BR112016030522B1 - aparelho de processamento a laser - Google Patents

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electromagnetic steel
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BR112016030522-1A
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Hamamura Hideyuki
Imai Hirofumi
Hirano Koji
Sakai Tatsuhiko
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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Nippon Steel Corp
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Abstract

a presente invenção refere-se a um aparelho de processa-mento a laser para o refinamento dos domínios magnéticos de uma folha de aço eletromagnético de grão orientado através da configuração de um feixe de laser para ser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado, e submetido à varredura em uma direção de varredura, em que o feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado é luz linearmente polarizada, e o ângulo entre uma direção de polarização linear e uma direção de varredura é maior que 45° e igual a ou menor que 90°.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção se refere a um aparelho de processamento a laser que irradia feixes de laser em uma folha de aço eletromagnético de grão orientado usada para o núcleo de um transformador ou semelhante, refinando, desse modo, os domínios magnéticos. TÉCNICA RELACIONADA [0002] Uma folha de aço eletromagnético de grão orientado é facilmente magnetizada na direção de laminação durante a produção da folha de aço. Portanto, a folha de aço eletromagnético de grão orientado também é chamada de uma folha de aço eletromagnético unidimensional. A folha de aço eletromagnético de grão orientado é usada como um material para a formação do núcleo de um dispositivo elétrico, tal como um transformador ou uma máquina giratória.
[0003] Quando a folha de aço eletromagnético de grão orientado é magnetizada, uma perda de energia, tal como perda de núcleo, é gerada. Nos últimos anos, devido ao progresso do aquecimento global, dispositivos elétricos de economia de energia têm sido exigidos em todo o mundo. Portanto, uma tecnologia para reduzir adicionalmente a perda de núcleo em uma folha de aço eletromagnético de grão orientado é necessária.
[0004] A perda de núcleo é classificada em perda por corrente de
Foucault e perda por histerese. A perda por corrente de Foucault é classificada em perda por corrente de Foucault clássica e perda por corrente de Foucault anômala. Para se reduzir a perda por corrente de Foucault clássica, é conhecida uma folha de aço eletromagnético de grão orientado que tem um filme de revestimento isolante formado na superfície e tem uma espessura de folha pequena. Por exemplo, o Documento de Patente 1 mencionado abaixo revela uma folha de aço
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2/41 eletromagnético de grão orientado que inclui um filme de vidro formado na superfície de um material de aço de base de folha de aço e um filme de revestimento isolante formado na superfície do filme de revestimento de vidro.
[0005] Por exemplo, os Documentos de Patente 2 e 3 mencionados abaixo revelam um método de controle de domínio magnético de laser com capacidade para suprimir a perda por corrente de Foucault anômala. No método de controle de domínio magnético de laser, a superfície de uma folha de aço eletromagnético de grão orientado em que um filme de revestimento isolante é formado é irradiada com um feixe de laser e o feixe de laser é submetido à varredura substancialmente ao longo de uma direção de largura da folha de aço eletromagnético de grão orientado (ou seja, uma direção substancialmente perpendicular à direção de laminação da folha de aço eletromagnético de grão orientado). Como resultado, várias deformações à compressão residuais são formadas periodicamente ao longo da direção de laminação na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado (ou seja, a superfície do material de aço de base) de modo que os domínios magnéticos da folha de aço eletromagnético de grão orientado sejam refinados.
[0006] De acordo com o método de controle de domínio magnético de laser, um histórico térmico que tem um gradiente de temperatura pronunciado ao longo de uma direção de espessura é gerado na superfície mais externa da folha de aço eletromagnético de grão orientado através da varredura com o feixe de laser. Visto que o histórico térmico é fornecido, as deformações à compressão residuais são geradas na superfície do material de aço de base da folha de aço eletromagnético de grão orientado, e domínios magnéticos de corrente de circulação são formados devido às deformações à compressão residuais. Os intervalos entre paredes de domínio de 180° são refinados pe
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3/41 los domínios magnéticos de corrente de circulação e, como resultado, a perda por corrente de Foucault anômala na folha de aço eletromagnético de grão orientado é reduzida.
[0007] Conforme descrito acima, os intervalos entre paredes de domínio de 180° são refinadas pelos domínios magnéticos de corrente de circulação formados na superfície do material de aço de base e, como resultado, a perda por corrente de Foucault anômala é reduzida. No entanto, os domínios magnéticos de corrente de circulação formados na superfície do material de aço de base ocasionam um aumento na perda por histerese. Portanto, a fim de se minimizar a perda de núcleo que inclui a perda por corrente de Foucault e a perda por histerese, é eficaz reduzir a largura dos domínios magnéticos de corrente de circulação. Por exemplo, o Documento de Patente 3 revela um método em que deformações intensas são formadas em uma região estreita com o uso de um feixe de laser de modo TEM00, que habilita um tamanho de ponto de feixe muito pequeno por suas características de foco excelentes, de modo que os domínios magnéticos de corrente de circulação que são estreitos e têm resistência suficiente sejam obtidos.
[0008] Em um processo de irradiação a laser do método de controle de domínio magnético de laser, o controle de domínio magnético é realizado através da formação do filme de revestimento isolante no filme de revestimento de vidro e da emissão do feixe de laser em direção ao lado superior do filme de revestimento isolante. Aqui, devido a um aumento na temperatura ocasionado pela irradiação de feixe de laser, defeitos podem ser gerados no filme de revestimento isolante e no filme de revestimento de vidro. Aqui, defeitos significam danos ao filme, tais como descascamento defeituoso, inchação, alteração e descoloração do filme de revestimento isolante e do filme de revestimento de vidro. Em um caso em que os defeitos são gerados no filme de revestimento de vidro, o material de aço de base de folha de aço é ex
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4/41 posto ao exterior, e há preocupação de que ferrugem possa ser gerada. Portanto, em um caso em que defeitos são gerados no filme de revestimento de vidro, o filme de revestimento isolante precisa ser aplicado novamente, o que ocasiona uma adição de um processo e um aumento nos custos de produção.
[0009] Durante a produção da folha de aço eletromagnético de grão orientado, muitos tratamentos térmicos são realizados, e a estrutura de interface e a espessura do filme de revestimento de vidro ou do filme de revestimento isolante podem variar na direção de laminação e na direção de largura do material de aço de base de folha de aço. Portanto, pode ser difícil suprimir a geração de defeitos no filme de revestimento de vidro ao longo de todo o material de aço de base de folha de aço mesmo quando as condições de laser são ajustadas.
DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR
DOCUMENTO DE PATENTE [00010] [Documento de Patente 1] Pedido de patente japonês não examinado, primeira publicação, no 2007-119821 [00011] [Documento de Patente 2] Pedido de patente japonês não examinado, primeira publicação, no S59-33802 [00012] [Documento de Patente 3] Publicação internacional PCT no WO2004/083465 [00013] [Documento de Patente 4] Pedido de patente japonês não examinado, primeira publicação, no S58-29592 [00014] [Documento de Patente 5] Pedido de patente japonês não examinado, primeira publicação, no H2-52192
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
PROBLEMAS A SEREM SOLUCIONADOS PELA INVENÇÃO [00015] No entanto, em relação ao controle de domínio magnético de laser na técnica relacionada, uma propriedade de um feixe de laser que é absorvido por uma folha de aço varia dependendo em se um
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5/41 filme de revestimento isolante é ou não transparente no comprimento de onda do feixe de laser que é emitido. Em um caso em que o filme de revestimento isolante é opaco ao comprimento de onda do feixe de laser, o feixe de laser é absorvido pelo filme de revestimento isolante. Além disso, em relação à propagação de um feixe de laser, sabe-se que, conforme a distância de propagação (doravante também denominada como um comprimento de trajetória) do feixe de laser dentro de um material que absorve o feixe de laser aumenta, a potência do feixe de laser absorvido aumenta.
[00016] Além disso, em um caso de controle de domínio magnético de laser em que um feixe de laser que tem um comprimento de onda que não é transmitido por um filme de revestimento isolante é usado, os problemas a seguir incorreram. Ou seja, a fim de se realizar a varredura do feixe de laser de modo rápido e eficiente, um sistema óptico que realiza a varredura linear de um único feixe de laser a partir de uma posição em uma altura predeterminada a partir da superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado na folha de aço eletromagnético de grão orientado ao longo de uma direção de largura da mesma é usado.
[00017] Em um caso em que esse sistema óptico é usado, o feixe de laser é incidente de modo perpendicular à superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado em uma porção central da largura de varredura de laser. Ou seja, em um caso em que a posição incidente do feixe de laser coincide com a porção central da largura de varredura de laser, o ângulo entre a direção perpendicular (direção normal) à superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado e a direção de propagação do feixe de laser (um ângulo incidente φ do feixe de laser) se torna 0°. Por outro lado, conforme a posição incidente do feixe de laser se aproxima de uma porção de extremidade da largura de varredura de laser, o ângulo incidente φ do feixe de laser
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6/41 aumenta.
