JP2010234373A - Laser machining nozzle, and laser machining apparatus - Google Patents
Laser machining nozzle, and laser machining apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010234373A JP2010234373A JP2007203027A JP2007203027A JP2010234373A JP 2010234373 A JP2010234373 A JP 2010234373A JP 2007203027 A JP2007203027 A JP 2007203027A JP 2007203027 A JP2007203027 A JP 2007203027A JP 2010234373 A JP2010234373 A JP 2010234373A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- assist gas
- nozzle
- main
- auxiliary
- main assist
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
- B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
- B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/146—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing a liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
Abstract
Description
本発明は、レーザ加工を行う際、被加工物の表面にアシストガスを供給するためのレーザ加工用ノズル(以後、単に加工ノズルとも呼ぶ)とその加工ノズルを備えたレーザ加工装置に関するものである。なお、この明細書においてはレーザ加工の例としてレーザ切断について説明する。 The present invention relates to a laser processing nozzle (hereinafter also simply referred to as a processing nozzle) for supplying an assist gas to the surface of a workpiece when performing laser processing, and a laser processing apparatus including the processing nozzle. . In this specification, laser cutting will be described as an example of laser processing.
レーザ加工とは、レーザ発振器から出力されたレーザビームをレンズなどの光学部分によって加工面に集束し、このときの高密度エネルギーを利用して切断、溶接などを行う熱加工である。よって、レーザビームは高密度エネルギーであるため、従来法であるアーク溶接などと比較して、被加工物の溶融、凝固の時間が短く、また加工速度が5から10倍以上となる。 Laser processing is thermal processing in which a laser beam output from a laser oscillator is focused on a processing surface by an optical part such as a lens, and cutting or welding is performed using high-density energy at this time. Therefore, since the laser beam has high-density energy, the time required for melting and solidifying the workpiece is short and the processing speed is 5 to 10 times or more compared with arc welding which is a conventional method.
一般に、レーザ加工における切断性能は、レーザビームの出力、被加工物表面に対するレーザビームの焦点位置、アシストガス圧力、被加工物と加工ノズル先端との距離、等の加工条件パラメータに左右され、また材料の種類、表面状態、品質、組成、厚み、等の材料条件にも依存する。レーザ加工装置は、このような加工条件パラメータや、材料の条件に対して広い裕度を持ち、安定した加工品質が得られることが求められる。特にステンレスやアルミニウム等を高圧の窒素ガスをアシストガスにして切断する無酸化切断では、アシストガス噴流によって、レーザビームで溶融した金属を切断溝下部に押し下げ、かつ排出させ、被加工物裏面にドロスとして付着させないことが要求される。 In general, the cutting performance in laser processing depends on processing condition parameters such as the output of the laser beam, the focal position of the laser beam with respect to the surface of the workpiece, the assist gas pressure, the distance between the workpiece and the tip of the processing nozzle, and the like. It also depends on material conditions such as material type, surface condition, quality, composition and thickness. The laser processing apparatus is required to have a wide tolerance for such processing condition parameters and material conditions and to obtain stable processing quality. In particular, in non-oxidative cutting that cuts stainless steel, aluminum, etc. using high-pressure nitrogen gas as the assist gas, the metal melted by the laser beam is pushed down to the lower part of the cutting groove and discharged by the assist gas jet, and dross is formed on the back of the workpiece. It is required not to adhere as.
特に加工対象板厚が大きくなるほど、板厚の下面は加工ノズルの噴射口から離れるため、アシストガス圧力が低下し、溶融金属を切断溝内から排出することが難しくなりドロスが発生する。溶融金属の切断溝内からの排出には、大口径ノズルを用いてアシストガス圧を高めることが効果的ではあるが、アシストガスの消費量が増加するため、加工コストがあがり、実用的ではない。 In particular, as the thickness of the plate to be processed increases, the lower surface of the plate thickness is separated from the injection port of the processing nozzle, so that the assist gas pressure decreases, and it becomes difficult to discharge the molten metal from the cutting groove, and dross occurs. For discharging molten metal from the cutting groove, it is effective to increase the assist gas pressure by using a large-diameter nozzle. However, the consumption of the assist gas increases, which increases the processing cost and is not practical. .
一方、加工品質を向上させるための加工ノズルの発明も従来からなされてきているが、そのすべてが、加工部への不純な流体の巻き込みを防止することに関するものである。溶融金属を切断溝内から効率よく排出し、被加工物裏面にドロスとして付着することを防止する発明はなされていない。 On the other hand, inventions of machining nozzles for improving machining quality have been conventionally made, all of which relate to preventing impure fluid from being caught in a machining portion. There has been no invention that efficiently discharges molten metal from the inside of the cutting groove and prevents it from adhering to the back surface of the workpiece as dross.
