等离子切割VS激光切割

在切割领域，等离子切割，特别是精细等离子切割已经在众多工业领域得到了应用，但是，随着光纤等激光技术的发展，激光切割机近年来也开始受到一些用户的青睐。那么，等离子切割与激光切割相比，哪种切割方式更适合企业的产品生产？本期将通过用户的角度，让用户来探讨两种切割工艺的优势和缺点，为今后采购切割产品和生产工艺设计的工程师提供借鉴。

本期策划 张维官

等离子切割机与激光切割机应用

李伟剑：我单位主要有军品生产线和转包生产线两条，在每条生产线上应用不同的切割机品牌。

（1）军品生产线 我公司最早在1997年成功引进一台美国laserdyne780型激光加工系统，主要用于零件的精密切割和打孔。该设备的激光器是英国JK704 YAG激光器，功率为400W。该设备的特点是动光式，在加工过程中零件不动，通过激光加工头的运动来实现空间任意轨迹的切割。激光头可以进行A、B方向上的数控旋转，这样能保证空间曲面沿法向方向的切割。这款切割机的另一个特点是悬臂式，这样机床的敞开性比较好，方便于操作工搬运和装卸零件。

鉴于激光切割零件需求量的逐年增多，我公司在2005～2012年期间先后购买了美国PRIMA公司生产的laserdyne890（3000W CO2快轴）、laserdyne795激光切割机，用于航空零件的激光精密切割与打孔。

在板材下料方面，引进了国产武汉楚天公司生产的HYPE－CUT3015型激光切割机，是一款CO2快轴气体激光器。可实现自动标定、自动聚焦功能，使用户可以随时调整和更换不同材料不同厚度的板材，大大提高了效率。此设备还拥有自动穿孔检测功能、防碰撞和断点返回功能等，大大方便了操作者的使用。

（2）转包生产线 2003年引进了两台激光切割机用于转包零件的加工。这两台都是意大利PRIMA公司生产的快轴气体激光器。一台用于二维切割，一台用于三维激光切割。这两台设备的特点为自动上料、飞行光路，拥有电容传感器。驱动方式为高速滚珠丝杠（因为引进时间比较早，现在这种驱动方式已经很少采用），激光头旋转轴可连续无限旋转（这是该设备的核心技术，国内目前还没有掌握）。2012年左右又引进两台DMG的LT130PD和LT80PD激光切割机。这两台设备的旋转轴和激光头中的两个高动态性能扭转电动机，使机床可在最短的加工时间内达到最高的加工精度。凭借机床的高动态性能以及高切割速度，能够实现钻环穿孔。借助零件加工编程系统，能够快速简便地完成复杂的工件加工程序制定。该设备的驱动方式采用最为先进的直线电动机驱动技术，极大提高了切割机的加工效率和加工精度。

目前我公司还没有等离子切割机。

李 勇：我公司目前具有以下几种切割设备：

（1）激光切割通片快激光切割机：通快产品的优点是在切割5mm以下钢板时有较大优势，切割速度和移动速度相当快。但是缺点是工作台面小，一般为1.5m×3m或2m×4m，主要应用于钣金行业，如驾驶室、电器开关柜、电梯行业、粮食机械和纺机等。

田中激光切割机：其优点是中厚板切割，工作台面大，比如有3m×9m或2m×6m的板就可直接放在工作台上进行。主要用于重工行业，如工程机械、造船、桥梁、钢结构等（一般是3～25mm）。

普瑞玛激光切割机：意大利PRIMA的单元技术，悬挂式龙门梁飞行光路结构，人机接近性及机床驱动特性良好；机床全封闭防护，可使操作者观察到完整的加工过程。配有自动交换工作台。普瑞玛激光切割机可加工范围3000mm×1500mm，最大定位速度140m/min，最大板材重量800kg，发生器功率2500W，3000W及4000W，最大加速度6G。

（2）精细等离子 济南第二机床厂：采用美国CMC公司生产的VURNY 10 PLUS 数控切割机专用切割机系统。龙门式结构双边驱动，重量轻，刚性好，纵向和横向均采用进口数字交流伺服系统和精密齿轮无间隙啮合传动，并由自动加减速，断点回复功能，因此保证了切割机的运行精度和拐角处的精度。横向采用直线导轨导向，纵向采用SKF轴承导向。最大切割长度18 500mm，切割厚度2～32mm，最大穿孔厚度32mm。

