لعقود طويلة، كانت القاعدة بسيطة: الليزر للصفائح الرقيقة، والبلازما للصفائح السميكة. لكن ليزرات الألياف فائقة الطاقة كسرت هذه القاعدة. أصبحت مصادر طاقة 20 و30 و40 كيلوواط شائعة الآن في مراكز خدمات الصلب وعمليات التصنيع الثقيلة، وتشير تقارير السوق إلى أن قطاع الطاقة الذي يزيد عن 12 كيلوواط هو الأسرع نموًا في سوق قطع الليزر. يستعرض هذا الدليل الفرق بين الليزر والبلازما اليوم، من حيث السماكة وجودة الحواف والتكلفة.
إذا كنت بحاجة إلى معرفة أساسيات الفرق بين العمليتين أولاً، فإليك نظرة عامة على ماكينات القطع بالليزر مقابل ماكينات القطع بالبلازما يغطي هذا المقال الأساسيات، ويركز على قرار استخدام الألواح السميكة.
أين تقع قدرة 12 كيلوواط في هذا النقاش؟
تُعدّ ليزرات الألياف بقدرة 12 كيلوواط هي المرحلة الأولى التي تواجه فيها معظم ورش التصنيع مسألة البلازما. عند هذا المستوى، تتعامل الليزرات مع الصفائح المتوسطة بسهولة وتقطع الصفائح السميكة بسرعات أبطأ، مما يجعل قدرة 12 كيلوواط خيارًا شائعًا للترقية بالنسبة للمصنّعين الذين يعملون في الغالب على قطع يقل سمكها عن 20 مم مع بعض القطع الأثقل وزنًا.
عند تجاوز قدرة 12 كيلوواط، يتغير أداء الجهاز. فالمصادر التي تبلغ قدرتها 20 كيلوواط فأكثر تتطلب هياكل أثقل، ومبردات أكبر، وأنظمة استخلاص أقوى، وإمدادًا كهربائيًا أكبر، لذا يصبح قرار الشراء مرتبطًا أيضًا بتجهيزات المصنع. ولهذا السبب، تعتبر العديد من ورش التصنيع قدرة 12 كيلوواط الحد الأقصى للتصنيع العام، بينما تعتبر قدرة 20 كيلوواط فأكثر استثمارًا مخصصًا للألواح السميكة.
مقارنة بين السماكة والسرعة
عادةً ما يصنف المصنّعون ألواح الصلب إلى أربع فئات: رقيقة (أقل من 4 مم)، متوسطة (من 4 إلى 20 مم)، سميكة (من 20 إلى 60 مم)، وسميكة جدًا (أكثر من ذلك). وتختلف استجابة الليزر مقابل البلازما في كل فئة.
| سُمك الصفيحة (الفولاذ الكربوني) | ليزر ألياف بقدرة من 20 إلى 40 كيلو واط | بلازما عالية الدقة | الفائز المعتاد | مقاسات |
|---|---|---|---|---|
| رقيقة، أقل من 4 مم | سريع جدًا، تفاصيل دقيقة، حرارة منخفضة | سريع لكن بعرض شق أوسع وتشوه حراري أكبر | الليزر | عدد القطع في الساعة ومستوى التسطيح بعد القطع |
| متوسط، من 4 إلى 20 ملم | يتفوق ليزر بقوة 20 كيلوواط على بلازما بقوة 300 أمبير حتى مسافة 20 ملم تقريبًا | سرعة تنافسية، حافة خشنة، شطف على سطح القطع | الليزر | قطع أمتار في الساعة بجودة إنتاجية |
| سميك، من 20 إلى 50 ملم | 30 كيلوواط وما فوق تسد الفجوة بالهواء أو الأكسجين | قائد السرعة المخضرم في هذه الفرقة | محل نزاع؛ الليزر يكتسب زخماً | إجمالي وقت الدورة بما في ذلك التنظيف الثانوي |
| سميك للغاية، أكثر من 60 مم | ممكن عند 30 إلى 40 كيلوواط، أبطأ ومتخصص | عملي حتى حد الثقب المصنف له | البلازما أو الأكسجين الوقودي | موثوقية الثقب واستقامة الحواف |
يكمن التحول المهم في مدى تزايد سرعة الليزر مع القدرة. تُظهر تجارب القطع المنشورة على مصادر طاقة فائقة الارتفاع أن السرعة تزداد باطراد حتى تصل إلى 40 كيلوواط.
