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火炎切断機 VS レーザー切断機

火炎切断機は、酸素を含むガスまたは酸素を含むガソリンを用いて金属材料を切断する切断装置です。火炎切断は、酸素とアセチレンガスの混合ガスを用いて金属を切断します。炎は金属板を高温に加熱し、小さな部分を燃焼させて切断面を形成します。レーザー切断機は、非常に強力なレーザービームを用いて材料を正確に切断します。レーザー切断は複雑で高精度な切断に非常に適しており、火炎切断は厚い材料に適しています。この記事では、レーザー切断機と火炎切断機の違いについて、それぞれの長所と短所を紹介し、分析します。

炎切断とは何ですか?

火炎切断の原理

火炎切断は、鋼板の粗加工によく用いられる方法です。火炎切断は、酸素燃料切断とも呼ばれ、酸素とアセチレンの混合ガスを用いて金属を切断します。炎を材料に照射し、高温に加熱して燃焼させます。火炎切断トーチの設計により、酸化鉄を燃焼させるのに十分な酸素が供給され、良好な切断効果が得られます。この方法は多くの種類の金属を切断できますが、特に厚い材料に適しています。このプロセスは非常にシンプルで費用対効果が高いため、多くの板金加工業者で好まれています。

火炎切断装置には通常、切断トーチ、酸素ボンベ、アセチレンボンベが含まれます。ガスはホースを通して切断トーチに送られます。トーチから放出された火花が酸素とアセチレンガスに点火し、金属を蒸発させるのに十分な温度で燃焼します。このプロセスの最高温度は約3500℃であるため、高融点金属でも切断可能です。

火炎切断機

火炎切断機は、切断トーチ、固定長機構、および火炎銃と同様に機能する切断シームクリーニング装置で構成されています。自動測定を実現できる機械式、パルス式、および光電式の測定機構があります。切断シームクリーニング装置は、圧延中に鋼の表面品質に影響を与えないように、切断シームに付着した残留物をクリーニングするように特別に設計されています。クリーニング方法は、スクレーパーで粘着性の残留物を削り取るとともに、高速回転する鋭利なハンマーセットを使用して粘着性の残留物とバリを取り除きます。火炎切断機は、連続鋳造機後の鋼ビレットのオンライン切断装置として、大断面ビレット、スラブ、および大管ビレットの切断によく使用されます。また、厚さ50mmを超える完成鋼板の切断にも使用されます。

CNC火炎切断機は、CNC切断装置が最も早く適用されたものです。火炎切断へのCNC技術の導入により、切断工程全体の自動化が実現し、鋼板の切断品質（サイズ振幅と切断品質、一部の機械加工の代替が可能）、高い生産効率（連続切断、マルチガン切断）、高い材料利用率（ネスティング切断）などが大幅に向上しました。

火炎切断機の切断品質

切断品質は、CNC工作機械の性能、刃数、信頼性だけでなく、使用するガスの品質、切断プログラムの品質、作業者の質とも密接に関係しています。生産現場における火炎切断機の一般的な問題は、切断変形、切断面の荒れ、ひどい汚れです。切断変形を減らすためには、合理的なスイッチングプロセス（切断開始点、方向、順序）を選択し、ブリッジング（断続切断）を考慮する必要があります。鋼板の支持ブラケットは平坦で安定している必要があり、鋼板の乾燥度を向上させる必要があります。酸素とアセチレンの純度と圧力安定性を向上させることは、CNC火炎切断機の効率を向上させ、高品質の切断面を得るための基本的な保証です。液体酸素切断を使用すると、圧力が安定し、純度が99.5%を超えるため、切断面の品質が大幅に向上します。スラグの垂れ下がりが非常に少なく、切断速度が大幅に向上します。

火炎切断機制御システム

コンピュータ支援プログラミングネスティングシステムは、CNC切断機の補助設備であり、CNCプログラムを迅速かつ正確にプログラミングし、鋼板材料の利用率を向上させるための基本的な保証です。コンピュータ支援プログラミングは、部品のグラフィック入力を伴い、傾斜、切断加工、後処理の4つの主要なステップで構成されます。プログラミングソフトウェアの品質は、グラフィック入力とネスティングの速度に主に反映されます。これらの2つの部分は、プログラミング作業全体の中で最も多くの時間を占めるためです。高速なグラフィック入力と便利な検査および修正機能が必要です。ネスティングは、全自動のマルチレベルネスティングと手動レイアウト機能、強力な部品管理および生産管理機能を備えています。自動または手動で切断工程を決定でき、便利なブリッジ機能も備えています。

火炎切断機の使用上の注意

CNC火炎切断機を用いた切断工程では、様々な切断欠陥が発生することがよくあります。切断品質を向上させるために、様々な切断状況における品質管理のポイントを簡単にご紹介します。

鍛造切削における注意点.

