JP3436862B2 - 厚鋼板のレーザ切断方法及び装置 - Google Patents
厚鋼板のレーザ切断方法及び装置Info
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- JP3436862B2 JP3436862B2 JP08850397A JP8850397A JP3436862B2 JP 3436862 B2 JP3436862 B2 JP 3436862B2 JP 08850397 A JP08850397 A JP 08850397A JP 8850397 A JP8850397 A JP 8850397A JP 3436862 B2 JP3436862 B2 JP 3436862B2
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- B23P25/003—Auxiliary treatment of workpieces, before or during machining operations, to facilitate the action of the tool or the attainment of a desired final condition of the work, e.g. relief of internal stress immediately preceding a cutting tool
- B23P25/006—Heating the workpiece by laser during machining
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザによる厚鋼
板の切断技術に関する。
板の切断技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、１０〜５０mm厚の厚鋼板の切断に
おいてはガス切断法が主流であった。しかし近年、レー
ザ発振器の高出力化が進んだこと、ビームモードが改善
されたこと等に伴い、厚鋼板の切断をレーザで行うレー
ザ切断法が注目されている。
おいてはガス切断法が主流であった。しかし近年、レー
ザ発振器の高出力化が進んだこと、ビームモードが改善
されたこと等に伴い、厚鋼板の切断をレーザで行うレー
ザ切断法が注目されている。
【０００３】ガス切断法と比較してレーザ切断法は、切
断面の精度が優れており、加工速度が速く、熱影響部の
深さも低減できるといった利点がある。しかし厚鋼板に
レーザ切断法を適用しようとする場合、厚鋼板の表面に
形成されている酸化被膜であるスケールの影響が問題と
なる。
断面の精度が優れており、加工速度が速く、熱影響部の
深さも低減できるといった利点がある。しかし厚鋼板に
レーザ切断法を適用しようとする場合、厚鋼板の表面に
形成されている酸化被膜であるスケールの影響が問題と
なる。
【０００４】一般に厚鋼板はスケールが表面に付着した
ままの状態で切断加工に供されるが、その厚みは特別な
製造方法によらない限り不均一であり、バラツキがある
のが通常である。このような鋼板にレーザを照射すると
スケールが酸化発熱反応を起こすが、前記のようにスケ
ール厚みが不均一であるとスケールに由来する発熱量に
ムラが生じる。このため厚鋼板にレーザ切断法を適用す
ると、切断加工の進行方向がふらつく等の問題が発生す
る。
ままの状態で切断加工に供されるが、その厚みは特別な
製造方法によらない限り不均一であり、バラツキがある
のが通常である。このような鋼板にレーザを照射すると
スケールが酸化発熱反応を起こすが、前記のようにスケ
ール厚みが不均一であるとスケールに由来する発熱量に
ムラが生じる。このため厚鋼板にレーザ切断法を適用す
ると、切断加工の進行方向がふらつく等の問題が発生す
る。
【０００５】厚板等のレーザ切断においては、アシスト
ガスとして非常に高純度の酸素ガスを用いて溶融池の酸
化発熱を促進したり、溶融物の粘性が低くなるように厚
板の成分を調整したりする方法が採られてきたが、さら
に上記問題を解決するために、厚鋼板表面のスケール厚
みを均一化したり、厚鋼板の製造条件を限定して表面粗
さを低減する等の方法（特開平５−１１２８２１号公
報、特開平７−４８６２２号公報、特開平７−１５５９
７５号公報）が提案されている。
ガスとして非常に高純度の酸素ガスを用いて溶融池の酸
化発熱を促進したり、溶融物の粘性が低くなるように厚
板の成分を調整したりする方法が採られてきたが、さら
に上記問題を解決するために、厚鋼板表面のスケール厚
みを均一化したり、厚鋼板の製造条件を限定して表面粗
さを低減する等の方法（特開平５−１１２８２１号公
報、特開平７−４８６２２号公報、特開平７−１５５９
７５号公報）が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし前記公報記載の
技術は、厚鋼板にレーザ切断のための特殊な特性を付与
するべく鋼の成分組成や製造条件を調整するものであ
り、結果的に厚鋼板の製造コスト上昇は免れない。した
がって、このような厚鋼板に上述したような利点を有す
るレーザ切断法を適用しても、全体としてはメリットが
少ない。
技術は、厚鋼板にレーザ切断のための特殊な特性を付与
するべく鋼の成分組成や製造条件を調整するものであ
り、結果的に厚鋼板の製造コスト上昇は免れない。した
がって、このような厚鋼板に上述したような利点を有す
るレーザ切断法を適用しても、全体としてはメリットが
少ない。
【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑み、被加工物である厚鋼板に特殊な特性を付与するこ