従来の加工トーチにおいては、軟鋼をアシストガスに酸素を用いて厚板切断を行う加工において、最も内側を除く少なくとも1つのアシストガス流路の水平面からの傾斜角が60度以上とし、かつ流路中心線とノズル軸心との交点がノズル先端から10〜15mmとしたノズルを備えている(例えば、特許文献1参照)。また、外側ノズル体の出口を内側のノズル体の出口と交差する方向に指向させたことを特徴としているものもある(例えば、特許文献2参照)。 In the conventional processing torch, in the process of cutting a thick steel plate using oxygen as an assist gas with oxygen, the inclination angle from the horizontal plane of at least one assist gas channel except the innermost side is 60 degrees or more, and the channel There is provided a nozzle whose intersection between the center line and the nozzle axis is 10 to 15 mm from the tip of the nozzle (see, for example, Patent Document 1). Another feature is that the outlet of the outer nozzle body is oriented in a direction crossing the outlet of the inner nozzle body (see, for example, Patent Document 2).
レーザ切断においては、従来から軟鋼切断やステンレス切断のアシストガスに酸素ガスを用いて、酸化燃焼反応を発生させながら切断する加工方法が一般的であった。この酸素をアシストガスに使用する切断では、加工品質や切断速度を向上させるためのノズルの研究が活発に行われたが、そのほとんどが加工部の周囲の空気を巻き込まないようにするためであった。その研究の結果、酸素ガスを用いた切断品質と能力が飛躍的に向上し、その普及が一気に進んだ。しかし、切断面が酸化するために、レーザ切断後にその部品を溶接したり塗装したりする場合に、切断面に発生する酸化膜が障害となっていた。そのため、切断の後処理としてその酸化皮膜を切削や薬品処理で除去する必要があった。 Conventionally, in laser cutting, a processing method in which oxygen gas is used as an assist gas for mild steel cutting or stainless steel cutting and an oxidation combustion reaction is generated is generally used. In cutting using oxygen as an assist gas, active research has been conducted on nozzles to improve machining quality and cutting speed, but most of them are designed to prevent air around the machined part from being entrained. It was. As a result of the research, cutting quality and ability using oxygen gas have improved dramatically, and its spread has progressed at a stretch. However, since the cut surface is oxidized, an oxide film generated on the cut surface becomes an obstacle when the parts are welded or painted after laser cutting. Therefore, it was necessary to remove the oxide film by cutting or chemical treatment as a post-processing after cutting.
一方、後処理加工の工程を削減するために、アシストガスに窒素ガスを用いて切断する方法、いわゆる無酸化切断があるが、溶融金属を約0.5mm幅の切断溝内から完全に排出して、かつ吹き飛ばすことは容易ではなく、被加工物裏面にドロスとして付着することがある。 On the other hand, in order to reduce the post-processing process, there is a method of cutting by using nitrogen gas as an assist gas, so-called non-oxidation cutting, but the molten metal is completely discharged from the cutting groove having a width of about 0.5 mm. In addition, it is not easy to blow away, and it may adhere as dross to the back surface of the workpiece.
特許文献1に開示された従来技術においては、最内側ノズル(図7の3c)、第2周目ノズル(図7の3d)、第3周目ノズル(図7の3e)からなる3重ノズルが開示されている。このノズルにおいては、外側ノズルの先端から10mmの位置で流路中心線とノズル軸心との交点があるように設けられている。この構造においては、最内側ノズルからの出口部分でのガス流れを制限するように、第3週目ノズルは寄与していない。高圧ガスにより溶融金属を吹き飛ばす無酸化切断では、効率よくアシストガスを約0.5mm幅の切断溝の中に流し込む必要があるため、被加工物とノズルの間隔を約1mm以下に設定するのが一般的である。しかし、特許文献1では、3重ノズルでかつ外側ノズルの先端から10mmの位置で流路中心線とノズル軸心とが交わるので、外周ノズルからのガスはその一部しか切断溝内に誘導することができない。この方式では、軟鋼切断に酸素ガスをアシストガスとして使用し、加工部を酸素ガスでシールドすることには有効であるが、無酸化切断において、中心ノズルからのガス流のモーメンタムを高めて溶融金属排出する作用には有効ではない。
In the prior art disclosed in
また、特許文献2に開示された従来技術においては、外側ノズル体の出口を、内側のノズル体の出口から噴射したガスによって遮断カーテンが形成されるように配置してある。この用途はレーザ溶接のようにアシストガス圧が低圧の場合にはガス流の乱れが少なく有効であるが、高圧ガスを使用する無酸化切断では、中心ノズルからのガス流れを乱し、加工性能を著しく低下させる。
Moreover, in the prior art disclosed in
無酸化切断における問題の対策として、板厚が12mm以上の厚板切断では、アシストガス条件を2MPa以上の高圧に設定して溶融金属を切断溝内から排出する加工方法の検討が始まった。流体の自由噴流の特性から、ノズルから流体が噴出すると乱流が発生し、アシストガスのガス圧はノズル出口から離れるに従って低下する。ノズル内の高い圧力がノズルから噴射した後も保たれる状態をポテンシャルコアと言うが、被加工物の板厚が大きくなるほど、このポテンシャルコアを長くする必要がある。ポテンシャルコアの長さはアシストガスを噴射するノズル径に比例するため、厚板ほどノズル径を大きくする必要がある。しかし、ガス圧を高く設定し、かつノズル径を大きくするとアシストガスの消費量は急増するため、レーザ加工コストがアップしてしまう問題があった。 As a countermeasure to the problem in non-oxidation cutting, for a thick plate cutting with a thickness of 12 mm or more, examination of a processing method for setting the assist gas condition to a high pressure of 2 MPa or more and discharging molten metal from the cutting groove has started. Due to the characteristics of the free jet of fluid, turbulent flow is generated when the fluid is ejected from the nozzle, and the gas pressure of the assist gas decreases with increasing distance from the nozzle outlet. A state in which a high pressure in the nozzle is maintained after spraying from the nozzle is called a potential core. However, as the plate thickness of the workpiece increases, the potential core needs to be lengthened. Since the length of the potential core is proportional to the diameter of the nozzle for injecting the assist gas, it is necessary to increase the nozzle diameter as the plate thickness increases. However, if the gas pressure is set high and the nozzle diameter is increased, the consumption amount of the assist gas increases rapidly, resulting in a problem that the laser processing cost increases.
