Прожигание отверстий в алюминиевом сплаве

Если думаете, что прожигание отверстий в алюминии — это просто взять плазму или лазер и резать, то на практике столкнётесь с тем, что сплав начинает 'плыть' по краям, а стружка прилипает к соплу. Особенно с такими марками, как АД31 или 6061, где кремний ведёт себя непредсказуемо.

Почему алюминий капризничает при термической обработке

Вот смотрите: взяли стандартный лист АМг6, попробовали плазмой прожечь отверстие диаметром 8 мм. На выходе — оплавленные края и окалина, которую потом фрезой снимать дольше, чем саму операцию. Дело не в мощности оборудования, а в скорости охлаждения. Алюминий отводит тепло так быстро, что если не подобрать импульсный режим, вместо чистого края получается 'сопля' из перегретого оксида.

Как-то на объекте для ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' делали образцы перфорации для теплообменников. Заказчик требовал отверстия 3±0.1 мм в пластине 4 мм, но после лазерной резки геометрия 'уходила' на 0.3 мм. Разобрались — проблема была в отражающей способности анодированного покрытия. Пришлось менять длину волны лазера, но это уже спецоборудование, которое не каждый цех потянет.

Кстати, про охлаждение. Если для титана или нержавейки можно лить воду смело, то с алюминиевыми сплавами часто получается, что остаточное напряжение после локального нагрева ведёт к микротрещинам. Особенно в высокопрочных сплавах типа 7075. Я всегда советую перед прожиганием отверстий провести пробу на обрезке — хотя бы чтобы оценить, как поведёт себя материал именно этой партии.

Оборудование: что действительно работает, а что только в каталогах красиво

Вот сейчас все кричат про волоконные лазеры, но для алюминия с его высокой теплопроводностью иногда выгоднее старый добрый CO?-лазер с правильной газовой подушкой. Особенно если речь о толщинах больше 10 мм. Пробовали на системе Bystronic — разница в качестве кромки до 40% по сравнению с некоторыми новыми моделями.

А вот с плазмой история отдельная. Если для меди или латуни она ещё терпима, то для алюминиевых сплавов с низкой температурой плавления — сплошная головная боль. Особенно с тонкостенными профилями, где даже 0.5 секунды перегрева превращают отверстие в овал. Как-то раз пришлось переделывать партию кронштейнов из АД35 — заказчик с сайта https://www.lianxin-metal.ru прислал чертёж с допусками 0.2 мм, а после плазмы получили 0.8 мм. Спасла только последующая калибровка развёрткой.

Важный момент — газ. Для азота все говорят, что он даёт чистую кромку, но если в сплаве есть магний (типа АМг5), то образуются нитриды, которые потом мешают сварке. Аргон дороже, но для ответственных деталей — единственный вариант. Мы для Ляньсинь как-то делали образцы с аргоном — правда, пришлось согласовывать увеличение стоимости операции на 15%, но зато брак упал с 12% до 0.3%.

Когда механическая обработка выгоднее прожигания

Бытует мнение, что прожигание отверстий всегда быстрее механики. Это так, если не считать время на последующую доводку. Для отверстий до 6 мм в толстом алюминии часто выгоднее сверлить с последующей развёрткой — особенно если нужна чистота поверхности под посадку подшипника.

Столкнулся с этим на производстве радиаторов для электроники. Заказчик хотел 200 отверстий диаметром 5 мм в плите 15 мм — лазером сделали за 20 минут, но потом 2 часа снимали заусенцы и калибровали. А фрезерный станок с инструментом от Sandvik сделал всё за 45 минут сразу в размер.

Ещё пример — когда в алюминиевом сплаве есть армирование (типа Al-SiC). Тут термические методы вообще противопоказаны — карбид кремния не плавится, а выкрашивается, получается рваная кромка. Пришлось объяснять заказчику из Ляньсинь, что для их композитных медно-алюминиевых материалов лучше использовать гидроабразивную резку, хотя это и дороже.

Мелкие хитрости, которые не найдёшь в инструкциях

Например, перед прожиганием отверстий в алюминиевом сплаве с высоким содержанием меди (типа дуралюмина) стоит прогреть заготовку до 80-100°C — меньше трещин по краям. Но греть равномерно, иначе поведёт.

Ещё нюанс — если обрабатываете прессованный профиль, всегда смотрите направление экструзии. Вдоль волокон алюминий прожигается чище, поперёк может 'рвать'. Как-то испортили 12 метров профиля для авиационного заказа, пока не поняли эту зависимость.

Для тонких листов (0.5-1 мм) иногда полезно делать 'холодное прожигание' — короткими импульсами с паузами для охлаждения. Да, дольше, но зато нет коробления. Проверяли на сплаве 3003 — разница в плоскостности до 70% по сравнению с непрерывным режимом.

Особенности работы со сплавами от Ляньсинь

Компания ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' поставляет алюминиевые сплавы с легированием, которое влияет на поведение при термической обработке. Например, их сплав с добавкой циркония требует на 20% большей мощности лазера, но даёт удивительно чистую кромку.

Работали с их материалом для электротехнических шин — там медно-алюминиевый композит. Сложность в том, что медь и алюминий по-разному проводят тепло, поэтому стандартные параметры прожигания не работают. Пришлось разрабатывать двухэтапный процесс: сначала мягкий режим для алюминиевого слоя, потом более агрессивный для медного.

Ещё запомнился их сплав алюминия с марганцем — при прожигании образуется твёрдая окисная плёнка, которая защищает кромку от дальнейшего окисления. Полезное свойство для деталей, работающих в агрессивной среде. Но для этого нужно точно выдерживать температуру — если перегреть, плёнка отслаивается.

Ошибки, которые лучше не повторять

Самая частая — пытаться увеличить скорость прожигания за счёт мощности. С алюминиевыми сплавами это приводит только к перегреву зоны реза и короблению. Лучше медленнее, но с контролем температуры.

Ещё не стоит экономить на вспомогательных газах. Пробовали как-то заменить аргон на смесь азота с гелием — вроде бы дешевле, но получили пористую кромку. Пришлось переделывать всю партию крышек для блоков питания.

И главное — никогда не trust'ить заводским настройкам оборудования 'из коробки'. Даже для одинаковых марок алюминия параметры прожигания могут отличаться в зависимости от партии. Всегда делайте тестовый рез на обрезке именно того материала, с которым работаете.