A sabedoria tradicional sobre o corte de metais espessos com lasers de fibra tornou-se gradualmente obsoleta. E uma análise atualizada das capacidades relativas do corte a laser e do corte a plasma tornou-se necessária.
Lasers de fibra de alta potência — agora disponíveis com potências superiores a 100 quilowatts — mudaram o cenário, desafiando muitas suposições antigas sobre custo, velocidade e desempenho. Mais importante ainda, esses cortadores a laser de fibra de alta potência não estão mais limitados principalmente a metais finos: agora, eles superam consistentemente os cortadores a plasma em espessuras de material superiores a 2 polegadas (50 mm).
Este guia modernizado fornece um resumo das inovações tecnológicas que impulsionam essas mudanças e uma comparação baseada em dados entre lasers de fibra e cortadores de plasma antes de responder à pergunta crítica: quando um cortador a laser é realmente mais econômico do que um cortador de plasma?
Essas informações devem ajudá-lo a decidir se um cortador a laser pode oferecer o desempenho, a produtividade e o retorno sobre o investimento que atendem às suas necessidades de produção.
Avanços tecnológicos em lasers de fibra de alta potência
Os avanços mais significativos ocorreram na tecnologia de diodos de bomba que alimentam as fontes de laser de fibra. A potência de saída alcançável por um único emissor aumentou várias ordens de magnitude, passando de uma fração de um watt para várias dezenas de watts.
Simultaneamente, a eficiência elétrica dos diodos aumentou de cerca de 20% para aproximadamente 70%.
Esses avanços fundamentais reduziram o custo por watt em 100 vezes, ao mesmo tempo em que aumentaram a confiabilidade e a vida útil operacional.
Melhorias no nível do sistema para corte de metais espessos
A potência bruta do laser por si só não é suficiente para cortar metais espessos com eficiência. O progresso em outros componentes do sistema de corte também tem sido essencial.
- Entrega de feixe aprimorada: Lasers de fibra multimodo, combinados com cabeças de corte construídas especificamente para operação de alta potência, agora mantêm o foco do feixe preciso em profundidades de corte maiores. Isso é complementado por técnicas ópticas como oscilação do feixe e modulação dinâmica do foco.
- Fornecimento otimizado de gás auxiliar: Os sistemas modernos apresentam um fornecimento aprimorado de gás auxiliar que ejeta o material fundido com mais eficiência durante o corte. Isso é crucial para obter cortes limpos em materiais mais espessos, mantendo altas velocidades de corte.
- Gerenciamento térmico aprimorado: o corte a laser de alta potência gera calor significativo. Resfriamento avançado, óptica mais eficiente e controle de sistema mais inteligente permitem que os lasers de fibra permaneçam estáveis sob cargas térmicas elevadas contínuas.
Análise de desempenho: Laser de fibra vs. Cortador a plasma
Já está bem estabelecido que o corte a laser oferece vantagens significativas em relação à tecnologia de plasma. Os lasers proporcionam maior precisão, produzem um corte mais estreito e reto e criam uma zona afetada pelo calor (HAZ) muito menor. Bordas mais limpas significam que as características do corte a laser estão frequentemente prontas para soldagem e não requerem pós-processamento.
Os lasers também podem produzir com precisão pequenos orifícios com excelente circularidade e pouco afilamento. Isso pode economizar tempo e, às vezes, elimina a necessidade de operações de perfuração ou de equipamentos de perfuração.
Corte a laser de fibra: fé em um poder superior
No entanto, o senso comum sugere que os lasers são mais lentos do que o plasma para cortar aço carbono com espessura superior a 1 polegada (25 mm) (e metade disso para aço inoxidável).
Isso costumava ser (mais ou menos) verdade. Mas já não é o caso.
Para ver como isso mudou com o surgimento dos lasers de fibra de alta potência amplamente disponíveis, vamos analisar alguns dados reais (e mais atuais) sobre corte.
Os gráficos acima mostram a velocidade de corte em relação à espessura do material, comparando as melhores tecnologias de corte a laser de fibra e plasma da categoria.
Esses gráficos para aço carbono e aço inoxidável mostram que os lasers de fibra de alta potência quase sempre cortam em taxas mais altas do que os cortadores a plasma para materiais de 10 mm a 40 mm de espessura. Mesmo em materiais de 40 mm de espessura, um laser de 60 kW corta aço carbono cerca de 2,5 vezes mais rápido do que um cortador a plasma de 460 A. Para aço inoxidável da mesma espessura, a vantagem aumenta para 3,2 vezes mais rápido.
Os dados mostram que os cortadores a plasma só apresentam melhor desempenho do que os lasers de fibra quando a potência do laser é reduzida para 30 kW ou menos. E apenas ao cortar seções mais espessas.