鍛造品の表面には厚い酸化皮膜が付着しており、その発火点が融点よりも高いため、切断中に切断が中断されやすく、切断品質と作業効率が低下します。そのため、鍛造品を切断する際には、切断速度と品質を向上させるために、切断前に切断領域上下面の酸化皮膜を除去する必要があります。

圧延角ビレット用冷間歯付板の切断時の変形防止のポイント.

切断においては、ワークの変形を制御することが非常に重要です。例えば、切断経路を慣例的に配置した場合、ワークの変形や偏りが生じる可能性があります。仮に形状ができたとしても、寸法が要求通りに加工できず、最終的には製品が廃棄されてしまう可能性があります。そのため、ガス切断経路を合理的に配置することは非常に重要です。

厚板切断における注意点.

厚鋼板の切断では、表面から下方に向かって温度が低下します。切断開始時には酸素分圧が徐々に上昇し、最終的には鋼板の厚み方向で均一になります。そのため、切断開始位置では鋼板の厚み方向で燃焼が不均一になり、ワークの切断開始端に欠陥が発生します。

欠陥を回避するには、次の方法を使用できます。

円弧送りを使用することで、リードインラインの長さを長くし、直接の進入点を回避します。この方法は効果が高く、生産現場で広く使用されていますが、材料の無駄が生じるという欠点があります。
点火棒を使用する。この方法は、鋼板の入口部分で一枚ずつ隙間なく厚みを増やす方法です。点火棒から切断刃を挿入することで、切削工具の炎を鋼板の底部まで導き、鋼板の燃焼速度を一定に保ち、最適な切断面を実現します。点火棒は切断屑で代用できます。この方法は、ワークと鋼板の端面との距離を短縮し、角屑の発生を抑え、鋼板の利用率を効果的に向上させます。点火棒は、極厚鋼板の切断においてより実用的です。

レーザー切断とは何ですか?

レーザー切断の原理

レーザー切断とは、レーザーを用いて材料を切断することです。レーザー切断加工は、従来の機械式刃物に代わる目に見えない光線です。高精度、高速切断、切断パターンの制限がない、材料の自動レイアウト保存、滑らかな切断、低加工コストなどの特徴を備えています。レーザー切断は、従来の金属切断装置を徐々に改良、あるいは置き換えるものになるでしょう。レーザービームはレンズを通して集光され、特定の領域に焦点を合わせます。このレーザービームは非常に強力で、高精度かつ精密に材料を切断できます。レーザー切断は、アクリル、木材、紙、金属などの材料に優れた効果をもたらします。レーザーブレードの機械部分はワークピースに接触しないため、加工中にワークピースの表面に傷が付くことはありません。レーザー切断速度は速く、切断面は滑らかで平坦であり、一般的に後加工を必要としません。切断熱影響部は小さく、板の変形も少なく、切断継ぎ目は狭く（0.1mm～0.3mm）、切断面に機械的ストレスやせん断バリがありません。高い加工精度、良好な再現性、そして材料表面への損傷もありません。 CNCプログラミングは、あらゆる平面図を加工でき、金型を必要とせずに大きな板材全体を切断できるため、経済的で時間の節約になります。また、火炎切断では困難または不可能な複雑なデザインも作成できます。

レーザー切断機

レーザー切断機は、基本的なレーザー切断機からレーザー彫刻機まで、複雑で高価な機械です。正常に動作させるには、通常、冷却システムと高性能な電源が必要です。レーザーエミッターは通常、コンピュータ制御下で材料上を非常に精密に移動します。特殊な光学装置がレーザービームを集束させ、切断経路に沿って誘導します。

