JPH04276011A - Laser beam machining method - Google Patents

Laser beam machining method

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Publication number
JPH04276011A
JPH04276011A JP3037341A JP3734191A JPH04276011A JP H04276011 A JPH04276011 A JP H04276011A JP 3037341 A JP3037341 A JP 3037341A JP 3734191 A JP3734191 A JP 3734191A JP H04276011 A JPH04276011 A JP H04276011A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
laser
workpiece
absorption rate
laser light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3037341A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironori Sakamoto
坂 元 宏 規
Hidenobu Matsuyama
松 山 秀 信
Kimihiro Shibata
柴 田 公 博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP3037341A priority Critical patent/JPH04276011A/en
Publication of JPH04276011A publication Critical patent/JPH04276011A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To further improve the absorption rate of laser beam and to efficiently utilize energy in the laser beam at the time of executing the laser beam machining without coating the surface of a material to be machined with an absorber by irradiating the material with linear polarized laser beam toward P polarized beam. CONSTITUTION:At the time of executing the laser beam machining without coating the surface of the material with an absorber by irradiating the material with the linear polarized laser beam toward the P polarized beam, in which electric field vector of incoming laser beam is in parallel to incident plane, while injecting gaseous oxygen or gas containing 25% gaseous oxygen toward at least laser beam irradiating part 3 or in the vicinity of the material 2 to be machined through a gas nozzle 4, etc., the material is irradiated with the laser beam 1.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は被加工材の表面を例え
ば焼入れ硬化するのに利用されるレーザ加工方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing method used for, for example, quenching and hardening the surface of a workpiece.

【0002】0002

【従来の技術】従来、被加工材の表面を焼入れ硬化する
際に行われるレーザ焼入れにおいては、レーザ光の吸収
率を向上させるため、被加工材の表面を吸収剤で被覆し
た後レーザ光を照射するのが一般的であった。
[Prior Art] Conventionally, in laser hardening that is performed when hardening the surface of a workpiece, the surface of the workpiece is coated with an absorbent and then the laser beam is applied to improve the absorption rate of the laser beam. Irradiation was common.

【0003】そして、近年に至っては、直線偏光のレー
ザ光を入射レーザ光の電界ベクトルが入射面に平行であ
るP偏光の向きに入射し、入射角度をブリュースタ角付
近に設定することにより吸収率を向上させ、被加工材表
面を吸収剤で被覆することなく焼入れを行う技術が開発
されてきている。そして、この技術により吸収剤の塗布
および除去に要する多大な労力を省くことが可能になっ
た。
[0003] In recent years, absorption has been achieved by making linearly polarized laser light incident in a P-polarized direction in which the electric field vector of the incident laser light is parallel to the plane of incidence, and by setting the incident angle near Brewster's angle. Techniques have been developed to improve the hardening rate and to perform hardening without coating the surface of the workpiece with an absorbent. This technology has made it possible to save a lot of effort in applying and removing the absorbent.

【0004】図3はブリュースタ効果を利用した吸収剤
を用いないレーザ焼入れ方法を示したものであって、図
3において、11はレーザ光、12は被加工材、13は
被加工材12のレーザ光照射部、14は反射したレーザ
光、15はレーザ光吸収体である。
FIG. 3 shows a laser hardening method that utilizes the Brewster effect and does not use an absorbent. In FIG. A laser beam irradiation unit, 14 is a reflected laser beam, and 15 is a laser beam absorber.

【0005】この場合、被加工材12がオーステナイト
化温度以上に十分加熱され、かつまた表面が溶融しない
ようにレーザ光11の出力および入射角度を設定し、反
射したレーザ光14が散乱しないようにレーザ光吸収体
15を設けてある。
In this case, the output and incident angle of the laser beam 11 are set so that the workpiece 12 is sufficiently heated above the austenitizing temperature and the surface is not melted, and the reflected laser beam 14 is not scattered. A laser light absorber 15 is provided.

【0006】レーザ光吸収率の入射角度依存性について
は、Fresnelの公式を用いて各入射角度における
理論上の吸収率の計算が可能である。
Regarding the dependence of the laser light absorption rate on the angle of incidence, it is possible to calculate the theoretical absorption rate at each angle of incidence using Fresnel's formula.

