CN111163897B - 镀敷钢板的激光切断加工方法 - Google Patents

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Abstract

镀敷钢板的激光切断加工通过如下工序来进行，即：将波长为1μm波段的激光向被镀敷金属覆盖的所述镀敷钢板照射来切断所述镀敷钢板；向在所述切断的工序中形成的所述镀敷钢板的切断面喷出辅助气体，使通过所述激光的照射而熔融的所述镀敷金属向所述切断面流动而通过所述镀敷金属覆盖所述切断面。

Description

镀敷钢板的激光切断加工方法
技术领域
本公开涉利用波长帯为1μm的激光对Zn类镀敷钢板进行加工的激光切断加工方法、激光加工头、及激光加工装置。具体而言是涉及如下的激光切断加工方法、激光加工头、及激光加工装置，例如在通过光纤激光对镀敷钢板进行激光切断加工时，利用辅助气体使通过照射激光而熔融的上表面的镀敷金属向切断面流动，利用该流动的镀敷金属来覆盖切断面。
背景技术
当Zn类镀敷钢板被切断时，会在切断面露出铁素体而容易产生红锈(以下称为锈迹)。因此公开有一种技术：在对镀敷钢板进行切断加工时，将镀敷钢板上表面的镀层的一部分引导至切断面而在切断面形成锌附着面来抑制锈迹的产生。专利文献1公开了相关技术。
另外提出有一种技术方案：将Zn类镀敷钢板利用CO2激光、YAG激光、光纤激光等激光进行切断并抑制切断面产生锈迹。专利文献2公开了相关技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009－287082号公报
专利文献2:日本特开2014－237141号公报
发明内容
专利文献1公开了如下结构：在利用模具和冲头对镀敷钢板进行切断加工时，对模具与冲头之间的间隙进行调节而使在镀敷钢板表面镀敷的Zn流入端面。也就是说，专利文献1揭示了如下情况：通过将镀敷钢板上镀敷的一部分引导至切断面而能够抑制锈迹的发生。
但是采用冲头和模具难以实施例如沿着复杂曲线进行的切断加工。并且难以利用镀敷的一部分将整个切断面的全面覆盖。
专利文献2公开了：在对Zn类镀敷钢板进行激光切断加工时将氧气用作辅助气体。该辅助气体在对镀敷钢板进行切断加工时吹飞熔融的镀敷钢板，利用氧化反应的热量容易进行熔断，并在切断端面形成氧化覆膜。该氧化覆膜抑制切断面的防锈能力的降低。
即，在专利文献2记载的技术中，在镀敷钢板的激光切断加工的切断端面的全域形成氧化覆膜，从而延迟红锈的产生时期。专利文献2记载的技术并非在对镀敷钢板进行激光切断加工时将上表面的熔融的镀敷引导至切断面并利用镀敷的一部分来覆盖切断面的技术。
以下公开的技术的目的是在例如以光纤激光对Zn类镀敷钢板进行切断加工时将表面镀层的一部分引导至切断面而利用镀敷金属来覆盖切断面。
根据一个方案，就镀敷钢板的激光切断加工而言，将波长为1μm波段的激光向被镀敷金属覆盖的镀敷钢板照射来切断所述镀敷钢板；向在所述切断的工序中形成的所述镀敷钢板的切断面喷出辅助气体，使通过所述激光的照射而熔融的所述镀敷金属向所述切断面流动而通过所述镀敷金属覆盖所述切断面被。
根据另一方案，激光加工头用于将波长为1μm波段的激光向被镀敷金属覆盖的镀敷钢板照射来切断所述镀敷钢板，并向在所述切断的工序中形成的所述镀敷钢板的切断面喷出辅助气体，使通过所述激光的照射而熔融的所述镀敷金属向所述切断面流动而通过所述镀敷金属覆盖所述切断面的用途，该激光加工头具备：喷嘴，其向所述切断面喷出所述辅助气体；以及辅助气体喷嘴，其喷出用于将利用从所述喷嘴喷出的所述辅助气体而熔融的所述镀敷金属吹散并导向所述切断面的辅助气体。
根据此外另一方案，激光加工装置具备：工件载台，其对作为工件的镀敷钢板进行支撑；激光加工头，其向所述工件照射激光并相对于所述工件相对地进行移动来切断所述工件；激光振荡器，其振荡发出波长为1μm波段以下的激光并向所述激光加工头供给；移动单元，其相对于所述工件相对地移动所述激光加工头；气体压力控制单元，其对辅助气体控制压力并向所述激光加工头供给；激光调节单元，其调节向所述工件照射的所述激光的聚光直径和瑞利长度；焦点位置控制单元，其控制向所述工件照射的所述激光的焦点位置；控制装置，其控制所述激光振荡器、所述移动操作单元、所述气体压力控制单元、所述激光调节单元、所述焦点位置控制单元的动作；以及数据输入单元，其向所述控制装置输入所需的数据。
发明的效果
在利用波长为1μm波段的激光对镀敷钢板进行激光切断加工时，使镀敷钢板上表面的镀层的一部分熔融和/或蒸发并由辅助气体将镀敷金属引导至切断面而至少利用其一部分将切断面覆盖。
附图说明
