JPH0347958B2 - - Google Patents

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JPH0347958B2
JPH0347958B2 JP57213211A JP21321182A JPH0347958B2 JP H0347958 B2 JPH0347958 B2 JP H0347958B2 JP 57213211 A JP57213211 A JP 57213211A JP 21321182 A JP21321182 A JP 21321182A JP H0347958 B2 JPH0347958 B2 JP H0347958B2
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JP
Japan
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cutting
nozzle
gas
laser beam
steel plate
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JP57213211A
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Katsuhiro Minamida
Shigehiro Yamaguchi
Takahide Shimazu
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/147Features outside the nozzle for feeding the fluid stream towards the workpiece
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    • B23K2103/04Steel or steel alloys

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザビームおよびアシストガスを
用いた物体の切断方法および装置に関する。
一般にレーザビームを用いて例えば鋼板を切断
する場合には、第1図に示すように、レーザビー
ム1をレンズ3で集光し、被加工物7(物体)に
照射すると同時に、レーザビーム1と同軸のノズ
ル4から酸素ガス(第1のガス)を被加工物7に
吹き付け、酸化発熱作用を利用して被加工物を溶
断するようにしている。このようにレーザ切断方
法は、非接触加工であり、切断方向が自由で、切
断幅が狭く、しかも被加工物に与える熱影響が少
ないという多くの利点がある。
しかしながらこの方法でも次のような不都合を
有する。すなわち、溶断の際に生ずる溶融酸化物
9が切断面8に沿つて下降し、第2図aおよびd
に示すように、被加工物7の切断部8の下面に垂
れ下がつたり、第2図bおよびeに示すように、
切断後、その切断部の下部が溶融酸化物9によつ
て再び閉塞されることが生じうる。このような現
象が生ずると、切断加工精度が低下することがあ
るし、切断後の研削等の、余分な製造工程が必要
になりコスト高となる。
第4図は被加工物が高温状態のときに切断ノズ
ルから酸素100%のガスを噴射した場合の切断面
の断面形状を示したものであり、第4図の左端の
図は被加工物の温度が常温の場合を、中央の図は
400℃の場合を、また右端の図は800℃の場合を示
す。第4図において7′が試験片である。これら
の図から明らかなように、400℃,800℃と被加工
物の温度が高温化するに従つてノズルからの酸素
ガスによる酸化発熱反応が高まり、切断速度は速
くなるが、切断幅も広く、また切断面が均一では
なくなり、溶融酸化物の発生も多くなる。
本発明は、高精度で切断でき、切断後の研削等
の後工程が不要なレーザビームによる物体の切断
方法を提供することを目的とするもので、 予熱加熱源を用いて、被加工物の切断部を高温
化することにより、ノズルから噴射させるガスの
酸素混合比を低下させ、酸素ガスによる酸化発熱
反応の減少を図り、溶融酸化物の発生を抑制し、
切断幅が狭く、かつ切断面の均一な切断加工を行
なうようにしたものである。
また予備加熱を行なうことによつてレーザ光の
鋼板面での波長吸収性を高め、レーザによるキー
ホール(被加工物の蒸発により発生する穴)の発
生を小エネルギーで行なうことができるようにし
たものである。また切断部近傍に表裏から、それ
ぞれ不活性ガスを噴射することにより、発生した
溶融酸化物が切断部に付着することを防止するよ
うにしたものである。
以下図面により本発明について説明する。
第3図は本発明を実施する切断ヘツドと被加工
物の縦断面を示す説明図で、1はレーザビームで
