CN109526213A - 电镀钢板的激光切割和加工方法、激光切割和加工产品、热切割和加工方法、热切割和加工产品、表面处理的钢板、激光切割方法和激光器加工头 - Google Patents

Abstract

一种用于电镀钢板的激光切割和加工方法，由此，当将激光束LB照射到电镀钢板W的上表面上并对其进行激光切割和加工时：由于向激光加工单元喷射助推气体，使通过激光束LB的照射而已经熔化和/或蒸发的含有金属的镀层流到电镀钢板W的切割表面上；并且在该切割表面上涂覆该含有金属的镀层。

Description

电镀钢板的激光切割和加工方法、激光切割和加工产品、热切 割和加工方法、热切割和加工产品、表面处理的钢板、激光切 割方法和激光器加工头

技术领域

本发明涉及用于电镀钢板的激光切割和加工方法、激光切割和加工的产品、热切割和加工方法、热切割和加工的产品、表面处理的钢板、激光切割方法和激光器加工头。更确切地说，本发明涉及用于电镀钢板的激光切割和加工方法、激光切割和加工的产品、热切割和加工方法、热切割和加工的产品、表面处理的钢板、激光切割方法和激光器加工头，其中当激光切割和加工电镀钢板时，发射激光束以熔化和/或蒸发电镀钢板顶表面的含有金属的镀层，并且利用助推气体将熔化的和/或蒸发的含有金属的镀层朝切割面引导，从而使切割面涂覆有熔化的和/或蒸发的含有金属的镀层；以及涉及激光切割和加工的产品、热切割和加工方法、热切割和加工的产品、表面处理的钢板、激光切割方法和激光器加工头。

背景技术

通常，在去除诸如电镀钢板的工件的电镀表面之后，对工件进行激光切割和加工(例如，参见专利文献1)。

根据专利文献1中记载的构造，去除工件的电镀表面，然后，用激光器切割和加工工件。这引起改进工件激光切割和加工效率的问题。根据专利文献1中提到的构造，激光切割后的工件的切割面没有涂覆含有金属的镀层，因此，存在切割面需要适当的表面处理(例如，防锈)的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利申请公开第H7-236984号

发明内容

本发明要解决的主题包括：激光切割和加工方法，该方法在电镀钢板上进行激光切割和加工，使得电镀钢板顶表面的熔化和/或蒸发的含有金属的镀层流向并涂覆电镀钢板的切割面；以及激光切割和加工的产品。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于电镀钢板的激光切割和加工方法。该方法通过用激光束照射电镀钢板的顶表面来进行激光切割和加工。此时，该方法将助推气体(assist gas)喷射到电镀钢板的激光切割部位，以将顶表面的通过激光束熔化和/或蒸发的含有金属的镀层朝电镀钢板的切割面引导，使得切割面涂覆有含有金属的镀层。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，激光束的焦点位置在+0.5mm至-4.5mm的范围内调节。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，激光器加工头的喷嘴与电镀钢板的顶表面之间的喷嘴间隙在0.3mm至1.0mm的范围内调节，并且助推气体压力在0.5MPa至1.2MPa的范围内调节。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，激光切割和加工速度在1000mm/min至5000mm/min的范围内调节。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，助推气体喷射喷嘴的直径为2.0mm至7.0mm。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，助推气体是氮气或96％或更高的氮气与4％或更低的氧气的混合物。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，板厚度为2.3mm，镀覆量为K14，喷嘴直径为2.0mm至7.0mm，助推气体压力为0.5至0.9(MPa)，切割速度为3000至5000(mm/min)。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，板厚度为2.3mm，镀覆量为K27或K35，喷嘴直径为2.0mm至7.0mm，助推气体压力为0.5至0.9(MPa)，切割速度为3000至5000(mm/min)。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，板厚度为3.2mm，镀覆量为K27或K35，喷嘴直径为7.0mm，助推气体压力为0.5至0.9(MPa)，切割速度为2000至3000(mm/min)。

根据用于电镀钢板的激光切割和加工方法，板厚度为4.5mm，镀覆量为K27或K35，喷嘴直径为7.0mm，助推气体压力为0.7至0.9(MPa)，切割速度为1500至2000(mm/min)。

本发明还提供一种由电镀钢板制成的激光切割和加工的产品，其特征在于，电镀钢板的切割面涂覆有电镀钢板的顶表面在激光切割和加工时熔化和/或蒸发的含有金属的镀层。

根据激光切割和加工的产品，切割面的上边缘周围的镀层厚度比远离切割面的位置处的镀层厚度薄。

根据激光切割和加工的产品，镀层熔化范围在距切割面0.27mm至0.5mm的范围内。

附图说明

图1是示意性表示根据本发明的实施方式的激光切割和加工装置的构造的构造说明图。

图2表示通过氧气切割、净切割和易切割切割的切割面的EPMA分析结果。

图3表示通过氧气切割、净切割和易切割切割的切割面的放大照片。

图4表示不同的激光切割和加工条件下的切割面上含有金属的镀层的涂覆状态的放大照片。

图5表示不同的激光切割和加工条件下的切割面上含有金属的镀层的涂覆状态的放大照片。

图6表示不同的激光切割和加工条件下的切割面上含有金属的镀层的涂覆状态的放大照片。

图7表示不同的激光切割和加工条件下的切割面上含有金属的镀层的涂覆状态的放大照片。

图8表示等离子体产生状态的照片。

图9表示切割面的耐腐蚀性评价结果的放大照片。

图10表示等离子体产生的暴露试验评估结果和照片的图。

图11表示等离子体产生的暴露试验评估结果和照片的图。

图12表示等离子体产生的暴露试验评估结果和照片的图。

图13表示等离子体产生的暴露试验评估结果和照片的图。

图14表示等离子体产生的暴露试验评估结果和照片的图。

图15表示等离子体产生的暴露试验评估结果和照片的图。

图16表示等离子体产生的暴露试验评估结果和照片的图。

图17表示等离子体产生的暴露试验评估结果和照片的图。

图18是表示净切割和易切割的等离子体产生与基于暴露试验的红锈出现之间的关系的说明图。

图19表示基于不同加工速度的EDS分析结果和红锈出现的照片。

图20是表示激光切割状态的模型。

图21是表示熔化的电镀宽度的定义的模型。

图22是表示切割面上的电镀金属涂覆状态的定义的模型。

图23是说明激光切割时的电镀金属层的流入状态的图。

图24表示说明根据本发明的实施方式的激光切割构造的图，其中(a)表示激光束、切割气体喷嘴和待切割材料之间的关系，(b)表示作用在待切割材料上的切割气体和辅助气体的压力分布。

图25表示说明根据本发明的实施方式的电镀金属层的形成的图，其中(a)表示电镀金属层的激光切割开始状态，(b)表示电镀金属层之后的状态。

图26表示说明传统的激光切割构造的图，其中(a)表示激光束、切割气体喷嘴和待切割材料之间的关系，(b)表示作用在待切割材料上的切割气体的压力分布。

图27表示传统的电镀金属层的形成的图，其中，(a)表示电镀金属层的激光切割开始状态，(b)表示电镀金属层之后的状态。

图28表示根据本发明的实施方式的激光切割的例子。

图29表示根据本发明的实施方式的另一个激光切割的例子。

图30说明了测量涂层的方法，其中(a)表示测量涂层的平均长度与板厚度的比率(镀层流入长度比率)的方法，(b)表示测量切割面上的涂层的覆盖率(涂覆率)的方法。

图31说明了测量氧化层或氮化层的厚度的方法，其中(a)表示试验材料埋在树脂中的测量样品的截面，(b)表示抛光后的测量样品的截面和抛光表面。

图32说明了切割端面上的锈蚀率。

图33表示根据本发明的实施方式的切割端面的外观。

具体实施方式

在下文，将参照附图说明根据本发明的实施方式。

图1是示意性表示根据本发明的实施方式的激光切割和加工装置的构造的构造说明图。

参照图1，根据本发明的实施方式的激光切割和加工装置具有支撑板状工件W的工件台3和用激光束LB照射工件W并用激光束切割和加工工件W的激光器加工头5。工作台3被设置成可相对于激光器加工头5在X轴和Y轴方向上移动。为了使工件台3在X轴和Y轴方向上相对地移动和定位，设置定位电动机7，例如伺服电动机。还设置使激光器加工头5相对于工件W在接近/远离方向(Z轴方向)上移动和定位的Z轴电动机9。

此外，激光切割和加工装置1具有使远红外波长范围(波长为3μm或更大的激光束)的激光束振荡的激光振荡器11，例如CO₂激光振荡器。激光器加工头5具有将通过激光振荡器11振荡的激光束LB朝工件W反射的光学装置17(例如，反射镜13)以及聚光激光束LB的聚光透镜15。激光器加工头5还具有可拆卸和可更换的喷嘴19，该喷嘴19将助推气体喷射到工件W的激光切割和加工位置。

