Föregående Nästa

ESAB:s Kunskapscenter

Vilket är det bästa sättet att skära stålplåt?

27 juni 2014

Syrgas, plasma, laser eller vattenstråle?

Det finns många metoder för skärning av kolstålsplåt, varav vissa är lämpliga för automatisering och vissa inte. En del är lämpliga för tunnare plåt, en del för tjockare. En del är snabba, en del är långsamma. En del har låga kostnader, en del är dyra. Och en del har god noggrannhet, en del inte. I den här artikeln tar vi en titt på de fyra vanligaste metoderna som används i CNC-skärmaskiner och jämför de olika processernas starka och svaga punkter. Dessutom lyfter vi fram vissa kriterier som kan användas för att avgöra vilken process som passar bäst för din tillämpning.

Syrgasskärning

Skärning med syrgasbrännare är med bred marginal den äldsta av de skärprocesser som kan användas för kolstål. Det betraktas vanligen som en enkel process och utrustning och slitdelar är relativt billiga. En syrgasbrännare kan skära genom mycket tjocka plåtar och begränsas främst av den syrevolym som kan tillhandahållas. Det är inte okänt att man skurit stålplåtar på 900 eller till och med 1200 mm med syrgasbrännare. Men figurskärning av stålplåt handlar för det allra mesta om arbete på plåt upp till högst 300 mm.

Med korrekt inställning ger en syrgasbrännare en slät snittyta med skarpa kanter. Viss slaggbildning förekommer vid underkanten och den övre kanten blir bara lätt rundad, till följd av förvärmningslågorna. Ytan fungerar i många tillämpningar utan ytterligare behandling.

Syrgasskärning är idealisk för plåtar tjockare än 25 mm, men kan användas ända ner till cirka 6 mm med viss svårighet. Det är en jämförelsevis långsam process, maximalt omkring 0,5 meter per minut vid godstjocklek 25 mm. En annan stor fördel med syrgasskärning är att man enkelt kan använda flera brännare samtidigt, vilket ökar produktiviteten.

Plasmaskärning

Plasmaskärning är en process som passar utmärkt för skärning av kolstålsplåt. Hastigheten blir betydligt högre än med syrgasskärning, men kantkvaliteten blir något sämre. Det är detta som är problemet med plasmaskärning. Beroende på skärströmmen blir kantkvaliteten normalt acceptabel mellan 6 och 38 mm tjocklek. Kanterna börjar bli mindre skarpa när plåten blir verkligt tunn eller verkligt tjock (utanför det ovannämnda området), även om kantjämnheten och slaggbildningen fortfarande kan vara fullt acceptabla.

Plasmautrustning kan vara kostsam jämfört med syrgasbrännare, eftersom ett komplett system kräver strömkälla, vattenkylare (för system över omkring 100 A), gasregulator, brännarkablar, övriga slangar och kablar, samt själva brännaren. Eftersom plasma har så mycket högre produktivitet än syrgas blir återbetalningstiden ändå väldigt kort.

Det går att plasmaskära med flera brännare samtidigt, men merkostnaden gör att man sällan använder mer än två brännare. Vissa kunder väljer att använda så många som tre eller fyra plasmasystem på samma maskin, men det är vanligen avancerade tillverkare som skär stora volymer av likadana detaljer till en produktionslinje.

Laserskärning

Laserskärning av kolstål med tjocklek från under en mikrometer till cirka 1,25 tum. Över 25 mm måste allt stämma exakt för att det ska fungera tillförlitligt, inklusive materialet (stål av laserkvalitet), gasrenhet, munstyckets skick och strålkvalitet.

Laser är inte någon speciellt snabb process, eftersom den för kolstål i grunden bara är en förbränningsprocess som använder den extremt höga temperaturen i en fokuserad laserstråle i stället för en förvärmningslåga. Därför begränsas hastigheten av hastigheten för den kemiska reaktionen mellan järn och syre. Däremot är laser en mycket exakt process. Den ger mycket smala snitt, vilket gör att man kan skära mycket exakta konturer och små hål med god noggrannhet. Kantkvaliteten är vanligen mycket, mycket hög, med extremt liten räffling och obetydliga skärlinjer, mycket skarpa kanter och lite eller ingen slagg.

Den andra stora fördelen med laserskärning är driftsäkerheten. Slitdelarna har mycket lång livslängd och det går lätt att automatisera processen, vilket innebär att laserskärning kan köras när ingen är där. Tänk dig att kunna placera en plåt, 3 x 12 m av 12 mm stål, på bordet, trycka på startknappen och gå hem för dagen. När du kommer tillbaka nästa morgon kan du ha hundratals detaljer färdigskurna och klara att lastas ut.