さらに、約0.5mm幅と狭い切断溝内を上部から下部に向かってレーザビームで溶融した溶融金属を押し下げる際に、アシストガスの圧力が低下すると溶融金属の湯流れが乱れて切断面あらさは悪化する。切断面あらさが悪化すると、レーザ切断後に切断面を研磨や研削加工する工程が必要になる。また、溶融金属の流れが乱れると、切断溝内での溶融金属の滞留時間が長くなり、レーザ加工物の温度上昇につながる。このようにレーザ加工物の温度が上昇すると熱ひずみが発生し、加工精度は悪化する。加工精度が悪化した加工品は、後加工としてひずみ取りや研削加工が必要になる。 Further, when the molten metal melted by the laser beam is pushed down from the upper part to the lower part in a narrow cutting groove having a width of about 0.5 mm, the molten metal flow is disturbed when the pressure of the assist gas is lowered. Getting worse. When the roughness of the cut surface is deteriorated, a step of polishing or grinding the cut surface after laser cutting is required. Moreover, if the flow of the molten metal is disturbed, the residence time of the molten metal in the cutting groove becomes longer, leading to an increase in the temperature of the laser workpiece. Thus, when the temperature of the laser workpiece increases, thermal distortion occurs, and the machining accuracy deteriorates. A processed product whose processing accuracy has deteriorated requires strain removal and grinding as post-processing.
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、アシストガスの消費量を削減し、切断面あらさを改善し、熱ひずみを低減することができるように、高圧力のアシストガスで、かつ乱れの少ないガス流を供給し、安定して高速・高品質加工を行うことのできる加工ノズルを得ることを目的とし、この加工ノズルを用い、安定に精度よく加工できるレーザ加工装置を得ることを目的にしている。 The present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to reduce the consumption of the assist gas, improve the roughness of the cut surface, and reduce the thermal strain. The purpose is to obtain a machining nozzle that can supply a gas flow with less turbulence and stably perform high-speed and high-quality machining. Using this machining nozzle, a laser machining apparatus capable of machining stably and accurately is obtained. It is aimed at that.
本発明に係るレーザ加工装置の加工ノズルにおいては、レーザビームと主アシストガスを噴射するための主アシストガス噴出口と、前記主アシストガス噴出口の周囲に同心的に環状に設けられ補助アシストガスを噴射する補助アシストガス噴出口を備え、該補助アシストガス噴出口面を前記主アシストガス噴出口面よりもアシストガス流の下流に設け、かつ前記主アシストガスのガス流れ軸と該補助アシストガスのガス流れ軸の交わる位置での該補助アシストガスの噴射角度を主アシストガスの噴射軸に対して0から80度の範囲に設定したノズルを備えるようにしたものである。 In the processing nozzle of the laser processing apparatus according to the present invention, a main assist gas outlet for injecting a laser beam and main assist gas, and an auxiliary assist gas concentrically provided around the main assist gas outlet. And the auxiliary assist gas outlet surface is provided downstream of the assist gas flow with respect to the main assist gas outlet surface, and the gas flow axis of the main assist gas and the auxiliary assist gas are provided. The auxiliary assist gas injection angle at the position where the gas flow axes intersect is set to a range of 0 to 80 degrees with respect to the main assist gas injection axis.