【0007】図4は波長が10.6μmの炭酸ガスレー
ザ光の鉄に対する吸収率を計算したものである。図4に
示すように、吸収率が最大となるブリュースタ角はおよ
そ88度で、その入射角での吸収率はおよそ40%強で
ある。そして、実際の焼入れにおいて、被加工材の温度
が上昇するため吸収率も上昇して50%程度である。
FIG. 4 shows the calculated absorption rate of carbon dioxide laser light with a wavelength of 10.6 μm for iron. As shown in FIG. 4, the Brewster angle at which the absorption rate is maximum is about 88 degrees, and the absorption rate at that angle of incidence is about 40% or more. In actual hardening, the temperature of the workpiece increases, so the absorption rate also increases to about 50%.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
直線偏光のレーザ光をP偏光の向きに入射角度をブリュ
ースタ角付近に設定して、レーザ焼入れを行う方法では
、吸収剤の塗布および除去のための労力を省くことがで
きるという点でのメリットは大きいものの、レーザ光の
鉄に対する吸収率がおよそ50%であって、炭素系の吸
収剤を被覆したときの吸収率よりも40〜50%低い値
となっており、エネルギ効率の面では吸収剤を使った焼
入れ方法より劣っているという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional method of performing laser hardening by setting a linearly polarized laser beam in the P-polarized direction and the incident angle near Brewster's angle, it is difficult to apply and remove the absorbent. Although it has a great advantage in that it saves labor, the absorption rate of laser light for iron is approximately 50%, which is 40 to 50% higher than that when coated with carbon-based absorbent. This value was low, and there was a problem in that it was inferior to the quenching method using an absorbent in terms of energy efficiency.

【0009】従って、同じ硬化層を得ようとした場合、
吸収剤を用いた焼入れの場合よりも高い出力を必要とす
るという問題点があった。また、反射されたレーザ光が
十分高いエネルギを持っているため、周囲に散乱しない
ようにレーザ光吸収体を設けるなどの対策を施す必要が
あるという問題点があり、これらの問題点を解決するこ
とが課題となっていた。
[0009] Therefore, when trying to obtain the same hardened layer,
There was a problem in that a higher output was required than in the case of quenching using an absorbent. In addition, since the reflected laser beam has sufficiently high energy, there is a problem in that it is necessary to take measures such as installing a laser beam absorber to prevent it from scattering to the surroundings. This was an issue.

【0010】0010

【発明の目的】この発明は、このような従来の課題にか
んがみてなされたもので、レーザ光の吸収率を従来以上
に高めることが可能であって、より低出力のレーザ光で
の加工が可能であり、レーザ光のもつエネルギを効率よ
く活用することが可能であると共にレーザ光の吸収率増
加によって反射するレーザ光のエネルギが低減するため
、反射するレーザ光の散乱に対する対策が不要となるレ
ーザ加工方法を提供することを目的としている。
[Purpose of the Invention] The present invention has been made in view of these conventional problems, and it is possible to increase the absorption rate of laser light more than before, and it is possible to process with lower output laser light. It is possible to efficiently utilize the energy of the laser beam, and the energy of the reflected laser beam is reduced by increasing the absorption rate of the laser beam, so there is no need to take measures against the scattering of the reflected laser beam. The purpose is to provide a laser processing method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明は、直線偏光の
レーザ光を入射レーザ光の電界ベクトルが入射角に平行
であるP偏光の向きに被加工材に照射し、被加工材表面
を吸収剤で被覆することなく焼入れなどのレーザ加工を
行うに際し、被加工材の少なくともレーザ光照射部ない
しはその近傍に向けて酸素あるいは酸素を25%以上含
むガスを吹き付けながらレーザ光を照射する構成とした
ことを特徴としており、このようなレーザ加工方法に係
わる発明の構成を前述した従来の課題を解決するための
手段としている。
[Means for Solving the Problem] This invention irradiates a workpiece with a linearly polarized laser beam in the direction of P-polarized light in which the electric field vector of the incident laser beam is parallel to the incident angle, and absorbs the surface of the workpiece. When performing laser processing such as hardening without coating with an agent, the laser beam is irradiated while blowing oxygen or a gas containing 25% or more of oxygen toward at least the laser beam irradiated part of the workpiece or the vicinity thereof. The structure of the invention related to such a laser processing method is a means for solving the above-mentioned conventional problems.