レーザー切断機と火炎切断機の違い

レーザー切断と火炎切断を比較する場合、次の重要な要素を考慮する必要があります。

1. 普遍性

レーザー切断機は、より汎用的な選択肢です。従来の火炎切断機と比較して、レーザー切断機は切断速度が速く、切断シームが狭く、熱影響部が小さく、切断シームエッジの垂直性が良好で、切断エッジが滑らかです。また、金属・非金属を問わず、幅広い材料をレーザー切断できます（炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、木材、プラスチック、ゴム、布、石英、セラミックス、ガラス、複合材料など）。レーザー切断機は事前にプログラムされているため、大規模生産工程における自動化が容易です。一方、火炎切断機は金属材料しか切断できません。

2. 切断精度

レーザー切断機の精度は、火炎切断機をはるかに上回ります。レーザービームは非常に細い径に集束され、最大0.0005インチ（0.0127ミリメートル）の精度を実現できます。火炎切断ではこれほどの精度は得られないため、複雑なデザインや精密な公差が求められる加工にはレーザー切断が好まれます。

レーザー切断機の精度は、以下の要因によって決まります。

レーザー発生装置におけるレーザー集光の大きさ。集光後の光点が非常に小さい場合、切断精度は非常に高く、切断後の隙間も非常に小さい。これは、レーザー切断機の精度が非常に高く、品質も非常に高いことを示しています。しかし、レーザーから放射されるビームは円錐形であるため、切断後の隙間も円錐形になります。このような条件下では、ワークピースが厚いほど精度が低下し、切断継ぎ目が大きくなります。
ワークベンチの精度。ワークベンチの精度が非常に高ければ、切断精度も向上します。したがって、ワークベンチの精度は、レーザージェネレータの精度を測定する上で非常に重要な要素です。
レーザービームは円錐状に集光します。切断時には、レーザービームは下向きに円錐状に集光されます。切断対象物の厚さが非常に厚い場合、切断精度が低下し、隙間も大きくなります。
切断に使用する材料の違いも、レーザー切断機の精度に影響を与える可能性があります。例えば、ステンレス鋼とアルミニウムの切断精度は大きく異なります。ステンレス鋼の切断精度はより高く、切断面もより滑らかになります。

3. 切断品質

レーザービームは、バリや鋭いエッジのない、きれいで滑らかな表面を形成します。これは、アクリルや木材など、滑らかな仕上がりが求められる材料を扱う際に特に有効です。一方、火炎切断機の焦点精度はそれほど高くないため、溶けた材料がエッジ部分で固まり、最終的に表面が粗くなることがあります。

一般的に、レーザー切断の品質は次の 6 つの基準で測定できます。

切削面粗さ
切断スラグサイズ
垂直性と傾斜のトリミング
刃先フィレットサイズ
ストライプのドラッグ量
平坦性

4. 無駄を省く

レーザーカッターはレーザービームの精度が高いため、発生する材料ロスは非常に少ないです。一方、火炎切断機は一度に多くの材料を溶かし、切断面が不完全な場合があり、後で平坦化が必要となる可能性があります。結果として、全体としてより多くの金属材料が無駄になります。

5. コスト

レーザー切断機は構造が複雑で、レーザー機器や消耗品のコストもかかるため、火炎切断機よりも高価です。

機械購入コスト

レーザー切断機の価格は $25800 から $122000 の範囲で、火炎切断機の価格は $2800 から $3500 の範囲です。

運用コスト

火炎切断機の運用コストは、主にガス、機械伝達電力、切断ノズルなどの安価な消耗品から発生します。レーザーと比較すると、かなり安価です。

レーザー切断の運用コストには以下が含まれます。

電気代（主にレーザーの消費電力＋水冷装置の消費電力＋工作機械の消費電力＋エアコンプレッサーの消費電力を含む）。
メンテナンス費用。レーザー切断機は火炎切断機とは異なり、定期的なメンテナンスが必要です。通常、年に1～2回、あるいはそれ以上の頻度でメンテナンスが必要になります。
ガスにはレーザーガスと補助ガス（補助ガスには酸素と窒素が含まれる）の 2 種類があります。
消耗品のコスト。レーザー加工機の消耗品は種類が少なく、使用サイクルが比較的長いものの、単価は比較的高価です。

6. 切断工程における作業環境への影響

レーザーカッターの作業工程は比較的静かで安全であり、切断中に発生するガスや煙も少ないです。一方、火炎切断は可燃性ガスや裸火を伴うため、騒音が大きく、潜在的に危険な工程です。

7. レーザー切断と火炎切断は安全に使用できますか?

