد، بنابراین هنگام مقایسه قیمت‌ها یا نتایج آزمایش، سوراخ‌کاری‌ها و همچنین طول برش را در نظر بگیرید.
کیفیت پخ و لبه
سرعت به تنهایی این بحث را حل نمی‌کند، زیرا قطعات ضخیم ورق معمولاً به جوشکاری یا مونتاژ پیچ و مهره‌ای نیاز دارند. کیفیت لبه تعیین می‌کند که پس از برش چقدر کار باقی مانده است.
⦿ بریدگی و گرما: بریدگی لیزر باریک است و ناحیه متاثر از گرما کوچک است؛ پلاسما بریدگی وسیع‌تری ایجاد می‌کند و گرمای بیشتری وارد می‌کند که می‌تواند بخش‌های نازک‌تر را تغییر شکل دهد.
⦿ زاویه لبه: برش‌های پلاسما کمی مورب روی سطح برش دارند، در حالی که لبه‌های لیزر روی پلیت متوسط بسیار نزدیک‌تر به مربع هستند.
⦿ سوراخ‌ها: لیزرها سوراخ‌های کوچک و گردی برای پیچ و مهره در صفحه متوسط ایجاد می‌کنند که اغلب مستقیماً از روی میز قابل استفاده هستند؛ سوراخ‌های پلاسما در صفحه ضخیم معمولاً نیاز به سوراخکاری یا برقوکاری دارند.
⦿ آماده‌سازی جوش: سرهای پخ‌زن پلاسما به بلوغ رسیده‌اند و به طور گسترده برای آماده‌سازی‌های V و K روی صفحات ضخیم استفاده می‌شوند، و سرهای پخ‌زن لیزری اکنون در دسترس هستند اما هزینه را افزایش می‌دهند.
سازندگان تفاوت عملی را با اصطلاحات خودشان توصیف می‌کنند: اگر هر صفحه پایه برش پلاسما قبل از جوشکاری به مته و سنگ‌زنی برود، برش واقعاً تمام نشده است. صفحات پایه سازهای در محدوده ۱۲ تا ۴۰ میلی‌متر یکی از واضح‌ترین نمونه‌های کار در حال گذار از پلاسما به لیزر دقیقاً به همین دلیل هستند. کارگاه‌هایی که این نوع کار را اداره می‌کنند کارهای سازهای و صفحات فولادی اغلب متوجه می‌شوند که صرفه‌جویی در نیروی کار ثانویه، اهمیت بیشتری نسبت به سرعت برش دارد.
نوع ماده نیز تصویر را تغییر می‌دهد. صفحات ضخیم استیل ضد زنگ و آلومینیوم، لیزر را بیشتر از فولاد کربنی ترجیح می‌دهند، زیرا برش لیزر نیتروژن، لبه‌ای تمیز و عاری از اکسید ایجاد می‌کند که پلاسما بدون پرداخت اضافی نمی‌تواند با آن برابری کند. در فولاد کربنی ضخیم، که لبه‌های پلاسما برای بسیاری از کاربردهای ساختاری قابل قبول هستند، رقابت نزدیک‌تر باقی می‌ماند.
هزینه سرمایه در مقابل توان عملیاتی
اینجاست که پلاسما هنوز هم جایگاه قوی خود را حفظ می‌کند. یک لیزر فوق پرقدرت یک سرمایه‌گذاری بزرگ است، در حالی که یک سیستم پلاسمای توانمند کسری از قیمت آن را دارد.
| عامل | لیزر فیبری ۲۰ تا ۴۰ کیلووات | سیستم پلاسما CNC | اندازه گیری |
|---|---|---|---|
| هزینه سرمایه | زیاد؛ اغلب به همراه چیلر و محفظه تا ارتفاع ۶ رقمی می‌رسد | کسری از قیمت لیزر، حتی برای سیستم‌های با کیفیت بالا | کل هزینه نصب شده برای هر دستگاه |
| تقاضای برق | بزرگ؛ حدود ۵۰ کیلووات نصب شده در ۱۲ کیلووات و بیشتر بالاتر از آن | منبع تغذیه بر اساس آمپراژ اندازه گیری می شود | کیلووات نصب شده و هزینه ارتقاء سیستم برق |
| توان عملیاتی در ۴ تا ۲۰ میلی‌متر | بالاترین مقدار در بین تمام فرآیندهای حرارتی | پایین‌تر، با پاکسازی ثانویه بیشتر | قطعات تکمیل شده در هر شیفت |
| کار ثانویه | کوچک؛ لبه‌ها و سوراخ‌ها اغلب آماده مونتاژ هستند | سنگ‌زنی، سوراخکاری یا برقوکاری رایج در قطعات دقیق | دقیقه کار برای هر قطعه پس از برش |
| مواد مصرفی | نازل‌ها و پنجره‌های محافظ | الکترودها و نازل‌ها، اغلب در آمپراژ بالا | هزینه مواد مصرفی به ازای هر ساعت برش |
تصمیم به میزان استفاده بستگی دارد. یک دستگاه لیزر ۲۰ کیلووات یا بزرگتر که دو شیفت ورق متوسط و ضخیم را کار می‌کند، می‌تواند از طریق توان عملیاتی و صرفه‌جویی در نیروی کار پرداخت، هزینه اضافی خود را جبران کند. اما همین دستگاه که چند ساعت در هفته روی قطعات ضخیم کار می‌کند، این کار را نخواهد کرد. قبل از انجام هرگونه اقدامی، کل هزینه نصب شده، شامل ارتقاء برق و ظرفیت چیلر، را با قطعات اضافی که در هر شیفت ارائه می‌دهد، مقایسه کنید. قیمت تجهیزات در [جزئیات بیشتر] ذکر شده است. هزینه دستگاه برش لیزری چقدر است؟و قیمت‌گذاری پلاسما در هزینه میز برش پلاسما چقدر است؟.
