Трубы, изготовленные из металла, используются при прокладке коммуникаций, а также строительстве металлоконструкций и изготовлении промышленного оборудования. При изготовлении из проката деталей нужной длины применяется технология резки материалов на лазерном станке.
Раскрой металлических труб производится несколькими методами. Какой выбрать метод, зависит от используемого материала и диаметра трубопроката, размера партии, требуемой точности и геометрических характеристик, особенностей эксплуатации металлических изделий.
Давайте рассмотрим способы резки металлических труб
На данный момент существует несколько способов резки труб: механический, плазменный, газовая или лазерная резка. Все данные варианты требуют наличия специализированного оборудования или профессионального инструмента.
Механическая обработка труб
Механическая обработка металлических труб имеет ряд недостатков, которые могут ограничивать ее применение в зависимости от конкретных задач и условий. Основные недостатки включают:
1. Высокая стоимость оборудования и инструментов:
— современные станки (токарные, фрезерные, шлифовальные и др.) требуют значительных капиталовложений
— инструменты (резцы, фрезы, сверла) быстро изнашиваются и требуют замены
2. Большая энергозатратность:
— процесс механической обработки требует большого количества энергии, особенно при обработке твёрдых металлов
3. Ограниченная точность при сложных формах:
— достижение высокой точности и сложных геометрических форм может быть затруднено, особенно на традиционном оборудовании
4. Образование больших отходов:
— в процессе обработки образуется стружка и пыль, что приводит к потерям материала и необходимости утилизации отходов
5. Тепловые деформации обрабатываемого материала:
— в процессе обработки выделяется тепло, что может вызывать деформацию заготовки и ухудшение качества поверхности
6. Ограниченная скорость обработки:
— для достижения высокой точности и качества поверхности скорость обработки часто приходится снижать, что увеличивает время производства
7. Колоссальный износ оборудования:
— постоянное использование станков и инструментов приводит к их износу, что требует регулярного обслуживания и ремонта
8. Ограниченное использование материалов:
— некоторые металлы и сплавы (например, с высокой твёрдостью или хрупкостью) сложно обрабатывать механически
9. Постоянный шум и вибрации при обработке:
— процесс механической обработки сопровождается шумом и вибрациями, что может негативно влиять на условия труда и окружающую среду
10. Необходимость квалифицированного персонала:
— для работы на современных станках и обеспечения качественной обработки требуется высококвалифицированный персона
11. Ограничения по миниатюризации:
— механическая обработка может быть неэффективна при создании очень мелких деталей или микроструктур
Данные перечисленные недостатки могут быть частично компенсированы использованием современных технологий, таких как ЧПУ (числовое программное управление), автоматизация и применение альтернативных методов обработки (например, лазерная резка, электроэрозионная обработка).
Газовая резка труб
Газовая резка труб — это процесс разделения или обработки металлических труб с использованием высокотемпературного пламени, создаваемого газовой горелкой. Этот метод широко применяется в промышленности, строительстве и ремонтных работах благодаря своей простоте и доступности. Однако у него есть как преимущества, так и недостатки.
Одни из некоторых преимуществ газовой резки труб:
1. Универсальность:
— подходит для резки труб из различных металлов, включая углеродистую сталь и низколегированные стали
— может использоваться для труб большого диаметра и толщины
2. Мобильность:
— оборудование для газовой резки компактное и портативное, что позволяет проводить работы непосредственно на объекте
3. Низкая стоимость оборудования:
— по сравнению с другими методами резки (например, плазменной или лазерной) газовое оборудование стоит дешевле
4. Простота использования:
— метод не требует сложного обучения, а процесс резки легко контролировать
5. Возможность резки толстых материалов:
— газовой резкой можно обрабатывать трубы с толщиной стенки до 300 мм и более
Ряд недостатков газовой резки труб:
1. Ограниченная точность:
— газовый метод не обеспечивает высокой точности резки, особенно по сравнению с лазерной или плазменной резкой
2. Тепловое воздействие:
— в процессе резки металл нагревается, что может вызывать деформации и изменение структуры материала в зоне рез
3. Ограничения по материалам:
— газовой резкой нельзя резать трубы из цветных металлов (алюминий, медь) и высоколегированных сталей (например, нержавеющую сталь)
4. Образование окалины:
— на кромках реза образуется окалина, которую необходимо удалять дополнительной обработкой
5. Пожароопасность:
— использование горючих газов (ацетилен, пропан) требует строгого соблюдения мер безопасности
6. Зависимость от качества газа:
— качество резки зависит от чистоты и давления используемого газа
7. Медленная скорость резки:
— по сравнению с плазменной или лазерной резкой газовая резка выполняется медленнее
8. Экологические аспекты:
— в процессе резки выделяются вредные газы и продукты горения, что требует хорошей вентиляции
Основные этапы газовой резки труб:
1. Подготовка:
— очистка поверхности трубы от загрязнений, ржавчины и краски
— разметка линии реза
2. Нагрев:
— пламя горелки нагревает металл до температуры воспламенения (около 900–1200 °C для стали)
3. Резка:
— подача струи кислорода, которая окисляет металл и выдувает расплавленный материал из зоны реза
4. Завершение:
— очистка кромок от окалины и шлака
Области применения газовой резки труб:
— строительство трубопроводов
— ремонт и демонтаж труб
— изготовление металлоконструкций
— подготовка труб для сварки
Рекомендации по газовой резке труб:
— для повышения качества резки используйте направляющие или шаблон
— соблюдайте технику безопасности: работайте в защитной одежде, используйте очки и перчатки
— для резки труб из цветных металлов или нержавеющей стали выбирайте альтернативные методы (плазменная, лазерная резка).
