Послуги з різання листів з нержавіючої сталі: плазмове, лазерне, гідроструйне та різання

A пластина з нержавіючої сталізалишає млин у вигляді великого плоского прямокутника. У такому вигляді він майже нікому не потрібен. Таким чином, різання є першим етапом виготовлення, і він тихо вирішує три речі, які мають значення пізніше: наскільки точна деталь, як кромка поводиться під час корозійного впливу та скільки коштує готова деталь. У цій статті порівнюються чотири методи різання, що використовуються процесорами пластин, плазмою, лазером, гідроабразивом і зсувом, за точністю, товщиною, швидкістю, вартістю, якістю краю та стійкістю до корозії.

Кожен розділ відкривається прямою відповіддю, а потім доказами. Там, де докази обмежені, наприклад, якщо дані випробувань отримані з вуглецевої сталі, а не з нержавіючої сталі, ми так говоримо.

Які чотири основні способи різання пластини з нержавіючої сталі?

Плазмове та лазерне різання розплавляють метал інтенсивним нагріванням, гідроабразивне різання зношує метал за допомогою потоку води під високим тиском і абразивного піску, а різання механічно розрізає пластину між двома лезами. Плазма і лазер є термічними процесами, гідроструминна обробка є "холодним" процесом, а зсув чисто механічним.

Сприймайте кожен метод як окремий інструмент. Плазма - це електрично нагрітий газовий струмінь, який плавить вузький канал через пластину. Лазер — це сфокусований промінь світла, який плавить метал, тоді як потік газу видуває розплавлений матеріал із розрізу. Гідроабразивний струмінь — це потік води під тиском, що містить гранатовий пісок, який роз’їдає пластину, подібно до піскоструминної обробки, спрямованої на одну лінію. Стрижка працює як гігантські ножиці: леза штовхають метал, поки він не ламається. Те, як кожен інструмент видаляє метал, пояснює майже всі відмінності в наведених нижче таблицях.

Джерела: порівняльна таблиця Flow International [2]; атрибути гіпертермічної плазми [1]; опис краю зрізу від The ​​Fabricator [10].

Наскільки точним є кожен метод різання пластини з нержавіючої сталі?

Лазер і гідроабразив є найточнішими, з допуском у найкращому випадку близько ±0,025 мм (±0,001 дюйма). Плазма є найменш точним із трьох методів ЧПК, приблизно від ±0,4 до ±0,5 мм (±0,015 до ±0,020 дюйма) на хорошому столі. Точність стрижки залежить здебільшого від стану машини та леза, і вона не оцінюється згідно з ISO 9013.

Опубліковані числа допусків мають два варіанти. Виробники обладнання наводять найкращі значення, виміряні за ідеальних умов. Постачальники послуг перераховують те, що вони зазвичай мають під час виробничої роботи. Розрив між ними великий, тому допуск малюнку слід підтверджувати у процесора, а не читати брошуру.

Корисний інструмент специфікації.ISO 9013:2017 класифікує термічне різання за діапазоном якості, охоплюючи плазмове різання від 0,5 до 150 мм і лазерне різання від 0,5 до 32 мм [3]. Напис необхідного діапазону ISO 9013 на кресленні перетворює «хорошу якість краю» на щось вимірюване. Оскільки стандарт поширюється лише на термічне різання, допуски на гідроабразив і зсув повинні бути узгоджені окремо.

Якої товщини кожний метод може розрізати пластину з нержавіючої сталі?

Лазер практичний для приблизно 25 мм (1 дюйма) нержавіючої пластини, плазма ідеально підходить до 50 мм (2 дюйма) і може різати набагато товщі з додатковою обробкою, а гідроабразивна машина має найширший діапазон, виробники вказують до 24 дюймів. Різка обмежена тоншою пластиною, оскільки нержавіюча сталь опирається різанню набагато більше, ніж вуглецева сталь.