梅塞尔：数控切割机为门式稳固设计，双边纵向驱动来保证高切割准确性及切割精度。最大的切割长度可达到12 000mm；结构稳固，导向准确；桥架上的直线导板使切割平整及精确；用最现代化的CAD工具设计，性能最佳；交流电动机性能高，速度可达35m/min，加速快。

孙志刚：我公司使用的等离子切割机主要有三种品牌：美国海宝等离子切割机：特点是切割稳定且切割速度快，用于自动切割中、厚型钢板；美国米勒等离子切割机：特点是用于手工切割40mm以下的钢板，操作灵活，维修成本比较高；唐山松下等离子切割机：用于手工切割40mm以下的钢板，操作灵活，比较耐用，维修费用低，使用方便。

刘 静：我公司主要产品有电力机车、内燃机车、城市轨道车辆、各种机车车辆配件产品。机车钢结构的研发制造全部由公司独立完成，钢结构的板材种类主要有Q345E、Q235A、09CuPCrNi等，板厚3～70mm不等，切割设备主要有数控火焰切割机、数控等离子切割机、激光切割机和剪板机等。目前有瑞士百超、意大利谱瑞玛激光切割机3台；2台梅赛尔数控等离子切割机。

等离子切割机和激光切割机应用场合

李伟剑：我公司用于激光切割的板材材料主要是不锈钢、钛合金、高温合金等。

李 勇：激光切割机：激光切割机以中薄板为主，以4000W激光为例，最大可切25mm左右普通碳钢。激光切割机除用于切割各种高熔点材料、耐热合金和超硬合金等特种金属材料外，也可切割半导体材料、非金属材料以及复合材料。激光因其具有几乎无发散的方向性，而具有极高的发光强度。激光切割速度快、加工精度高、切缝狭窄，相对于等离子切割热影响区小、切割板材变形小，切割表面无损伤，一般不需后续加工。

等离子切割机：等离子切割机可用于不锈钢、铝、铜、铸铁、碳钢等各种金属材料切割，等离子切割以中厚板为主，以260A的等离子切割为例，最大切割厚度可达60mm。等离子切割速度快、切缝狭窄、切口平整，允许成本低，具有显著的节能及经济效果

孙志刚：我单位现在没有激光切割机，等离子切割机主要用于切割高碳钢和普通碳钢，板厚一般在6～40mm。

刘 静：激光切割机主要用于板厚在8mm以下的碳钢、不锈钢板材备料，尤其是形状复杂，切割面精度要求较高的零部件。数控等离子切割机主要用于重要零部件或者较薄板材的切割。

等离子切割机VS激光切割机

李伟剑：等离子切割的工作原理是以氧气或氮气作为工作气体，利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化和蒸发，并借助高速等离子流的动量排除熔融金属以形成割缝的一种加工方法。

而激光切割是由激光器产生的激光束，通过一系列反射镜的传输，最后由聚焦镜聚焦到工件表面，在焦点处产生局部高温，使工件的被加热点瞬间熔化或汽化形成割缝。同时在切割的过程中加以辅助气体将割缝处的熔渣吹出，最终达到加工的目的。

等离子切割适用于各种金属材料的切割，以中厚板切割为主。优点是切割速度快，割缝窄，热影响区小，变形小，运行成本低；缺点是在断面垂直度有0.5°～1.5°的倾斜角，切口硬化。

激光切割主要以中薄板为主，切割材料范围非常广（金属、非金属、陶瓷、玻璃等）。由于激光具有高方向、高亮度、高强度等特点，所以激光切割速度快，加工精度高，割缝非常窄，一般无需后续加工处理。

综上所述，在切割材料方面，激光切割的材料选择范围要比等离子切割的更广；在薄板切割方面，激光切割具有更加显著的优势；而在成本方面，等离子切割相对于激光切割要便宜很多。

李 勇：激光切割机与一般切割方式对比，有一些显著的优势：①激光切割割缝小，切割面可以直接用于焊接，不需要打磨。②激光切割机速度快：切割薄板时速度可达10m/min，比等离子切割机的速度快很多。③激光切割机切割质量好：变形小，表面粗糙度值低，斜口小。④激光切割机精度高：定位精度能达到0.05mm，重复定位精度可达0.02mm。⑤激光切割机切割材料广泛：除了可以切割金属，也可以切割木材、塑料、橡胶、PVC、皮革、纺织品及有机玻璃等多种材料，应用范围极广。