あり、切断ヘツド2に上方から入射する。
切断ヘツド2の内部には、集光レンズ3、アシ
ストガス流入口6等を設けてある。レーザビーム
1は、切断ヘツド2の内部を通り、集光レンズ3
で集光されて被加工物7に照射される。アシスト
ガス流入口6からの酸素ガス等は、切断ヘツド2
内部を通り、切断ヘツド2の下部に設けた切断ノ
ズル4および切断ノズル4先端の主ノズル孔5を
通つて、被加工物7の、レーザビームの照射位置
と同一部分に吹き付けられる。この位置が切断位
置である。
10は第1副ノズルであり、その先端(下方)
に第1副ノズル孔11が形成されており、レーザ
ビーム照射位置より距離L1後方の位置にガスが
噴射されるように被加工物7の表面に対してθ1
角度をもたせてある。また20は第2副ノズル
で、被加工物7の裏面にガスを噴射するために被
加工物7の裏面に対しθ2の角度をもたせ、ガスが
被加工物の裏面で第1副ノズル10のガス吹き付
け位置より距離L2後方に吹き付けるようにして
ある。またこの第2副ノズル20は切断線に対し
て角度をもたせるようにしてもよい。21は第2
副ノズル孔である。
また第5図に示す本発明の説明図において、3
0は予熱源で、レーザビーム照射点P0より距離
L3だけ前方の位置P3点を予熱する。また図の場
合はTIGトーチを示す。31はアークである。な
おこの予熱源は例えばTIGアーク,アーク,ガス
バーナ,直接通電、高周波加熱、レーザビーム
等、任意の熱源を使用することができる。
本発明により被加工物(以下鋼板という)7を
切断するには第5図に示すように鋼板7の切断部
位を本発明装置にセツトし、先ず予熱源30によ
つて切断ノズル4の前方P3点を予熱する。然る
後、鋼板7を移動させ、予熱点が切断ノズル4の
勧下に至ると、切断ノズル4の主ノズル孔5から
レーザビーム1とセンターガスG1とが放射され、
その結果鋼板7は切断される。
鋼板の移動に伴なつてこの動作は連続的に行な
われるので、長尺の鋼板を切断できる。このとき
センターガスG1の組成を酸素と窒素等の不活性
ガスとの合成ガスとすれば、切断効率を低下させ
ず、しかも酸素による酸化発熱作用による溶融酸
化物の発生も少なく、効率的な切断を行なうこと
ができる。
また本発明は上記の切断に際し、副ノズルから
切断部近傍の非凝固域に不活性ガスG2,G3を噴
射するとさらに効果的である。
すなわち第3図に示すように切断ノズル4には
第1副1ノズル10が斜めに取付けられ、また該
第1副ノズル10の下方には第2副ノズル20が
設けられており、第1副ノズル10から噴射され
る不活性ガスG2は第5図P1点に吹付けられ、ま
た第2副ノズル20から噴射される不活性ガス
G3は同じくP2点に吹付けられるように構成され
ている。
従つて予熱源30により予熱され、さらにレー
ザビーム1によつて切断された鋼板7の切断溝に
は、第1副ノズル10からの不活性ガスG2が吹
付けられ、その結果溝内に存在する凝固前の溶融
酸化物は溝外に除去される。一方、第2副ノズル
20から噴射される不活性ガスG3は鋼板7の裏
面のP2点に吹付けられているので、第1副ノズ
ル10からのガスG2によつて接断溝外へ排出さ
れた溶融酸化物は、前記不活性ガスG3により飛
散し、鋼板裏面に付着しない。従つて切断部は第
2図cおよびfに示すようになり、従つて研削等
の手入れは不用になる。
ここで本発明の実施に好適な条件を示すと次の
とおりである。
試料:電磁鋼板(Si3%)、厚さ2mmの場合; TIGアークとレーザ照射位置の間隔(L3):10
〜20mm TIGアーク:10V、100〜300A レーザ出力:2Kw、50〜150mm/S 切断ノズルからのガスの混合ガス成分比:酸素
ガス60〜80%、窒素ガス20〜40% 第1副ノズルの角度(θ1):30〜60° 第1副ノズルからのガス流量(Q1):60〜120
/分 第1副ノズルのガス吹付け位置(切断点からの
距離)L1:2〜7mm 第2副ノズルの角度(θ2):5〜20° 第2副ノズルからのガス流量(Q2):80〜140
/分 第2副ノズルのガス吹付け位置(第1副ノズル
のガス吹付け位置からの距離)L2:3〜10mm 被加工物が電磁鋼板以外の場合も上記条件は充
分に適合する。
次に本発明の実施例を示す。
実施例 1 レーザビーム源として出力2.0KwのCO2レーザ
装置を用い、板厚2.0mmの3%Si鋼を80mm/秒の
速度で切断した。予備加熱源としてTIGアークを
用い、10V、150Aに設定し、主ノズル4からは
酸素ガス70%、窒素ガス30%の混合ガスを噴射し
た。その結果切断面のシヤープな切断を行なうこ
とができた。これに対し、予熱なしで、他の条件
を同一とした場合には切断ができなかつた。
また主ノズルから酸素ガス100%を噴射したと