はい、適切な安全プロトコルを遵守すれば、レーザー切断と火炎切断は安全です。レーザー切断機を使用する作業者は、レーザー放射と有害な煙から身を守るため、保護メガネ、保護服、呼吸用保護具を着用する必要があります。火炎切断の場合は、作業者は作業場所が十分に換気され、可燃性物質がないことを確認するとともに、有害な煙から身を守るために保護服と呼吸用保護具を着用する必要があります。最終的には、安全プロトコルを遵守し、機器が適切にメンテナンスされていれば、レーザー切断と火炎切断はどちらも安全です。

レーザー切断と火炎切断のどちらを選択するのですか?

レーザー切断と火炎切断のどちらを選ぶかは、切断対象材料と切断精度の要件によって異なります。レーザー切断は、汎用性、精度、そして大規模生産における経済性の高さから、高精度かつ廃棄物削減が求められるワークの切断によく選ばれます。一方、火炎切断は、精度がそれほど重要でない厚板の切断に適しています。最終的には、手元のプロジェクトを評価し、両方の選択肢を検討して、どちらがより費用対効果が高く効率的かを判断することが重要です。

火炎切断機を選択

火炎切断機の利点は、厚板切断が可能でコストが低いことです。レーザーカッターと比較して、特に厚さ50mmを超える金属板の切断において、大幅な効率向上が期待できます。火炎切断機は最大200mmの金属板を切断することも可能です。火炎切断機は、一般的に低炭素鋼、銅、アルミニウムなどの一般的な金属の切断に使用されます。しかし、高炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄などは切断できず、熱影響部が大きく、厚板の変形が激しく、操作難易度も高くなります。

レーザーカッターを選択

レーザー切断の切断範囲は、金属・非金属を問わず非常に広範囲です。レーザー切断機は、切断幅が狭く、精度が高く、切断面粗度に優れ、切断速度も速いという特徴があります。特に薄板の切断、例えば厚さ25mm以下の切断に適しています。しかし、設備コストが高く、厚板切断では効率が大幅に低下します。

レーザー切断は厚い材料の切断に使用できますか?

はい、レーザーは十分な出力があれば厚い材料にも貫通できます。高出力は通常、レーザーヘッドの大型化を意味します。厚い材料をレーザー切断するには、レーザーヘッドの通過回数を増やす必要があり、全体的な切断速度が低下し、作業コストが高くなります。現在、レーザー切断機業界の市場競争は非常に激しく、多くのレーザー切断機メーカーがより高い出力を追求しています。中国ではすでに12万ワットのレーザー切断機が生産されています。

どのような材料をレーザーカットできますか?

レーザー切断できる材料は、金属、プラスチック、ガラスなど様々です。ただし、レーザー切断できる材料は、使用するレーザーの種類によって異なります。例えば、レーザー切断機の中には特定の材料しか切断できないものもあれば、複数の材料を切断できるものもあります。CO2レーザー切断機を使用すれば、木材、プラスチック、ガラス、金属など、様々な材料を切断できます。一方、 ファイバーレーザー切断機 ステンレス、アルミニウム、真鍮を切断できます。

レーザーで切断できない材料は何ですか?

レーザーカットできない材料には、鏡などの反射率の高い材料、曲がったり溶けたりしやすい薄い材料、アスベストや爆発物などの切断に危険な材料などがあります。

炎、プラズマ、レーザー切断の違いは何ですか?

火炎切断とプラズマ切断の主な違いは、使用するエネルギーの種類にあります。火炎切断では酸素アセチレントーチを使用し、プラズマ切断では高温プラズマの加速ジェットを使用します。火炎切断はプラズマ切断よりも速度が遅く、精度も劣りますが、より厚い材料にも適用できます。一方、プラズマ切断はより高速で精度も優れていますが、最大切断深さは火炎切断よりも浅くなります。

火炎切断機は、厚さ 50 mm を超える金属板を切断する場合、効率とコストが最も低いという大きな利点があります。
プラズマ切断機は、厚さ6～40mmの金属板を加工する際に高い切断効率を発揮します。
レーザー切断機は現在、6～40mmの金属板の加工に広く使用されています。近年、レーザー切断機の価格が下落したため、レーザー切断機はプラズマ切断機の役割をほぼ代替しています。