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　　等離子、火焰、激光還是水刀？
 

　　在金屬加工應用領(lǐng)域中，用戶經(jīng)常面臨如何選擇適合的金屬切割工藝的問題。  實際上，現(xiàn)在主流的這幾種金屬切割工藝，在切割厚度，切割精度，冶金性能，生產(chǎn)效率等方面都各有特點。
 

　　本文也不能窮盡以上所有特點細節(jié)，只能做些概述總結(jié)，希望能給您帶來更好的認識，便于您做出好的選擇。
 

　　在我們討論每種工藝的技術(shù)和能力之前，我們必須先明確對于金屬加工行業(yè)的用戶，哪些需求是重要的：

　　設備購置費用：以上幾種切割方式都需要配備不同的數(shù)控CNC，除塵設備，CAD/CAM軟件等。例如，相比水刀和火焰較慢的切割速度，激光在薄板上就要求更高的速度和精度。這些要求會直接導致設備成本的巨大差異。

　　單位零件或單位長度的切割成本：這項成本包括氣體、噴嘴、電極、電和水等。某些情況下還分攤了設備購置費用和人工成本（例如上下料）。所以在進行對比時一定要注意其范圍。相對于單位時間成本，單位零件或單位長度成本涵蓋了切割速度和生產(chǎn)效率，更具有實際的參考價值。
 

　　易用性：這項需求主要在于軟件（特別是CAM）和CNC數(shù)控�，F(xiàn)在通過將專業(yè)經(jīng)驗內(nèi)置集成而縮短學習時間和減少對經(jīng)驗的依賴。比如等離子切割領(lǐng)域的領(lǐng)導者--海寶，它將海寶等離子的全套工藝參數(shù)直接內(nèi)置在海寶自己的套料軟件和CNC數(shù)控里，新用戶能快速掌握，保持了和專業(yè)老手一致的切割品質(zhì)和生產(chǎn)效率。這項需求雖然很難量化，但對于實際生產(chǎn)不容忽視。
 

　　生產(chǎn)率：也叫產(chǎn)能。切割速度往往是產(chǎn)能的決定因素。

　　切割件精度：對金屬制件精度的測量有很多方式。通常相對于內(nèi)孔，對外輪廓的公差要求更低。所以現(xiàn)在很多金屬切割供應者都推出了切割質(zhì)量更高的內(nèi)孔工藝，例如海寶的集成螺栓孔切割工藝。另外，用戶通常在測量中只測量上表面，但實際上因為切割斜度的影響，底面的尺寸會有很大的差異。本文為簡單起見，建議使用針對于上表面測量的正負公差值，再考慮每種工藝的切割斜度。
 

　　邊緣質(zhì)量、冶金性能：上面的所有工藝對金屬切削性、成型性能和焊接性都有不同的影響。

　　維護要求：長期的使用成本里需要考慮這些不同工藝的維護保養(yǎng)以及維護的難易。

　　下面是對這些不同工藝的簡要說明，包括火焰切割，精細等離子，3千瓦的光纖激光和水刀。為了對比，我會采用完整系統(tǒng)的設備購置費用，包括5’ x 10’（約1.5 x 3米）切割區(qū)域，一臺工業(yè)數(shù)控機床（既不是入門級也不是高配置），CAD/CAM軟件。

　　1火焰切割
 

　　火焰切割工藝是我們這里討論的所有切割技術(shù)中簡單的。其原理是先用可燃氣體加熱鋼鐵到“燃點”溫度（大約是1800F），一旦通過預熱達到這個溫度，再噴射純氧與熾熱的鋼鐵產(chǎn)生放熱反應，迅速侵蝕掉鋼鐵�；鹧嬷荒芮刑间�，多用在1/4”（約6.35mm）到 6” （約150mm） 的厚度。切割速度在超過2” （約50mm）厚度時比其他工藝快。在一臺數(shù)控機床上同時安裝多把火焰割炬很容易，而且便宜，這樣能使產(chǎn)能翻倍。

　　5’ x 10’火焰切割床成本：8--18萬人民幣 (速度低的相對簡單型機床)

　　單位零件或單位長度的切割成本：用氣相當多，切割速度慢。鋼板厚度越厚，相對于等離子，其切割成本越有優(yōu)勢。通常每英尺切割成本比等離子高，超過2” （約50mm）厚度時，成本相對較低。
 

