20kW 이상 파이버 레이저 vs 플라즈마: 두꺼운 금속판 절단에 플라즈마는 이제 시대에 뒤떨어진 기술인가?

수십 년 동안 얇은 판재에는 레이저를, 두꺼운 판재에는 플라즈마를 사용하는 것이 일반적인 규칙이었습니다. 하지만 초고출력 파이버 레이저가 이러한 규칙을 깨뜨렸습니다. 20kW, 30kW, 40kW급 레이저 소스는 이제 철강 서비스 센터와 중공업 제조 현장에서 흔히 사용되고 있으며, 시장 보고서에 따르면 12kW 이상급이 레이저 절단 시장에서 가장 빠르게 성장하는 분야입니다. 이 가이드에서는 두께, 절단면 품질, 비용 측면에서 레이저와 플라즈마의 경계가 어디에 있는지 살펴봅니다.

두 과정의 차이점에 대한 기본 사항을 먼저 알고 싶으시다면, 개요를 참조하세요. 레이저 절단기 vs 플라즈마 절단기 기본 사항을 다룹니다. 이 글에서는 두꺼운 판재 사용 결정에 초점을 맞춥니다.

12kW는 논쟁에서 어떤 위치를 차지하는가?

12kW 파이버 레이저는 대부분의 업체들이 플라즈마 절단에 대해 처음 접하는 제품입니다. 이 정도 출력의 레이저는 중간 두께의 판재를 무리 없이 처리할 수 있고, 두꺼운 판재도 저속으로 절단할 수 있습니다. 따라서 12kW 레이저는 주로 20mm 미만의 두께를 가진 부품을 가공하고 가끔 더 두꺼운 부품을 제작하는 업체들에게 적합한 선택입니다.

12kW를 넘어서면 기계의 특성이 달라집니다. 20kW 이상의 출력에는 더 견고한 프레임, 더 큰 냉각기, 더 강력한 배기 시스템, 그리고 더 큰 전력 공급 장치가 필요하므로 구매 결정은 설비 투자와도 직결됩니다. 이러한 이유로 많은 업체에서는 12kW를 일반 가공의 최대 출력으로, 20kW 이상을 후판 가공 전용 투자로 간주합니다.

두께와 속도 비교

일반적으로 강판 가공업체는 강판을 얇은 강판(4mm 미만), 중간 두께 강판(4~20mm), 두꺼운 강판(20~60mm), 그리고 초두꺼운 강판(그 이상)의 네 가지 등급으로 분류합니다. 레이저와 플라즈마 절단 방식은 각 등급에 따라 달라집니다.

중요한 변화는 레이저 속도가 출력에 따라 얼마나 크게 증가하는가 하는 점입니다. 초고출력 레이저를 사용한 절단 시험 결과에 따르면 속도는 40kW까지 꾸준히 증가하는 것으로 나타났습니다.

⦿ 출력을 15kW에서 40kW로 높이면 12mm 탄소강의 절삭 속도는 약 280%, 20mm 탄소강의 절삭 속도는 약 420% 향상됩니다.

⦿ 30kW 레이저는 일반적인 16mm 스테인리스 부품을 15kW 레이저보다 절반의 작업 시간과 절반의 가스 사용량으로 절단했습니다.

⦿ 50mm 탄소강의 경우, 한 제조업체는 30kW 기계가 20kW 기계보다 약 88% 더 빠르게 작동한다고 보고했습니다.

펄스 모드에서는 질소를 사용하여 30kW로 70mm 스테인리스강을, 공기를 사용하여 40kW로 230mm 탄소강을 절단하는 시험을 진행했지만, 이는 일상적인 생산 속도가 아닌 성능 시연을 위한 것입니다.

플라즈마는 다른 방식과 달리 확장성이 떨어집니다. 플라즈마 시스템은 전류량에 의해 제한되며, 특정 두께에서의 속도는 전원 공급 장치가 선택되면 거의 고정됩니다. 이것이 바로 한때 여러 분야에서 사용되던 중간 두께의 판 영역이 이제 대부분 레이저에 속하게 되었고, 두꺼운 판 영역에서도 경쟁이 벌어지고 있는 이유입니다. 출력 레벨별 전체 속도 범위는 다음에서 확인할 수 있습니다. 파이버 레이저를 이용한 금속 절단 시 두께, 속도 및 출력 가이드.