Товщина є першим фільтром у виборі методу, оскільки кожен процес натикається на фізичну стіну. Лазер повинен розплавити всю товщину дуже вузьким променем і очистити розплавлений метал газом. Це стає складніше, коли пластина потовщується. Плазма переносить більше енергії на розріз і продовжує працювати на товстій пластині. Гідроабразивна головка обмежена головним чином тим, наскільки високо може рухатися головка машини. Для зрізання обмеженням є сила, яку може надати машина.

Який метод різання є найшвидшим і найнижчим за вартістю для плити з нержавіючої сталі?

Стрижка є найшвидшим і найдешевшим варіантом прямого різання тонкого листа. Для фасонних деталей лазер працює найшвидше на тонкій нержавіючій сталі, плазмовий розріз стає швидшим і дешевшим у міру того, як пластина стає товщою, а гідроабразивний струмінь є найповільнішим, але часто усуває потребу у вторинній обробці.

Швидкість і вартість рухаються разом, але не по прямій лінії. Польський інститут зварювання вимірював якість краю 10-мм сталевого листа під час кожного процесу. Швидкості різання відрізнялися на порядок, як показано нижче.

Нержавіюча сталь змінює теплову картину. У вуглецевій сталі кисень спалює метал і додає тепло, що прискорює розріз. Нержавіючу сталь зазвичай ріжуть лазером інертним азотом, тому промінь повинен постачати всю енергію, а швидкість різання волоконним лазером різко падає за товщину приблизно 4 мм, приблизно до рівня CO2-лазера [7].

Перевага плазми зростає з товщиною. Hypertherm повідомляє, що на м’якій сталі плазма працює швидше, ніж лазер потужністю 15 кВт на відстані понад 16 мм, швидше, ніж лазер на 20 кВт на відстані понад 20 мм, і швидше, ніж лазер на 30 кВт на відстані понад 30 мм [1]. Це порівняння виробника плазми, але напрямок зрозумілий: точка перетину зростає зі збільшенням потужності лазера.

Вартість обладнання також визначає ціну послуг. Flow International перераховує діапазони капітальних витрат від 60 000 доларів США до 300 000 доларів США або більше для плазми та водоструминної техніки та від 200 000 доларів США до 1 000 000 доларів США або більше для лазера [2]. Для покупця найкращим питанням щодо вартості є ціна готової деталі: довжина різання, кількість проколів і будь-яке шліфування, травлення чи вирівнювання, необхідні після різання. Дешевий розріз, який потребує ретельного очищення країв, може коштувати дорожче, ніж дорожчий розріз, який не потребує нічого.

Чи шкодить плазмове та лазерне різання стійкості нержавіючої сталі до корозії?

Вони можуть, тільки на зрізаному краю. Тепло залишає оксидний шар і тонку збіднену хромом оболонку, які протистоять корозії гірше, ніж оригінальна поверхня, і їх потрібно видалити для найкращих корозійних характеристик. Гідроструйне та механічне різання не додають тепла, а лазерне різання за допомогою азоту створює яскраву кромку без оксидів.

Нержавіюча сталь стійка до іржі, оскільки хром утворює на поверхні тонку невидиму захисну плівку. Тепло від різання згущує оксид і вириває хром з металу безпосередньо під ним. Науково-дослідний інститут зварювання TWI стверджує, що для підтримки оптимальної стійкості до корозії необхідно видалити як окалину, так і збіднений хромом шар. Його керівництво полягає в тому, що шліфування з подальшим травленням кислотою дає найкращий результат із застосуванням абразиву зернистістю 360 або дрібнішого, і що ручне очищення дротом є менш ефективним, оскільки воно не видаляє виснажений шар [5]. Поради TWI стосуються термофарбування зварного шва.