Один из популярных методов на данный момент остается газовая резка благодаря своей доступности и простоте, но для сложных задач или высокоточных работ рекомендуется рассматривать более современные технологии.
Плазменная резка труб
Плазменная резка труб является современным метод обработки металлов, в этом методе резки используется высокотемпературная плазменная дуга. Данный метод широко используется для резки труб из различных металлов, включая сталь, алюминий, медь и нержавеющую сталь. Плазменная резка отличается высокой скоростью, точностью и универсальностью.
Преимущества плазменной резки труб:
1. Высокая скорость резки:
— плазменная резка выполняется значительно быстрее, чем газовая или механическая обработка
2. Точность:
— обеспечивает высокую точность реза с минимальными отклонениями от заданных размеров
3. Универсальность:
— подходит для резки труб из различных металлов, включая чёрные и цветные металлы, а также нержавеющую сталь
4. Минимальное тепловое воздействие:
— по сравнению с газовой резкой плазменная резка вызывает меньше деформаций и изменений структуры металла
5. Чистота реза:
— кромки реза получаются ровными и чистыми, с минимальным количеством окалины или шлака
6. Автоматизация:
— плазменная резка легко интегрируется в системы ЧПУ (числовое программное управление), что позволяет выполнять сложные контуры и формы
7. Безопасность:
— не требует использования горючих газов, что снижает риск возгорания
8. Экономичность:
— при больших объёмах работ плазменная резка может быть более экономичной, чем газовая, благодаря высокой скорости и меньшему количеству отходов
Недостатки плазменной резки труб:
1. Ограничения по толщине:
— плазменная резка эффективна для труб с толщиной стенки до 50–60 мм. Для более толстых материалов предпочтительнее использовать газовую резку
2. Высокая стоимость оборудования:
— плазменные установки и расходные материалы (сопла, электроды) дороже, чем оборудование для газовой резки
3. Зависимость от качества воздуха:
— для работы плазменной установки требуется чистый сжатый воздух, что может потребовать дополнительного оборудования
4. Шум и дым:
— в процессе резки выделяется шум и дым, что требует использования средств защиты и вентиляции
5. Ограниченная мобильность:
— плазменные установки, особенно с ЧПУ, менее мобильны, чем газовое оборудование
Основные этапы плазменной резки труб:
1. Подготовка:
— очистка поверхности трубы от загрязнений и ржавчины
— разметка линии реза
2. Формирование плазменной дуги:
— между электродом и трубой создаётся электрическая дуга, которая ионизирует газ, превращая его в плазму
3. Резка:
— высокотемпературная плазма (до 30 000 °C) расплавляет металл, а поток газа выдувает расплавленный материал из зоны реза
4. Завершение:
— очистка кромок от остатков шлака (при необходимости)
Области применения плазменной резки труб:
— изготовление металлоконструкций
— ремонт и демонтаж трубопроводов
— производство деталей для машиностроения
— создание сложных геометрических форм (например, фигурные вырезы в трубах)
Рекомендации:
— для повышения качества резки используйте направляющие или системы ЧПУ
— регулярно проверяйте и заменяйте расходные материалы (сопла, электроды)
— для резки толстостенных труб (более 50 мм) рассмотрите альтернативные методы, такие как газовая резка
— соблюдайте технику безопасности: используйте защитные очки, перчатки и обеспечьте хорошую вентиляцию
В современной металлообработке плазменная резка труб — это оптимальный выбор для задач, требующих высокой скорости, точности и универсальности, особенно при работе с тонкостенными трубами и цветными металлами.
Лазерная резка труб
Высокотехнологичным методом обработки труб является лазерная резка, при данном методе для резки используется сфокусированный лазерный луч. Этот метод широко применяется в промышленности благодаря своей высокой точности, скорости и возможности обработки сложных форм. Лазерная резка особенно эффективна для работы с трубами из различных металлов, включая сталь, алюминий, медь, латунь и нержавеющую сталь.
Преимущества лазерной резки труб:
1. Высокая точность:
— лазерная резка обеспечивает минимальные отклонения от заданных размеров (точность до 0,1 мм)
— возможность создания сложных геометрических форм и фигурных вырезов
2. Чистота реза:
— кромки реза получаются ровными и гладкими, без окалины и шлака, что снижает необходимость дополнительной обработки
3. Минимальное тепловое воздействие:
— лазерный луч имеет малую зону нагрева, что минимизирует деформации и изменения структуры металла
4. Высокая скорость:
— лазерная резка выполняется быстрее, чем многие традиционные методы (например, газовая или механическая резка)
5. Автоматизация:
— лазерные установки легко интегрируются с системами ЧПУ (числовое программное управление), что позволяет автоматизировать процесс и повысить производительность
6. Универсальность:
— подходит для резки труб из различных металлов, включая чёрные и цветные металлы, а также тонкостенные материалы
7. Экономия материала:
— благодаря высокой точности и минимальной ширине реза снижается количество отходов
8. Безопасность:
— лазерная резка не требует использования горючих газов, что делает процесс более безопасным
Недостатки лазерной резки труб:
1. Ограничения по толщине:
— лазерная резка эффективна для труб с толщиной стенки до 20–25 мм (для стали). Для более толстых материалов требуется использование других методов (например, плазменной или газовой резки)
2. Высокая стоимость оборудования:
— лазерные установки и их обслуживание требуют значительных капиталовложений
3. Зависимость от типа материала:
— некоторые материалы (например, медь и алюминий) имеют высокую отражательную способность, что может усложнять процесс резки
4. Энергозатратность:
— лазерные установки потребляют значительное количество электроэнергии
5. Ограниченная мобильность:
— лазерное оборудование, как правило, стационарное и требует специальных условий для установки
Основные этапы лазерной резки труб:
1. Подготовка:
— очистка поверхности трубы от загрязнений и ржавчины
— разметка линии реза (или загрузка CAD-модели в систему ЧПУ)
2. Фокусировка лазерного луча:
— лазерный луч фокусируется на поверхности трубы с помощью линз или зеркал
3. Резка:
— лазерный луч нагревает и расплавляет металл в зоне реза, а поток газа (например, азота или кислорода) удаляет расплавленный материал
4. Завершение:
— очистка кромок (при необходимости) и контроль качества
Области применения лазерной резки труб:
— машиностроение (изготовление деталей для автомобилей, самолётов и т.д.)
