厚い鋼板のレーザー切断の難しさと解決策

2019-11-16

厚鋼板の切断の難しさと解決策

CNC切断機は厚さ10mm以下の鋼板を問題なく切断できます。しかし、より厚い鋼板を切断する場合には、出力5kWを超える高出力レーザーを補助する必要があり、切断品質も大幅に低下します。高出力レーザーデバイスはコストが高いため、出力のレーザーモードも CNC 切断には適していないため、厚いプレートを切断する場合、従来の CNC 切断方法には利点がありません。

厚鋼板のCNC切断の難しさと解決策

金属の存在には次のような技術的困難が存在します。 レーザー切断 厚板を切断するための機械:

1. 準定常状態の燃焼プロセスを維持するのは困難です。

実際の切断工程では、 金属レーザー切断 機械の都合上、切断可能な板の厚さに制限があり、これは切断前コテが安定して燃焼できないことに大きく関係します。燃焼プロセスは継続的であり、スリットの上部の温度は発火点に達する必要があります。鉄酸化反応によって放出されるエネルギーだけでは、実際には燃焼プロセスの継続が保証されません。

一方では、スリットはノズルからの酸素流によって継続的に冷却されるため、切削フロントの温度は低下します。他方では、燃焼によって形成された酸化第一鉄の層がワークピースの表面を覆い、切削の妨げになります。酸素を拡散させ、酸素濃度を低下させます。

一定のレベルに達すると、燃焼プロセスが停止します。従来の収束ビームでレーザー切断を行う場合、表面に作用するレーザー光の面積は小さくなります。レーザー出力密度が高いため、ワークピースの表面温度はレーザー放射領域だけでなく、熱伝導によっても発火点に達します。その領域は発火温度に達しました。

ワーク表面上の酸素流の直径は、レーザー光の直径よりも大きくなります。これは、レーザー照射領域内で強い燃焼反応が起こっているだけでなく、レーザー光が照射された周囲でも同時に燃焼が起こっていることを示しています。

スラブを切断するとき、切断速度は非常に遅く、カッティングヘッドよりも速い速度でワークピースの表面が焼けます。一定期間燃焼した後、酸素濃度の減少により燃焼プロセスは消滅します。カッティングヘッドがこの位置に移動したときにのみ、燃焼反応が再び始まります。

切削先端の燃焼プロセスが定期的に行われるため、切削先端の温度が変動し、切削品質が低下します。

2. 厚み方向の酸素純度や圧力を一定に保つことが難しい。

金属レーザー切断機で厚い板を切断する場合、酸素純度の低下も切断の品質に影響を与える重要な要素です。酸素流の純度は切断プロセスに大きな影響を与えます。酸素流の純度が 0.9% 低下すると、フェライトの燃焼速度は 10% 低下します。純度が 5% 低下すると、燃焼速度は 37% 低下します。

燃焼速度の低下により、燃焼プロセス中にスリットに入力されるエネルギーが大幅に減少し、切断速度が低下し、切断面の液体層中の鉄の含有量が増加し、それによってスラグの粘度が増加し、その結果、スラグの排出が困難。下部にひどいスラグが発生し、切開の品質が許容できなくなります。切断を安定に保つためには、切断される厚み方向の酸素流の純度と圧力がほぼ一定に保たれることが必要である。従来のレーザー切断プロセスでは、一般的な円錐形のノズルが使用されることが多く、薄板切断での使用要件を満たすことができます。

しかし、厚板を切断する場合、供給圧力が高くなるとノズルの流れ場に衝撃波が発生しやすくなります。衝撃波は切断プロセスに多くの危険をもたらし、酸素の流れの純度を低下させ、切開の品質に影響を与えます。