[00018] Em tal sistema óptico, conforme a posição incidente do feixe de laser se aproxima da porção de extremidade longe da porção central da largura de varredura de laser (conforme o ângulo incidente φ do feixe de laser aumenta), o comprimento de trajetória do feixe de laser no filme de revestimento isolante e no filme de revestimento de vidro aumenta e, portanto, a quantidade do feixe de laser absorvida pelo filme de revestimento isolante aumenta. Portanto, uma potência mais alta é absorvida na porção de extremidade da largura de varredura de laser na folha de aço do que na porção central. Consequentemente, o risco de se gerar defeitos no filme de revestimento de vidro aumenta.
[00019] A fim de se solucionar esse problema, a redução da absortância do feixe de laser na porção de extremidade da largura de varredura de laser pode ser considerada. Nesse sentido, por exemplo, conforme revelado nos Documentos de Patente 4 e 5 mencionados acima, uma tecnologia em que o ângulo incidente de um feixe de laser (luz linearmente polarizada) é fixado em um ângulo próximo ao ângulo de Brewster (por exemplo, um ângulo de 45° ou mais, referindo-se à reivindicação 3 do Documento de Patente 4 e à reivindicação 1 do Documento de Patente 5) de modo que a superfície de um objeto de processamento seja irradiada com o feixe de laser em um estado em que a absortância do feixe de laser é sempre maximizada foi conhecido a partir dos mesmos. No entanto, uma tecnologia para se reduzir ativamente a absortância de um feixe de laser em uma posição de irradiação específica não foi necessária na técnica relacionada.
[00020] A presente invenção foi realizada levando-se as circunstâncias anteriormente mencionados em consideração, e um objetivo da mesma é fornecer um aparelho de processamento a laser com capacidade para suprimir a geração de defeitos em um filme de revestimento
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7/41 de vidro.
MEIOS PARA SOLUCIONAR O PROBLEMA [00021] A fim de se alcançar o objetivo de se solucionar os problemas, a presente invenção emprega as medidas a seguir.
(1) Um aspecto da presente invenção fornece um aparelho de processamento a laser para refinar os domínios magnéticos de uma folha de aço eletromagnético de grão orientado através da configuração de um feixe de laser para ser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado e submetido à varredura em uma direção de varredura, em que o feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado é uma luz linearmente polarizada, e um ângulo entre uma direção de polarização linear e a direção de varredura é maior que 45° e igual ou menor que 90°.
(2) No aparelho de processamento a laser descrito em (1), um ângulo incidente máximo 0max do feixe de laser incidente na folha de aço eletromagnético de grão orientado pode satisfazer a expressão condicional (1) a seguir.
1/cos0MAX 1,19 (1) (3) No aparelho de processamento a laser descrito em (1) ou (2), um comprimento de onda do feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado pode ser maior que 7 pm.
(4) O aparelho de processamento a laser descrito em qualquer um dentre (1) a (3) pode incluir adicionalmente um oscilador laser que emite o feixe de laser, e o oscilador laser pode ser um laser de CO2 que emite uma luz linearmente polarizada.
(5) No aparelho de processamento a laser descrito em qualquer um dentre (1) a (4), um formato do feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado pode ser uma elipse, e uma direção de eixo geométrico menor da elipse pode ser perpendicular à direção de varredura.
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EFEITOS DA INVENÇÃO [00022] De acordo com o aspecto, a geração de defeitos no filme de revestimento de vidro pode ser suprimida.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [00023] A Figura 1 é uma vista em corte de uma folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00024] A Figura 2 é um fluxograma que mostra um exemplo de um processo de produção da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00025] A Figura 3 é uma vista esquemática que mostra um exemplo da configuração de um aparelho de processamento a laser 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00026] A Figura 4 é uma vista esquemática que mostra um exemplo da configuração de um dispositivo de irradiação de laser 106 de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00027] A Figura 5 é uma vista que mostra um formato de um feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10.
[00028] A Figura 6 é uma vista esquemática que mostra os estados do feixe de laser incidente na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10.
[00029] A Figura 7A mostra um comprimento de trajetória e1 em um filme de revestimento isolante 16 e um comprimento de trajetória e1' em um filme de revestimento de vidro 14 do feixe de laser incidente no filme de revestimento isolante 16 em uma porção central P1 de uma largura de varredura de laser L.
[00030] A Figura 7B mostra um comprimento de trajetória e2 no filme de revestimento isolante 16 e um comprimento de trajetória e2' no filme de revestimento de vidro 14 do feixe de laser incidente no filme de revestimento isolante 16 em uma porção de extremidade P2 da larPetição 870190088429, de 06/09/2019, pág. 13/53
9/41 gura de varredura de laser L.
[00031] A Figura 8 é uma vista esquemática que mostra a relação entre uma direção de polarização linear e uma direção de varredura do feixe de laser.
[00032] A Figura 9A é uma vista que mostra uma direção de oscilação de campo elétrico de luz submetida à polarização P em um caso em que a luz linearmente polarizada LB é incidente na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 em um ângulo incidente φ.
[00033] A Figura 9B é uma vista que mostra uma direção de oscilação de campo elétrico de luz submetida à polarização S em um caso em que a luz linearmente polarizada LB é incidente na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 no ângulo incidente φ.
[00034] A Figura 10 é um gráfico que mostra as absortâncias de luz submetida à polarização P e de luz submetida à polarização S de um feixe de laser na superfície superior de um material de aço de base 12. [00035] A Figura 11 é uma vista que mostra um exemplo de modificação do dispositivo de irradiação de laser 106.
MODALIDADE DA INVENÇÃO [00036] Doravante, uma modalidade da presente invenção será descrita em detalhes em referência aos desenhos anexos. No relatório descritivo e nos desenhos, os elementos que têm substancialmente as mesmas configurações funcionais são denotados pelos mesmos números de referência, e descrições correspondentes não serão repetidas.
<SUMÁRIO DA FOLHA DE AÇO ELETROMAGNÉTICO DE GRÃO ORIENTADO>
[00037] Uma folha de aço eletromagnético de grão orientado é uma folha de aço eletromagnético em que o eixo geométrico de magnetiza
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10/41 ção fácil de grãos na folha de aço (<100> direção de um cristal cúbico de corpo centrado) é substancialmente alinhado à direção de laminação em um processo de produção. Na folha de aço eletromagnético de grão orientado descrita acima, vários domínios magnéticos dos quais a direção de magnetização se alinha à direção de laminação são dispostos e esses domínios magnéticos são separados por paredes de domínio. A folha de aço eletromagnético de grão orientado é facilmente magnetizada na direção de laminação e é, portanto, adequada como o material de núcleo de um transformador em que as direções de linhas de forças magnéticas são substancialmente constantes.
[00038] Um núcleo para um transformador é classificado, de modo geral, como um núcleo enrolado e um núcleo empilhado. Em um processo de produção de um núcleo enrolado, uma folha de aço é montada no formato do núcleo enquanto que uma deformação por enrolamento é fornecida à mesma e, depois disso, o recozimento é realizado na folha resultante a fim de se remover as deformações à compressão introduzidas devido à deformação mecânica. No entanto, no processo de recozimento, conforme descrito acima, as deformações à compressão introduzidas devido à irradiação de laser também são removidas e, portanto, um efeito de refinamento dos domínios magnéticos é perdido. Por outro lado, em um processo de produção de um núcleo empilhado, um processo de recozimento para a remoção de deformação à compressão descrito acima é desnecessário. Portanto, a folha de aço eletromagnético de grão orientado, de acordo com essa modalidade, é particularmente adequada como o material de núcleos empilhados.
[00039] A Figura 1 é uma vista em corte de uma folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 de acordo com essa modalidade. Conforme mostrado na Figura 1, a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 inclui um corpo de folha de aço (material de aço de base) 12, filmes que contêm vidro 14 formados em ambas as superfí
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11/41 cies do corpo de folha de aço 12 e filmes de revestimento isolantes 16 formados nos filmes que contêm vidro 14.