【0012】0012

【発明の作用】この発明に係わるレーザ加工方法は、上
述した構成としているので、レーザ光の吸収率がさらに
向上したものとなり、より低出力のレーザ光での加工が
なされてレーザ光のもつエネルギが効率よく加工に使用
されるものとなる。
Effects of the Invention Since the laser processing method according to the present invention has the above-described structure, the absorption rate of the laser light is further improved, and processing can be performed using a lower output laser light, thereby reducing the energy of the laser light. can be used efficiently for processing.

【0013】[0013]

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained below based on the drawings.

【0014】図1はこの発明の一実施例を示す図であっ
て、図1において、1はレーザ光、2は被加工材、3は
被加工材2のレーザ光照射部、4はガスノズルである。 そして、このガスノズル4はステンレスメッシュをもつ
噴出口4aを被加工材表面のレーザ光照射部3に向けて
設けてあると共に、このガスノズル4は酸素あるいは酸
素を25%以上含むガスを噴出しながら、レーザ光1の
矢印A1 方向への移動とともに矢印A2 方向に移動
し、互いに相対的な位置は変化しないようになっていて
、ガスノズル4からの酸素あるいは酸素を25%以上含
むガスは常にレーザ光照射部3ないしはその近傍に向け
て噴出されるようになっている。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a laser beam, 2 is a workpiece, 3 is a laser beam irradiation part of the workpiece 2, and 4 is a gas nozzle. be. This gas nozzle 4 is provided with a spout 4a having a stainless steel mesh facing the laser beam irradiation part 3 on the surface of the workpiece, and while spouting oxygen or a gas containing 25% or more of oxygen, As the laser beam 1 moves in the arrow A1 direction, it also moves in the arrow A2 direction, and their relative positions do not change. Oxygen from the gas nozzle 4 or gas containing 25% or more of oxygen is always irradiated with the laser beam. It is designed to be ejected toward part 3 or its vicinity.

【0015】この場合、ガスノズル4からは酸素あるい
は酸素を25%以上含むガスを噴出するようにしている
が、酸素濃度を25%以上としたのは、25%よりも少
ないと通常の大気と同程度となり、酸素の効果が十分に
得られなくなるためである。
In this case, oxygen or a gas containing 25% or more of oxygen is ejected from the gas nozzle 4, but the reason why the oxygen concentration is 25% or more is because if it is less than 25%, it is the same as the normal atmosphere. This is because the effect of oxygen cannot be obtained sufficiently.

【0016】このような構成において、ガスノズル4か
ら噴出された酸素あるいは酸素を25%以上含むガスは
、噴出口4aのステンレスメッシュを通過することによ
り整流されたのちレーザ光照射部3ないしはその近傍に
向けて吹き付けられる。このレーザ光照射部3は大気よ
りも酸素リッチな雰囲気にさらされた状態でレーザ光1
を照射されることにより温度が上昇するとともに、周囲
の酸素と結びついてレーザ光吸収率の高い酸化物が表面
に形成される。
In such a configuration, oxygen or gas containing 25% or more of oxygen ejected from the gas nozzle 4 is rectified by passing through the stainless steel mesh of the ejection port 4a, and then is sent to the laser beam irradiation section 3 or its vicinity. It is sprayed towards. This laser beam irradiation unit 3 is exposed to an atmosphere richer in oxygen than the atmosphere, and the laser beam 1 is exposed to the atmosphere.
As a result of the irradiation, the temperature rises, and oxides with high laser light absorption rate are formed on the surface by combining with surrounding oxygen.

【0017】図2は図3に示した従来技術と図1に示し
た本発明技術によるレーザ焼入れにおけるレーザ光吸収
率の入射角度依存性を調べた結果を示したものである。 図2より明らかなように、本発明により最大の吸収率が
60%まで上昇し、従来の80%程度のレーザ光出力で
焼入れが可能になった。また、これにともなって反射す
るレーザ光のエネルギが低くなるため、反射するレーザ
光の散乱に対する対策も不必要になった。
FIG. 2 shows the results of investigating the dependence of the laser light absorption rate on the angle of incidence in laser hardening using the conventional technique shown in FIG. 3 and the technique of the present invention shown in FIG. As is clear from FIG. 2, the present invention increases the maximum absorption rate to 60%, making it possible to harden with about 80% of the conventional laser light output. Additionally, since the energy of the reflected laser light is lowered accordingly, it is no longer necessary to take measures against scattering of the reflected laser light.

