EN
Преобразование стального строительства благодаря лазерным технологиям
Строительство из стали — промышленные здания, высотные сооружения, мосты, морские платформы — ежегодно обрабатывает тысячи тонн стальных листов методами резки, сверления и подготовки кромок. Лазерная резка заменил газокислородную и плазменную резку в качестве основного метода обработки конструкционной стали средней толщины по трем причинам: исключение вторичных операций, высокая точность, обеспечивающая подгонку деталей без дополнительной подстройки, и высокая скорость, позволяющая соблюдать ускоренные графики строительства, требуемые современными проектами.
Газокислородная резка создает зону термического влияния глубиной 3–5 мм от кромки реза с упрочнением кромки, что затрудняет последующую сварку. Плазменная резка формирует конусность кромки в 1–3 градуса и образует шлаковые наплывы, требующие зачистки перед подготовкой сварного соединения. Волоконно-оптическая лазерная резка обеспечивает прямые кромки с зоной термического влияния всего 0,1–0,3 мм при толщине материала до 25 мм — кромки, готовые к сварке без зачистки, выравнивания или удаления оксидов.
Производитель стальных конструкций в Бразилии, изготавливающий каркасы для коммерческих зданий, внедрил индивидуальную высокомощную волоконно-оптическую лазерная резка решение компании Tianchen Laser по замене двух станков плазменной резки, ставших узким местом в производственном процессе. Для зачистки кромок каждого листа на плазменной установке требовалось 15–20 минут, что полностью загружало двух операторов вторичной обработкой. Кромки, готовые к сварке, получаемые при резке волоконным лазером, полностью исключили необходимость в этом трудозатратном этапе, позволив перераспределить двух операторов на сборочные участки, где их квалификация повысила общую пропускную способность цеха вместо устранения недостатков процесса резки.
Требования к резке, специфичные для строительной отрасли
Обработка крупноформатных листов
В строительной стали используются листы большего размера по сравнению со стандартными промышленными листами. Пояса и стенки балок и колонн, опорные плиты, ребра жесткости и крепёжные косынки часто требуют обработки листов размером 2500×12 000 мм и более. Стандартные станки лазерная резка с рабочим полем 1500×3000 мм или 2000×4000 мм требуют либо предварительного деления листа перед резкой, либо повторного позиционирования листа в процессе резки — оба варианта увеличивают трудозатраты и снижают точность.
Системы лазерной резки большого формата отвечают этому требованию за счёт рабочих столов размером от 2500×6000 мм до 2500×12000 мм, что позволяет обрабатывать листы целиком без их переустановки. Увеличение формата повышает стоимость станка примерно на 30–50 %, однако исключает операцию разделения листа, необходимую при использовании станков стандартного формата — компромисс, выгодный при большом формате, если более 40 % продукции изготавливается из листов, габариты которых превышают размеры стандартного стола.
Система сменных столов — при которой один стол разгружает готовые детали и загружает заготовку, в то время как режущая головка обрабатывает другой стол — обеспечивает непрерывность производства. Время смены столов составляет 30–60 секунд, что минимизирует простои вне процесса резки, характерные для резки строительной стали, где обработка одного листа может занимать от 20 до 45 минут.
Параметры резки толстых листов
Толщина строительных стальных листов варьируется от 6 мм для второстепенных элементов до 80 мм и более для опорных плит колонн и тяжелых соединительных плит. Волоконно-лазерная резка углеродистой стали с подачей кислорода обеспечивает чистый рез на толщине 25–30 мм при мощности лазера 12 кВт и на толщине 40–50 мм при мощности 20 кВт и выше. Скорость резки на толстом листе экспоненциально снижается с увеличением толщины: лист толщиной 25 мм режется со скоростью примерно 0,8–1,0 м/мин при мощности лазера 12 кВт, тогда как лист толщиной 40 мм режется со скоростью 0,3–0,4 м/мин.