[00040] O corpo de folha de aço 12 é formado a partir de uma liga de ferro que contém Si. A composição do corpo de folha de aço 12 inclui, como um exemplo, Si: 2,5% em massa ou mais e 4,0% em massa ou menos, C: 0,02% em massa ou mais e 0,10% em massa ou menos, Mn: 0,05% em massa ou mais e 0,20 % em massa ou menos, Al solúvel em ácido: 0,020% em massa ou mais e 0,040% em massa ou menos, N: 0,002% em massa ou mais e 0,012% em massa ou menos, S: 0,001% em massa ou mais e 0,010% em massa ou menos, P: 0,01% em massa ou mais e 0,04% em massa ou menos e Fe e impurezas inevitáveis como o restante. Por exemplo, a espessura do corpo de folha de aço 12 é de 0,1 mm ou mais e 0,4 mm ou menos.
[00041] Por exemplo, o filme de revestimento de vidro 14 é formado a partir de óxidos complexos, tais como forsterita (Mg2SiO4), espinel (MgAl2O4) e cordierita (Mg2AkSÍ5O16). Por exemplo, a espessura do filme de revestimento de vidro 14 é 1 pm.
[00042] Por exemplo, o filme de revestimento isolante 16 é formado a partir de um líquido de revestimento que contém principalmente sílica coloidal e fosfato (fosfato de magnésio, fosfato de alumínio ou semelhantes) ou um líquido de revestimento em que aluminasol e ácido bórico são misturados um com o outro. Por exemplo, a espessura do filme de revestimento isolante 16 é 2 pm ou mais e 3 pm ou menos.
[00043] Na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 que tem a configuração descrita acima, um feixe de laser é emitido em direção ao lado superior do filme de revestimento isolante 16 de modo que as deformações à compressão residuais sejam fornecidas a regiões em formato de linha substancialmente perpendiculares à direção de laminação. As regiões em formato de linha às quais as deformações à compressão residuais são fornecidas são formadas em perío
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12/41 dos predeterminados na direção de laminação. Em regiões que existem entre duas regiões em formato de linha e são magnetizadas na direção de laminação, as larguras de domínio magnético em uma direção substancialmente perpendicular à direção de laminação são refinadas.
<MÉTODO DE PRODUÇÃO DE FOLHA DE AÇO ELETROMAGNÉTICO DE GRÃO ORIENTADO>
[00044] Um método de produção da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 de acordo com essa modalidade será descrito em referência à Figura 2. A Figura 2 é um fluxograma que mostra um exemplo de um processo de produção da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 de acordo com essa modalidade.
[00045] Conforme mostrado na Figura 2, o processo de produção da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 inclui um processo de fundição S2, um processo de laminação a quente S4, um processo de recozimento S6, um processo de laminação a frio S8, um processo de recozimento de descarburização S10, um processo de aplicação de agente de separação de recozimento S12, um processo de recozimento de acabamento final S14, um processo de formação de filme de revestimento isolante S16 e um processo de irradiação a laser S18.
[00046] No processo de fundição S2, um aço derretido que é configurado para ter uma composição predeterminada é fornecido a uma máquina de fundição contínua para formar continuamente um lingote. No processo de laminação a quente S4, a laminação a quente é realizada aquecendo-se o lingote para uma temperatura predeterminada (por exemplo, 1.150 °C a 1.400 °C). Consequentemente, um material submetido à laminação a quente que tem uma espessura predeterminada (por exemplo, 1,8 a 3,5 mm) é formado.
[00047] No processo de recozimento S6, um tratamento térmico é
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13/41 realizado no material submetido à laminação a quente, por exemplo, sob a condição de uma temperatura de aquecimento de 750 °C a 1.200 °C e um tempo de aquecimento de 30 segundos a 10 minutos. No processo de laminação a frio S8, a superfície do material submetido à laminação a quente é decapada e, depois disso, a laminação a frio é realizada na mesma. Consequentemente, um material submetido à laminação a frio que tem uma espessura predeterminada (por exemplo, 0,1 a 0,4 mm) é formado.
[00048] No processo de recozimento de descarburização S10, um tratamento térmico é realizado no material submetido à laminação a frio, por exemplo, sob a condição de uma temperatura de aquecimento de 700 °C a 900 °C e um tempo de aquecimento de 1 a 3 minutos, formando, desse modo, o corpo de folha de aço 12. Um filme de óxido que contém principalmente sílica (SiO2) é formado na superfície do corpo de folha de aço 12. No processo de aplicação de agente de separação de recozimento S12, um agente de separação de recozimento que contém principalmente magnésia (MgO) é formado na camada de óxido do corpo de folha de aço 12.
[00049] No processo de recozimento de acabamento final S14, o corpo de folha de aço 12 ao qual o agente de separação de recozimento é aplicado é inserido em uma fornalha do tipo batelada em um estado em que é enrolado em um formato de bobina e é submetido a um tratamento térmico. As condições de tratamento térmico são, por exemplo, uma temperatura de aquecimento de 1.100 °C a 1.300 °C e um tempo de aquecimento de 20 a 24 horas. Nesse momento, os chamados grãos de Goss dos quais o eixo geométrico de magnetização fácil se alinha a uma direção de transporte (direção de laminação) do corpo de folha de aço 12 crescem preferencialmente. Como resultado, uma folha de aço eletromagnético de grão orientado que tem um alto grau de orientação de cristal (orientação) após o recozimento de
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14/41 acabamento pode ser obtida. Além disso, no processo de recozimento de acabamento final S14, a camada de óxido e o agente de separação de recozimento reagem um com o outro de modo que o filme de revestimento de vidro 14 formado de forsterita (Mg2SiO4) é formado na superfície do corpo de folha de aço 12.
[00050] No processo de formação de filme de revestimento isolante S16, o corpo de folha de aço 12 que é enrolado no formato de bobina é desenrolado e esticado em um formato de placa de modo a ser transportado. Além disso, um agente de isolamento é aplicado nos filmes que contêm vidro 14 formados em ambas as superfícies do corpo de folha de aço 12, e os filmes resultantes são cozidos, formando, desse modo, os filmes de revestimento isolantes 16. O corpo de folha de aço 12 em que os filmes de revestimento isolantes 16 são formados é enrolado em um formato de bobina.
[00051] No processo de irradiação a laser S18, o corpo de folha de aço 12 que é enrolado no formato de bobina é desenrolado e esticado em um formato de placa de modo a ser transportado. Além disso, um feixe de laser é focado e irradia uma superfície do corpo de folha de aço 12 através de um dispositivo de irradiação de laser, que será descrito posteriormente, e o feixe de laser é submetido à varredura substancialmente ao longo da direção de largura da folha de aço eletromagnético transportada na direção de laminação (direção de transporte). Consequentemente, as deformações à compressão em formato de linha que são substancialmente perpendiculares à direção de laminação são formadas na superfície do corpo de folha de aço 12 em intervalos predeterminados na direção de laminação. Além disso, o foco e a varredura do feixe de laser também podem ser realizados em ambas as superfícies incluindo a superfície frontal e a superfície traseira do corpo de folha de aço 12. Além disso, é descrito acima que o corpo de folha de aço 12 em que os filmes de revestimento isolantes 16 são
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15/41 formados é enrolado no formato de bobina e é, então, submetido ao processo de irradiação a laser S18. No entanto, a irradiação de laser pode ser realizada imediatamente após a formação dos filmes de revestimento isolantes e, depois disso, o corpo de folha de aço 12 pode ser enrolado em um formato de bobina.
[00052] No processo de produção descrito acima, a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 em que os filmes que contêm vidro 14 e os filmes de revestimento isolantes 16 são formados na superfície do corpo de folha de aço 12 e os domínios magnéticos são controlados por irradiação de laser é produzida.
<CONFIGURAÇÃO DO APARELHO DE PROCESSAMENTO A LASER>
[00053] Um exemplo da configuração de um aparelho de processamento a laser 100 que irradia a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 com um feixe de laser para gerar deformações à compressão residuais será descrito com referência às Figuras 3 e 4. A Figura 3 é uma vista esquemática que mostra um exemplo da configuração do aparelho de processamento a laser 100 de acordo com essa modalidade. A Figura 4 é uma vista esquemática que mostra um exemplo da configuração de um único dispositivo de irradiação de laser 106.
[00054] O aparelho de processamento a laser 100 emite o feixe de laser em direção ao lado superior do filme de revestimento isolante 16 da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 transportada na direção de laminação em uma velocidade predeterminada para gerar deformações à compressão em formato de linha que se estendem substancialmente perpendiculares à direção de laminação. Conforme mostrado na Figura 3, o aparelho de processamento a laser 100 inclui vários osciladores lasers 102, várias trajetórias de propagação de feixe de laser 104 e vários dos dispositivos de irradiação de laser 106. Na
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Figura 3, três osciladores lasers 102, três trajetórias de propagação de feixe de laser 104 e três dispositivos de irradiação de laser 106 são mostrados e as configurações dos três são iguais.