本発明のレーザ加工装置の加工ノズルは、レーザビームと主アシストガスを噴射するための主アシストガス噴出口と、前記主アシストガス噴出口の周囲に同心的に環状に設けられた補助アシストガスを噴射する補助アシストガス噴出口を備え、該補助アシストガス噴出口面を前記主アシストガス噴出口面よりもアシストガス流の下流に設け、かつ前記主アシストガスのガス流れ軸と該補助アシストガスのガス流れ軸の交わる位置での該補助アシストガスの噴射角度を主アシストガスの噴射軸に対して0から80度の範囲に設定したノズルを備えるようにしたので、ノズルから噴射したアシストガスが乱流によって圧力低下してしまう現象が改善され、高い圧力の続くノズル下の範囲が長くなる。これにより、切断溝内から溶融金属を排出しドロス付着を防止するのに必要なアシストガス圧力を供給することができる。また、環状に設けた外ノズルからのアシストガスは、中心ノズルから噴出するガス流の直径小さくするように作用し、狭い切断溝内に十分なアシストガス流量を供給することで、溶融金属の切断溝内からの排出を効果的に行うことができる。 The processing nozzle of the laser processing apparatus of the present invention includes a main assist gas ejection port for injecting a laser beam and a main assist gas, and an auxiliary assist gas concentrically provided around the main assist gas ejection port. An auxiliary assist gas ejection port for injecting, the auxiliary assist gas ejection port surface provided downstream of the assist gas flow from the main assist gas ejection surface, and a gas flow axis of the main assist gas and the auxiliary assist gas Since the nozzle in which the injection angle of the auxiliary assist gas at the position where the gas flow axes intersect is set in the range of 0 to 80 degrees with respect to the injection axis of the main assist gas is provided, the assist gas injected from the nozzle is disturbed. The phenomenon of pressure drop due to flow is improved and the area under the nozzle where high pressure continues is lengthened. Thereby, it is possible to supply the assist gas pressure necessary for discharging the molten metal from the cutting groove and preventing the dross adhesion. In addition, the assist gas from the annular outer nozzle acts to reduce the diameter of the gas flow ejected from the center nozzle, and by supplying a sufficient assist gas flow rate in the narrow cutting groove, cutting of the molten metal The discharge from the groove can be effectively performed.
実施の形態1.
図1は、本発明を実施するための第1の実施の形態におけるレーザ加工装置の構成図および加工ノズルの縦断面図である。2、3はそれぞれ、内側の主アシストガスノズル(以下、内側ノズルとも呼ぶ)、外側の補助アシストガスノズル(以下、外側ノズルとも呼ぶ)で、これらにより二重ノズル1を構成している。4は主アシストガスノズル2の先端に設けられた主アシストガス噴出口で、レーザ発振器5から出射されたレーザビーム6と主アシストガスとを噴射する。そして、噴射されたレーザビームを二重ノズル1の下方に配置された被加工物7に照射し、レーザ加工を行う。8は外側ノズル3の先端部に設けられた補助アシストガス噴出口で、主アシストガス噴出口4よりも下方向に設定されている。9は主アシストガスノズル2の中心部に設けられた主アシストガス供給路、10は主アシストガスノズル2と補助アシストガスノズル3の間に形成された、環状の補助アシストガス供給路である。11は主アシストガスを内側ノズル2の主アシストガス供給路9に供給する主アシストガス供給源、12は補助アシストガスを補助アシストガス供給路10に供給する補助アシストガス供給源で、それぞれのアシストガス供給源11,12は別々に設けられている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser machining apparatus and a longitudinal sectional view of a machining nozzle in a first embodiment for carrying out the present invention.
図2は、図1の加工ノズル縦断面図における、ノズル先端部の拡大縦断面図である。21は主アシストガスノズル2が噴出する主アシストガスのガス流れ軸であり、22は補助アシストガスノズル3が噴出する補助アシストガスのガス流れ軸である。図2に示したように、主アシストガスの流れ軸に対し、補助アシストガスの流れ軸は、角度Θ傾いて設定されている。
FIG. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view of the nozzle tip in the processing nozzle vertical cross-sectional view of FIG. 1.