激光切割的劣势：激光切割成本高，初期投入和后期维护需要较高的成本；目前，激光在切割薄板性价比较高，但在切割中厚板时效率低，除非质量要求较高，否则不适宜用激光切割。

等离子切割的优势：在切割中厚板的过程中，可以达到非常高的切割速度，远远高于激光和火焰。初期设备投入比激光低，后期维修成本也比激光低。

等离子切割的劣势：①切割面垂直度较差：在切割面的一侧会产生很大的斜口，垂直度会较差。②产生较多的割渣：切割过程中会在切割面的下方产生割渣，为不影响后工序的质量，此割渣必须通过修磨去掉，也增加了人工成本。③会产生有害的气体和弧光：等离子切割的原理决定了在切割过程中会产生有害的粉尘和弧光，但是，目前也出现了采用水下等离子切割来避免此缺陷。④后期的割嘴消耗会比较多，而且目前的割嘴主要靠进口，成本较高。

孙志刚：根据我们以前使用的经验，激光切割机与等离子切割机比较如下：

第一，激光切割机不会损伤工件，而等离子切割机对板材却存在或大或小的损伤，特别是在切割过程中等离子切割机割枪割嘴出现问题时就会对板材造成明显缺陷。

第二，由于激光束聚焦成很小的光点，所以激光切割机切缝窄，等离子切割机切割的切缝要比激光切割机切缝略大。

第三，激光切割机速度快：切割速度可达10m/min，比等离子切割机的速度快很多。

第四，激光切割机切割面光滑，无毛刺，切割质量好，属无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。但切割板材的厚度受限制且加工成本高。而等离子切割机可根据不同型号和功率大小可切割6～40mm以上钢板，加工成本相对低廉。

第五，激光切割机精度高：激光切割机定位精度0.05mm，重复定位精度0.02 mm，但工作环境要求高，等离子切割机的加工精度虽不比激光切割机，但对工作环境要求较低且机动性较强，适应切割的范围较广，对人员的技能水品要求相对激光切割要低。

刘 静：激光切割机的优点在于：切割精度更高，速度快，板材变形小，适用于形状复杂的零部件备料，但就目前我公司的设备而言，切割厚度受限制，一般情况下：8mm以下的板材，组对精度要求高的单件使用激光切割机下料，下料成本较高，对板材的清洁度也有一定的要求。等离子切割机的优点在于：切割领域宽，可切割所有金属板材；切割速度快，效率高；切割精度比数控火焰切割高，精细等离子切割则精度更高。缺点在于切割厚板，尤其是20mm以上钢板比较困难，需要大功率的等离子电源，成本较高。

未来发展趋势

李伟剑：目前，国际上有代表性的激光切割制造厂家主要有德国通快、瑞士百超、意大利普瑞玛等，国内有深圳大族、武汉楚天、上海团结普瑞玛等，市场上对于激光切割的需求逐年增多。

随着激光切割机的制造技术日趋成熟，高效激光切割机的发展方向如下：

（1）切割效率进一步提升 开发高效高精度数控激光切割机，提高切割速度，不仅要提高光束质量，改变切割工艺，更重要的一个方面是要采用直线电动机驱动，使其拥有更大的加速度和移动速度。

（2）激光切割的柔性加工 提高激光切割机的多自由度，适用于更加复杂曲面工件的加工。开发高精度光纤激光切割机，在二维和三维方面的推广应用，提高柔性加工。

（3）加大幅面大厚板的激光切割 掌握远光程激光传输技术，厚板切割工艺，高功率激光光路的设计与制造技术，开发大幅面大厚板激光切割设备。

（4）切割机智能化的提升 进一步把激光器与CNC技术、光学技术以及高精度工件的定位相结合，把激光切割机的功能部件与其他加工方法组合，制成多功能激光加工机。

李 勇：未来高效切割机应该会分两条路发展，一种是目前技术的升级换代，比如说激光切割的板厚会越来越高，成本越来越低。等离子切割存在的粉尘和弧光缺陷，随着水下等离子的出现，此劣势也降低了不少。

另一种方向是新的切割介质和切割方式会出现，从古老的火焰切割到后来的等离子、激光、水切割，无一不是随着新技术的出现而推广的。

孙志刚：今后高效切割机的发展方向应是：精细等离子切割，因为精细等离子切割已使切割质量接近激光切割水平，目前随着大功率等离子切割技术的成熟，切割厚度已超过150mm，拓宽了数控等离子切割机切割范围。