Entendendo o gás auxiliar
A maneira mais rápida e limpa de cortar aço com um laser de fibra é usando um gás auxiliar misto (nitrogênio com uma pequena quantidade de oxigênio). Todos os testes de corte representados nos gráficos acima, nos quais o laser superou o plasma, utilizaram gás auxiliar misto.
No entanto, quando se atinge uma relação potência do laser/espessura suficientemente baixa, torna-se necessário mudar para oxigênio puro. O gás auxiliar de oxigênio evita que o processo de corte a laser pare, mas a uma velocidade necessariamente mais baixa e produzindo uma borda de qualidade inferior. O oxigênio puro foi necessário nos testes em que o corte a laser teve um desempenho pior do que o corte a plasma.
Felizmente, esse problema é completamente eliminado quando se utiliza um laser mais potente. Ao utilizar um laser na faixa de potência de 40 kW ou superior, o gás auxiliar misto é ideal para cortar todos os metais, exceto os mais espessos (bem acima de 40 mm).
Em última análise, isso significa que os lasers de fibra de 40 kW e acima cortam o aço mais rapidamente do que o plasma – muitas vezes por um fator muito significativo – para a grande maioria das aplicações de corte. E eles fazem isso enquanto também proporcionam bordas mais limpas e retas, com o mínimo de escória.
Análise do ROI: quando um laser de fibra faz sentido?
Os lasers de fibra de alta potência superam os cortadores a plasma em velocidade, qualidade e consistência, mas também têm um custo de aquisição mais elevado. Felizmente, o seu rendimento superior permite recuperar rapidamente essa despesa de capital adicional.
A maioria dos custos operacionais – amortização, mão de obra, despesas gerais e manutenção – estão ligados à posse e operação do sistema, e não à velocidade de corte. A eletricidade e outros consumíveis aumentam com a potência e o uso do sistema, mas não são proporcionais ao rendimento extra. Portanto, se os cortadores a laser e a plasma têm aproximadamente o mesmo custo de operação ao longo de um mês (o que é verdade), a máquina que produz mais nesse período será sempre a mais econômica.
Um exemplo de custo e produção
Vamos comparar um laser de fibra de 40 kW com um cortador a plasma de 300 A usando os dados anteriores.
O laser de fibra de 40 kW corta aço macio com 20 mm de espessura a aproximadamente 8 m/min. Em plena utilização, pode fazer cerca de 38.000 metros de cortes por mês.
O cortador a plasma 300 A funciona a cerca de metade dessa velocidade, produzindo cerca de 19.000 metros no mesmo período.
Podemos estimar com precisão que ambos os sistemas custam cerca de US$ 20.000 por mês para operar nesses níveis de utilização.
Se a necessidade do produto for de aproximadamente 38.000 metros, um cortador a laser atende à demanda. Para obter o mesmo rendimento com o corte a plasma, são necessárias duas máquinas, o que dobra o custo operacional mensal para US$ 40.000.
Se o laser único custar US$ 400.000 a mais do que os dois cortadores a plasma, a economia mensal de US$ 20.000 compensará a diferença de preço em apenas 20 meses.
Uma máquina de corte a laser de fibra de alta potência é adequada para você?
O corte a laser oferece o melhor valor e o retorno sobre o investimento mais rápido em condições específicas. Considere investir em um laser de fibra de alta potência se sua operação envolver:
- Alta utilização: a máquina é mantida ocupada o suficiente para que as economias impulsionadas pelo rendimento se acumulem rapidamente.
- Requisitos de bordas limpas: A redução (ou eliminação) do pós-processamento se traduz diretamente em economia de mão de obra e equipamentos.
- Conjuntos soldados: as bordas cortadas a laser prontas para soldagem reduzem o tempo de preparação e melhoram o fluxo a jusante.
- Características precisas: os lasers podem criar pequenos orifícios e contornos precisos em uma única operação.
- O espaço físico é limitado: um laser de alta potência pode substituir vários cortadores a plasma e reduzir a área necessária.
- A geometria das peças é complexa: formas intrincadas, raios apertados e características internas favorecem sempre o corte a laser em detrimento do plasma.
Introdução a uma solução de corte a laser
À medida que a tecnologia de laser de fibra continua a avançar e as capacidades das máquinas a laser aumentam, a decisão entre um cortador a laser e um cortador a plasma torna-se mais complicada.
Para muitos fabricantes e produtores, os lasers tornaram-se uma ferramenta ideal para o corte de metais. Para outros, o corte a plasma continua sendo mais prático.
Converse com um de nossos especialistas em corte a laser para saber que tipo de resultados e ROI você pode esperar em sua aplicação.