— строительство (производство металлоконструкций
— мебельная промышленность (создание декоративных элементов)
— медицинская промышленность (изготовление точных деталей для оборудования)
— производство трубопроводов и фитингов
Рекомендации:
— для повышения качества резки используйте системы ЧПУ и современное программное обеспечение
— регулярно обслуживайте лазерное оборудование (чистка линз, замена расходных материалов)
— для резки толстостенных труб (более 20 мм) рассмотрите альтернативные методы, такие как плазменная или газовая резка
— соблюдайте технику безопасности: используйте защитные очки и обеспечьте хорошую вентиляцию
Лазерная резка труб — это идеальный выбор для задач, требующих высокой точности, чистоты реза и возможности обработки сложных форм. Однако для толстостенных труб или больших объёмов работ могут потребоваться альтернативные методы.
Рассмотрим подробнее метод лазерной резки труб
Требуемое оборудование для лазерной резки труб
На российском рынке в продаже представлено огромное количество различных станков для раскроя металлического проката. Данные станки различаются мощностью, типом воздействия, характеристиками обрабатываемого материала.
Большая часть современных моделей оснащается числовым программным управлением. С помощью специальной программы можно задавать параметры обработки, указывать траекторию резки, менять характеристики изделия. По принципу формирования светового луча станки бывают твердотельные, углекислотные и оптоволоконные.
Труборез твердотельный
В твердотельных труборезах применяется источник излучения в виде элемента из полупроводникового материала, данный элемент изготавливается в большинстве случаев из кремния. Излучатель должен обладать высокой теплопроводностью и обеспечивать значительный коэффициент усиления.
Твердотельные труборезы подходят как для раскроя, так и для вырезания сложных фигурных деталей. Они используются для металлов, которые хорошо отражают излучение. К таким металлам относятся: алюминий, медь, сплавы серебра.
Основные преимущества твердотельных труборезов:
1. Высокая точность резки
— твердотельные лазеры обеспечивают исключительную точность резки (до ±0,1 мм), что позволяет создавать сложные геометрические формы и минимизировать отклонения
— идеально подходят для задач, требующих высокой повторяемости
2. Минимальные тепловые деформации
— лазерная резка вызывает меньше тепловых искажений по сравнению с плазменной или механической резкой, что особенно важно для тонкостенных труб
3. Высокая скорость обработки
— твердотельные лазеры работают быстрее многих традиционных методов резки, что повышает производительность
— возможность одновременной обработки нескольких труб (в зависимости от конфигурации станка)
4. Чистота кромки
— лазерная резка обеспечивает гладкие и ровные кромки без заусенцев, сколов или других дефектов, что снижает необходимость в дополнительной обработке
5. Универсальность
— твердотельные лазерные труборезы могут обрабатывать различные материалы, включая:
— сталь
— нержавеющую стал
— алюминий
— мед
— латунь
— подходят для труб разной формы (круглые, квадратные, прямоугольные, профильные)
6. Автоматизация процесса
— твердотельные лазерные труборезы легко интегрируются с системами ЧПУ (числовое программное управление), что позволяет автоматизировать процесс и минимизировать участие оператора
— возможность программирования сложных резов (фаски, отверстия, пазы)
7. Экономия материала
— благодаря высокой точности и возможности плотной компоновки деталей лазерные труборезы минимизируют отходы материала
8. Возможность резки под углом
— лазерные труборезы могут выполнять резку под различными углами, что важно для создания сложных конструкций (например, в каркасном строительстве или производстве мебели)
9. Минимальные требования к фиксации заготовки
— лазерная резка не требует сильного механического воздействия на трубу, что снижает риск деформации заготовки
10. Долговечность оборудования
— твердотельные лазеры имеют длительный срок службы и меньше требуют обслуживания по сравнению с газовыми лазерами
11. Энергоэффективность
— твердотельные лазеры потребляют меньше энергии по сравнению с CO2-лазерами, что снижает эксплуатационные затраты
12. Компактность
— твердотельные лазерные системы обычно более компактны, чем CO2-лазеры, что экономит производственное пространство
13. Возможность обработки тонкостенных труб
— лазерные труборезы идеально подходят для работы с тонкостенными трубами, которые могут деформироваться при использовании других методов резки
14. Высокое качество реза
— лазерная резка обеспечивает высокое качество поверхности, что важно для последующей обработки (например, сварки или покраски)
15. Широкая область применения
— твердотельные лазерные труборезы используются в различных отраслях:
— автомобильная промышленность
— аэрокосмическая промышленность
— строительство
— производство мебели
— энергетика и трубопроводные системы
16. Минимальные эксплуатационные затраты
— твердотельные лазеры не требуют регулярной замены газовых трубок (как в CO2-лазерах), что снижает затраты на обслуживание
17. Возможность резки сложных форм
— лазерные труборезы позволяют создавать сложные геометрические формы, отверстия и пазы, что невозможно при использовании традиционных методов
18. Экологичность
— лазерная резка не выделяет вредных веществ в процессе работы (при условии использования системы вентиляции и фильтрации)
Основные недостатки техники твердотельных труборезов:
1. Высокая начальная стоимость
— твердотельные лазерные труборезы требуют значительных первоначальных инвестиций, что может быть недоступно для небольших предприятий или мастерских
— дополнительные затраты на установку, обучение персонала и настройку оборудования
2. Ограниченная толщина резки
— твердотельные лазеры эффективны для резки тонких и средних труб, но их возможности ограничены при работе с толстостенными материалами (обычно до 20-25 мм, в зависимости от мощности лазера)
3. Высокие эксплуатационные расходы
— затраты на электроэнергию, особенно при интенсивной эксплуатации
— необходимость регулярного обслуживания оптики (линзы, зеркала) и других компонентов станка
4. Чувствительность к отражающим материалам
— твердотельные лазеры могут быть менее эффективны при работе с материалами с высокой отражающей способностью (например, алюминий, медь), если не используются специальные настройки или покрытия
5. Необходимость квалифицированного персонала
— для эффективной работы с твердотельными лазерными труборезами требуется обученный персонал, который понимает особенности настройки, программирования и обслуживания оборудования
6. Ограниченная мобильность
— твердотельные лазерные труборезы обычно стационарны и требуют специальных условий для установки (стабильное электроснабжение, вентиляция)
7. Необходимость системы вентиляции
— в процессе резки выделяются газы и дым, которые требуют отвода с помощью системы вентиляции и фильтрации. Это увеличивает затраты на установку и эксплуатацию.
