レーザー切断機の主な工程

1. 気化切断
レーザーガス化切断工程では、材料の表面温度が沸点温度まで急速に上昇するため、熱伝導による溶融を回避するのに十分なため、材料の一部が蒸気となって蒸発し、材料の一部が蒸発します。補助ガスによってスリットの底から噴出された流れが吹き飛ばされます。 この場合、非常に高いレーザー出力が必要です。
材料の蒸気が切り口の壁に凝縮するのを防ぐために、材料の厚さはレーザービームの直径を大きく超えてはなりません。 したがって、このプロセスは、溶融材料の排出を避ける必要がある用途にのみ適しています。 この機械加工は、実際には鉄基合金の小さな領域でのみ使用されます。
このプロセスは、木材や特定のセラミックなど、溶融状態を持たないため、材料の蒸気が再凝縮する可能性が低い材料には使用できません。 さらに、これらの材料は通常、より厚いカットを実現します。 レーザー蒸気切断では、最適なビーム集束は、材料の厚さとビームの品質によって異なります。 レーザー出力と気化熱は、最適な焦点位置に一定の影響しか与えません。 板厚が一定の場合、最大切断速度は材料のガス化温度に反比例します。 必要なレーザー出力密度は 108W/cm2 以上で、材料、切断深さ、ビーム焦点位置によって異なります。 プレートの特定の厚さの場合、十分なレーザー出力があると仮定すると、最大切断速度はガス ジェットの速度によって制限されます。
2. 溶断
レーザー溶断では、ワークピースが部分的に溶融し、溶融した材料が気流によって排出されます。 材料の移動は液体状態でのみ行われるため、このプロセスはレーザー溶断と呼ばれます。
高純度の不活性切断ガスと組み合わされたレーザービームは、溶融材料を切り口から追い出しますが、ガス自体は切断に関与しません。 レーザー溶断は、ガス化切断よりも高速切断が可能です。 ガス化に必要なエネルギーは、一般に材料を溶融するのに必要なエネルギーよりも高くなります。 レーザー溶断では、レーザー ビームは部分的にしか吸収されません。 最大切断速度は、レーザー出力の増加とともに増加し、シートの厚さと材料の溶融温度の増加にほぼ反比例して減少します。 特定のレーザー出力の場合、制限要因は切り口での空気圧と材料の熱伝導率です。 レーザー溶断は、鉄系素材やチタン系金属の無酸化切断が可能です。 溶融するがガス化しないレーザー出力密度は、鉄鋼材料では 104W/cm2 から 105W/cm2 の間です。
3. 酸化溶融切断（レーザー炎切断）
溶断は一般的に不活性ガスを使用します。 酸素などの活性ガスに置き換わると、レーザー光の照射により材料が発火し、酸素と激しい化学反応が起こり、別の熱源が発生し、さらに材料が加熱されます。これを酸化溶融切断と呼びます。 .
この効果により、この方法では、同じ厚さの構造用鋼の溶断よりも高い切断速度が得られます。 一方で、この方法は溶断よりも切断品質が悪い場合があります。 実際には、切り口が広くなり、粗さが目立ち、熱影響部が増え、エッジの品質が低下します。 レーザー炎による切断は、精密なモデルや鋭利な角には不向きです (鋭利な角が焼ける危険性があります)。 パルスモードのレーザーを使用して熱の影響を制限でき、レーザーの出力によって切断速度が決まります。 特定のレーザー出力の場合、制限要因は酸素の供給と材料の熱伝導率です。
4.フラクチャカットの制御
熱に弱い脆性材料に対しては、制御破壊切断と呼ばれるレーザービーム加熱による高速制御切断を行います。 この切断プロセスの主な内容は、レーザービームが脆い材料の小さな領域を加熱し、この領域に大きな熱勾配と深刻な機械的変形を引き起こし、材料に亀裂を形成することです. 均一な加熱勾配が維持されている限り、レーザービームはクラックを任意の方向に向けることができます。