图1是对在光纤激光的标准加工条件下对镀敷钢板进行切断加工并进行暴露试验的结果、以及变更光纤激光的光束轮廓来进行镀敷钢板的切断加工并进行暴露试验的结果进行比较的说明图。
图2是在概念上概略地表示一实施方式的激光加工装置的结构的功能框图。
图3是表示能够通过调节透镜入射束径D来调节激光光束轮廓的说明图。
图4是当能够知晓激光光束轮廓时则能够知晓光束的扩散角θ的说明图。
图5是表示变更光纤激光的光束轮廓来进行镀敷钢板的激光切断加工并进行暴露试验的结果的说明图。
图6是说明束径在工件上表面和工件下表面有所不同的说明图。
图7是表示激光束的形状的说明图。
图8是针对暴露试验评价的说明图。
图9是表示喷嘴直径不同的暴露试验结果的说明图。
图10是表示喷嘴直径不同的暴露试验结果的说明图。
图11是表示喷嘴直径不同的暴露试验结果的说明图。
图12是汇总了图9～图11所示的暴露试验结果的说明图。
图13是表示辅助气体压力不同的暴露试验结果的说明图。
图14是表示辅助气体压力不同的暴露试验结果的说明图。
图15是表示辅助气体压力不同的暴露试验结果的说明图。
图16是汇总了图13～图15所示的暴露试验结果的说明图。
图17是表示喷嘴间隙不同的暴露试验结果的说明图。
图18是表示喷嘴间隙不同的暴露试验结果的说明图。
图19是表示喷嘴间隙不同的暴露试验结果的说明图。
图20是汇总了图17～图19所示的暴露试验结果的说明图。
图21是表示焦点位置不同的暴露试验结果的说明图。
图22是表示焦点位置不同的暴露试验结果的说明图。
图23是表示焦点位置不同的暴露试验结果的说明图。
图24是汇总了图21～图23所示的暴露试验结果的说明图。
图25是表示因焦点位置不同而使得切断槽的宽度发生变化且防锈效果不同的说明图。
图26是表示加工速度不同的暴露试验结果的说明图。
图27是表示加工速度不同的暴露试验结果的说明图。
图28是表示加工速度不同的暴露试验结果的说明图。
图29是汇总了图26～图28所示的暴露试验结果的说明图。
图30是在概念上概略地表示优选的激光加工头的结构的说明图。
具体实施方式
根据专利文献1公开的技术，在对镀敷钢板进行切断加工时将镀敷钢板上表面的镀层的一部分引导至切断面并利用镀层的一部分来覆盖切断面，从而能够抑制切断面产生锈迹。
因此进行试验来验证：在利用光纤激光对Zn类镀敷钢板进行激光切断加工时，能否将上表面的镀层的一部分引导至切断面而将切断面覆盖。试验条件如下。
激光加工机：FOL－AJ4000(株式会社AMADA制造)
激光输出：4KW
材料：表面覆盖了铝6％、镁3％、锌91％的镀敷的镀敷钢板、板厚t＝3.2mm K35(单侧镀敷附着量175g/m2)
切断样本形状：90mm×20mm
标准加工条件(对板厚t＝3.2mm的钢板进行激光切断加工时的条件)
·喷嘴直径：S2.0(2.0mm)
·切断速度：F7000(7000mm/min)
·辅助气体：氮气
·辅助气体压力：1.7MPa
·喷嘴间隙：0.3mm(镀敷钢板的上表面与喷嘴下端部的间隙)
·焦点位置：0.0mm(以工件上表面为0将上侧设为+、并将下侧设为－)
·聚光直径0.151mm、瑞利长度1.688mm
以上述的标准加工条件利用光纤激光来进行激光切断加工。并且进行了经过四周时间的暴露试验。暴露试验结果如图1的(A)所示。由图1的(A)可知，在经过两周时间后，在切断面上可见略微的红锈。并且，随着时间经过而产生的红锈增多，经过四周时间后可见更多的红锈。
如上所述，在利用光纤激光对镀敷钢板进行激光切断加工时，就钢板的作为进行激光切断加工的标准加工条件的加工条件而言，将上表面的镀层的一部分引导至切断面来覆盖切断面具有防锈效果。并且可以期待进一步的防锈效果。
因此，对光纤激光的光束轮廓即聚光直径和瑞利长度进行变更来进行激光切断加工并进行暴露试验。例如在将聚光直径调节为0.183mm并将瑞利长度调节为2.178mm来进行激光切断加工并进行暴露试验时，如图1的(B)所示，经过四周后未见红锈而确认了优于标准加工条件的防锈效果。因此发现：通过在对聚光直径和瑞利长度进行调节的基础上进一步对其它各种加工条件进行变更，从而能够将镀敷钢板上表面的镀层的一部分引导至切断面并将切断面覆盖。
以下的公开基于上述的见解。
以下参照附图对若干实施方式进行说明。
如图2所示，本实施方式的激光加工装置1具备：对板状的工件W进行支撑的工件载台3、以及用于进行激光切断加工的激光加工头5。激光加工头5构成为能够向工件W照射激光LB来进行切断加工。工件载台3能够相对于激光加工头5在X轴方向、Y轴方向上自由地进行相对移动，激光加工装置1还具备由伺服电机等构成的定位电机7，该定位电机7用于使该工件载台3相对地在X轴方向、Y轴方向上进行移动定位。激光加工装置1还具备Z轴电机9，该Z轴电机9用于使激光加工头5在相对于工件W接近远离的方向(Z轴方向)上相对地进行移动定位。
