Лазерная, плазменная или гидроабразивная резка металла: что выбрать

Три способа в двух словах

Все три технологии решают одну задачу: вырезать плоскую деталь по контуру из листа или плиты. Станки похожи — портал, стол, ЧПУ, программа раскроя. Различается то, чем режут.

Сравнение по главным параметрам

Данные по толщинам — из паспортов TRUMPF и Hypertherm, ширина реза плазмы — из таблиц режимов XPR, характеристики гидроабразива — из обзорной статьи Википедии по водоструйной резке. Конкретный станок может отличаться в обе стороны, поэтому таблица показывает порядок величин, а не гарантию.

Скорость: где каждый способ быстрее

Скорость резки решает цену детали из толстого листа. Возьмём углеродистую сталь двух толщин и сравним, что дают таблицы режимов.

На тонком листе лидирует лазер: нержавейку 1–3 мм с азотом он режет со скоростью в десятки метров в минуту, и плазма за ним не успевает ни по скорости, ни по качеству. С ростом толщины картина меняется. Уже на 10 мм плазма по таблице производителя режет вдвое быстрее лазера на 6 кВт, а 25 мм — паспортный предел даже для станка на 10 кВт. Гидроабразив отстаёт всегда, и на толстой плите разница с плазмой — в десятки раз.

Когда выбирать лазер

Лазер берут, когда деталь из листа должна сразу идти в сборку, гибку или сварку без доработки. Узким резом можно вырезать отверстия диаметром около толщины листа, мелкие пазы и надписи, а контур повторяется от детали к детали с точностью, которую плазма не даёт. На нержавейке и алюминии при резке азотом кромка остаётся светлой и без окалины, её можно сразу сваривать или красить.

Ограничения тоже понятны. Чем толще лист, тем дороже мощность: станок на 12 кВт стоит заметно больше, чем на 3 кВт, а сталь толще 25 мм лазером режут редко. У листовых станков для цехов мощность задаёт модель. Например, у Wattsan 1530A с полем 1500×3000 мм головы рассчитаны до 6 кВт, а у 1530S с тем же полем — до 12 кВт. Медь и латунь отражают излучение, их режут, но режимы подбирают осторожнее. О том, как строить деталь под лазер и листогиб, рассказано в статье о деталях из листового металла.

Когда выбирать плазму

Плазму чаще всего используют в металлоконструкциях, судостроении и сельхозмашиностроении, где режут фланцы, косынки, рёбра и заготовки из стали 10–50 мм. На таких толщинах она быстрее лазера, а машина плазменной резки с источником на 300 А стоит дешевле лазерного станка, способного резать ту же толщину.

Платой становится качество кромки. Рез шире, верхняя кромка оплавлена, стенка реза идёт со скосом, а на нижней кромке может остаться грат. Зона нагрева больше, чем у лазера, поэтому на закаливающихся сталях кромка твердеет, и сверлить отверстие рядом с ней труднее. Отверстия диаметром меньше толщины листа плазмой не режут, их сверлят. Современные системы высокой точности сократили разрыв: Hypertherm для XPR300 заявляет стабильный диапазон 2 по ISO 9013 на тонкой углеродистой стали. Но для посадочного отверстия под подшипник это всё равно заготовка, а не готовая поверхность.

В отечественной документации точность деталей после плазменной резки задаёт ГОСТ 14792-80. Он распространяется на механизированную плазменную резку стали и алюминия толщиной 5–60 мм и устанавливает классы точности и показатели качества поверхности реза. Конструктору стоит ссылаться на него в технических требованиях, а не писать на кромке допуск, который плазма не обеспечит.

Когда выбирать гидроабразив

Гидроабразив нужен там, где нагрев недопустим или материал не режется ничем другим. Это термообработанные и закалённые детали, у которых нельзя отпустить кромку; титан и жаропрочные сплавы для авиации; толстый алюминий, медь и латунь; камень, стекло, керамика, композиты и резина. Тот же станок вырежет и стальной фланец толщиной 100 мм, и прокладку из паронита.

Слабые места — скорость и стоимость часа. Абразив расходуется непрерывно. OMAX называет типичным расходом около фунта гранатового песка в минуту, то есть примерно 0,45 кг, а на скоростных режимах он больше. Насос сверхвысокого давления требует обслуживания уплотнений, а отработанный абразив со шламом надо вывозить. Поэтому раскраивать гидроабразивом обычную сталь 3–10 мм, которую можно резать лазером, невыгодно.

Как выбрать под конкретную деталь

Если речь о покупке своего станка, а не о заказе резки, к выбору способа добавляется сервис: источник, голову и чиллер настраивают на месте, а от обучения оператора зависит, как быстро станок выйдет на режимы. У продавцов с собственным сервисом, вроде Lasercut, пусконаладка и обучение оператора входят в поставку.