8. Ограниченная долговечность оптики
— оптические компоненты (линзы, зеркала) требуют регулярной очистки и замены, так как они загрязняются в процессе работы
9. Чувствительность к условиям окружающей среды
— твердотельные лазеры чувствительны к перепадам температуры, влажности и пыли, что может повлиять на их производительность и срок службы
10. Ограниченная гибкость в производстве
— переключение между разными материалами и задачами может требовать перенастройки оборудования, что занимает время
11. Высокий уровень шума
— некоторые модели твердотельных лазерных труборезов могут издавать значительный шум во время работы, что требует дополнительных мер по звукоизоляции
12. Риск перегрева
— при интенсивной эксплуатации лазерный станок может перегреваться, что требует установки системы охлаждения (например, чиллеров), что увеличивает затраты
13. Ограниченная мощность для толстых материалов
— для резки толстостенных труб может потребоваться более мощный лазер, что увеличивает стоимость оборудования и эксплуатационные расходы
14. Необходимость программного обеспечения
— для работы с твердотельными лазерными труборезами требуется специализированное программное обеспечение, которое может быть дорогим и сложным в освоении
15. Ограниченная область применения
— твердотельные лазерные труборезы не подходят для обработки некоторых материалов, таких как поликарбонат или ПВХ, так как при нагреве они выделяют токсичные газы
16. Высокая стоимость запчастей
— запасные части и компоненты для твердотельных лазерных труборезов могут быть дорогими, что увеличивает затраты на обслуживание
17. Ограниченная скорость для некоторых материалов
— при работе с материалами с высокой теплопроводностью (например, алюминий) скорость резки может быть ниже, чем при использовании других методов (например, плазменной резки)
Станки твердотельные требуют сложной и точной настройки для работы с разными материалами. Данные аппараты этого типа в основном работают с металлическими сплавами. Для обработки неметаллических изделий они не подходят. Исключение составляет керамика и некоторые виды пластика.
Твердотельные установки генерируют излучение с длиной волны 1,06 микрон. Для проката с толщиной стенки более 0,5 мм требуется более мощная техника.
Газовые резаки СО2
Рабочей основой в СО2-установках служит углекислый газ в чистом виде или его смесь с азотом и гелием. Газ подается через трубку и возбуждается с помощью электрических разрядов. Для усиления мощности излучения в конструкции присутствует отражающее стекло.
Труборезы на газовой основе более популярны, чем твердотельные. Данный факт связан с более высокой мощностью оборудования, данное оборудование позволяет разрезать толстостенный прокат. Длина волны излучения – 10,6 микрон. Это в 10 раз больше, чем в твердотельных агрегатах.
Приборы углекислотные более распространены, чем твердотельные. Они более универсальны, подходят для деталей с разными характеристиками. Данные аппараты применимы не только для металлических деталей, но и для изделий из пластика, камня, полимерных материалов, стекла.
Основные плюсы углекислотных агрегатов:
1. Высокая точность обработки
— газовые лазерные станки обеспечивают высокую точность резки и гравировки, что позволяет создавать сложные и детализированные изделия
— минимальная ширина реза (до 0,1 мм) и возможность работы с мелкими деталями
2. Универсальность
— CO2-лазеры могут обрабатывать широкий спектр материалов, включая:
— металлы (с использованием дополнительных газов, таких как азот или кислород)
— пластик
— дерево
— стекло
— керамику
— ткань, кожу и другие органические материалы
3. Отсутствие механического контакта
— лазерная обработка не требует физического контакта с материалом, что исключает риск деформации или повреждения заготовки
4. Высокая скорость обработки
— газовые лазерные станки работают быстрее многих традиционных методов обработки, таких как фрезерование или ручная резка.