となく、既存の厚鋼板にそのまま適用できる汎用性の高
いレーザ切断法であって、しかも加工時にスケールによ
る悪影響を受けることのない鋼板のレーザ切断法を提供
するものである。
鑑み、被加工物である厚鋼板に特殊な特性を付与するこ
となく、既存の厚鋼板にそのまま適用できる汎用性の高
いレーザ切断法であって、しかも加工時にスケールによ
る悪影響を受けることのない鋼板のレーザ切断法を提供
するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の通りで
ある。
ある。
【０００９】（１）レーザビームを厚鋼板に照射して切
断部を加熱溶融し、厚鋼板をレーザ切断する方法におい
て、切断レーザを発生させる切断レーザ発振器と、厚鋼
板表面のスケール層を除去するデスケーリングレーザを
発生させるデスケーリングレーザ発振器とから伝送され
た切断及びデスケーリングレーザの双方を一つの加工ヘ
ッドで厚鋼板の切断部に間隔を持たせて集光照射すると
ともに、デスケーリングレーザを照射する位置が切断レ
ーザを照射する位置よりもレーザ照射位置移動方向前方
とすることにより、先ずデスケーリングレーザを厚鋼板
の切断部に照射して、厚鋼板表面のスケール層を除去
し、次いでスケール除去部に切断レーザを照射して厚鋼
板を切断することを特徴とする厚鋼板のレーザ切断方
法。
断部を加熱溶融し、厚鋼板をレーザ切断する方法におい
て、切断レーザを発生させる切断レーザ発振器と、厚鋼
板表面のスケール層を除去するデスケーリングレーザを
発生させるデスケーリングレーザ発振器とから伝送され
た切断及びデスケーリングレーザの双方を一つの加工ヘ
ッドで厚鋼板の切断部に間隔を持たせて集光照射すると
ともに、デスケーリングレーザを照射する位置が切断レ
ーザを照射する位置よりもレーザ照射位置移動方向前方
とすることにより、先ずデスケーリングレーザを厚鋼板
の切断部に照射して、厚鋼板表面のスケール層を除去
し、次いでスケール除去部に切断レーザを照射して厚鋼
板を切断することを特徴とする厚鋼板のレーザ切断方
法。
【００１０】（２）デスケーリングレーザにパルスレー
ザを用い、パルスエネルギーを一定にし、スケール除去
部が切断線に沿って連続するように、切断速度に合わせ
てパルス繰り返し周波数を制御することを特徴とする前
記（１）記載の厚鋼板のレーザ切断方法。
ザを用い、パルスエネルギーを一定にし、スケール除去
部が切断線に沿って連続するように、切断速度に合わせ
てパルス繰り返し周波数を制御することを特徴とする前
記（１）記載の厚鋼板のレーザ切断方法。
【００１１】（５）切断レーザを発生させる切断レーザ
発振器と、厚鋼板表面のスケール層を除去するデスケー
リングレーザを発生させるデスケーリングレーザ発振器
と、前記レーザ発振器からの切断及びデスケーリングレ
ーザを伝送するレーザ伝送手段と、前記レーザ伝送手段
からの切断及びデスケーリングレーザの双方を厚鋼板の
切断部に間隔を持たせて集光照射する一つの加工ヘッド
と、切断及びデスケーリングレーザの照射位置が切断線
に沿って移動するように加工ヘッド又は厚鋼板を移動す
る駆動手段とを備え、加工ヘッドがデスケーリングレー
ザを照射する位置が切断レーザを照射する位置よりもレ
ーザ照射位置移動方向前方である厚鋼板のレーザ切断装
置。
発振器と、厚鋼板表面のスケール層を除去するデスケー
リングレーザを発生させるデスケーリングレーザ発振器
と、前記レーザ発振器からの切断及びデスケーリングレ
ーザを伝送するレーザ伝送手段と、前記レーザ伝送手段
からの切断及びデスケーリングレーザの双方を厚鋼板の
切断部に間隔を持たせて集光照射する一つの加工ヘッド
と、切断及びデスケーリングレーザの照射位置が切断線
に沿って移動するように加工ヘッド又は厚鋼板を移動す
る駆動手段とを備え、加工ヘッドがデスケーリングレー
ザを照射する位置が切断レーザを照射する位置よりもレ
ーザ照射位置移動方向前方である厚鋼板のレーザ切断装
置。
【００１２】（４）加工ヘッド上に設けられた単一の集
光レンズによって、切断レーザとデスケーリングレーザ
とを厚鋼板表面にそれぞれ集光照射することを特徴とす
る前記（３）記載の厚鋼板のレーザ切断装置。
光レンズによって、切断レーザとデスケーリングレーザ
とを厚鋼板表面にそれぞれ集光照射することを特徴とす
る前記（３）記載の厚鋼板のレーザ切断装置。
【００１３】本発明が切断加工の対象とする鋼板は、主
として厚鋼板であり、特に板厚１０mm以上の厚鋼板の切
断加工において顕著な効果を奏するものである。上記鋼
板は、通常圧延ままの状態で切断加工に供されるが、切
断加工時にはその表面に１〜１０μｍ厚の酸化被膜であ
るスケールが形成されている。
として厚鋼板であり、特に板厚１０mm以上の厚鋼板の切
断加工において顕著な効果を奏するものである。上記鋼
板は、通常圧延ままの状態で切断加工に供されるが、切
断加工時にはその表面に１〜１０μｍ厚の酸化被膜であ
るスケールが形成されている。
【００１４】従来厚鋼板に適用されていたレーザ切断で
は、アシストガスとしてＯ2 ガスを用いながらレーザを
照射し、Ｏ2 ガスとの酸化反応で鋼板の加熱溶融を促進
していた。ここで、上述のように厚鋼板の表面にはスケ
ール層が形成されており、このスケール層もレーザの照
射とＯ2 ガスの供給によって酸化反応に供される。しか
し、スケール層の厚みは特別な製造法によらない限り不
均一であるため、スケール層の酸化反応による発熱量は
一定とはならない。このため、例えばスケール層の厚い
部分では発熱量が過大となり、切断の進行方向がふらつ
く等の問題が発生することがある。
