幾十年來，規則很簡單：雷射切割薄板，等離子切割厚板。但超高功率光纖雷射打破了這項規則。 20千瓦、30千瓦和40千瓦的雷射器如今在鋼鐵服務中心和重型製造企業中已十分常見，市場報告顯示，12千瓦以上的功率段是雷射切割市場成長最快的部分。本指南將從厚度、邊緣品質和成本三個方面，探討雷射切割和等離子切割如今的界限。
如果您需要先了解這兩個流程的基本區別，請參閱概述： 雷射切割機與等離子切割機 本文涵蓋基本原理，並著重在厚板決策。
12千瓦在這場爭論中處於什麼位置？
大多數加工業者首次接觸等離子切割時，都會選擇12千瓦的光纖雷射。在這個功率級別，雷射可以輕鬆加工中等厚度的板材，並以較低的速度切割厚帶，因此對於那些主要加工厚度小於20毫米、偶爾加工較重零件的加工商來說，12千瓦是一個常見的升級選擇。
功率超過 12 kW 時，機器的特性就會改變。 20 kW 以上的冷凍機需要更重的機架、更大的冷卻器、更強的排氣系統以及更大的電力供應，因此購買決策也需要考慮設備配置。這就是為什麼許多工廠將 12 kW 視為一般製冷機加工的上限，而將 20 kW 及以上的製冷機視為專用厚板製冷機的投資。
厚度與速度的比較
加工業者通常將鋼板分為四個厚度等級：4毫米以下的薄鋼板、4至20毫米的中厚鋼板、20至60毫米的厚鋼板以及超過4毫米的超厚鋼板。雷射加工與等離子加工在不同厚度等級下的優劣各不相同。
| 鋼板厚度（碳鋼） | 20至40千瓦光纖雷射器 | 高清等離子 | 通常的贏家 | 測量 |
|---|---|---|---|---|
| 薄，小於 4 毫米 | 速度極快，細節豐富，發熱量極低 | 速度快但切口較寬，熱變形也較大。 | 雷射應用 | 每小時產量和切割後的平整度 |
| 中等，4 至 20 毫米 | 功率為 20 千瓦的雷射在約 20 毫米的範圍內比 300 安培的等離子體速度更快。 | 速度快，但切面粗糙，切割面有斜角。 | 雷射應用 | 每小時切割米數，達到生產質量 |
| 厚度：20 至 50 毫米 | 30千瓦及以上的功率會縮小與空氣或氧氣的間隙 | 該樂隊長期以來的速度領先者 | 有爭議；雷射增益 | 總循環時間（包括二次清理） |
| 超厚，超過 60 毫米 | 功率可達 30 至 40 千瓦，速度較慢且用途特殊。 | 在額定穿刺極限範圍內均可實際使用 | 等離子體或氧氣燃料 | 穿孔可靠性和邊緣垂直度 |
關鍵的變化在於雷射速度與功率的線性關係。已發表的超高功率雷射切割試驗表明，速度會持續上升，直至功率達到 40 kW：
⦿ 從 15 kW 提高到 40 kW，12 毫米碳鋼的切削速度提高了約 280%，20 毫米碳鋼的切削速度提高了約 420%。
⦿ 一台 30 kW 的雷射切割一個典型的 16 毫米不銹鋼零件，其循環時間僅為一台 15 kW 雷射的一半，同時氣體用量也減少了一半。
⦿ 一位製造商報告稱，在加工 50 毫米碳鋼時，一台 30 千瓦的機器比一台 20 千瓦的機器運行速度快約 88%。
⦿ 在脈衝模式下，試驗已用氮氣在 30 kW 功率下切割了 70 毫米不銹鋼，用空氣在 40 kW 功率下切割了 230 毫米碳鋼，但這些只是能力演示，而不是日常生產速度。
等離子體的擴展方式與雷射不同。等離子體系統的性能受限於其電流，一旦選定電源，其在給定厚度下的掃描速度就基本確定。這就是為什麼曾經共享的中等厚度掃描帶現在主要被雷射所佔據，而厚板掃描帶則成為競爭焦點。完整的掃描速度隨功率等級變化曲線已繪製在圖中。 光纖雷射切割金屬厚度、速度和功率指南.