[00055] Por exemplo, o oscilador laser 102 emite um feixe de laser com uma saída de 100 W ou mais. Além disso, conforme descrito posteriormente, como o oscilador laser 102, um oscilador que emite um feixe de laser em um comprimento de onda de mais que 7 pm é preferencial. Como o oscilador laser 102, por exemplo, um laser de CO2 com um comprimento de onda de feixe de laser de 10,6 pm é usado. Além disso, nessa modalidade, o oscilador laser 102 emite um feixe de laser linearmente polarizado que tem uma direção de polarização predeterminada. A razão pela qual o feixe de laser linearmente polarizado é usado será descrita posteriormente. O oscilador laser 102 pode ser tanto um laser de onda contínua quanto um laser pulsado.
[00056] Uma luz de laser que tem um componente de campo elétrico (componente linearmente polarizado) que oscila apenas em uma direção é ideal para o laser linearmente polarizado na presente invenção. A rigor, um componente de campo elétrico que é perpendicular ao componente linearmente polarizado (componente ortogonal) é muito pouco presente. A razão entre a potência do componente linearmente polarizado e a potência do componente ortogonal depende do desempenho de um divisor de feixe polarizante 124 descrito acima e do desempenho do oscilador laser 102. Quando se assume que a potência do componente linearmente polarizado é fornecida por PW1 e a potência do componente ortogonal é fornecida por PW2, e (PW1/(PW1+PW2)) é definido como um grau de polarização, a luz linearmente polarizada na presente invenção tem um grau de polarização de 0,9 ou mais e menos que 1,0. Ou seja, em um caso em que um laser linearmente polarizado que tem um grau de polarização de 0,9 ou mais e menos que 1,0 (90% ou mais e menos que 100%) foi usado,
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17/41 os resultados dos Exemplos, que serão descritos posteriormente, foram obtidos. Além disso, dividindo-se a luz linearmente polarizada com o uso de um prisma ortogonal ou semelhantes, as proporções dos componentes linearmente polarizados podem ser analisadas.
[00057] O dispositivo de irradiação de laser 106 permite que o feixe de laser propagado do oscilador laser 102 para a trajetória de propagação de feixe de laser 104 seja focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 de modo que o feixe de laser seja submetido à varredura na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 ao longo de uma direção substancialmente perpendicular à direção de laminação. Uma largura que é submetida à varredura com o feixe de laser por um único dispositivo de irradiação de laser 106 pode ser menor que a largura de folha da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10. No entanto, conforme mostrado na Figura 3, dispondo-se vários dispositivos de irradiação de laser 106 na direção de largura de folha, a região da largura de folha total da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 pode ser submetida à varredura com o feixe de laser.
[00058] Conforme mostrado na Figura 4, o dispositivo de irradiação de laser 106 inclui uma placa de λ/2 125, um espelho metálico 126, um espelho poligonal 128 e um espelho parabólico 130.
[00059] A placa de λ/2 125 é inserida para se ajustar a direção de polarização linear através da alteração de seu ângulo de rotação. Em um caso em que a direção de polarização linear na folha de aço segue uma direção predeterminada, que será descrita posteriormente, a placa de λ/2 125 pode ser omitida. Como um elemento de alteração da direção de polarização linear, um rotador de Faraday ou semelhante pode ser usado em vez da placa de λ/2 125.
[00060] Na descrição acima, o feixe de laser emitido a partir do oscilador laser 102 é uma luz linearmente polarizada. No entanto, o feixe
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18/41 de laser emitido a partir do oscilador laser 102 não precisa ser necessariamente a luz linearmente polarizada. Em um caso em que o feixe de laser emitido a partir do oscilador laser 102 é uma luz não polarizada, um divisor de feixe polarizante pode ser instalado na frente da placa de λ/2 125 para converter a luz não polarizada em luz linearmente polarizada. Quando o divisor de feixe polarizante é disposto para girar em torno do eixo geométrico central do feixe de laser, a direção de polarização linear na superfície da folha de aço pode ser ajustada para ser uma direção predeterminada mesmo quando a placa de λ/2 125 não é instalada. Conforme descrito acima, o feixe de laser linearmente polarizado pode ser propagado para o espelho metálico 126. A razão pela qual o feixe de laser é a luz linearmente polarizada será descrita posteriormente.
[00061] O espelho metálico 126 é um espelho que comprime e ajusta o diâmetro de feixe do feixe de laser incidente na direção de largura de folha (consultar a Figura 5) da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10. Como o espelho metálico 126, por exemplo, um espelho cilíndrico ou um espelho parabólico que tem uma curvatura em uma direção uniaxial pode ser usado. O feixe de laser refletido pelo espelho metálico 126 é incidente no espelho poligonal 128 que gira a uma velocidade rotacional predeterminada.
[00062] O espelho poligonal 128 é um poliedro giratório e realiza a varredura do feixe de laser na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 ao longo da direção de largura de folha da mesma conforme o espelho poligonal 128 gira. Enquanto o feixe de laser é incidente em um lado do poliedro do espelho poligonal 128, uma única região em formato de linha na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 ao longo da direção de largura de folha é submetida à varredura com o feixe de laser conforme o lado gira de modo que uma deformação à compressão residual seja gerada na região em formato
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19/41 de linha. Conforme o espelho poligonal gira, a varredura do feixe de laser é realizada repetidamente, e a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 é simultaneamente transportada na direção de laminação. Como resultado, uma região que tem uma deformação à compressão residual em formato de linha é formada periodicamente na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 na direção de laminação. O período das regiões em formato de linha ao longo da direção de laminação é ajustado pela velocidade de transporte da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 e a velocidade de rotação do espelho poligonal 128.
[00063] O espelho parabólico 130 é um espelho que comprime e ajuste o diâmetro de feixe do feixe de laser refletido pelo espelho poligonal 128 na direção de laminação. O feixe de laser refletido pelo espelho parabólico 130 é focado na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10.
[00064] A Figura 5 é uma vista que mostra o formato do feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10. Nessa modalidade, o formato do feixe de laser focado é uma elipse, conforme mostrado na Figura 5. A direção de eixo geométrico maior da elipse é paralela à direção de varredura do feixe de laser, e a direção de eixo geométrico menor da elipse é perpendicular à direção de varredura. Em outras palavras, a direção de eixo geométrico menor da elipse é paralela à direção de laminação. Configurando-se o formato do feixe de laser focado para ser a elipse, o tempo de irradiação de um ponto na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 com o feixe de laser aumenta. Como resultado, a temperatura da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 pode ser aumentada em direção a uma posição profunda do interior da mesma, que é eficaz na redução da perda de núcleo. Visto que o diâmetro de feixe na direção de largura de folha é comprimido pelo espelho metálico 126 e o diâmetro
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20/41 de feixe na direção de laminação é comprimido pelo espelho parabólico 130, o formato do feixe de laser focado se torna uma elipse. Além disso, quando o formato do feixe de laser focado é a elipse, a área do feixe de laser focado aumenta em comparação a um caso em que o formato focado é um círculo real, resultando em uma redução da intensidade de potência. Como resultado, um gradiente de temperatura ao longo da direção de espessura na proximidade da superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 é impedido de se tornar pronunciado, o que é eficaz na supressão da geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14.
[00065] Na descrição acima, um caso em que o formato do feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 é uma elipse é exemplificado, porém, a presente invenção não se limita ao mesmo. Por exemplo, o formato do feixe de laser focado também pode ser de um círculo real.
[00066] Nessa modalidade, é preferencial que a distribuição de intensidade do feixe de laser seja configurada de modo que o diâmetro de feixe (uma largura que inclui 86% da intensidade integrada) na direção de laminação se torne 200 pm ou menos. Consequentemente, domínios magnéticos de corrente de circulação mais estreitos são formados enquanto se suprime adicionalmente a expansão de condução térmica na direção de laminação, reduzindo significativamente, desse modo, a perda de núcleo. Além disso, a fim de se reduzir de modo confiável a perda de núcleo, é mais preferencial que o diâmetro de feixe seja configurado para 120 Mm ou menos.
<ESTADO INCIDENTE DE FEIXE DE LASER NA LARGURA DE VARREDURA DE LASER>
[00067] Quando o dispositivo de irradiação de laser 106 realiza a varredura da superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 com o feixe de laser ao longo de uma largura de varredura de
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21/41 laser predeterminada, os estados do feixe de laser incidente na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 na porção central e na porção de extremidade da largura de varredura de laser são diferentes um do ouro.