上記のように構成した二重ノズル1では、外側の補助アシストガスノズル3からの補助アシストガスを主アシストガスに対し、ある角度Θで噴出することによって、主アシストガスノズル2から噴出する主アシストガスの乱流による拡散を防止する効果がある。図3は、主アシストガスの周囲に補助アシストガスを設けた二重ノズルにおいて、主アシストガスの流れを可視化した実験結果を示したものである。図3(a)は、1重ノズルにより補助アシストガスが無い状態での主アシストガスの流れを示したものであり、図3(b)は、2重ノズルにより補助アシストガスを角度Θ=0度で噴出した状態での主アシストガス流れを示す。補助アシストガスが無い場合は、図3(a)に示したように、ノズルの噴出口から噴出した主アシストガスは、周囲の空気と乱流を起こし急激に広がり、この主アシストガスの広がりは主アシストガスの圧力低下を起こす。図4に、1重ノズルの場合のノズル先端からの距離と主アシストガスの圧力の関係を示したが、主アシストガスの圧力は、ノズル先端からの距離が5mm離なれた位置では、ノズル内のガス圧力に比べ50%低下した。一方、補助アシストガスが有る場合は、図3(b)に示したように、ノズル出口から噴出した主アシストガスは、周囲の空気との乱流を起こさず、ガス流れの広がりは見られない。この乱れのないアシストガスの流れは、圧力の低下を起こさず、ノズル内のガス圧力は二重ノズル1からの距離が5mm離なれた位置では、わずか5%の低下に収まった。
In the
ノズルからの距離によって、アシストガスの圧力が低下せず高い圧力が維持されると、狭い切断溝から排出する溶融金属をドロス等の付着なしに、除去することができる。図5は、二重ノズル1の先端からの距離が5mm離なれた位置で、主アシストガス圧を2MPaで噴出した場合のアシストガス圧を測定した結果である。ここで、測定に用いた2重ノズルは、内側ノズルの内径がφ1.5mm、外径がφ2.5mm、外側ノズルの内径がφ5mm、内側ノズルと外側ノズルの先端部の高さ差は4mmであり、補助アシストガスのガス圧力を0.3MPaに設定し測定を行った。
If the pressure of the assist gas does not decrease depending on the distance from the nozzle and a high pressure is maintained, the molten metal discharged from the narrow cutting groove can be removed without adhesion of dross or the like. FIG. 5 shows the result of measuring the assist gas pressure when the main assist gas pressure is ejected at 2 MPa at a
補助アシストガスの噴射角度Θを0度から90度まで変化させたところ、図5に示すように、主アシストガスの圧力は徐々に低下し、角度80度からは極端に低下した。角度80を超えると、主アシストガスの流れを補助アシストガスの流れが乱す作用に変化するため発生したと考えられる。板厚が16mmのステンレスを高品質に切断するためには、このノズル先端からの距離5mmの位置では、1.5MPaの圧力が必要であり、補助アシストガスの角度Θは0から80度までが適正な範囲である。また、さらに加工品質の向上を実現するには、角度Θを10から30度に設定することがより望ましい。 When the injection angle Θ of the auxiliary assist gas was changed from 0 degree to 90 degrees, as shown in FIG. 5, the pressure of the main assist gas gradually decreased and extremely decreased from the angle of 80 degrees. If the angle exceeds 80, the flow of the main assist gas is considered to have occurred because the flow of the auxiliary assist gas changes to an action that disturbs the flow of the auxiliary assist gas. In order to cut stainless steel with a plate thickness of 16 mm with high quality, a pressure of 1.5 MPa is required at a distance of 5 mm from the nozzle tip, and the angle Θ of the auxiliary assist gas is from 0 to 80 degrees. It is an appropriate range. In order to further improve the processing quality, it is more desirable to set the angle Θ to 10 to 30 degrees.
次に、上記のようにように構成された加工ノズルおよびレーザ加工装置の作用を説明する。まず、主アシストガスは、主アシストガス供給源11から内側ノズル2の主アシストガス供給通路9内に導かれる。一方、補助アシストガスは、補助アシストガス供給源12から補助アシストガス供給通路10内に導かれる。このとき、レーザビーム6は、主アシストガスとともに内側ノズル2の主アシストガス供給通路9、主アシストガス噴射口4、補助アシストガス噴射口8を通って被加工物に照射される。一方、補助アシストガスは、補助アシストガス供給源12から補助アシストガス供給路10を通って補助アシストガス噴出口8に達し、主アシストガスの流れを補正するように供給される。このとき、内側ノズル2の噴出口が外側ノズル3の噴出口よりも上方向となるように噴出口の位置に差を設けて、かつ補助アシストガスのガス流れ軸の角度Θを0から80度に設けてあるので、ノズルから噴射したアシストガスが乱流によって圧力低下してしまう現象が改善され、内側ノズル2による主アシストガスの流速は減衰しにくくなる。
Next, the operation of the machining nozzle and the laser machining apparatus configured as described above will be described. First, the main assist gas is introduced from the main assist
これにより、主アシストガスの高い圧力が続くノズル下の範囲が長くなるので、切断溝内から溶融金属を排出しドロス付着を防止するのに必要なアシストガス圧力を供給することができる。また、環状に設けた外ノズルからのアシストガスは、中心ノズルから噴出するガス流の直径小さくするように作用し、狭い切断溝内に十分なアシストガス流量を供給することで、溶融金属の切断溝内からの排出を効果的に行うことができる。その結果、レーザビーム6は、厚板のステンレスの無酸化切断に対して、主アシストガスのモーメンタムを利用して高品質に切断することができる。
Thereby, since the range under the nozzle where the high pressure of the main assist gas continues is extended, the assist gas pressure necessary for discharging the molten metal from the cutting groove and preventing the dross adhesion can be supplied. In addition, the assist gas from the annular outer nozzle acts to reduce the diameter of the gas flow ejected from the center nozzle, and by supplying a sufficient assist gas flow rate in the narrow cutting groove, cutting of the molten metal The discharge from the groove can be effectively performed. As a result, the
なお、それぞれのアシストガス供給源11、12は別々に取り付けられているので、目的に応じてガスの種類を変えたりガス圧力を変化させたりすることができ、被加工物の材質や板厚に応じて最適に設定することができる。これにより、より自由度の高い加工が可能である。
In addition, since each assist
実施の形態2.