は、アシストガスとしてＯ2 ガスを用いながらレーザを
照射し、Ｏ2 ガスとの酸化反応で鋼板の加熱溶融を促進
していた。ここで、上述のように厚鋼板の表面にはスケ
ール層が形成されており、このスケール層もレーザの照
射とＯ2 ガスの供給によって酸化反応に供される。しか
し、スケール層の厚みは特別な製造法によらない限り不
均一であるため、スケール層の酸化反応による発熱量は
一定とはならない。このため、例えばスケール層の厚い
部分では発熱量が過大となり、切断の進行方向がふらつ
く等の問題が発生することがある。
【００１５】そこで本発明ではレーザ切断加工時に、先
ず鋼板表面に形成されているスケール層をレーザによっ
て蒸発除去し、次いで高出力・高エネルギー密度の切断
レーザを照射するものである。なお、本発明では前述の
スケール層を蒸発除去するレーザをデスケーリングレー
ザという。
ず鋼板表面に形成されているスケール層をレーザによっ
て蒸発除去し、次いで高出力・高エネルギー密度の切断
レーザを照射するものである。なお、本発明では前述の
スケール層を蒸発除去するレーザをデスケーリングレー
ザという。
【００１６】デスケーリングレーザとしては、ピークパ
ワーの高いパルスレーザを用いるとよい。その理由は、
高いピークパワーによって、スケール層が急激に加熱さ
れ、蒸発に伴う爆風の反力で照射部の効率的な除去が行
われるからである。具体的には、例えばピーク出力３０
〜５００ｋＷ程度のＣＯ2 パルスレーザやエキシマパル
スレーザを用いるとよい。
ワーの高いパルスレーザを用いるとよい。その理由は、
高いピークパワーによって、スケール層が急激に加熱さ
れ、蒸発に伴う爆風の反力で照射部の効率的な除去が行
われるからである。具体的には、例えばピーク出力３０
〜５００ｋＷ程度のＣＯ2 パルスレーザやエキシマパル
スレーザを用いるとよい。
【００１７】図１に、スケール層表面に波長１０．６μ
ｍのＣＯ2 パルスレーザを照射した際に蒸発・除去され
るスケール層の深さと、レーザのパルスエネルギー密度
の関係を示す。本発明が加工の対象とする厚鋼板では、
スケールの厚みは最大でも１０μｍ程度であるので、デ
スケーリングレーザのパルスエネルギー密度は８〜１２
J/ｃｍ2 とすればよい。
ｍのＣＯ2 パルスレーザを照射した際に蒸発・除去され
るスケール層の深さと、レーザのパルスエネルギー密度
の関係を示す。本発明が加工の対象とする厚鋼板では、
スケールの厚みは最大でも１０μｍ程度であるので、デ
スケーリングレーザのパルスエネルギー密度は８〜１２
J/ｃｍ2 とすればよい。
【００１８】しかし、デスケーリングレーザによってス
ケール層を除去した後も、高温の鋼板表面では酸化反応
が進行してスケール層が再形成される。このスケール層
の再成長速度は約５μｍ/secであって、スケールの厚み
が１μｍ以下であればレーザ切断加工に及ぼす影響は無
視できる。したがって、デスケーリングレーザの照射と
切断レーザの照射との間を０．２秒以内とすることが好
ましい。
ケール層を除去した後も、高温の鋼板表面では酸化反応
が進行してスケール層が再形成される。このスケール層
の再成長速度は約５μｍ/secであって、スケールの厚み
が１μｍ以下であればレーザ切断加工に及ぼす影響は無
視できる。したがって、デスケーリングレーザの照射と
切断レーザの照射との間を０．２秒以内とすることが好
ましい。
【００１９】また本発明でデスケーリングレーザにパル
スレーザを用いる場合には、パルスエネルギーを一定に
し、スケール除去部が切断線に沿って連続するように、
切断速度に合わせてパルス繰り返し周波数を制御すると
よい。スケール層の除去が不連続であると、スケールが
レーザ切断加工におよぼす悪影響を完全に排除できなく
なるおそれがあるからである。
スレーザを用いる場合には、パルスエネルギーを一定に
し、スケール除去部が切断線に沿って連続するように、
切断速度に合わせてパルス繰り返し周波数を制御すると
よい。スケール層の除去が不連続であると、スケールが
レーザ切断加工におよぼす悪影響を完全に排除できなく
なるおそれがあるからである。
【００２０】そして、本発明のレーザ切断装置は、切断
レーザ発振器とデスケーリングレーザ発振器とを備え、
加工ヘッドが切断レーザとデスケーリングレーザとの双
方を鋼板表面の被加工部に集光照射する構成となってお
り、デスケーリングレーザの照射位置を切断レーザの照
射位置よりも先行させることで、スケール層の除去とレ
ーザ切断加工を連続的に行うものである。
レーザ発振器とデスケーリングレーザ発振器とを備え、
加工ヘッドが切断レーザとデスケーリングレーザとの双
方を鋼板表面の被加工部に集光照射する構成となってお
り、デスケーリングレーザの照射位置を切断レーザの照
射位置よりも先行させることで、スケール層の除去とレ
ーザ切断加工を連続的に行うものである。
【００２１】切断レーザ発振器としては、例えば３〜５
０ｋＷ出力の連続波ＣＯ2 レーザ発振器を用いる。この
ようなレーザ発振器が発生させたレーザビームは、通常
１５〜７５mm径であり、これを加工ヘッドの集光光学系
で鋼板表面に０．２〜０．６mm径に集光することで、鋼
板表面におけるレーザビームのパワー密度は１０〜１８
ＭＷ／ｃｍ2 となる。
０ｋＷ出力の連続波ＣＯ2 レーザ発振器を用いる。この
ようなレーザ発振器が発生させたレーザビームは、通常
１５〜７５mm径であり、これを加工ヘッドの集光光学系
で鋼板表面に０．２〜０．６mm径に集光することで、鋼
板表面におけるレーザビームのパワー密度は１０〜１８
ＭＷ／ｃｍ2 となる。
【００２２】本発明の装置によれば、不均一なスケール
層を有する既存の厚鋼板をレーザ切断する際にも、レー
