CN101218063B - 激光穿孔方法及加工装置 - Google Patents

Abstract

一种激光穿孔方法及加工装置，该加工装置在被加工物体(W)的加工部位照射激光(L2)，从与激光(L2)同轴配置的喷嘴(3)向加工部位喷射辅助气体(G)，使辅助气体(G)覆盖被加工部位，进而在该加工部位加工贯通孔(H)。该加工装置具备有在开始照射激光(L2)之后，使喷嘴(3)在距加工起点5mm的范围内边移动边加工贯通孔(H)的控制装置(10)。

Description

激光穿孔方法及加工装置

技术领域

本发明涉及一种由激光加工装置进行的对被加工材料的穿孔方法及使用了该穿孔方法的加工装置。

本专利申请根据2005年6月7日在日本提出的特愿2005-16996号、及2006年4月7日在日本提出的特愿2006-106982号公报主张优先权而在此援用其内容。

背景技术

目前，例如在用激光加工装置来切断钢板等被加工材料时，在作为用于进行切断加工的起点的位置通过进行激光穿孔而开设直径数毫米的小贯通孔，以此为起点进行切断。

该贯通孔在不降低材料利用率、提高被加工材料的加工质量精度方面至为重要，希望在不妨碍后续工序的切断加工的范围内尽可能地小，且加工成所期望的尺寸。

图17所示的是表示激光加工装置的激光割炬400的简要构成的图，激光割炬400具备有喷嘴402和聚光透镜404，其中喷嘴402形成为筒状体，从其底端部402a向前端侧的开口部402b可透过激光L2，聚光透镜404配置于底端部402a。

另外，将喷嘴402的开口部402b做成与穿过聚光透镜404的激光L2同轴。

另外，在喷嘴402上设置有导入通道403，该导入通道403在用照射的激光L2使被加工材料W熔化、蒸发时，用于将通过氧化反应使被加工材料W燃烧的辅助气体G导入喷嘴402。

在使用上述激光割炬400在被加工材料W上加工贯通孔H2时，使喷嘴402的开口部面向被加工材料W，从导入通道403将辅助气体G导入喷嘴402内部，被导入的辅助气体G从喷嘴402的开口部402b喷射，并覆盖被加工材料W的加工部。

其次，若从激光割炬400照射激光L1，则通过聚光透镜404聚光为在被加工材料W的表面附近具有焦点的激光L2。这样，聚光于被加工材料W的表面附近的焦点的激光L2使被加工材料W熔融、蒸发，形成溶池405，同时，通过利用从开口部402喷射出的辅助气体G进行氧化、燃烧，利用辅助气体G的喷流除去熔融物。例如在专利文献1上公示了一种作为这样的用激光进行贯通孔H2的加工的技术。

另外，在这种贯通孔H2的加工时，若在形成于被加工材料W的溶池405内，使所产生的熔融金属发生过度的氧化、燃烧反应，则使贯通孔H2的直径变大，进而降低材料利用率。

另一方面，例如在脉冲状态下激发激光进行贯通孔加工的情况下，虽然提高了贯通孔孔径的精度但是加工效率明显降低。

因此，在利用激光进行贯通孔加工的情况下，例如在专利文献2上公示了一种作为一种提高贯通孔H2的切断精度的技术。

但是，依照上述方法，必须预先设置排出熔融物的沟槽，由于存在排出沟槽，从而存在也使贯通孔变大的问题。

另外，在进行穿孔时，若在被加工材料W上发生过度的氧化、燃烧反应，则贯通孔孔径变大、材料利用率降低，另一方面，例如在脉冲状态下激发激光进行穿孔的情况下，存在下述问题，虽然提高了贯通孔孔径的精度但是加工效率明显降低。

因此，期望一种既可保持高的加工效率，又可高精度加工所期望的尺寸的贯通孔的激光穿孔方法及加工装置。

专利文献1：特开2001-47268号公报

专利文献2：特许第3292021号公报

发明内容

本发明是鉴于上述情况而立项的，提供一种激光穿孔方法及加工装置，其在钢板等金属质被加工材料上进行穿孔加工时，既可防止贯通孔孔径变大，又能以高效率形成所期望的直径的贯通孔，进而可降低制造成本。

为了解决上述问题，本发明提出了下面的方法。

本发明第一方面提供一种激光穿孔方法，使激光照射在被加工物的加工部位，同时，从与所述激光同轴配置的喷嘴向所述加工部位喷射辅助气体，利用辅助气体覆盖所述加工部位，在该加工部位加工贯通孔，其特征在于，在使所述激光开始照射后，使所述喷嘴一边从所述加工起点起在5mm的范围内移动，一边加工贯通孔。

另外，本发明第七方面提供一种加工装置，使激光照射在被加工物的加工部位，同时，从与所述激光同轴配置的喷嘴向所述加工部位喷射辅助气体，利用辅助气体覆盖所述加工部位，在该加工部位加工贯通孔，其特征在于，具备控制装置，该控制装置在使所述激光开始照射之后，使所述喷嘴从所述加工起点起一边在5mm的范围内移动，一边加工贯通孔。

依照该发明的激光穿孔方法及加工装置，在使激光照射开始并开始加工贯通孔之后，喷嘴的中心偏移开加工起点，并在距加工起点5mm的范围内移动，因此，使辅助气体的压力分布中心偏移开溶池的中心。其结果是，辅助气体的压力分布并不是与溶池的中心同心，而是在溶池开口部的辅助气体的压力分布形成为与溶池的中心非对称，使溶池开口部的压力均衡不平衡。

在辅助气体的压力分布与溶池中心同心时，辅助气体作用于溶池盖上，虽然熔化物在溶池内保持稳定，但压力均衡不平衡，在溶池的开口部产生对熔化物施加压力高的区域和压力低的区域。其结果是，因压力差使熔化物从压力高的区域向低的区域移动而促使向溶池外的排出。

其结果是，储存在溶池内的熔化物减少，抑制了过度的氧化反应及燃烧，由此，贯通孔孔径变小。

另外，由于通过在加工起点的附近使喷嘴在距加工起点5mm的范围移动，从而从溶池排出的熔化物分散在溶池的周围并排出，因此，使从排出物释放出的热量并不是集中于一个地方，而是抑制贯通孔周边的被加工材料局部性的过热、过剩的氧化反应，进而可抑制贯通孔的扩大。

其结果是，在使激光连续照射的情况下，不仅可确保因连续照射而产生的高生产率，而且容易且确保形成孔径精度高的贯通孔。

在此，使喷嘴在距加工起点5mm的范围内移动的意义，是因为若离开加工起点5mm以上，则使所加工的贯通孔变大，使得看不出与不使喷嘴移动时的差别的缘故。

本发明第二方面在第一方面的基础上，提供激光加工方法，其特征在于，使所述喷嘴围绕加工起点旋转移动。

本发明第八方面在第七方面的基础上，提供加工装置，其特征在于，所述控制装置具备有使所述喷嘴围绕加工起点旋转移动的旋转控制装置。

依照该发明的激光穿孔方法及加工装置，由于在开始加工贯通孔之后，使喷嘴的中心偏移开加工起点，在距加工起点5mm的范围内围绕加工起点的周围旋转，因而在进行了偏移之后直至结束贯通孔的加工期间，喷嘴总是使辅助气体的压力分布中心偏离开溶池中心。其结果是，通过在溶池开口部的压力均衡不平衡，促使熔化物向溶池外的排出，使储积于溶池内的熔化物减少，抑制过剩的氧化反应及燃烧，进而使得贯通孔孔径变小。

本发明第三方面在第一方面的基础上，提供激光加工方法，其特征在于，使所述喷嘴沿着包含往复移动的轨迹移动。

另外，本发明第九方面在第七方面的基础上，提供加工装置，其特征在于，所述控制装置具备有使所述喷嘴沿着包含往复移动的轨迹移动的往复控制装置。

依照该发明的激光穿孔方法及加工装置，在开始加工贯通孔之后，喷嘴在距加工起点5mm的范围内沿着包含往复移动的轨迹移动。

使喷嘴做轨迹简单的往复移动，可使喷嘴的移动很容易地高速移动，相对于溶池内的熔化物施加剧烈的压力不平衡并利用大的压力变动，可促进熔化物向溶池外的排出。其结果是，通过使溶池内的熔化物减少，抑制氧化反应及燃烧，进而使贯通孔孔径变小。

本发明第四方面在第一方面的基础上，提供激光加工方法，其特征在于，使所述喷嘴按Z字形移动。

本发明第十方面在第七方面的基础上，提供加工装置，其特征在于，所述控制装置具备有使所述喷嘴按Z字形移动的Z字形控制装置。

依照该发明的激光穿孔方法及加工装置，在开始加工贯通孔之后，使喷嘴在距加工起点5mm的范围内沿Z字形移动。

由于使喷嘴做轨迹简单的往复移动和向与该往复移动相垂直的方向的移动同时进行的Z字形移动，因而喷嘴的移动就可成为很容易地高速移动，另外，由于通过进行与往复移动相垂直的移动，而在遍及溶池内的广阔范围带来压力的不平衡，因而，对溶池内的熔化物带来剧烈的压力不平衡，促进熔化物向溶池外的排出。其结果是，由于使溶池内的熔化物减少，抑制氧化反应及燃烧，进而使贯通孔孔径变小。

本发明第五方面在第一～第四方面中任一方面的基础上，提供激光加工方法，其特征在于，从所述喷嘴喷射出的辅助气体的氧浓度C，根据进行所述贯通孔加工的加工部位的厚度t而确定，

其中，在0＜t＜8mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C＜99.9，

在8≤t＜13.5mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C≤-1.65t+111.2，

在13.5≤t≤26.33mm的范围时，所述氧浓度C为5.28t-71.28≤C≤-1.65t+111.2，

其中，C为氧浓度(Vol％)，t为加工部位的厚度(mm)。

本发明第十一方面在第七～第十方面中任一方面的基础上，提供加工装置，其特征在于，所述控制装置具备根据进行所述贯通孔加工的加工部位的厚度来确定从所述喷嘴喷射出的辅助气体的氧浓度C的氧浓度调节装置。

依照该发明的激光穿孔方法及加工装置，由于根据进行贯通孔加工的金属制被加工材料加工部位的厚度t，例如根据板厚来确定从喷嘴喷射出的辅助气体的氧浓度C，并用该氧浓度C进行贯通孔加工，故可抑制被加工材料的过度的氧化、燃烧，减少熔渣量，因此，可在各种被加工材料的加工部位的厚度t上，在材料利用率及品质方面容易且准确地形成更小的孔径的贯通孔。

另外，通过调节辅助气体的氧浓度C，即使在使激光连续照射的情况下，也可抑制过剩的氧化、燃烧，可确保由连续照射带来的高生产率，同时，可容易且准确地形成孔径小的贯通孔。