作为将助推气体喷射到激光切割和加工位置的构造，可以为激光器加工头5设置侧喷嘴，将助推气体从该侧喷嘴朝激光加工部位喷射。

激光切割和加工装置1还具有助推气体供应装置21。助推气体供应装置21供应例如约97％的氮气和约3％的氧气的混合气体，并且包括氮气供应装置23、氧气供应源(空气供应源)25和混合器27，以产生混合气体。此外，助推气体供应装置21具有压力调节阀29，其调节供应到激光器加工头5的助推气体的压力。如果停止助推气体供应装置21的氧气供应源25，并且仅操作氮气供应装置23，则仅将氮气作为助推气体供应到待加工的部位。

将约97％的氮气和约3％的氧气的混合气体作为助推气体供应到激光加工部位的构造不限于上述构造。可以是任何其他构造。例如，如日本专利公开第3291125号所规定的那样，可以通过采用中空纤维膜的分离装置将压缩和供应的空气中的氮气和氧气彼此分开。采用约97％(96％或更多)的氮气和约3％(4％或更少)的氧气的混合气体作为助推气体的激光切割和加工将被简称为“易切割”。

激光切割和加工装置1还具有控制装置31。控制装置31是具有控制激光器加工头5相对于工件W的移动和定位的功能、控制激光振荡器11的激光输出的功能以及控制将助推气体供应到激光器加工头5的供应压力的功能的计算机。

利用上述构造，工件W被设置并定位在工件台3上，之后，激光器加工头5相对于工件W在X轴、Y轴和Z轴方向上移动和定位。通过激光振荡器11振荡的激光束LB通过聚光透镜15聚光以照射工件W。将从助推气体供应装置21供应给激光器加工头5的助推气体从喷嘴19朝工件W的激光加工部位喷射，由此切割和加工该工件W。

如果待激光切割和加工的工件W是电镀钢板，则电镀钢板的镀层的蒸发物质可能进入专利文献1的图21所示的加工区域，并且可能导致加工质量缺陷。为此，专利文献1规定，如其图1所示，用激光束照射电镀钢板的表面以预先除去镀层，之后沿相同的路径进行激光切割和加工。

根据这种构造，在激光切割和加工期间没有镀层蒸发，因此，可以提高加工质量。然而，它需要镀层去除处理和切割处理，即，两次激光加工。另外，电镀钢板的切割面保留在激光切割和加工的状态，因此，存在需要防锈处理的问题。

本发明的实施方式是基于以下发现：当激光切割和加工电镀钢板时，使电镀钢板顶表面上的镀层熔化和/或蒸发导致熔化和/或蒸发的含有金属的镀层流到切割面，并且流动的含有金属的镀层可以涂覆切割面。

根据本发明的实施方式，用作电镀钢板的例子是热浸镀的钢板(下文中，简称为“电镀钢板”)，其是涂覆有6％的铝、3％的镁和剩余91％的锌的镀层的钢板。

通常进行的激光切割处理是使用氧气作为助推气体的氧气切割。根据EPMA(电子探针显微分析仪)分析，如图2所示，氧气切割覆盖具有氧化膜的切割面。

接下来，采用氮气作为助推气体的激光切割和加工方法(下文中，简称为“净切割”)根据切割条件在电镀钢板的基材B的切割面CF上显示出了令人满意的激光切割和加工结果(如图3(A)的放大照片所示)。在切割面CF的顶端部分周围，顶表面上的镀层M被去除并且非常薄。切割面CF没有氧化膜等，并且基本上仅显示电镀钢板的原始板组分(Fe)(参见图2)。切割面CF上的涂层(镀层)非常薄。因此，根据适当的切割条件，净切割能够使切割面CF涂覆有顶表面的熔化的含有金属的镀层，并且有时不会引起锈蚀(红锈)。

接下来，如图2和图3(C)所示，进行易切割，在切割面上出现薄的氧化膜。在切割面的上部，出现诸如锌、铝和镁的镀层M的组分。即，在切割面CF的上端部附近，熔化的镀层部分地流到切割面CF，以浓厚的熔化镀层流产生白色条纹。条纹之间的间隙表示熔化镀层的薄膜。

即，已经发现，作为钢板通常采用的激光切割和加工方法的净切割或易切割能够使镀层M中包含的金属流向并涂覆电镀钢板(工件)W的切割面CF。

为此，使诸如激光切割速度、聚光透镜焦点位置、助推气体压力和激光束脉冲频率的加工条件进行各种改变，以试验切割面上的镀层涂覆状态。试验条件如下。

激光切割机器：株式会社阿玛达(Amada Co.,Ltd.)的FOM2-3015RI

材料：涂覆有6％的铝、3％的镁、剩余91％的锌的电镀钢板，板厚度t＝2.3mm，K35(每面镀覆量为175g/m²)

切割样品形状：130mm x 30mm

标准加工条件：

喷嘴直径：D4.0(4.0mm)

切割速度：F1600(1600mm/min)

助推气体类型：EZ(用于上述易切割的助推气体，其是约97％的氮气和3％的氧气的混合气体)

助推气体压力：0.9MPa

喷嘴间隙：0.3mm(喷嘴和电镀钢板顶表面之间的间隙)

焦点位置：-4.5mm(工件顶表面为0，其上侧为+，其下侧为-)

通过改变这些标准加工条件获得的加工结果如下所述。

从图4中显而易见的是，当在1120mm/min至3840mm/min的范围内调节切割速度时，切割面(切割端面)上的电镀金属涂覆量随着切割速度的增加而逐渐增加。

从图5中显而易见的是，当在-6.5mm至+0.5mm的范围内调节聚光透镜焦点位置时，随着焦点位置逐渐调节到+侧，切割面上的电镀金属涂覆量逐渐增加。

如图6所示，当在0.5MPa至0.9MPa的范围内调节助推气体压力时，切割端面上的电镀金属涂覆量随着助推气体压力的降低而逐渐增加。

如图7所示，当在800Hz至CW(连续)的范围内调节激光束脉冲频率时，切割端面上的电镀金属涂覆量没有显示出显著变化。

图4至图7所示的结果表明，在易切割中，电镀钢板的激光切割面上的含有金属的镀层涂覆量随着切割速度的变高(例如，3840mm/min)而增加。随着焦点位置移动到+侧(例如，+0.5mm)，含有金属的镀层涂覆量增加。然而，将焦点位置大大地移动到+侧导致电镀钢板的顶表面上的能量密度降低，因此，在激光切割和加工中，优选将焦点位置设置在-侧。随着助推气体压力降低(例如，0.5MPa)，含有金属的镀层涂覆量增加。在脉动和连续之间调节激光束不会引起电镀金属涂覆量的显著变化。

如已经理解的那样，当进行易切割(EZ)而用激光切割和加工电镀钢板时，改变激光切割和加工条件(例如，切割速度、聚光透镜焦点位置和助推气体压力)导致电镀钢板的激光切割面上含有金属的镀层涂覆量改变。改变激光切割和加工条件可以包括改变激光器加工头的喷嘴19与工件W的顶表面之间的间隙，即，喷嘴间隙。

即，可以理解的是，电镀钢板的激光切割面上含有金属的镀层涂覆量取决于电镀钢板上的激光切割和加工条件。换言之，如果在适当的激光切割条件下进行电镀钢板的易切割，则该易切割能够使激光切割面适当地涂覆有含有金属的镀层。

已经发现，易切割能够使电镀钢板的切割面涂覆有含有金属的镀层。

接下来，为了找到用于净切割的适当切割条件，对经激光切割和加工的电镀钢板应用各种切割条件，并且为了观察激光切割面上的红锈出现状态，进行暴露试验。暴露试验将经激光切割和加工的电镀钢板的切割面保持向上，并且将其在户外放置一个月。

当进行净切割而将电镀钢板切割成激光切割和加工的产品时，如图8所示，存在在激光切割和加工位置的顶表面上产生等离子体的情况和不产生等离子体的情况。在产生等离子体的情况下，弱等离子体产生和强(不弱)等离子体产生可以在视觉上彼此区分开。将无等离子体产生的情况归为“Nil”，弱等离子体产生归为“p”，强等离子体产生归为“P”。如果切割条件不适合完成激光切割和加工，则将其归类为“NG”。

在一个月的暴露试验中，如图9所示，用“O”表示没有红锈出现，用“X”表示红锈出现。暴露试验是在户外经过一个月的结果。因此，根据使用环境，被评估为“X”的一些激光切割和加工的产品是可用的。