Beroende på strålgenereringens komplexitet går det inte att använda koldioxidlaser med flera skärhuvuden på samma maskin. Fiberlaser kan dock användas för skärning med flera skärhuvuden.

Vattenstrålskärning

Vattenstrålskärning fungerar också mycket bra för kolstål och ger ett jämnt och extremt exakt snitt. Noggrannheten vid vattenstrålskärning kan vara bättre än för laserskärning, eftersom kantjämnheten kan bli bättre och det inte förekommer någon temperaturberoende formändring. Dessutom är tjockleken inte begränsad för vattenstrålskärning som för laser- och plasmaskärning. I praktiken fungerar inte vattenstrålskärning för större tjocklek än 150 till 200 mm, eftersom det tar mycket lång tid att skära så tjocka plåtar samt att vattenstrålen tenderar att divergera.

Nackdelen med vattenstrålskärning är kostnaden. Den initiala utrustningskostnaden är vanligen något högre än för plasmaskärning, till följd av den höga kostnaden för en pump som ger tillräckligt flöde, men inte så hög som för laser. Driftkostnaden för vattenstrålskärning är dock avsevärt högre, främst beroende på kostnaden för det granatslipmedel som förs in i snittet.

Vattenstrålskärning kan också användas med flera skärhuvuden, även med en enda pump. Varje extra skärhuvud kräver dock ytterligare vattenflöde, vilket kräver antingen en större pump eller en mindre öppning.

Beslutskriterier

Så hur fattar du det bästa beslutet rörande vilken process du ska använda?

1. Börja med tjockleken

  • Tunnare än 2 mm: använd laser.
  • Tunnare än 3,2 mm: använd plasma eller laser.
  • Tunnare än 6,4 mm: använd vattenstrålskärning, plasma eller laser.
  • Tjockare än 200 mm: använd syrgasskärning.
  • Tjockare än 50 mm: använd syrgasskärning eller vattenstrålskärning.
  • Tjockare än 32 mm: använd plasmaskärning, syrgasskärning eller vattenstrålskärning.

2. Beakta kraven på noggrannhet och kantkvalitet

  • Kan du acceptera kantkvaliteten från plasmaskärning? De flesta produkter av stålplåt kan utan problem svetsas av plasmaskuren plåt.
  • Kan du acceptera den värmepåverkade zonen från syrgasskärning, plasmaskärning eller laserskärning? Om inte, använd vattenstrålskärning.

3. Vilket är viktigast: produktivitet eller kostnader?

  • Om produktionshastigheten är viktigast, använd inte vattenstrålskärning.
  • Om liten initial investering är och låga driftkostnader är viktigast, välj syrgasskärning.

Avgörande frågor

Tolerans för sekundära operationer

  • Kan du tolerera en del slagg vid den undre kanten? Om inte, använd vattenstrålskärning eller laserskärning.
  • Kräver sekundära operationer perfekt runda hål? Använd vattenstrålskärning eller laserskärning.

Flera verktyg

Passar detaljerna för skärning med 2, 4 eller fler skärhuvuden? I så fall överträffar syrgasskärning både plasma- och laserskärning. Skärning med flera plasmabrännare är möjlig, men den initiala investeringen för all erforderlig utrustning blir kostsam. Med vattenstrålskärning kan flera skärmunstycken köras med en enda pump, om man väljer en pump med tillräckligt stort flöde. Laserskärning har traditionellt begränsats till ett enda skärhuvud, även om fiberlaser kan användas för samtidig skärning med flera huvuden.

Käppen

En annan aspekt som sätter en käpp i hjulet för alla beräkningar är tanken på flerprocesskärning – att använda två av dessa processer på en och samma detalj. Mest logiskt är att kombinera vattenstrålskärning och plasmaskärning eller vattenstrålskärning och syrgasskärning. Med den nya fiberlasertekniken är det nu möjligt att kombinera laser- och plasmaskärning eller laser- och syrgasskärning. Fördelen med flerprocesskärning är att man kan använda en långsammare process med bättre noggrannhet för vissa snitt och sedan växla till en snabbare och billigare process för andra snitt. Därmed kan man framställa detaljer med erforderlig noggrannhet till betydligt lägre kostnad än om man använder den noggrannare processen för hela detaljen.

Sammanfattning

Överlappningen i tjocklek och egenskaper för de fyra processerna gör det svårt att välja vilken som ska användas för en viss kolstålsdetalj. Tillverkare och stål- och metallgrossister, som behöver skära många olika material, blir ofta sittande med maskiner för två eller fler skärmetoder. Ibland är enda sättet att fastställa vilken process som är optimal för en specifik detalj att prova flera olika sätt och se vad som fungerar bäst. 

I kategorin Skärsystem , märkta Laser, Plasma, Vattenskärning, Process

x
x

x

Loading..