⦿ أدى الانتقال من 15 كيلوواط إلى 40 كيلوواط إلى زيادة سرعة القطع على الفولاذ الكربوني بسمك 12 مم بنسبة 280 بالمائة تقريبًا، وعلى الفولاذ الكربوني بسمك 20 مم بنسبة 420 بالمائة تقريبًا.
⦿ قام ليزر بقوة 30 كيلو واط بقطع جزء نموذجي من الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 16 مم في نصف وقت دورة ليزر بقوة 15 كيلو واط، مما أدى أيضًا إلى تقليل كمية الغاز المستخدمة إلى النصف.
⦿ على الفولاذ الكربوني بسمك 50 مم، أفاد أحد المصنعين أن آلة بقوة 30 كيلو وات تعمل بسرعة أكبر بنسبة 88 بالمائة تقريبًا من آلة بقوة 20 كيلو وات.
⦿ في الوضع النبضي، قطعت التجارب الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 70 مم باستخدام النيتروجين عند 30 كيلو وات والفولاذ الكربوني بقطر 230 مم باستخدام الهواء عند 40 كيلو وات، على الرغم من أن هذه مجرد عروض توضيحية للقدرات وليست سرعات إنتاج يومية.
لا يتناسب البلازما مع الحجم بنفس الطريقة. فنظام البلازما محدود بشدة التيار الكهربائي، وسرعته على سمك معين ثابتة إلى حد كبير بمجرد اختيار مصدر الطاقة. ولهذا السبب، فإن نطاق الصفائح المتوسطة، الذي كان مشتركًا في السابق، أصبح الآن مخصصًا في الغالب لأجهزة الليزر، ولهذا السبب أيضًا يُثار الجدل حول نطاق الصفائح السميكة. يتم رسم خريطة نطاق السرعة الكامل حسب مستوى الطاقة في... دليل سمك وسرعة وقدرة قطع المعادن بالليزر الليفي.
يُغير القطع بالهواء من اقتصاديات الألواح السميكة
يُعدّ غاز المساعدة عاملاً أقل وضوحاً. يعمل قطع الفولاذ الكربوني السميك بالأكسجين بكفاءة عند استخدام طاقة منخفضة، لكن سرعته بالكاد تتحسن مع زيادة الطاقة. أما القطع بالهواء المضغوط عالي الضغط، فتزداد سرعته مع زيادة الطاقة، وعند 20 كيلوواط وما فوق، يقطع الفولاذ الكربوني السميك بسرعة وبكفاءة عالية دون ترك أي شوائب. هذا يعني أن الليزر فائق الطاقة قادر على قطع الصفائح السميكة بسرعة أكبر وبتكلفة غاز أقل من عمليات الأكسجين القديمة، مما يقلل من ميزة البلازما من حيث التكلفة والسرعة.
صفيحة سميكة قابلة للثقب
غالباً ما يُمثل الثقب عائقاً خفياً في الصفائح السميكة. تُحدد قدرة الثقب بالبلازما بواسطة مصدر الطاقة، وتحتاج الأجزاء التي تتجاوز هذه القدرة إلى بدء القطع من الحافة، مما يُحد من إمكانية التداخل. تخترق الليزرات عالية الطاقة الصفائح السميكة أسرع من ذي قبل، لكن عملية الثقب لا تزال تستغرق وقتاً أطول بشكل ملحوظ مقارنةً بالصفائح الرقيقة، كما تُضيف رذاذاً يُؤدي إلى تآكل الفوهات. في الأجزاء ذات الثقوب الكثيرة، قد يفوق وقت الثقب الفرق في سرعة القطع، لذا يُنصح بحساب عدد الثقوب بالإضافة إلى طول القطع عند مقارنة عروض الأسعار أو نتائج التجارب.
جودة الشطف والحواف
لا تكفي السرعة وحدها لحسم الجدل، لأن قطع الصفائح السميكة عادةً ما تُلحم أو تُجمّع بالمسامير. جودة الحواف هي التي تحدد حجم العمل المتبقي بعد القطع.
⦿ الشق والحرارة: يكون شق الليزر ضيقًا والمنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة؛ أما البلازما فتترك شقًا أوسع ومدخلات حرارية أكثر، مما قد يشوه المقاطع الرقيقة.
