JP6512685B2 - Laser cutting method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ切断方法に関する。 The present invention relates to a laser cutting method.
レーザで金属製被加工物の切断を行う場合、切断箇所から溶融金属を除去することが、切断品質を維持するため必要である。従来、切断箇所近傍にノズルを配置し、当該ノズルを介してアシストガスを切断箇所に噴射することにより、この噴射による圧力で切断箇所から溶融金属の除去を行うようにしている。 When cutting metal workpieces with a laser, it is necessary to remove the molten metal from the cutting points in order to maintain the cutting quality. Conventionally, a nozzle is disposed in the vicinity of the cut portion, and the assist gas is injected to the cut portion through the nozzle, so that the molten metal is removed from the cut portion by the pressure by the injection.
下記特許文献1には、鋼板の表面にガスを噴射しつつレーザ光を照射して鋼板を切断する際、鋼板の表面のレーザ光照射部周囲に、冷却用の水を霧状に噴霧することにより、前記鋼板の表面のレーザ光照射部周囲を冷却して、鋼板の板厚方向の熱変形を抑制したレーザ切断方法が記載されている。 According to Patent Document 1 below, when cutting a steel plate by irradiating a laser beam while injecting gas onto the surface of the steel plate, the water for cooling is sprayed in the form of a mist around the laser light irradiated portion on the surface of the steel plate. The laser cutting method which cooled the laser beam irradiation part circumference | surroundings of the surface of the said steel plate by this, and suppressed the thermal deformation of the plate thickness direction of a steel plate is described.
ところで、前記ノズルと被加工物とに距離があり、アシストガスの噴射による圧力を切断箇所に作用させることができない場合、前記レーザの照射のみで前記被加工物を切断することができるものの、前記レーザの照射により生成する溶融金属が表面張力で前記被加工物の切断箇所に付着し続けて、溶融に伴う2次生成物量が多くなり、切断品質を低下させる可能性があった。また、レーザの切断箇所が上下方向に延設する壁面である場合、レーザの照射箇所を広くして切断箇所を含めた広い領域を溶融状態にし、溶融金属の自重により被加工物の切断箇所から溶融金属が落下することで当該切断箇所から溶融金属の除去を行うことができるものの、レーザの照射箇所を広げた分だけ、切断に要するエネルギが増加し、切断効率を低下させる可能性があった。 By the way, when there is a distance between the nozzle and the workpiece, and the pressure by injection of the assist gas can not act on the cut portion, the workpiece can be cut only by the irradiation of the laser; The molten metal generated by the laser irradiation continues to adhere to the cut portion of the workpiece by surface tension, and the amount of secondary products involved in the melting increases, which may lower the cutting quality. If the laser cutting location is a wall extending in the vertical direction, the laser irradiation location is broadened to make a wide area including the cutting location in a molten state, and the molten metal weighs itself from the cutting location of the workpiece Although it is possible to remove the molten metal from the cut portion by dropping the molten metal, the energy required for cutting may be increased by the amount of the spread of the laser irradiation portion and the cutting efficiency may be reduced. .
以上のことから、本発明は前述した課題を解決するために為されたものであって、アシストガスを用いないにも関わらずに、被加工物を効率良く切断することができるレーザ切断方法を提供することを目的としている。 From the above, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a laser cutting method capable of efficiently cutting a workpiece despite the absence of using an assist gas It is intended to be provided.
上述した課題を解決する第1の発明に係るレーザ截断方法は、レーザを透過すると共に、前記レーザの照射により液体が気化する厚さの液膜を被加工物の表面に形成するように、前記被加工物に対して前記液体を噴霧により供給し、且つ、前記被加工物における前記レーザの照射箇所に対し衝撃を間欠的に付与しつつ、前記被加工物が溶融した溶融物からなる溶融領域を生成し、前記溶融領域が前記被加工物の厚さ方向へ拡大するように、前記被加工物に前記レーザをパルスで照射し続けることにより、前記衝撃によって前記溶融領域から前記溶融物が流れるようにしたことを特徴とする。 In the laser cutting method according to the first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, a laser is transmitted, and a liquid film having a thickness at which liquid is vaporized by the laser irradiation is formed on the surface of the workpiece. was supplied by spraying the liquid against the workpiece, and the while intermittently imparting an impact to the irradiation position of the laser in workpiece, the molten region consisting of melt the workpiece is melted The molten material flows from the melting region by the impact by continuing to irradiate the laser with a pulse to the workpiece so that the melting region expands in the thickness direction of the workpiece. It is characterized by having done so.
上述した課題を解決する第2の発明に係るレーザ切断方法は、前述した第1の発明に係るレーザ切断方法であって、前記液体の供給は、前記レーザの照射箇所から離れた箇所に行なわれることを特徴とする。 A laser cutting method according to a second aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is the laser cutting method according to the first aspect described above, wherein the supply of the liquid is carried out at a place away from the irradiation point of the laser. It is characterized by
上述した課題を解決する第3の発明に係るレーザ切断方法は、前述した第1又は第2の発明に係るレーザ切断方法であって、前記液体は、水であることを特徴とする。 Laser cutting method according to a third invention for solving the above problems, a laser cutting method according to the first or the second invention described above, the liquid is characterized in that it is water.