另外，即使在使激光连续照射的情况下，也可通过调节辅助气体的氧浓度C来抑制过度的氧化、燃烧，可确保由连续照射带来的高生产率，同时，可不依靠熟练技术人员就可容易且准确地形成孔径精度高的的贯通孔。

本发明第六方面在第一～第五方面中任一方面的基础上，提供激光加工方法，其特征在于，在贯通了所述贯通孔之后，使所述喷嘴移动到所述贯通孔周围的被加工材料表面的上方，在贯通了所述贯通孔之后，使所述喷嘴移动到所述贯通孔周围的被加工材料表面的上方，照射所述激光使熔渣再熔化，同时，一边从所述喷嘴喷射辅助气体，一边绕所述贯通孔的周围旋转，以除去形成于所述贯通孔周围的熔渣。

本发明第十二方面在第七～第十一方面中任一方面的基础上，提供加工装置，其特征在于，所述控制装置具备有除渣装置，该除渣装置在贯通了所述贯通孔之后，使所述喷嘴移动到所述贯通孔周围的被加工材料的表面上方，照射所述激光使熔渣再熔化，同时，一边从所述喷嘴喷射辅助气体，一边绕所述贯通孔的周围旋转，以除去形成于所述贯通孔周围的熔渣。

依照该发明的激光穿孔方法及加工装置，在贯通了贯通孔之后，使喷嘴移动到贯通孔周围被加工材料表面的上方，照射激光使熔渣再熔化，同时，一边从喷嘴喷射辅助气体一边在贯通孔周围旋转移动，因此，形成于贯通孔周围被加工材料表面的熔渣易于熔化去除，且利用辅助气体的喷射压去除，因此，可容易且有效地去除，其结果是，可容易且可靠地进行贯通孔周边的精加工进而加工高品质的贯通孔。

另外，由于使喷嘴旋转移动，照射所述激光使熔渣再熔化，同时，从近距离喷射辅助气体，因而，可利用小流量的辅助气体可靠地进行熔渣的去除，其结果是，可大幅度消减加工时间及加工成本。

本发明第十三方面提供一种激光穿孔方法，通过利用从喷嘴喷射出的辅助气体覆盖金属制的被加工材料加工部位，使激光照射在该加工部位，在金属板上进行穿孔，其特征在于，使用根据所述加工部位的厚度所确定的氧浓度的所述辅助气体。

另外，依照该发明的激光穿孔方法，由于从喷嘴喷射出的辅助气体的氧浓度根据被加工材料的加工部位的厚度来确定，可用其氧浓度进行穿孔，因而，就各被加工材料的加工部位的厚度而言，可以容易且可靠地形成材料利用率及品质面良好的孔径的贯通孔。

另外，即使在连续地照射激光的情况下，通过以不产生过度的氧化、燃烧的形式来调节辅助气体的氧浓度，不但可确保因连续照射带来的高生产率，而且可容易且可靠地形成孔径精度高的贯通孔。

本发明第十四方面在第十三方面的基础上，提供激光穿孔方法，其特征在于，使用根据所述加工部位的厚度所确定的喷射压的所述辅助气体。

依照该发明的激光穿孔方法，不仅辅助气体的氧浓度，而且根据加工部位的厚度来确定辅助气体的喷射压，利用该氧浓度及喷射压进行穿孔，因此，即使在穿孔进行至被加工材料的厚度方向的加工终端部位附近的情况下，辅助气体的喷射能量也将充分到达至加工点，从贯通孔充分排出熔化物，平滑地进行穿孔加工，因此，可以容易且可靠地形成材料利用率及品质面良好的孔径的贯通孔。

本发明第十五方面在第十四方面的基础上，提供激光加工方法，其特征在于，

在0＜t＜8mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C＜99.9，

在8≤t＜13.5mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C≤-1.65t+111.2，

在13.5≤t≤26.33mm的范围时，所述氧浓度C为5.28t-71.28≤C≤-1.65t+111.2，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

其中，P：辅助气体的喷射压(MPa)、t：加工部位的厚度(mm)、C：氧浓度(vol％)。

依照该发明的激光穿孔方法，在使激光连续照射到被加工材料时，一边用所述喷射压P喷射根据加工部位的厚度t并用所述数学式得到的氧浓度C的辅助气体，一边进行穿孔，因此，可抑制过度的氧化、燃烧反应。

其结果是，与现有技术相比较，贯通孔孔径约减小20％，相对于加工部位的厚度t，可容易且可靠地形成约1/3的良好孔径的贯通孔。另外，由于所形成的贯通孔孔径小，故可抑制从贯通孔飞散的熔渣量，由于不必担心因熔渣附着而造成的切断差错及由熔渣引起的火灾发生，因此，对于现有技术加工部位的厚度t只能实现达到12mm的因连续照射的穿孔的自动运转无监视，加工部位的厚度可进行到约16mm。

另外，通过将喷射压P做到所述的下限以上，从贯通孔内充分排出熔化物，降低贯通孔内熔化物的残留，因此，抑制了向被加工材料的来自熔化金属的热传导的增加、提高加工效率，同时，还抑制了自氧化。另外，通过将喷射压P做到所述上限以下，可抑制贯通孔内的过度的氧化反应和与此相伴随的熔渣飞散量的增加，因此，可提高被加工材料的利用率和加工效率，同时，还可形成所期望的孔径的贯通孔。

另外，就在钢板等金属制被加工材料上进行穿孔，切断其周围以形成小孔的所谓的小孔切断而言，在通过连续照射进行小孔切断的情况下，虽然可切断的小孔的直径一般为加工部的厚度t×约1.5倍以上，但是，若使作为小孔切断的起点的贯通孔的孔径小到加工部位的厚度t的1/3，则用激光连续照射可切断的小孔直径将减小到加工部的厚度t×约1.3倍。

其结果是，在形成直径从加工部位厚度t的1.3倍至1.5倍的小孔的情况下，现有技术脉冲照射激光，与连续照射相比较，约需要20～30倍的加工时间，而通过将贯通孔孔径做到加工部位厚度t的1/3，即使就直径为从加工部厚度t的1.3倍至1.5倍的小孔而言，也可由连续照射加工，因而可大幅度消减加工时间和加工成本。

本发明第十六方面在第十四方面的基础上，提供激光加工方法，其特征在于，

在0＜t＜12mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C＜85，

在12≤t≤22.76mm的范围时，所述氧浓度C为5.71t-68.52≤C≤-2.19t+111.28，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

其中，P：辅助气体的喷射压(MPa)、t：加工部位的厚度(mm)、C：氧浓度(vol％)。

依照该发明的激光穿孔方法，在使激光连续照射到被加工材料时，一边用所述喷射压P喷射根据被加工材料的加工部位的厚度t用所述数学式计算的氧浓度C的辅助气体，一边进行穿孔，因此，可抑制过度的氧化、燃烧反应，使贯通孔孔径与现有技术相比较减小约50％，相对于加工部的厚度t可容易且可靠地形成约1/5的良好孔径的贯通孔。

另外，由于因所形成的贯通孔孔径小而抑制了从贯通孔飞散的熔渣量，因而，在不监视连续照射的穿孔的自动运行时，加工部位的厚度大约可进行到22mm。

另外，若贯通孔孔径减小至加工部位厚度t的1/5，则可用连续照射激光来切断加工部位厚度t×约1.0倍以上的直径的小孔，进而可大幅度消减加工时间及加工成本。

本发明第十七方面在第十四方面的基础上，提供激光加工方法，其特征在于，

在0＜t＜12.0mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C＜10，

在12.0≤t＜13.3mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C≤-0.255t2+14.5t-127.2

在13.3≤t≤26.33mm的范围时，所述氧浓度C为-0.255t2+14.5t-147.2≤C≤-0.255t2+14.5t-127.2，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

其中，P：辅助气体的喷射压(MPa)、t：加工部位的厚度(mm)、C：氧浓度(vol％)。

依照该发明的激光穿孔方法，通过将氧浓度C及喷射压调节为本发明第五方面所示的范围，就可在各种加工部位的厚度t上容易且可靠地形成孔径基本达到最小的贯通孔。

就各种加工部位的厚度t而言，在使穿孔加工稳定而不发生不良的范围内，若贯通孔孔径基本达到最小的氧浓度C遵照数学式，

则得到辅助气体G的氧浓度C为

在0＜t＜12.0mm的范围时，C＝0，

在12.0≤t≤26.33mm的范围时，C＝-0.255t2+14.5t-137.2，

的关系，若使氧浓度C比该数学式计算出的增大，则虽然使穿孔加工稳定，但是使贯通孔孔径变大，若使氧浓度比该数学式计算出的小，则虽然使贯通孔孔径变小，但是造成穿孔加工不稳定。

另一方面，在考虑到以激光振荡器的性能及材质为主的被加工材料的个体差异、在激光振荡器的尘埃附着等时效等的影响的情况下，通过将辅助气体的氧浓度调节到所述数学式的-10％～+10％，就可加工基本上最小孔径的贯通孔。

本发明第十八方面提供一种加工装置，其利用从喷嘴喷射出的辅助气体覆盖金属制被加工材料的加工部位，通过使激光照射在该加工部位而在所述加工部位进行穿孔，其特征在于，具备有根据所述加工部位的厚度来调节所述辅助气体的氧浓度的调节装置。

依照该发明的加工装置，由于利用调节装置根据金属制被加工材料的加工部位的厚度来调节从喷嘴喷射出的辅助气体的氧浓度来进行穿孔，因而，在加工部位的厚度上可以容易且可靠地形成材料利用率及品质面良好的孔径的贯通孔。

另外，即使在连续照射激光的情况下，也可通过以不产生过度的氧化、燃烧的形式调节辅助气体的浓度，进而可确保因连续照射带来的高生产率，同时，不依靠熟练技术人员也可容易且可靠地进行孔径精度高的贯通孔。

本发明第十九方面提供一种加工装置，利用从喷嘴喷射出的辅助气体覆盖金属制被加工材料的加工部位，通过使激光照射在该加工部位而在所述加工部位进行激光穿孔，其特征在于，具有输入所述加工部位厚度的厚度输入部和调节所述辅助气体的氧浓度的调节装置，所述调节装置，根据从所述厚度输入部输入的所述加工部位的厚度，来自动调节所述辅助气体的氧浓度及喷射压。

依照该发明的加工装置，由于根据从厚度输入部输入的加工部位的厚度t，调节装置不仅自动调节辅助气体的氧浓度，而且根据被加工材料加工部位的厚度t自动调节辅助气体的喷射压，用该氧浓度及喷射压进行穿孔，因此，即使在穿孔进行至被加工材料厚度方向的加工终端附近的情况下，穿孔的喷射能量也可充分到达位于加工前端的加工点，从贯通孔彻底排出熔化物，顺利地进行穿孔加工，抑制自氧化，因此，可根据被加工材料加工部位的厚度t，容易且可靠地形成材料利用率及品质面方面良好的孔径的贯通孔，另外，即使不依靠熟练技术人员也可容易且可靠地形成连续照射带来的高加工效率的穿孔。