ザ切断工程と別にデスケール工程を設ける必要がないた
め、工程の簡略化・高速化が可能である。しかも、デス
ケーリングレーザによってスケールを除去してからレー
ザ切断を行うため、スケール層がレーザ切断加工に影響
を及ぼすこともない。また、切断レーザを照射する加工
ヘッドと、デスケーリングレーザを照射する加工ヘッド
とが一体であるため、加工ヘッド駆動機構等の複雑・大
型化をもたらすこともない。
層を有する既存の厚鋼板をレーザ切断する際にも、レー
ザ切断工程と別にデスケール工程を設ける必要がないた
め、工程の簡略化・高速化が可能である。しかも、デス
ケーリングレーザによってスケールを除去してからレー
ザ切断を行うため、スケール層がレーザ切断加工に影響
を及ぼすこともない。また、切断レーザを照射する加工
ヘッドと、デスケーリングレーザを照射する加工ヘッド
とが一体であるため、加工ヘッド駆動機構等の複雑・大
型化をもたらすこともない。
【００２３】加工ヘッド駆動機構が加工ヘッドを移動さ
せる速度としては、１〜１００（ｍ/min）とするのが好
ましい。これは厚板製造ラインの通板速度に匹敵し、ラ
インの生産能力を最大限に発揮することができる。
せる速度としては、１〜１００（ｍ/min）とするのが好
ましい。これは厚板製造ラインの通板速度に匹敵し、ラ
インの生産能力を最大限に発揮することができる。
【００２４】また、デスケーリングレーザによりスケー
ル層を除去した後、鋼板表面に再形成したスケール層が
レーザ切断加工に及ぼす影響を排除する必要がある。上
述した加工ヘッド移動速度と鑑みて、デスケーリングレ
ーザの照射位置と切断レーザの照射位置との間隔は３〜
３３３mmとするのが好ましい。
ル層を除去した後、鋼板表面に再形成したスケール層が
レーザ切断加工に及ぼす影響を排除する必要がある。上
述した加工ヘッド移動速度と鑑みて、デスケーリングレ
ーザの照射位置と切断レーザの照射位置との間隔は３〜
３３３mmとするのが好ましい。
【００２５】切断レーザの集光・照射と、デスケーリン
グレーザの集光・照射とは、同じ集光レンズを用いて行
うようにしてもよい。このような場合には、両レーザが
集光レンズに入射する角度を変えることで、レーザの集
光位置を調整することができる。
グレーザの集光・照射とは、同じ集光レンズを用いて行
うようにしてもよい。このような場合には、両レーザが
集光レンズに入射する角度を変えることで、レーザの集
光位置を調整することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２は、本発明によるレーザ切断工程の概略斜視
図である。図２において、１は被加工物である厚鋼板、
５は切断レーザ、７はデスケーリングレーザ、９はアシ
ストガスノズルを示している。なお、図２では厚鋼板１
を移動させることで切断加工を進行させる場合を示して
いるが、加工ヘッドを移動させる場合には切断レーザ
５、デスケーリングレーザ７、ガスノズル９等が移動す
る。
する。図２は、本発明によるレーザ切断工程の概略斜視
図である。図２において、１は被加工物である厚鋼板、
５は切断レーザ、７はデスケーリングレーザ、９はアシ
ストガスノズルを示している。なお、図２では厚鋼板１
を移動させることで切断加工を進行させる場合を示して
いるが、加工ヘッドを移動させる場合には切断レーザ
５、デスケーリングレーザ７、ガスノズル９等が移動す
る。
【００２７】厚鋼板１の表面はスケール層３で覆われて
いるため、このままレーザ切断を行ったのでは切断加工
がスケール層の影響を受けてしまう。そこで本発明で
は、先ずデスケーリングレーザ７をデスケーリングレー
ザ集光部１３に集光してスケール層３を蒸発・除去さ
せ、次いで切断レーザ５を切断レーザ集光部１１に集光
して厚鋼板１の切断加工を行うものである。
いるため、このままレーザ切断を行ったのでは切断加工
がスケール層の影響を受けてしまう。そこで本発明で
は、先ずデスケーリングレーザ７をデスケーリングレー
ザ集光部１３に集光してスケール層３を蒸発・除去さ
せ、次いで切断レーザ５を切断レーザ集光部１１に集光
して厚鋼板１の切断加工を行うものである。
【００２８】デスケーリングレーザ７が除去するスケー
ル層３の幅は、切断幅の３倍程度にするのが好ましい。
すなわち、切断レーザ５の照射によって蒸発・除去され
る厚鋼板の幅の３倍程度の幅にわたって、スケール層３
の蒸発・除去を行うようにすればよい。
ル層３の幅は、切断幅の３倍程度にするのが好ましい。
すなわち、切断レーザ５の照射によって蒸発・除去され
る厚鋼板の幅の３倍程度の幅にわたって、スケール層３
の蒸発・除去を行うようにすればよい。
【００２９】また図２には、アシストガスノズル９を用
いてアシストガスを供給する場合を例示しているが、ア
シストガスとしてはＯ2 ガスを主成分とするガスを用い
ることが好ましい。アシストガスは、図２に示すように
加工方向前方から後方に向かうように供給する。なお、
アシストガスにＯ2 ガスを用いると、切断面に酸化物が
残留する場合がある。これを防ぐためにはアシストガス
にＯ2 を含有しないガスを用いればよいが、このように
すると溶融金属の酸化発熱は期待できないため、より高
出力の切断レーザを用いる必要がある。
いてアシストガスを供給する場合を例示しているが、ア
シストガスとしてはＯ2 ガスを主成分とするガスを用い
ることが好ましい。アシストガスは、図２に示すように
加工方向前方から後方に向かうように供給する。なお、
アシストガスにＯ2 ガスを用いると、切断面に酸化物が
残留する場合がある。これを防ぐためにはアシストガス
にＯ2 を含有しないガスを用いればよいが、このように