接下来，在板厚度t＝2.3mm、t＝3.2mm、t＝4.5mm和t＝6.0mm的电镀钢板上进行以氮气作为助推气体的净切割，并对它们进行暴露试验。试验结果在图10至图17中示出。在图10至图17中，K14、K27和K35各自是镀覆量指示器。它们是K14(每面镀覆量为70g/m²)、K27(每面镀覆量为145g/m²)和K35(每面镀覆量为175g/m²)。

在图10至图17中，S表示单个喷嘴，D表示双喷嘴(双重喷嘴)。例如，在日本未经审查的专利申请公开第H11-90672号中所规定的，已经已知双喷嘴。S2.0、D4.0和D7.0分别表示喷嘴直径(mm)。即，S2.0＝2.0mm，D4.0＝4.0mm，并且D7.0＝7.0mm。对应于喷嘴直径，对于S2.0将喷嘴间隙设定为0.3mm，对于D4.0将喷嘴间隙设定为0.5mm，对于D7.0将喷嘴间隙设定为1.0mm。即，随着喷嘴直径的增加，在激光加工位置处产生的溅出物等容易进入喷嘴，因此，随着喷嘴直径的增加，将喷嘴间隙设置得更大。

除了特别提到的那些之外的激光加工参数与上述标准加工条件的那些参数相同。

参照图10，焦点位置是-0.5mm(在每个图中都示出了焦点位置)，板厚度t＝2.3mm，并且镀覆量是K14。当喷嘴直径为S2.0时，在0.9MPa、0.7MPa和0.5MPa的助推气体压力下，在1000mm/min下不出现等离子体。暴露试验结果均为“X”，表示出现整个红锈。如图11、图12、图13、图14和图15所示，在1000mm/min的切割速度下，不论助推气体压力如何，S2.0的喷嘴直径都不产生等离子体。暴露试验结果为“X”，表示每个切割面上的防锈效果不理想。

因此，对于在1000mm/min的切割速度下用S2.0的喷嘴直径激光切割和加工电镀钢板，难以使熔化的和/或蒸发的含有金属的镀层流向并涂覆切割面。

在图10、图11和图12中，检查喷嘴直径D4.0的情况。在图10和图11中，无等离子体产生并且暴露试验结果为“X”。然而，在图11中，助推气体压力为0.7MPa的情况改善为“O”。喷嘴直径为D7.0的情况显示弱的等离子体产生。暴露试验结果在图10中是“X”，在图11中是“O”和“X”，在图12中是“X”。

在图10至图17中，在“O”和“X”的暴露试验结果中，等离子体产生为(P)的情况几乎是“O”。因此，优选在通过净切割进行激光切割和加工电镀钢板时产生等离子体，以使熔化的和/或蒸发的含有金属的镀层流向并涂覆切割面。

从图11中显而易见的是，镀覆量为K27和喷嘴直径为D4.0的情况包括无等离子体产生和暴露试验结果为“O”的情况。在图10中，喷嘴直径为D7.0和助推气体压力为0.9MPa的情况包括产生轻微等离子体和暴露试验结果为“X”的情况。

在图10、图11和图12中，切割速度在3000mm/min至5000mm/min范围内的情况各自产生等离子体，并且随着切割速度的增加，等离子体产生变得更强。在图10中，除了喷嘴直径为S2.0和助推气体压力为0.9MPa和0.7MPa(3000mm/min)的那些情况之外的所有情况在暴露试验结果中都是“O”。在图10中，喷嘴直径为S2.0mm、助推气体压力为0.7Mpa且切割速度为4000mm/min至5000mm/min的情况为“O”。

因此，如果助推气体压力为0.7MPa，且切割速度在4000mm/min至5000mm/min的范围内，则对于电镀钢板厚度t＝2.3mm、镀覆量为K14和喷嘴直径为S2.0，可获得“O”的暴露试验结果。对于0.5MPa的助推气体压力，优选3000mm/min至5000mm/min的范围。对于D4.0或D7.0的喷嘴直径，不论助推气体压力为0.9MPa、0.7MPa或0.5MPa，优选将切割速度设定在3000mm/min至5000mm/min的范围内。

如图11所示，在喷嘴直径为D4.0，助推气体压力为0.7MPa，且切割速度为1000mm/min的情况下，对相同的电镀钢板厚度(t＝2.3mm)，将镀覆量增加(增厚)至K27即使无等离子体产生，但也提供评估“O”。因此，适当地协调电镀钢板厚度(t＝2.3mm)、镀覆量K27、喷嘴直径D4.0、助推气体压力0.7MPa和切割速度1000mm/min的条件，即使无等离子体产生，也能够提供评估“O”。换言之，即使无等离子体产生，适当地设定上述条件也导致在激光切割和加工过程中熔化和/或蒸发的含有金属的镀层流向并涂覆切割面。

参照图12，仅将镀覆量改变为K35。在切割速度1000mm/min下，喷嘴直径为D4.0且助推气体压力为0.7MPa的情况和喷嘴直径为D7.0且助推气体压力为0.9MPa和0.7MPa的情况显示出轻微的等离子体产生，但被评估为“X”。

通常，如果在金属板的激光切割和加工中产生等离子体，则等离子体具有吸收激光束的特性，并且激光束的照射促进连续的等离子体产生。已知等离子体会使切割面粗糙度变差。但是，存在使用等离子体热的等离子体切割方法，例如不锈钢非氧化切割方法。在这种情况下，设定加工条件以促进产生的等离子体的生长。

在这种情况下，(i)将助推气体设定为低压，(ii)使喷嘴与工件之间的喷嘴间隙比正常情况稍长，以形成用于生成等离子体的空间，(iii)使焦点位置朝(+)方向而不是正常焦点位置移动，其中(+)是工件表面上方的向上方向，(-)是工件表面下方的向下方向，并且(iv)增大切割速度以降低工件的激光束的热量增加。这些条件(i)至(iv)在激光切割和加工金属板时促进等离子体产生。

考虑到这些条件(i)至(iv)，查看图10。在镀覆量K14下，在1000mm/min至2000mm/min的切割速度范围内，喷嘴直径D4.0比S2.0产生更多的等离子体，喷嘴直径D7.0比D4.0产生更多的等离子体。随着切割速度从1000mm/min逐渐增加到5000mm/min，等离子体产生变得更强。随着等离子体产生变得更强，暴露试验结果包括更多“O”。在图11和图12中也观察到了相同的趋势。

因此，在电镀钢板的激光切割和加工时，最好产生等离子体以使电镀钢板的顶表面的熔化和/或蒸发的含有金属的镀层流到并涂覆切割面。

图13、图14和图15是在电镀钢板厚度t＝3.2mm和镀覆量为K14、K27和K35的条件下的净切割的暴露试验结果。在图13至图15中，“NG”表示不能切割，即，不适合的切割条件。由图13至图15所示的结果显而易见的是，较低的助推气体压力和较高的切割速度趋于容易产生等离子体。

图16和图17是在板厚度t＝4.5mm和t＝6.0mm的情况下的净切割的暴露试验结果。这些情况还表明，降低助推气体压力(即，扩大喷嘴直径)和增大切割速度趋于增强等离子体产生。随着等离子体产生变强，暴露试验结果趋于显示“O”。在图16和图17中，“D”表示渣滓沉积量大。

图10至图17所示的暴露试验结果存储在给控制装置31提供的切割条件数据表33中。即，切割条件数据表33存储针对每个电镀钢板厚度的加工条件数据，例如针对镀覆量采用的喷嘴直径、每个喷嘴直径的喷嘴间隙、焦点位置和切割速度。此外，切割条件数据表33存储激光切割和加工电镀钢板时的等离子体产生数据和暴露试验结果。控制装置31还包括切割条件数据表，其存储用于易切割的切割条件数据。

当通过与控制装置31连接的输入装置35输入各种加工条件时，执行提供与图10至图17所示的相同结果的激光切割和加工。例如，如果通过输入装置35将针对图10所示的板厚度t＝2.3mm的条件(例如，镀覆量K14、喷嘴直径D4.0、助推气体压力0.7MPa和切割速度5000mm/min)输入控制装置31中，则将产生等离子体，并相应地进行激光切割和加工。然后，之后进行的一个月的暴露试验将提供评估结果“O”。

暴露试验结果可能会根据环境和气象条件(例如，海边条件)而不同。

为了激光切割电镀钢板工件并使熔化和/或蒸发的含有金属的镀层流向并涂覆切割面，优选的镀层熔化范围为距离工件的切割端面0.27mm至0.5mm，虽然该范围取决于工件板厚度、镀覆量和激光切割条件。

如果镀层熔化和/或蒸发的范围大于或等于0.5mm，则激光切割速度将减慢并且热量增加将变大。在这种情况下，可以理解的是，熔化和/或蒸发的电镀金属量增加，以增加激光切割面的流入量。然而，可以理解的是，慢激光切割速度延长了激光束照射时间(即，加热时间)，以使熔化的和/或蒸发的含有金属的镀层在高温下保持更长时间并延长助推气体的作用时间，从而在熔化和/或蒸发的含有金属的镀层在切割面上凝固之前被容易地吹掉，由此减少熔化和/或蒸发的含有金属的镀层在切割面上的涂覆量(例如，参见图12的D4.0和D7.0)。

