等离子切割与激光切割工艺及成本分析

摘要：文章阐述了等离子切割和激光切割两种切割方式的工作原理，对两种切割方式的基本工艺和成本进行了分析，在综合比较两种切割工艺的基础上提出了相关使用建议。
关键词：等离子；激光；切割工艺；成本比较

1  等离子切割与激光切割工作原理
    等离子切割机是一种新型的热切割设备，它的工作原理是以氧气或氮气为工作气体，利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化和蒸发，并借高速等离子流的动量排除熔融金属以形成割缝的一种加工方法。
    激光切割的原理是，激光束通过激光发生器产生后由全反射镜传递并通过聚焦镜照射到加工工件上，加工工件在激光斑点的照射下，产生局部高温(达到10000℃ 以上)，使工件的被加工点瞬时融化或者汽化从而形成割缝．同时用一定压力的辅助气体将割缝处的残余熔渣吹除．配合激光头的运行轨迹最终达到加工的目的。

2  等离子切割与激光切割工艺比较
    等离子切割机可用于不锈钢、铝、铜、铸铁、碳钢等各种金属材料切割，等离子切割以中厚板切割为主，以260 A 的等离子电源为例，最大切割厚度可达60 mm。等离子切割切割速度快、切缝狭窄、切口平整、热影响区小，工件变形小，运行成本低，具有显著的节能及经济效果，其缺点是断面垂直度有0．5°～1．5°倾斜角，切割断面硬化。
    激光切割以中薄板为主，以4 000W 激光为例，最大可切25 mm左右普通碳钢。激光切割机除用于切割碳钢、不锈钢、铝合金等材料外，还可用于切割各种高熔点材料、耐热合金和超硬合金等特种金属材料，也可切割半导体材料、非金属材料以及复合材料。激光因其具有几乎无发散的方向性，具有极高的发光强度，激光切割速度快、加工精度高、切缝狭窄、切口光滑、热影响区小、切割板材变形小，切割表面无损伤，一般不需后续加工。
    等离子切割与激光切割基本工艺参数对比见表1。

http://www.thinkpipe.com.cn/data/news_notices/dlzb1.png

3  等离子切割与激光切割成本分析
    以切割10 mm普通碳钢板为例。等离子切割与激光切割两种切割工艺成本分析如表1所示。

http://www.thinkpipe.com.cn/data/news_notices/dlzb2.png

    根据上表中的数据分析，按设备年时基数3860h计算，等离子切割机的运行成本为97．65元／h，激光切割机的运行成本为263．73元／h。
    按精细等离子切割和4 kW 激光的切割速度分别为3．4 m／min和1．5 m／min计算，精细等离子切割成本为0．48元／m，激光切割成本为2．9元／m。

4  综合比较及建议
    等离子切割和激光切割都有其适用的领域。激光切割除可用于切割碳钢、不锈钢等材料外，还可切割各种高熔点材料、耐热合金和超硬合金等特种金属材料以及半导体材料、非金属材料和复合材料，其切割应用范围更广。尤其在薄板切割．切割效率要求高和热变形要求小的情况下，激光切割具有突出的优越性。而就切割成本而言，等离子切割机相对于激光切割机来说要便宜得多。
    综上所述，在等离子切割与激光切割的工艺选择问题上建议如下：
   1)对于一般的钣金切割领域，如果对加工精度要求不是很高的情况下，选用等离子切割性价比更高。
   2)对于板厚在6 mm以下的材料，考虑到等离子切割相对于激光切割热变形要大，为防止工件受热变形后碰撞割炬，一般不选用等离子切割。而选用激光进行切割或进行冷冲切。
   3)对于各种高熔点材料、耐热合金和超硬合金等特种金属材料以及半导体材料、非金属材料和复合材料，或切割精度要求较高的薄板类工件，建议选用激光切割。

本文作者：周铨（南车株洲电力机车有限公司）

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