すると溶融金属の酸化発熱は期待できないため、より高
出力の切断レーザを用いる必要がある。
【００３０】図３は、本発明の切断レーザとデスケーリ
ングレーザとの合成方法と焦点位置の設定方法の一例を
示す概略図である。図３において、Ｌ0 は集光レンズ２
１の光軸、Ｌ1 は切断レーザの中心線、Ｌ2 はデスケー
リングレーザの中心線である。図３に示すように、レン
ズの光軸Ｌ0 に対して、Ｌ1 はθ1 、Ｌ2 はθ2 だけの
角度を有している。両レーザにこのような角度をつけて
集光レンズ２１に入射させ、鋼板１の表面に集光するこ
とによって、図３に示すように切断レーザの集光とデス
ケーリングレーザの集光を、一枚の集光レンズによって
行うことができる。
ングレーザとの合成方法と焦点位置の設定方法の一例を
示す概略図である。図３において、Ｌ0 は集光レンズ２
１の光軸、Ｌ1 は切断レーザの中心線、Ｌ2 はデスケー
リングレーザの中心線である。図３に示すように、レン
ズの光軸Ｌ0 に対して、Ｌ1 はθ1 、Ｌ2 はθ2 だけの
角度を有している。両レーザにこのような角度をつけて
集光レンズ２１に入射させ、鋼板１の表面に集光するこ
とによって、図３に示すように切断レーザの集光とデス
ケーリングレーザの集光を、一枚の集光レンズによって
行うことができる。
【００３１】図４は、図３に示した方法において、切断
レーザ５とデスケーリングレーザ７とに角度をつけて集
光レンズ２１に入射させる方法の一例を示す概略図であ
る。図４において、２３はビーム合成器、２５，２７は
ミラーである。ここで、ミラー２５に入射した切断レー
ザ５は反射されてビーム合成器２５に伝送され、デスケ
ーリングレーザ７も同様にしてビーム合成器２５に伝送
される。
レーザ５とデスケーリングレーザ７とに角度をつけて集
光レンズ２１に入射させる方法の一例を示す概略図であ
る。図４において、２３はビーム合成器、２５，２７は
ミラーである。ここで、ミラー２５に入射した切断レー
ザ５は反射されてビーム合成器２５に伝送され、デスケ
ーリングレーザ７も同様にしてビーム合成器２５に伝送
される。
【００３２】この際、ビーム合成器２３出側において、
切断レーザの中心線Ｌ1 とデスケーリングレーザの中心
線Ｌ2 とが集光レンズ２１の光軸Ｌ0 と平行になるよう
に設定したベンディングミラー２５，２７の位置を基準
の位置として、この位置からベンディングミラー２５，
２７をそれぞれ矢印の方向にθ1 ，θ2 だけ軸３１，３
３を中心として回転させれば、図３に示したように切断
レーザ５とデスケーリングレーザ７とにそれぞれ角度を
つけて集光レンズ２１に入射させることができる。
切断レーザの中心線Ｌ1 とデスケーリングレーザの中心
線Ｌ2 とが集光レンズ２１の光軸Ｌ0 と平行になるよう
に設定したベンディングミラー２５，２７の位置を基準
の位置として、この位置からベンディングミラー２５，
２７をそれぞれ矢印の方向にθ1 ，θ2 だけ軸３１，３
３を中心として回転させれば、図３に示したように切断
レーザ５とデスケーリングレーザ７とにそれぞれ角度を
つけて集光レンズ２１に入射させることができる。
【００３３】図５（Ａ）〜（Ｅ）は、図３に示した方法
で切断レーザとデスケーリングレーザとの焦点位置を設
定した例を示す図面である。なお、図５の全ての場合に
おいて、集光レンズ２１と鋼板１の表面との間隔は集光
レンズ２１の焦点距離であり、θ1 ，θ2 は図３の矢印
方向を正としている。
で切断レーザとデスケーリングレーザとの焦点位置を設
定した例を示す図面である。なお、図５の全ての場合に
おいて、集光レンズ２１と鋼板１の表面との間隔は集光
レンズ２１の焦点距離であり、θ1 ，θ2 は図３の矢印
方向を正としている。
【００３４】図５（Ａ）はθ1 ＝θ2 ＝０であって、両
レーザビームが集光レンズの光軸と平行な場合を示して
いる。この場合は、集光レンズ２１の焦点位置に両レー
ザビームは集光照射される。この設定では本発明の効果
は得られない。
レーザビームが集光レンズの光軸と平行な場合を示して
いる。この場合は、集光レンズ２１の焦点位置に両レー
ザビームは集光照射される。この設定では本発明の効果
は得られない。
【００３５】図５（Ｂ）はθ1 ＝０，θ2 ＞０とした場
合を示している。この場合は、切断レーザ５は集光レン
ズ２１の焦点位置に集光され、デスケーリングレーザ７
は集光レンズ２１の焦点位置を超えた反対側に集光され
る。この設定では、加工ヘッドのノズル径を最も小さく
できるため、加工ヘッドを移動させて切断を行う際、加
工ヘッドを軽量化し、走行慣性を低減させ得る点で有利
である。
合を示している。この場合は、切断レーザ５は集光レン
ズ２１の焦点位置に集光され、デスケーリングレーザ７
は集光レンズ２１の焦点位置を超えた反対側に集光され
る。この設定では、加工ヘッドのノズル径を最も小さく
できるため、加工ヘッドを移動させて切断を行う際、加
工ヘッドを軽量化し、走行慣性を低減させ得る点で有利
である。
【００３６】図５（Ｃ）はθ1 ＜０，θ2 ＜０とした場
合を示している。この場合は、切断レーザ５、デスケー
リングレーザ７は両方とも集光レンズ２１の焦点位置を
超えた反対側に集光される。
合を示している。この場合は、切断レーザ５、デスケー
リングレーザ７は両方とも集光レンズ２１の焦点位置を
超えた反対側に集光される。
【００３７】図５（Ｄ）はθ1 ＝０，θ2 ＜０とした場
合を示している。この場合は、切断レーザ５は集光レン
ズ２１の焦点位置に集光され、デスケーリングレーザ７
は集光レンズ２１の焦点位置より手前に集光される。
合を示している。この場合は、切断レーザ５は集光レン