如果镀层的熔化和/或蒸发范围小至0.27mm，则激光切割速度高并且热量增加小。在这种情况下，可以理解的是，熔化和/或蒸发的电镀金属量小，以减小激光切割面的流入量。

因此，优选镀层的熔化和/或蒸发范围为距切割面0.27mm至0.5mm。在该范围内，激光束照射时间和助推气体的作用时间是适当的，以减少由助推气体吹掉的熔化和/或蒸发的电镀金属量。这可能会导致容易用熔化和/或蒸发的电镀金属涂覆切割面，并使该熔化和/或蒸发的电镀金属凝固，从而增加含有金属的镀层的镀覆量(例如，参见图12中的D4.0和D7.0)。

如已经理解的，根据使用氮气作为助推气体的净切割或使用约97％氮气和约3％氧气的混合气体作为助推气体的易切割的电镀钢板的激光切割和加工能够使切割面涂覆有电镀钢板顶表面的含有金属的镀层。已经发现，在激光切割和加工期间的等离子体产生有效地进行涂覆。

净切割和易切割在板厚度t＝2.3mm的电镀钢板上进行，并进行等离子体产生的观察和一个月的暴露试验。结果在图18中示出。

图18所示的结果表明，如果在激光切割过程中产生等离子体，净切割和易切割中的每一种都能够有效地使切割面涂覆有含有金属的镀层，并防止红锈的出现。

随着加工速度的增大，含有金属的镀层更有效地涂覆切割面并防止红锈的出现。在加工速度2200mm/min和5000mm/min下，激光切割板厚度t＝2.3mm和镀覆量为K14的电镀钢板。其切割面的观察结果在图19中示出。

从图19显而易见的是，加工速度2200mm/min引起红锈。然而，在加工速度5000mm/min下，在整个切割面上检测到含有金属的镀层组分，并且没有观察到红锈。这些结果与图18所示的结果一致。

从EDS(能量色散X射线光谱法)分析结果和图19所示的激光切割面的暴露试验结果(四周后)，理解了以下内容。根据图2的净切割，在激光切割面上检测到非常少量的含有金属的镀层。以几乎等于图2的净切割条件的2200mm/min的加工速度切割的激光切割面的EDS分析表明，含有金属的镀层组分(例如Zn、Al和Mg)小于可拍摄的量，因此基本上不涂覆激光切割面。当将切割条件改变为适当的切割条件时，在以图19中的处理速度5000mm/min得到的EDS分析结果照片中显而易见的是，在整个激光切割面上都检测到含有金属的镀层，表明激光切割面完全涂覆有含有金属的镀层。即，在正常条件(加工速度：2200mm/min)下切割的切割面表明，约90％的铁(Fe重量百分比：89.16)，并且没有检测到镀层组分(Zn、Al和Mg各自等于或小于1.45重量％)。因此，容易出现红锈。另一方面，此次的加工条件(加工速度：5000mm/min)表明，切割面上的铁急剧下降至约30％(Fe重量百分比：32.48)，Zn大大增加至43.57重量％，Al和Mg增加数倍，并且镀层组分完全覆盖切割面。因此，可以理解的是，在激光切割和加工期间从电镀钢板的顶表面流出并覆盖切割面的表面的镀层组分抑制了红锈的出现。

从上述实施方式可以理解，如果在基于电镀钢板的厚度和镀覆量的适当条件下进行电镀钢板的激光切割和加工，则在激光切割和加工期间，电镀钢板的顶表面的熔化和/或蒸发的含有金属的镀层流到切割面，并且容易涂覆切割面。因此，电镀钢板的切割面的顶部边缘周围的镀层厚度比远离切割面的位置(即，不受热影响的位置)处的镀层厚度薄，使得在激光切割和加工期间镀层可能不会熔化、蒸发或流动。

上述说明中提到的电镀钢板的例子含有6％的铝、3％的镁和剩余91％的锌。电镀钢板不限于此，可以使用其他种类的电镀钢板。

接下来，将说明第二实施方式。

本实施方式采用在钢板表面涂覆有电镀金属的表面处理的钢板作为原材料，通过利用光能或电能的气体切割法或热切割法切割原材料，并提供用于汽车、家用电器、配电设施和通信设施的表面处理的钢板。

通常，用于汽车、家用电器、配电设施、通信设施等的部件(表面处理的钢板)通过将冷轧钢板切割成所需尺寸并对它们进行热浸镀(后电镀)制成。近年来，为了提高耐腐蚀性和耐久性并减少处理以节省成本，广泛使用的是采用表面处理的钢板作为原材料的部件以省去后电镀。表面处理的钢板常常是电镀钢板，其是表面涂覆有诸如Zn、Zn合金、Al、Al合金和Cu等金属的钢板。切割这种表面处理的钢板的最普遍的方法是采用压力机或用符合部件形状的模具冲压。为了抑制模具的成本，越来越多地使用热切割法。热切割法通常是气体切割、使用作为光能的激光束的激光切割或者使用作为电能的等离子体的等离子体切割。在按原样使用切割部件的情况下，常常采用利用光能或电能的切割方法，因为它对表面处理的钢板的电镀金属几乎没有破坏，并提供具有良好外观的切割面。

相关的专利文献是日本未审查的专利申请公开第2001-353588号。

通常，利用光能或电能将表面处理的钢板热切割成任选形状的处理形成厚度方向的切割面，其中顶部和底部镀层被去除以露出钢基底。结果，切割面具有低的防锈能力，并且根据放置的环境快速地引起红锈。红锈部位外观不良，并腐蚀而减小体积，从而引起不满足所需强度的问题。由于锈蚀的外观容易引起注意并且锈蚀影响强度，因此该问题在较厚的物品中是严重的。为了解决这个问题，现有技术在热切割之后将具有与电镀金属组分类似的组分的修补涂料施加到切割面上。这引起了另一个增加涂料成本和涂漆处理的问题，从而增加了产品的成本。

在上述专利文献中提出了一种用于电镀钢板的传统的热切割方法。该方法使用2％至20％的氧气和氮气的混合气体作为助推气体，以提高切割效率。根据其实施方式，在12巴(1.2MPa)的助推气体压力和1.8m/min的切割速度下切割3mm厚的镀锌钢板。然而，如将参照该实施方式说明的那样，根据传统方法切割的表面处理的钢板的切割面具有的镀层组分不足，因此，获得的防锈能力差。

设计第二实施方式以解决上述问题，并且其目的是通过利用光能或电能的热切割方法切割作为原材料的涂覆有电镀金属的表面处理的钢板，使得含有金属的镀层覆盖切割面，以确保切割面的防锈能力。

第二实施方式采用表面处理的钢板作为原材料以形成热切割部件，并通过使通过热切割熔化的含有金属的镀层流到切割面来确保切割面的防锈能力，而无需修复涂漆。

用作表面处理的钢板的是涂覆有Zn、Zn合金等的电镀钢板。

即，具有镀层的表面处理的钢板是表面涂覆有电镀金属的钢板。在钢板表面上的含有金属的镀层熔化，流到切割面，并凝固以覆盖切割面，从而提供具有优异的切面耐腐蚀性的热切割产品。

在上文中，原材料可以是具有0.1至22.0重量％的Al的电镀组成的热浸镀Zn基电镀钢板。另外，其也可以是含有选自0.1至10.0％的Mg、0.10％或更低的Ti、0.05％或更低的B、2％或更低的Si中的一种或多种的热浸镀Zn基电镀钢板。此外，原材料可以采用镀合金Zn。

第二实施方式能够提供具有至少一个月或更长时间的防锈能力的切割产品，并且由于在切割之后不需要在切割面上进行修复涂漆，因此不包括涂料成本，也不包括涂漆处理。

根据第二实施方式的切割产品的特征在于，在热切割面上存在表面处理的钢板的原材料的含有金属的镀层。即，钢板表面的一部分的含有金属的镀层覆盖切割面。表面处理的钢板不限于特定的种类。考虑到耐腐蚀性和在热切割期间对涂覆组分的破坏，优选使用涂覆有Zn或Zn合金的电镀钢板。表面处理的钢板的原板没有特别限制。其可以是热轧钢板或冷轧钢板。钢类型可以是超低碳钢或低碳钢。板厚度和镀覆量也没有特别限制。它们可以在考虑热切割部件所需的耐腐蚀性和强度的情况下确定。例如，如果耐腐蚀性很重要，则增加镀覆量以增加在热切割时流向切割面的含有金属的镀层的量。