Практический предел применения волоконно-лазерной резки в строительных задачах составляет примерно 40–50 мм по толщине. При превышении этой толщины плазменная резка сохраняет экономическое преимущество, поскольку капитальные затраты на лазерные установки мощностью 20 кВт и выше в сочетании с низкой скоростью резки на материалах толщиной свыше 50 мм приводят к увеличению срока окупаемости по сравнению с типичным сроком 12–24 месяцев для диапазона толщин менее 40 мм. Производители, выполняющие значительный объем работ с материалами толщиной свыше 50 мм, зачастую используют лазерную установку для обработки материалов толщиной менее 40 мм и плазменную — для более толстых заготовок, оптимизируя каждую технологию под свой экономически выгодный диапазон толщин.
Повышение точности и качества подгонки
Точность позиционирования при лазерной резке волоконным лазером составляет ±0,1–0,3 мм, что обеспечивает плотное совмещение деталей при сборке без необходимости зачистки кромок, установки прокладок и повторного позиционирования — операций, требуемых при использовании менее точных методов резки. Допуски на монтаж стальных каркасов обычно составляют ±2 мм для болтовых соединений и ±3 мм для сварных соединений. Детали, вырезанные лазером, стабильно соответствуют номинальным размерам с отклонением не более ±0,5 мм — что значительно укладывается в допустимые монтажные допуски и исключает накопление погрешностей, требующих расточки отверстий или удлинения пазов на строительной площадке.
Часто задаваемые вопросы
Какая мощность лазера необходима для резки строительной стали?
мощность 8–12 кВт охватывает 80 % задач по резке строительной стали толщиной 6–25 мм. Мощность 15–20 кВт позволяет экономически эффективно резать сталь толщиной до 40 мм и более. Для производителей, выполняющих значительный объём работ со сталью толщиной свыше 50 мм, оптимальной экономической стратегией является использование лазерного станка для резки материалов толщиной до 40 мм и плазменного станка — для более толстых сечений. Компания Tianchen Laser предлагает лазерные системы мощностью от 3 кВт до 20 кВт и выше для строительных применений.
Как волоконный лазер сравнивается с плазменной резкой для конструкционной стали?
Лазер обеспечивает квадратные, свободные от шлака кромки, не требующие зачистки — это позволяет сэкономить от 15 до 25 минут на вторичную обработку одного листа при резке толстого проката. Плазменная резка изначально дешевле, однако в дальнейшем возникают регулярные затраты на трудозатраты и расходные материалы, которые, как правило, превышают более высокую первоначальную стоимость лазерного оборудования в течение 18–30 месяцев для предприятий, выполняющих ежегодно более 2000 часов резки.
Какие размеры листов могут обрабатывать лазерные станки для резки конструкционной стали?
Стандартные системы: 1500×3000 мм и 2000×4000 мм. Системы большого формата: от 2500×6000 мм до 2500×12000 мм для обработки полноразмерных листов конструкционного проката. Лазерный станок FB12525 компании Tianchen Laser предназначен для задач большого формата и сочетает высокую мощность с высокой точностью.
Как лазерная резка влияет на качество последующей сварки?
Лазерные резки не содержат оксидов, когда резаны с помощью азота (нержавеющая сталь) или имеют тонкий оксид, похожий на мельничную чешую, с помощью кислорода (углеродистая сталь). Обе готовы к сварке без шлифовки. Узкая зона, подверженная воздействию тепла (0,1 0,3 мм), сохраняет свойства основного металла на сварном соединении, улучшая качество сварки по сравнению с резными краями с более глубокими HAZ.
Какой типичный период окупаемости для строительной стальной лазерной режущей машины?
1224 месяцев для систем, работающих более 2000 часов в год, на основе экономии рабочей силы от устранения шлифования краев, экономии материала от улучшения гнездования (510% прироста использования) и улучшения пропускной способности от более быстрой резки и снижения вторичной обработки. Tianchen Laser предоставляет анализ рентабельности инвестиций в рамках консультаций до продажи.
Могут ли строительные лазерные режущие машины работать без присмотра?
Да, с автоматическими системами погрузки/разгрузки листов и хранения. Система автоматического хранения Tianchen Laser позволяет производить непрерывное выключение света система загружает следующий лист, обменивается таблицами и продолжает резать без вмешательства оператора. Работа без присмотра увеличивает рабочее время с одной смены до 18−24 часов в сутки.