本发明第二十方面在第十九方面的基础上，提供加工装置，其特征在于，

在0＜t＜8mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C＜99.9，

在8≤t＜13.5mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C≤-1.65t+111.2，

在13.5≤t≤26.33mm的范围时，将所述氧浓度C调节为5.28t-71.28≤C≤-1.65t+111.2，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

其中，C：氧浓度(vol％)、t：加工部位的厚度(mm)、P：辅助气体的喷射压(MPa)。

依照该发明的加工装置，在使激光连续照射在被加工材料时，一边用喷射压P喷射根据加工部的厚度用所述数学式得到的氧浓度C的辅助气体，一边进行穿孔，因此，可抑制过度的氧化、燃烧反应，使贯通孔孔径比现有技术减小约20％，进而可容易且可靠地形成相对于加工部的厚度t约1/3的良好孔径的贯通孔。

另外，由于所形成的贯通孔孔径小，因而可抑制从贯通孔飞散的熔渣量，其结果是，不必担心因熔渣附着造成的切断差错及由熔渣引起的火灾发生，在不监视加工部厚度t只能达到12mm的因连续照射而进行的穿孔的自动运转，加工部的厚度t可进行至约16mm。

另外，由于通过将喷射压P做到所述的下限以上，从贯通孔内彻底排出熔化物，降低贯通孔内熔化物的残留，因而抑制了向被加工材料的来自熔化金属的热传导的增加、提高加工效率，同时，还抑制了自氧化。另外，由于通过将喷射压P做到所述上限以下，可抑制贯通孔内的过剩的氧化反应和与此相伴随的熔渣飞散量的增加，因而，可提高被加工材料的利用率和加工效率，同时，还可形成所期望的孔径的贯通孔。

另外，若使贯通孔孔径减小至加工部厚度t的1/3，则可用连续照射的激光切断直径达到加工部厚度t的约1.3倍的小孔，其结果是，可大幅度消减加工时间和加工成本。

本发明第二十一方面在第十九方面的基础上，提供加工装置，其特征在于，

在0＜t≤12mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C＜85，

在12≤t≤22.76mm的范围时，将所述氧浓度C调节为5.71t-68.52≤C≤-2.19t+111.28，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

其中，C：氧浓度(vol％)、t：加工部位的厚度(mm)、P：辅助气体的喷射压(MPa)。

依照该发明的加工装置，在使激光连续照射在被加工材料时，一边用喷射压P喷射根据加工部的厚度用所述数学式得到的氧浓度C的辅助气体，一边进行穿孔，因而，可抑制过度的氧化、燃烧反应，使贯通孔孔径比现有技术减小约50％，进而可容易且可靠地形成相对于加工部的厚度t约1/5的良好孔径的贯通孔。

另外，由于因所形成的贯通孔孔径小而抑制从贯通孔飞散的熔渣量，因此，在不监视由连续照射进行的穿孔的自动运转时，加工部位厚度t可进行至约22mm。

另外，若使贯通孔孔径减小至加工部厚度t的1/5，则可用连续照射的激光切断直径达到加工部厚度t的约1.0倍的小孔，进而可大幅度消减加工时间和加工成本。

本发明第二十二方面在第十九方面的基础上，提供加工装置，其特征在于，

在0＜t＜12.0mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C＜10，

在12.0≤t＜13.3mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C≤-0.255t2+14.5t-127.2

在13.3mm≤t≤26.33mm的范围时，将所述氧浓度C调节为-0.255t2+14.5t-147.2≤C≤-0.255t2+14.5t-127.2，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

其中，C：氧浓度(vol％)、t：加工部位的厚度(mm)、P：辅助气体的喷射压(MPa)。

依照该发明的加工装置，通过将氧浓度C及喷射压P调节到所述范围，可在各种加工部位厚度t上容易且可靠地形成孔径基本达到最小的贯通孔。

依照本发明的激光穿孔方法及加工装置，能够抑制过度的氧化反应，且能够以高效率且高精度形成所期望的孔径的贯通孔，进而可消减制造成本。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的贯通孔加工的图，是表示喷嘴位于加工起点的情况的图；

图2是表示本发明第一实施方式的加工装置的构成的示意图；

图3是表示本发明第一实施方式的贯通孔加工的流程的图；

图4是表示本发明第一实施方式的激光穿孔加工中使喷嘴偏移的情况的图；

图5是表示本发明第一实施方式的激光割炬的轨迹的图，图5A表示包含圆的移动轨迹的情况，图5B表示包含三角形的移动轨迹的情况，图5C表示包含多边形的移动轨迹的情况；

图6是表示本发明第一实施方式的喷嘴偏离开溶池中心的情况下辅助气体的压力分布的图，图6A为平视图，图6B为侧视图；

图7表示本发明的辅助气体的压力分布的图；

图8是表示本发明第一实施方式的激光割炬的移动轨迹的图，是喷嘴沿着包含往复移动的轨迹移动时的实例；

图9是表示本发明第一实施方式的激光割炬的移动轨迹的图，是喷嘴沿着Z字形移动时的实例；

图10是表示本发明第一实施方式的贯通孔加工的效果的图；

图11是表示本发明第二实施方式的加工装置的构成的示意图；

图12是表示本发明第二实施方式的辅助气体氧浓度与贯通孔孔径的关系的图；

图13是表示本发明第二实施方式的板厚与辅助气体氧浓度的关系的图；

图14是表示本发明第二实施方式的板厚与辅助气体氧浓度的关系的图；

图15是表示本发明第二实施方式的板厚与辅助气体氧浓度的关系的图；

图16是表示本发明第二实施方式的被加工材料的板厚与辅助气体喷射压的关系的图；

图17是表示现有技术的激光加工装置的喷嘴部的示意图。

符号说明

H：贯通孔

L1、L2：激光

t：板厚(加工部位的厚度)

OH：贯通孔的轴线

G：辅助气体

W：钢板(金属制被加工材料、加工部位)

C：氧浓度

1、200：加工装置

2：激光割炬

3、247：喷嘴

10：穿孔控制部(控制装置)

11：喷嘴移动控制部

20、211：氧浓度调节部(氧浓度调节装置)

31a、231：板厚输入部

40：除渣控制部(除渣装置)

60：溶池

64：熔化物

210：穿孔调节部(调节装置)

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的第一实施方式。

图1是表示加工第一实施方式的激光割炬2及贯通孔H的状态的图，激光割炬2具备有喷嘴3和聚光透镜6，喷嘴3形成为圆筒状，穿过聚光透镜6的激光L1被聚光，作为激光L2从喷射孔3b发生照射。

另外，使激光L2的光轴与喷嘴3构成同轴而共有轴线O1，同时，轴线O1与从喷嘴3喷射出的辅助气体G的压力分布的中心轴OG形成同轴。

通过经由导入通道4将辅助气体导入喷嘴3，从喷射口3b喷射，使被照射的激光L2熔化、蒸发的被加工材料W因氧化反应而燃烧。

在该实施方式中，由于在被加工材料W上，使贯通孔加工时的加工起点与贯通孔H的中心位置基本一致，穿过贯通孔H的中心并在贯通孔H延长的方向延伸的轴线OH穿过加工起点，所以，可在被加工材料W的表面上特定加工起点。

另外，图1是表示照射激光L2并刚开始加工贯通孔H后的喷嘴3的图，使喷嘴3的喷射口3b面向被加工材料W并喷射辅助气体G，由辅助气体G覆盖被加工材料W的加工部位，同时，照射激光L2使被加工材料W熔化、蒸发。此时，通过熔化被加工材料W，形成溶池60，通过辅助气体G氧化、燃烧，另外，利用辅助气体G的喷射流除去熔化物。另外，熔化、蒸发被加工材料W，使被氧化、燃烧的物质形成熔渣，作为熔化物贮积于溶池60内部，或者被辅助气体G的喷射流附着于被加工材料W的贯通孔H的周围。

图2是本发明的第一实施方式的加工装置的示意图，符号1表示加工装置，符号2表示激光割炬，符号10表示穿孔控制部(控制装置)。

加工装置1具备：激光割炬2、穿孔控制部10、加工数据输入部30、氧气供给源41、氮气供给源43、激光振荡器45、使设置于激光割炬2的喷嘴3的喷射口的位置在三维空间的XYZ坐标方向(就本实施方式而言是以被加工材料的表面为XY坐标方向、以Z坐标为高度方向)移动的XYZ工作台等的驱动构件80。

另外，加工数据输入部30具备：板厚输入部(厚度输入部)31a、贯通孔尺寸输入部31b、贯通孔加工条件输入部31c、压力模式输入部31d、除渣模式输入部31e。

穿孔控制部10具备：处理部12、数据平台13、喷嘴移动控制部11、氧浓度调节部(氧浓度调节装置)20、除渣控制部(除渣装置)40，根据从加工数据输入部30输入的输入数据，确定最佳加工条件并驱动驱动构件80，使激光割炬2在三维空间的XYZ方向移动，使喷嘴3的喷射口3b的位置移动，同时，经由导入通道4将辅助气体G提供给喷嘴3。

处理部12及数据平台13具备：分担喷嘴移动控制部11、氧浓度调节部20、除渣控制部40的处理部12a、12b、12c；数据平台13a、13b、13c。

另外，在该实施方式，辅助气体G通过对由氧气供给源41及氮气供给源43供给的氧气及氮气的量进行调节及混合，成为适于加工所期望的贯通孔孔径的贯通孔H的氧浓度C，另外，根据需要，能够从喷嘴3喷射辅助气体G，用于除去堆积在贯通孔H周围的被加工材料W表面的熔渣。

喷嘴移动控制部11具备：处理部12a、数据平台13a、对驱动构件80进行驱动并控制激光割炬2的X坐标位置的X驱动器16a、控制Y坐标位置的Y驱动器16b、控制Z坐标位置的Z驱动器16c，处理部12a经由传输线15a、15b、15c向X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c发送指示信号，X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c经由传输线17a、17b、17c向驱动构件80提供用于使X坐标位置、Y坐标位置、Z坐标位置移动的电力。

处理部12a能够根据由加工数据输入部30输入发送的关于板厚t的数据、关于贯通孔孔径d1的数据等，经由信号传输线14从数据平台13a取得为了在进行穿孔的板厚t的钢板W上得到所期望的贯通孔孔径的最佳的数据，例如激光割炬2(即喷嘴3的轴线O1及混合气体G的压力分布的中心轴OG)的偏心量、激光割炬2偏移时的速度、旋转次数、旋转速度等，并对X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c发出指令。