5. Чистота обработки
— лазерная резка и гравировка не оставляют заусенцев, сколов или других дефектов, что снижает необходимость в дополнительной обработке краёв
6. Автоматизация процесса
— газовые лазерные станки легко интегрируются с системами ЧПУ (числовое программное управление), что позволяет автоматизировать процесс и минимизировать участие оператора
7. Экономия материала
— благодаря высокой точности и возможности плотной компоновки деталей на листе материала, лазерные станки минимизируют отходы
8. Долговечность оборудования
— CO2-лазеры имеют длительный срок службы, особенно при правильном обслуживании и эксплуатации
9. Возможность гравировки и маркировки
— газовые лазерные станки могут не только резать, но и наносить высококачественную гравировку, маркировку или рисунки на поверхность материалов
10. Минимальные тепловые деформации
— лазерная обработка вызывает меньше тепловых искажений по сравнению с другими методами, такими как плазменная резка
11. Экологичность
— лазерные станки на газе не выделяют вредных веществ в процессе работы (при условии использования системы вентиляции и фильтрации)
12. Простота управления
— современные лазерные станки оснащены интуитивно понятным программным обеспечением, что упрощает настройку и управление
13. Возможность работы с тонкими и хрупкими материалами
— лазерные станки идеально подходят для обработки тонких и хрупких материалов, таких как бумага, ткань или тонкий пластик, без риска повреждения
14. Широкая область применения
— газовые лазерные станки используются в различных отраслях:
— производство рекламных материалов (вывески, таблички)
— изготовление мебели и декора
— ювелирное дело
— медицинская промышленность (изготовление инструментов и компонентов)
— автомобильная и аэрокосмическая промышленность
15. Минимальные эксплуатационные затраты
— расходные материалы (газ, линзы, зеркала) имеют относительно низкую стоимость, а энергопотребление таких станков умеренное
16. Высокое качество кромки
— лазерная резка обеспечивает гладкую и ровную кромку, что особенно важно для материалов, которые не требуют дополнительной обработки после резки
17. Гибкость в производстве
— лазерные станки позволяют быстро переключаться между задачами и материалами, что делает их идеальными для мелкосерийного и индивидуального производства
18. Возможность работы с большими форматами
— современные газовые лазерные станки могут быть оснащены большими рабочими областями, что позволяет обрабатывать крупногабаритные материалы.
Основные минусы углекислотных агрегатов:
1. Высокая начальная стоимость
— газовые лазерные станки, особенно мощные модели, требуют значительных первоначальных инвестиций
— дополнительные затраты на установку, настройку и обучение персонала
2. Ограниченная толщина обработки
— CO2-лазеры эффективны для резки тонких и средних материалов, но их возможности ограничены при работе с толстыми металлами или плотными материалами
— для резки толстых металлов часто требуется использование дополнительных газов (например, кислорода или азота), что увеличивает стоимость процесса
3. Высокие эксплуатационные расходы
— необходимость регулярной замены газа (CO2, азот, кислород)
— затраты на обслуживание оптики (линзы, зеркала) и других компонентов станка
— энергопотребление может быть значительным, особенно у мощных моделей
4. Необходимость регулярного обслуживания
— оптические компоненты (линзы, зеркала) требуют регулярной очистки и замены, так как они загрязняются в процессе работы
— газовые трубки (лазерные резонаторы) имеют ограниченный срок службы и требуют замены через определенное количество рабочих часов
5. Ограниченная скорость обработки металлов
— по сравнению с другими методами (например, плазменной или волоконной лазерной резкой) CO2-лазеры могут быть медленнее при обработке металлов
6. Зависимость от качества газа
— для стабильной работы лазерного станка требуется высококачественный газ, что может быть проблемой в некоторых регионах
— некачественный газ может привести к снижению производительности и увеличению износа оборудования
7. Ограниченная мобильность
— газовые лазерные станки обычно стационарны и требуют специальных условий для установки (вентиляция, стабильное электроснабжение)
8. Необходимость системы вентиляции
— в процессе резки и гравировки выделяются газы и дым, которые требуют отвода с помощью системы вентиляции и фильтрации
— увеличение затрат на установку и эксплуатацию
9. Ограниченная долговечность газовых трубок
— лазерные трубки (резонаторы) имеют ограниченный срок службы (обычно от 2000 до 8000 часов работы) и требуют замены, что увеличивает эксплуатационные расходы
10. Сложность обработки некоторых материалов
— CO2-лазеры не подходят для обработки некоторых материалов, таких как поликарбонат или ПВХ, так как при нагреве они выделяют токсичные газы
— ограниченная эффективность при работе с отражающими материалами (например, алюминий, медь) без специальных покрытий или настроек
11. Требования к квалификации оператора
— для эффективной работы с газовым лазерным станком требуется обученный персонал, который понимает особенности настройки и обслуживания оборудования
12. Чувствительность к условиям окружающей среды
— газовые лазерные станки чувствительны к перепадам температуры, влажности и пыли, что может повлиять на их производительность и срок службы
13. Ограниченная мощность для металлов
— CO2-лазеры менее эффективны для резки металлов по сравнению с волоконными лазерами, особенно при работе с толстыми заготовками
14. Высокий уровень шума
— некоторые модели газовых лазерных станков могут издавать значительный шум во время работы, что требует дополнительных мер по звукоизоляции
15. Риск перегрева
— при интенсивной эксплуатации лазерный станок может перегреваться, что требует установки системы охлаждения (например, чиллеров), что увеличивает затраты
16. Ограниченная гибкость в производстве
— переключение между разными материалами и задачами может требовать перенастройки оборудования, что занимает время
Лазерные станки, основанные на углекислом газе, имеют принцип действия, аналогичный твердотельным станкам и имеют те же недостатки.
Различия между твердотельными и углекислотными лазерами в том, что второй тип мощнее и используется для более широкого списка материалов.
Оптоволоконные станки
Оптоволоконные станки сделаны на технологии светового луча, который формируется в оптической среде. Волоконный излучатель имеет очень маленький диаметр, что обеспечивает высокую точность резки. При помощи таких резаков можно получить не только прямую, но и фигурную кромку любой сложности. Техника применяется для вырезания острых углов. Агрегаты оптоволоконного типа могут применяться для металлов с большой толщиной стенки и сплавов высокой твердости. Кроме металлических сплавов с их помощью возможно обрабатывать натуральный и искусственный камень, стекло, пластик.
