レーザー切断は、切断する材料にレーザービームを照射し、材料を加熱して溶融・気化させ、高圧ガスを使用して溶融材料を吹き飛ばして穴を形成し、その後ビームが材料上を移動し、穴が連続的にスリットを形成します。
一般的な熱切断技術では、プレートの端から切断を開始できるいくつかのケースを除いて、ほとんどの場合、プレートに小さな穴を開ける必要があり、その後、小さな穴から切断を開始します。
レーザー穿孔の原理
レーザー穿孔の基本原理は、一定エネルギーのレーザービームを金属板の表面に照射すると、一部が反射するほか、金属に吸収されたエネルギーによって金属が溶けて金属の溶融池が形成されるというものです。金属表面に対する溶融金属の吸収率が上昇し、つまりより多くのエネルギーを吸収して金属の溶融を加速することができます。このとき、エネルギーとガス圧を適切に制御することで、溶融池内の溶融金属を取り除き、金属が貫通するまで溶融池を継続的に深くすることができます。
実際の用途では、穿孔は通常、パルス穿孔とブラスト穿孔の 2 つの方法に分けられます。
脈穿孔
パルス穿孔の原理は、高ピークパワー、低デューティサイクルのパルスレーザーを使用して切断する板を照射し、少量の材料を溶融または気化させ、連続打撃と補助ガスの複合作用により穿孔径に排出し、徐々に板を貫通することです。
レーザー照射時間は断続的で、平均使用エネルギーは比較的低いため、加工材料全体に吸収される熱は比較的小さく、穿孔周囲の残留熱の影響が少なく、穿孔部位に残る残留物も少なくなります。このように穿孔された穴は、より規則的でサイズが小さく、基本的に初期の切断に影響を与えません。
プロセスは下図の通りです。レーザービームをワークピースに照射した後、(A) に示すように、まず材料の表面が加熱されます。加熱が徐々に浸透するにつれて、(B) ~ (C) ~ (D) と穿孔の役割を果たしていき、(E) に示す最終浸透まで続きます。穿孔プロセス全体が一度に完了するのではなく、連続的に徐々に進行し、徐々に浸透して浸透します。そのため、この方法の穿孔時間は比較的長くなりますが、結果として得られる穴は小さく、周囲への熱影響が少なくなります。
爆破穿孔
ブラスト穿孔の原理：一定エネルギーの連続波レーザービームを加工対象物に照射し、大量のエネルギーを吸収して溶融し、ピットを形成し、その後、補助ガスが溶融物を除去して穴を形成し、急速浸透の目的を達成します。
レーザーの連続照射により、ブラスト穿孔の開口部が大きくなり、飛沫が激しくなるため、高精度が要求される切断には適していません。
全体のプロセスは上図に示されています。焦点を材料の表面より上に設定し、穿孔の開口部を大きくして急速に加熱します。この穿孔方法では、大量の溶融金属が生成され、処理された材料の表面に飛び散りますが、穿孔時間を大幅に短縮できます。
2 つの穿孔方法の実際の効果は、下の図に示されています。ほとんどの場合、パルス穿孔の品質はブラスト穿孔の品質よりも優れています。
