Сегодня отовсюду можно услышать лозунги о революции в металлообработке за счет широкого использования технологии волоконных лазеров. Заявляемые результаты, подкрепленные впечатляющими цифрами, создают иллюзию точки невозврата к имеющимся и широко применяемым технологиям обработки металлического сортамента.

 

Глеб Миклашевский, 
эксперт по подготовке производства 
металлических конструкций

 

Но если ненадолго заглянуть за кулисы, декларации об исключительном применении лазеров на заводах металлических конструкций (ЗМК), то рядовому пользователю станет очевидно, что некоторые громкие заявления менеджеров о преодолении 40‑миллиметрового барьера в действительности являются теоретическими и труднодостижимыми в условиях реального производства.

 

В основе решения об актуальности применения той или иной технологии для производства лежат не только высокие технологические показатели, но и операционная эффективность, и общие экономические составляющие. Цикл изготовления детали определяется ее назначением. От него выстраивается минимально необходимое количество переделов, обеспечивающих соблюдение требований по качеству. Кроме этого, при выборе технологии необходимо принимать во внимание: качество исходного материала, оптимальную скорость резки, определяющую производительность и маржинальность производства, необходимое качество кромки деталей и т. д.

 

Базовые экономические показатели помимо стоимости включают в себя энергопотребление и затраты на содержание и обслуживание оборудования. Базисом российского горячекатаного проката, определяющим его геометрию, является ГОСТ 19903‑2015, согласно которому с увеличением толщины листа допускаются такие отклонения, которые могут наложить существенные ограничения на использование некоторых технологий раскроя листового проката.

 

Лист б = 6 мм с шириной h = 1500÷2000 мм имеет допустимые отклонения в пределах Δ = (–0,6) ÷ (+0,2) мм. Лист б = 40 мм с шириной h = 1500 ÷ 1700 мм имеет допустимые отклонения в пределах Δ = (–1,1) ÷ (+0,4) мм.
На практике листы приходят в минусовых допусках: для б = 6 мм Δ = (–0,2) ÷ (–0,3) мм; для б = 40 мм 
Δ = (–0,3) ÷ (–0,8) мм. Чаще всего оборудование для раскроя листового проката имеет значительный запас по мощности, позволяющий «не замечать» отклонения по толщине листа, обеспечивая надежную и стабильную работу без остановок. В общем виде эффективный раскрой листового проката осуществляется следующими способами: газокислородная резка (пропан/кислород); плазменная резка (кислород/воздух); лазерная резка (кислород, азот, воздух). Гидроабразивная резка для раскроя металла практически не используется вследствие предельно низких скоростей обработки и высокой (избыточной) шероховатости и точности.

 

В начале 2000‑х годов лазеры по мощности не превышали 2–3 кВт, в связи с чем появилась следующая схема технологии раскроя в зависимости от толщины металла:
• лазерная резка — от 0,5 до 8 мм,
• плазменная резка — от 8 до 40 мм,
• газокислородная — от 40 до 300 мм.

 

Предложенная модель обоснована статистикой применения, базовыми физическими принципами и возможными ограничениями, связанными с пониженным качеством исходного сырья. Современные лазерные источники обладают мощностью 8, 12, 20 и более киловатт, что позволяет им стабильно работать на толщинах до 16–20 мм. 

 

При этом общая тенденция сохраняется. Фактическая ширина канала для удаления грата в лазерной резке в среднем составляет 0,8–1,2 мм на сторону, что является приемлемым для толщины листа менее 20 мм.

 

Для раскроя листа б = 40 мм в плазменной резке, с увеличением толщины металла пропорционально возрастает сила тока, которая увеличивает диаметр плазменной дуги до d = 4÷5 мм. В газокислородной резке используется диаметр режущего сопла d = 1,7÷2,3 мм. Таким образом, на уровне базовых принципов технологии создается оптимальная ширина реза, позволяющая расплавленному металлу свободно покидать зону реза. Детали свободно выпадают из каркаса, что увеличивает скорость разбора стола и улучшает операционные показатели.
Лазерная резка — самый современный тип раскроя, в обозначенном диапазоне толщин от 0,5 до 8 мм является безусловным фаворитом вне конкуренции. Локальные изменения по толщине листа в пределах Δ = 0,2÷0,3 мм практически не меняют фокусного расстояния, и резка проходит легко и приятно, даже при использовании сравнительно небольших источников мощностью 2 или 3 кВт. Ширина реза в диапазоне 0,2÷0,4 мм на небольшой толщине позволяет легко убирать детали со стола, что, в свою очередь, открывает широкие перспективы устройства автоматической погрузки/разгрузки листов и деталей.

 

При постоянной загрузке производства, с учетом автоматизированного комплекса, для повышения производительности разумно посмотреть в сторону увеличения мощности источника до 12÷20 кВт. При этом надо понимать, что энергопотребление одного такого комплекса составит от 80 до 120 кВт, в зависимости от мощности источника.

 

Ещё одним направлением для применения лазерных источников высокой мощности является криволинейная разделка профильного проката с рабочим полем в пределах 500×500 и толщиной стенки менее 20 мм.
Для разделки профиля >500 мм с толщиной стенки более 20 мм целесообразно использовать газокислородную 3D-резку. Кроме того, согласно СТО-ГК «Трансстрой» 012‑2018, с помощью лазера допускается резка технологических отверстий в листах толщиной до 25 мм с последующей обваркой вкруговую или отверстий под расчетное болтовое соединение с последующим рассверливанием. Несмотря на дополнительные операции, устройство отверстий с помощью лазера положительно влияет на производительность ЗМК, и применение мощных источников также оправданно.

 

Получается, что с развитием технологий лазерная резка обрела способность значительно повысить производительность заводов и металлообрабатывающих компаний в следующих процессах:
1. Раскрой листа толщиной б < 8 мм в составе автоматизированных комплексов.
2. Чисто, быстро и аккуратно обрабатывать сложные траектории профильного проката с толщиной стенки 
б < 20 мм.
3. Скоростная резка технологических и предварительных отверстий под расчетные болтовые соединения и монтажные операции толщиной б < 25 мм.

 

Применение на производствах лазерных станков мощностью более 30 кВт приводит к разбалансировке технологической мощности и операционной эффективности. И это становится главной причиной перегрузки электрических сетей, простоев оборудования и значительного снижения выработки.

 

Рассмотрим для примера лазерную резку листа б = 40 мм в сравнении с классической плазменной резкой (таблица 1). Базовые условия: Лист б = 40×1500×6000 (сталь 09г2с, вес 2,83 тн); количество деталей — 100 шт.; общая длина реза — 50 м; график работы — 24/7; коэффициент использования станка — 85%; период загрузки станка — 1 месяц.

 

 

Заводы тяжелого машиностроения и металлических конструкций так или иначе сталкиваются с обработкой металлопроката толщиной 40 мм и более. Учитывая их производительность в объеме 5000–8000 тонн готовой продукции в месяц, обработка любого профиля должна проходить с наименьшими затратами по времени и с минимальными требованиями по квалификации операторов и специалистов по обслуживанию.

 

Принимая решение о модернизации, нельзя руководствоваться модными тенденциями или мнением большинства. Концепция замены парка оборудования индивидуальна для каждого предприятия. Как правило, она учитывает уже имеющуюся структуру подготовки производства, спецификацию выпускаемой продукции и обеспечивает запас прочности на случай необходимости дублирования операций или возникновения других непредвиденных обстоятельств.

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 1-2026