考虑到切割面的外观，用于制造热切割部件的热切割方法采用光能或电能。光能切割法包括CO₂激光切割、YAG激光切割和光纤激光切割。电能切割法包括等离子体切割和电弧切割。第二实施方式通过采用上述切割方法在切割时使切割区域周围的钢板表面上的含有金属的镀层熔化并使用助推气体使熔化的含有金属的镀层流入切割面来制造热切割部件。熔化的含有金属的镀层向切割面的流动容易性根据切割条件(例如，切割时的热量增加和助推气体压力)而变化。如果热量增加太高，则熔化的含有金属的镀层将在流到切割面之前蒸发。如果热量增加太低，则含有金属的镀层将不充分熔化，或者钢板的切割将不能完成。如果助推气体压力太高，则流到切割面的含有金属的镀层会被过度吹掉。

用作原材料的表面处理的钢板的条件也影响切割面的防锈能力。随着镀覆量的增加，热切割时熔化的含有金属的镀层与给定的热量增加的比率增加。随着板厚度变薄，待涂覆含有金属的镀层的切割面的面积变小。由于这些原因，影响含有金属的镀层流向切割面并提高防锈能力的原材料条件是较大的镀覆量和较薄的板厚度。

本发明的发明人已经发现，这些切割条件和原材料条件的组合实现了在热切割时容易使含有金属的镀层传到切割面的条件。基于这样的条件，发明人完成了具有改进的切割面防锈特性的切割部件。

实施方式1

在下文中，将说明本发明的实施方式。

如表1中所示，所使用的原材料是镀Zn-6％、Al-3％和Mg的钢板、镀Zn钢板和镀Al钢板。所使用的设备是广泛使用的CO₂激光器，用于在表2所示的各种条件的组合下切割钢板。

表1

电镀类型	Zn-6％Al-3％Mg、Zn、Al
		每面镀覆量	60至175g/m<sup>2</sup>
板厚度	2.3至3.2mm

表2

切割速度	1.4至3.0m/min
		脉冲输出	4至5kW
喷嘴直径	φ2至4mm
		喷嘴间隙	0.3mm
助推气体类型	N<sub>2</sub>、N<sub>2</sub>+3体积％O<sub>2</sub>
		助推气体压力	0.5至1.2MPa
光束直径	φ0.2至0.3mm

图20示出了待切割的原材料。在虚线区域中接收激光束的顶表面侧引起原材料的镀层的部分熔化，在切割之后，镀层的熔化部分由于蒸发或流向切割面而变得比镀层的原始厚度薄。在这方面，在原材料的顶表面上检查图21中所示的熔化的电镀宽度L，即，镀层变薄的区域的宽度。如图22所示，观察切割面上的含有金属的镀层的涂覆状态，以检查含有金属的镀层涂覆面积与切割面面积的比率和含有金属的镀层的最大流入距离(含有金属的镀层从原材料(即，表面处理的钢板)的顶表面沿切割面的最大流入尺寸)与板厚度的比率。对每个切割样品进行户外暴露试验，以测量直到可见锈蚀出现的天数，并看该天数是否超过一个月。

其结果在表3中示出。熔化的电镀宽度L为0.27mm至0.5mm且熔化的含有金属的镀层涂覆面积比率为10％或更大或者含有金属的镀层最大流动距离与板厚度的比率为30％或更大的切割产品各自表现出一个月或更长时间的防锈能力。

作为比较，检查根据专利文献(日本未经审查的专利申请公开第2001-353588号)中规定的条件(表3的19号)(即，切割速度为1.8m/min并且助推气体压力为12巴(1.2MPa))切割的切割面。其熔化的电镀宽度超过了第二实施方式的范围，并且没有观察到一个月的防锈能力。

表3

电镀类型：a)Zn-6％Al-3％Mg、b)Zn、c)Al

当对表面处理的钢板(为表面涂覆有电镀金属的钢板)进行切割和加工时，提供具有涂覆有钢板表面的镀层中含有的金属的切割面的表面处理的钢板。在这种情况下，优选的是，切割面上涂覆有钢板表面的含有金属的镀层的面积是切割面的面积的10％或更多，并且钢板表面的含有金属的镀层涂覆从表面处理的钢板的顶表面或底表面延伸达板厚度的30％或更多。还优选的是，与切割面垂直的镀层的薄部分的宽度为0.27mm至0.5mm。

在图20至图22中，附图标记101表示原材料，102表示激光束，103表示切割面，104表示电镀金属，105表示切割面，106表示含有金属的镀层的最大流入距离，107表示激光束的前进方向。

接下来，将说明第三实施方式。

第三实施方式涉及具有优异的耐腐蚀性的构件。将涂覆有电镀金属的表面处理的钢板用作原材料，并且通过激光切割成构件。其还涉及用于这样的构件的激光切割方法。

通常，用于汽车、家用电器、配电设施、通信设施等的构件通过将冷轧钢板切割成指定尺寸，然后通过完全电镀(后电镀)切割钢板来制成。近年来，为了提高构件的耐腐蚀性和耐久性并通过减少制造工艺来节省成本，在制作这样的构件时，广泛使用表面处理的钢板作为原材料以省去后电镀。表面处理的钢板主要是电镀钢板，其通过用Zn、Zn合金、Al、Al合金和Cu等金属涂覆钢板的表面来制备。将这种表面处理的钢板切割成构件的方法通常采用压力机或用符合构件形状的模具冲压。为了抑制这样的模具的成本，越来越多地使用热切割法。热切割法通常是燃烧气体的气体切割、使用激光束的激光切割或者使用热等离子体的等离子体切割。由于激光切割对表面处理的钢板的电镀金属的破坏小并且给切割表面提供良好的外观，因此常常使用激光切割。

例如，在专利文献(日本未经审查的专利申请第2001-353588号)中提出了一种用于电镀钢板的激光切割方法。该方法使用含有2％至20％的氧气的氮-氧混合气体作为助推气体，以提高切割效率。

在通过激光切割将表面处理的钢板切割成任选的形状时，沿板厚度方向的切割面通常露出钢板基底。这样的切割面的耐腐蚀性低，根据使用环境快速地产生红锈并呈现出糟糕的外观。具有红锈的产品由于腐蚀而减小其体积，从而缺乏所需的机械强度。

由于厚产品上的红锈显然是显著的，并且由于厚产品需要具有实际的机械强度，因此上述问题在厚产品上是严重的。为了解决这个问题，相关技术在激光切割产品之后将具有与电镀金属类似功能的修复涂料施加到产品的切割面上，以确保产品的耐腐蚀性。这种对策需要涂料和涂漆工作，从而增加了产品的成本。

设计第三实施方式以解决这样的问题，并且其目的是提供一种构件，该构件使用涂覆有电镀金属的表面处理的钢板作为原材料，并确保了激光切割面的耐腐蚀性。另一个目的在于提供用于制造这样的构件的激光切割方法。

本发明的发明人为实现这些目的进行了深入的研究，并发现了一种现象，即当激光切割电镀钢板时，钢板表面上的电镀金属层由于激光辐照热而熔化并流向切割面。该发现导致了该实施方式的完成。将更详细地说明该实施方式所提供的内容。

(1)第三实施方式是一种用于表面处理的钢板的激光切割方法，该表面处理的钢板在钢板的表面上具有电镀金属层，该方法使用诸如氧气、氮气或它们的混合气体的切割气体来进行激光切割，以形成切割面，并且将辅助气体冲击到熔化的电镀金属层上，以使熔化的电镀金属层流到切割面。

(2)第三实施方式是(1)中提及的激光切割方法，其将多个用于喷射辅助气体的喷嘴设置在切割气体的喷嘴周围，并且执行激光切割。

(3)第三实施方式是(1)中提及的激光切割方法，其将用于喷射辅助气体的环形喷嘴设置在切割气体的喷嘴周围，并且执行激光切割。

根据第三实施方式，使切割面部分地覆盖电镀金属层，使得牺牲阳极效应可以确保整个切割面的耐腐蚀性。与相关技术不同，在激光切割之后的切割面不需要修复涂漆，从而降低了制造成本。

如图23所示，进行激光切割处理。激光器加工头5向表面处理的钢板200的表面发射激光束LB，移动激光束LB以使表面处理的钢板200熔化并将其切割成预定的形状。将表面处理的钢板200的表面用通过发射的激光束LB加热而在切割面220(切割部位)周围蒸发的电镀金属层210涂覆。在激光切割时，在切割部位周围的区域的电镀金属层也通过激光束的热传导而被加热。电镀金属(例如，Zn基和Al基)具有低的熔点和蒸发点，因此在该区域的电镀金属层230熔化并且部分蒸发。熔化的电镀金属层230具有流动性，因此朝切割表面流动并且流到该切割面上，在该切割面上铺开，并且冷却凝固，从而形成含有电镀金属的涂层250。含有电镀金属的涂层250的形成与表面处理的钢板一样确保了切割面的耐腐蚀性，从而制造出具有优异的端面耐腐蚀性的构件。在激光切割之后不在切割面上进行修补涂漆的情况下，可以确保适当的耐腐蚀性。如图23所示，涂层250包括从电镀金属层210连续铺开的部分。

