JP2001353588A - アシストガスとして窒素／酸素混合物を用いた亜鉛メッキシートのレーザー切断 - Google Patents
アシストガスとして窒素／酸素混合物を用いた亜鉛メッキシートのレーザー切断Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被覆鋼、特に亜鉛メッキシートをレーザー切
断するときのプロセスの性能を実質的に改善することを
可能とする方法を提供すること。 【解決手段】 被覆鋼、特に亜鉛めっき鋼からなる試料
を、少なくとも１つのレーザービームおよび少なくとも
１つの前記レーザービームのためのアシストガスの使用
により切断する方法であって、前記アシストガスは、２
ないし２０体積％の酸素を含む、窒素／酸素混合物から
なり、残部窒素である切断方法。
断するときのプロセスの性能を実質的に改善することを
可能とする方法を提供すること。 【解決手段】 被覆鋼、特に亜鉛めっき鋼からなる試料
を、少なくとも１つのレーザービームおよび少なくとも
１つの前記レーザービームのためのアシストガスの使用
により切断する方法であって、前記アシストガスは、２
ないし２０体積％の酸素を含む、窒素／酸素混合物から
なり、残部窒素である切断方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームア
シストガスとして窒素／酸素混合物を用いた亜鉛めっき
シートのレーザービーム切断のための方法および装置に
関する。
シストガスとして窒素／酸素混合物を用いた亜鉛めっき
シートのレーザービーム切断のための方法および装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザー技術は広く知られており、様々
な金属材料例えば合金鋼、非合金鋼、被覆鋼、ステンレ
ス鋼、アルミニウムおよびアルミニウム合金製の試料を
切断するために使われている。
な金属材料例えば合金鋼、非合金鋼、被覆鋼、ステンレ
ス鋼、アルミニウムおよびアルミニウム合金製の試料を
切断するために使われている。
【０００３】一般に、レーザー切断装置は、コヒーレン
ト単色高エネルギービームを生成するソリッドステート
もしくはガスレーザー発振器、戻りミラー等によって供
給される光路、および切断されるシートとは逆に位置し
た切断ヘッドにレーザービームをもっていくための光フ
ァイバーを備える。
ト単色高エネルギービームを生成するソリッドステート
もしくはガスレーザー発振器、戻りミラー等によって供
給される光路、および切断されるシートとは逆に位置し
た切断ヘッドにレーザービームをもっていくための光フ
ァイバーを備える。
【０００４】切断ヘッドは通常、切断され材料を融する
ために十分に局地的にパワー密度を集中するために、切
断される材料の厚みにあるレーザービームの1つもしく
はそれ以上の焦点に合わせるように焦点レンズもしくは
ミラーを含む。
ために十分に局地的にパワー密度を集中するために、切
断される材料の厚みにあるレーザービームの1つもしく
はそれ以上の焦点に合わせるように焦点レンズもしくは
ミラーを含む。
【０００５】加えて、切断ヘッドは、一般にレーザービ
ームと同軸に配置されガス分配ノズルを通して、アシス
トガスとも呼ばれる切断ガス供給させるガス供給装置を
含む。
ームと同軸に配置されガス分配ノズルを通して、アシス
トガスとも呼ばれる切断ガス供給させるガス供給装置を
含む。
【０００６】アシストガスの重要性はよく知られてお
り、ガスは焦点に結ばれたレーザービームの熱効果を補
完にするために様々な形で作用する。
り、ガスは焦点に結ばれたレーザービームの熱効果を補
完にするために様々な形で作用する。
【０００７】アシストガスは、その運動力学作用ゆえ
に、実際の切断の間、溶解した金属を切り口から排除す
ることを可能にする。
に、実際の切断の間、溶解した金属を切り口から排除す
ることを可能にする。
【０００８】所定のガスもしくは混合ガスは、とりわけ
技術面または金銭面の理由で、工業スケールでは、他の
ものよりも多く利用される。
技術面または金銭面の理由で、工業スケールでは、他の
ものよりも多く利用される。
【０００９】このように、鉄と酸素とのよく知られてい
る発熱反応が与えられるならば、酸素が、鉄もしくは鉄
ベースの金属などを切断するための有益な切断特性を有
することが知られている。例えば、軟鋼の場合、多量の
熱を放出し、そのことが切断性能を高める。
る発熱反応が与えられるならば、酸素が、鉄もしくは鉄
ベースの金属などを切断するための有益な切断特性を有
することが知られている。例えば、軟鋼の場合、多量の
熱を放出し、そのことが切断性能を高める。
【００１０】酸素はこのようによく切断性能を最適化す
るために薦められるが、しかし、レーザービームアシス
トガスとしての酸素の使用が、通常、切り口表面の不所
望な酸化を引き起こすことは明らかである。
るために薦められるが、しかし、レーザービームアシス
トガスとしての酸素の使用が、通常、切り口表面の不所