ズ２１の焦点位置に集光され、デスケーリングレーザ７
は集光レンズ２１の焦点位置より手前に集光される。
【００３８】図５（Ｅ）はθ1 ＞０，θ2 ＞０とした場
合を示している。この場合は、切断レーザ５、デスケー
リングレーザ７は両方とも集光レンズ２１の焦点位置の
手前側に集光される。
合を示している。この場合は、切断レーザ５、デスケー
リングレーザ７は両方とも集光レンズ２１の焦点位置の
手前側に集光される。
【００３９】以上詳細に説明したが、図５（Ｂ）に示し
たθ1 ＝０，θ2 ＞０とした場合の設定が最も好まし
い。この設定では上述した理由以外に、集光・照射する
切断レーザのエネルギー密度を高いままに、デスケーリ
ングレーザの照射を行うことができる点でも優れてい
る。
たθ1 ＝０，θ2 ＞０とした場合の設定が最も好まし
い。この設定では上述した理由以外に、集光・照射する
切断レーザのエネルギー密度を高いままに、デスケーリ
ングレーザの照射を行うことができる点でも優れてい
る。
【００４０】図６は、本発明のレーザ切断加工を行う加
工ヘッドの概略図である。この加工ヘッドは、ケーシン
グ３１と、ケーシング３１に設けられたガス供給口３３
と、ケーシング３１内に配置された集光レンズ２１とか
らなっていて、ケージング３１の上部からレーザを入射
させ、集光レンズ２１でレーザの集光を行い、下側から
レーザを出射して鋼板１の表面に集光・照射するもので
ある。
工ヘッドの概略図である。この加工ヘッドは、ケーシン
グ３１と、ケーシング３１に設けられたガス供給口３３
と、ケーシング３１内に配置された集光レンズ２１とか
らなっていて、ケージング３１の上部からレーザを入射
させ、集光レンズ２１でレーザの集光を行い、下側から
レーザを出射して鋼板１の表面に集光・照射するもので
ある。
【００４１】
【実施例】図７は、本発明の複合レーザ切断装置の一実
施例を示す図面である。この複合レーザ切断装置は、主
として切断レーザ発振器４２、デスケーリングレーザ発
振器４３、切断レーザ伝送光学系４５、デスケーリング
レーザ伝送光学系４７、加工ヘッド４９、鋼板搬送装置
４１からなっている。
施例を示す図面である。この複合レーザ切断装置は、主
として切断レーザ発振器４２、デスケーリングレーザ発
振器４３、切断レーザ伝送光学系４５、デスケーリング
レーザ伝送光学系４７、加工ヘッド４９、鋼板搬送装置
４１からなっている。
【００４２】切断レーザ発振器４２は、出力１０ｋＷ、
強度分布ドーナツモードのcwＣＯ2レーザであり、レー
ザ出側におけるビーム径は６０mmである。デスケーリン
グレーザ発振器４３は平均出力１ｋＷ、パルスエネルギ
ー１００ｍＪ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、強度分布ド
ーナツモードのＱスイッチＣＯ2 レーザであり、レーザ
出側におけるビーム径は１５mmである。
強度分布ドーナツモードのcwＣＯ2レーザであり、レー
ザ出側におけるビーム径は６０mmである。デスケーリン
グレーザ発振器４３は平均出力１ｋＷ、パルスエネルギ
ー１００ｍＪ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、強度分布ド
ーナツモードのＱスイッチＣＯ2 レーザであり、レーザ
出側におけるビーム径は１５mmである。
【００４３】切断レーザ発振器４２から出射された切断
レーザ５は、ミラー２４，２５よりなる切断レーザ伝送
光学系４５によって、ビーム合成器２３に伝送される。
デスケーリングレーザ発振器４２から出射されたデスケ
ーリングレーザ５も、同様にミラー２４，２５よりなる
デスケーリングレーザ伝送光学系４７によって、ビーム
合成器２３に伝送される。
レーザ５は、ミラー２４，２５よりなる切断レーザ伝送
光学系４５によって、ビーム合成器２３に伝送される。
デスケーリングレーザ発振器４２から出射されたデスケ
ーリングレーザ５も、同様にミラー２４，２５よりなる
デスケーリングレーザ伝送光学系４７によって、ビーム
合成器２３に伝送される。
【００４４】ビーム合成器２３は２枚のミラーを備えて
おり、これらのミラーで入射した切断レーザ５及びデス
ケーリングレーザ７を加工ヘッド４９に設けられた集光
レンズ２１に向けて反射・伝送する。この際、ミラー２
５，２７を調整して、切断レーザ５は集光レンズ２１の
光軸と平行になるようにし、デスケーリングレーザ７は
集光レンズ２１の光軸に対してθ＝７°の角度を持たせ
るようにする。なお、θは図３のθ2 として定義した角
度をいうものとする。ビーム合成器２３から出射した切
断レーザ５とデスケーリングレーザ７とは、加工ヘッド
４９上に設けられた集光レンズ２１に入射し、厚鋼板１
の表面に照射される。
おり、これらのミラーで入射した切断レーザ５及びデス
ケーリングレーザ７を加工ヘッド４９に設けられた集光
レンズ２１に向けて反射・伝送する。この際、ミラー２
５，２７を調整して、切断レーザ５は集光レンズ２１の
光軸と平行になるようにし、デスケーリングレーザ７は
集光レンズ２１の光軸に対してθ＝７°の角度を持たせ
るようにする。なお、θは図３のθ2 として定義した角
度をいうものとする。ビーム合成器２３から出射した切
断レーザ５とデスケーリングレーザ７とは、加工ヘッド
４９上に設けられた集光レンズ２１に入射し、厚鋼板１
の表面に照射される。
【００４５】集光レンズ２１は、焦点距離１２７mmのＺ
ｎＳｅレンズであり、集光レンズ２１から厚鋼板１表面
までの距離は、１２７mmである。切断レーザ５は集光レ
ンズ２１の光軸と平行なため、切断レーザ集光部１１は
集光レンズ２１の焦点位置であり、集光ビーム径は４０
