JP2012061478A

JP2012061478A - 鋼材のレーザ切断装置及び方法

Info

Publication number: JP2012061478A
Application number: JP2010205403A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Inami; 昭一稲見; Shozo Ono; 昇造小野
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】装置が簡単で、煩雑な手間もかからず、厚い鋼材を切断可能なレーザ切断装置および方法を提供する。
【解決手段】レーザ照射部１から鋼材２の切断部位にレーザ光を照射して鋼材２を溶融し、ワイヤ供給部６により鋼材２の切断部位に沿ってアシストワイヤ５を移動させることにより切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを除去する。
【選択図】図１

Description

この発明は、鋼材のレーザ切断装置に関し、特に、造船、橋粱及び建設機械部材に使用されるような厚鋼板も切断することができるレーザ切断装置に関する。
また、この発明は、このような装置によるレーザ切断方法に関する。

鋼材の切断方法として、ガス切断やレーザ切断等の切断方法がある。
ガス切断は、ガス炎で鋼材の切断箇所を加熱し、そこへ酸素ガスを噴射して切断箇所を酸化燃焼させながら切断する方法であり、広範囲の厚さの鋼材を切断することができるだけでなく、装置が簡単で、安価に作業できるといった利点があるため、最も一般的に使用されている。しかし、カーフ（切断溝）幅が広くなる、寸法精度が低いといった問題がある。

一方、レーザ切断は、一般的に、レーザ光で鋼材の切断箇所を加熱し、そこへ酸素ガスを噴射して鋼材を切断するものであり、ガス炎に比べレーザ光はエネルギー密度が高いため、レーザ照射部が溶融、蒸発し、キーホールと呼ばれる幅の狭い溝が形成される点がガス切断と異なる。キーホールの形成はアシストガスの供給によって深くなるが、キーホールが深くなるほどキーホール内へ安定的にアシストガスを供給するのが困難になる。そのため、レーザ切断は、ガス切断に対し、狭いカーフ幅及び熱影響幅で高精度に鋼板を切断することができるといった利点があるが、厚い鋼材を切断することができないといった課題があった。
そこで、例えば、特許文献１には、レーザ光を鋼材の切断箇所に照射して加熱し、酸素からなるアシストガスと鋼板の燃焼反応熱により鋼材を溶融しつつ、溶融金属をアシストガスで吹き飛ばして切断する方法が示されている。また、特許文献２には、特許文献１と同様の酸素からなるアシストガスと鋼板の燃焼反応熱に加え、切断部位に連続送給する鉄系のアシストワイヤの燃焼反応熱により鋼材を溶融しつつ、溶融金属をアシストガスで吹き飛ばして切断する方法が示されている。

特開２００１−２１９２８４号公報特開平６−２３４０９０号公報

しかし、例えば、厚さが３０ｍｍ以上の厚い鋼材に対しては、特許文献１や２の装置及び方法で切断を開始しても、カーフ幅が狭いために、カーフの奥部にまで充分にアシストガスを供給することができず、溶融金属の除去が不十分になって、切断溝の縁にスラグ付着が生じてしまうため、貫通切断することができなくなってしまう。また、これらの装置及び方法は、構成が複雑であり、作業も煩雑であるという問題がある。

そこで、本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、装置が簡単で、煩雑な手間もかからず、厚い鋼材をも切断可能なレーザ装置および方法を提供することを目的とする。

この発明に係る鋼材のレーザ切断装置は、鋼材の切断部位にレーザ光を照射して鋼材を溶融するレーザ照射部と、前記鋼材の切断部位に沿ってアシストワイヤを移動させることにより前記切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを除去する溶融物除去手段とを備える装置である。

レーザ照射部は、ファイバーレーザを含むことが好ましい。
また、アシストワイヤは、ガラス、金属または樹脂から構成することができる。
さらに、溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを吹き飛ばすためのアシストガスを鋼材の切断部位に導入するアシストガス導入部を有することが好ましい。この場合、アシストガスとして、不活性ガスを用いることが好ましい。
また、溶融物除去手段が、アシストワイヤに付着したスラグを取り除く洗浄部を有し、アシストワイヤをエンドレスで移動させるようにすることもできる。