Преимущества оптических лазерных станков:
1. Высокая точность и качество обработки
— лазерный луч фокусируется с помощью оптических линз, обеспечивая точность до ±0.05 мм
— идеально для микрогравировки, ювелирных работ, изготовления электронных компонентов
2. Скорость обработки
— оптические лазеры работают быстрее традиционных методов (механической резки, плазмы) благодаря мгновенному воздействию луча
— подходят для серийного производства
3. Минимальное тепловое воздействие
— тонкий луч и короткий импульс снижают тепловую деформацию, что критично для тонких материалов (фольга, микросхемы)
4. Универсальность материалов
— обрабатывают металлы (сталь, алюминий, медь), пластик, керамику, стекло, дерево и даже ткани
— волоконные лазеры особенно эффективны для металлов
5. Автоматизация и гибкость
— интеграция с ЧПУ и CAD/CAM-программами позволяет создавать сложные 3D-модели и автоматизировать производство
— быстрое переключение между задачами без замены инструментов
6. Энергоэффективность
— волоконные лазеры потребляют до 30% меньше энергии, чем CO₂-лазеры, за счёт высокого КПД (до 70%)
7. Долговечность и низкие затраты на обслуживание
— отсутствие газовых трубок (как в CO₂-лазерах) и износостойкая оптика снижают расходы
— срок службы волоконных лазеров — 100 000+ часов
8. Чистота процесса
— нет механического контакта с материалом — отсутствуют загрязнения, сколы или царапины
— минимальные отходы благодаря точности
9. Компактность
— оптические системы занимают меньше места, чем газовые лазеры, упрощая интеграцию в цеха
10. Экологичность
— отсутствие вредных выбросов (при наличии вентиляции)
Недостатки оптических лазерных станков:
1. Высокая стоимость оборудования
— лазерные станки, особенно мощные и высокоточные, требуют значительных финансовых вложений. Это касается как первоначальной покупки, так и обслуживания (например, замены лазерных трубок или оптики)
2. Ограничения по материалам
— не все материалы можно обрабатывать лазером. Например:
— металлы с высокой отражающей способностью (алюминий, медь) сложно обрабатывать без специального оборудования
— некоторые пластики при нагреве выделяют токсичные газы (например, ПВХ)
— толстые или плотные материалы (например, толстый металл) требуют мощных и дорогих лазеров
3. Тепловое воздействие
— лазерный луч нагревает материал, что может приводить к:
— деформации тонких или термочувствительных материалов
— изменению цвета или структуры поверхности (например, появление нагара или оплавленных краёв)
4. Ограниченная толщина обработки
— лазерные станки эффективны для резки и гравировки тонких материалов. Для обработки толстых заготовок требуется более мощное оборудование, что увеличивает стоимость
5. Высокие требования к безопасности
— работа с лазерными станками требует соблюдения строгих мер безопасности:
— защита глаз от лазерного излучения
— хорошая вентиляция для удаления вредных испарений (особенно при обработке пластиков или композитов)
6. Зависимость от качества лазерного источника
— эффективность и точность работы станка зависят от качества лазерной трубки или источника излучения. Со временем мощность лазера может снижаться, что требует замены компонентов
7. Ограниченная скорость для некоторых задач
— для сложных или высокоточных задач скорость обработки может быть ниже, чем у альтернативных методов (например, механической обработки)
8. Необходимость регулярного обслуживания
— лазерные станки требуют:
— регулярной очистки оптики
— замены расходных материалов (например, лазерных трубок)
— калибровки для поддержания точности
9. Энергопотребление
— мощные лазерные станки потребляют значительное количество электроэнергии, что увеличивает эксплуатационные расходы
10. Ограничения по размеру рабочей зоны
— размер обрабатываемых деталей ограничен габаритами рабочей зоны станка. Для обработки крупных изделий требуется более громоздкое и дорогое оборудование.
11. Сложность обработки прозрачных материалов
— лазерные станки плохо справляются с обработкой прозрачных материалов (например, стекла или прозрачного пластика), так как лазерный луч может проходить сквозь них без воздействия
12. Ограниченная долговечность компонентов
— лазерные трубки и оптика имеют ограниченный срок службы и требуют периодической замены, что увеличивает затраты на эксплуатацию
13. Чувствительность к условиям эксплуатации
— лазерные станки чувствительны к пыли, влажности и перепадам температуры, что может влиять на их производительность и точность
14. Ограничения по точности для некоторых задач
— хотя лазерные станки обеспечивают высокую точность, для микрообработки или сверхточных задач могут потребоваться более специализированные технологии (например, ультрафиолетовые лазеры)
Лазерные оптоволоконные станки наиболее эффективны. Данные станки позволяют быстро обрабатывать большое количество изделий из разных материалов. При этом обеспечивается высокая точность и ровность среза. Сделанный срез на оптоволоконном станке может иметь любую форму. После раскроя кромка не требует дополнительной обработки. Оптоволоконные режущие станки применимы во многих отраслях промышленности, в том числе при раскрое металлопроката разного профиля.
Критерии выбора оборудования
Лазерные станки подходят не только для нарезания заготовок на изделия нужной длины. При помощи лазерных станков также можно резать стенки трубопроката, накатывать резьбу и выполнять другие виды обработки металлов.
При выборе лазерного станка для работ по металлу нужно учитывать следующие параметры:
— тип установки
— мощность
— уровень энергопотребления
— габариты конструкции
— цену
Данные параметры выбираются с учетом особенностей технологического процесса.