另外，激光加工装置1具备例如光纤激光振荡器、DDL振荡器、盘形激光振荡器、YAG激光振荡器等振荡发出激光(波长1μm波段的激光)的激光振荡器11。激光振荡器11和激光加工头5通过传输光纤13进行连接。激光加工头5具备用于使从传输光纤13射出的激光LB平行光线化、发散光化、收敛光化的CF透镜(准直透镜)15，CF透镜15能够在沿着光轴的方向上移动并定位。激光加工头5还具备用于在光轴方向上对CF透镜15进行移动调节的致动器17。
此外，激光加工头5还具备将透过CF透镜15的激光LB向聚光透镜19反射的AO镜(曲率可变镜)21。该AO镜21能够通过向加压单元21A施加空气等的压力来变更反射面的曲率。从而使AO镜21能够对反射光实施发散光化、平行光线化、收敛光化。
如上所述，对CF透镜15的位置和/或AO镜21的曲率进行调节，从而能够调节激光LB相对于聚光透镜19的入射束径。换言之，激光加工装置1能够调节激光LB的瑞利长度、聚光直径。
另外，激光加工头5还具备向工件W的激光加工位置喷出辅助气体的喷嘴23。
也可以取代上述方式或者在上述方式基础上，激光加工头5具备侧喷嘴并从该侧喷嘴向激光加工部喷出辅助气体。
此外，激光切断加工装置1还具备辅助气体供给装置25。辅助气体供给装置25具备压力调节阀33，其用于对氮气供给装置27和向激光加工头5供给的辅助气体的压力进行调节。当使氮气供给装置27和压力调整阀33动作时，则能够将氮气作为辅助气体向加工部供给。
辅助气体供给装置25例如能够供给氮气约97％、氧气约3％的混合气体。辅助气体供给装置25具备混合器31，该混合器31将氮气供给装置27的氮气、与氧气供给源(空气供给源)29的氧气或空气以预定量进行混合而生成混合气体。当使气体混合器31和压力调整阀33动作时，则能够将预定的浓度的混合气体作为辅助气体向加工部供给。
将氮气约97％、氧气约3％的混合气体作为辅助气体向激光加工部供给的结构也可以采用其它结构。例如日本专利第3291125号公报记载了：能够使用采用了中空丝膜的分离装置并且能够利用该分离装置将所供给的压缩空气分离为氮气和氧气。
另外，激光切断加工装置1具备控制装置35。该控制装置35包含通过软件进行控制的计算机，该软件实现如下功能：控制激光加工头5相对于工件W的相对移动定位；控制激光振荡器11的激光输出并控制向激光加工头5供给的辅助气体的供给压力。
此外，控制装置35还具有对CF透镜15的位置和AO镜21的反射面的曲率进行调节的功能。因此，通过独立地或者同时地对CF透镜15的位置和AO镜21的曲率进行调节，从而能够调节对工件W进行切断加工时的聚光直径和瑞利长度(光束轮廓)。
根据上述结构，在将工件W置于工件载台3上并进行定位之后，利用控制装置35或者通过手动方式使激光加工头5相对于工件W在X轴、Y轴、Z轴的方向上进行相对移动并定位。接下来，控制装置35对CF透镜15的位置和/或AO镜21的曲率进行调节，并调节相对于聚光透镜19的入射束径来调节激光束LB的光束轮廓。控制装置35使激光振荡器11进行振荡，并利用聚光透镜19进行聚光而使激光LB向工件W照射。与此同时，控制装置35使辅助气体供给装置25动作，使辅助气体经由激光加工头5从喷嘴23向工件W的激光加工部喷出，从而对工件W进行激光切断加工。
就本实施方式而言，在利用光纤激光对镀敷钢板进行激光切断加工时，使激光成为适当的光束轮廓，从而能够进行镀敷钢板上表面的镀层的熔融和/或蒸发，并使熔融和/或蒸发的镀敷金属向切断面流动，利用流动的镀敷金属将切断面覆盖。
另外，基于激光的光束轮廓，如图3所示，将激光LB相对于聚光透镜19的入射束径设为D、并将聚光直径(光束的直径)设为do，则光束收敛为最小的束腰位置处的束径即聚光直径do如下式所示。
[式1]
Figure GDA0003785872110000071
如图3所示，光束相对于束腰位置的聚光直径do(直径)扩展到√2×do为止的光轴方向的距离是瑞利长度Zr的2倍即2Zr。瑞利长度Zr也称为焦点深度，可表示为下式。
[式2]
Figure GDA0003785872110000081
其中，λ为光的波长、f为透镜的焦点距离、D为相对于聚光透镜19的入射束径、M2、BPP为光束品质。
由式(1)可知，能够通过调节入射束径D来调节聚光直径do。另外，能够通过调节聚光直径do来调节瑞利长度Zr。