この発明に係る鋼材のレーザ切断方法は、鋼材の切断部位にレーザ光を照射して鋼材を溶融し、鋼材の切断部位に沿ってアシストワイヤを移動させることにより切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを除去する方法である。

レーザ光は、ファイバーレーザにより照射されることが好ましい。
また、アシストワイヤは、ガラス、金属または樹脂から構成することができる。
さらに、溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを吹き飛ばすためのアシストガスを鋼材の切断部位に導入することが好ましい。この場合、アシストガスとして、不活性ガスを用いることが好ましい。
また、アシストワイヤに付着したスラグを取り除きつつ、アシストワイヤをエンドレスで移動させることもできる。

本発明によれば、装置が簡単で、煩雑な手間もかからず、厚い鋼材に対しても切断が可能となる。

この発明の第１の実施形態に係る鋼材のレーザ切断装置の構成を示す図である。図１の実施形態において、レーザ光とアシストワイヤの位置関係を示す図である。第２の実施形態に係る鋼材のレーザ切断装置の構成を示す図である。第３の実施形態に係る鋼材のレーザ切断装置の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
第１の実施形態
図１に、第１の実施形態に係る鋼材のレーザ切断装置１の構成を示す。このレーザ切断装置１は、板状の鋼材２の切断部位にレーザ光を照射して鋼材２を溶融するレーザ照射部３と、鋼材２の切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを除去する溶融物除去手段４を有する。

レーザ照射部３は、ファイバーレーザやＣＯ_２レーザ等、一般的に使用されるレーザを含むが、その中でも、高出力でも高いビーム品質を維持でき、ビーム径を小さくすることができるファイバーレーザを含むことが好ましい。
溶融物除去手段４は、鋼材２の切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを除去するためのアシストワイヤ５と、アシストワイヤ５を鋼材２の切断部位へ連続供給するワイヤ供給部６からなる。
アシストワイヤ５は、溶融金属および溶融スラグをワイヤで掻き取ると共に、金属ガスも冷えたワイヤ上で凝固して除去することができる。

図２は、レーザ光とアシストワイヤ５の位置関係を示す図である。
図２に示すように、アシストワイヤ５は、レーザ光の走査方向Ａに対してレーザ光のすぐ後方に配置され、レーザ光の照射方向とほぼ平行な方向Ｂに連続供給される。すなわち、アシストワイヤ５は、レーザ光により鋼材２の切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを除去できる距離で鋼材２の切断部位をなぞるように移動する。さらに、アシストワイヤ５は、レーザ光の走査に伴ってワイヤ供給部６により矢印Ａ方向へ移動される。

アシストワイヤ５の材質は、鋼材２の切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを機械的に除去することができれば特に限定されない。例えば、ガラス、金属及び樹脂といったものが挙げられるが、レーザを透過するような材質であるものが好ましい。例えば、レーザ照射部３にファイバーレーザを含むものを使用した場合、ファイバーレーザの波長を吸収しないガラスが好ましい。
アシストワイヤ５のワイヤ径は、特に限定されないが、レーザ光の照射により鋼材２に形成されるカーフ幅より小さいことが好ましい。
ワイヤ供給部６は、鋼材２の切断部位に沿って矢印Ｂ方向にアシストワイヤ５を連続供給すると共に、レーザ光の走査に伴って図２の矢印Ａ方向に移動させる。

次に、第１の実施形態におけるレーザ切断方法を説明する。
レーザ照射部１から鋼材２の切断部位にレーザ光を照射して鋼材２を溶融し、ワイヤ供給部６により鋼材２の切断部位に沿ってアシストワイヤ５を移動させることにより切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを機械的に除去する。

従来技術のようにアシストガスで溶融金属を吹き飛ばすのではなく、鋼材２の切断部位に沿ってアシストワイヤ５を移動させるため、鋼材２に形成されるカーフ幅が狭くても、鋼材の切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスは機械的に強制的に除去され、例えば、厚さが３０ｍｍ以上の厚い鋼材に対しても、貫通切断をすることができる。
また、このような装置によれば、溶融金属等を吹き飛ばすアシストガスを必要としないため、アシストガス供給手段やノズル等のアシストガスを供給する部材を設ける必要がなく、その結果、装置を簡単にすることができる。また、アシストガスの圧力調整や、ノズル径の調節等も行う必要がないため、煩雑な手間も省くことができる。
なお、レーザ照射部３は、所定の範囲内でレーザ光をオシレートさせながら照射してもよい。