مغازه‌هایی که سرمایه‌گذاری را توجیه می‌کنند، معمولاً به سراغ قاب‌های سنگین می‌روند. ماشین‌های برش فلز با لیزر فیبر پرقدرت ساخته شده برای تحمل بارهای ضخیم صفحات و گرمای بالاتر برش‌های طولانی، به جای قاب‌های فلزی سبک‌تر که مجهز به منبع بزرگتری هستند.
هزینه اجرا به ازای هر متر
هزینه کارکرد ساعتی به نفع پلاسما است، زیرا یک لیزر با توان فوق‌العاده بالا برق بسیار بیشتری مصرف می‌کند و به چیلر بزرگتری نیاز دارد. هزینه هر متر برش می‌تواند داستان متفاوتی را بیان کند. وقتی لیزر صفحه متوسط را چندین برابر سریع‌تر برش می‌دهد، به جای نیتروژن از هوا استفاده می‌کند و یک مرحله سنگ‌زنی را حذف می‌کند، هزینه آن برای هر قطعه نهایی می‌تواند کمتر از پلاسما شود، حتی اگر هزینه ساعتی آن بالاتر باشد. این مقایسه فقط در صورتی صادق است که دستگاه مشغول نگه داشته شود، که تصمیم را به استفاده برمی‌گرداند.
چه کسانی هنوز باید پلاسما بخرند؟
پلاسما همچنان پاسخ صحیح برای بخش بزرگی از خریداران است. این گزینه زمانی منطقی است که:
⦿ این کار عمدتاً برش ساختاری خشن است که در آن پرداخت لبه و دقت سوراخ بسیار مهم نیست.
⦿ ضخامت ورق معمولاً از ۵۰ میلی‌متر بیشتر می‌شود، یا کارگاه برای مقاطع بسیار سنگین به سوخت اکسیژنی نیز نیاز دارد.
⦿ بودجه یا منبع تغذیه موجود، لیزر فوق العاده پرقدرت را منتفی می‌کند.
⦿ پخ‌های جوشکاری روی صفحات ضخیم یک نیاز روزانه هستند و یک سر پخ پلاسمای اثبات شده با گردش کار مطابقت دارد.
⦿ ساعات کار دستگاه برای بازپرداخت هزینه سرمایه لیزر بسیار کم است.
برای این مغازه‌ها، یک دستگاه برش پلاسمای دروازه‌ای سنگین ظرفیت صفحات ضخیم را با هزینه ورودی بسیار پایین‌تر ارائه می‌دهد، و میز پلاسمای CNC با مشعل برش شعله برای سنگین‌ترین بخش‌ها، سوخت اکسیژنی اضافه می‌کند. بسیاری از سازندگان بزرگ اکنون از هر دو روش استفاده می‌کنند: لیزر پرقدرت برای صفحات دقیق و متوسط، و پلاسما یا سوخت اکسیژنی برای ضخیم‌ترین و خشن‌ترین کارها.
چک لیست تصمیم گیری
✔ کارهای یک سال را بر اساس ضخامت دسته بندی کنید و ساعات هر کدام را بشمارید.
✔ اندازه‌گیری کار ثانویه روی قطعات پلاسمای فعلی: سنگ‌زنی، سوراخکاری و دقایق دوباره‌کاری به ازای هر قطعه.
✔ قیمت لیزر را به همراه چیلر، محفظه، ارتقاء برق و نصب، و نه فقط قیمت دستگاه، اعلام کنید.
✔ قطعات تمام‌شده را در هر شیفت مقایسه کنید، نه فقط سرعت برش.
✔ اگر استفاده از صفحات ضخیم‌تر بخش همیشگی کار است، پلاسما یا اکسیژن‌سوز را در برنامه داشته باشید.
مقایسه لیزر و پلاسما برای کار با پلیت
کاوش در قدرت بالا دستگاه های برش لیزر فیبر در کنار برش پلاسما CNCو بر اساس ضخامت، حجم و الزامات پرداخت صفحات، یک قیمت رایگان دریافت کنید.