⦿ زاوية الحافة: تتميز القطع بالبلازما بشطف طفيف على سطح القطع، بينما تكون حواف الليزر على الألواح المتوسطة أقرب بكثير إلى المربع.
⦿ الثقوب: تقوم أشعة الليزر بقطع ثقوب صغيرة مستديرة للمسامير في الصفائح المتوسطة والتي غالباً ما تكون قابلة للاستخدام مباشرة من الطاولة؛ أما ثقوب البلازما في الصفائح السميكة فعادة ما تحتاج إلى الحفر أو التوسيع.
⦿ تحضير اللحام: رؤوس الشطف بالبلازما ناضجة وتستخدم على نطاق واسع لتحضيرات V و K على الألواح السميكة، ورؤوس الشطف بالليزر متوفرة الآن ولكنها تزيد التكلفة.
يصف المصنّعون الفرق العملي بعباراتهم الخاصة: إذا خضعت كل لوحة أساسية مقطوعة بالبلازما لعملية الحفر والتجليخ قبل اللحام، فإن القطع لم يكن مكتملاً تماماً. تُعدّ اللوحات الأساسية الهيكلية التي يتراوح سمكها بين 12 و40 مم من أوضح الأمثلة على انتقال العمل من البلازما إلى الليزر لهذا السبب تحديداً. ورش العمل التي تُشغّل هذا النوع من العمليات أعمال الهياكل الفولاذية والصفائح الفولاذية غالباً ما نجد أن توفير العمالة الثانوية أهم من سرعة القطع.
يؤثر نوع المادة أيضًا على النتيجة. فالصفائح السميكة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم تُفضل استخدام الليزر أكثر من الفولاذ الكربوني، لأن القطع بالليزر النيتروجيني يُنتج حافة نظيفة وخالية من الأكسيد لا يُمكن للبلازما مُضاهاتها دون تشطيب إضافي. أما في حالة الفولاذ الكربوني السميك، حيث تكون حواف البلازما مقبولة للعديد من الاستخدامات الإنشائية، فتبقى المنافسة شديدة.
تكلفة رأس المال مقابل الإنتاجية
هنا تكمن قوة البلازما. فالليزر فائق الطاقة يُعد استثماراً ضخماً، بينما يكلف نظام البلازما الفعال جزءاً بسيطاً من هذا السعر.
| عامل | ليزر ألياف بقدرة من 20 إلى 40 كيلو واط | نظام البلازما CNC | مقاسات |
|---|---|---|---|
| تكلفة رأس المال | مرتفع؛ غالباً ما يصل إلى ستة أرقام مع المبرد والغطاء. | جزء بسيط من سعر الليزر، حتى بالنسبة لأنظمة الوضوح العالي | إجمالي تكلفة التركيب لكل آلة |
| الطلب على الكهرباء | كبيرة؛ حوالي 50 كيلوواط مثبتة عند 12 كيلوواط وأكثر فوقها | يتم تحديد حجم مصدر الطاقة حسب شدة التيار (الأمبير). | تكلفة تركيب الكيلوواط وتحديث المرافق |
| معدل الإنتاجية من 4 إلى 20 مم | أعلى مستوى من بين جميع العمليات الحرارية | أقل، مع المزيد من عمليات التنظيف الثانوية | عدد الأجزاء المنجزة لكل وردية |
| العمل الثانوي | صغيرة؛ غالبًا ما تكون الحواف والثقوب جاهزة للتجميع | عمليات الطحن أو الحفر أو التوسيع شائعة في الأجزاء الدقيقة | دقائق العمل لكل جزء بعد القطع |
| المواد الاستهلاكية | الفوهات والنوافذ الواقية | الأقطاب الكهربائية والفوهات، شائعة عند شدة التيار العالية | تكلفة المواد الاستهلاكية لكل ساعة قطع |
يعتمد القرار على الاستخدام. يمكن لجهاز ليزر بقدرة 20 كيلوواط أو أكثر، يعمل بنظام ورديتين لتصنيع ألواح متوسطة وسميكة، أن يعوض تكلفته الإضافية من خلال زيادة الإنتاجية وتوفير تكاليف عمالة التشطيب. أما الجهاز نفسه الذي يعمل لبضع ساعات أسبوعيًا على قطع سميكة من حين لآخر، فلن يحقق ذلك. قبل اتخاذ القرار، قارن التكلفة الإجمالية للتركيب، بما في ذلك ترقيات الطاقة وسعة التبريد، مع عدد القطع الإضافية التي ينتجها الجهاز في كل وردية. يتم تغطية أسعار المعدات في كم تكلفة ماكينة القطع بالليزروتسعير البلازما في كم تكلفة طاولة قطع البلازما.