在此，所谓的使激光割炬2移动，是指使喷嘴3的轴线O1及混合气体G的中心轴OG移动的意思。

另外，驱动构件80与激光割炬2机械性连接，通过驱动驱动构件80，能够使割炬2(及喷嘴3)在XYZ坐标方向移动。

就第一实施方式而言，数据平台13a上储存有从加工数据输入部30的穿孔加工条件输入部31c输入的、与板厚t及贯通孔孔径d1相对应的激光割炬2的移动轨迹的形式，例如储存有下述数据，即(1)作为构成旋转控制装置的数据的、旋转轨迹(圆形或者多边形及其大小)、割炬速度和旋转次数和旋转速度等，(2)作为构成往复控制装置的数据的、包含往复移动的轨迹(往复的行程等)、割炬速度、往复移动等的次数，(3)作为构成Z字形控制装置的数据的、Z字形移动((例如往复移动和垂直于该往复移动的方向的移动的组合)中的往复的行程、垂直的方向的移动量等)、割炬速度、往复移动等的次数等。

在此，(2)、(3)中的激光割炬2的往复移动，虽然是以偏置的激光割炬2经由往复行程返回到加工起点时作为一次，但在贯通孔加工过程中激光割炬2的移动时，也可以不返回到与加工起点相对应的位置。因此，将从加工起点向往复行程的某个端部的移动，从某个端部返回到加工起点时的往复次数分别规定为1/4次。

另外，数据平台13a可储存有其它的移动轨迹，例如包含有在Z字形移动时使激光割炬2按Z字形移动之类的情况。

通过根据从加工数据输入部30的板厚输入部31a、贯通孔尺寸输入部31b输入的数据，使激光割炬2在三维空间的X坐标方向、Y坐标方向移动，就能够使从喷嘴3的喷射口3b喷射出的辅助气体G的中心轴OG移动，使施加在溶池60开口部61的辅助气体G压力分布偏离加工起点，使溶池60的开口部61中的辅助气体G的压力分布与溶池60的中心形成不对称，造成溶池60的开口部中的压力均衡不平衡。

氧浓度调节部(氧浓度调节装置)20具备处理部12b、数据平台13b、氧气流量调节线路21a、氮气流量调节线路21b、混合器24、压力调节阀25，处理部12b分别通过信号传输线26a、26b、28与数据平台13b、氧气流量调节线路21a、氮气流量调节线路21b、压力调节阀25连接。

另外，数据平台13b上储存有用于使氧气流量调节线路21a、氮气流量调节线路21b及压力调节阀25得到规定的氧浓度及喷射压的辅助气体G的控制数据。

另外，氧气流量调节线路21a及氮气流量调节线路21b分别连接于氧气供给源41及氮气供给源43，氧气供给源41及氮气供给源43分别储藏有液态氧及液态氮，同时，能够使这些液态氧及液态氮气化提供给氧气流量调节线路21a及氮气流量调节线路21b。

氧气流量调节线路21a具备质量流调节器27a和配管，同时，连接于氧气供给源41与混合器24之间，能够利用质量流调节器27a调节从氧气供给源41经过配管提供的氧气的流量。

氮气流量调节线路21b具备质量流调节器27b和配管，连接于氮气供给源43与混合器24之间，能够利用质量流调节器27b调节从氮气供给源43经过配管提供的氮气的流量。

由质量流调节器27a、27b进行流量调节的氧气及氮气，提供给混合器24，进行混合，生成为规定的氧浓度的辅助气体G，再经由导入通道4供给到喷嘴3。

另外，根据需要，例如为了在喷嘴3得到规定的喷射压P的辅助气体G，通过来自处理部12a的控制数据由压力调节阀25调节为与喷射压相对应的规定的压力。在本实施方式中，喷嘴3具备有相对于喷射口充分大的容积的辅助气体G的贮藏部，喷射口的辅助气体G的喷射压P能够保持在与从压力调节阀25供给的辅助气体G的压力基本相同。

该实施方式中，控制氧气流量调节线路21a以及氮气流量调节线路21b的控制数据由质量流调节器27a、27b的开度数据构成。

另外，根据需要，在将与辅助气体的压力调节有关的指令输入到压力模式输入部31d时，处理部12a为了根据来自压力模式输入部31d的信号，从喷嘴3喷射出与从板厚输入部31a输入的被加工材料W的加工部位厚度t相适应的喷射压P的辅助气体G，而从数据平台13取得用于使与喷射压P相适应的压力的辅助气体G经由压力调节阀25供给到喷嘴3的控制数据，同时，通过信号传输线28向压力调节阀25发出指令。

除渣控制部(除渣装置)40具备有处理部12c、数据平台13c、X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c，其中处理部12a能够向X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c发送信号，同时，X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c能够向驱动构件80提供电力。

另外，数据平台13c储存有偏离贯通孔H的轴线OH的距离(在该实施方式为(圆轨迹的直径d2)的二分之一)、距被加工材料W的表面的高度、喷嘴的旋转速度、旋转次数及旋转轨迹等控制数据。

加工数据输入部30具备有板厚输入部31a、贯通孔尺寸输入部31b、贯通孔加工条件输入部31c、压力模式输入部31d、除渣模式输入部31e，它们分别通过数据平台33a、33b、33c、33d、33e连接到处理部12。

板厚输入部31a能够输入被加工材料W的例如与钢板(金属制被加工材料)W的板厚(加工部的厚度)t有关的数据。

贯通孔尺寸输入部31b能够输入在用于穿孔加工的加工数据中与钢板W的板厚t相对的贯通孔孔径d1的数据。

贯通孔加工条件输入部31c，能够输入在贯通孔加工时用于使激光割炬2移动的例如下述数据，即(1)作为构成旋转控制装置的数据的旋转轨迹(圆形或者多边形及其大小)、割炬速度和旋转次数、旋转次数和旋转速度等，(2)作为构成往复控制装置的数据的包含往复移动的轨迹(往复的行程等)、割炬速度、往复移动等的次数，(3)作为构成Z字形控制装置的数据的Z字形移动((例如往复移动和垂直于该往复移动的方向的移动的组合)中的往复的行程、垂直的方向的移动量等)、割炬速度、往复移动等的次数等。

压力模式输入部31d，为了在穿孔加工时将加工过程中的贯通孔内的熔化物排出到贯通孔的外部以不残留熔化物，而使供给到喷嘴3的辅助气体G的供给压力变高(低)，在用高(低)的喷射压P从喷嘴3喷射辅助气体G时，能够输入指令，对处理部12发送指令数据。

除渣模式输入部31e输入在穿孔加工后是否使除渣控制部工作的指令。

下面，说明第一实施方式的加工装置1的作用。在此，以图5A所示的包含圆的旋转移动轨迹71的情况为例进行说明。

(喷嘴移动控制部)

首先，利用未图示的操作部使激光割炬2在由垂直于沿着钢板W的面的两个方向定义的X坐标、Y坐标方向移动，到达贯通孔H的加工预定位置(相当于加工起点)停止。

然后，设定贯通孔加工条件，向加工数据输入部30的板厚输入部31a、贯通孔尺寸输入部31b输入板厚t、贯通孔孔径d1的数据。(图3步骤S1)

这时，由人向贯通孔加工条件输入部31c直接输入与旋转移动、包含往复的移动、Z字形移动等有关的数据，可以手动控制。

向板厚输入部31a、贯通孔尺寸输入部31b输入的与板厚t、贯通孔孔径d1有关的数据分别通过数据平台33a、33b发送到处理部12。

处理部12a将由板厚输入部31a、贯通孔尺寸输入部31b发送的与钢板W的厚度t及贯通孔孔径d1有关的数据发送到数据平台13a，从数据平台13a获得与该板厚t及贯通孔孔径d1相对应的与喷嘴位置控制有关的数据。(图3步骤S2)

处理部12a，作为从数据平台13a获得的数据，例如在使激光割炬2旋转移动的情况下，就相当于激光割炬2的轴线O1的旋转轨迹(例如参照图5A)、偏移的量、旋转速度、旋转次数等。

处理部12根据从数据平台13获得的这些数据，计算用于使驱动构件80移动的时间、位置信息，将启动开关(未图示)置于ON开始贯通孔加工，将此计算结果通过信号传输线15a、15b、15c发送到X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c，启动各驱动器。

在该第一实施方式的说明中，X驱动器16a、Y驱动器16b使驱动构件80在X坐标方向、Y坐标方向移动并使激光割炬2的轴线O1绕加工起点旋转移动。

若将启动开关置于ON，则启动激光振荡器45，照射激光L1，所照射的激光L1经由未图示的光路导入聚光透镜6，穿过聚光透镜6聚光为L2照射在钢板W。

此时，辅助气体G在激光L1的照射之前被导入激光割炬2的喷嘴3内，从喷嘴3前端的喷射孔3b向钢板W的加工部位喷射辅助气体G，在喷嘴3与钢板W之间形成辅助气体G的覆盖。

从激光割炬2发出的激光L2的照射，在来自喷嘴3的辅助气体G的喷射开始，开始贯通孔加工的同时，启动激光割炬2的旋转控制(旋转控制装置)。(图3步骤S3)

激光L2照射在覆盖有辅助气体G的钢板W，对钢板W进行加热、熔化。通过熔化钢板W，在加工起点形成溶池60，熔化了的熔化物64滞留在溶池60内。

此时，熔化物64由于辅助气体G及辅助气体G的覆盖而被氧化、燃烧。

该熔化、氧化反应一直持续到之后使贯通孔H贯通为止。

若开始喷嘴旋转控制，则激光割炬2根据来自处理部12b的指令使激光割炬2开始移动。(图3步骤S4)

在绕着该旋转移动轨迹71移动的情况下，从加工起点偏离只有与绕加工起点旋转的圆的半径相当的距离，如图4所示，激光割炬的轴线O1偏离加工起点进行贯通孔加工。(图3步骤S51))

连续进行绕加工起点按规定的旋转次数N的圆周运动。(图3步骤S52)、3))

再返回到加工起点。(图3步骤S54))

在绕着该旋转移动轨迹71移动的情况下，激光割炬2的轴线O1，在溶池60的范围内，首先，沿着直线71a移动偏离加工起点，再沿着圆轨迹71b绕加工起点旋转。

有时根据处理部12的指令使旋转进行多次，若旋转结束，则沿着直线71c返回到加工起点。

若是圆周轨迹的情况，其直径d2例如优选直径0.1～10mm。

其间，激光割炬2从喷嘴3喷射辅助气体G，同时，连续照射激光L2，贯通孔H的贯通能够在激光割炬2返回到加工起点以前结束。

激光割炬2的旋转所需要的时间T(SEC)、旋转次数N(次)、旋转速度V(mm/min)、描绘出的圆周轨迹的直径d2(mm)的关系表示如下：

T(sec)＝((d2)+πN(d2))/(V/60)

T(sec)可以是该激光割炬2贯通板厚t(mm)的钢板W的贯通孔H所需要的时间以上。

该实施方式中，偏移量为圆周轨迹的半径(d2)/2。

通过使激光割炬2的喷嘴3的中心轴线O1，即辅助气体G的压力分布的中心轴OG偏离加工起点，并绕加工起点旋转，如图6A、图6B所示，就使辅助气体G的压力分布的中心轴OG偏离开在溶池60的开口部61的中心即加工起点，其结果是，由于辅助气体G的压力分布不与溶池60的中心即加工起点同心，而是与加工起点非对称偏离，因而，使溶池60的开口部61的辅助气体G的压力均衡失衡，产生压力高的部分61s和压力低的部分61w。