図6は、本発明の第2の実施の形態におけるレーザ加工装置の構成図および加工ノズルの縦断面図である。31は主アシストガス供給路9から分岐した環状の分岐アシストガス供給路で、内側ノズル2と外側ノズル3の間に形成されている。32は主アシストガス供給路9と分岐アシストガス供給路31とを連通する連通口で、アシストガスの流量調整はこの連通口32の開口面積によって決められる。33はアシストガスを、主アシストガス供給路9と分岐アシストガス供給路31に供給するアシストガス供給源である。その他の構成は第1の実施の形態に順ずる。
FIG. 6 is a configuration diagram of a laser machining apparatus and a longitudinal sectional view of a machining nozzle according to the second embodiment of the present invention.
上記のように構成された、加工ノズルおよびレーザ加工装置の作用について説明する。アシストガスは、単一のアシストガス供給源33から内側ノズル2の主アシストガス供給路9内に導かれて主アシストガスとなり、その一部は連通口32から分岐アシストガス供給路31を通り、補助アシストガスとなる。このとき、レーザ発振器から出射されたレーザビーム6は主アシストガスとともに内側ノズル2の主アシストガス供給路9、主アシストガス噴出口4、外側ノズル3の噴出口8を通って被加工物7に照射される。一方、補助アシストガスは、分岐アシストガス供給通路31を通って外側ノズル3の噴出口8に達し、主アシストガスの流れ補正のガスとなって供給される。このとき、第1の実施の形態と同様に、内側ノズル2と外側ノズル3の各噴出口4と噴出口8の位置をずらして、かつ主アシストガス流の軸に対して補助アシストガス流の軸角度Θを0から80度に設けてあるので、内側ノズル2による主アシストガス流速や圧力の減衰は少なくなり、切断品質を向上させる。
The operation of the machining nozzle and the laser machining apparatus configured as described above will be described. The assist gas is led from the single assist
さらに、主ノズルと補助ノズルへのガスが同一供給源より供給されているため、加工状況に応じてそれぞれのガス供給量を任意変化することはできないが、装置の構造を簡単にすることができ、装置の製造コストを大幅に削減することができる。 Furthermore, since the gas to the main nozzle and the auxiliary nozzle is supplied from the same supply source, the respective gas supply amounts cannot be arbitrarily changed according to the processing situation, but the structure of the apparatus can be simplified. The manufacturing cost of the apparatus can be greatly reduced.
実施の形態3.
図7は、本発明の第3の実施の形態における加工ノズルの先端部の拡大縦断面図および被加工物側から見た下面図である。ここで、図7に示したように、内側ノズル2の内径をD1、外径をD2とする。本実施の形態においては、このD1とD2の径の差が16mm以内となるように形成されている。その他の構成は第1の実施の形態もしくは第2の実施の形態に順ずる。
FIG. 7 is an enlarged longitudinal sectional view of the tip end portion of the machining nozzle according to the third embodiment of the present invention and a bottom view seen from the workpiece side. Here, as shown in FIG. 7, the inner diameter of the
図8は、D1とD2の径の差と、二重ノズル1からの距離が5mm離なれた位置で、主アシストガス圧を2MPaで噴出して、板厚16mmのステンレス切断を行い内側ノズル2の内径D1と、内側ノズル2の外径D2の差をパラメータとしてドロスの発生高さを測定した結果である。ここで、測定に用いた2重ノズルは、内側ノズルの内径がφ1.5mm、内側ノズルと外側ノズルの先端部の高さ差は4mmであり、補助アシストガスのガス圧力を0.3MPaに設定し測定を行った。
FIG. 8 shows the
図8中には、補助アシストガスの流れ軸と主アシストガスの流れ軸との交差角度が0度と80度の場合を示した。経験的にステンレスの品質で許容範囲とされるドロス高さは0.8mm以下であり、このドロス高さHが0.8mm以下になるのは、図8より、内側ノズル2の内径D1と内側ノズル2の外径D2の差が16mm以下の場合である。内側ノズル2の径D1と、内側ノズル2の外径D2の差が大きくなると、外側ノズル3から噴出するアシストガスが、内側ノズル2から噴出する主アシストガスの乱流を抑える効果が減少し、ドロスが発生するものと考えられる。
FIG. 8 shows the case where the crossing angle between the flow axis of the auxiliary assist gas and the flow axis of the main assist gas is 0 degrees and 80 degrees. Empirically, the dross height, which is acceptable within the quality of stainless steel, is 0.8 mm or less, and the dross height H is 0.8 mm or less, as shown in FIG. This is a case where the difference in the outer diameter D2 of the