　　易用性：火焰數(shù)控切割床要求操作員很有經(jīng)驗，才能達到快的切割速度和好的切割質(zhì)量。通常還需要一直監(jiān)視切割的過程。

　　生產(chǎn)率：火焰切割由于預熱時間長，切割速度慢，所以生產(chǎn)效率很低。
 

　　切割件精度：好的操作工在合適的速度、高度、氣體、噴嘴情況下，切割件尺寸公差大概是正負0. 030” （約0.76mm），斜度小于1度。

　　邊緣質(zhì)量、冶金性能：火焰切割的熱影響區(qū)很大。斷面粗糙并且有掛渣。

　　維護要求：火焰切割床的維護比較簡單，用戶自己就能掌握。

　　2精細等離子

　　精細等離子是利用高溫的電離氣體產(chǎn)生高能量密度的切割電弧，所以能切割所有導電材料。新的技術(shù)對操作者沒有經(jīng)驗的要求。精細等離子適合切割26 gauge（約0.45mm） 到2”（約50mm）厚的碳鋼，以及6¼”（約160mm）厚度內(nèi)的不銹鋼和鋁。
5’ x 10’等離子切割床成本：40--60萬人民幣(速度更快，配備調(diào)高和除塵)

　　單位零件或單位長度的切割成本：在¼”（約6.35mm） 到2”（約50mm）厚的碳鋼上，等離子的切割成本相對于其他工藝是低的。
 

　　易用性：配備新的數(shù)控和軟件后，等離子非常易學易用。由于專業(yè)的工藝參數(shù)都已經(jīng)內(nèi)置在套料軟件里，所以對操作者沒有經(jīng)驗要求。
 

　　生產(chǎn)率：厚度大于¼”（約6.35mm）時，切割速度快于激光。厚度小于2”（約50mm）時，切割速度快于火焰。等離子是所有切割工藝中速度快、效率高的。

　　切割件精度：碳鋼切割件尺寸公差大概是正負0. 015” （約0.38mm） 到0.020”（約0.5mm）。對于厚度小于3/8” （約9.5mm）的薄板，斜度在2-3度。對于厚度大于1/2”（約12.7mm）的厚板，斜度在1度以內(nèi)。
 

　　邊緣質(zhì)量、冶金性能：熱影響區(qū)很小，通常小于0.010” （約0.25mm）。斷面可焊性好，光潔無掛渣。
 

　　維護要求：維護比較簡單，用戶自己就能掌握，或只需廠商電話支持。

　　3光纖激光
 

　　光纖激光是目前新的激光技術(shù)。其使用的固態(tài)激光發(fā)生器比傳統(tǒng)的Co2激光要更，而且光纖激光的波長適合在細軟的光纖中傳導，比起只能用鏡面反射傳導的Co2激光要具柔性，更易維護。高能的激光通過聚焦，熔化被切割材料，輔助氣體（切碳鋼時通常使用氧氣）吹掉熔融的金屬。一臺3千瓦的光纖激光在切割能力和速度上相當于4到5千瓦的Co2激光。其切割能力一般能達到¾”（約19mm）厚的碳鋼。
 

　　5’ x 10’光纖激光切割床成本：200--300萬人民幣(激光切割床要求運動精度更高，且需要遮光防護)
 

　　單位零件或單位長度的切割成本：厚度小于¼”（約6.35mm）時，激光切割成本具優(yōu)勢。隨著厚度的增加，切割速度顯著降低，雖然切割質(zhì)量和精度很好，但切割成本卻高于等離子。
 

　　易用性：與新的等離子系統(tǒng)類似，配備新的數(shù)控和軟件后，激光切割床也一樣易學易用，因為所有的設置都是自動的。

　　生產(chǎn)率：在薄板上生產(chǎn)效率高，厚度增到¼”（約6.35mm）時，與等離子持平。
切割件精度：好的光纖激光切割件尺寸公差大概是正負0. 01” （約0.25mm）內(nèi)。優(yōu)于等離子，可與水刀媲美。斜度在1度以內(nèi)。
 