에어 커팅은 두꺼운 판재의 경제성을 변화시킵니다.

덜 명확한 요인 중 하나는 보조 가스입니다. 산소를 이용한 두꺼운 탄소강 절단은 낮은 출력에서는 잘 작동하지만, 출력이 높아져도 속도는 거의 향상되지 않습니다. 고압 공기 절단은 출력에 따라 절단 속도가 향상되며, 20kW 이상에서는 두꺼운 탄소강을 빠르고 매끄럽게 절단할 수 있습니다. 즉, 초고출력 레이저는 기존 산소 절단 방식보다 두꺼운 강판을 더 빠르게, 더 낮은 가스 비용으로 절단할 수 있어 플라즈마 절단의 비용 효율성과 속도 우위를 제한합니다.

두꺼운 판을 뚫다

두꺼운 판재 가공 시 숨겨진 병목 현상은 종종 피어싱입니다. 플라즈마 절단기의 피어싱 용량은 전원 공급 장치에 의해 결정되며, 이를 초과하는 부품은 모서리에서 시작해야 하므로 네스팅에 제약이 생깁니다. 고출력 레이저는 과거보다 두꺼운 판재를 더 빠르게 피어싱할 수 있지만, 여전히 얇은 판재보다 피어싱 시간이 훨씬 오래 걸리고 노즐 마모를 유발하는 스패터가 발생합니다. 구멍이 많은 부품의 경우, 피어싱 시간이 절단 속도 차이보다 더 큰 영향을 미칠 수 있으므로 견적이나 시험 결과를 비교할 때 절단 길이뿐만 아니라 피어싱 횟수도 고려해야 합니다.

모서리 경사 및 모서리 품질

속도만으로는 논쟁을 해결할 수 없습니다. 두꺼운 판재 부품은 보통 용접이나 볼트 조립 과정을 거치기 때문입니다. 절단면의 품질이 절단 후 남는 작업량을 결정합니다.

⦿ 절단 폭과 열: 레이저 절단 폭은 좁고 열영향을 받는 z축은 작습니다. 플라즈마는 더 넓은 절단 폭과 더 많은 열을 발생시켜 얇은 부분을 변형시킬 수 있습니다.

⦿ 모서리 각도: 플라즈마 절단면은 약간의 경사가 있는 반면, 중간 두께 판재의 레이저 절단면은 훨씬 더 직각에 가깝습니다.

⦿ 구멍: 레이저는 중간 두께의 강판에 작고 둥근 볼트 구멍을 절단하여 대부분 바로 사용할 수 있습니다. 반면 두꺼운 강판의 플라즈마 절단 구멍은 일반적으로 드릴링이나 리밍 작업이 필요합니다.

⦿ 용접 준비: 플라즈마 베벨 헤드는 두꺼운 판재의 V형 및 K형 준비에 널리 사용되는 성숙한 기술이며, 레이저 베벨 헤드도 현재 사용 가능하지만 비용이 추가됩니다.

제작업체들은 실질적인 차이점을 다음과 같이 설명합니다. 플라즈마 절단된 모든 베이스 플레이트가 용접 전에 드릴과 그라인더 작업을 거친다면, 절단이 완전히 마무리된 것이 아니라는 것입니다. 12~40mm 범위의 구조용 베이스 플레이트는 바로 이러한 이유로 플라즈마 절단에서 레이저 절단으로 전환되는 가장 명확한 사례 중 하나입니다. 구조용 및 판재 강재 작업 절단 속도보다 절감되는 부가 노동력이 더 중요한 경우가 많습니다.

재질 종류에 따라서도 결과가 달라집니다. 스테인리스강이나 알루미늄 후판은 탄소강보다 레이저 절단에 훨씬 유리한데, 질소 레이저 절단은 플라즈마 절단으로는 추가 후처리 없이 얻을 수 없는 깨끗하고 산화물 없는 모서리를 만들어내기 때문입니다. 하지만 플라즈마 절단으로도 많은 구조물에 적합한 두꺼운 탄소강의 경우에는 두 방식의 성능 차이가 미미합니다.

초기 투자 비용 대비 처리량

플라즈마 기술은 여전히 ​​이 분야에서 가장 강력한 입지를 유지하고 있습니다. 초고출력 레이저는 막대한 투자가 필요한 반면, 성능 좋은 플라즈마 시스템은 훨씬 저렴한 가격으로 구입할 수 있습니다.

