几十年来，规则很简单：激光切割薄板，等离子切割厚板。但超高功率光纤激光器打破了这一规则。20千瓦、30千瓦和40千瓦的激光器如今在钢铁服务中心和重型制造企业中已十分常见，市场报告显示，12千瓦以上的功率段是激光切割市场增长最快的部分。本指南将从厚度、边缘质量和成本三个方面，探讨激光切割和等离子切割如今的界限。
如果您需要先了解这两个流程的基本区别，请参阅概述： 激光切割机与等离子切割机 本文涵盖基本原理，重点讨论厚板决策。
12千瓦在这场争论中处于什么位置？
大多数加工企业首次接触等离子切割时，都会选择12千瓦的光纤激光器。在这个功率级别，激光器可以轻松加工中等厚度的板材，并以较低的速度切割厚带，因此对于那些主要加工厚度小于20毫米、偶尔加工较重零件的加工商来说，12千瓦是一个常见的升级选择。
功率超过 12 kW 时，机器的特性就会发生变化。20 kW 及以上的制冷机需要更重的机架、更大的冷却器、更强的排气系统以及更大的电力供应，因此购买决策也需要考虑设备配置。这就是为什么许多工厂将 12 kW 视为通用加工的上限，而将 20 kW 及以上的制冷机视为专用厚板制冷机的投资。
厚度与速度的比较
加工商通常将钢板分为四个厚度等级：4毫米以下的薄钢板、4至20毫米的中厚钢板、20至60毫米的厚钢板以及超过4毫米的超厚钢板。激光加工与等离子加工在不同厚度等级下的优劣各不相同。
| 钢板厚度（碳钢） | 20至40千瓦光纤激光器 | 高清等离子 | 通常的赢家 | 多维数据监测 |
|---|---|---|---|---|
| 薄，小于 4 毫米 | 速度极快，细节丰富，发热量极低 | 速度快但切口更宽，热变形也更大。 | 激光 | 每小时产量和切割后的平整度 |
| 中等，4 至 20 毫米 | 功率为 20 千瓦的激光器在约 20 毫米的范围内比 300 安培的等离子体速度更快。 | 速度快，但切面粗糙，切割面有斜角。 | 激光 | 每小时切割米数，达到生产质量 |
| 厚度：20 至 50 毫米 | 30千瓦及以上的功率会缩小与空气或氧气的间隙 | 该乐队长期以来的速度领先者 | 有争议；激光增益 | 总循环时间（包括二次清理） |
| 超厚，超过 60 毫米 | 功率可达 30 至 40 千瓦，速度较慢且用途特殊。 | 在额定穿刺极限范围内均可实际使用 | 等离子体或氧气燃料 | 穿孔可靠性和边缘垂直度 |
关键的变化在于激光速度与功率的线性关系。已发表的超高功率激光切割试验表明，速度会持续上升，直至功率达到 40 kW：
⦿ 从 15 kW 提高到 40 kW，12 毫米碳钢的切削速度提高了约 280%，20 毫米碳钢的切削速度提高了约 420%。
⦿ 一台 30 kW 的激光器切割一个典型的 16 毫米不锈钢零件，其循环时间仅为一台 15 kW 激光器的一半，同时气体用量也减少了一半。
⦿ 一位制造商报告称，在加工 50 毫米碳钢时，一台 30 千瓦的机器比一台 20 千瓦的机器运行速度快约 88%。
⦿ 在脉冲模式下，试验已用氮气在 30 kW 功率下切割了 70 毫米不锈钢，用空气在 40 kW 功率下切割了 230 毫米碳钢，但这些只是能力演示，而不是日常生产速度。
等离子体的扩展方式与激光不同。等离子体系统的性能受限于其电流，一旦选定电源，其在给定厚度下的扫描速度就基本确定。这就是为什么曾经共享的中等厚度扫描带现在主要被激光所占据，而厚板扫描带则成为竞争焦点。完整的扫描速度随功率等级变化曲线已绘制在图中。 光纤激光切割金属厚度、速度和功率指南.