０μｍである。一方、デスケーリングレーザ７は集光レ
ンズ２１の光軸に対してθ1 ＝７°傾いているため、焦
点位置から１６mmずれて厚鋼板１に集光され、そのビー
ム径は１００×１２００μｍである。
ｎＳｅレンズであり、集光レンズ２１から厚鋼板１表面
までの距離は、１２７mmである。切断レーザ５は集光レ
ンズ２１の光軸と平行なため、切断レーザ集光部１１は
集光レンズ２１の焦点位置であり、集光ビーム径は４０
０μｍである。一方、デスケーリングレーザ７は集光レ
ンズ２１の光軸に対してθ1 ＝７°傾いているため、焦
点位置から１６mmずれて厚鋼板１に集光され、そのビー
ム径は１００×１２００μｍである。
【００４６】（加工ヘッドに設けたガス供給口３３［図
６参照］と、アシストガスノズル９［図２参照］の役割
分担が不明です。） 加工ヘッド４９にはガス供給口３３が設けられており、
図示しないガス供給装置から酸素ガスを供給する。
６参照］と、アシストガスノズル９［図２参照］の役割
分担が不明です。） 加工ヘッド４９にはガス供給口３３が設けられており、
図示しないガス供給装置から酸素ガスを供給する。
【００４７】加工ヘッド４９の加工進行方向手前側に
は、アシストガスノズル９が設けられている。アシスト
ガスノズル３５には、図示しないアシストガス供給装置
が接続されており、アシストガスである９９％Ｏ2 ガス
をレーザ照射位置に５０°の角度をもって吹き付けるこ
とができる。
は、アシストガスノズル９が設けられている。アシスト
ガスノズル３５には、図示しないアシストガス供給装置
が接続されており、アシストガスである９９％Ｏ2 ガス
をレーザ照射位置に５０°の角度をもって吹き付けるこ
とができる。
【００４８】以上のようにして厚鋼板１の表面に切断レ
ーザ５とデスケーリングレーザ７とを、１６mmの間隔で
照射する。ここで厚鋼板１は、鋼板搬送装置４１によっ
て図７の矢印方向に搬送されるため、厚鋼板１の表面で
は先ずデスケーリングレーザ７によってスケール層３が
蒸発・除去され、その後に切断レーザ５が照射される。
したがって、切断レーザ５によるレーザ切断をより高精
度に行うことができる。
ーザ５とデスケーリングレーザ７とを、１６mmの間隔で
照射する。ここで厚鋼板１は、鋼板搬送装置４１によっ
て図７の矢印方向に搬送されるため、厚鋼板１の表面で
は先ずデスケーリングレーザ７によってスケール層３が
蒸発・除去され、その後に切断レーザ５が照射される。
したがって、切断レーザ５によるレーザ切断をより高精
度に行うことができる。
【００４９】以上のように構成された装置によって、鋼
板搬送装置４１の鋼板搬送速度を５ｍ／min として厚さ
２０mmの普通鋼の切断を行ったところ、切断加工の直線
度は１／１０００mmであった。
板搬送装置４１の鋼板搬送速度を５ｍ／min として厚さ
２０mmの普通鋼の切断を行ったところ、切断加工の直線
度は１／１０００mmであった。
【００５０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、被加工材に特別な処理を施すことなく、従来の厚
鋼板に対応可能であって、かつレーザ加工の有利な点を
十分に生かしたレーザ切断加工が実現できる。
れば、被加工材に特別な処理を施すことなく、従来の厚
鋼板に対応可能であって、かつレーザ加工の有利な点を
十分に生かしたレーザ切断加工が実現できる。
【図１】スケールの除去される深さと、パルスエネルギ
ー密度の相関を示す図表である。
ー密度の相関を示す図表である。
【図２】本発明によるレーザ切断加工の概略を示す図面
である。
である。
【図３】切断レーザとデスケーリングレーザとの合成方
法と焦点位置の設定方法の一例を示す概略図である。
法と焦点位置の設定方法の一例を示す概略図である。
【図４】切断レーザ５とデスケーリングレーザ７とに角
度をつけて集光レンズ２１に入射させる方法の一例を示
す概略図である。
度をつけて集光レンズ２１に入射させる方法の一例を示
す概略図である。
【図５】図３に示した方法により焦点位置を設定した例
を示す図面であって、（Ａ）はθ1 ＝θ2 ＝０、（Ｂ）
はθ1 ＝０，θ2 ＞０、（Ｃ）はθ1 ＜０，θ2 ＜０、
（Ｄ）はθ1 ＝０，θ2 ＜０、（Ｅ）はθ1 ＞０，θ2
＞０とした場合をそれぞれ示している。
を示す図面であって、（Ａ）はθ1 ＝θ2 ＝０、（Ｂ）
はθ1 ＝０，θ2 ＞０、（Ｃ）はθ1 ＜０，θ2 ＜０、
（Ｄ）はθ1 ＝０，θ2 ＜０、（Ｅ）はθ1 ＞０，θ2
＞０とした場合をそれぞれ示している。
【図６】本発明のレーザ切断加工を行う加工ヘッドの概
略図である。
略図である。
【図７】本発明の複合レーザ切断装置の一実施例を示す
図面である。
図面である。
Ｌ0 集光レンズの光軸
Ｌ1 切断レーザの中心線
Ｌ2 デスケーリングレーザの中心線
１ 厚鋼板
３ スケール
５ 切断レーザ
７ デスケーリングレーザ
９ アシストガスノズル
１１ 切断レーザ集光部
１３ デスケーリングレーザ集光部
１５ スケール除去部
１７ 被切断部
２１ 集光レンズ
２３ ビーム合成器
２４，２５，２６，２７ ミラー
３１ ケーシング
３３ ガス供給口
４１ 鋼板搬送装置
４２ 切断レーザ発振器
４３ デスケーリングレーザ発振器
４５ 切断レーザ伝送光学系
４７ デスケーリングレーザ伝送光学系
４９ 加工ヘッド
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 26/00 - 26/42
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザビームを厚鋼板に照射して切断部