[00068] A Figura 6 é uma vista esquemática que mostra o estado do feixe de laser incidente na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10. Quando o dispositivo de irradiação de laser 106 realiza a varredura do feixe de laser ao longo de uma largura de varredura de laser predeterminada L na direção de varredura, conforme mostrado na Figura 6, o estado do feixe de laser incidente em uma porção central P1 da largura de varredura de laser L é diferente do estado do feixe de laser incidente em porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L. Especificamente, o feixe de laser refletido pelo espelho parabólico 130 do dispositivo de irradiação de laser 106 é incidente de modo perpendicular à superfície (filme de revestimento isolante 16) da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 na porção central P1 da largura de varredura de laser L. Por outro lado, o feixe de laser é incidente de modo oblíquo na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 (incidente em um ângulo incidente φ em relação à direção normal à superfície) em ambas as porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L.
[00069] Ou seja, em um caso em que a posição incidente do feixe de laser coincide com a porção central P1 da largura de varredura de laser L, o ângulo entre a direção perpendicular à (direção normal à) superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 e a direção de propagação do feixe de laser (o ângulo incidente φ do feixe de laser) se torna 0°. Por outro lado, conforme a posição incidente do feixe de laser se aproxima da porção de extremidade P2 ou P3 da largura de varredura de laser L, o ângulo incidente φ do feixe de laser aumenta.
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22/41 [00070] As Figuras 7A e 7B são vistas esquemáticas que mostram os comprimentos de trajetória do feixe de laser dentro do filme de revestimento isolante 16. A Figura 7A mostra um comprimento de trajetória e1 no filme de revestimento isolante 16 e um comprimento de trajetória e1' no filme de revestimento de vidro 14 do feixe de laser incidente no filme de revestimento isolante 16 na porção central P1 da largura de varredura de laser L. A Figura 7B mostra um comprimento de trajetória e2 no filme de revestimento isolante 16 e um comprimento de trajetória e2' no filme de revestimento de vidro 14 do feixe de laser incidente no filme de revestimento isolante 16 na porção de extremidade P2 da largura de varredura de laser L. Os comprimentos de trajetória do feixe de laser incidente no filme de revestimento isolante 16 na porção de extremidade P3 da largura de varredura de laser L são iguais àqueles na Figura 7B.
[00071] A transmitância do feixe de laser através do filme de revestimento isolante 16 e do filme de revestimento de vidro 14 é expressa por exp(-aL) de acordo com a lei de Lambert-Beer que é bem conhecida. Aqui, α é o coeficiente de absorção, e L é o comprimento de trajetória. Conforme o comprimento de trajetória L aumenta, a transmitância diminui. Ou seja, conforme o comprimento de trajetória L aumenta, a potência do feixe de laser absorvido dentro do filme de revestimento de vidro 16 e dentro do filme de revestimento de vidro 14 aumenta. Conforme é evidenciado a partir das Figuras 7A e 7B, visto que o comprimento de trajetória e2 (e2') é maior que o comprimento de trajetória e1 (e1'), a quantidade do feixe de laser absorvida pelo filme de revestimento isolante 16 (o filme de revestimento de vidro 14) na porção de extremidade P2 (P3) da largura de varredura de laser L aumenta. Como resultado, uma potência mais alta é fornecida à folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 na porção de extremidade P2 (P3) da largura de varredura de laser L do que na porção central P1, a
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23/41 temperatura aumenta excessivamente e os defeitos são facilmente gerados no filme de revestimento isolante 16 ou no filme de revestimento de vidro 14.
[00072] Nessa modalidade, a fim de solucionar os problemas descritos acima, o feixe de laser focado na superfície (o filme de revestimento isolante 16) da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 é configurado para ser luz linearmente polarizada e, conforme mostrado na Figura 8, o ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura do feixe de laser é configurado para ser maior que 45° e igual ou menor que 90°. A Figura 8 é uma vista esquemática que mostra a relação entre a direção de polarização linear e a direção de varredura do feixe de laser em um caso em que o ângulo incidente φ do feixe de laser é 0°. Enquanto o ângulo θ entre a direção de varredura do feixe de laser e a direção de polarização linear for maior que 45° e igual ou menor que 90°, a relação entre a direção de polarização linear e a direção de varredura do feixe de laser pode ter uma simetria de reflexão em relação à Figura 8.
[00073] Como nessa modalidade, em um caso em que o ângulo θ é configurado para ser maior que 45° e igual ou menor que 90°, conforme descrito posteriormente, a absortância do feixe de laser nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L pode ser diminuída. Portanto, mesmo quando o comprimento de trajetória do feixe de laser nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L aumenta, um aumento na potência absorvida pelo filme de revestimento isolante 16 pode ser suprimido. Como resultado, a geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L pode ser suprimida.
<RELAÇÃO ENTRE LUZ LINEARMENTE POLARIZADA E ABSORTÂNCIA>
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24/41 [00074] Aqui, o princípio de que a absortância do feixe de laser é diminuída pelo ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura do feixe de laser é descrito.
[00075] Uma porção do feixe de laser incidente na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 é refletida pelo filme de revestimento isolante 16, e o restante é incidente no filme de revestimento isolante 16. Uma porção do feixe de laser incidente no filme de revestimento isolante 16 é absorvida dentro do filme de revestimento isolante 16 e o restante alcança a superfície superior do filme de revestimento de vidro 14 de modo que uma porção do mesmo seja refletida e o restante do mesmo seja incidente no filme de revestimento de vidro 14. Uma porção do feixe de laser incidente no filme de revestimento de vidro 14 é absorvida dentro do filme de revestimento de vidro 14 e o restante alcança a superfície superior do corpo de folha de aço (doravante, chamado também de material de aço de base) 12 de modo que uma porção do mesmo seja refletida e o restante do mesmo seja absorvido pela superfície do corpo de folha de aço 12. Além disso, a potência do feixe de laser transmitido para a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 depende da absortância do feixe de laser absorvido pelo filme de revestimento isolante 16 e semelhantes, conforme descrito acima. Quando a absortância do feixe de laser no filme de revestimento isolante 16 e semelhantes é alta, a potência do feixe de laser transmitido para a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 aumenta.
[00076] No entanto, a luz linearmente polarizada inclui, de modo geral, luz submetida à polarização P (também chamada de ondas P) e luz submetida à polarização S (também chamada de ondas S). Sabese que a absortância da luz submetida à polarização P e a absortância da luz submetida à polarização S são diferentes uma da outra. Portanto, dependendo das absortâncias da luz submetida à polarização P e
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25/41 da luz submetida à polarização S no filme de revestimento isolante 16 e semelhantes, a potência do feixe de laser transmitido para a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 varia.
[00077] A Figura 9A que mostra uma direção de oscilação de campo elétrico de luz submetida à polarização P em um caso em que a luz linearmente polarizada LB é incidente na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 em um ângulo incidente φ. A Figura 9B mostra uma direção de oscilação de campo elétrico de luz submetida à polarização S em um caso em que a luz linearmente polarizada LB é incidente na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 no ângulo incidente φ. Conforme mostrado nas Figuras 9A e 9B, em um caso em que a luz linearmente polarizada LB é incidente na superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 no ângulo incidente φ, a direção de oscilação de campo elétrico da luz submetida à polarização P e a direção de oscilação de campo elétrico da luz submetida à polarização S são diferentes uma da outra. Especificamente, durante a varredura da luz linearmente polarizada, o campo elétrico da luz submetida à polarização P oscila ao longo da direção de seta dupla mostrada na Figura 9A, e o campo elétrico da luz submetida à polarização S oscila ao longo da direção perpendicular à figura, conforme mostrado na Figura 9B.
[00078] A Figura 10 é um gráfico que mostra as absortâncias da luz submetida à polarização P e da luz submetida à polarização S do feixe de laser na superfície superior do material de aço de base 12. Conforme mostrado na Figura 10, a absortância da luz submetida à polarização P é maior que a absortância da luz submetida à polarização S. Além disso, conforme o ângulo incidente φ do feixe de laser (luz linearmente polarizada) aumenta, a absortância da luz submetida à polarização P aumenta, e a absortância da luz submetida à polarização S diminui. A Figura 10 mostra as absortâncias na superfície superior do
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26/41 material de aço de base 12, que permanece após a remoção do filme de revestimento isolante 16 e do filme de revestimento de vidro 14 da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10. No entanto, a absortância na superfície superior do filme de revestimento isolante 16 e a absortância da superfície superior do filme de revestimento de vidro 14 têm a mesma tendência que aquela da Figura 10.