Оптоволоконные станки лазерной резки наиболее мощные и универсальные. Они могут применяться для работы с разными материалами. Лазерные станки оптоволоконные могут применяться для раскроя проката любой длины и диаметра. Они удобны в эксплуатации, экономично потребляют электроэнергию. Цена оптоволоконного станка выше, чем у агрегатов других видов.
Лазерные станки твердотельные – это недорогое решение для раскроя деталей с малой толщиной стенки. При помощи таких станков можно формировать кромку любой сложности. Резаки этого типа используют для проката из разных металлов. Они удобны в эксплуатации, долговечны.
Для изделий высокой толщины и прочности лучше всего выбрать углекислотные станки. Они намного мощнее твердотельных, поэтому справляются с толстостенным металлопрокатом.
Пред тем как начать работу нужно настроить станок в зависимости от характеристик обрабатываемого материала и параметров проката. Управление оборудованием осуществляется при помощи программного обеспечения, которое устанавливают на компьютер оператора.
Какие трубы можно резать на лазерном станке
На лазерных станках возможно резать различные типы труб, данные возможности зависят от мощности лазера, типа материала и толщины стенок трубы. Вот основные виды труб, которые можно резать на лазерном станке, и особенности их обработки:
1. Металлические трубы
— стальные трубы (включая нержавеющую сталь):
— режутся на мощных волоконных или CO₂-лазерных станках
— толщина стенок обычно ограничена 10–20 мм (зависит от мощности лазера)
— алюминиевые трубы:
— алюминий имеет высокую отражающую способность, поэтому для его резки требуется лазер с высокой плотностью мощности
— медные трубы:
— медь также обладает высокой отражающей способностью и теплопроводностью, что затрудняет резку. Для этого используются специализированные лазеры
2. Трубы из пластика
— полипропиленовые (ПП) трубы:
— легко режутся лазером, но важно учитывать выделение вредных газов при нагреве
— поливинилхлоридные (ПВХ) трубы:
— режутся, но при этом выделяют токсичные газы (хлор), поэтому требуется хорошая вентиляция
— акриловые трубы (оргстекло):
— идеально подходят для резки лазером, так как акрил (хорошо поглощает лазерное излучение)
— поликарбонатные трубы:
— режутся, но могут плавиться, поэтому требуется точная настройка мощности лазера
3. Трубы из композитных материалов
— стеклопластиковые трубы:
— режутся лазером, но могут выделять вредные испарения
— углепластиковые трубы:
— режутся, но требуют высокой мощности лазера и могут оставлять неровные края
4. Деревянные трубы
— лазерные станки хорошо справляются с резкой тонкостенных деревянных труб. Однако для толстых стенок может потребоваться несколько проходов
5. Трубы из других материалов
— резиновые трубы:
— режутся, но могут плавиться или оставлять неровные края
— картонные трубы:
— легко режутся лазером, но важно контролировать мощность, чтобы избежать возгорания
Отличие раскроя круглых и профильных труб
Современные аппараты позволяют осуществлять раскрой круглого трубопроката, а также изделий с квадратной, прямоугольной, овальной и другими формами сечения.
Допустимая длина и толщина круглого проката зависит от выбранного оборудования. Для большинства установок максимальная длина заготовки составляет 6–8 м, а толщина — до 8 мм. Для резки изделий с другими параметрами существует специальное дорогое оборудование. Оно позволяет работать с прокатом длиной до 15 и толщиной до 22 мм. Вес заготовки не должен превышать 20 кг на 1 метр длины.
Резка профильных изделий выполняется при следующих параметрах заготовки:
— максимальный размер сечения: 14*14 мм
— длина заготовки: до 6 метров.
Скорость выполнения раскроя зависит от толщины стенки. Чем она выше, тем медленнее будет протекать процесс.
Для того, чтобы элементы заготовки состыковывались друг с другом после раскроя, рекомендуется применять шаблон для резки. Его изготавливают из участка профиля с такой же формой сечения, но большего размера. Перед нарезанием заготовка вставляется в шаблон.
Технологии обработки различных материалов
Кроме формы сечения в технологии раскроя трубопроката лазером имеет значение материал изделия.
Лазерная резка меди
Трубы из меди популярны при монтаже различных коммуникаций. Это обусловлено высокой прочностью, антикоррозийными свойствами металла, его пластичностью и долговечностью.
Поскольку медь — мягкий металл, работа с ним требует особой осторожности. Раскрой лазером возможен только для заготовок толщиной не более 5 мм. Обработка выполняется на небольшой скорости. Это позволяет избежать деформации металла. В зависимости от толщины стенки может быть выбран один из методов воздействия: плавление или испарение.
Для работы с этим металлом необходимо устанавливать минимальную толщину луча. Малый размер светового пятна обеспечивает минимальные потери сырья. Кроме того, такое воздействие позволяет избежать деформации участков, прилегающих к зоне обработки. Это очень важно, если учитывать пластичность меди.
Механические методы обработки используют для медных изделий редко. Ручной инструмент требует значительных физических усилий, в результате чего изделие может быть повреждено. Лазерная резка металлических труб предполагает бесконтактное воздействие на поверхность металла, поэтому заготовка не деформируется. Такая технология обработки наиболее предпочтительна для работы с медным прокатом.
Раскрой проката из нержавеющей стали
Трубопровод из нержавеющей стали имеет длительный срок службы. Такие элементы не подвержены коррозии, легко переносят перепады температуры. Они обладают высокой прочностью. Внешний вид позволяет выбирать такой прокат не только для скрытых коммуникаций, но и для организации открытого трубопровода.
Резка лазером позволяет получить ровный и точный срез любой формы. Этот метод даёт возможность обрабатывать большое количество заготовок в короткое время, поэтому подходит для больших партий продукции.
В отличие от механического раскроя, лазерная резка не требует дополнительной шлифовки или другой обработки кромки.