결정은 활용도에 달려 있습니다. 20kW 이상의 레이저 장비를 2교대로 가동하여 중간 및 두꺼운 판재를 가공할 경우, 생산량 증가와 후가공 인건비 절감을 통해 추가 비용을 상쇄할 수 있습니다. 하지만 동일한 장비를 주당 몇 시간씩 간헐적으로 두꺼운 부품을 가공하는 데 사용한다면 그렇지 못할 것입니다. 구매를 결정하기 전에 전력 업그레이드 및 냉각기 용량을 포함한 총 설치 비용과 교대 근무당 추가 생산량을 비교해 보십시오. 장비 가격은 다음에서 다룹니다. 레이저 절단기 가격은 얼마인가요?그리고 플라즈마 가격은 다음과 같습니다. 플라즈마 절단기 가격은 얼마인가요?.

투자 가치가 있는 매장들은 대개 견고한 프레임을 고려합니다. 고출력 파이버 레이저 금속 절단기 더 가벼운 판금 프레임에 더 큰 열원을 장착한 것과 달리, 두꺼운 판금 하중과 긴 절단 작업으로 인한 높은 열을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

미터당 운영 비용

시간당 운영 비용 측면에서는 플라즈마 절단이 유리합니다. 초고출력 레이저는 훨씬 더 많은 전력을 소모하고 더 큰 냉각기가 필요하기 때문입니다. 하지만 절단 길이당 비용은 상황이 다를 수 있습니다. 레이저는 중간 두께의 판재를 몇 배 더 빠르게 절단하고, 질소 대신 공기를 사용하며, 연삭 공정을 생략하기 때문에 시간당 비용은 더 높더라도 완제품당 비용은 플라즈마 절단보다 낮아질 수 있습니다. 이러한 비교는 장비 가동률이 높을 때만 유효하므로, 결국 선택은 장비 가동률에 달려 있습니다.

누가 여전히 혈장 검사를 받아야 할까요?

플라즈마는 여전히 많은 구매자들에게 적합한 선택입니다. 다음과 같은 경우에 플라즈마를 선택하는 것이 합리적입니다.

⦿ 작업은 주로 거친 구조 절삭이며, 모서리 마감이나 구멍 정확도는 중요하지 않습니다.

⦿ 판재 두께가 정기적으로 50mm를 초과하거나, 매우 두꺼운 부분을 용접할 때 산소 연료 용접이 필요한 경우.

⦿ 예산이나 전력 공급 가능 여부 때문에 초고출력 레이저는 사용할 수 없습니다.

두꺼운 판재에 용접 베벨 가공을 하는 것은 일상적인 작업이며, 검증된 플라즈마 베벨 헤드가 이러한 작업 흐름에 적합합니다.

⦿ 레이저 장비의 가동 시간이 너무 적어 초기 투자 비용을 회수할 수 없습니다.

이러한 상점들의 경우, 고하중 갠트리 플라즈마 절단기 훨씬 낮은 초기 투자 비용으로 두꺼운 판재 생산 능력을 제공하며, 화염 절단 토치가 장착된 CNC 플라즈마 절단 테이블 가장 두꺼운 부분에는 산소연료 용접을 추가합니다. 현재 많은 대형 가공업체들이 두 가지 방식을 모두 사용하고 있습니다. 정밀 가공 및 중간 두께의 판재에는 고출력 레이저를, 가장 두껍고 거친 작업에는 플라즈마 또는 산소연료 용접을 사용합니다.

결정 체크리스트

✔ 1년 동안 작업한 내용을 두께별로 분류하고 각 두께별로 작업 시간을 계산하세요.

✔ 현재 플라즈마 가공 부품의 2차 작업량(연삭, 드릴링, 재작업 시간)을 부품당 측정합니다.

✔ 레이저 장비 가격에는 냉각기, 인클로저, 전력 업그레이드 및 설치 비용이 모두 포함되어야 하며, 기계 가격만 포함해서는 안 됩니다.

✔ 절삭 속도만 비교하지 말고, 교대 근무당 완성 부품 수를 비교하세요.

✔ 두꺼운 강판을 자주 사용하는 작업이라면 플라즈마 또는 산소연료 용접 방식을 계획에 포함시키십시오.

판재 가공에 레이저와 플라즈마 절단 방식을 비교해 보세요.

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