[00079] Em um caso em que o ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura do feixe de laser é 0°, apenas a luz submetida à polarização P é incidente em uma superfície incidente (a superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10). Em um caso em que o ângulo θ é 45°, a luz submetida à polarização P e a luz submetida à polarização S são incidentes na superfície incidente meio a meio. Em um caso em que o ângulo θ é 90°, apenas a luz submetida à polarização S é incidente na superfície incidente. Portanto, em um caso em que o ângulo θ é igual ou maior que 0° e menos que 45°, o efeito da luz submetida à polarização P entre a luz submetida à polarização P e a luz submetida à polarização S se torna dominante e, conforme o ângulo incidente φ aumenta, a absortância do feixe de laser aumenta. Por outro lado, em um caso em que o ângulo θ é maior que 45° e igual ou menor que 90°, o efeito da luz submetida à polarização S se torna dominante e, conforme o ângulo incidente φ aumenta, a absortância do feixe de laser diminui.
[00080] Nessa modalidade, para se reduzir a absortância do feixe de laser nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L do dispositivo de irradiação de laser 106, o ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura do feixe de laser é configurado para ser maior que 45° e igual ou menor que 90°. Consequentemente, o efeito da luz submetida à polarização S excede o da luz submetida à polarização P e a luz submetida à polarização S se torna dominante. Portanto, nas porções de extremidade P2 e P3 da
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27/41 largura de varredura de laser L, mesmo quando o comprimento de trajetória do feixe de laser no filme de revestimento isolante 16 e no filme de revestimento de vidro 14 aumenta, a quantidade do feixe de laser absorvido pelo filme de revestimento isolante 16 e pelo filme de revestimento de vidro 14 pode ser reduzida. Como resultado, um aumento na temperatura do filme de revestimento isolante 16 e semelhantes pode ser suprimido e, portanto, a geração de defeitos do filme de revestimento de vidro 14 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L pode ser suprimida.
[00081] Particularmente, em um caso em que o ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura do feixe de laser é configurado para 70° ou mais e 90° ou menos, o efeito da luz submetida à polarização S se torna mais dominante, e a quantidade do feixe de laser absorvido pelo filme de revestimento isolante 16 e pelo filme de revestimento de vidro 14 diminui adicionalmente e, portanto, a geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L pode ser adicionalmente suprimida.
[00082] Além disso, nessa modalidade, é ainda mais preferencial que o comprimento de onda do feixe de laser para a varredura seja maior que 7 pm. Em um caso em que o comprimento de onda do feixe de laser é maior que 7 pm, o filme de revestimento isolante 16 é opaco ao feixe de laser, e o feixe de laser é facilmente absorvido pelo filme de revestimento isolante 16 e pelo filme de revestimento de vidro 14. Portanto, em um caso em que um feixe de laser em um comprimento de onda na faixa descrita acima é focado e submetido à varredura na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10, é provável que uma potência mais alta seja absorvida pelo filme de revestimento isolante 16 e pelo filme de revestimento de vidro 14 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L quando o feixe
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28/41 de laser é incidente de modo oblíquo. Nessa situação, conforme descrito acima, ao se configurar o ângulo θ para ser maior que 45° e igual ou menor que 90°, a quantidade do feixe de laser refletida pela superfície superior de cada um dentre o filme de revestimento isolante 16 e o filme de revestimento de vidro 14 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L aumenta, e a quantidade do feixe de laser absorvido diminui. Portanto, a potência do feixe de laser incidente para o interior de cada um dentre o filme de revestimento isolante 16 e o filme de revestimento de vidro 14 diminuiu. Como resultado, a potência do feixe de laser absorvido para cada um dentre o filme de revestimento isolante 16 e o filme de revestimento de vidro 14 pode ser reduzida e, portanto, a efetividade dessa modalidade pode ser adicionalmente exibida de modo confiável.
[00083] Além disso, os inventores constataram que, quando a magnificação de um comprimento de trajetória em relação a um comprimento de trajetória (e1+e1' da Figura 7A, doravante, chamada de comprimento de trajetória de referência) em um caso em que o ângulo incidente φ do feixe de laser é 0° é maior que 19%, conforme descrito acima, mesmo quando o ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura é configurado para ser maior que 45° e igual ou menor que 90°, a absortância do feixe de laser nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L não pode ser suficientemente reduzida (em outras palavras, é provável que defeitos sejam gerados no filme de revestimento de vidro 14 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L).
[00084] Acredita-se que isso se dá devido ao fato de que, quando a magnificação do comprimento de trajetória em relação ao comprimento de trajetória de referência é maior que 19%, um aumento na quantidade da potência absorvida devido a um aumento no comprimento de trajetória não pode ser compensado por uma redução da absortância
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29/41 do feixe de laser (luz linearmente polarizada).
[00085] Portanto, a fim de se impedir de modo confiável a geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 ao longo de toda a largura de varredura de laser L, é preferencial que o ângulo incidente máximo 0max do feixe de laser seja configurado com base na seguinte expressão condicional (1).
1/cos0max 1,19 (1) [00086] Na expressão condicional (1), o lado esquerdo representa a magnificação do comprimento de trajetória (o comprimento de trajetória no ângulo incidente máximo 0max) em relação ao comprimento de trajetória de referência. Portanto, usando-se a expressão condicional (1), o ângulo incidente máximo 0max em que a magnificação em relação ao comprimento de trajetória de referência é menor que 19% pode ser obtido. De acordo com a expressão condicional (1), pode-se notar que é preferencial que o ângulo incidente máximo 0max seja 33° ou menos. Por exemplo, no dispositivo de irradiação de laser 106 que utiliza o espelho poligonal 128 mostrado na Figura 4, quando o número de lados do espelho poligonal 128 é determinado como N, o ângulo incidente máximo 0max do feixe de laser pode ser expresso como 360°/N. Portanto, é preferencial que no dispositivo de irradiação de laser 106 mostrado na Figura 4, N seja 11 ou mais.
[00087] Conforme mostrado na Figura 11, um espelho galvânico 140 pode ser usado em vez do espelho poligonal 128. O espelho galvânico 140 é acionado por um motor de acionamento 141 para girar nas direções de seta na figura. Conforme o espelho galvânico 140 gira, a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 é submetida à varredura com o feixe de laser ao longo da direção de largura de folha da mesma (direção de varredura). Nessa configuração, é possível controlar o ângulo incidente φ do feixe de laser controlando-se o ângulo de rotação do espelho galvânico 140. Portanto, é fácil configurar o ângulo
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30/41 incidente máximo Φμάχ do feixe de laser para um valor adequado utilizando-se o espelho galvânico 140.
[00088] Além disso, na modalidade descrita acima, o oscilador laser 102 emite o feixe de laser linearmente polarizado, porém, a presente invenção não se limita ao mesmo. Por exemplo, o oscilador laser 102 pode emitir um feixe de laser não polarizado, e um polarizador, tal como um divisor de feixe polarizante que converte o feixe de laser não polarizado em luz linearmente polarizada que tem uma direção predeterminada de polarização, pode ser fornecido na parte frontal do espeIho metálico 126. Além disso, a magnitude do ângulo θ descrita acima pode ser ajustada através do ajuste do ângulo de rotação do divisor de feixe polarizante em torno do eixo geométrico central do feixe de laser. <REFINAMENTO DE DOMÍNIOS MAGNÉTICOS E DEFEITOS NO FILME DE REVESTIMENTO DE VIDRO>
[00089] Conforme descrito acima, a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 em que um campo magnético é aplicado na direção de laminação tem uma estrutura em que vários domínios magnéticos que têm uma direção de magnetização que se alinha substancialmente à direção de laminação são estruturados. Aqui, a fim de se alcançar uma redução adicional na perda de núcleo da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10, é eficaz refinar os domínios magnéticos (reduzir os domínios magnéticos em largura) através da irradiação de feixe de laser. Particularmente, é eficaz se obter domínios magnéticos de corrente de circulação que sejam estreitos e tenham resistência suficiente através da geração de um gradiente de temperatura significativo ao longo da direção de espessura em uma região muito estreita ou que esteja presente na proximidade da camada mais superior da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 na direção de laminação.
[00090] Por outro lado, quando o gradiente de temperatura ao longo
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31/41 da direção de espessura é aumentado, a temperatura da superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 aumenta. Devido ao aumento de temperatura, pode haver casos em que defeitos, tais como descascamento defeituoso, sejam gerados no filme de revestimento isolante 16 ou no filme de revestimento de vidro 14. Particularmente, em um caso em que defeitos são gerados no filme de revestimento de vidro 14, o corpo de folha de aço 12 é exposto ao exterior e há preocupações de que ferrugem possa ser gerada. Portanto, há uma necessidade de se impedir a geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 enquanto se reduz a perda de núcleo da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10.