第２の実施形態
図３に、この発明の第２の実施形態に係る鋼材のレーザ切断装置１１の構成を示す。この実施形態のレーザ切断装置１１は、図１に示した第１の実施形態のレーザ切断装置１において、溶融物除去手段４が、さらに、アシストガスを鋼材２の切断部位に噴射するノズル７と、アシストガスをノズル７に供給するガス供給部８を有するものである。

この第２の実施形態のレーザ切断装置によれば、アシストワイヤ５により、鋼材２の切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを機械的に除去するだけでなく、ノズル７を介してガス供給部８から供給されたアシストガスでも、溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを吹き飛ばすことができ、さらに効率よく溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスの除去が可能となる。

なお、アシストガスとしては、切断部位においてアシストワイヤ５の燃焼を抑制することができる不活性ガスを用いることが好ましい。例えば、一般に燃焼しやすい金属や樹脂を材料とするアシストワイヤ５を使用した場合であっても、アシストワイヤ５を連続供給しながら鋼材２の切断を続けることができる。また、切断部位における燃焼が抑制されるため、鋼材２の切断面に酸化鉄が付着することがなく、高品質の切断物を得ることができる。
不活性ガスとしては、特に限定されないが、安価な二酸化炭素を用いることもできる。

第３の実施形態
図４に、この発明の第３の実施形態に係る鋼材のレーザ切断装置２１の構成を示す。この実施形態のレーザ切断装置２１は、図１に示した第１の実施形態のレーザ切断装置１において、溶融物除去手段４が、アシストワイヤ５に付着したスラグを取り除く洗浄部９を有すると共に、アシストワイヤ５をエンドレスで移動させるものである。
この第３の実施形態のレーザ切断装置によれば、アシストワイヤ５に付着したスラグを取り除きつつ、アシストワイヤ５を連続使用することができる。

１、１１、２１鋼材のレーザ切断装置、２鋼材、３レーザ照射部、４溶融物除去手段、５アシストワイヤ、６ワイヤ供給部、７ノズル、８ガス供給部、９洗浄部。

Claims

鋼材の切断部位にレーザ光を照射して鋼材を溶融するレーザ照射部と、
前記鋼材の切断部位に沿ってアシストワイヤを移動させることにより前記切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを除去する溶融物除去手段と
を備えたことを特徴とする鋼材のレーザ切断装置。
前記レーザ照射部は、ファイバーレーザを含む請求項１に記載の鋼材のレーザ切断装置。
前記アシストワイヤは、ガラス、金属または樹脂からなる請求項１または２に記載の鋼材のレーザ切断装置。
さらに、溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを吹き飛ばすためのアシストガスを前記鋼材の切断部位に導入するアシストガス導入部を有する請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材のレーザ切断装置。
前記アシストガスは、不活性ガスである請求項４に記載の鋼材のレーザ切断装置。
前記溶融物除去手段は、前記アシストワイヤに付着したスラグを取り除く洗浄部を有し、前記アシストワイヤをエンドレスで移動させる請求項１〜５のいずれかに記載の鋼材のレーザ切断装置。
鋼材の切断部位にレーザ光を照射して鋼材を溶融し、
前記鋼材の切断部位に沿ってアシストワイヤを移動させることにより前記切断部位に生成された溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを除去する
ことを特徴とする鋼材のレーザ切断方法。
前記レーザ光は、ファイバーレーザにより照射される請求項７に記載の鋼材のレーザ切断方法。
前記アシストワイヤは、ガラス、金属または樹脂からなる請求項７または８に記載の鋼材のレーザ切断方法。
さらに、溶融金属、溶融スラグおよび金属ガスを吹き飛ばすためのアシストガスを前記鋼材の切断部位に導入する請求項７〜９のいずれかに記載の鋼材のレーザ切断方法。
前記アシストガスは、不活性ガスである請求項１０に記載の鋼材のレーザ切断方法。
前記アシストワイヤに付着したスラグを取り除きつつ、前記アシストワイヤをエンドレスで移動させる請求項７〜１１のいずれかに記載の鋼材のレーザ切断方法。