Лазерная резка алюминия и дюраля

Технолог со стажем скажет: алюминий отражает луч, отражённый луч бьёт обратно в источник, источник выходит из строя. И будет прав – для оборудования, на котором он работал.
Речь про эпоху CO₂-лазеров. Их излучение с длиной волны 10,6 микрона алюминий почти не поглощал, а отражал. Резка шла плохо, риск для оптики был реальным.
Волоконный лазер работает на 1,07 микрона. На этой длине волны алюминий поглощает излучение заметно лучше. Плюс диаметр фокусировки примерно в десять раз меньше – пятно 0,08–0,3 мм против миллиметровых у CO₂.
Обратное отражение никуда не делось. Его научились гасить.
Что мы делаем с обратным отражением
Три уровня защиты, все три на станке:
Оптический изолятор. Устройство на ротаторе Фарадея пропускает излучение вперёд и не пропускает назад. Отражённый луч до источника не доходит.
Датчики обратного отражения. Следят за уровнем возврата и останавливают процесс, если он выходит за норму.
Режим прокола. Самый опасный момент – не сам рез, а пробивка отверстия в начале контура: луч бьёт в ровную поверхность под прямым углом. Прокол идёт на пониженной мощности или в импульсном режиме.
Для заказчика это значит одно: риск снят конструктивно, а не «мы терпим и надеемся».

Отражение
Алюминий отражает большую часть излучения на рабочей длине волны волоконника. Точная доля зависит от состояния поверхности: полированный лист отражает сильнее прокатного с оксидной плёнкой и следами валков.
На практике это значит, что часть энергии луча не работает. Нужна высокая мощность и точная фокусировка.
Теплопроводность
Алюминий уводит тепло из зоны реза примерно вчетверо быстрее стали. Луч греет, а металл вокруг мгновенно растаскивает тепло по всему листу.
Отсюда два следствия. Первое: мощность должна компенсировать утечку. Второе: на тонкой детали с длинным периметром тепло накапливается в листе, и деталь может повести.
Оксидная плёнка
Самое неочевидное. Чистый алюминий плавится при 660 градусах. Плёнка оксида Al₂O₃, которая покрывает любой алюминий на воздухе, плавится при 2044 градусах – втрое выше.
То есть луч сначала должен пробить тугоплавкую корку, а под ней окажется металл, который уже расплавился.
Это одна из причин, почему прокол на алюминии сложнее, чем на стали, и почему режимы подбираются точнее.

Дюраль – сплав алюминия с медью и магнием. Медь даёт прочность и одновременно склонность к горячим трещинам при резе.
По ГОСТ 4784-2019 в Д16 содержится меди 3,8–4,9 процента, магния 1,2–1,8, марганца 0,30–0,9. Остальное алюминий, около 91–95 процентов. Плотность 2,77 килограмма на кубический дециметр. Цифровое обозначение марки – 1160.
Буква Т в маркировке означает закалку и естественное старение. Д16Т прочнее Д16 в отожжённом состоянии и жёстче на резе.
Есть ещё Д16ч – тот же сплав с ужесточёнными требованиями к примесям: кремний до 0,20 процента вместо 0,50, железо до 0,30 вместо 0,50. Применяется там, где чистота состава критична.
Что учесть при резке Д16Т
Медь в составе даёт две особенности – склонность к горячим трещинам и выраженную зону термического влияния.
Трещины. Медь расширяет интервал кристаллизации, и при быстром остывании металл у кромки может треснуть. Риск растёт с толщиной и зависит от геометрии: острые углы и узкие перемычки опаснее плавных контуров.
Зона термического влияния. У дюрали она заметнее, чем у технического алюминия или магналиев. Для ответственных авиационных деталей кромку после резки дорабатывают механически – снимают слой, изменённый нагревом.
Температура. При нагреве выше 80 градусов дюраль становится восприимчивее к межкристаллитной коррозии. Для лазерного реза с его узкой зоной нагрева это не критично, но для деталей в агрессивной среде кромку защищают.
По газу и режимам дюраль ведёт себя как алюминий: азот, высокое давление, те же ограничения по отражению и теплоотводу.

Толстые плиты Д16 и В95
За техническим пределом резки, растёт зона термического влияния
Точные детали из плит, оснастка
Нужна точность в сотках и кромка без термического влияния
Алюминиевый композит АКП
Полимерный сердечник плавится и подгорает. Фасадные кассеты и объёмные буквы из АКП делают фрезеровкой с V-образным пазом: паз надрезает верхний слой и сердечник, деталь сгибается по линии реза.
Лазер здесь не подходит по физике. Композит – это два тонких листа алюминия с полимером между ними. Луч плавит алюминий и подпаливает полимер, кромка получается с оплывом и запахом.
Это отраслевой стандарт, а не наше ограничение. Композит режут фрезой все, кто понимает материал.
У нас портальный фрезерный станок с полем 3 000 × 2 000 мм – композит идёт туда.