Выбор режима резки зависит от толщины стенки. Для тонких заготовок может быть выбран твердотельный труборез. Для изделий высокой толщины применяют газовое или оптоволоконное оборудование.
Резка углеродистой стали
Добавление углерода в сплав повышает прочность стали. Этому способствует температурная обработка изделий. Трубопрокат из такого металла используется для монтажа холодного водопровода и канализации. Они применяются при строительстве металлоконструкций.
Резка заготовок из углеродистой стали лазером выполняется только в среде кислорода. Давление подачи газа выбирают исходя из толщины стенки. Для заготовок толщиной не более 3 мм предельное давление составляет 5 бар. Если толщина стенки проката более 6 мм, то кислород подают под давлением 0,5 бар.
Для устранения расплавленного металла из зоны обработки используется вспомогательный газ. Это может быть азот или кислород. Другая его функция — охлаждение участков, прилегающих к зоне обработки для предотвращения их деформации.
Процесс резки очень быстрый. В отличие от работы с ручным инструментом, он протекает бесконтактно. Это делает работу с оборудованием безопасной для оператора.
Обработка алюминиевого профиля
Алюминиевый трубопровод не подвергается коррозии, устойчив к химическим воздействиям. Материал имеет небольшой вес. Он пластичен и легко поддаётся обработке. Все эти свойства определяют широкую область применения алюминиевого проката. Он используется при монтаже систем вентиляции, строительстве нефтепроводов, прокладке канализаций и т.д.
Технология резки алюминия лазером отличается от обработки других сплавов. Это связано с высокой теплопроводностью материала. Металл быстро нагревается, в результате чего его поверхность окисляется и разрушается. Поэтому ручной раскрой таких заготовок выполнять очень сложно.
Бесконтактная резка позволяет избежать деформации изделия. Для этого воздействие должно выполняться в течение короткого времени. Работа с алюминиевыми заготовками осуществляется на установках с лазером высокой концентрации. Благодаря этому, обработке подвергается лишь небольшой участок поверхности, исключается деформация прилегающих зон.
Использование лазера для раскроя чугунного трубопроката
Чугун — это хрупкий, тяжёлый и непластичный металл. Его преимущество — низкая цена. Чугунные детали имеют длительный срок службы и не подвергаются коррозии. Трубы из этого металла используются при монтаже водопровода, канализации, отопительной системы.
Хрупкость металла затрудняет его ручную обработку. При чрезмерном физическом воздействии металл может потрескаться. Чаще всего для раскроя чугунных заготовок используют плазменную резку или лазерную технологию. Поскольку процесс протекает бесконтактно, деформация и повреждение детали исключено. При температурном воздействии металл плавится и горит. Резка выполняется с подачей газа. Чаще всего применяют смесь ацетилена с кислородом, иногда — пропан.
Работа с латунными заготовками
Латунь представляет собой сплав меди и цинка. Для повышения прочности в него добавляют олово, никель, свинец и другие металлы. Доля таких примесей не должна превышать 10%.
Трубопровод из латуни обладает высокой прочностью. Это позволяет использовать материал в водопроводах и газопроводах с высоким рабочим давлением. Сплав устойчив к появлению ржавчины, легко переносит перепады температур. Невосприимчивость к агрессивным средам позволяет применять латунные детали в нефтегазовой и химической промышленности.
Ещё одно свойство латуни — высокая прочность и устойчивость к механическим воздействиям. Это даёт возможность использования таких элементов при сооружении металлоконструкций.
Лазерная резка — основной метод раскроя материала. Для предотвращения деформации заготовки используется метод точечного излучения. При таком способе тепловое воздействие осуществляется не постоянно, а периодически в течение короткого времени. Так удается избежать чрезмерного плавления металла.
Световой луч позволяет получить ровный срез без дефектов. Кромка не требует дополнительной обработки. При раскрое на лазерном резаке не меняется цвет заготовки. Оборудование позволяет делать срез прямо или под углом. При помощи лазера можно вырезать в заготовках отверстия небольшого диаметра.
Резка полипропилена лазером
Технология лазерной резки может использоваться не только для металлических изделий. Оборудование применяют также для раскроя заготовок из полипропилена. Для этого процесса требуется газовая или оптоволоконная установка.
Резка выполняется бесконтактно, поэтому деформация изделия и его повреждение исключается. В результате обработки получается ровный край, не требующий дополнительной шлифовки. Установка позволяет получать прямой или фигурный срез.
Трубы из полипропилена — лёгкие, прочные, эластичные. Они не подвергаются коррозии и удобны в установке. Полипропиленовые элементы используются для холодного и горячего водопровода внутри помещений. Они также применяются при монтаже отопительных систем, тёплых полов и т.д.
Заключение
Лазерная резка труб — это современная технология, которая может использоваться для разных материалов. Использование этого метода даёт возможность получить трубопровод нужной длины и формы среза.
Разнообразие типов и характеристик оборудования делает способ универсальным. Лазер может использоваться практически для любых металлов, а также для неметаллических изделий. Раскрой осуществляется бесконтактно. Отсутствие механического воздействия позволяет работать даже с хрупкими и пластичными материалами без деформации.
Настройки установки задаются персонально в зависимости от параметров заготовки. Один и тот же аппарат может использоваться для работы с разными материалами. Агрегаты характеризуются высокой производительностью, малым энергопотреблением, простотой и безопасностью эксплуатации.
Возможно вас тоже заинтересует:
Станок плазменной резки: техническое обслуживание — это гарантия долгой и надежной работы станков!
Лазерная резка труб: разбор технологий, особенностей и преимуществ
Как станки плазменной резки с ЧПУ произвели революцию в металлообработке