图7是表示在压力分布的中心的压力约0.0255(MPa)的辅助气体G的压力分布的实例，即使就该压力分布而言，激光割炬2的轴线O1和加工起点例如若偏离0.25mm，将产生0.0015MPa的压力差。

据分析，辅助气体G的压力分布与溶池60的中心即加工起点同心时，辅助气体G的压力将以溶池60的盖的形式起作用，熔化物64稳定地保持在溶池60内，而通过使辅助气体G的压力分布的均衡不平衡产生压力高的部分61s和压力低的部分61w，由溶池60的开口部61的位置使施加于熔化物64的压力产生大的差别，使熔化物64从61s侧移动到61w侧促进向溶池60外的排出。被排出的熔化物64作为熔渣等堆积物65附着于钢板W的表面。

其结果可推断为，在辅助气体G偏离(也包含旋转中的偏离)溶池60的中心即加工起点期间，通过抑制熔化物64在溶池60内的贮积，抑制过度的氧化反应及燃烧，因而可抑制贯通孔H的扩径进而可形成小孔径的贯通孔H。

另外，因为激光割炬2绕家童工起点旋转，所以由于从溶池60排出的熔化物64分散并排出在溶池60的周围，因此从被排出的熔化物64释放出的热不会集中于一个地方，抑制了在贯通孔H的周围的钢板W的局部性过热、过度的氧化反应，进而可抑制贯通孔孔径d1的扩大。

其结果是，在连续照射激光的情况下，既可确保因连续照射带来的高生产率，又可容易且可靠地形成孔径精度高的贯通孔。

在上述第一实施方式，虽然对激光割炬2绕加工起点描绘出的旋转移动的轨迹为包含圆的旋转移动轨迹71的情况做了说明，但是，如图5B所示，激光割炬2描绘出的轨迹也可以为，沿着直线72a偏离加工起点，然后，一边沿着直线72b、72c、72d画三角形一边移动，旋转(有时是多次)结束之后，沿着直线72e，包含返回加工起点的三角形的旋转移动轨迹72。

另外，如图5C所示，激光割炬2沿着直线73a偏离加工起点，然后，沿着直线73b、73c、...，一边画N边的多边形一边移动，旋转(有时是多次)结束之后，也可应用于沿着直线73n+2，包含返回加工起点的多边形的旋转移动轨迹73。

另外，如图8所示，使激光割炬2所描绘出的轨迹可以为，沿直线75a偏离加工起点，然后，沿直线75b、75c、75d按st1的行程往复移动，或者边描绘出包含这样的往复移动的轨迹边移动的包含往复移动的轨迹75。

另外，如图9所示，激光割炬2所描绘出的轨迹可以为，沿直线76a偏离加工起点，然后沿着直线76b、76c、...76n以st2的行程往复移动，同时，在与往复移动的方向相垂直的方向以每一往复的移动量M移动的Z字形移动的移动轨迹76。

在Z字形移动中，例如还能够使每一往复的移动在往复移动的方向以90度以外的规定角度移动或Z字形移动。

如上所述，在使激光割炬2按照包含往复移动的移动轨迹75及Z字形移动的移动轨迹76移动的情况下，不一定将使激光割炬2返回到与加工起点相应的位置作为必要条件。

依照上述第一实施方式的激光穿孔方法及加工装置，通过使激光割炬2偏离加工起点，例如边描绘出圆周轨迹边旋转移动，在溶池60的开口部61使溶池60内的熔化物64从辅助气体G压力高的部分61s向辅助气体G的压力低的部分61w移动，其结果是，溶池60的熔化物64分散并排出到溶池60的圆周方向，用短时间排出溶池60内的熔化物64，其结果就是可抑制熔化物64的氧化并减小贯通孔孔径d1。

(氧浓度控制部)

首先，处理部12b从板厚输入部31a、贯通孔尺寸输入部31b提取与进行钢板W的贯通孔加工的板厚t(加工部位的厚度)及贯通孔孔径d1有关的数据。

根据所输入的钢板W的板厚t及贯通孔孔径d2，判断是否需要调整从喷嘴3喷射的辅助气体G的氧浓度C，在需要调整氧浓度C的情况下，根据钢板W的厚度t用下述数学式(1)～(3)来确定辅助气体G的氧浓度C

在0＜t＜8mm的范围时，氧浓度C为0＜C＜99.9...(1)

在8≤t＜13.5mm的范围时，氧浓度C为0＜C≤-1.65t+111.2...(2)

在13.5≤t≤26.33mm的范围时，氧浓度C为5.28t-71.28≤C≤-1.651+111.2...(3)

其中，C为氧浓度(Vol％)，t为加工部位的厚度(mm)。

另外，也可以根据需要从压力模式输入部31d输入与从喷嘴3喷射的辅助气体G的喷射压P有关的指令，在基于上述数学式(1)～(3)进行贯通孔加工时，用于贯通孔加工的辅助气体G的喷射压P，优选做下述规定，即

在0＜t＜13mm的范围时，辅助气体的喷射压P为0.015≤P≤0.05...(4)

在13≤t≤26.33mm的范围时，辅助气体的喷射压P为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024...(5)

另外，若将辅助气体的喷射压设定如下

在0＜t＜13mm的范围时，P＝0.03...(6)

在13≤t≤26.33mm的范围时，P＝0.002t+0.004...(7)

其中，P为辅助气体G的喷射压(MPa)，t为钢板W的厚度(mm)

则基本可彻底排除溶池60内的熔化物64，减小贯通孔孔径d1，故而优选之。

接着，处理部12b通过信号传输线14从数据平台13分别取得用上述数学式计算(运算)出的与辅助气体G的氧浓度相对应的质量流调节器27a、27b的开度数据及用于得到计算出的辅助气体G的喷射压P的该压力调节阀25的控制数据，再通过信号传输线26a、26b、28发送到质量流调节器27a、27b及压力调节阀25。

质量流调节器27a、27b根据处理部12b发送的开度数据来开闭控制流路的开度，将形成所期望的氧浓度的辅助气体G所需要的量的氧气及氮气从氧气供给源41及氮气供给源43供给混合器24。

供给到混合器24的规定量的氧气及氮气，被混合器24混合做成规定的氧浓度的辅助气体G并供给到喷嘴3，从喷嘴3的喷射孔3b喷射到钢板W，同时，使激光L2照射在钢板W进行穿孔。

在该情况下，不仅在脉冲照射激光L2时，即使在连续照射时也可以通过调整辅助气体G的氧浓度使不产生过度氧化、燃烧，从而高效地形成贯通孔H。

这种情况下，压力调节阀25受处理部12b发送的控制数据的控制，提供到喷嘴3的辅助气体G形成所期望的喷射压P。

依照上述第一实施方式的激光穿孔方法及加工装置1，由于根据钢板W的板厚t来确定从喷嘴3喷射的辅助气体G的氧浓度C，用该氧浓度C进行贯通孔加工，因而抑制了钢板W过度的氧化、燃烧，减少熔渣量，因此，就各种钢板W的板厚t而言，在材料利用率及品质方面可容易且可靠地形成更小孔径的贯通孔H。

另外，通过调节辅助气体G的氧浓度，即使在连续照射激光的情况下，也可既控制过剩的氧化、燃烧，确保由连续照射带来的高生产率，又容易且可靠地形成孔径小的贯通孔。

(除渣控制部)

首先，在贯通孔加工后确定是否进行除渣工作，若需要，则在贯通孔加工后选择除渣工作，将指令输入除渣模式输入部31e。

从除渣模式输入部31e输入信号，通过数据传输线33e发送到处理部12c。

处理部12c，将与从板厚输入部31a、贯通孔尺寸输入部31b发送的钢板W的板厚t及贯通孔孔径d1有关的数据发送到数据平台13c，从数据平台13c接收适于所加工的贯通孔H的孔径及其贯通孔H的除渣的与喷嘴3的位置及工作有关的数据。

处理部12c，作为从数据平台13c接收的与位置及工作有关的数据，例如相当于离开贯通孔H的轴线OH的距离及距钢板W表面的高度、喷嘴3的旋转速度、旋转次数、旋转轨迹(包括与轴线OH或者距贯通孔H的边缘的距离有关的信息等)等。

处理部12c，根据从数据平台13c接收的这些数据，计算出用于使驱动构件80移动的时间、位置信息，同时，将此运算结果通过信号传输线15a、15b、15c发送到X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c，来驱动各驱动器。

X驱动器16a、Y驱动器16b、Z驱动器16c，对驱动构件80进行驱动使激光割炬2(喷嘴3)移动。

工作顺序如下。

将激光割炬2配置在规定的位置，例如配置于加工起点。

除渣控制在自动运转中接着贯通孔加工而自动启动的。另外，除渣控制也可以通过将启动开关置于ON用手动进行。

激光割炬2由Z驱动器16c提升至规定的高度。

然后，从激光割炬2发射出激光L2，同时，从喷嘴3喷射出辅助气体G。

在此，也可以同时进行激光割炬2的提升、激光L2的照射及辅助气体G的喷射。

然后，利用X驱动器16a、Y驱动器16b来驱动驱动构件80，并将激光割炬2移动至其轴线01距贯通孔H的边缘规定距离的位置。

接着，利用X驱动器16a、Y驱动器16b驱动驱动构件80，使激光割炬2在贯通孔H周围的钢板W表面的上方旋转，同时，利用激光L2边加热堆积的熔渣边使其熔化，同时利用辅助气体G将被辅助气体G氧化、燃烧、熔化、氧化的熔渣除掉。

在规定的旋转次数期间内，若在加工起点周围旋转，则结束激光L2的照射和辅助气体G的喷射，返回到加工起点，结束除渣控制。

在第一实施方式，虽然与辅助气体G的流量、压力有关的数据使用的是储存在数据平台13c的数据，但也可以在处理部12c运算。

另外，优选的是，与贯通孔H相对的激光割炬2的轴线O1从贯通孔H的边缘，例如在直径方向向外位于0(相当于贯通孔H的边缘)～3.0mm的钢板W表面的上方。

在连续照射的激光输出为6kW、钢板W的板厚t为22mm的情况下，

喷嘴3距钢板W的表面的高度为：50mm，辅助气体的喷射压P为：0.1MPa，激光割炬2的轴线O1描绘出的圆周轨迹的位置位于：相对于贯通孔孔径d1＝4.5mm的贯通孔，距贯通孔的轴线OH半径4.25mm的位置，即，在使轴线O1在贯通孔孔径的径向外2mm移动、旋转的时候，得到了良好的结果。