通过对CF透镜15的位置进行调节，从而能够将透过CF透镜15的激光LB调节为发散光、平行光、集束光中的任一个。另外，在AO镜21，通过将反射面调节为凸面，从而能够使入射的平行光作为发散光进行反射。另外，通过将反射面分别地调节为平面、凹面，从而能够使入射的平行光分别地作为平行光、收敛光进行反射。
即，通过对CF透镜15的位置进行调节、或者对AO镜21的曲率进行调节、以及组合进行CF透镜15的位置调节和AO镜21的曲率调节，从而能够调节激光LB相对于聚光透镜19的光束入射直径D。换言之，能够对聚光直径do和瑞利长度Zr进行调节来调节光束轮廓。
虽然作为光束轮廓的调节示出了对CF透镜15的位置调节和AO镜21的反射面的曲率进行调节的例子，但是不限于此。也可以采用其它对聚光直径或者瑞利长度进行调节的方式。
如果能够知晓激光束的聚光直径do和瑞利长度Zr，则能够如图4所示来描绘从相对于激光LB的前进方向正交的方向的侧方来看的光束轮廓。基于该几何学的关系，能够算出使焦点位置在板厚t的工件W的上表面WU对准来进行激光切断加工时的、工件下表面WL的束径dL，并算出所描绘的光束LB与工件上表面WU之间的角度、即相对于激光束LB的光轴而言的激光束LB向一个方向的扩散角θ。以下将该倾角θ称为激光束LB的扩散角。
如上所述，当光束的扩散角θ变小时，则工件W的下表面WL的切断面WF的间隔(切断槽的宽度)比上表面的间隔略大。反之，当光束的扩散角θ逐渐变大时，则工件W的下表面WL的切断面WF的间隔(切断槽宽度)会逐渐变大。
若对激光束LB向聚光透镜19入射的透镜入射束径D进行调节，则能够任意地对聚光直径do进行调节。并且，对聚光直径do进行调节则能够调节瑞利长度Zr。即，能够调节光束轮廓。换言之，若对光束轮廓进行调节，则能够调节激光束LB相对于工件上表面WU的光束扩散角θ。
为了验证调节光束轮廓的效果而进行以下的试验。在前述的标准加工条件下，对在利用光纤激光对板厚3.2mm的镀敷钢板进行切断加工时使用的聚光直径0.151mm且瑞利长度1.688mm的光束轮廓进行多种变更来进行激光切断加工，并进行暴露试验。这里，加工机是株式会社AMADA制造的FOL－AJ4000，光束轮廓(聚光直径和瑞利长度)利用焦点监视器进行测定。试验的结果大致如图5所示。此外，焦点位置设定于工件的上表面(±0.0mm)。
由图5的(a)可知，就聚光直径0.135mm且瑞利长度1.306mm时的样本A而言，作为防锈期间为1周时间以内(0周时间)而确认未获得良好的防锈效果。就聚光直径0.142mm且瑞利长度1.443mm时的样本B而言，防锈期间为1周时间而确认有防锈效果。就聚光直径0.151mm且瑞利长度1.688mm时的样本C而言，作为防锈期间确认了2周时间。就聚光直径0.160mm且瑞利长度1.933mm时的样本D而言，作为防锈期间确认了3周时间。
另外，就聚光直径0.183mm且瑞利长度2.178mm时的样本E而言，作为防锈期间确认了4周时间。就聚光直径0.198mm且瑞利长度2.998mm时的样本F而言，作为防锈期间确认了3周时间。就聚光直径0.206mm且瑞利长度3.228mm时的样本G而言，作为防锈期间确认了2周时间。就聚光直径0.225mm且瑞利长度3.994mm时的样本H而言，作为防锈期间确认了1周时间以内(0周时间)。
样本C～样本G的经过四周后的切断面的照片如图5的(c)中的(1)～(5)所示。并且所评价的光束轮廓如图5的(b)中的虚线所示。
由样本A～样本H的切断试验可知，当激光的聚光直径和瑞利长度变更时，则防锈期间会有所不同。
在此若将样本A的激光切断时的光束轮廓夸张表示，则是如图7的(A)所示那样工件上表面的聚光直径小且瑞利长度短。
根据该光束轮廓，如图7的(a)所示，工件上表面上的激光能量密度高、熔融区域窄、熔化深度较深，热量仅集中于切断宽度附近。
即，工件上表面的镀敷成分熔融和蒸发的范围窄。
这就意味着无法获得覆盖切断面所需的足够量的熔融镀敷成分。
另外，由于工件上表面的聚光直径较小，因此工件上表面的切断宽度也较窄，辅助气体也无法充分地流向切断面。
即，示出了熔融镀敷成分无法利用辅助气体的流动充分地流入切断面的情况。
根据以上可以认为：由于工件上表面的熔融镀敷成分不充足，并且辅助气体也不易流向切断面，从而无法使熔融镀敷成分遍布于切断面，而无法利用熔融镀敷成分充分地覆盖切断面，从而具有防锈效果降低的倾向。并且就图7的(a)、下面将要进行说明的图7的(b)、图7的(c)所示的图而言，分别示出了表示将样本A、样本E、样本H的光束轮廓的激光以相同的输出且相同的极短时间向工件照射时的熔化深度状态的断面的照片、以及利用照片上方所示的双重圆圈表示从工件上表面来看的各样本的熔融区域的大小差异的图。