激光切割通常以这样的方式进行：从照射喷嘴的前端朝切割材料发射激光束，同时从激光束周围朝切割材料喷射切割气体(助推气体)。切割气体用于从切割部位排除蒸发或熔化的材料。本发明的发明人已经发现，由于辅助气体的流动，在激光切割期间朝切割部位的周边区域喷射辅助气体促进了熔化的电镀金属向切割面的流动。该实施方式在切割气体喷嘴周围设置辅助气体喷嘴，以在激光切割期间将辅助气体喷射到切割部位的周边区域。

(表面处理的钢板)

要使用的表面处理的钢板没有特别限制。它可以是镀有Zn基、Zn-Al基、Zn-Al-Mg基、Zn-Al-Mg-Si基金属或其合金的电镀钢板。镀有Zn-Al-Mg基合金的钢板是优选的。表面处理的钢板的基材可以是热轧钢板、冷轧钢板、超低碳钢板或低碳钢板。

表面处理的钢板的厚度、镀层Zn的百分比和每面镀覆量没有特别限制。考虑到耐腐蚀性和机械强度，它们可以在适当的范围内选择。镀层Zn的百分比优选为40％或更高，更优选为80％或更高，以改善耐腐蚀性。例如，在镀Zn-Al-Mg基合金的情况下，就耐腐蚀性而言，优选的Zn的重量百分比为80或更高。如果Zn-Al-Mg基合金镀层含有大量的Mg，则其熔化时的粘度和表面张力降低，从而增加流动性。这是优选的，因为它促进了向切割面的流动。

如果选择每面具有高镀覆量的表面处理的钢板，则激光束切割导致更大量的电镀金属流到切割端面，从而实现良好的耐腐蚀性。因此，激光束照射侧的每面的镀覆量优选为20g/m²或更高，更优选为30g/m²或更高或90g/m²或更高。

随着每面镀覆量与板厚度的比率(镀覆量/板厚度的比率)的增加，电镀金属流入的涂层与切割端面的比率增大。因此，每面镀覆量(g/m²)与板厚度(mm)的比率(即，镀覆量/板厚度的比率)优选为1.3×10或更高，更优选为2.5×10或更高。

(涂层)

如果在表面处理的钢板的切割面上形成为涂层的电镀金属层整个或部分地覆盖切割面，则其是令人满意的。如果在切割面上部分地存在电镀金属层，则切割面上的电镀金属由于牺牲阳极效应而在基材(切割面的钢)之前熔化，从而确保切割面的耐腐蚀性。为了确保令人满意的耐腐蚀性，切割面上的涂层的平均长度优选为钢板厚度的25％或更多。在本说明书中，将切割面上的涂层的长度称为“镀层流入长度”，将涂层平均长度与钢板厚度的比率称为“镀层流入长度比率”。

本说明书将切割面上的涂层占有率称为“覆盖率”。覆盖率优选为10％或更高。如果覆盖率小于10％，则电镀金属流入量不能确保足够的耐腐蚀性。

(氧化物层、氮化物层或它们的混合层)

在激光切割中，将切割气体从激光束周围吹向表面处理的钢板。切割气体主要用于从切割部位排除燃烧、蒸发或熔化的材料。切割气体可以是氧气、空气、氮气或它们的混合气体。在用激光束切割表面处理的钢板时露出的切割面的表面上形成氧化物层、氮化物层或其混合层。此时，表面处理的钢板的电镀金属层流到切割面并形成上述涂层。因此，涂层形成在氧化物层、氮化物层或混合层(下文中有时称为“氧化物层等”)上。如果使用与切割气体相同种类的辅助气体，则将有助于形成氧化物层等。

流到切割面的熔化的电镀金属趋于在切割面的表面上铺开并移动。因此，可以理解的是，氧化物层等用于改善熔化的电镀金属与切割面之间的润湿性。因此，其上形成有氧化物层等的切割面促进了涂层的形成并增加了电镀金属层的覆盖率。

(激光切割方法)

第三实施方式是用于在钢板表面上涂覆有电镀金属层的表面处理的钢板的激光切割方法。该方法利用诸如氧气、氮气或其混合气体的切割气体进行激光切割以形成切割面，并朝熔化的镀层喷射辅助气体以使其流到切割面上。

如上所述，激光束使钢板表面上的电镀金属层熔化。此时，将辅助气体朝切割部位的周边区域冲击，使得辅助气体的流动促进熔化的电镀金属朝切割面流动。用于喷射辅助气体的喷嘴可以设置在用于切割气体的喷嘴周围。图24(a)是表示作为这种设置的例子的激光切割喷嘴的截面图。该图示意性表示发射的激光束、喷射的切割气体和喷射的辅助气体之间的关系。在激光束发射喷嘴19周围，设置有用于喷射切割气体的切割气体喷嘴(切割气体供应装置30)，并且在该喷嘴周围设置有用于喷射辅助气体的喷嘴(辅助气体供应装置40)。从切割气体供应喷嘴30喷射的切割气体作用在包括切割面220的区域上。另一方面，从辅助气体供应喷嘴40喷射的辅助气体70作用在切割部位(切割面220)周围的周边区域上。图24(b)是表示作用在切割材料200上的切割气体60和辅助气体70的压力分布的模型图。如图24(b)所示，预定的压力作用在切割面220的周边区域上。

图25(a)和25(b)是表示含有电镀金属的涂层的形成的模型图。如图25(a)所示，在激光切割时，辅助气体70被吹到钢板200表面上熔化的金属层230。然后，如图25(b)所示，熔化的电镀金属层230朝切割面220移动并流到切割面220上，从而形成涂层250。使用辅助气体70也有效地促进了电镀金属的流入。

图26(a)、图26(b)、图27(a)和图27(b)是示意性表示根据仅使用切割气体的相关技术的喷嘴的切割状态的图。将切割气体60朝切割部位(切割面220)吹送，并且部分切割气体形成在切割部位周围扩散的流(图26(a))。然而，作用在熔化的电镀金属层上的切割气体60的压力低(图26(b))。结果，如图27(a)和图27(b)所示，只有熔化的电镀金属层230的蒸发的电镀金属260被排除。可以理解的是，熔化的电镀金属层230决不会流到切割面。

照射激光束的种类没有特别限制。例如，可以采用使波长为3μm或更大的激光束振荡的CO₂激光器。根据待切割的表面处理的钢板的厚度、加工形状等，适当地设定切割时激光束的条件，例如光斑直径、输出功率和移动速度。

表面处理的钢板的电镀金属层在用切割激光加热时会升高其温度并熔化。影响电镀金属层温度升高的参数是表面处理的钢板的厚度(t：单位mm)、激光输出(P：单位kW)、切割速度(v：单位m/min)和激光切割宽度(w：单位mm)。即使在相同的激光输出下，温度增加程度也会因板厚度和切割速度而不同。因此，为了相互比较电镀金属层的不同加热条件，使用指数“P/v×t×w”。该指数是通过激光输出P(kW)除以切割速度v(m/min)、板厚度t(mm)和激光切割宽度w(mm)而获得的数值。本说明书将该指数称为“激光热量增加指数”。为了使电镀金属流到切割端面并形成适当的涂层，激光热量增加指数优选在0.79至2.57的范围内。如果指数小于0.79，则切割时的热量增加太小，因此，渣滓沉积在切割部位上，使得不能切割。另一方面，如果指数超过2.57，则热量增加太大，因此，电镀金属蒸发，减少流向切割端面的电镀金属的量，从而降低切割端面的耐腐蚀性。

用于激光切割的切割气体优选为氧气、氮气或其混合气体，以形成具有氧化物层、氮化物层或混合层的切割面。切割气体可以是氧气、空气、氮气或它们的混合气体。切割气体可以与惰性气体(例如，Ar)混合。切割气体的流速和压力可以根据表面处理的钢板的厚度和切割条件适当地设定。

辅助气体供应装置可以是在激光切割之后喷射辅助气体70的任何装置。示例性构造是在用于喷射切割气体的加工头5周围设置用于喷射辅助气体70的喷嘴80。如图28所示，可以在加工头5旁边设置多个辅助气体侧喷嘴80。如图29所示，加工头5可以具有用于吹出切割槽中的熔化金属的内部喷嘴(未示出)和用作围绕内部喷嘴的外部喷嘴的辅助气体喷嘴90。辅助气体喷嘴90朝熔化的电镀金属层230喷射辅助气体70以将其引导到切割面220。