上述した課題を解決する第4の発明に係るレーザ切断方法は、前述した第1から第3の発明の何れか一つに係るレーザ切断方法であって、前記被加工物は、配管であり、前記レーザの照射箇所を含むように前記配管内を閉塞部材で閉塞すると共に、前記閉塞部材で閉塞された前記配管内を減圧することを特徴とする。 A laser cutting method according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is the laser cutting method according to any one of the first to third inventions, wherein the work is a pipe, The inside of the pipe is closed by a closing member so as to include the irradiation point of the laser, and the inside of the line closed by the closing member is depressurized.
上述した課題を解決する第5の発明に係るレーザ切断方法は、前述した第1から第4の発明の何れか一つに係るレーザ切断方法であって、前記レーザの照射は、前記被加工物における上下方向に延設する壁面に対して行われることを特徴とする。 A laser cutting method according to a fifth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is the laser cutting method according to any one of the first to the fourth aspects described above, wherein the irradiation of the laser is the workpiece It is characterized by being performed to the wall surface extended in the up-and-down direction in the above.
第1の発明に係るレーザ切断方法によれば、レーザのパルスでの照射時の金属蒸気発生に伴う反跳圧が、繰り返し溶融池に作用すると共に、液体の気化時の蒸気圧も被加工物に対して伝わるため、溶融領域からの溶融物の流れ出しが促される。これにより、アシストガスを用いずにレーザのみを連続的に照射する場合と比べて、被加工物を効率良く切断することができ、切断品質の低下を抑制できる。さらに、被加工物の表面に均一の厚さの液膜を容易に形成することができ、液膜の大きさに起因する被加工物の切断効率の低下を抑制することができるので、前記衝撃に起因する圧力を被加工物に対して確実に伝えることができる。 According to the laser cutting method according to the first aspect of the present invention, the recoil pressure accompanying metal vapor generation at the time of irradiation with the pulse of the laser repeatedly acts on the molten pool, and the vapor pressure at the time of vaporization of the liquid is also a workpiece To facilitate the flow of the melt out of the melting zone. Thereby, compared with the case where only the laser is continuously irradiated without using the assist gas, the workpiece can be cut efficiently , and the deterioration of the cutting quality can be suppressed. Furthermore, a liquid film of uniform thickness can be easily formed on the surface of the workpiece, and a reduction in the cutting efficiency of the workpiece due to the size of the liquid film can be suppressed. The pressure resulting from the pressure can be reliably transmitted to the workpiece.
第2の発明に係るレーザ切断方法によれば、液体と接触することによりレーザが散乱することを防止することができる。 According to the laser cutting method relating to the second aspect of the present invention, it is possible to prevent the laser from being scattered by coming into contact with the liquid.
第3の発明に係るレーザ切断方法によれば、水の蒸気圧が大きいことから、前記衝撃に起因する圧力を被加工物に対して効率良く伝えることができ、被加工物をより一層効率良く切断することができる。 According to the laser cutting method relating to the third aspect of the present invention, since the vapor pressure of water is large, the pressure resulting from the impact can be efficiently transmitted to the workpiece, and the workpiece can be made more efficient. It can be cut off.
第4の発明に係るレーザ切断方法によれば、溶融領域からの溶融物の流れ出しを促すことができ、被加工物をより一層効率良く切断することができる。 According to the laser cutting method relating to the fourth aspect of the present invention, it is possible to promote the outflow of the melt from the melting region, and it is possible to cut the workpiece more efficiently.
第5の発明に係るレーザ切断方法によれば、溶融領域からの溶融物の流れ出しに当該溶融物の重力も作用することになり、被加工物をより一層効率良く切断することができる。 According to the laser cutting method relating to the fifth aspect of the present invention, the gravity of the melt also acts on the outflow of the melt from the melting region, and the workpiece can be cut more efficiently.
本発明に係るレーザ切断方法の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。 Although the embodiment of the laser cutting method according to the present invention will be described based on the drawings, the present invention is not limited to only the following embodiments described based on the drawings.
[第一の実施形態]
本発明の第一の実施形態に係るレーザ切断方法を図1に基づいて説明する。
First Embodiment
A laser cutting method according to a first embodiment of the present invention will be described based on FIG.
本実施形態に係るレーザ切断方法で用いるレーザ切断装置は、図1(a)に示すように、レーザ発振器11と、レーザ発振器11に接続された光ファイバ12と、光ファイバ12の他端にレーザ出射部14を介して接続されたレーザ加工ヘッド13とを備える。レーザ加工ヘッド13には、ノズル15が設けられる。ノズル15は、その先端が側方に向けて配置される。前記レーザ切断装置の切断対象となるワーク(被加工物)W1は、上下方向に延設する表面(壁面)W1aを有するものである。すなわち、ノズル15は、ワークW1の表面W1aと対向配置される。ワークW1は、例えば、厚さが1mm〜200mmの範囲内であり、アシストガスを用いたレーザ照射により切断可能な金属製の板材(例えば、鋼板)や管材(例えば、鋼管)である。 The laser cutting apparatus used in the laser cutting method according to the present embodiment is, as shown in FIG. 1A, a laser oscillator 11, an optical fiber 12 connected to the laser oscillator 11, and a laser at the other end of the optical fiber 12. The laser processing head 13 connected via the emitting unit 14 is provided. The laser processing head 13 is provided with a nozzle 15. The nozzle 15 is disposed with its tip directed to the side. The workpiece (workpiece) W1 to be cut by the laser cutting device has a surface (wall surface) W1a extending in the vertical direction. That is, the nozzle 15 is disposed to face the surface W1a of the workpiece W1. The workpiece W1 is, for example, a metal plate (for example, a steel plate) or a pipe (for example, a steel pipe) which has a thickness of 1 mm to 200 mm and can be cut by laser irradiation using an assist gas.