就样本E而言，如图7的(B)所示，工件上表面的聚光直径与样本A相比较大。并且瑞利长度与样本A相比较长。
并且如图7的(b)所示，工件上表面的激光能量密度与样本A相比较低，熔融区域较宽，熔化深度较浅，热量从切断宽度附近向周边广泛地分散。
即，工件上表面的镀敷成分熔融的范围与样本A相比较大。这表明会有覆盖切断面所需的足够的镀敷成分熔融。
另外，工件上表面的聚光直径与样本A相比也较大，因此工件上表面的切断宽度也较大。这表明与样本A相比会有比较充足的辅助气体流入切断面。
即可以认为，能够确保覆盖切断面所需的充足的熔融镀敷成分，并且可流通使熔融镀敷成分流入切断面所需的足够的辅助气体而能够使切断面被熔融镀敷成分覆盖，具有获得充分的防锈效果的倾向。
就样本H而言，如图7的(C)所示，工件上表面的聚光直径与样本A、样本E相比较大。
即，能量密度与样本A、样本E相比较低，因此需要在进行切断时注入相对较多的能量。并且如图7的(c)所示，熔融区域较大，熔化深度较浅，材料表面的温度上升范围较大，能够确保工件上表面的镀敷成分更多地熔融并覆盖切断面所需的足够量的熔融镀敷成分。
工件上表面的切断宽度较大，瑞利长度与样本A、样本E相比较长，因此切断槽宽度从工件上表面WU到工件下表面WL大致相同。
因此，成为工件W内的辅助气体流速从上表面起沿着下表面维持高速的状态，导致熔融镀敷成分不会附着于切断面而是被排出，不会在切断面充分地附着镀敷成分。
即，辅助气体从上表面到下表面为高速，被认为具有成为切断面的防锈效果不充分的状态的倾向。
因此，在对镀敷钢板进行激光切断时，为了将上表面的镀敷的一部分引导至切断面，并利用被引导的一部分的镀敷将切断面覆盖，优选将聚光直径和瑞利长度设定于适当的范围。
就样本A～样本H中的例如3.2mm的工件而言，工件上表面的束径与工件下表面的束径的关系如图6所示。在聚光直径－束径的曲线图上描绘了将同一聚光直径的上表面束径即曲线A上的点、与下表面束径即曲线B上的点利用虚线上下连结而成的组合。
防锈期间为2周时间以上的组合是如图6的影线所示的范围。基于聚光直径和瑞利长度的关系，防锈效果如上所述示出于图5的(a)的表中。并且，被认为能够获得防锈效果的范围是如图5的(b)所示那样防锈期间超过1周时间的较佳范围即样本B到样本G的范围、以及防锈期间超过3周时间的样本D到样本F的范围。
在这些样本结果的范围内，当利用光纤激光对镀敷钢板进行激光切断时，样本E即聚光直径0.183mm且瑞利长度2.178mm附近的条件最突出。因此，对于在将聚光直径保持为0.183mm并将瑞利长度保持为2.178mm来进行激光切断加工时喷嘴直径、辅助气体压力、喷嘴间隙、焦点位置和切断速度的影响进行了试验。
激光加工机：FOL－AJ4000(株式会社AMADA制造)
激光输出：4KW
暴露试验期间：12周时间
此外，虽然激光输出为4KW，但是当输出变化时，加工速度范围也会与输出成比例地变化。例如当激光输出较高时则具有能够进行加工的加工速度范围也较快的倾向。
关于防锈效果的评价，如图8所示，将样本的切断面的中央部附近的70mm的范围20等分，计数产生红锈的部分(四边围成的部分)来进行评价。图8的(A)是锈迹的发生部位有一个且为10％以下；图8的(B)有4个且为20％(25％以下)；图8的(C)是9个且为45％(50％以下)；图8的(D)是17个且为85％(51％以上)。并且，在本实施方式中将10％以下的情况作为“合格品”。
接下来，对于仅板厚不同即板厚分别为t＝2.3mm、t＝3.2mm、t＝4.5mm的镀敷钢板在喷嘴直径为2.0mm～7.0mm的范围内进行激光切断加工。并且，进行12周时间的暴露试验的结果如图9～图11所示。并且图9～图11示出了大量暴露试验结果中的代表性的试验结果，并且为了确认红锈发展变化而一并示出了4周时间的暴露试验结果。如以图8说明的那样，产生红锈的部分由四边围成。此外，以下图13～图15、图17～图19、图21～图23和图26～图28也是同样的。并且，加工条件如各图中上部所示，按照加工板厚的变化而以适当的加工速度(F：10000mm/min等)和辅助气体压力来进行加工。并且，图9～图11所示的结果和其它的暴露试验结果的防锈效果在图12中以曲线表示。
由图12可知，随着喷嘴直径增大，锈迹的发生为10％以下的比例增大。