即，用于激光切割和加工方法的激光器加工头优选设置有喷射助推气体的喷嘴和喷射辅助气体的辅助气体喷嘴，所述喷射助推气体的喷嘴朝电镀钢板的激光器加工部位喷射助推气体以吹掉熔化的金属并形成切割面，所述辅助气体喷嘴用于喷射辅助气体以将电镀钢板的顶表面处熔化的含有金属的镀层朝切割面引导。该构造利用辅助气体将在距离切割面0.27mm至0.5mm的范围内的熔化金属朝切割面引导。

在激光器加工头中，辅助气体喷嘴优选构造成在大于通过激光切割和加工形成的激光切割和加工槽的宽度的范围内(即，在包括熔化的电镀金属层230的范围内)喷射辅助气体。

如果辅助气体可以促进熔化的电镀金属的流动，则其种类没有特别限制。辅助气体的组成可以与切割气体的组成类似，或者可以是氧气、氮气或其混合气体。辅助气体的组成可以与切割气体的组成不同，或者可以仅是惰性气体(例如，Ar)。

可以根据表面处理的钢板的厚度、激光束移动速度等来设定辅助气体的流速。如上所述，辅助气体具有促进熔化的电镀金属朝切割面流动的功能。辅助气体的流速优选为20L/min或更大。如果辅助气体的流速小，则电镀金属朝切割面的流动将不充分。如果流速大，则熔化的电镀金属的流入量增加。如果流速过大，则熔化的电镀金属被过度吹掉，从而防止涂层的形成，因此不是优选的。

实施方式2

在下文中，说明本发明的实施方式。本发明不限于下述实施方式。

作为表面处理的钢板，使用具有表4和表5中所示的电镀组成的镀层的钢板制备1号至47号的试验片。47号试验片是根据使用空气的等离子体切割的参考例。上述镀层具有Zn-Al-Mg、Zn-Al、Zn或Al-Si的电镀组成。在表4和表5中的“电镀组成”栏中，例如以“Zn-6Al-3Mg”提及的试验片是指具有按重量百分比计含有6％的Al和3％的Mg的Zn基电镀层的钢板。如表4和表5中所示，试验片的每面镀覆量(g/m²)、钢板厚度(mm)、镀覆量与板厚度的比率(镀覆量/板厚度的比率)不同。在表4和表5中，每面镀覆量是在激光束照射面上的值。

通过组合下述条件进行激光切割。

(a)激光振荡方法：CO₂激光器

(b)激光切割宽度(mm)：0.24至0.40

(c)激光输出(kW)：2、4、6

(d)切割速度(m/min)：0.6至7.0

(e)切割气体种类：氮气(N₂)、氧气(O₂)、氮气+3％的氧气(N₂+3％O₂)、氩气(Ar)

(f)切割气体压力(MPa)：0.05至1.4

(g)辅助气体喷嘴类型：侧喷嘴(A型：参见图28)，环形喷嘴(B型：参见图29)

(h)辅助气体种类：氮气(N₂)、氧气(O₂)、氮气+3％的氧气(N₂+3％O₂)、氩气(Ar)

(i)辅助气体流速(L/min)：15至1900

对切割后的试验片的切割面拍照以提供图像数据，并找到它们的涂层平均长度(镀层流入长度比率)和镀层覆盖率。对试验片进行后述暴露试验，求出端面锈蚀率。另外，根据稍后说明的方法测量试验片的氧化物层等的厚度。通过电子束微量分析仪(EPMA)对切割面进行组分分析。

(涂层平均长度)

图30(a)示意性表示测量涂层平均长度的方法。如镀层流入物310所示，涂层表示从钢板表面320到切割面并朝钢板底面330延伸的电镀金属的流动。如图30(a)所示，从观察区域内选择五个用圆形标记包围的镀层流入物310作为主要流入物，测量其到其前端部的长度(镀层流入长度340)，计算每个镀层流入长度340与钢板厚度350的比率(本说明书称该比率为“镀层流入长度比率”)，并计算五个点的平均值。根据平均值，确定该实施方式的涂层平均长度。

(镀层覆盖率)

将说明测量占据切割面的涂层的覆盖率的方法。首先，如图30(b)所示，设定评估点P1至P5。为此，该实施方式绘制与钢板表面垂直的垂直线段，并且在该线段上，将P1和P5设置在距板端面的顶部和底部50μm的位置处。在P1和P5之间的中点处，设置P3。在P1和P3之间的中点处，设置P2，并且在P3和P5之间的中点处，设置p4。在P1至P5中，对与镀层流入物310一致的点计数。如图30(b)所示，在任选的位置重复相同步骤四次，以找到与总共20个位置(点)中的镀层流入物相符的点，并计算其比率。例如，如果有八个相符的点，则比率为8/20＝0.4(40％)。该计算值用作实施方式的镀层覆盖率。

(氧化物层和其他层的厚度)

将说明测量氧化物层和其他层的厚度的方法。如图31(a)所示，将其切割面朝下的试验片390埋入树脂400中以制备测量样品。

此时，在试验片390的端部设置金属丝420，以使试验片390具有倾斜角θ。将埋在树脂中的试验片390抛光，使得试验片390的切割面上的镀层、氧化物层等被倾斜地抛光，以在抛光表面380上露出如图31(b)所示并排的钢板基材370、氧化物层360和电镀金属310。此后，测量氧化物层360的宽度等。基于测得的宽度和在埋入时形成的倾斜角θ，计算氧化物层等的厚度。在切割面上的观察区域410内的任选三个位置处，采取相同的步骤来测量氧化物层及其他层的厚度，并计算其平均值。根据该实施方式，平均值用作氧化物层和其他层的厚度。

(端面锈蚀率)

关于根据本发明加工的构件的耐锈性，将试验片在户外进行暴露试验60天，并根据红锈出现率评估试验片的切割面。本说明书将红锈出现率称为“端面锈蚀率”。下面，将说明端面锈蚀率的测量方法。在切割试验片的中心部位周围，设定150mm长的测量范围。如图32中示例性所示，在该测量范围中以5mm间隔设置判定位置520，测量与红锈部位510相交的判定位置的数量，并计算相交比率。例如，在图32中，有20个判定位置，其中7个与红锈部位相交。因此，端面锈蚀率计算为7/20＝0.35(35％)。

镀层流入长度比率、镀层覆盖率、氧化物层等的厚度以及端面锈蚀率的测量结果在表4和表5中示出。

表4

表5

根据EPMA分析结果，用辅助气体处理的1号至29号试样片均显示在切割面上检测到Zn组分。Zn组分的分布类似于从用激光束照射的板顶表面流到板底部的流(图33)。基于该分布状态，推测切割面上的Zn组分来源于从钢板表面流到切割面上的电镀金属层。

根据氧和氮化物组分的分析结果，使用N₂切割气体的1号、2号等试验片的切割面各自在不存在Zn组分的区域中具有氮化物层。使用含有氮气和3％O₂的混合气体的4号、5号等试验片的切割面和使用氧气的7号、11号等试验片的切割面各自在不存在Zn组分的区域中具有氧化物层、氮化物层或其混合层。

根据这些分析结果，推测在激光切割之后在切割面上形成氧化物层等，之后，钢板表面上的熔化的电镀金属层流到切割面上以在氧化物层等上形成涂层。

如表4所示，对应于本发明的实施方式的1号至29号试样片各自具有25％或更高的镀层流入长度比率、10％或更高的切割面覆盖率以及涂层下面的氧化物层等。1号至29号试验片各自显示10％或更小的端面锈蚀率，表示良好的端面耐锈性。此外，1号至29号试验片各自在电镀金属层中具有40％或更高的含Zn比例和20g/m²或更高的每面镀覆量，并且各自显示氧化物层等的平均厚度为0.1μm或更大，以及镀覆量(g/m²)与钢板厚度(mm)的比率为1.3×10或更大。

另外，1号至29号试验片的激光切割方法采用含有氧气、氮气或其混合气体的切割气体以及辅助气体。辅助气体是用于15号试验片的氩气和用于其他试验片的氧气、氮气或其混合气体。使用的辅助气体喷嘴是侧喷嘴(A)或环形喷嘴(B)。激光切割在激光热量增加指数(P/v×t×w)在0.79至2.57的范围内进行。

另一方面，与表4所示的本发明的实施方式类似，表5中所示的对比试验片30号至45号各自采用具有含Zn的电镀金属层的表面处理的钢板。它们的镀层流入长度比率均低于25％，并且它们的端面锈蚀率均超过10％，与本发明的实施方式相比，显示出差的耐腐蚀性。