望な酸化を引き起こすことは明らかである。
【００１１】この切断端部の表面酸化を制限するため、
ヘリウムもしくはアルゴンが使用可能である。しかしな
がらこれらのガスは、それらの高コストのために、この
タイプの用途には、工業スケールではあまり広く使用さ
れていない。
ヘリウムもしくはアルゴンが使用可能である。しかしな
がらこれらのガスは、それらの高コストのために、この
タイプの用途には、工業スケールではあまり広く使用さ
れていない。
【００１２】窒素のような不活性ガスを使用することも
可能であり、それらはヘリウムもしくはアルゴンほど高
価ではない。
可能であり、それらはヘリウムもしくはアルゴンほど高
価ではない。
【００１３】しかしながら、窒素は材料と発熱反応を起
こさない（非酸化ガス）ので、操作性能は、酸素と比較
して大きく制限されるが、一方、切断面は酸化物を含ま
ない。
こさない（非酸化ガス）ので、操作性能は、酸素と比較
して大きく制限されるが、一方、切断面は酸化物を含ま
ない。
【００１４】現在、切断される材料が、亜鉛メッキシー
トのような被覆鋼、すなわち異なる性質、例えば鋼とは
異なる物理化学的な特徴、特に異なる融点を有する被覆
を有する鋼からつくられるとき、工業的な観点から問題
がある。
トのような被覆鋼、すなわち異なる性質、例えば鋼とは
異なる物理化学的な特徴、特に異なる融点を有する被覆
を有する鋼からつくられるとき、工業的な観点から問題
がある。
【００１５】例えば、亜鉛めっきシートのような被覆鋼
は、ステンレス鋼と類似の方法で高圧の窒素の下で主と
して切断される。亜鉛めっきシートは、熱−浸漬亜鉛メ
ッキ、即ち溶融亜鉛の浴への浸漬による亜鉛被覆の析
出、または電解的に、即ち、電場の影響の下での亜鉛塩
の水溶液からの亜鉛の析出により得られ得る。レーザー
切断における操作性能を改善する目的で、切断プロセス
のパラメーターを更に改善するための方法、即ち切断速
度を増加させるが、切断ガス供給圧を減少させる方法が
引き続き求められている。
は、ステンレス鋼と類似の方法で高圧の窒素の下で主と
して切断される。亜鉛めっきシートは、熱−浸漬亜鉛メ
ッキ、即ち溶融亜鉛の浴への浸漬による亜鉛被覆の析
出、または電解的に、即ち、電場の影響の下での亜鉛塩
の水溶液からの亜鉛の析出により得られ得る。レーザー
切断における操作性能を改善する目的で、切断プロセス
のパラメーターを更に改善するための方法、即ち切断速
度を増加させるが、切断ガス供給圧を減少させる方法が
引き続き求められている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】被覆鋼、つまり亜鉛め
っきシートの切断は、アシストガスとして酸素を使用す
る場合、亜鉛と酸素との間の化学反応のために、切断の
間、高度の不安定性から生ずる粗い切断面の形成を引き
起こす。
っきシートの切断は、アシストガスとして酸素を使用す
る場合、亜鉛と酸素との間の化学反応のために、切断の
間、高度の不安定性から生ずる粗い切断面の形成を引き
起こす。
【００１７】窒素がレーザーアシストガスとして使用さ
れるとき、切断ガスの貢献は、高いガス圧、つまり約１
０ないし３０バールのガス圧を必要とする溶融金属を排
除するためにのみ役割を果たす。そのことは。そのよう
な圧力の使用は、望ましい値に切断ガスの圧力を増加さ
せることを可能にする、例えばスーパーチャージャーの
ような特定のガス供給手段を必要とする。切断させる厚
みが大きくなるに従い、切断ガスの圧力を高くしなけれ
ばならず、このことは、高圧での作業は工業的見地から
必ずしも容易ではないので、作業の問題を引き起こす。
れるとき、切断ガスの貢献は、高いガス圧、つまり約１
０ないし３０バールのガス圧を必要とする溶融金属を排
除するためにのみ役割を果たす。そのことは。そのよう
な圧力の使用は、望ましい値に切断ガスの圧力を増加さ
せることを可能にする、例えばスーパーチャージャーの
ような特定のガス供給手段を必要とする。切断させる厚
みが大きくなるに従い、切断ガスの圧力を高くしなけれ
ばならず、このことは、高圧での作業は工業的見地から
必ずしも容易ではないので、作業の問題を引き起こす。
【００１８】加えて、窒素は被覆鋼、つまり亜鉛めっき
鋼と反応を起こさないので、それによって生ずる、窒素
と切断される材料との間の発熱反応の不存在は、切断速
度をかなり制限し、それは或る程度、工業的見地から受
け入れ難い。
鋼と反応を起こさないので、それによって生ずる、窒素
と切断される材料との間の発熱反応の不存在は、切断速
度をかなり制限し、それは或る程度、工業的見地から受
け入れ難い。
【００１９】このことはすべて、切断プロセスの性能を
かなり制限する。
かなり制限する。
【００２０】従って、本発明の目的は、この問題を解決
すること、即ち、被覆鋼、特に亜鉛メッキシートをレー
ザー切断するときのプロセスの性能を実質的に改善する
ことを可能とする方法を提供することにある。