ころ切断はできたがTIGアークによる予熱の場合
に比べて溶融酸化物が多く、切断面がシヤープに
ならず、後工程として手入れを必要とした。
実施例 2 レーザビーム源として出力2.0KwのCO2レーザ
装置を用い、板厚2.5mmのSi3.0%含有鋼を80mm/
秒の速度で切断した。予備加熱源としてTIGアー
ク用い10V、150Aに設定し、主ノズルから酸素
ガス70%、窒素ガス30%の混合ガスを噴射し、第
1副ノズルから窒素ガスを80g/分の流量で噴射
し、また第2副ノズルから窒素ガスを120/分
の流量で噴射した。またこのとき第1副ノズルの
傾きθ1を45°、第2副ノズルの傾きθ2を10°とし、
さらに切断位置P0と第1副ノズルからのガス噴
射位置P1との距離L1を5mm、該位置P1と第2副
ノズルからのガス噴射位置P2との距離L2を3mm
に調定した。また切断位置P0と予熱用TIGアー
ムの先端位置(予熱位置)P3との距離L3を10mm
とした。なお、第1副ノズル孔11の孔径を2
mm、第2副ノズル孔21の孔径を3mmにした。
その結果、溶融酸化物による切断面の閉塞はな
く、鋼板の切断を完全に行なうことができた。し
かも、切断面は主ノズルから酸素ガス100%で噴
射した場合に比べてシヤープであつた。また上記
条件と同一条件で第1副ノズルおよび第2副ノズ
ルからの窒素ガスの供給を止めて切断を行なつた
ところ、上記酸素ガス100%の場合より少ないが
切断面に溶融酸化物の付着がみられた。また第2
副ノズルからの窒素ガスの供給のみを中止したと
ころ、切断面の閉塞は生じないが、切断面および
切断部の下縁に溶融酸化物の付着がみられた。
なお、以上の説明においては、予熱源として
TIGアークを使用した例について説明したが、先
に説明したように予熱源としては、TIGアークと
同様に他の予熱源、例えば、アーク、ガスバー
ナ、直接通電、高周波加熱、レーザビーム等任意
の熱源を使用し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図はレーザビームにより物体の切断を行な
う場合に従来より用いている装置の概略断面図、
第2図aおよびdは、従来の方法による切断をし
た被加工物を示す正面図および切断部の側面図、
第2図bおよびfは本発明により切断をした被加
工物を示す正面図および切断部の側面図、第3図
は本発明を実施する切断ヘツドと副ノズル、及び
被加工物を示す縦断面図である。第4図は鋼板が
高温状態になつた時の切断状況を示す図である。
第5図は本発明の構成を示す説明図である。 1:レーザビーム、2:切断ヘツド、3:集光
レンズ、4:切断ノズル、5:主ノズル孔、6:
アシストガス供給口、7:被加工物、7′:試験
片、8:切断面、9:溶融酸化物、10:第1副
ノズル、11:第1副ノズル孔、20:第2副ノ
ズル、21:第2副ノズル孔、30:予備加熱
源、G1:主ノズルガス、G2:第1副ノズルガス、
G3:第2副ノズルガス、P0:レーザビーム照射
位置、P1:第1副ノズルガス噴射位置、P2:第
2副ノズルガス噴射位置、P3:予備加熱位置、
L1:P0とP1の間隔、L2:P1とP2の間隔、L3:P0
とP3の間隔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鋼板にレーザビームを照射するとともに、該
    レーザビームと実質上同一方向に向けて酸素と不
    活性ガスよりなる第1のガスを噴射して鋼板を切
    断する方法において、切断部を他の熱源によつて
    予熱した後、レーザビームを照射し、切断位置近
    傍に、レーザビーム入射位置とは異なる鋼板表面
    に不活性ガスよりなる第2のガスを、裏面に不活
    性ガスよりなる第3のガスを噴射することを特徴
    とするレーザビームによる鋼板の切断方法。 2 鋼板にレーザビームを投射する手段と、レー
    ザビームの投射に先立つて鋼板を予熱する手段
    と、レーザビームに対して実質上同一方向に酸素
    と不活性ガスよりなる第1のガスを噴射する切断
    ノズルと、切断ノズルに対して角度をもつて配置
    され不活性ガスよりなる第2のガスを鋼板表面の
    切断部近傍に噴射するための副ノズルと、不活性
    ガスよりなる第3のガスを鋼板裏面の切断部近傍
    に噴射するためのノズルと、を備えるレーザビー
    ムによる鋼板の切断装置。
JP57213211A 1982-12-04 1982-12-04 レ−ザビ−ムによる鋼板の切断方法および装置 Granted JPS59104289A (ja)

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