Той самий механізм виснаження оксиду та хрому застосовується до країв, що піддаються впливу тепла, що є нашим розширенням цього керівництва. Технічні запитання та відповіді щодо фінішної обробки металу на вирізаних лазером нержавіючих деталях із синіми слідами підпалу прийшли до подібного практичного висновку: ванна для пасивації азоту погано справляється з видаленням блакитного оксиду, який потребує травлення або видалення абразивом [6].

Кожен процес відрізняється тим, скільки оксиду залишає:

• Лазер з азотом:інертний допоміжний газ зберігає край різу чистим і неокисленим [7]. Air assist залишає золотий, синій або коричневий відтінок на нержавіючих краях [8].
• плазма:Hypertherm стверджує, що ЗТВ зазвичай становить менше 0,25 мм і що правильний вибір процесу та газу забезпечує мінімальне зміцнення країв і хорошу зварюваність [1]. Потік зазначає, що використовуваний допоміжний газ змінює глибину ЗТВ [2].
• Гідроабразивний:немає джерела тепла, тому мікроструктура не змінюється. У польському тесті твердість кромки водоструйної струї відповідала основному металу (близько 140 HV10) [4].
• Стрижка:немає тепла, отже, немає термічного оксиду, але зрізана кромка пластично деформується та зміцнюється [10].

Чого не показують докази.Ми не знайшли опублікованих даних про точкову точку або критичну температуру для кромок з нержавіючої сталі, обрізаних кожним методом. Наведені вище дані про твердість отримано з вуглецевої сталі S355, а не з нержавіючої сталі. Аустенітні сорти нержавіючої сталі не тверднуть при швидкому охолодженні, як це відбувається з вуглецевою сталлю, тому для нержавіючої сталі практична проблема пов’язана з виснаженням оксиду та хрому, а не крихкою твердою кромкою. У опублікованому постачальником прикладі дослідження пластини 304 товщиною 40 мм повідомлялося про більш гладкі, менш звужені краї, ніж у лазера, з краями, обрізаними лазером, з видимими ЗТВ та оксидом [15]. Це випробування перевищує 32-міліметровий діапазон лазера в ISO 9013 [3], тому його не слід розглядати як типову продуктивність лазера.

Практичне керівництво для високолегованої плити.Для дуплексних, супердуплексних та пластин із нікелевих сплавів, де підведення тепла та стан кромки мають більше значення, оскільки вміст сплаву зростає, консервативний підхід полягає у вказівці водоструйного різання або вимагати видалення краю після обрізання та узгодженого приймального випробування, коли використовується термічне різання.

Чи можна різати плиту з нержавіючої сталі та які обмеження?

так Різання є економічним способом виконання прямих надрізів у тонкій або помірній нержавіючій пластині, але ножиці повинні мати приблизно на 40% меншу товщину, ніж для вуглецевої сталі, а край різу має загартовану стрічку.

Нержавіюча сталь міцніша за м’яку сталь, а аустенітні сорти також зміцнюються: чим більше метал деформується, тим твердішим він стає. Разом це означає, що гільйотині потрібно більше потужності для тієї ж товщини. Керівництво, відтворене з літератури щодо виробництва нержавіючої сталі, говорить, що звичайне пресове та гільйотинне обладнання зазвичай має бути зниженим на 40% порівняно з рейтингом вуглецевої сталі, а леза повинні залишатися гострими, оскільки перетягування металу через тупе лезо ще більше зміцнює його [11].

Ці вказівки відповідають двом незалежним спискам машин. Одна машина оцінила 3/8 м’якої сталі, але лише 1/4 нержавіючої [12], а інша — 6 мм м’якої сталі, але 4 мм нержавіючої [14]. Обидва вони приблизно на одну третину нижчі, у тому ж напрямку, що й емпіричне правило 40%.