上述のレーザ切断装置は、レーザ発振器11を制御する制御装置50をさらに備える。この制御装置50によりレーザ発振器11を制御して、レーザ発振器11から発振されるレーザ出力、パルス幅が調整される。また、制御装置50によりレーザ発振器11を制御して、ノズル15から出射するレーザ1によりワークW1を切断する切断速度が調整される。 The above-mentioned laser cutting apparatus further includes a control device 50 that controls the laser oscillator 11. The laser oscillator 11 is controlled by the controller 50 to adjust the laser output and pulse width oscillated from the laser oscillator 11. Further, the laser oscillator 11 is controlled by the control device 50, and the cutting speed at which the workpiece W1 is cut by the laser 1 emitted from the nozzle 15 is adjusted.
ここで、上述のレーザ切断装置によるレーザ切断方法について、図1(a)および図1(b)を用いて説明する。
先ず、図1(a)に示すように、ノズル15を切断箇所であるワークW1の表面W1aと対向配置し、制御装置50によりレーザ発振器11を制御する。これにより、当該レーザ発振器11から発振されたレーザ1が、光ファイバ12、レーザ出射部14、レーザ加工ヘッド13およびノズル15を介して切断箇所であるワークW1の表面W1aにパルスで照射される。レーザ1の照射によりワークW1が加熱されて、当該ワークW1が溶融した溶融物W1eからなる溶融領域W1dを生成する。
Here, the laser cutting method by the above-mentioned laser cutting apparatus is demonstrated using FIG. 1 (a) and FIG.1 (b).
First, as shown in FIG. 1A, the nozzle 15 is disposed so as to face the surface W1a of the workpiece W1 which is a cutting point, and the control device 50 controls the laser oscillator 11. As a result, the laser 1 oscillated from the laser oscillator 11 is irradiated with a pulse onto the surface W1a of the workpiece W1 which is a cut portion through the optical fiber 12, the laser emitting unit 14, the laser processing head 13 and the nozzle 15. The workpiece W1 is heated by the irradiation of the laser 1, and a molten region W1d made of the molten material W1e in which the workpiece W1 is melted is generated.
前記レーザ1のパルスでの照射を継続することにより、溶融領域W1dがワークW1の厚さ方向へ拡大していくことになる。なお、レーザ1をパルスでワークW1に対して照射しているときには、レーザ1がワークW1に照射時の反跳圧4を当該ワークW1に対して間欠的に付与することになる。 By continuing the irradiation with the pulse of the laser 1, the melting region W1d is expanded in the thickness direction of the workpiece W1. When the laser 1 is applied to the workpiece W1 in pulses, the laser 1 intermittently applies the recoil pressure 4 to the workpiece W1 to the workpiece W1.
さらに、前記レーザ1の照射を継続することにより、溶融領域W1dがワークW1の表面W1aから裏面W1bまで拡大すると、図1(b)に示すように、レーザ1をワークW1に照射時の金属蒸気発生に伴う反跳圧4が間欠的にワークW1の表面W1a側から裏面W1b側に伝わり、この間欠的に付与される圧力P1により溶融領域W1dからの溶融物W1eの流れ出しが促されて当該溶融物W1eが流れ出すことになる。 Further, when the molten region W1d is expanded from the front surface W1a to the rear surface W1b of the work W1 by continuing the irradiation of the laser 1, as shown in FIG. 1B, the metal vapor at the time of irradiating the work W1 with the laser 1 The recoil pressure 4 accompanying the generation is intermittently transmitted from the surface W1a side to the back surface W1b side of the work W1, and the pressure P1 applied intermittently promotes the flow of the molten material W1e from the melting region W1d, and the melting is concerned The thing W1e will flow out.