根据上述第一实施方式的激光加工方法及加工装置1，在贯通了贯通孔H之后，使激光割炬2(喷嘴3)在贯通孔H周围的被加工材料表面的上方移动，照射激光使堆积的熔渣再熔化，就易于从被加工材料W的表面剥离，另外，由于在熔渣易于燃烧的状态下边从喷嘴3喷射辅助气体G边绕贯通孔H旋转，因而可容易且有效地除掉形成于贯通孔H周围的贯通孔H开口部附近的被加工材料表面的熔渣，其结果是，可加工高品质的贯通孔H。

另外，由于使喷嘴3在贯通孔H周围旋转，从近距离对熔渣喷射辅助气体G，因而，可用小的流量可靠地进行熔渣的去除，其结果是，可大幅度消减加工时间和加工成本。

而该发明并非仅局限于上述第一实施方式，在不超出发明的宗旨的范围内，可进行各种变更。

在上述实施方式，虽然说明的是对钢板W连续地照射激光L2的情况，但所照射的激光L2也可以脉冲照射，特别是就90％以上能率的脉冲照射而言，可得到与连续照射时基本相同的效果。

另外，在上述第一实施方式，虽然说明的是激光割炬2的移动控制以及辅助气体G的氧浓度的调节与组合的情况，但无论怎样调节与组合辅助气体G的氧浓度都可任意地设定激光割炬2的移动控制。

另外，在上述第一实施方式，说明了激光割炬2绕贯通孔的中心做圆形旋转的情况，但是，激光割炬2的前端所画的形状并非仅局限于圆周，也可以做成三角形、四边形等多边形，或者沿包括往复移动的移动及Z字形移动。

在上述第一实施方式，说明了被加工材料W为钢板的情况，但是，本发明的方法及加工装置1所适用的被加工材料W并非仅限于厚度t同样的板材，而是既可以是加工部位的厚度t与其周围的厚度不同的形状，也可以是不锈钢、铝、铜、钛等其他金属或者由它们的合金构成的材料。

另外，作为构成辅助气体G的气体的一部分，也可以使用惰性气体例如氩、氦等。

另外，作为对辅助气体G的氧浓度C进行特别指定的数学式，举例表示了(1)～(3)，但是，加工装置1也可以具备根据该数学式之外的数学式的控制模型并应用于贯通孔加工。另外，应用于不具备控制部的加工装置，也可以通过使用了设置于质量流调节器27a、27b等的刻度、齿轮、连杆构成等的开度调节装置，来控制氧浓度、喷射压P。

另外，在上述第一实施方式，所说明的情况是，基于输入到加工数据输入部30的板厚等数据，根据被加工材料W的板厚t，由处理部12运算激光割炬2描绘出的轨迹及旋转次数，并从数据平台13取得控制数据，进而使激光割炬2移动，但是，也可以是基于输入来的板厚t等信息处理部12a直接计算控制数据，并根据该结果使激光割炬2移动。

尽管说明的情况是由处理部12b运算辅助气体G的氧浓度并从数据平台13b取得控制数据，进而控制质量流调节器27a、27b，但是，也可以基于输入的板厚t等信息直接计算出控制数据来调节氧浓度C、喷射压P。

在此，还实施了对本发明的第一实施方式的贯通孔加工的效果的验证试验。

图10所示的，是激光割炬2绕加工起点描绘的旋转移动的轨迹为包含圆周的旋转移动轨迹71的情况的验证结果，F、J、K分别表示比较例1、实施例1、实施例2，分别在板厚t为6mm、9mm、12mm、16mm、19mm的钢板上利用激光加工装置照射激光，同时，还表示从喷嘴喷射辅助气体加工贯通孔时的钢板W的板厚t(mm)与贯通孔孔径d1的关系。

激光加工装置的加工条件如下。

(1)激光加工装置的照射方式、输出：连续照射、2.5kw

(2)从钢板W至喷嘴开口部的距离：6mm

这一点在实施例1、实施例2及比较例1都是相同的。

实施例1，在对钢板的穿孔加工开始后，使激光割炬2的轴线O1偏离加工起点，然后，边绕加工起点画圆周轨迹边旋转规定的旋转次数N(次)，再返回加工起点，加工贯通孔。

实施例2在实施例1的加工条件的基础上，将辅助气体G的氧浓度C调整为52.6(vol％)加工贯通孔。

比较例1也在贯通孔H的加工开始后使激光割炬2的轴线O1一直与加工起点相一致，加工贯通孔。

另外，与钢板的厚度t相对应的加工条件如下面的表1所示，割炬的速度、旋转次数、圆周轨迹的直径d2是与实施例1、实施例2有关的加工条件。

加工条件

表1

钢板的厚度t	割炬的速度	旋转次数	圆周轨迹的直径	辅助气体压力
					6mm	1500mm/min	1次	0.5mm	0.04MPa
9mm	500mm/min	2次	2.0mm	0.04MPa
					12mm	500mm/min	5次	4.0mm	0.04MPa
16mm	1500mm/min	5次	4.0mm	0.23MPa
					19mm	1500mm/min	5次	4.0mm	0.23MPa

(验证结果)

上述加工条件中加工的实施例1、实施例2、比较例1的贯通孔孔径d1，如表所示。

表2

钢板的厚度t	实施例1	实施例2	比较例1
				6mm	2.2mm	2.2mm	4.1mm
9mm	3.3mm	3.2mm	4.4mm
				12mm	3.4mm	3.3mm	4.8mm
16mm	7.1mm	4.5mm	8.7mm
				19mm	6.5mm	5.2mm	9.7mm

如上所述，可以确认，实施例1、实施例2都在所有的钢板的厚度6mm、9mm、12mm、16mm、19mm有相对于比较例1的效果。

另外，对实施例1和实施例2进行比较，实施例2在板厚t为从6mm至12mm的范围变化小，在板厚t为16mm、19mm变化大(缩小率最大约37％)，可以确认，通过调节辅助气体的浓度具有更有效的效果。

另外，同样地，应用了板厚22mm的钢板的实施例3、实施例4、比较例2的验证结果如下。

激光加工装置的加工条件如下。

(1)激光加工装置的照射方式、输出：连续照射、6.0kw

(2)从钢板W至喷嘴开口部的距离：4mm

实施例3、实施例4的加工条件为，在对钢板的穿孔加工开始后，使激光割炬2的轴线O1偏离加工起点，以割炬的速度为150mm/min、旋转次数为2次、圆周轨迹的直径d2为0.5mm，边绕激光加工起点画圆周轨迹边旋转，再返回到加工起点，加工贯通孔。另外，实施例4在实施例3的加工条件基础上，将辅助气体G的氧浓度C调整为52.6(vol％)，加工贯通孔。

作为实施例3、实施例4、比较例2共同的加工条件，是将辅助气体的喷射压P设为喷射压0.04MPa。

(验证结果)

在上述加工条件下加工的实施例3、实施例4、比较例2的贯通孔孔径d1如下面的表3所示。

表3

钢板的板厚t	实施例3	实施例4	比较例2
				22mm	6.2mm	4.5mm	7.6mm

如上所述可确认，实施例3、实施例4都有相对于比较例2的效果。

另外，在实施例4与实施例3的比较中也具有大的变化(缩小率约为28％)，可以确认，通过调整辅助气体的氧浓度具有更有效的效果。

接着，表示在第一实施方式，使激光割炬2相对于板厚22mm的钢板，边沿着包含往复移动的移动轨迹75及Z字形轨迹移动边加工贯通孔的情况的验证结果。以使激光割炬2沿移动轨迹75移动的情况作为实施例5，以使激光割炬2沿移动轨迹76移动的情况作为实施例6。

实施例5、实施例6的激光加工装置的加工条件如下。

(1)激光加工装置的照射方式、输出：连续照射、6.0kw

(2)自钢板W至喷嘴开口部的距离：6mm

(3)割炬的速度：600mm/min、辅助气体的喷射压：0.35MPa

(3)实施例5中的激光割炬2的包含往复移动的轨迹中，往复移动的行程st1：0.5mm，往复次数：5次

(4)实施例6中的激光割炬2的Z字形移动轨迹中，往复移动方向的行程st2：0.5mm，往复次数：5次，与往复移动方向垂直的方向的一次往复移动的移动量M：0.2mm

而比较例2采用了与上述的实施例3、实施例4有关的条件。

验证结果

上述加工条件下的实施例5的贯通孔孔径d1如下面的表4所示。

表4

钢板的厚度t	实施例5	比较例2
			22mm	3.5mm	7.6mm

另外，上述加工条件下的实施例6的贯通孔孔径d1如下面的表5所示。

表5

钢板的厚度t	实施例6	比较例2
			22mm	3.5mm	7.6mm

如上所述，确认了上述实施例5、实施例6相对于比较例2得到了很大的效果。

下面，参照附图来说明该发明的第二实施方式。

图11是该发明的加工装置的示意图，其中符号200表示加工装置，符号210表示调节部(调节装置)，符号211表示氧浓度调节部(氧浓度调节装置)。

加工装置200具备有调节部210、加工数据输入部230、氧气供给部241、氮气供给部243、激光振荡器245、喷嘴247，其中调节部210通过根据从加工数据输入部230输入的加工数据，对由氧气供给源241及氮气供给源243供给的氧气及氮气的量进行调节及混合，生成适于形成所期望的贯通孔孔径的氧浓度的辅助气体G，并提供给喷嘴247。

调节部210具备有氧浓度调节部211、处理部212、数据平台213、氧气流量调节线路214、氮气流量调节线路215、混合器216、压力调节阀220，其中处理部212分别通过信号传输线225、226、227、228与数据平台213、氧气流量调节线路214、氮气流量调节线路215、压力调节阀220连接。

另外，在数据平台213储存有用于在氧气流量调节线路214、氮气流量调节线路215及压力调节阀220得到规定的氧浓度及喷射压的辅助气体G的控制数据。

另外，氧气流量调节线路214及氮气流量调节线路215分别连接于氧气供给源241及氮气供给源243，氧气供给源241及氮气供给源243分别贮积有液态氧及液态氮，同时，对这些液态氧及液态氮进行气化并供给到氧气流量调节线路214及氮气流量调节线路215。

氧气流量调节线路214具备有质量流调节器218及配管，同时，连接在氧气供给源241和混合器216之间，利用质量流调节器218来调节从氧气供给源241通过配管供给的氧气的流量。

氮气流量调节线路215具备有质量流调节器219和配管。同时，连接于氮气供给源243与混合器216之间，利用质量流调节器219来调节从氮气供给源243通过配管供给的氮气的流量。

另外，利用质量流调节器218、219进行了质量调节的氧气及氮气，能够供给到混合器216进行混合，生成规定的氧浓度的辅助气体G，通过供给配管217提供给喷嘴247。为了在喷嘴247得到规定的喷射压P的辅助气体G，就能够通过来自处理部212的控制数据并利用压力调节阀220来调节成与喷射压P相对应的规定的压力。在该第二实施方式，喷嘴247具备有相对于喷射喷嘴孔足够大的容积的辅助气体G的贮积部，喷嘴喷射孔的辅助气体G的喷射压P，能够保持在与由压力调节阀220供给的辅助气体G的压力基本相同。