を加熱溶融し、厚鋼板をレーザ切断する方法において、
切断レーザを発生させる切断レーザ発振器と、厚鋼板表
面のスケール層を除去するデスケーリングレーザを発生
させるデスケーリングレーザ発振器とから伝送された切
断及びデスケーリングレーザの双方を一つの加工ヘッド
で厚鋼板の切断部に間隔を持たせて集光照射するととも
に、デスケーリングレーザを照射する位置が切断レーザ
を照射する位置よりもレーザ照射位置移動方向前方とす
ることにより、先ずデスケーリングレーザを厚鋼板の切
断部に照射して、厚鋼板表面のスケール層を除去し、次
いでスケール除去部に切断レーザを照射して厚鋼板を切
断することを特徴とする厚鋼板のレーザ切断方法。 - 【請求項２】 デスケーリングレーザにパルスレーザを
用い、パルスエネルギーを一定にし、スケール除去部が
切断線に沿って連続するように、切断速度に合わせてパ
ルス繰り返し周波数を制御することを特徴とする請求項
１記載の厚鋼板のレーザ切断方法。 - 【請求項３】 切断レーザを発生させる切断レーザ発振
器と、厚鋼板表面のスケール層を除去するデスケーリン
グレーザを発生させるデスケーリングレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からの切断及びデスケーリングレーザ
を伝送するレーザ伝送手段と、前記レーザ伝送手段から
の切断及びデスケーリングレーザの双方を厚鋼板の切断
部に間隔を持たせて集光照射する一つの加工ヘッドと、
切断及びデスケーリングレーザの照射位置が切断線に沿
って移動するように加工ヘッド又は厚鋼板を移動する駆
動手段とを備え、加工ヘッドがデスケーリングレーザを
照射する位置が切断レーザを照射する位置よりもレーザ
照射位置移動方向前方である厚鋼板のレーザ切断装置。 - 【請求項４】 加工ヘッド上に設けられた単一の集光レ
ンズによって、切断レーザとデスケーリングレーザとを
厚鋼板表面にそれぞれ集光照射することを特徴とする請
求項３記載の厚鋼板のレーザ切断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08850397A JP3436862B2 (ja) | 1997-04-07 | 1997-04-07 | 厚鋼板のレーザ切断方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08850397A JP3436862B2 (ja) | 1997-04-07 | 1997-04-07 | 厚鋼板のレーザ切断方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277764A JPH10277764A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3436862B2 true JP3436862B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=13944636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08850397A Expired - Fee Related JP3436862B2 (ja) | 1997-04-07 | 1997-04-07 | 厚鋼板のレーザ切断方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3436862B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102612420A (zh) * | 2009-11-19 | 2012-07-25 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 多头激光加工方法及其装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE358547T1 (de) * | 2003-05-13 | 2007-04-15 | Lasag Ag | Laser punktschweissverfahren und -vorrichtung zum wirksamen prüfen der schweissqualität |
| JP2006123004A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-05-18 | Mitsubishi Materials Corp | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
| JP5025158B2 (ja) | 2006-04-27 | 2012-09-12 | 日立造船株式会社 | レーザ加工方法及び装置 |
-
1997
- 1997-04-07 JP JP08850397A patent/JP3436862B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102612420A (zh) * | 2009-11-19 | 2012-07-25 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 多头激光加工方法及其装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10277764A (ja) | 1998-10-20 |
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