すること、即ち、被覆鋼、特に亜鉛メッキシートをレー
ザー切断するときのプロセスの性能を実質的に改善する
ことを可能とする方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】このように、本発明によ
り提供される解決法は、被覆鋼、特に亜鉛めっき鋼から
なる試料を、少なくとも１つのレーザービームおよび少
なくとも１つの前記レーザービームのためのアシストガ
スの使用により切断する方法であって、前記アシストガ
スは、２ないし２０体積％の酸素を含む、窒素／酸素混
合物からなり、残部窒素である。
り提供される解決法は、被覆鋼、特に亜鉛めっき鋼から
なる試料を、少なくとも１つのレーザービームおよび少
なくとも１つの前記レーザービームのためのアシストガ
スの使用により切断する方法であって、前記アシストガ
スは、２ないし２０体積％の酸素を含む、窒素／酸素混
合物からなり、残部窒素である。
【００２２】場合により、本発明の方法は、以下の特徴
の１つまたはそれ以上を含み得る。
の１つまたはそれ以上を含み得る。
【００２３】−アシストガスは、２ないし１０体積％の
酸素を含む、窒素／酸素混合物からなり、残部窒素であ
り、好ましくは３ないし１０体積％の酸素を含み、残部
窒素である。
酸素を含む、窒素／酸素混合物からなり、残部窒素であ
り、好ましくは３ないし１０体積％の酸素を含み、残部
窒素である。
【００２４】−レーザービームは、ＹＡＧまたはＣＯ２
型のレーザーによって放出される。
型のレーザーによって放出される。
【００２５】−光学的な手段が、レーザービームの焦点
を合わせるために使用され、上述の光学的な手段は、切
断される試料の下面付近にある少なくとも１つの焦点を
得るように設計されている。
を合わせるために使用され、上述の光学的な手段は、切
断される試料の下面付近にある少なくとも１つの焦点を
得るように設計されている。
【００２６】−切断の間、レーザービームおよび切断さ
れる試料は、０．３ｍ／分、好ましくは０．５〜５０ｍ
／分の速度で相対運動する。
れる試料は、０．３ｍ／分、好ましくは０．５〜５０ｍ
／分の速度で相対運動する。
【００２７】−アシストガスの圧力は、０．５バール〜
３５バール、好ましくは１バール〜３０バールである。
３５バール、好ましくは１バール〜３０バールである。
【００２８】切断される試料の厚さは、０．０１ｍｍ〜
２０ｍｍである。
２０ｍｍである。
【００２９】切断される試料は、板、シート、および管
から選択される。
から選択される。
【００３０】隔膜システムにより処理された大気から作
業部位に、直接、窒素／酸素混合物が得られる。
業部位に、直接、窒素／酸素混合物が得られる。
【００３１】−切断される試料は、亜鉛が被覆された
鋼、酸化亜鉛が被覆された鋼、および他の亜鉛系中間化
合物が被覆された鋼から選択される被覆鋼からなる。
鋼、酸化亜鉛が被覆された鋼、および他の亜鉛系中間化
合物が被覆された鋼から選択される被覆鋼からなる。
【００３２】言いかえると、本発明者らは、アシストガ
スとして窒素／酸素混合物が使用されるときに、被覆ま
たは亜鉛メッキ鋼を切断するためのアシストガスを用い
るレーザー切断プロセスの性能をかなり改善することが
可能であることを示した。
スとして窒素／酸素混合物が使用されるときに、被覆ま
たは亜鉛メッキ鋼を切断するためのアシストガスを用い
るレーザー切断プロセスの性能をかなり改善することが
可能であることを示した。
【００３３】
【発明の実施の形態】実施例 窒素／酸素二成分混合物の使用が、窒素を用いる従来の
プロセスに比べ、亜鉛メッキ鋼の切断プロセスの性能を
最適化することを可能とすることを示すために、実験が
行われた。
プロセスに比べ、亜鉛メッキ鋼の切断プロセスの性能を
最適化することを可能とすることを示すために、実験が
行われた。
【００３４】実験は、１５００Ｗのレーザー出力で厚さ
３ｍｍの亜鉛メッキ鋼を切断することである。場合によ
り、レーザービームのアシストガスとして、純窒素、ま
たは本発明の窒素／酸素混合物を用いた。ビームの焦点
は、切断されるシートの下３ｍｍである。
３ｍｍの亜鉛メッキ鋼を切断することである。場合によ
り、レーザービームのアシストガスとして、純窒素、ま
たは本発明の窒素／酸素混合物を用いた。ビームの焦点
は、切断されるシートの下３ｍｍである。
【００３５】得られた結果を添付図面に示す。
【００３６】図１に示すように、２ないし２０体積％の
酸素を含み、残部窒素であり、好ましくは３ないし１０
体積％の酸素を含み、残部窒素であるＯ２／Ｎ２混合物
は、窒素のみを用い、他の操作条件はすべて同一である
従来のプロセスに比べ、３ｍｍの厚さの亜鉛メッキ鋼の
切断速度を２０％増加させる。
酸素を含み、残部窒素であり、好ましくは３ないし１０
体積％の酸素を含み、残部窒素であるＯ２／Ｎ２混合物
は、窒素のみを用い、他の操作条件はすべて同一である
従来のプロセスに比べ、３ｍｍの厚さの亜鉛メッキ鋼の
切断速度を２０％増加させる。