即，在板厚t＝2.3mm的情况下，当喷嘴直径为2.0mm时，锈迹的发生为10％以下的比例约为60％以上。并且，当喷嘴直径为2.3mm以上时，锈迹的发生为10％以下的比例约为80％以上。因此，为了防锈而优选喷嘴直径较大。同样地，由图12可知，在板厚t＝3.2mm的情况下，当喷嘴直径为3.8mm时，锈迹的发生为10％以下的比例约为60％以上。并且，当喷嘴直径为6.2mm以上时，锈迹的发生为10％以下的比例为80％以上。在板厚t＝4.5mm的情况下，当喷嘴直径为4.8mm时，锈迹的发生为10％以下的比例约为60％以上。并且，当喷嘴直径为6.9mm以上时，锈迹的发生为10％以下的比例为80％以上。为了防锈而优选喷嘴直径较大。
在辅助气体压力为0.4MPa～2.0MPa的范围进行激光切断加工并对其切断面进行12周时间的暴露试验。其代表性的结果如图13～图15所示。并且，加工条件如各图中上部所示，按照加工板厚的变化而以适当的加工速度(F：10000mm/min等)和喷嘴直径来进行加工。并且，图13～图15所示的结果和其它的暴露试验结果的防锈效果在图16中以曲线表示。
由图16可知，当以锈迹的发生为10％以下的比例为60％以上的情况为基准时，为了防锈而优选辅助气体压力在板厚t＝2.3mm的情况下为1.5MPa以下、在板厚t＝3.2mm的情况下为1.75MPa以下、在板厚t＝4.5mm的情况下为1.98MPa以下。同样地由图16可知，当以锈迹的发生为10％以下的比例为80％以上的情况为基准时，为了防锈而优选辅助气体压力在板厚t＝2.3mm的情况下为1.13MPa以下、在板厚t＝3.2mm的情况下为1.47MPa以下、在板厚t＝4.5mm的情况下为1.78MPa以下。即为了防锈而优选辅助气体压力不会过高。
在喷嘴间隙为0.3mm～1.2mm的范围进行激光切断加工并对其切断面进行12周时间的暴露试验。其代表性的结果如图17～图19所示。并且，加工条件如各图中上部所示，按照加工板厚的变化而以适当的加工速度(F：10000mm/min等)、辅助气体压力、喷嘴直径来进行加工。并且，图17～图19所示的结果和其它的暴露试验结果的防锈效果在图20中以曲线表示。
由图20可知，当锈迹的发生为10％以下的比例为60％以上时确认如下各条件。即，板厚t＝2.3mm而喷嘴间隙为0.90mm以下的情况；板厚t＝3.2mm而喷嘴间隙为1.11mm以下的情况；以及板厚t＝4.5mm而喷嘴间隙为1.16mm以下的情况。同样地由图20可知，当锈迹的发生为10％以下的比例为80％以上时为如下各条件。即，板厚t＝2.3mm而喷嘴间隙为0.33mm以下的情况；板厚t＝3.2mm而喷嘴间隙为0.36mm以下的情况；板厚t＝4.5mm而喷嘴间隙为0.50mm以下的情况。
因此，为了防锈而优选喷嘴间隙较小。
接下来，使焦点位置在+2.0mm～－2.0mm(+为比工件上表面靠上侧、－为比工件上表面靠下侧、工件上表面为0.0mm)的范围来进行激光切断加工并进行12周时间的暴露试验。其代表性的结果如图21～图23所示。并且，加工条件如各图中上部所示，按照加工板厚的变化而以适当的加工速度(F：10000mm/min等)、辅助气体压力、喷嘴直径来进行加工。并且，图21～图23所示的结果和其它的暴露试验结果的防锈效果在图24中以曲线表示。
由图24可知，当以锈迹的发生为10％以下的比例为60％以上的情况为基准时，为了防锈而优选：在板厚t＝2.3mm的情况下焦点位置为－1.6mm以上、在板厚t＝3.2mm的情况下焦点位置为－1.8mm以上、在板厚t＝4.5mm的情况下焦点位置为－2.0mm以上。同样地由图24可知，当以锈迹的发生为10％以下的比例为80％以上的情况为基准时，为了防锈而优选：在板厚t＝2.3mm的情况下焦点距离为0.5mm以上、在板厚t＝3.2mm的情况下焦点距离为0mm以上、在板厚t＝4.5mm的情况下焦点距离为－0.5mm以上。这里，焦点位置为+2.0mm，±0.0mm，－2.0mm时的相对于切断槽和切断面的光束轮廓可以分别由图25的(A)～图25的(C)模拟示出。如图25的(A)所示，在相对于焦点位置±0mm(图25的(B)的情况)使焦点位置从工件上表面上升的情况下，向工件照射的束径比较大，因此激光能量密度比较小。因此，必须增加向需要进行切断的母材输入的热量，从而使得镀敷成分在工件上表面熔融的范围扩大。这种情况意味着会有覆盖切断面所需的足够的镀敷成分熔融。另外，如果束径比较大则切断宽度也会比较大，因此辅助气体可充分地流入切断面。这种情况意味着可使在工件上表面熔融的镀敷成分向切断面充分地流动。