1 2重ノズル、
2 主アシストガスノズル、
3 補助アシストガスノズル、
4 主アシストガス噴出口、
5 レーザ発振器、
6 レーザビーム、
7 被加工物、
8 補助アシストガス噴出口、
9 主アシストガス供給路、
10 補助アシストガス供給路、
11 主アシストガス供給源、
12 補助アシストガス供給源、
21 主アシストガスのガス流れ軸、
22 補助アシストガスのガス流れ軸、
31 分岐アシストガス供給路、
32 連通口、
33 アシストガス供給源
1 Double nozzle,
2 Main assist gas nozzle,
3 Auxiliary assist gas nozzle,
4 Main assist gas outlet,
5 Laser oscillator,
6 Laser beam,
7 Workpiece,
8 Auxiliary assist gas outlet
9 Main assist gas supply path,
10 Auxiliary assist gas supply path,
11 Main assist gas supply source,
12 Auxiliary assist gas supply source,
21 Gas flow axis of the main assist gas,
22 Gas flow axis of auxiliary assist gas,
31 Branch assist gas supply path,
32 communication port,
33 Assist gas supply source
Claims (7)
前記主アシストガス噴出口の周囲に同心的に環状に設けられ補助アシストガスを噴射する補助アシストガス噴出口とを備え、
この補助アシストガス噴出口面を前記主アシストガス噴出口面よりもアシストガス流の下流に設け、
前記主アシストガスのガス流れの軸と前記補助アシストガスのガス流れの軸とが交わる位置において、前記補助アシストガスの噴射角度を前記主アシストガスの噴射軸に対して0から80度の範囲に設定したことを特徴とするレーザ加工用ノズル。 A main assist gas outlet for injecting the main assist gas together with the laser beam;
An auxiliary assist gas outlet that is concentrically provided around the main assist gas outlet and injects an auxiliary assist gas;
The auxiliary assist gas outlet face is provided downstream of the assist gas flow from the main assist gas outlet face.
At a position where the axis of gas flow of the main assist gas and the axis of gas flow of the auxiliary assist gas intersect, the injection angle of the auxiliary assist gas is in the range of 0 to 80 degrees with respect to the injection axis of the main assist gas. Laser processing nozzle characterized by setting.
前記主アシストガス噴出口の周囲に同心的に環状に設けられ補助アシストガスを噴射する補助アシストガス噴出口とを備え、
この補助アシストガス噴出口面を前記主アシストガス噴出口面よりもアシストガス流の下流に設け、
前記主アシストガス噴出口の内径と外径の差が16mm以下となる範囲に設定したことを特徴とするレーザ加工用ノズル。 A main assist gas outlet for emitting a laser beam and injecting a main assist gas;
An auxiliary assist gas outlet that is concentrically provided around the main assist gas outlet and injects an auxiliary assist gas;
The auxiliary assist gas outlet face is provided downstream of the assist gas flow from the main assist gas outlet face.
A laser processing nozzle, wherein a difference between an inner diameter and an outer diameter of the main assist gas outlet is set to be 16 mm or less.
前記主アシストガス噴出口の内径と外径の差が16mm以下となる範囲に設定したことを特徴とするレーザ加工用ノズル。 The nozzle for laser processing according to claim 1,
A laser processing nozzle, wherein a difference between an inner diameter and an outer diameter of the main assist gas outlet is set to be 16 mm or less.