　　邊緣質(zhì)量、冶金性能：熱影響區(qū)比等離子略小。
 

　　維護要求：相比之前的Co2激光，光纖激光的維護難度大幅降低，在廠商電話支持下，用戶一般可以掌握。

　　4水刀
 

　　水刀技術(shù)已有數(shù)十年的歷史，從蛋糕到花崗巖材質(zhì)上都有廣泛的應用。軟的材料能用純水切割，高壓水流(40,000 到 60,000 psi)由噴嘴壓縮，增加流速和能量密度。也可以在水流中加砂，砂的作用就類似于鋸的齒，在水流的推動下進行切割。當前先進的水刀泵能達到100,000 psi的高壓水。更高的壓力意味著更快的切割速度，當然停機維護時間也會增加，因為泵的密封需要定期更換。相對于其他切割工藝，水刀大的兩個優(yōu)勢在于沒有熱影響區(qū)和能切幾乎任何材質(zhì)。另外水刀的切割精度很好。但水刀大的劣勢在于其切割速度很慢。
 

　　5’ x 10’水刀切割床成本：50--90萬人民幣(由于速度慢，所以運動性能要求低，比激光床便宜，比等離子床略貴)

　　單位零件或單位長度的切割成本：由于水刀切割速度太慢，所以單位零件的切割成本相比于其他工藝是高的。
 

　　易用性：與新的等離子系統(tǒng)類似，配備新的數(shù)控和軟件后，水刀切割床也一樣易學易用。對操作者的經(jīng)驗要求很低。
 

　　生產(chǎn)率：在碳鋼和不銹鋼上很慢，切鋁會快點。
 

　　切割件精度：水刀的精度是所有切割工藝中好的，切割件尺寸公差大概是正負0. 005” （約0.13mm）內(nèi)。斜度在1度以內(nèi)。
 

　　邊緣質(zhì)量、冶金性能：對被切割的材料冶金性能沒有影響。斷面光滑，切割質(zhì)量與砂礫和切割速度有關(guān)（越慢越光滑）。
 

　　維護要求：維護比較簡單，用戶自己就能掌握。

　　在美國芝加哥的FabTech展上，海寶曾在1/2”（約12.7mm）的碳鋼上，同時展示了五種不同的切割工藝：空氣等離子 (Powermax105), 長壽命空氣和氧氣等離子 (MaxPro200), 精細等離子 (HPR130XD), 3千瓦光纖激光 (HyIntensity Fiber laser), 水刀 (HyPrecision Waterjet)。
遠遠的看上去，五種工藝的切割樣件都差不。但近看，觀眾就能發(fā)現(xiàn)空氣等離子的樣件有明顯斜度，特別是小孔。氧氣等離子的切割斜度減小，精細等離子幾乎看不出來斜度。

　　誠然，只在1/2”（約12.7mm）的碳鋼上做對比是不公平的，在這個厚度范圍，精細等離子無疑是好的選擇。

　　但如果我們切1/8” （約3mm）的鋁，相信水刀和激光會更、精度更高。

　　如果尺寸要求放寬，價格低廉的空氣等離子應該是好的選擇。

　　所以，先明確自己的需求和實際應用，綜合考慮本文所述的各種工藝特點，相信您一定能選擇適合的金屬切割工藝和設備。
 

　　關(guān)于海寶Hypertherm：

　　海寶設計并制造先進的切割產(chǎn)品，這些系統(tǒng)廣泛應用于多個行業(yè)，例如造船業(yè)、制造業(yè)和汽車修理等行業(yè)。海寶產(chǎn)品線包括手持及機用等離子系統(tǒng)和易損件、光纖激光和水刀切割產(chǎn)品、CNC 運動控制和調(diào)高控制器以及 CAM 切割軟件。海寶系統(tǒng)以其卓越的性能和可靠性而備受信賴，幫助數(shù)十萬的企業(yè)提高了生產(chǎn)效率和盈利能力。海寶的總部設在新罕布什爾州，自從 1968 年發(fā)明水刀等離子切割技術(shù)以來，公司在切割的創(chuàng)新方面已經(jīng)享有 40 余年的崇高聲譽。作為一家員工持有的公司，海寶一直被評為全美工作場所之一，共有 1300 多名員工，同時，銷售及服務分支機構(gòu)和合作伙伴遍布全球。 海寶中國產(chǎn)品應用工程師 汪宏亮