したがって、本実施形態に係るレーザ切断方法によれば、ワークW1におけるレーザ1の照射箇所に対して衝撃を間欠的に付与しつつ、ワークW1が溶融した溶融物W1eからなる溶融領域W1dを生成し、溶融領域W1dがワークW1の厚さ方向へ拡大するように、ワークW1に対してレーザをパルスで照射することにより、前記照射時の金属蒸気発生に伴う反跳圧4がワークW1の厚さ方向に伝わり、溶融領域W1dからの溶融物(ドロス)W1eの流れ出しが促される。これにより、アシストガスを用いずにレーザのみを連続的に照射する場合と比べて、切断箇所から溶融物W1eを効率良く除去することができ、ワークW1を効率良く切断することができる。これにより、切断品質の低下を抑制できる。 Therefore, according to the laser cutting method according to the present embodiment, while intermittently applying an impact to the portion of the workpiece W1 irradiated with the laser 1, the molten region W1d made of the molten material W1e in which the workpiece W1 is melted is generated By irradiating the workpiece W1 with a pulse of laser so that the melted region W1d expands in the thickness direction of the workpiece W1, the recoil pressure 4 accompanying metal vapor generation at the time of the irradiation is the thickness of the workpiece W1 It is transmitted in the direction to encourage the flow of the melt (dross) W1e from the melting region W1d. Thereby, compared with the case where only the laser is continuously irradiated without using the assist gas, the melt W1e can be efficiently removed from the cut portion, and the work W1 can be cut efficiently. Thereby, the deterioration of the cutting quality can be suppressed.
なお、上述したレーザ1のピークパワー密度は、10kW/mm2以上であることが好ましい。レーザ1のパルス幅は、0.1ms〜500msであることが好ましい。これは、レーザ1のピークパワー密度およびパルス幅が上述の範囲内であれば、ノズル15とワークW1との距離が、アシストガスがレーザの照射箇所に十分な圧力を付与できないアシストガスノズル径の3倍以上の距離にある場合でも、上述のワークW1をレーザ1のパルスでの照射により加熱してワークW1が溶融した溶融物W1eからなる溶融領域W1dを生成すると共に、レーザ1をワークW1に照射時の金属蒸気発生に伴う反跳圧4が当該ワークW1の厚さ方向に伝わり、溶融領域W1dからの溶融物W1eの流れ出しを確実に促すことになるからである。 The peak power density of the above-described laser 1 is preferably 10 kW / mm 2 or more. The pulse width of the laser 1 is preferably 0.1 ms to 500 ms. This is because if the peak power density and pulse width of the laser 1 are within the above-mentioned range, the distance between the nozzle 15 and the work W1 is 3 of the diameter of the assist gas nozzle where the assist gas can not apply sufficient pressure to the laser irradiation location. Even when the distance is twice or more, the above-mentioned work W1 is heated by the irradiation of the pulse of the laser 1 to generate a molten region W1d composed of the molten material W1e which is melted the work W1 and irradiate the work W1 with the laser 1 This is because the recoil pressure 4 accompanying metal vapor generation at the time is transmitted in the thickness direction of the work W1, and the flow of the melt W1e from the melting region W1d is surely promoted.
上述のように、ワークW1の表面W1aは上下方向に延設していることが好ましい。これにより、溶融領域W1dからの溶融物W1eの流れ出しに当該溶融物W1eの重力も作用することになり、ワークW1をより一層効率良く切断することができる。 As described above, the surface W1a of the workpiece W1 is preferably extended in the vertical direction. As a result, the gravity of the molten material W1e also acts on the outflow of the molten material W1e from the melting region W1d, and the work W1 can be cut more efficiently.
[第二の実施形態]
本発明の第二の実施形態に係るレーザ切断方法を図2に基づいて説明する。本実施形態では、上述した第一の実施形態に係るレーザ切断方法で用いるレーザ切断装置に水供給装置を追加した装置を用いている。本実施形態では、第一の実施形態と同一機器には同一符号を付記している。
Second Embodiment
A laser cutting method according to a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. In this embodiment, an apparatus is used in which a water supply apparatus is added to the laser cutting apparatus used in the laser cutting method according to the above-described first embodiment. In the present embodiment, the same reference numerals are appended to the same devices as in the first embodiment.
本実施形態に係るレーザ切断方法で用いるレーザ切断装置は、図2に示すように、水供給装置(水噴霧装置)20を備える。水供給装置20は、噴霧ノズル21と水供給管22とポンプ23と水貯留タンク24とを備える。水貯留タンク24には水(液体)2が溜められる。水貯留タンク24には、水供給管22の基端側が接続される。水供給管22の先端側が噴霧ノズル21の基端側と接続される。ポンプ23は、水供給管22に設けられる。 The laser cutting apparatus used by the laser cutting method which concerns on this embodiment is provided with the water supply apparatus (water spray apparatus) 20, as shown in FIG. The water supply device 20 includes a spray nozzle 21, a water supply pipe 22, a pump 23, and a water storage tank 24. The water (liquid) 2 is stored in the water storage tank 24. The proximal end side of the water supply pipe 22 is connected to the water storage tank 24. The distal end side of the water supply pipe 22 is connected to the proximal end side of the spray nozzle 21. The pump 23 is provided to the water supply pipe 22.