在该第二实施方式，控制氧气流量调节线路214及氮气流量调节线路215的控制数据由质量流调节器218、219的开度数据构成。

加工数据输入部230具备有板厚输入部(厚度输入部)231、贯通孔尺寸输入部232、压力模式输入部233，它们分别通过数据传输线235、236、237连接于处理部212。

板厚输入部231例如可输入与钢板(金属制被加工材料W)的板厚(加工部位的厚度)t有关的数据。

贯通孔尺寸输入部232可输入在用于穿孔的加工数据中与钢板的厚度t相对的贯通孔尺寸(例如与板厚t相对的与贯通孔孔径的大小有关的数据，如其板厚的最小孔径为板厚t的1/3、1/5)等数据。

压力模式输入部233在穿孔时，为了将贯通孔内的熔化物排出到贯通孔的外部以不使熔化物残留，而在提高(降低)辅助气体G向喷嘴247的供给压力，并用高的(低的)喷射压P从喷嘴247喷射辅助气体G的情况下，能够输入指令，对处理部212发送指令数据。

另外，处理部212，在由加工数据输入部230输入并发送的与板厚t有关的数据、与贯通孔尺寸有关的数据、与辅助气体G的喷射压P有关的时令数据的基础上，为了在贯通孔的板厚t的钢板W得到所期望的贯通孔孔径而运算合适的辅助气体G的氧浓度C，并取得为了通过信号传输线225从数据平台213得到规定的氧浓度的辅助气体G而必需的氧气流量调节线路214及氮气流量调节线路215的控制数据。

另外，处理部212在向压力模式输入部34输入与辅助气体G的压力调节有关的指令的情况下，能够为了根据来自压力模式输入部34的信号，由喷嘴247喷射与从板厚输入部231输入的被加工材料W的板厚t相对应的喷射压P的辅助气体G，而从数据平台213取得用于将与该喷射压P相对应的压力的辅助气体G经由压力调节阀220供给到喷嘴247的控制数据，同时，通过信号传输线228向压力调节阀220发出指令。

下面，来说明该第二实施方式的加工装置200的作用。

首先，向加工数据输入部230的板厚输入部231、贯通孔尺寸输入部232、压力模式输入部233，输入与要加工的被加工材料W贯通孔尺寸有关的数据，例如板厚t、板厚t的1/3、1/5等与板厚t相对的贯通孔尺寸有关的数值数据，或者根据需要输入与喷射压P有关的指令。将其分别通过数据传输线235、236、237发送到处理部212。

处理部212根据发送的这些穿孔数据和预先给与的数学式，计算出适应该穿孔的辅助气体G的氧浓度C及喷射压P。

关于输入的板厚t的值及贯通孔尺寸信息所适用的数学式例如如下。

例如，在设贯通孔孔径为板厚的1/3以下的情况下，

在0＜t＜8mm的范围时，氧浓度C为0＜C＜99.9...(1-1)

在8≤t＜13.5mm的范围时，氧浓度C为0＜C≤-1.65t+111.2...(1-2)

在13.5≤t≤26.33mm的范围时，氧浓度C为5.28t-71.28≤C≤-1.65t+111.2...(1-3)

在此，C为氧浓度(Vol％)，t为加工部位的厚度(mm)(下同)。

另外，在设贯通孔孔径为板厚的1/5以下的情况下，

在0＜t＜12mm的范围时，氧浓度C为0＜C＜85...(2-1)

在12≤t≤22.76mm的范围时，氧浓度C为5.71t-68.52≤C≤-2.19t+111.28...(2-2)。

另外，对于各种板厚t，为了将贯通孔孔径基本上设为最小而适用的辅助气体G的氧浓度C，

在0＜t＜12.0mm的范围时，为C＝0...(3-1)

在12.0≤t≤26.33mm的范围时，为C＝-0.255t2+14.5t-137.2...(3-2)。

另外，在考虑到以激光振荡器的性能及材质为主的被加工材料的个体差异、在激光振荡器上附着的尘埃等时效变化的影响的情况下，通过将辅助气体G的氧浓度调整为上述数学式的-10％～+10％的范围，可加工基本上最小孔径的贯通孔，此时的上述氧浓度C，

在0＜t＜12.1mm的范围时，为0＜C＜10...(3-3)

在12.1≤t＜9.18mm的范围时，为0＜C≤4.9t-30...(3-4)

在9.18≤t≤26.33mm的范围时，为4.9t-45≤C≤4.9t-30...(3-5)。

另外，在上述(1-1)～(1-3)、(2-1)、(2-2)、(3-1)、(3-2)的氧浓度C，再分别加工板厚t的1/3、1/5、基本上最小孔径的贯通孔的辅助气体的喷射压P，

在0＜t＜13mm的范围时，为0.015≤P≤0.05...(4-1)

在13≤t≤26.33mm的范围时，为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024...(4-2)

另外，最合适的辅助气体的喷射压P，

在0＜t＜13mm的范围时，P＝0.03...(4-3)

在13≤t≤26.33mm的范围时，为P＝0.002t+0.004...(4-4)

其中，P为辅助气体的喷射压(MPa)，t为加工部位的厚度(mm)

用该条件的喷射压P基本上可彻底排出贯通孔内的熔化物，确保所期望的孔径的贯通孔。

接着，处理部212通过信号传输线225从数据平台213分别取得用上述数学式计算(运算)出的与辅助气体G的氧浓度相对应的质量流调节器218、219的开度数据，及用于得到计算出的辅助气体G的喷射压P的该压力调节阀220的控制数据，并通过信号传输线226、227、228发送到质量流调节器218、219及压力调节阀220。

质量流调节器218、219，利用从处理部212发送来的开度数据开闭控制流路的开度，将为了生成所期望的氧浓度的辅助气体G而将必需量的氧气及氮气从氧气供给源241及氮气供给源243提供给混合器216。

提供到混合器216的规定量的氧气及氮气，被混合器216混合，成为规定的氧浓度的辅助气体G并供给到喷嘴247，从喷嘴247前端的开口部喷射到被加工材料W，同时，使激光振荡器245工作，使经由喷嘴247内的激光L2照射到钢板W进行穿孔。

这种情况下，通过以不产生过剩的氧化、燃烧的形式来调节辅助气体G的氧浓度，可不是脉冲照射而是连续照射激光L2高效率形成贯通孔。

这种情况下，压力调节阀220受从处理部212发送的控制数据的控制，提供给喷嘴247的辅助气体G达到所期望的喷射压P。

依照该加工装置200，由于根据钢板W的板厚t以不产生过剩的氧化、燃烧的形式调节从喷嘴247喷射的辅助气体G的氧浓度，因而，即使在连续照射激光L2的情况下，也可容易且可靠地形成例如贯通孔孔径约相对于板厚t的1/3(比现有技术减少约20％)，或者贯通孔孔径约相对于板厚t的1/5(比现有技术减少约50％)的小孔径的贯通孔。

另外，由于形成的贯通孔孔径小，因而可抑制随着贯通孔孔径变大而使贯通孔形状形成圆锥状，其结果是，因为熔渣的发生减少且贯通孔周边的熔渣的所附着的钢板W表面的范围减小，因而在使用静电容调节喷嘴247高度的情况下，可抑制喷嘴247高度的不稳定工作及辅助气体G的流动因凹凸附着于钢板W的表面的熔渣而紊乱最终产生的切断差错的发生。

另外，由于减少了熔渣的产生，缩小了钢板W的贯通孔周边的过热及熔化范围，因而，可防止穿孔时产生的热引起的自氧化及切断不良。

其结果是，不必担心因熔渣附着引起的切断差错及熔渣引起的火灾发生，在无监视现有技术只能实现板厚12mm的连续照射的穿孔的自动运转时，贯通孔孔径为板厚的1/3时可进行板厚约16mm、在贯通孔孔径为板厚的1/5时可进行穿孔板厚约22mm。

另外，就一般的连续照射进行的小孔切断而言，可切断的小孔的直径按经验约为板厚的1.5倍以上，若将贯通孔孔径减小到板厚的1/3以下，则可用激光的连续照射切断达到板厚的约1.3倍的直径，若将贯通孔孔径减小到板厚的1/5以下，则可用激光的连续照射切断达到板厚的约1.0倍的直径的小孔，进而对于直径从板厚的1.0倍至1.5倍的小孔切断，可大幅度减少加工时间与加工成本。

另外，由于可自动调节辅助气体G的氧浓度，因而，可不依靠熟练技术人员，而且可在短时间正确地调节氧浓度。

另外，在激光L2连续照射在钢板W上时，就钢板W的厚度t而言，例如由于根据在要加工的1/3、1/5、板厚t的最小孔径等孔径式样，提供调节成基于上述数学式(1-1)、(1--2)、(1--3)、(2--1)、(2--2)、(3-1)、(3-1)、(3-3)、(3-4)、(3-5)的条件的氧浓度的辅助气体G进行穿孔，因此，可抑制过剩的氧化、燃烧反应的发生，可容易且可靠地而且高效率地进行所期望的孔径的穿孔。

另外，因为基于公式(4-1)～(4-4)的条件调节辅助气体G的喷射压P，因而即使在根据被加工材料W的厚度t进行穿孔到达被加工材料厚度方向的加工终点附近时，辅助气体的喷射能量也会充分到达至加工部位的底部。其结果是，由于通过将喷射压P设为上述的下限以上，可从贯通孔内彻底排出熔化物，降低穿孔内熔化物的滞留，因而可抑制产品上的热变形的发生，提高加工效率。另外，由于通过将喷射压P设为上述的上限以下，可抑制在贯通孔内的与过剩的氧化反应及与其相伴随的熔渣的飞散量的增大，因而对所期望的孔径的贯通孔，可既提高材料利用率又提高加工效率。

如上所述，由于可高精度且高效率形成规定的孔径的贯通孔，因而，可实现生产准备时间的消减、制造成本的消减。

下面，基于图12、图13、图14、图15、图16来说明上述的数学式。

图12是表示上述第二实施方式的辅助气体G的氧浓度与贯通孔孔径之间的关系的图，图13、图14、图15是表示被加工材料的板厚与辅助气体氧浓度之间的关系的图，图16是表示被加工材料的板厚与辅助气体G的喷射压之间的关系的图。

图12表示在被加工材料为钢板时，辅助气体G的氧浓度与贯通孔孔径之间的关系，其中A6、A9、A12、A16、A19分别表示在6mm、9mm、12mm、16mm、19mm的钢板上，一边喷射如横轴所示的氧浓度的辅助气体G一边照射6kW的激光的连续光束时所形成的贯通孔孔径。