即，根据图25的(A)所示的例子，确保了覆盖切断面所需的足够的熔融镀敷成分，并且可流通使熔融镀敷成分流入切断面所需的足够的辅助气体，因此能够利用熔融镀敷成分将切断面覆盖并获得充分的防锈效果。如图25的(B)所示，在使激光的焦点位置在工件上表面对准来进行加工的情况下，与图25的(A)所示的例子相比，激光能量密度高而减少了向母材输入的热量，因此工件上表面的镀敷成分的熔融范围窄。因此，难以确保覆盖切断面所需的镀敷成分的熔融量。另外，由于束径小而切断宽度也小，因此辅助气体难以流入切断面。因此使得在工件上表面熔融的镀敷成分难以向切断面流动。
即，与图25的(A)所示的例子相比，根据图25的(B)所示的例子，工件上表面的熔融镀敷成分减少并且辅助气体也难以向切断面流动，因此使得熔融镀敷成分难以遍布切断面，熔融镀敷成分难以覆盖切断面，从而降低防锈效果。
如图25的(C)所示，在相对于焦点位置±0mm使焦点位置从工件上表面下降的情况下，与图25的(B)所示的例子相比，激光能量密度高而减少了向母材输入的热量，因此工件上表面的镀敷成分的熔融范围窄。因此，难以确保覆盖切断面所需的镀敷成分的熔融量。另外，由于束径小而切断宽度也小，因此辅助气体难以充分地流入切断面。因此使得在工件上表面熔融的镀敷成分难以充分地向切断面流动。
即，与图25的(B)所示的例子相比，根据图25的(C)所示的例子，工件上表面的熔融镀敷成分减少并且辅助气体也难以向切断面流动，因此使得熔融镀敷成分难以遍布切断面，无法利用熔融镀敷成分将切断面充分地覆盖，从而进一步降低防锈效果。
因此，为了确保防锈效果而优选焦点位置稍高。
接下来，使加工速度在500mm/min～12000mm/min的范围来进行激光切断加工并对其切断面进行12周时间的暴露试验。其代表性的结果如图26～图28所示。并且，图26～图28所示的结果和其它的暴露试验结果的防锈效果在图29中以曲线表示。
由图29可知，当以锈迹的发生为10％以下的比例为60％以上的情况为基准时，在板厚t＝2.3mm的情况下如果加工速度约为8000mm/min以上则满足基准。当加工速度超过9000mm/min时，则锈迹的发生为10％以下的比例为80％以上，当加工速度为10000mm/min以上时，则该比例随着加工速度而逐渐降低。并且，当加工速度为11000mm/min以上时，则该比例降低为80％以下。因此，为了防锈而优选在板厚t＝2.3mm的情况下加工速度为8000mm/min～12000mm/min以下的范围、进一步优选为9000mm/min～11000mm/min的范围。
另外，在板厚t＝3.2mm的情况下，由图29可知，为了防锈而优选3300mm/min～9000mm/min以下的范围、进一步优选4500mm/min～7000mm/min的范围。在板厚t＝4.5mm的情况下，为了防锈而优选700mm/min～3300mm/min以下的范围、进一步优选1800mm/min～3300mm/min的范围。但是当加工速度过大时，则向工件输入的热量会减少而有可能无法进行切断。
如图2所示，激光加工装置1的控制装置35包含通过软件进行控制的计算机，该软件实现如下功能，即：控制激光加工头5相对于工件W进行相对移动定位的功能；控制激光振荡器11的激光输出以及控制压力气体向激光加工头5的供给压力的功能。
控制装置35具备加工程序存储部37，该加工程序存储部37存储有用于对工件W进行激光加工的加工程序。此外，控制装置35还具备参数存储部39，该参数存储部39存储有对工件W进行激光加工时的各种参数。另外，控制装置35具备画面显示数据存储部41，该画面显示数据存储部41存储有显示例如激光加工位置的画面等的数据。
控制装置35与显示部43连接。该显示部43与控制装置35所具备的画面处理部45连接。此外，控制装置35具备输入控制部47。该输入控制部47与输入部49连接。该输入部49用于向计算机输入：前述的试验结果、程序的变更、加工条件的变更、各轴的手动操作等所需的数据。
控制装置35具备加工条件存储部51，该加工条件存储部51存储有对工件W进行激光切断加工时的加工条件。在该加工条件存储部51中，按照板厚、材质并按照加工条件编号存储有：光束轮廓(聚光直径、瑞利长度)、加工速度、喷嘴直径、辅助气体种类、辅助气体压力、喷嘴间隙、焦点位置等多种加工条件。
当进行加工时，将加工程序存储部37中存储的加工程序调出并执行。基于加工程序中包含的、或者在外部存储的板厚、材质、加工条件编号，从加工条件存储部51所存储的加工条件中选择对应的加工条件。
基于所选择的加工条件的光束轮廓，控制装置35对CF透镜(准直透镜)15的致动器17进行控制，或者对AO镜21的加压单元21A进行控制，从而对光束轮廓(聚光直径、瑞利长度)进行调节。
另外，控制装置35基于所选择的加工条件的加工速度对XY轴进行控制来调整加工速度。