上述のレーザ切断装置が備える制御装置50は、水供給装置20のポンプ23と信号線で接続しており、制御装置50がポンプ23の作動を制御可能になっている。この制御装置50により、ポンプ23の作動を制御することにより、水貯留タンク24内の水2が水供給管22を流通して噴霧ノズル21からワークW1の表面W1aに対して噴霧される水2の噴霧量(供給量)が調整される。噴霧ノズル21によるワークW1の表面W1aへの水2の噴霧量(供給量)は、鋼板の板厚方向の熱変形を抑制するようにレーザの照射箇所に水を噴霧してレーザの照射箇所周囲を冷却する上記特許文献1に記載のレーザ切断方法とは異なり、レーザ1を透過すると共に、レーザ1の照射により水2が気化する厚さt(例えば、数10μm〜100μm)の液膜3をワークW1の表面W1aに形成するように調整することが好ましい。これにより、レーザ1がワークW1の表面W1aを確実に照射し当該ワークW1における当該レーザ1の照射箇所を確実に加熱して当該ワークW1に溶融領域W1dを生成することができる。水2が気化したときの蒸気圧をワークW1に対して伝えることができる。 The control device 50 included in the above-described laser cutting device is connected to the pump 23 of the water supply device 20 by a signal line, and the control device 50 can control the operation of the pump 23. The control device 50 controls the operation of the pump 23 so that the water 2 in the water storage tank 24 flows through the water supply pipe 22 and is sprayed from the spray nozzle 21 onto the surface W1a of the workpiece W1. The amount of spray (supply) is adjusted. The spray amount (supply amount) of the water 2 to the surface W1a of the workpiece W1 by the spray nozzle 21 sprays water on the laser irradiation location so as to suppress the thermal deformation of the steel plate in the thickness direction, and around the laser irradiation location Unlike the laser cutting method described in the above-mentioned Patent Document 1 for cooling the liquid film 3 having a thickness t (for example, several tens of μm to 100 μm) which transmits the laser 1 and vaporizes the water 2 by the irradiation of the laser 1. It is preferable to adjust to form on the surface W1a of the work W1. As a result, the laser 1 reliably irradiates the surface W1a of the workpiece W1, and the portion of the workpiece W1 irradiated with the laser 1 can be reliably heated to generate the melted region W1d in the workpiece W1. The vapor pressure when the water 2 is vaporized can be transmitted to the work W1.
ここで、上述のレーザ切断装置によるレーザ切断方法について、図2(a)および図2(b)を用いて説明する。
先ず、図2(a)に示すように、ノズル15を切断箇所であるワークW1の表面W1aと対向配置する一方、噴霧ノズル21を切断箇所と離れた箇所(図2(a)ではレーザ1の照射箇所の上方)と対向配置し、制御装置50によりレーザ発振器11およびポンプ23を制御する。これにより、レーザ発振器11から発振されたレーザ1が、光ファイバ12、レーザ出射部14、レーザ加工ヘッド13およびノズル15を介して切断箇所であるワークW1の表面W1aにパルスで照射される。また、水貯留タンク24内の水2が、水供給管22を介して噴霧ノズル21からワークW1の表面W1aに対して噴霧される。ワークW1の表面W1aに上述の厚さtの液膜3が形成される一方、レーザ1の照射によりワークW1が加熱されて、当該ワークW1が溶融した溶融物W1eからなる溶融領域W1dを生成する。
Here, the laser cutting method by the above-mentioned laser cutting apparatus is demonstrated using FIG. 2 (a) and FIG.2 (b).
First, as shown in FIG. 2 (a), the nozzle 15 is disposed opposite to the surface W1a of the workpiece W1 which is the cutting location, while the spray nozzle 21 is separated from the cutting location (the laser 1 in FIG. 2 (a)). The laser oscillator 11 and the pump 23 are controlled by the control device 50 so as to face the upper side of the irradiation point). As a result, the laser 1 oscillated from the laser oscillator 11 is irradiated with a pulse onto the surface W1a of the workpiece W1 which is a cut portion through the optical fiber 12, the laser emitting unit 14, the laser processing head 13 and the nozzle 15. Further, the water 2 in the water storage tank 24 is sprayed from the spray nozzle 21 to the surface W1a of the work W1 through the water supply pipe 22. While the liquid film 3 of the above-mentioned thickness t is formed on the surface W1a of the work W1, the work W1 is heated by the irradiation of the laser 1, and a molten region W1d made of the molten material W1e in which the work W1 is melted is generated. .
前記レーザ1のパルスでの照射を継続することにより、溶融領域W1dがワークW1の厚さ方向へ拡大していくことになる。なお、レーザ1をワークW1に対してパルスで照射しているときには、レーザ1がワークW1に当たったときと、当該レーザ1により水2が気化したときの蒸気圧との衝撃5を当該ワークW1に対して間欠的に付与することになる。 By continuing the irradiation with the pulse of the laser 1, the melting region W1d is expanded in the thickness direction of the workpiece W1. When the laser 1 is irradiated to the workpiece W1 by a pulse, the impact W5 at the time when the laser 1 hits the workpiece W1 and the vapor pressure when the water 2 is vaporized by the laser 1 is the workpiece W1. Will be applied intermittently.
さらに、前記レーザ1のパルスでの照射を継続することにより、溶融領域W1dがワークW1の表面W1aから裏面W1bまで拡大すると、図2(b)に示すように、前記衝撃5による圧力P2が間欠的にワークW1の表面W1a側から裏面W1b側に伝わり、この間欠的な圧力P2により溶融領域W1dからの溶融物W1eの流れ出しが促されて当該溶融物W1eが流れ出すことになる。 Furthermore, when the melting region W1d is expanded from the front surface W1a to the rear surface W1b of the work W1 by continuing the irradiation with the pulse of the laser 1, as shown in FIG. 2 (b), the pressure P2 due to the impact 5 is intermittent. The intermittent pressure P2 accelerates the flow of the melt W1e from the melting region W1d and the flow of the melt W1e starts flowing out from the surface W1a side of the work W1.