عادةً ما تنظر المتاجر التي تبرر الاستثمار إلى الإطارات الثقيلة آلات قطع المعادن بالليزر الليفي عالي الطاقة صُممت لتحمل أحمال الصفائح السميكة والحرارة العالية الناتجة عن القطع الطويلة، بدلاً من إطارات الصفائح المعدنية الأخف وزناً المزودة بمصدر أكبر.
تكلفة التشغيل لكل متر
تُرجّح تكلفة التشغيل بالساعة استخدام تقنية البلازما، لأن الليزر فائق الطاقة يستهلك طاقة كهربائية أكبر بكثير ويحتاج إلى مُبرّد أكبر. أما تكلفة المتر المقطوع فتُعطي صورة مختلفة. فعندما يقطع الليزر الصفائح المتوسطة بسرعة أكبر بعدة مرات، ويستخدم الهواء بدلًا من النيتروجين، ويُلغي خطوة التجليخ، قد تنخفض تكلفة القطعة النهائية إلى ما دون تكلفة البلازما، حتى وإن كانت تكلفة الساعة أعلى. ولا يصح هذا الاختلاف إلا إذا كان الجهاز يعمل باستمرار، مما يُعيد القرار إلى مسألة الاستخدام الأمثل.
من ينبغي عليه شراء البلازما؟
لا تزال شاشات البلازما الخيار الأمثل لشريحة كبيرة من المشترين. وهذا منطقي عندما:
⦿ العمل عبارة عن قطع هيكلي خشن في الغالب حيث لا تعتبر دقة تشطيب الحواف ودقة الثقوب أمراً بالغ الأهمية.
⦿ يتجاوز سمك الصفيحة بانتظام 50 مم، أو يحتاج المتجر إلى استخدام الأكسجين والوقود أيضًا للأجزاء الثقيلة جدًا.
⦿ الميزانية أو مصدر الطاقة الكهربائية المتاح يستبعد استخدام ليزر فائق الطاقة.
⦿ تعتبر عملية شطف اللحام على الصفائح السميكة مطلباً يومياً، ورأس شطف البلازما المجرب يناسب سير العمل.
⦿ ساعات تشغيل الآلة منخفضة للغاية بحيث لا تغطي التكلفة الرأسمالية لليزر.
بالنسبة لهذه المتاجر، آلة قطع البلازما الجسرية الثقيلة يوفر سعة ألواح سميكة بتكلفة دخول أقل بكثير، و طاولة قطع البلازما CNC مزودة بشعلة قطع اللهب يُضاف الأكسجين والوقود للأجزاء الأكثر سمكًا. تستخدم العديد من مصانع التصنيع الكبيرة الآن كلا الطريقتين: ليزر عالي الطاقة للصفائح الدقيقة والمتوسطة، والبلازما أو الأكسجين والوقود للأعمال الأكثر سمكًا وخشونة.
قائمة التحقق من القرار
✔ قم بفرز وظائف السنة حسب نطاق السماكة واحسب الساعات في كل منها.
✔ قياس العمل الثانوي على أجزاء البلازما الحالية: الطحن، والحفر، وإعادة العمل بالدقائق لكل جزء.
✔ قم بتسعير الليزر مع المبرد، والغطاء، وترقية الطاقة، والتركيب، وليس فقط الجهاز.
✔ قارن الأجزاء النهائية لكل وردية، وليس سرعة القطع فقط.
✔ احتفظ بالبلازما أو الأكسجين والوقود في الخطة إذا كانت الألواح السميكة للغاية جزءًا منتظمًا من العمل.
قارن بين الليزر والبلازما لأعمال الطباعة على الألواح
استكشف الطاقة العالية آلات قطع ألياف الليزر جنبا إلى جنب قواطع البلازما CNCواحصل على عرض أسعار مجاني بناءً على سماكة الألواح وأحجامها ومتطلبات التشطيب الخاصة بك.
