Особенности лазерной резки алюминия и его сплавов

Алюминий, медь и их сплавы являются современными материалами, широко используемыми в высокотехнологичных отраслях. В такого рода областях производства от исходного материала до конечной продукции лежит много разнообразных операций (переделов). Снижение количества этих операций, упрощение технологии и кардинальное снижение издержек производства – цель работы технологов и одна из главных забот менеджеров-управленцев. Не надо объяснять и доказывать, что лазерные технологии обработки материалов, которые также относятся к сфере высоких технологий, могут и должны эффективно применяться для изготовления продукции из цветных сплавов. Одним из экономически эффективных процессов их обработки может являться лазерная резка.

Лазерную резку можно подразделить на три основных вида.

Лазерная резка плавлением. Сфокусированный лазерный пучок достаточно высокой интенсивности нагревает материал выше температуры плавления, и в объем материала начинает распространяться фазовая граница расплава, которая при определенных условиях достигает нижней поверхности листового материала. Струя неактивного газа (инертного газа, азота или хотя бы воздуха), выходящая из сопла резака соосно с лазерным пучком, выдувает жидкий металл. Таким образом, при перемещении заготовки относительно лазерного резака формируется линия реза.

Лазерная газокислородная резка. В качестве технологического газа используется кислород. Часть энергии, затрачиваемой на резку, получается за счет экзотермической реакции между металлом и кислородом, что позволяет увеличить эффективность процесса (для сталей – в полтора-два раза). Качество резки несколько ниже, чем в предыдущем случае.

Лазерная сублимационная резка. Интенсивность сфокусированного лазерного пучка должна быть настолько высока, чтобы обеспечить испарение (сублимацию) поверхностного слоя материала. Качество резки при этом самое высокое, однако, производительность процесса низкая.

Хотя основные принципы лазерной резки схожи для всех материалов, лазерная резка сплавов меди и алюминия имеет свои характерные особенности. В первую очередь это связано с их оптическими и теплофизическими характеристиками.

Известно, что цветные металлы имеют высокий коэффициент отражения в ИК области спектра. Соответственно, их поглощательная способность на длине волны излучения СО₂-лазеров (10,6 мкм) мала и составляет всего несколько процентов. Так, поглощение у чистой меди ~ 0,5%, у бронзы ~ 2%, у латуни ~ 4% (для неполированных поверхностей). Температуропроводность алюминиевых и медных сплавов в несколько раз выше, чем у сталей. Таким образом, ввести тепло в эти материалы труднее, и уходит оно из зоны резки быстрее.