Зазор між лезами також має значення. При такому самому зазорі гладка полірована зона на кромці різу становить приблизно 30% товщини нержавіючої сталі, але приблизно 50% низьковуглецевої сталі, тому для нержавіючої сталі потрібен більш жорсткий зазор, щоб отримати той самий край [10]. Зрізаний край зазвичай демонструє перекидання, поліровану смугу, більш грубу зону зламу, задирки та нагартування, а загартований край може тріснути, якщо деталь буде сформована пізніше [10]. Плануйте кондиціонування кромки, коли відрізана заготовка буде згинатися, глибоко витягуватися або зварюватися.

Як якість краю та потреби в обробці порівнюються між різними методами?

Гідроабразивна різьба створює найгладкіший край прямо зі столу, азотне лазерне різання створює чистий край без задирок на тоншій пластині, плазмові краї зазвичай потребують шліфування, а на зрізаних краях помітні перекиди та задирки.

Стан кромки визначає, скільки роботи буде виконано після різання. У таблиці зведені типові результати.

Джерела: [1] Hypertherm; [2] Flow International (постачальник); [4] Węglowski і Pfeifer (вуглецева сталь); [6] Запитання та відповіді щодо обробки продуктів; [7] Світ лазерного фокусування; [8] Lanier Metal Products; [10] Виробник; [15] Приклад GMA Garnet (постачальник).

Як вибрати для свого проекту між плазмою, лазером, гідроабразивом або ножицею?

Почніть з товщини та термочутливості. Використовуйте ножиці для прямих надрізів у тонкій пластині, лазер для деталей точної форми приблизно до 25 мм, плазму для більш товстої пластини, де краї будуть оброблені або шліфовані, і водоструйну машину, коли потрібно уникати підведення тепла або пластина дуже товста.

Що я повинен вказати, коли запитую цінову пропозицію для пластини з нержавіючої сталі?

Надішліть клас і специфікацію, товщину, креслення, вимоги допуску, стан кромки та потреби в документації. Ці шість елементів дозволяють процесору вибрати правильний метод і точно надати цитату.

Більшість затримок із пропозиціями пов’язані з відсутністю переваги або вимогами до документації. У повному запиті має бути зазначено:

• матеріал:марку та специфікацію, наприклад пластину ASTM A240 304L, 316L або 2205, а також покриття.
• Товщина і кількість:товщина плити, кількість деталей і чи прийнятно вкладення з повних листів.
• Геометрія:креслення DXF або DWG для фасонних деталей або довжини та ширини для прямих розрізів.
• Толерантність:діапазон ISO 9013 для термічного різання [3] або плюс-мінус допуск для гідроабразивної різання та зсуву, а також будь-яка межа площинності після різання.
• Стан краю:чи потрібні кромки без оксидів, а також чи потрібне шліфування, травлення або пасивація за ASTM A967 або A380 після різання.
• Документація:чи мають бути нанесені на вирізані деталі маркування номеру нагрівання та сертифікати на матеріал EN 10204 3.1.

Часті запитання

З: Який метод різання дає найчистіший край пластини з нержавіючої сталі?

A: Гідроабразивна обробка дає атласну гладку кромку без теплового відтінку і зазвичай не потребує додаткової роботи [2]. Лазерне різання з додаванням азоту також дає яскраву кромку без оксидів на тоншій пластині [7].

З: Чи руйнує плазмове різання нержавіючу сталь?

A: Ні. Плазмове різання створює вузьку зону термічного впливу, як правило, менше 0,25 мм на сталі [1]. На кромці різу утворений при нагріванні оксид і шар, збіднений хромом, слід видалити, якщо деталь зазнає корозійного впливу [5].

Питання: Чи можна різати лазером плиту з нержавіючої сталі товщиною понад 25 мм?

A: Іноді при високій потужності лазера ISO 9013 охоплює лазерні розрізи до 32 мм [3]. Вартість і конусність кромки зростають із збільшенням товщини, тому плазмовий або гідроабразивний струмінь зазвичай є більш практичним вибором вище приблизно 25 мм.

З: Чи потрібно пасивувати нержавіючу сталь після різання?