在比较例中，30号至38号试验片是均不使用辅助气体的例子。39号至42号试验片是均使用辅助气体并且激光热量增加指数(P/v×t×w)在0.79至2.57范围之外的例子。41号试验片使用低于0.79的激光热量增加指数，并且由于缺乏热量，不能进行其切割。43号试验片使用低于20L/min的辅助气体流速。44号试验片使用小于1.3×10的镀覆量/板厚度的比率。45号试验片使用氩气作为切割气体，以不形成氧化物或氮化物层。

表5所示的46号试验片是使用不含Zn的电镀金属(Al-Si)的比较例。47号试验片是使用等离子体切割而不是激光切割的比较例。它们中每一个都具有远大于10％的端面锈蚀率，证实了差的端面耐腐蚀性。

根据上述试验结果，证实了具有本发明特有的因素的构件显示出良好的端面耐腐蚀性。

工业实用性

本发明能够在不去除电镀钢板的镀层的情况下进行激光切割和加工。当激光切割电镀钢板时，本发明能够使在电镀钢板顶表面熔化和/或蒸发的含有金属的镀层流向切割面，并涂覆切割面。因此，本发明能够有效地激光切割和加工电镀钢板，并且在激光切割和加工之后不需要再在切割面上进行防锈处理。

Claims (35)

1.一种用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，当通过用激光束照射电镀钢板的顶表面进行激光切割和加工时，将助推气体或辅助气体冲击到电镀钢板的激光切割部位，以将通过激光束熔化和/或蒸发的顶表面的含有金属的镀层朝电镀钢板的切割面引导，使得所述切割面涂覆有含有金属的镀层。

2.根据权利要求1所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，所述激光束的焦点位置在+0.5mm至-4.5mm的范围内调节。

3.根据权利要求1或2所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，激光器加工头的喷嘴与所述电镀钢板的顶表面之间的喷嘴间隙在0.3mm至1.0mm的范围内调节，并且助推气体压力在0.5MPa至1.2MPa的范围内调节。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，激光切割和加工速度在1000mm/min至5000mm/min的范围内调节。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，助推气体喷射喷嘴的直径为2.0mm至7.0mm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，所述助推气体是氮气或96％或更高的氮气与4％或更低的氧气的混合物。

7.根据权利要求1所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，板厚度为2.3mm，镀覆量为K14，喷嘴直径为2.0mm至7.0mm，助推气体压力为0.5至0.9MPa，切割速度为3000至5000mm/min。

8.根据权利要求1所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，板厚度为2.3mm，镀覆量为K27或K35，喷嘴直径为2.0mm至7.0mm，助推气体压力为0.5至0.9MPa，切割速度为3000至5000mm/min。

9.根据权利要求1所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，板厚度为3.2mm，镀覆量为K27或K35，喷嘴直径为7.0mm，助推气体压力为0.5至0.9MPa，切割速度为2000至3000mm/min。

10.根据权利要求1所述的用于电镀钢板的激光切割和加工方法，其中，板厚度为4.5mm，镀覆量为K27或K35，喷嘴直径为7.0mm，助推气体压力为0.7至0.9MPa，切割速度为1500至2000mm/min。

11.一种由电镀钢板制成的激光切割和加工的产品，其中，电镀钢板的切割面涂覆有在激光切割和加工时电镀钢板的顶表面的熔化和/或蒸发的含有金属的镀层。

12.根据权利要求11所述的激光切割和加工的产品，其中，切割面的上边缘周围的镀层厚度比远离切割面的位置处的镀层厚度薄。

13.根据权利要求11或12所述的激光切割和加工的产品，其中，镀层熔化范围在距切割面0.27mm至0.5mm的范围内。

14.一种用于热切割和加工的产品的热切割和加工方法，所述热切割和加工的产品具有涂覆有电镀金属的钢板表面和具有含有金属的镀层的切割面，其中，所述含有金属的镀层熔化，流到切割面并凝固，从而使切割面覆盖有含有金属的镀层。

15.根据权利要求14所述的用于热切割和加工的产品的热切割和加工方法，所述热切割和加工的产品具有涂覆有电镀金属的钢板表面和具有含有金属的镀层的切割面，其中，所述含有金属的镀层流到切割面之后覆盖该切割面的面积是切割面的面积的10％或更多，或者流到切割面的含有金属的镀层的最大流入距离是板厚度的30％或者更多。

16.根据权利要求14-15中任一项所述的用于热切割和加工的产品的热切割和加工方法，所述热切割和加工的产品具有涂覆有电镀金属的钢板表面和具有含有金属的镀层的切割面，其中，从切割面沿垂直方向的熔化的镀层宽度为0.03mm至0.5mm。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的热切割和加工方法，其中，将含有1.0～22.0重量％的Al的热浸镀Zn基电镀钢板用作待热切割的原材料。

18.根据权利要求17所述的热切割和加工方法，其中，用作待热切割的原材料的锌基电镀钢板的电镀组合物还含有选自0.1-10.0重量％的Mg、0.10重量％或更低的Ti、0.05重量％或更低的B和2重量％或更低的Si的组中的一种或多种。

19.根据权利要求14-16中任一项所述的热切割和加工方法，其中，将含有1.0-1.0重量％的Si的热浸镀铝基电镀钢板用作待热切割的原材料。

20.根据权利要求14-19中任一项所述的热切割和加工方法，其中，凝固的含有金属的镀层以流线形状存在。

21.一种热切割和加工的产品，其采用具有涂覆有电镀金属的钢板表面的表面处理的钢板作为原材料，其中，含有金属的镀层熔化并流到切割面，使得熔化的金属凝固以使切割面覆盖有含有金属的镀层。

22.根据权利要求21所述的热切割和加工的产品，其采用具有涂覆有电镀金属的钢板表面的表面处理的钢板作为原材料，其中，含有金属的镀层流到切割面之后覆盖该切割面的面积是切割面的面积的10％或更多，或者流到切割面的含有金属的镀层的最大流入距离是板厚度的30％或者更多。

23.根据权利要求21或22所述的热切割和加工的产品，其采用具有涂覆有电镀金属的钢板表面的表面处理的钢板作为原材料，其中，从切割面沿垂直方向的熔化的镀层宽度为0.03mm至0.5mm。

24.根据权利要求21-23中任一项所述的热切割和加工的产品，其中，将含有1.0～22.0重量％的Al的热浸镀Zn基电镀钢板用作原材料。

25.根据权利要求24所述的热切割和加工的产品，其中，用作原材料的锌基电镀钢板的电镀组合物还含有选自0.1-10.0重量％的Mg、0.10重量％或更低的Ti、0.05重量％或更低的B和2重量％或更低的Si的组中的一种或多种。

26.根据权利要求21-23中任一项所述的热切割和加工的产品，其中，将含有1.0-13.0重量％的Si的热浸镀铝基电镀钢板用作原材料。

27.根据权利要求21-26中任一项所述的热切割和加工的产品，其中，凝固的含有金属的镀层以流线形状存在。

28.一种表面处理的钢板，其具有涂覆有电镀金属的钢板表面，其中，切割面覆盖有钢板表面的含有金属的镀层。

29.根据权利要求28所述的表面处理的钢板，其具有涂覆有电镀金属的钢板表面，其中，覆盖切割面的钢板表面的含有金属的镀层的面积是切割面的面积的10％或更多，或者钢板表面的含有金属的镀层从表面处理的钢板的顶表面或底表面在板厚度的30％或更多的范围内覆盖切割面。

30.根据权利要求28-29中任一项所述的表面处理的钢板，其具有涂覆有电镀金属的钢板表面，其中，垂直于切割面的镀层的薄部分的宽度为0.27mm至0.5mm。

31.一种激光切割方法，其用于具有涂覆有电镀金属的钢板表面的表面处理的钢板，其中，采用诸如氧气、氮气或它们的混合气体的切割气体来进行激光切割，以形成切割面，然后，朝熔化的电镀金属层冲击辅助气体，使熔化的电镀金属层流到切割面。

32.根据权利要求31所述的激光切割方法，其中，在切割气体的喷嘴周围设置用于喷射辅助气体的多个喷嘴，并进行激光切割。

33.根据权利要求31所述的激光切割方法，其中，在切割气体的喷嘴周围设置用于喷射辅助气体的环形喷嘴，并进行激光切割。

34.一种激光器加工头，其用于根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、14、15、16、17、18、19、20、31、32和33中任一项所述的方法，其中，所述激光器加工头包括助推气体喷嘴和辅助气体喷嘴，所述助推气体喷嘴用于朝电镀钢板的激光加工部位冲击助推气体使得从喷嘴喷射的助推气体吹掉熔化的金属以形成切割面，所述辅助气体喷嘴用于喷射辅助气体以将电镀钢板的顶表面上的熔化态的含有金属的镀层朝切割面引导。

35.根据权利要求34所述的激光器加工头，其中，所述辅助气体喷嘴被构造成在大于通过激光切割和加工形成的切割槽的宽度的范围内朝通过激光切割和加工形成的切割槽喷射辅助气体。