空氣切割改變了厚板加工的經濟性。
輔助氣體是一個不太明顯的因素。氧氣切割厚碳鋼在低功率下效果良好，但隨著功率的增加，切割速度幾乎沒有提升。高壓空氣切割的性能與功率成正比，在20千瓦及以上功率下，可以快速切割厚碳鋼，且幾乎不產生熔渣。這意味著超高功率雷射切割厚板的速度更快，氣體成本更低，這縮小了等離子切割的成本優勢和速度優勢。
刺穿厚板
在厚板上進行穿孔加工時，往往有一個隱憂。等離子切割的穿孔能力取決於電源功率，超出此能力的工件需要從邊緣開始切割，這限制了排料。高功率雷射雖然比以往更快穿孔厚板，但穿孔時間仍然明顯長於薄板，並且會產生飛濺物，磨損噴嘴。對於孔洞較多的工件，穿孔時間的影響可能超過切割速度的差異，因此在比較報價或試加工結果時，除了切割長度之外，還應計算穿孔數量。
斜面和邊緣質量
單憑速度並不能解決問題，因為厚板零件通常還需要焊接或螺栓組裝。邊緣品質決定了切割後還需要多少工序。
⦿ 切口和熱量：雷射切口較窄，熱影響區較小；等離子體切割會留下更寬的切口和更多的熱輸入，這可能會使較薄的部分變形。
⦿ 邊緣角度：等離子切割的切割面略帶斜角，而中等厚度板材的雷射切割邊緣則更接近方形。
⦿ 孔：雷射在中等厚度的鋼板上切割出小的圓形螺栓孔，通常可以直接使用；等離子切割厚鋼板上的孔通常需要鑽孔或擴孔。
⦿ 焊接準備：等離子坡口頭技術成熟，廣泛用於厚板的 V 形和 K 形坡口準備；雷射坡口頭現在也有了，但會增加成本。
加工商用自己的話描述了其中的實際差異：如果每塊等離子切割的底板在焊接前都要經過鑽孔和打磨，那麼切割就不算真正完成。厚度在 12 到 40 毫米範圍內的結構底板正是由於這個原因而從等離子切割轉向雷射切割的最典型例子之一。經營這類業務的工廠 結構和鋼板工程 人們常發現，節省下來的輔助勞動比切割速度更重要。
材料類型也會影響結果。不銹鋼和鋁厚板比碳鋼更適合雷射切割，因為氮氣雷射切割能留下乾淨、無氧化的邊緣，這是等離子切割需要額外精加工才能達到的。而對於厚碳鋼，由於許多結構應用中等離子切割的邊緣是可以接受的，因此雷射和等離子切割的差距仍然很小。
資本成本與吞吐量
等離子體技術在這方面仍佔絕對優勢。超高功率雷射是一項巨大的投資，而一套性能優異的等離子體系統價格卻只佔其一小部分。
| 因子 | 20至40千瓦光纖雷射器 | 數控等離子系統 | 測量 |
|---|---|---|---|
| 資本成本 | 高；通常含冷水機和機房的價格高達六位數。 | 即使對於高清系統而言，其價格也僅為雷射價格的一小部分。 | 每台機器的總安裝成本 |
| 電力需求 | 大型；安裝功率約 50 千瓦，額定功率為 12 千瓦及以上。 | 電源容量以安培數計算 | 安裝千瓦數和公用設施升級成本 |
| 4 至 20 毫米的吞吐量 | 在所有熱處理製程中最高 | 更低，需要更多二次清理 | 每班次完成的零件數量 |
| 次要工作 | 小巧；邊緣和孔洞通常已準備好組裝 | 精密零件常見的加工方式包括研磨、鑽孔或鉸孔。 | 切割後每件零件的工時 |
| 耗材 | 噴嘴和防護窗 | 電極和噴嘴，經常在高電流下工作 | 每切割小時的耗材成本 |
最終的決定取決於利用率。一台 20 kW 或更大功率的雷射切割機，如果能兩班倒地加工中等厚度和厚板材，其高產量和節省的後加工人工成本就能彌補其溢價。而同樣的機器，如果每週只運作幾個小時，偶爾加工一些厚件，則無法實現這一點。在做出決定之前，應將包括電力升級和冷卻器容量在內的總安裝成本，與每班次增加的零件產量進行比較。設備定價已包含在內。 雷射切割機多少錢以及血漿定價 等離子切割機多少錢？.
那些認為值得投資的店通常會專注於重型框架。 高功率光纖雷射金屬切割機 這種框架是為承受厚板載荷和長切割產生的較高熱量而設計的，而不是為配備更大熱源的較輕金屬板框架而設計的。
每米運行成本
從每小時運行成本來看，等離子切割更具優勢，因為超高功率雷射切割耗電量更大，需要更大的冷卻器。但以每米切割成本計算，情況則有所不同。如果雷射切割中等厚度板材的速度比等離子切割快數倍，使用空氣而非氮氣，並且省去了打磨步驟，那麼即使其每小時運行成本更高，其成品零件的成本也可能低於等離子切割。這種比較的前提是機器始終處於高負載運轉狀態，因此最終的決定因素還是機器的使用率。
哪些人仍然應該購買血漿
對於大多數買家來說，等離子電視仍然是合適的選擇。以下情況尤其適用：
⦿ 這項工作主要是粗加工結構切割，對邊緣光潔度和孔的精度要求不高。
⦿ 板材厚度經常超過 50 毫米，或車間需要對非常厚的截面進行氧燃料加工。
⦿ 由於預算或可用電力供應的限制，無法使用超高功率雷射。
⦿ 在厚板上進行焊接坡口加工是日常工作中必不可少的環節，而經過驗證的等離子坡口頭正好滿足了這一工作流程的需求。
⦿ 機器使用時間太短，不足以收回雷射的購置成本。
對於這些商店來說， 重型龍門式等離子切割機 以更低的入門成本提供厚板加工能力，並且 附火焰切割炬的CNC等離子切割機 對於最厚的部分，會加裝氧燃料切割機。許多大型加工企業現在同時使用這兩種設備：高功率雷射用於精密加工和中等厚度的板材，而等離子切割機或氧燃料切割機則用於加工最厚、最粗糙的部分。
決策清單
✔ 依厚度等級對一年的工作進行排序，並計算每個等級的工作時長。
✔ 測量目前等離子零件的二次加工：每個零件的研磨、鑽孔和重工時間。
✔ 雷射的價格應該包含冷卻器、外殼、電源升級和安裝，而不僅僅是機器本身。
✔ 比較每個班次完成的零件數量，而不僅僅是切割速度。
✔ 如果超厚板材是工作中經常涉及的部分，請將等離子切割或氧燃料切割納入計畫。