同样地，控制装置能够基于所选择的加工条件的喷嘴间隙、焦点位置来控制Z轴，从而对喷嘴间隙、焦点位置进行调整。并且，能够基于所选择的加工条件的辅助气体种类、辅助气体压力、辅助气体的浓度来控制辅助气体供给装置25，从而对辅助气体种类、辅助气体压力、辅助气体的浓度等进行调整。
另外，虽然没有图示，控制装置也可以基于所选择的加工条件的喷嘴直径来控制喷嘴交换装置并选择喷嘴来进行交换。
通过控制装置35按照加工程序进行控制，从而激光加工装置1能够以所准备的加工条件对工件进行激光切断加工。
此外，加工条件存储部51中存储的加工条件文件53包含：用于熔融镀锌钢板的与防锈期间对应的加工条件的数据文件55。该用于熔融镀锌钢板的与防锈期间对应的加工条件包含与板厚和所需的防锈期间对应的加工条件的组合。加工条件例如包括：光束轮廓(聚光直径、瑞利长度)、加工速度、喷嘴直径、辅助气体种类、辅助气体压力、喷嘴间隙、焦点位置。
因此，如果在加工程序中材质为熔融镀锌钢板且预先指定了板厚和所需的防锈期间，则控制装置能够基于所存储的加工程序来选择能够与所需的防锈期间对应的加工条件并控制加工机对工件进行加工以获得所需的防锈期间。
另外，各数据文件55存储有板厚与防锈期间一一对应地关联的加工条件。但是，为了使加工条件广泛，例如也可以选择性地存储有多种加工速度、多种气体压力等。
此外，该加工条件文件预先存储于存储装置。进行该存储的操作基于如下步骤。即，按照板厚来改变加工条件并进行加工，对进行了各加工的工件进行暴露试验。确认与各防锈期间对应的加工条件，并基于该结果将加工条件存储于加工条件文件。
此外，也可以不对材质、板厚、防锈期间进行预先指定。可以是，加工程序仅包含板厚和材质，作业者在进行加工时经由输入单元将所需的防锈期间输入控制装置，并基于该输入的防锈期间从加工条件文件选择所需的加工条件。
激光加工头5可以采用如图30所示的结构。即，激光加工头5具备：喷出辅助气体AG的喷嘴NZ；喷出辅助气体SG的辅助气体喷嘴SN。通过喷嘴NZ向镀敷钢板W的激光加工部LW喷出的辅助气体AG将熔融金属吹散，形成切断面CF。通过辅助气体喷嘴SN喷出的辅助气体SG将在镀敷钢板的上表面熔融的镀敷金属WM导向所形成的切断面CF。辅助气体喷嘴SN构成为能够向比通过激光切断加工形成的切断槽CG的宽度大的范围喷出辅助气体SG。
因此，在对镀敷钢板W进行激光切断加工时，将在切断槽CG的上缘处于熔融状态的镀敷金属的一部分引导至切断槽CG内，将切断面CF有效地覆盖。
在本实施方式中，将氮气用作辅助气体，但是不限于此。例如可以采用氮气为96％以上且氧气为4％以下的混合气体。
在本实施方式中，对镀敷钢板进行切断加工的激光束的品质(BPP)为0.34mm·mrad～20mm·mrad的激光。
以上对几个实施方式进行了说明，本领域人员能够依据上述公开内容对实施方式进行修正或者变形。
产业上的利用可能性
提供一种能够将熔融镀层的一部分导向切断面并将其覆盖的激光切断加工方法或者激光加工装置。

Claims (7)

1.一种镀敷钢板的激光切断加工方法，是板厚为2.3mm至4.5mm的Zn类镀敷钢板的激光切断加工方法，其特征在于，包含：
根据所述镀敷钢板的板厚来选择加工条件，
将基于所选择的所述加工条件调节成聚光直径为0.151mm到0.206mm的范围、瑞利长度为1.688mm到3.228mm的范围的激光且波长为1μm波段的激光向被镀敷金属覆盖的镀敷钢板照射来切断所述镀敷钢板；
向在所述切断的工序中形成的所述镀敷钢板的切断面喷出辅助气体，使通过所述激光的照射而熔融的所述镀敷金属向所述切断面流动而通过所述镀敷金属覆盖所述切断面。
2.根据权利要求1所述的激光切断加工方法，其特征在于，还包括：
在－2.0mm～+2.0mm的范围内调整所述激光的焦点位置。
3.根据权利要求1所述的激光切断加工方法，其特征在于，还包括：
在0.3mm～1.2mm的范围内对喷出所述辅助气体的喷嘴与所述镀敷钢板的上表面之间的间隙进行调节。
4.根据权利要求1所述的激光切断加工方法，其特征在于，还包括：
在0.4MPa～2.0MPa的范围内调节所述辅助气体的压力。
5.根据权利要求1所述的激光切断加工方法，其特征在于，还包括：
在700mm/min～12000mm/min的范围内调节加工速度。
6.根据权利要求1所述的激光切断加工方法，其特征在于，
喷出所述辅助气体的喷嘴的直径为2.0mm～7.0mm。
7.根据权利要求1所述的激光切断加工方法，其特征在于，
所述辅助气体为氮气。
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