[00091] De acordo com essa modalidade, não somente pode-se suprimir a geração de defeitos ao longo de toda a largura de varredura de laser L, como também um efeito de redução de perda de núcleo pode ser obtido. Ou seja, em um método de controle de domínio magnético de laser em que um feixe de laser não polarizado é usado na técnica relacionada, conforme descrito acima, a potência do feixe de laser absorvido nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L aumenta devido a um aumento no comprimento de trajetória e, portanto, é provável que defeitos sejam gerados no filme de revestimento isolante 16 ou no filme de revestimento de vidro 14. A fim de compensar isso, a potência do feixe de laser pode ser reduzida. Nesse caso, embora a geração de defeitos nas porções de extremidade P2 e P3 possa ser suprimida, a potência do feixe de laser na porção central P2 da largura de varredura de laser L também diminui, o que ocasiona um problema de uma redução no efeito de redução de perda de núcleo. Por outro lado, nessa modalidade, conforme descrito acima, a fim de se diminuir a absorção do feixe de laser nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L, a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 é submetida à var
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32/41 redura com a luz linearmente polarizada que inclui a luz submetida à polarização S da qual a absortância diminuiu conforme o ângulo incidente φ aumenta. Aqui, na porção central P1 da largura de varredura de laser L, visto que a luz linearmente polarizada é incidente de modo perpendicular à superfície da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 (o ângulo incidente φ mostrado nas Figuras 6 e 9 é pequeno), as absortâncias da luz submetida à polarização P e da luz submetida à polarização S na porção central P1 são substancialmente iguais (consultar a Figura 10). O fato de que não há diferença na absortância entre a luz submetida à polarização P e a luz submetida à polarização S, que constitui um estado não polarizado, significa que o emprego da luz submetida à polarização S dificilmente reduz a absortância. Portanto, no aparelho de processamento a laser 100 dessa modalidade, sem uma redução da potência do feixe de laser transmitido à folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 na porção central P1 da largura de varredura de laser L, apenas a potência do feixe de laser absorvido nas porções de extremidade P2 e P3 pode ser reduzida. Consequentemente, uma redução na perda de núcleo e a supressão da geração de defeitos podem ser realizadas ao longo de toda a largura de varredura de laser L.
[00092] Na modalidade descrita acima, como o oscilador laser 102 que emite um feixe de laser em um comprimento de onda de mais que 7 pm, o laser de CO2 é usado como um exemplo, porém, a presente invenção não se limita ao mesmo. Por exemplo, como o oscilador laser que emite um feixe de laser em um comprimento de onda de mais que 7 pm, um laser de fibra, lasers de fibra Raman, um laser de cascata quântica ou semelhantes podem ser usados.
[00093] Na modalidade descrita acima, conforme mostrado na Figura 1, um exemplo em que a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 constituída por uma estrutura de três camadas que inclui o
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33/41 material de aço de base 12, o filme de revestimento de vidro 14 e o filme de revestimento isolante 16 irradiado com o feixe de laser foi descrito. No entanto, mesmo para uma folha de aço que tem duas camadas, que incluem o material de aço de base 12 e o filme de revestimento isolante 16 como a estrutura básica sem o filme de revestimento de vidro 14, o aparelho de processamento a laser 100 dessa modalidade exibe um efeito de supressão da geração de defeitos no filme de revestimento isolante 16 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L. Isso se dá devido ao fato de que, mesmo quando o filme de revestimento de vidro 14 está ausente, empregando-se a luz linearmente polarizada como o feixe de laser e configurando-se o ângulo θ para estar na faixa descrita acima, a quantidade do feixe de laser absorvido pelo filme de revestimento isolante 16 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L pode ser reduzida. Como uma folha de aço eletromagnético de grão orientado sem o filme de revestimento de vidro 14, conhece-se uma folha de aço eletromagnético de grão orientado em que a superfície de um material de aço de base tem pouca aspereza e se aproxima de uma superfície de espelho e, portanto, exibe características de perda de núcleo muito pequenas. Na folha de aço eletromagnético de grão orientado que tem tais características de perda de núcleo muito pequenas, a fim de se impedir a geração de ferrugem ocasionada pela exposição do material de aço de base 12, é importante que defeitos não sejam gerados no filme de revestimento isolante 16 durante a irradiação de feixe de laser. Conforme descrito acima, o aparelho de processamento a laser 100 dessa modalidade é eficaz na supressão da geração de defeitos.
<EXEMPLO>
[00094] A fim de se confirmar a efetividade dos Exemplos, de acordo com a modalidade descrita acima, um exemplo de teste de confir
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34/41 mação, de acordo com os Exemplos e Exemplos Comparativos será descrito.
[00095] Primeiramente, um bloco que tem uma composição que inclui Si: 3,0% em massa, C: 0,05% em massa, Mn: 0,1% em massa, Al solúvel em ácido: 0,02% em massa, N: 0,01% em massa, S: 0,01% em massa, P: 0,02% em massa, e Fe e impurezas inevitáveis como o restante foi preparado. A laminação a quente foi realizada no bloco a 1.280 °C, produzindo, desse modo, um material submetido à laminação a quente que tinha uma espessura de 2,3 mm. Em seguida, um tratamento térmico foi realizado no material submetido à laminação a quente sob a condição de 1.000 °C χ 1 minuto. Um tratamento de decapagem foi realizado no material resultante após o tratamento térmico, e a laminação a frio foi realizada no material resultante, produzindo, desse modo, um material submetido à laminação a frio que tinha uma espessura de 0,23 mm. O recozimento de descarburização foi realizado no material submetido à laminação a frio sob a condição de 800 °C χ 2 minutos. Em seguida, um agente de separação de recozimento que continha principalmente magnésia foi aplicado a ambas as superfícies do material submetido à laminação a frio após o recozimento de descarburização. Além disso, o material submetido à laminação a frio ao qual o agente de separação de recozimento foi aplicado foi posto em uma fornalha do tipo batelada em um estado de enrolamento em um formato de bobina, e o recozimento de acabamento foi realizado no mesmo sob a condição de 1.200 °C χ 20 horas. Consequentemente, um material de aço de base de folha de aço (corpo de folha de aço) que tinha filmes que contêm vidro formados nas superfícies foi produzido. Em seguida, um material isolante formado a partir de fosfato de alumínio foi aplicado nos filmes que continham vidro e foi cozido (850 °C χ 1 minuto), formando, desse modo, filmes de revestimento isolantes.
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35/41 [00096] O material de aço de base de folha de aço que tinha os filmes de revestimento isolantes e os filmes que continham vidro formados no mesmo foi irradiado com um feixe de laser de modo que a deformação à compressão fosse fornecida à superfície do material de aço de base de folha de aço.
[00097] Como um dispositivo de irradiação de laser, o dispositivo de irradiação de laser 106 mostrado na Figura 4 foi usado, e como o oscilador laser 102, um laser de CO2 foi usado. Nos Exemplos 1 a 4 e no Exemplo Comparativo 1, em relação ao feixe de laser linearmente polarizado emitido a partir do oscilador laser 102, o feixe de laser foi focado e submetido à varredura na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 através da rotação da placa de λ/2 125 fornecida entre o oscilador laser 102 e o espelho metálico 126 em uma trajetória óptica, enquanto se alterava o ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura. No Exemplo Comparativo 2, uma placa de λ/4 foi fornecida em vez da placa de λ/2 125, e sob a condição de que luz polarizada de modo circular foi usada como o feixe de laser, o feixe de laser foi focado e submetido à varredura na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10. A luz polarizada de modo circular inclui 50% de luz submetida à polarização P e 50% de luz submetida à polarização S. Além disso, tanto nos Exemplos quanto Exemplos Comparativos, como as condições de irradiação do feixe de laser que alcança a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10, a potência do feixe de laser foi configurada para 2 kW, o diâmetro de feixe do mesmo na direção de varredura foi configurado para 4 mm, o diâmetro de feixe do mesmo na direção de laminação foi configurado para 0,15 mm, e a largura de varredura de laser do feixe de laser foi configurado para 500 mm. O ângulo incidente máximo 0max era 24°.
[00098] Além disso, a geração de ferrugem ocasionada pela geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 foi determinada
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36/41 por um teste de umidade. O teste de umidade foi conduzido em conformidade com JIS K 2246-5.34, e as condições de teste incluíam uma temperatura de 50 °C, uma umidade de 98% e um tempo de teste de 72 horas. Depois disso, checou-se visualmente se ferrugem tinha ou não sido gerada na porção irradiada por laser. Em relação a cada uma das condições, 10 peças retangulares que tinham um tamanho de 100 mm em comprimento ao longo da direção de largura da folha de aço e 500 mm em comprimento ao longo da direção de laminação da folha de aço foram cortadas, e o número de peças em que ferrugem foi gerada foi contado e avaliado.