したがって、本実施形態に係るレーザ切断方法によれば、レーザ1がワークW1の表面W1aに当たったときと、レーザ1による水2の気化時の蒸気圧とによる衝撃5が圧力P2としてワークW1の厚さ方向に間欠的に作用することから、レーザ1の照射により生成する溶融領域W1dから溶融物W1eを効率良く除去することができる。 Therefore, according to the laser cutting method according to the present embodiment, the shock 5 due to the time when the laser 1 hits the surface W1a of the work W1 and the vapor pressure at the time of vaporization of the water 2 by the laser 1 becomes the pressure P2 of the work W1. Since it acts intermittently in the thickness direction, the molten material W1e can be efficiently removed from the molten region W1d generated by the irradiation of the laser 1.
なお、噴霧ノズル21によるワークW1の表面W1aへの水2の噴霧(供給)は、レーザ1の照射箇所から離れた箇所に行なわれることが好ましい。これにより、水2との接触によりレーザ1が散乱することを防止することができる。 In addition, it is preferable that the spraying (supply) of the water 2 to the surface W1a of the workpiece W1 by the spray nozzle 21 be performed at a place away from the irradiation place of the laser 1. Thereby, the laser 1 can be prevented from being scattered by the contact with the water 2.
ワークW1の表面W1aへの水2の供給を噴霧により行うことが好ましい。これにより、ワークW1の表面W1aの広範な領域に均一な厚さの液膜3を容易に形成することができ、液膜3の大きさに起因するワークW1の切断効率の低下を抑制することができる。また、前記衝撃5に起因する圧力P2をワークW1に対して確実に伝えることができる。 The water 2 is preferably supplied to the surface W1a of the work W1 by spraying. Thereby, the liquid film 3 of uniform thickness can be easily formed in a wide area of the surface W1a of the work W1, and the reduction of the cutting efficiency of the work W1 caused by the size of the liquid film 3 can be suppressed. Can. Further, the pressure P2 caused by the impact 5 can be reliably transmitted to the workpiece W1.
ワークW1の表面W1aに対し液体として水2を供給することが好ましい。これは、水2の蒸気圧が大きく、衝撃5に起因する圧力P2をワークW1に対して効率良く伝えることができ、ワークW1をより一層効率良く切断することができるからである。 It is preferable to supply water 2 as a liquid to the surface W1a of the work W1. This is because the steam pressure of the water 2 is large, the pressure P2 resulting from the impact 5 can be efficiently transmitted to the work W1, and the work W1 can be cut more efficiently.
[第三の実施形態]
本発明の第三の実施形態に係るレーザ切断方法を図3に基づいて説明する。本実施形態では、上述した第二の実施形態に係るレーザ切断方法で用いるレーザ切断装置に減圧装置を追加した装置を用いている。本実施形態では、第二の実施形態と同一機器には同一符号を付記している。
Third Embodiment
A laser cutting method according to a third embodiment of the present invention will be described based on FIG. In the present embodiment, an apparatus is used in which a pressure reducing device is added to the laser cutting apparatus used in the laser cutting method according to the second embodiment described above. In the present embodiment, the same devices as those of the second embodiment are indicated by the same reference numerals.
本実施形態に係るレーザ切断方法で用いるレーザ切断装置は、図3(a)に示すように、減圧装置30を備える。前記レーザ切断装置の切断対象となるワーク(被加工物)W2は、上下方向に延設する表面(壁面)W2aを有するものである。ワークW2は、例えば、厚さ1mm〜20mmの範囲内であり、アシストガスを用いたレーザ照射により切断可能な金属製の管材(例えば、鋼管)である。減圧装置30は、閉塞部材31,32と排気管33とブロア34とを備える。閉塞部材31,32は、当該閉塞部材31,32で囲まれる領域がワークW2における切断箇所を含むように配置される。すなわち、一方の閉塞部材31は、レーザ1の照射箇所に対して上方側を閉塞するようにワークW2内に配置される。他方の閉塞部材32は、レーザ1の照射箇所に対して下方側を閉塞するようにワークW2内に配置される。一方の閉塞部材31には、開口部31aが設けられている。排気管33の基端は、閉塞部材31の開口部31aと接続して設けられる。ブロア34は、排気管33に設けられる。 The laser cutting apparatus used by the laser cutting method which concerns on this embodiment is provided with the pressure reduction apparatus 30, as shown to Fig.3 (a). The workpiece (workpiece) W2 to be cut by the laser cutting device has a surface (wall surface) W2a extending in the vertical direction. The workpiece W2 is, for example, a metal pipe (for example, a steel pipe) which has a thickness of 1 mm to 20 mm and can be cut by laser irradiation using an assist gas. The pressure reducing device 30 includes closing members 31 and 32, an exhaust pipe 33 and a blower 34. The closing members 31 and 32 are arranged such that the region surrounded by the closing members 31 and 32 includes the cut portion in the workpiece W2. That is, one closing member 31 is disposed in the work W 2 so as to close the upper side of the irradiation position of the laser 1. The other closing member 32 is disposed in the workpiece W2 so as to close the lower side of the irradiation point of the laser 1. An opening 31 a is provided in the one closing member 31. The proximal end of the exhaust pipe 33 is provided in connection with the opening 31 a of the closing member 31. The blower 34 is provided in the exhaust pipe 33.