前記ノズルに主アシストガスを供給し、前記主アシストガス噴出口から主アシストガスを噴出させる主アシストガス供給源と、
前記ノズルに補助アシストガスを供給し、前記補助アシストガス噴出口から補助アシストガスを噴出させる補助アシストガス供給源と、
前記ノズルから出射されるレーザ光を出力するレーザ発振器と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 A laser processing nozzle according to any one of claims 1 to 3,
A main assist gas supply source for supplying main assist gas to the nozzle and ejecting the main assist gas from the main assist gas outlet;
An auxiliary assist gas is supplied to the nozzle, and an auxiliary assist gas is supplied from the auxiliary assist gas ejection port;
A laser oscillator that outputs laser light emitted from the nozzle;
A laser processing apparatus comprising:
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007203027A JP2010234373A (en) | 2007-08-03 | 2007-08-03 | Laser machining nozzle, and laser machining apparatus |
PCT/JP2008/063164 WO2009019977A1 (en) | 2007-08-03 | 2008-07-23 | Laser working nozzle, and laser working device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007203027A JP2010234373A (en) | 2007-08-03 | 2007-08-03 | Laser machining nozzle, and laser machining apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010234373A true JP2010234373A (en) | 2010-10-21 |
Family
ID=40341213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007203027A Pending JP2010234373A (en) | 2007-08-03 | 2007-08-03 | Laser machining nozzle, and laser machining apparatus |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010234373A (en) |
WO (1) | WO2009019977A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101882232B1 (en) * | 2017-12-06 | 2018-07-26 | 주식회사 제이스텍 | Laser processing scanner head combined with laser and air suction ball |
JP2020028914A (en) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | ファナック株式会社 | Laser processing system, jet flow adjustment device and laser processing method |
CN110893514A (en) * | 2018-08-24 | 2020-03-20 | 发那科株式会社 | Laser processing system, jet flow observation device, laser processing method, and jet flow observation method |
KR102116854B1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-01 | 한국표준과학연구원 | High efficient additive manufacturing process apparatus for complex shaped hydrogen embrittlement resistive parts |
US11179801B2 (en) | 2018-08-24 | 2021-11-23 | Fanuc Corporation | Laser processing system and laser processing method |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3012353B1 (en) | 2013-10-24 | 2016-04-15 | Air Liquide | LASER NOZZLE WITH DOUBLE GAS FLOW |
CN109434303A (en) * | 2018-12-17 | 2019-03-08 | 南京理工大学 | A kind of laser cutting steam seal brush method |
CN113996922B (en) * | 2021-12-31 | 2022-04-01 | 苏州佳祺仕信息科技有限公司 | Welding fume adsorption device for laser welding and control method |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11285882A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-19 | Amada Co Ltd | Double structure nozzle with control function |
JP2001219284A (en) * | 2000-02-08 | 2001-08-14 | Nkk Corp | Laser beam cutting method of thick steel plate |
-
2007
- 2007-08-03 JP JP2007203027A patent/JP2010234373A/en active Pending
-
2008
- 2008-07-23 WO PCT/JP2008/063164 patent/WO2009019977A1/en active Application Filing
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101882232B1 (en) * | 2017-12-06 | 2018-07-26 | 주식회사 제이스텍 | Laser processing scanner head combined with laser and air suction ball |
JP2020028914A (en) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | ファナック株式会社 | Laser processing system, jet flow adjustment device and laser processing method |
CN110893514A (en) * | 2018-08-24 | 2020-03-20 | 发那科株式会社 | Laser processing system, jet flow observation device, laser processing method, and jet flow observation method |
US11014198B2 (en) | 2018-08-24 | 2021-05-25 | Fanuc Corporation | Laser processing system, jet adjustment device, and laser processing method |
US11179801B2 (en) | 2018-08-24 | 2021-11-23 | Fanuc Corporation | Laser processing system and laser processing method |
US11389899B2 (en) | 2018-08-24 | 2022-07-19 | Fanuc Corporation | Laser processing system, jet observation apparatus , laser processing method, and jet observation method |
CN110893514B (en) * | 2018-08-24 | 2023-02-21 | 发那科株式会社 | Laser processing system, jet flow observation device, laser processing method, and jet flow observation method |
KR102116854B1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-01 | 한국표준과학연구원 | High efficient additive manufacturing process apparatus for complex shaped hydrogen embrittlement resistive parts |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2009019977A1 (en) | 2009-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010234373A (en) | Laser machining nozzle, and laser machining apparatus | |
JP5707986B2 (en) | Laser cutting apparatus and laser cutting method | |
JP4930594B2 (en) | Laser processing nozzle | |
CN101291773B (en) | Laser beam welding method with a metal vapour capillary formation control | |
JP4555743B2 (en) | Laser processing head | |
JP6425678B2 (en) | Processing head of laser processing device | |
JP5039757B2 (en) | Laser processing head in laser processing equipment | |
JP6063636B2 (en) | Laser processing apparatus, laser processing system, and laser processing method | |
CN110153554B (en) | Laser processing head | |
US8378253B2 (en) | Method for laser welding using a nozzle capable of stabilizing the keyhole | |
CN111254431B (en) | Light-powder co-path powder feeding nozzle for atmosphere protection | |
WO2018143241A1 (en) | Laser cutting method, nozzle of laser machining device, and laser machining device | |
JP2009166080A (en) | Laser beam welding method | |
JPH11123578A (en) | Laser machining head | |
JP2017177155A (en) | Laser processing head | |
JP2016030264A (en) | Laser machining head | |
JP6109698B2 (en) | Welding apparatus and welding method | |
JP5741663B2 (en) | Laser welding method and apparatus for steel plate | |
JP5588189B2 (en) | Laser cutting apparatus and laser cutting method | |
JP2009166050A (en) | Laser beam welding method for steel plate, and its apparatus | |
JP2019093438A (en) | Laser nozzle | |
JP2014054638A (en) | Nozzle for laser processing head | |
JP5488651B2 (en) | Laser welding method and apparatus for steel plate | |
JP2010131615A (en) | Method of shielding laser beam welding, shielding gas feeding nozzle, and apparatus for shielding laser beam welding | |
JP5958894B2 (en) | Method of jetting shield gas in laser welding |