[00099] Os resultados do teste foram mostrados na Tabela 1 a seguir. No Exemplo Comparativo 1 (θ=45° com luz linearmente polarizada) em que 50% de luz submetida à polarização P e 50% de luz submetida à polarização S foram incluídas e no Exemplo Comparativo 2 em que um feixe de laser polarizado de modo circular foi usado, a geração de ferrugem na porção de extremidade da largura de varredura de laser foi significativa. Por outro lado, nos Exemplos 1 a 4, visto que o feixe de laser linearmente polarizado foi usado e o ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura foi configurado para ser maior que 45° e igual ou menor que 90°, a geração de ferrugem na porção de extremidade da largura de varredura de laser pode ser significativamente suprimida. Particularmente, configurando-se o ângulo θ para 70° ou mais e 90° ou menos, a geração de ferrugem pode ser completamente impedida. Quando o ângulo θ era de 60°, embora a geração de ferrugem na porção de extremidade da largura de varredura de laser não pudesse ser confirmada, danos parciais ao filme de revestimento de vidro 14 foram confirmados. A porção danificada foi observada com um microscópio óptico, e os danos ao filme de revestimento de vidro 14 estavam presente embora o material de aço de base porção não tivesse sido exposto ao exterior. Essa é considerada
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37/41 a razão pela qual ferrugem não foi gerada. Quando seções foram observadas com o microscópio, em um caso em que o ângulo θ era de 70° ou mais, o filme de revestimento de vidro 14 estava intacto na porção de extremidade da largura de varredura de laser.
TABELA 1
Tipo de polarização Ângulo θ (°) Número de peças em que foi gerada ferrugem na porção central Número de peças em que foi gerada ferrugem na porção de extremidade
Exemplo 1 Luz linearmente polarizada 90 0 0
Exemplo 2 Luz linearmente polarizada 80 0 0
Exemplo 3 Luz linearmente polarizada 70 0 0
Exemplo 4 Luz linearmente polarizada 60 0 0
Exemplo Comparativo 1 Luz linearmente polarizada 45 0 3
Exemplo Comparativo 2 Luz circularmente polarizada - 0 4
[000100] A partir dos resultados de teste descritos acima, pode-se observar que, configurando-se o ângulo θ em uma faixa em que o efeito da luz submetida à polarização S entre a luz submetida à polarização P e a luz submetida à polarização S se torna dominante, ou seja, configurando-se o ângulo θ para ser maior que 45° e igual ou menor que 90°, a absortância do feixe de laser na porção de extremidade da largura de varredura de laser pode ser reduzida em comparação a um caso de luz não polarizada e, como resultado, o efeito de supressão da geração de ferrugem na porção de extremidade da largura de varredura de laser pode ser obtido.
[000101] Além disso, em um case em que o ângulo incidente máximo
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Φμάχ do feixe de laser foi alterado em uma faixa de 24° a 40° enquanto que o ângulo θ entre a direção de polarização linear e a direção de varredura foi fixado em 90°, uma alteração no número de peças em que ferrugem foi gerada na porção de extremidade da largura de varredura de laser L foi verificada. Os resultados são mostrados na Tabela 2
TABELA 2
Ângulo incidente máximo Φμαχ (°) 1/COSφMAX Número de peças em que foi gerada ferrugem na porção de extremidade
24 1,09 0
30 1,15 0
33 1,19 0
36 1,24 2
40 1,31 4
[000102] Os resu tados são mostrados na Tabela 2. Quando o ângu-
lo incidente máximo Φμάχ foi 33°, embora a geração de ferrugem na porção de extremidade da largura de varredura de laser não tenha sido confirmada, danos parciais ao filme de revestimento de vidro 14 foram confirmados. Ά porção danificada foi observada com um microscópio óptico, e os danos ao filme de revestimento de vidro 14 estavam presente embora o material de aço de base porção não tivesse sido exposto ao exterior. Isto é considerado como sendo a razão pela qual ferrugem não foi gerada. Por outro lado, pôde-se observar que, quando o ângulo incidente máximo Φμάχ do feixe de laser era maior que 33°, o número de peças em que ferrugem foi gerada na porção de extremidade da largura de varredura de laser L foi rapidamente aumentado. Acredita-se que isso se dá devido ao fato de que, quando o ângulo incidente máximo Φμάχ do feixe de laser era maior que 33°, a magnificação de um comprimento de trajetória em relação ao compri
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39/41 mento de trajetória de referência se tornou maior que 19%. Ou seja, foi confirmado pelo experimento que, a fim de se impedir de modo confiável a geração de ferrugem ao longo de toda a largura de varredura de laser L, é preferencial que o ângulo incidente máximo 0max do feixe de laser seja configurado com base na expressão condicional (1) descrita acima.
<CONCLUSÃO>
[000103] Conforme descrito acima, no aparelho de processamento a laser 100 de acordo com essa modalidade, o ângulo θ entre a direção de polarização linear da luz submetida à varredura na folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 e a direção de varredura do feixe de laser é configurado para ser maior que 45° e igual ou menor que 90°.
[000104] Consequentemente, a absortância do feixe de laser nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L do filme de revestimento de vidro 14 pode ser reduzida. Portanto, embora o comprimento de trajetória do feixe de laser nas porções de extremidade P2 e P3 aumente devido à incidência oblíqua, um aumento na potência absorvida pelo filme de revestimento isolante 16 e pelo filme de revestimento de vidro 14 nas porções de extremidade P2 e P3 pode ser suprimido. Como resultado, a geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 nas porções de extremidade P2 e P3 da largura de varredura de laser L pode ser suprimida. Além disso, conforme descrito acima, visto que a potência do feixe de laser absorvido na porção central P1 da largura de varredura de laser L não é reduzida, o efeito de redução da perda de núcleo na porção central P1 não é deteriorado. Ou seja, a redução da perda de núcleo e o impedimento da geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 podem ser realizados simultaneamente ao longo de toda a largura de varredura de laser L.
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40/41 [000105] No aparelho de processamento a laser 100, de acordo com essa modalidade, visto que uma redução na perda de núcleo e na supressão de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 descrito acima pode ser alcançada, a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 com baixa perda de núcleo pode ser produzida enquanto se suprime a geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14. Portanto, uma causa de um aumento em custo devido à reaplicação do filme de revestimento isolante 16 ocasionada pela geração de defeitos no filme de revestimento de vidro 14 pode ser excluída. Como resultado, a folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 com perda de núcleo muito baixa pode ser fornecida a um custo mais baixo. Além disso, do ponto de vista de se realizar uma redução no consumo de energia através da distribuição da folha de aço eletromagnético de grão orientado 10 com uma perda de núcleo muito baixa em todo o mundo, um grande efeito econômico é exibido.
[000106] Embora a modalidade preferencial da presente invenção tenha sido descrita em detalhes com referência aos desenhos em anexo, a presente invenção não se limita aos exemplos. Deve ser compreendido pelos indivíduos versados no campo da técnica ao qual a presente invenção pertence, que várias alterações e modificações podem ser realizadas sem se afastar do espírito técnico descrito nas reivindicações, e deve-se compreender que essas alterações e modificações pertencem, naturalmente, ao escopo técnico da presente invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS SÍMBOLOS DE REFERÊNCIA
10: Folha de aço eletromagnético de grão orientado
12: Corpo de folha de aço
14: Filme de revestimento de vidro
16: Filme de revestimento isolante
100: Aparelho de processamento a laser
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102: Oscilador laser
104: Trajetória de propagação de feixe de laser
106: Dispositivo de irradiação de laser
125: Placa de λ/2
126: Espelho metálico
128: Espelho poligonal
130: Espelho parabólico
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Claims (5)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aparelho de processamento a laser (100) para o refinamento de domínios magnéticos de uma folha de aço eletromagnético de grão orientado através da configuração de um feixe de laser para ser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado e submetido à varredura em uma direção de varredura, caracterizado pelo fato de que o feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado é uma luz linearmente polarizada, e um ângulo entre a direção de polarização linear e a direção de varredura é maior que 45° e igual ou menor que 90°.
  2. 2. Aparelho de processamento a laser (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ângulo incidente máximo 0max do feixe de laser incidente na folha de aço eletromagnético de grão orientado satisfaz a expressão condicional (1) a seguir.
    1/cos0MAX 1,19...(1)
  3. 3. Aparelho de processamento a laser (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um comprimento de onda do feixe de laser focado na folha de aço eletromagnético de grão orientado é maior que 7 pm.
  4. 4. Aparelho de processamento a laser (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    um oscilador laser (102) que emite o feixe de laser, sendo que o oscilador laser (102) é um laser de CO2 que emite luz linearmente polarizada.
  5. 5. Aparelho de processamento a laser (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que um formato do feixe de laser focado na folha de aço eletro-
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    2/2 magnético de grão orientado é uma elipse, e uma direção de eixo geométrico menor da elipse é perpendicular à direção de varredura.
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