上述のレーザ切断装置が備える制御装置50は、減圧装置30のブロア34と信号線で接続しており、制御装置50がブロア34の作動を制御可能になっている。この制御装置50により、ブロア34の作動を制御して、閉塞部材31,32で形成される密閉空間が負圧となるように調整される。 The control device 50 included in the above-described laser cutting device is connected to the blower 34 of the pressure reducing device 30 by a signal line, and the control device 50 can control the operation of the blower 34. The control device 50 controls the operation of the blower 34 to adjust the closed space formed by the closing members 31 and 32 to a negative pressure.
ここで、上述のレーザ切断装置によるレーザ切断方法について、図3(a)および図3(b)を用いて説明する。
先ず、図3(a)に示すように、ノズル15を切断箇所であるワークW2の壁面W2aと対向配置する一方、噴霧ノズル21を切断箇所と離れた箇所(図3(a)ではレーザ1の照射箇所の上方)と対向配置し、制御装置50によりレーザ発振器11およびポンプ23およびブロア34を制御する。これにより、当該レーザ発振器11から発振されたレーザ1が、光ファイバ12、レーザ出射部14、レーザ加工ヘッド13およびノズル15を介して切断箇所であるワークW2の表面W2aにパルスで照射される。また、水貯留タンク24内の水2が、水供給管22を介して噴霧ノズル21からワークW2の表面W2aに対して噴霧される。閉塞部材31,32で囲まれる領域内から空気6が排気管33を通じて排気される。このとき、領域内が負圧となる一方、ワークW2の表面W2aに上述の厚さtの液膜3が形成されると共に、レーザ1の照射によりワークW2が加熱されて、当該ワークW2が溶融した溶融物W2eからなる溶融領域W2dを生成する。
Here, the laser cutting method by the above-mentioned laser cutting apparatus is demonstrated using FIG. 3 (a) and FIG.3 (b).
First, as shown in FIG. 3A, the nozzle 15 is disposed to face the wall surface W2a of the workpiece W2 which is the cutting location, while the spray nozzle 21 is separated from the cutting location (the laser 1 in FIG. 3A). The laser oscillator 11 and the pump 23 and the blower 34 are controlled by the control unit 50 so as to face the upper side of the irradiation point). As a result, the laser 1 oscillated from the laser oscillator 11 is irradiated with a pulse onto the surface W2a of the workpiece W2 which is a cut portion through the optical fiber 12, the laser emitting unit 14, the laser processing head 13 and the nozzle 15. Further, the water 2 in the water storage tank 24 is sprayed from the spray nozzle 21 to the surface W2a of the workpiece W2 through the water supply pipe 22. Air 6 is exhausted from the area surrounded by the closing members 31 and 32 through the exhaust pipe 33. At this time, while the inside of the region has a negative pressure, the liquid film 3 of the above-mentioned thickness t is formed on the surface W2a of the workpiece W2, and the workpiece W2 is heated by the irradiation of the laser 1, and the workpiece W2 is melted. A molten zone W2d made of the molten material W2e is produced.
前記レーザ1のパルスでの照射を継続することにより、溶融領域W2dがワークW2の厚さ方向へ拡大していくことになる。なお、レーザ1をワークW2に対してパルスで照射しているときには、レーザ1がワークW2に当たったときと、当該レーザ1により水2が気化したときの蒸気圧との衝撃を当該ワークW2に対して間欠的に付与することになる。 By continuing the irradiation with the pulse of the laser 1, the melting region W2d is expanded in the thickness direction of the workpiece W2. When the laser 1 irradiates the workpiece W2 with a pulse, the workpiece W2 is shocked with the vapor pressure when the laser 1 hits the workpiece W2 and when the water 2 is vaporized by the laser 1 It will be applied intermittently.
さらに、前記レーザ1のパルスでの照射を継続することにより、溶融領域W2dがワークW2の表面W2aから内面W2cまで拡大すると、図3(a)および図3(b)に示すように、レーザ1がワークW2に当たったときと、当該レーザ1により水2が気化したときの蒸気圧とによる衝撃5と、前記領域内が負圧であることとの圧力P3が当該ワークW2に対して間欠的に伝わることになる。これにより、溶融領域W2dからの溶融物W2eの流れ出しが促されて当該溶融物W2eが流れ出すことになる。 Furthermore, when the melting region W2d is expanded from the surface W2a of the workpiece W2 to the inner surface W2c by continuing the irradiation with the pulse of the laser 1, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the laser 1 Shock P5 due to the vapor pressure when the water 2 is vaporized by the laser 1, and the pressure P3 that the pressure in the area is negative pressure with respect to the work W2 It will be transmitted to As a result, the flow of the melt W2e from the melting region W2d is promoted, and the melt W2e flows out.