A: Пасивація, така як ASTM A967 або A380, відновлює чисту поверхню після виготовлення, але вона не надійно видаляє утворений нагріванням синій або коричневий оксид. Цей оксид краще спочатку видалити травленням або абразивними методами [6].

З: Чому нержавіючу сталь важче різати, ніж м’яку сталь?

A: Нержавіюча сталь має вищу міцність, а аустенітні сорти зміцнюються під час деформації. Ножиці зазвичай знижуються приблизно на 40% порівняно з їх рейтингом вуглецевої сталі [11].

Q: Який метод найкращий для дуплексної пластини або пластини з нікелевого сплаву?

A: Гідроабразивний метод є консервативним вибором, оскільки він не додає тепла та використовує однакову установку для всіх матеріалів [2]. Термічне різання також може використовуватися, якщо специфікація проекту це дозволяє, а видалення кромки після різання та приймальні випробування узгоджені.

Джерела та література

[1] Гіпертерм. «Атрибути плазми». https://www.hypertherm.com/solutions/technology/plasma-technology/plasma-attributes/ (плазмовий виробник)

[2] Flow International. «Порівняльний виріз». https://www.flowwaterjet.com/explore/waterjet-basics/comparative-cutting (пристрій для гідроабразивної стружки)

[3] ISO 9013:2017 Термічне різання: Класифікація термічних різів, геометрична специфікація продукту та допуски якості. Сфера застосування, опублікована національними органами стандартизації, наприклад, https://www.evs.ee/en/iso-9013-2017

[4] Węglowski, MS і Pfeifer, T. «Вплив технології різання на властивості обрізаних країв». Advances in Manufacturing Science and Technology 38(2), 2014. https://journals.pan.pl//Content/104261/PDF/10264-Volume38-Issue2-paper_05.pdf (вуглецева сталь S355, 10 мм)

[5] TWI. «Як видалити нагрів, який утворюється під час зварювання або неправильної термічної обробки нержавіючої сталі?» https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-how-do-i-remove-heat-tint-formed-during-welding-or-improper-heat-treatment-of-stainless-steels

[6] Оздоблення виробів. "Зварювання через мастило на холоднокатаній сталевій трубі/Очищення". https://www.pfonline.com/articles/welding-through-lubricant-on-cold-rolled-steel-tube-cleaning

[7] Світ лазерного фокусування. «Різання товстопрофільної сталі волоконними лазерами». https://laserfocusworld.com/industrial-laser-solutions/article/14216008/cutting-thick-section-steel-with-fiber-lasers

[8] Lanier Metal Products. «Волоконна лазерна різка». https://laniermetalproducts.com/laser-cutting (постачальник послуг)

[10] Виробник. «Покращення умов порожнього краю». https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/bending/improving-blank-edge-conditions

[11] Керівництво по виготовленню "Розрізання нержавіючої сталі". https://www.tubingchina.com/Shearing.htm (вторинне відтворення; перехресна перевірка з [12] і [14])

[12] Специфікація машини, ножиці моделі AS375-10. https://machinehub.com/download/MachineFileAttachment/61791

[13] IEEE TechNav. «Стригання». https://technav.ieee.org/topic/shearing/ (підсумкове посилання, орієнтовне)

[14] Список дилерів Exapro, гідравлічні ножиці Gasparini CO/2004. https://www.exapro.com/gasparini-co2004-p260909273/

[15] Гранат GMA. «Порівняльне дослідження гідроабразивного різання та лазерного різання нержавіючої сталі» (випадок Жаке Нова). https://gmagarnet.com/resource-hub/comparative-study-of-waterjet-vs.-laser-cutting-for-stainless-steel (постачальник абразиву)

[16] SasaMetal. «Різання нержавіючої сталі». https://www.sakysteel.com/news/stainless-steel-cutting (перелік постачальників нержавіючої сталі, 2018)