【0018】逆に、同じ吸収率でみた場合、本発明によ
る方法を用いることにより、従来、入射角を88度に設
定しないと得られなかった吸収率が入射角75度で得ら
れるようになり、より低い入射角度の設定が可能になっ
たことから、微少な入射角度のずれによるレーザ光照射
部3の位置ずれや被加工材表面でのビーム形状およびパ
ワー密度の変化が低減され、より安定化した加工が可能
になった。
On the other hand, when looking at the same absorption rate, by using the method according to the present invention, it is now possible to obtain an absorption rate at an incident angle of 75 degrees, which could not previously be obtained unless the incident angle was set to 88 degrees. Since it is now possible to set a lower incident angle, the positional shift of the laser beam irradiation part 3 due to slight deviations in the incident angle and changes in the beam shape and power density on the surface of the workpiece are reduced, making it more stable. Advanced processing is now possible.

【0019】そして、レーザ光照射部3ないしはその近
傍に向けて吹き付けるガスの酸素濃度を25%以上とす
ることによって、酸化膜の生成による効果を十分に得る
ことができた。
By setting the oxygen concentration of the gas blown toward the laser beam irradiation section 3 or its vicinity to 25% or more, the effect of the formation of an oxide film could be sufficiently obtained.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、被加工材の少なくともレーザ光照射部ないしはそ
の近傍に向けて酸素あるいは酸素を25%以上含むガス
を吹き付けながらレーザ光を照射する構成としたため、
レーザ光の照射によって被加工材表面に酸化膜が形成さ
れ、その結果レーザ光の吸収率が向上し、より低出力の
レーザ光での加工が可能になり、また、反射するレーザ
光のエネルギを小さくすることが可能になるため、反射
するレーザ光の散乱に対する対策が不要となり、さらに
、より低い入射角度での加工が可能になるため、安定し
た条件での加工が可能になるという著しく優れた効果が
もたらされる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the laser beam is irradiated while blowing oxygen or a gas containing 25% or more of oxygen toward at least the laser beam irradiated portion of the workpiece or the vicinity thereof. Due to the configuration,
Irradiation with laser light forms an oxide film on the surface of the workpiece, which improves the absorption rate of the laser light, making it possible to process with lower output laser light, and reducing the energy of the reflected laser light. Because it can be made smaller, there is no need to take measures against the scattering of reflected laser light, and it is also possible to process at a lower angle of incidence, making it possible to process under stable conditions. effect is brought about.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明によるレーザ加工(焼入れ)の一実施
例を示す斜面説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view of a slope showing an embodiment of laser processing (quenching) according to the present invention.

【図2】従来方法および本発明方法におけるレーザ光吸
収率の入射角度依存性を調べた結果を示すグラフである
FIG. 2 is a graph showing the results of investigating the incident angle dependence of laser light absorption rate in the conventional method and the method of the present invention.

【図3】従来方法によるレーザ加工(焼入れ)を示す斜
面説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a slope showing laser processing (quenching) by a conventional method.

【図4】炭酸ガスレーザ光の鉄に対する理論上の吸収率
の入射角度依存性を示したグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the incident angle dependence of the theoretical absorption rate of carbon dioxide laser light on iron.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  レーザ光 2  被加工材 3  レーザ光照射部 4  ガスノズル 1 Laser light 2 Work material 3 Laser light irradiation part 4 Gas nozzle

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  直線偏光のレーザ光をP偏光の向きに
被加工材に照射し、被加工材表面を吸収剤で被覆するこ
となくレーザ加工を行うに際し、被加工材の少なくとも
レーザ光照射部ないしはその近傍に向けて酸素あるいは
酸素を25%以上含むガスを吹き付けながらレーザ光を
照射することを特徴とするレーザ加工方法。
Claim 1: When performing laser processing by irradiating a workpiece with linearly polarized laser light in the direction of P-polarized light and performing laser processing without coating the surface of the workpiece with an absorbent, at least the laser beam irradiated part of the workpiece is A laser processing method characterized by irradiating a laser beam while spraying oxygen or a gas containing 25% or more of oxygen towards the area or the vicinity thereof.
JP3037341A 1991-03-04 1991-03-04 Laser beam machining method Pending JPH04276011A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009082975A (en) * 2007-10-02 2009-04-23 Sumitomo Electric Ind Ltd Laser beam machining method
DE102007054736A1 (en) * 2007-11-16 2009-05-20 Mahle International Gmbh Process for hardening groove flanks of the annular groove of a steel piston

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