另外，图13是基于图12表示作为贯通孔得到板厚的1/3以下的孔径的贯通孔的范围的辅助气体G的氧浓度。图13的B 1以下B2以上的范围，为得到板厚的1/3以下的孔径的贯通孔的范围。

另外，图14表示根据图12得到板厚的1/5以下的孔径的贯通孔的范围的辅助气体G的氧浓度。在图14上，C1以下C2以上的范围是得到板厚的1/5以下的孔径的贯通孔的范围。

另外，图15，D1表示贯通孔孔径最小的情况，D2以下和D3以上的范围表示用于在其板厚t上加工最小孔径的贯通孔的辅助气体G的氧浓度的范围。

另外，图16表示对于在图13、图14、图15上所示的氧浓度的情况下的所期望的板厚t中，为了不使熔化物附着在贯通孔内而特定需要的辅助气体G的喷射压P的最佳值P1、合适的范围的上限P2、下限P3。

而该辅助气体G的喷射压P由于不是氧浓度C而是依靠板厚t的函数，所以辅助气体G的喷射压P无需为激光穿孔中的调节氧浓度的必须构成。

由此，基于图12、图13、图14、图15得到的辅助气体G的氧浓度特定为上述的数学式(1-1)、(1-2)、(1-3)、(2-1)、(2-2)、(3-1)、(3-2)、(3-3)、(3-4)、(3-5)。

另外，基于图16得到的为了不使熔化物附着于贯通孔内而必须的辅助气体G的喷射压P的范围及最佳的数学式特定为(4-1)、(4-2)、(4-3)、(4-4)。

而该发明并不是仅局限于上述第二实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可进行各种变更。

就上述第二实施方式而言，说明了被加工材料为钢板的情况，但是，应用于本发明的方法及加工装置的被加工材料W，也可以是不锈钢、铝、铜、钛等其他金属或者由它们的合金构成的材料。

另外，对上述第二实施方式而言，说明了根据上述数学式计算氧浓度的范围的情况，但也可以不使用数学式调节氧浓度。

另外，也可以设定上述之外的数学式来应用于穿孔。即，关于贯通孔孔径说明了对板厚t的1/5以下时进行运算的情况，但是，对于贯通孔孔径尺寸所输入的信息，也可以为大于板厚的1/5的孔径。另外，也可以应用于不具备控制部的加工装置，通过使用设置于质量流调节器218、219等的刻度、齿轮、连杆装置等的开度调节装置，也可以控制氧浓度、喷射压。

另外，虽然说明了提供氧气及氮气的氧气供给源241及氮气供给源243，分别贮积有液态氧及液态氮并对这些液态氧及液态氮进行气化的情况，但是，也可以取代液态氧、液态氮而使用任意的液态空气，另外，还可以是，将被压缩、保存在容器的氧气、氮气或者空气，或者任意组合利用压缩机压缩空气的方法等将辅助气体的原料供给混合器216来生成辅助气体G。

另外，作为构成辅助气体G的气体的一部分，也可使用惰性气体例如氩、氦等。

在上述的第二实施方式中，对连续照射向钢板W照射的激光L2的情况进行了说明，但是，也可以将辅助气体G的氧浓度调整适用在脉冲照射。

另外，上述第二实施方式中，所说明的情况是，基于加工数据输入部230输入的板厚t等数据，由处理部212运算与板厚t相适应的辅助气体G的氧浓度、喷射压P，并从数据平台213取得控制数据，来控制质量流调节器218、219及压力调节阀220，但是，既可以将基于上述数学式的运算结果记录在数据平台，根据该信息来取得控制数据，也可以基于所输入的板厚t等信息，通过直接运算控制数据或者从数据平台直接取得的数据，不直接求出的氧浓度C及喷射压P地只取得相对应的数据来进行调节。

另外，虽然说明了从数据平台213取得在辅助气体的混合时所使用的质量流调节器218、210的开度等控制信息得情况，但是也可以在处理部212通过运算计算出控制需要的控制数据。

产业上应用的可行性

在被加工材料上加工贯通孔时，可抑制过度的氧化反应，高效且高精度低形成所期望的孔径的贯通孔。

Claims (22)

1.一种激光穿孔方法，使激光照射在被加工物的加工部位，同时，从与所述激光同轴配置的喷嘴向所述加工部位喷射辅助气体，利用辅助气体覆盖所述加工部位，在该加工部位加工贯通孔，其特征在于，

在开始照射所述激光后，使所述喷嘴一边在距加工起点5mm的范围内移动，一边加工贯通孔。

2.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

使所述喷嘴围绕加工起点旋转移动。

3.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

使所述喷嘴按包含往复移动的轨迹移动。

4.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

使所述喷嘴Z字形移动。

5.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

从所述喷嘴喷射出的辅助气体的氧浓度C，根据进行所述贯通孔加工的加工部位的厚度t而确定，其中，

在0＜t＜8mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C＜99.9，

在8≤t＜13.5mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C≤-1.65t+111.2，

在13.5≤t≤26.33mm的范围时，所述氧浓度C为5.28t-71.28≤C≤-1.65t+111.2，

其中，C：氧浓度(Vol％)、t：加工部位的厚度(mm)。

6.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

在所述贯通孔贯通之后，使所述喷嘴移动到所述贯通孔周围的被加工材料的表面上方，照射所述激光使熔渣再熔化，同时，一边从所述喷嘴喷射辅助气体，一边绕所述贯通孔的周围旋转，以除去形成于所述贯通孔周围的熔渣。

7.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

使用根据所述加工部位的厚度确定氧浓度的所述辅助气体。

8.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

使用具有根据所述加工部位的厚度确定的氧浓度和根据所述加工部位的厚度确定的喷射压的所述辅助气体。

9.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

使用具有根据所述加工部位的厚度确定的氧浓度C和根据所述加工部位的厚度确定的喷射压P的所述辅助气体，

在0＜t＜8mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C＜99.9，

在8≤t＜13.5mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C≤-1.65t+111.2，

在13.5≤t≤26.33mm的范围时，所述氧浓度C为5.28t-71.28≤C≤-1.65t+111.2，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024，

其中，P：辅助气体的喷射压(MPa)、t：加工部位的厚度(mm)、C：氧浓度(vol％)。

10.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

使用具有根据所述加工部位的厚度确定的氧浓度C和根据所述加工部位的厚度确定的喷射压P的所述辅助气体，

在0＜t＜12mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C＜85，

在12≤t≤22.76mm的范围时，所述氧浓度C为5.71t-68.52≤C≤-2.19t+111.28，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024，

其中，P：辅助气体的喷射压(MPa)、t：加工部位的厚度(mm)、C：氧浓度(vol％)。

11.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，

使用具有根据所述加工部位的厚度确定的氧浓度C和根据所述加工部位的厚度确定的喷射压P的所述辅助气体，

在0＜t＜12.0mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C＜10，

在12.0≤t＜13.3mm的范围时，所述氧浓度C为0＜C≤-0.255t2+14.5t-127.2，

在13.3mm≤t≤26.33mm的范围时，所述氧浓度C为-0.255t2+14.5t-147.2≤C≤-0.255t2+14.5t-127.2，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，所述辅助气体的喷射压P为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024，

其中，P：辅助气体的喷射压(MPa)、t：加工部位的厚度(mm)、C：氧浓度(vol％)。

12.一种加工装置，使激光照射在被加工物的加工部位，同时，从与所述激光同轴配置的喷嘴向所述加工部位喷射辅助气体，利用辅助气体覆盖所述加工部位，在该加工部位加工贯通孔，其特征在于，

具备控制装置，该控制装置在开始照射所述激光之后，使所述喷嘴一边在距加工起点5mm的范围内移动，一边加工贯通孔。

13.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

所述控制装置具有使所述喷嘴围绕加工起点旋转移动的旋转控制装置。

14.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

所述控制装置具有使所述喷嘴按包含往复移动的轨迹移动的往复控制装置。

15.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

所述控制装置具有使所述喷嘴Z字形移动的Z字形控制装置。

16.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

所述控制装置具有根据进行所述贯通孔加工的加工部位的厚度确定从所述喷嘴喷射出的辅助气体的氧浓度C的氧浓度调节装置。

17.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

所述控制装置具备除渣装置，

该除渣装置在所述贯通孔贯通之后，使所述喷嘴移动到所述贯通孔周围的被加工材料的表面上方，照射所述激光使熔渣再熔化，同时，一边从所述喷嘴喷射辅助气体，一边绕所述贯通孔的周围旋转，以除去形成于所述贯通孔周围的熔渣。

18.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

具有根据所述加工部位的厚度来调节所述辅助气体的氧浓度的调节装置。

19.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

具有输入所述加工部位厚度的厚度输入部和调节所述辅助气体的氧浓度的调节装置，

其中所述调节装置，根据从所述厚度输入部输入的所述加工部位的厚度，来自动调节所述辅助气体的氧浓度及喷射压。

20.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

具有输入所述加工部位的厚度的厚度输入部和调节所述辅助气体的氧浓度的调节装置，

所述调节装置根据由所述厚度输入部输入的所述加工部位的厚度，将所述辅助气体的氧浓度C和喷射压自动调节如下：

在0＜t＜8mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C＜99.9，

在8≤t＜13.5mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C≤-1.65t+111.2，

在13.5≤t≤26.33mm的范围时，将所述氧浓度C调节为5.28t-71.28≤C≤-1.65t+111.2，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024，

其中，C：氧浓度(vol％)、t：加工部位的厚度(mm)、P：辅助气体的喷射压(MPa)。

21.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

具有输入所述加工部位的厚度的厚度输入部和调节所述辅助气体的氧浓度的调节装置，

所述调节装置根据由所述厚度输入部输入的所述加工部位的厚度，将所述辅助气体的氧浓度C和喷射压自动调节如下：

在0＜t＜12mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C＜85，

在12≤t≤22.76mm的范围时，将所述氧浓度C调节为5.71t-68.52≤C≤-2.19t+111.28，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024，

其中，C：氧浓度(vol％)、t：加工部位的厚度(mm)、P：辅助气体的喷射压(MPa)。

22.如权利要求12所述的加工装置，其特征在于，

具有输入所述加工部位的厚度的厚度输入部和调节所述辅助气体的氧浓度的调节装置，

所述调节装置根据由所述厚度输入部输入的所述加工部位的厚度，将所述辅助气体的氧浓度C和喷射压自动调节如下：

在0＜t＜12.0mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C＜10，

在12.0≤t＜13.3mm的范围时，将所述氧浓度C调节为0＜C≤-0.255t2+14.5t-127.2，

在13.3≤t≤26.33mm的范围时，将所述氧浓度C调节为-0.255t2+14.5t-147.2≤C≤-0.255t2+14.5t-127.2，

而且，在0＜t＜13mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.015≤P≤0.05，

在13≤t≤26.33mm的范围时，将所述辅助气体的喷射压P调节为0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024，

其中，C：氧浓度(vol％)、t：加工部位的厚度(mm)、P：辅助气体的喷射压(MPa)。

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