したがって、本実施形態に係るレーザ切断方法によれば、レーザ1がワークW2の表面W2aに当たったときと、レーザ1による水2の気化時の蒸気圧とによる衝撃5と、前記領域内が負圧であることとの圧力P3が当該ワークW2の厚さ方向に間欠的に作用することから、レーザ1の照射により生成する溶融領域W2dから溶融物W2eを効率良く除去することができる。 Therefore, according to the laser cutting method according to the present embodiment, the impact 5 by the laser 1 hitting the surface W 2 a of the workpiece W 2 and the vapor pressure at the time of vaporization of the water 2 by the laser 1 Since the pressure P3 of being a pressure acts intermittently in the thickness direction of the work W2, the melt W2e can be efficiently removed from the melting region W2d generated by the irradiation of the laser 1.
上述のように、ワークW2の表面W2aは上下方向に延設していることが好ましい。これにより、溶融領域W2dからの溶融物W2eの流れ出しに当該溶融物W2eの重力も作用することになり、ワークW2をより一層効率良く切断することができる。 As described above, the surface W2a of the workpiece W2 is preferably extended in the vertical direction. As a result, the gravity of the melt W2e also acts on the outflow of the melt W2e from the melting region W2d, and the work W2 can be cut more efficiently.
本発明に係るレーザ溶接方法は、アシストガスを用いないにも関わらずに、被加工物を効率良く切断することができるので、各種産業において、極めて有益に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The laser welding method according to the present invention can cut a workpiece efficiently even without using an assist gas, and therefore can be extremely usefully used in various industries.
1 レーザ
2 水(液体)
3 液膜
4 反跳圧
5 衝撃
11 レーザ発振器
12 光ファイバ
13 レーザ加工ヘッド
14 レーザ出射部
15 ノズル
20 水供給装置(水噴霧装置)
21 噴霧ノズル
22 水供給管
23 ポンプ
24 水貯留タンク
30 減圧装置
31 閉塞部材(閉塞板)
31a 開口部
32 閉塞部材(閉塞板)
33 排気管
34 ブロア
50 制御装置
t 厚さ
P1,P2,P3 圧力
W1 ワーク(被加工物)
W1a 表面(壁面)
W1b 裏面
W1d 溶融領域
W1e 溶融物(ドロス)
W2 ワーク(被加工物)
W2a 表面(壁面)
W2c 内面
W2d 溶融領域
W2e 溶融物(ドロス)
1 Laser 2 Water (Liquid)
3 Liquid film 4 Recoil pressure 5 Impact 11 Laser oscillator 12 Optical fiber 13 Laser processing head 14 Laser emitting portion 15 Nozzle 20 Water supply device (water spray device)
21 spray nozzle 22 water supply pipe 23 pump 24 water storage tank 30 pressure reducing device 31 closing member (closing plate)
31a opening 32 closing member (closing plate)
33 exhaust pipe 34 blower 50 controller t thickness P1, P2, P3 pressure W1 workpiece (workpiece)
W1a surface (wall surface)
W1b Back side W1d Melting area W1e Melt (Dross)
W2 Workpiece (workpiece)
W2a surface (wall surface)
W2c Inner surface W2d Melting zone W2e Melt (Dross)
Claims (5)
ことを特徴とするレーザ切断方法。 The liquid is supplied to the workpiece by spraying so as to form a liquid film on the surface of the workpiece through which the laser is transmitted and the liquid is vaporized by the irradiation of the laser, and while intermittently imparting an impact to the irradiation position of the laser in workpiece, the workpiece to generate a molten region consisting of melt and melt, the molten area in the thickness direction of the workpiece A laser cutting method characterized in that the molten material is made to flow from the melting region by the impact by continuing to irradiate the laser with a pulse to the workpiece so as to expand.
前記液体の供給は、前記レーザの照射箇所から離れた箇所に行なわれる
ことを特徴とするレーザ切断方法。 The laser cutting method according to claim 1 , wherein
The supply of the liquid is performed at a place away from the irradiation place of the laser.
前記液体は、水である
ことを特徴とするレーザ切断方法。 A laser cutting method according to claim 1 or claim 2 , wherein
The said liquid is water. The laser cutting method characterized by the above-mentioned.
前記被加工物は、配管であり、
前記レーザの照射箇所を含むように前記配管内を閉塞部材で閉塞すると共に、前記閉塞部材で閉塞された前記配管内を減圧する
ことを特徴とするレーザ切断方法。 A laser cutting method according to any one of claims 1 to 3 , wherein
The workpiece is a pipe,
The inside of the pipe is closed by a closing member so as to include the irradiation point of the laser, and the inside of the line closed by the closing member is depressurized.
前記レーザの照射は、前記被加工物における上下方向に延設する壁面に対して行われる
ことを特徴とするレーザ切断方法。 A laser cutting method according to any one of claims 1 to 4 , wherein
The laser cutting method is characterized in that the irradiation of the laser is performed on a wall surface extending in the vertical direction of the workpiece.
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