【００３７】このように、窒素／５％酸素混合物による
と、ガス圧１２バールで、１．８ｍ／分までの切断速度
が達成された。
と、ガス圧１２バールで、１．８ｍ／分までの切断速度
が達成された。
【００３８】加えて、図１は、２ないし１０体積％の酸
素を含む、好ましくは３ないし１０体積％の酸素を含む
Ｏ２／Ｎ２二成分混合物は、窒素のみを用いる従来のプ
ロセスに比較して、２５％の操作圧力の減少を生じた。
このことは、圧力値はもはや所定の操作システムを用い
る必要がなく、それによって装置を簡素にし、そのため
設備の節約になるような値であるので、特に有利であ
る。
素を含む、好ましくは３ないし１０体積％の酸素を含む
Ｏ２／Ｎ２二成分混合物は、窒素のみを用いる従来のプ
ロセスに比較して、２５％の操作圧力の減少を生じた。
このことは、圧力値はもはや所定の操作システムを用い
る必要がなく、それによって装置を簡素にし、そのため
設備の節約になるような値であるので、特に有利であ
る。
【００３９】更に、図２は、２ないし１０体積％の酸素
を含み、好ましくは３ないし１０体積％の酸素を含み、
残部窒素および不可避的不純物であるＯ２／Ｎ２二成分
混合物の使用は、切断速度の増加（この場合１．３ｍ／
分）のため、窒素に比較して、切断面の粗さ（Ｒｚ）を
減少させることを可能とすることを示している。このこ
とはまた、工業的見地から特に有利である。
を含み、好ましくは３ないし１０体積％の酸素を含み、
残部窒素および不可避的不純物であるＯ２／Ｎ２二成分
混合物の使用は、切断速度の増加（この場合１．３ｍ／
分）のため、窒素に比較して、切断面の粗さ（Ｒｚ）を
減少させることを可能とすることを示している。このこ
とはまた、工業的見地から特に有利である。
【００４０】一般に、本発明のレーザー切断プロセス
は、被覆シート、特に亜鉛メッキシートのＣＯ２および
ＹＡＧレーザー切断に適用可能である。
は、被覆シート、特に亜鉛メッキシートのＣＯ２および
ＹＡＧレーザー切断に適用可能である。
【００４１】本発明に使用される窒素／酸素混合物は、
例えば、その酸素含量を所望の値に減少させるように、
隔膜システムにより処理された大気から作業部位に、直
接得られる。この型の隔膜システムは、エールリキード
社からＦＲＯＸＡＬ（登録商標）として市販されてい
る。
例えば、その酸素含量を所望の値に減少させるように、
隔膜システムにより処理された大気から作業部位に、直
接得られる。この型の隔膜システムは、エールリキード
社からＦＲＯＸＡＬ（登録商標）として市販されてい
る。
【００４２】しかし、窒素／酸素混合物はまた、酸素と
窒素を所望の比で混合することにより、より一般的に製
造され得る。
窒素を所望の比で混合することにより、より一般的に製
造され得る。
【図１】酸素量（％）と切断速度との関係を示す特性
図。
図。
【図２】酸素量（％）と粗さとの関係を示す特性図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストフ・ベルテズ フランス国、95450 ボーレル、リュ・ デ・グリシン 13 Ｆターム(参考） 4E068 AE00 CA11 CJ01 CJ05 DA14 DA15 DB01
Claims (10)
- 【請求項１】被覆鋼、特に亜鉛めっき鋼からなる試料
を、少なくとも１つのレーザービームおよび少なくとも
１つの前記レーザービームのためのアシストガスの使用
により切断する方法であって、前記アシストガスは、２
ないし２０体積％の酸素を含む、窒素／酸素混合物から
なり、残部窒素である切断方法。 - 【請求項２】前記アシストガスは、２ないし１０体積％
の酸素を含み、残部窒素であり、好ましくは３ないし１
０体積％の酸素を含み、残部窒素である窒素／酸素混合
物からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記レーザービームは、ＹＡＧまたはＣＯ
２型のレーザーによって放出されることを特徴とする請
求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】前記光学的な手段が、レーザービームの焦
点を合わせるために使用され、切断される試料の下面付
近にある少なくとも１つの焦点を得るように設計されて
いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項
に記載の方法。 - 【請求項５】前記切断の間、レーザービームおよび切断
される試料は、０．３ｍ／分、好ましくは０．５〜５０
ｍ／分の速度で相対運動することを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかの項に記載の方法。 - 【請求項６】前記アシストガスの圧力は、０．５バール
〜３５バール、好ましくは１バール〜３０バールである
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの項に記
載の方法。 - 【請求項７】前記切断される試料の厚さは、０．０１ｍ
ｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし６
のいずれかの項に記載の方法。 - 【請求項８】前記切断される試料は、板、シート、およ
び管から選択されることを特徴とする請求項１ないし７
のいずれかの項に記載の方法。 - 【請求項９】前記窒素／酸素混合物は、隔膜システムに
より処理された大気から作業部位に、直接得られること
を特徴とする請求項１ないし８のいずれかの項に記載の
方法。 - 【請求項１０】前記切断される試料は、亜鉛が被覆され
た鋼、酸化亜鉛が被覆された鋼、および他の亜鉛系中間
化合物が被覆された鋼から選択される被覆鋼からなるこ
とを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの項に記載
の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0005300A FR2808234B1 (fr) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | Coupage laser de tole galvanisee avec un melange azote/oxygene en tant que gaz d'assistance |
| FR0005300 | 2000-04-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001353588A true JP2001353588A (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=8849599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001127660A Pending JP2001353588A (ja) | 2000-04-26 | 2001-04-25 | アシストガスとして窒素／酸素混合物を用いた亜鉛メッキシートのレーザー切断 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1149659A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001353588A (ja) |
| FR (1) | FR2808234B1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109526213A (zh) * | 2016-05-18 | 2019-03-26 | 日新制钢株式会社 | 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 |
| KR20230106697A (ko) | 2020-11-25 | 2023-07-13 | 가부시끼가이샤 에스에이치티 | 전자 강판의 절단 방법 및 코어의 제작 방법 |
| JP7436792B2 (ja) | 2019-12-06 | 2024-02-22 | 日本製鉄株式会社 | 鋼材のレーザ切断加工方法 |
| JP7436791B2 (ja) | 2019-12-06 | 2024-02-22 | 日本製鉄株式会社 | Ｚｎ系めっき鋼板のレーザ切断加工方法及び切断加工品 |
| JP7440637B2 (ja) | 2019-12-19 | 2024-02-28 | アルセロールミタル | プレコート鋼ブランク及び関連するブランクのレーザ切断 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2816227B1 (fr) * | 2000-11-09 | 2003-01-24 | Air Liquide | Procede de coupage laser a haute vitesse avec gaz adapte |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2624411B2 (ja) * | 1991-10-15 | 1997-06-25 | 松下電器産業株式会社 | 光加熱装置 |
| JP4162772B2 (ja) * | 1998-09-09 | 2008-10-08 | 日酸Ｔａｎａｋａ株式会社 | レーザピアシング方法およびレーザ切断装置 |
-
2000
- 2000-04-26 FR FR0005300A patent/FR2808234B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-03-29 EP EP01400811A patent/EP1149659A1/fr not_active Withdrawn
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