Термическая резка алюминия и его сплавов

Термической резке наиболее часто подвергают алюминий и его сплавы, в частности сплавы с магнием, в редких случаях - бериллий, сплавы других металлов (на коротких участках) из-за высокой стоимости, а также ввиду вредности паров. Чистый магний избегают резать вследствие его интенсивного горения.

Важные для резки особенности алюминиевых сплавов - это их высокая теплопроводность и склонность к образованию на поверхности металла тугоплавкой оксидной пленки при воздействии кислородосодержащих сред. Температура плавления оксида алюминия достигает 2050°С, в то время как сам алюминий плавится при температуре 660°С. Отмеченные особенности исключают обычную кислородную резку алюминия.

Вдувая в струю режущего кислорода смесь железного и алюминиевого порошков, можно осуществлять кислородно-флюсовую резку алюминия толщиной до 50 мм. Однако при этом относительно низка скорость резки и рез имеет кромки низкого качества. Алюминий имеет большое сродство к кислороду, и металл, пролегающий к резу, окисляется на глубину до 6 мм в зависимости от толщины заготовки. Твердый окисленный слой почти не поддается механической обработке. Трудно удалить частицы железа, загрязняющие кромку. Сварка алюминиевых заготовок после кислородно-флюсовой резки невозможна. Кислородно-флюсовая резка алюминия пригодна только для разделочных операций.

Наиболее эффективный способ резки алюминия и его сплавов - плазменная резка. При плазменной резке алюминия велико значение плазмообразующей среды. После воздушно-плазменной резки кромки заготовок окислены. На поверхностях реза наблюдается повышенная шероховатость. Удаляемый при резке воздушно-плазменным потоком алюминиевый расплав размывает тугоплавкий оксид алюминия по всей глубине литого участка ЗТВ резки. В результате у поверхностей реза оксидные пленки залегают на глубину 0,1...0,2 мм и более. Толщина окисленного слоя на левой и правой кромках реза неодинаковая (обычно она увеличивается в направлении действия стабилизирующего вихря).

После резки алюминиево-магниевых сплавов в литом участке ЗТВ наблюдается выгорание магния, у кромок образуется участок со столбчатой структурой твердого раствора алюминия и эвтектикой (Al+MnAl₆) по границам зерен, затем участок с увеличенным зерном, переходящим в исходную структуру. На нижних кромках реза возникают сильио окисленные натеки. В случае сварки алюминиевых заготовок, полученных воздушно- плазменной резкой, натеки необходимо удалить, а поверхности резов, как правило, должны быть обработаны фрезерованием или строжкой на глубину 1...3 мм, для чего нужно предусмотреть соответствующий припуск.

Плазморежущие аппараты с соплами малого диаметра позволяют резать алюминий толщиной до 25...30 мм с сопоставимыми скоростями при меньших затратах энергии, получая резы с меньшими значениями ширины и размеров ЗТВ. Поверхности резов алюминия с наименьшей шероховатостью могут быть получены резкой в аргоно-водородных смесях с объемной долей водорода 35 %. Однако литой участок ЗТВ при этом может насыщаться водородом, и при последующей сварке заготовок в швах могут возникать поры. Меньшее влияние при резке алюминиевых сплавов оказывает азот. Он практически не растворяется в расплаве алюминия. Образующийся нитрид алюминия переходит в шлак и не вызывает при сварке появления пор. Водородосодержащие смеси целесообразно использовать для разделительной резки алюминия большой толщины (от 30 до 100 мм и более).

При обеспечении высокого качества кромок реза, выполненного азотно-плазменной, аргоно-плазменной резкой, и зачистке свариваемых поверхностей металлическим проволочным кругом возможна сварка алюминиевых сплавов без предварительного механического удаления литого слоя. В судостроения сварные соединения приемлемого качества получают при сварке алюминиевых заготовок, вырезанных воздушно-водяным плазменным способом.

Лазерной резкой чаще обрабатывают сплавы алюминия толщиной до 5...6 мм. Вследствие высоких коэффициентов отражения излучения, тепло- и температуропроводности, а также температуры плавления оксидов для лазерной резки сплавов алюминия требуется в 2 - 3 раза более высокая мощность излучения, чем для резки сталей. По сравнению с непрерывным импульсно-периодический характер излучения позволяет существенно снизить энергозатраты.

Состав сплавов влияет на выбор условий резки.

Высокая скорость резки достигается при газолазерной резке. Качественно состав и структура металла кромки реза аналогичны резке. Однако глубина ЗТВ меньше и не превышает 0,1 мм. Как правило, после лазерной резки с подачей кислорода или воздуха проводится механическая обработка кромок на глубину 0,5...1 мм. Подача азота или аргона позволяет практически избежать окисления кромок реза, однако на нижних кромках образуется трудноотделяемый грат и возрастает глубина ЗТВ. В сочетании с этими газами применение импульсно-периодического излучения, несмотря на снижение скорости резки, обеспечивает получение неокисленных кромок с минимальными количеством грата, глубиной ЗТВ и шероховатостью кромок. Вырезанные детали в допустимых случаях могут использоваться без механической обработки. В ответственных сварных металлоконструкциях используют детали с механически обработанными на глубину 0,3...0,5 мм кромками.