空气切割改变了厚板加工的经济性。
辅助气体是一个不太明显的因素。氧气切割厚碳钢在低功率下效果良好，但随着功率的增加，切割速度几乎没有提升。高压空气切割的性能与功率成正比，在20千瓦及以上功率下，可以快速切割厚碳钢，且几乎不产生熔渣。这意味着超高功率激光切割厚板的速度更快，气体成本更低，这缩小了等离子切割的成本优势和速度优势。
刺穿厚板
在厚板上进行穿孔加工时，穿孔往往是隐藏的瓶颈。等离子切割的穿孔能力取决于电源，超出此能力的零件需要从边缘开始切割，这限制了排料。高功率激光切割厚板的速度比以前更快，但穿孔时间仍然明显长于切割薄板，并且会产生飞溅物，磨损喷嘴。对于孔洞较多的零件，穿孔时间的影响可能超过切割速度的差异，因此在比较报价或试加工结果时，除了切割长度之外，还要计算穿孔数量。
斜面和边缘质量
单凭速度并不能解决问题，因为厚板零件通常还需要焊接或螺栓组装。边缘质量决定了切割后还需要多少工序。
⦿ 切口和热量：激光切口较窄，热影响区较小；等离子体切割会留下更宽的切口和更多的热输入，这可能会使较薄的部分变形。
⦿ 边缘角度：等离子切割的切割面略带斜角，而中等厚度板材的激光切割边缘则更接近方形。
⦿ 孔：激光在中等厚度的钢板上切割出小的圆形螺栓孔，通常可以直接使用；等离子切割厚钢板上的孔通常需要钻孔或扩孔。
⦿ 焊缝准备：等离子坡口头技术成熟，广泛用于厚板的 V 形和 K 形坡口准备；激光坡口头现在也有了，但会增加成本。
加工商用自己的话描述了其中的实际区别：如果每块等离子切割的底板在焊接前都要经过钻孔和打磨，那么切割就不算真正完成。厚度在 12 到 40 毫米范围内的结构底板正是由于这个原因而从等离子切割转向激光切割的最典型例子之一。经营这类业务的工厂 结构和钢板工程 人们常常发现，节省下来的辅助劳动比切割速度更重要。
材料类型也会影响结果。不锈钢和铝厚板比碳钢更适合激光切割，因为氮气激光切割能留下干净、无氧化的边缘，这是等离子切割需要额外精加工才能达到的。而对于厚碳钢，由于许多结构应用中等离子切割的边缘是可以接受的，因此激光和等离子切割的差距仍然很小。
资本成本与吞吐量
等离子体技术在这方面仍然占据着最有利的地位。超高功率激光器是一项巨大的投资，而一套性能优异的等离子体系统价格却只占其一小部分。
| 因素 | 20至40千瓦光纤激光器 | 数控等离子切割系统 | 多维数据监测 |
|---|---|---|---|
| 资金成本 | 高；通常含冷水机和机房的价格高达六位数。 | 即使对于高清系统而言，其价格也仅为激光价格的一小部分。 | 每台机器的总安装成本 |
| 电力需求 | 大型；安装功率约为 50 千瓦，额定功率为 12 千瓦及以上。 | 电源容量按安培数计算 | 安装千瓦数和公用设施升级成本 |
| 4 至 20 毫米的吞吐量 | 在所有热处理工艺中最高 | 更低，需要更多二次清理 | 每班次完成的零件数量 |
| 次要工作 | 小巧；边缘和孔洞通常已准备好组装 | 精密零件常见的加工方式包括研磨、钻孔或铰孔。 | 切割后每件零件的工时（分钟） |
| 耗材 | 喷嘴和防护窗 | 电极和喷嘴，经常在高电流下工作 | 每切割小时的耗材成本 |
最终的决定取决于利用率。一台 20 kW 或更大功率的激光切割机，如果能两班倒地加工中等厚度和厚板材，其高产量和节省的后加工人工成本就能弥补其溢价。而同样的机器，如果每周只运行几个小时，偶尔加工一些厚件，则无法实现这一点。在做出决定之前，应将包括电力升级和冷却器容量在内的总安装成本，与每班次增加的零件产量进行比较。设备定价已包含在内。 激光切割机多少钱以及血浆定价 等离子切割机多少钱？.
那些认为值得投资的店铺通常会关注重型框架。 高功率光纤激光金属切割机 这种框架是为承受厚板载荷和长切割产生的较高热量而设计的，而不是为配备更大热源的较轻型金属板框架而设计的。
每米运行成本
从每小时运行成本来看，等离子切割更具优势，因为超高功率激光切割耗电量更大，需要更大的冷却器。但按每米切割成本计算，情况则有所不同。如果激光切割中等厚度板材的速度比等离子切割快数倍，使用空气而非氮气，并且省去了打磨步骤，那么即使其每小时运行成本更高，其成品零件的成本也可能低于等离子切割。这种比较的前提是机器始终处于高负荷运转状态，因此最终的决定因素还是机器的利用率。
哪些人仍然应该购买血浆
对于大多数买家来说，等离子电视仍然是合适的选择。以下情况尤其适用：
⦿ 这项工作主要是粗加工结构切割，对边缘光洁度和孔的精度要求不高。
⦿ 板材厚度经常超过 50 毫米，或者车间需要对非常厚的截面进行氧燃料加工。
⦿ 由于预算或可用电力供应的限制，无法使用超高功率激光器。
⦿ 在厚板上进行焊接坡口加工是日常工作中必不可少的环节，而经过验证的等离子坡口头正好满足了这一工作流程的需求。
⦿ 机器使用时间太短，不足以收回激光器的购置成本。
对于这些商店来说， 重型龙门式等离子切割机 以更低的入门成本提供厚板加工能力，并且 带火焰切割炬的数控等离子切割机 对于最厚的部分，会加装氧燃料切割机。许多大型加工企业现在同时使用这两种设备：高功率激光用于精密加工和中等厚度的板材，而等离子切割机或氧燃料切割机则用于加工最厚、最粗糙的部分。
决策清单
✔ 按厚度等级对一年的工作进行排序，并计算每个等级的工作时长。
✔ 测量当前等离子零件的二次加工：每个零件的研磨、钻孔和返工时间。
✔ 激光器的价格应该包含冷却器、外壳、电源升级和安装，而不仅仅是机器本身。
✔ 比较每个班次完成的零件数量，而不仅仅是切割速度。
✔ 如果超厚板材是工作中经常涉及的部分，请将等离子切割或氧燃料切割纳入计划。
