JP2017148848A - Cutting apparatus and cutting method for double tube structure part - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cutting apparatus and a cutting method for a double tube structure part that can simultaneously cut an inner tube and an outer tube of the double tube structure part from inside the inner tube using a laser cutting machine.SOLUTION: A laser cutting head is attached to a manipulator which is driven under the control of a control device. The laser cutting head is inserted into an inner tube I of the double tube structure part S. The control device controls manipulator driving such that the inner tube I and an outer tube O arranged at an outer periphery of the inner tube I can be simultaneously cut with laser light L emitted from the laser cutting head, and a width W1 of a calf K1 formed at a cut part of the inner tube I is larger than a width W2 of a calf K2 formed at a cut part of the outer tube O.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、二重管構造部の切断装置及び切断方法に係り、特に、二重管構造部を構成する内管と外管を同時に切断可能な切断装置及び切断方法に関する。   The present invention relates to a cutting apparatus and a cutting method for a double pipe structure, and more particularly to a cutting apparatus and a cutting method capable of simultaneously cutting an inner pipe and an outer pipe constituting a double pipe structure.

今後、東京電力福島第一原子力発電所をはじめ、軽水炉の廃止措置が予定されており、解体工期の短縮や二次廃棄物発生量の低減等によるコスト削減が求められている。このような背景の中、コスト削減の方策の一つとして、沸騰水型原子炉に使用されているジェットポンプ等の二重管構造部の切断作業の効率化を図ることが挙げられる。   In the future, decommissioning of light water reactors, including TEPCO's Fukushima Daiichi NPS, is planned, and cost reduction is required by shortening the dismantling period and reducing the amount of secondary waste generated. Against this background, one of the cost reduction measures is to improve the efficiency of cutting the double pipe structure such as the jet pump used in the boiling water reactor.

従来、二重管構造部の内管と外管を一度の切断作業で同時に切断する切断装置及び切断方法は知られていない。このため、従来においては、二重管構造部の内管と外管とを個別に切断するという方法が検討されている。   Conventionally, a cutting apparatus and a cutting method for simultaneously cutting an inner tube and an outer tube of a double-pipe structure part by a single cutting operation are not known. For this reason, conventionally, a method of individually cutting the inner tube and the outer tube of the double tube structure has been studied.

然るに、二重管構造部の内管と外管とを個別に切断すると、単管を切断する場合に比べて作業量が単純計算で2倍に増えるので、工期が長期化する。また、この方法によると、内管切断用の切断機と外管切断用の切断機とを用意しなくてはならないため、設備コストが高価になる。さらに、館内に切断機を挿入できない場合、外管の外周に切断機を配置しなくてはならないので、狭隘部に配管された二重管構造部の外管については、切断作業が著しく困難になる。なお、狭隘な切断部に適用可能な小型の切断機を用意すれば切断が可能になるが、小型の切断機は一般に大型の切断機に比べて切断能力が落ちるので、作業効率の低下が懸念される。   However, if the inner tube and the outer tube of the double-pipe structure part are individually cut, the work amount is doubled by simple calculation as compared with the case of cutting a single tube, so the construction period is prolonged. Further, according to this method, a cutting machine for cutting the inner pipe and a cutting machine for cutting the outer pipe must be prepared, so that the equipment cost becomes expensive. Furthermore, if a cutting machine cannot be inserted in the hall, a cutting machine must be placed on the outer circumference of the outer pipe, so cutting work is extremely difficult for the outer pipe of the double pipe structure piped in the narrow section. Become. Although it is possible to cut by preparing a small cutting machine that can be applied to narrow cutting parts, small cutting machines generally have a lower cutting ability than large cutting machines, so there is a concern that work efficiency may be reduced. Is done.

このようなことから、二重管構造部の内管の内部から内管及び外管を同時に切断可能な二重構造部の切断装置及び切断方法の開発が嘱望されている。なお、二重管構造の設備は、原子力発電所だけでなく、化学プラント等にも使用されている。   For this reason, development of a cutting device and a cutting method for a double structure portion capable of simultaneously cutting an inner tube and an outer tube from the inside of the inner tube of the double tube structure portion is desired. In addition, the equipment of the double pipe structure is used not only for nuclear power plants but also for chemical plants.

また、構造物の切断装置としては一般に、レーザ切断機及びプラズマアーク切断機等の熱的切断機と、回転刃を備えた機械的切断機とがあるが、機械的切断機は、回転刃が消耗品になるためにランニングコストが高価になるばかりでなく、劣化した回転刃及び切削粉が二次廃棄物となるために廃棄物の処理コストが高くなる。また、機械的切断機は、熱的切断機に比べて切断速度が遅く、かつ回転刃の交換が繰り返し必要になるので、作業効率が悪いという問題もある。   In general, structural cutting devices include thermal cutting machines such as laser cutting machines and plasma arc cutting machines, and mechanical cutting machines equipped with rotary blades. Since it becomes a consumable product, not only the running cost becomes expensive, but also the deteriorated rotary blade and cutting powder become secondary waste, so the waste disposal cost becomes high. Also, the mechanical cutting machine has a problem that the cutting speed is slower than that of the thermal cutting machine and the replacement of the rotary blade is required repeatedly, so that the working efficiency is poor.

このようなことから、二重管構造部の切断装置としては、機械的切断機よりも熱的切断機を適用する方が望ましい。また、プラズマアーク切断機を用いて構造物を切断すると、レーザ切断機を用いて構造物を切断した場合に比べて、カーフ幅(切断部の切れ目の幅)が大きくなり、二次廃棄物が多くなる。このため、熱的切断機の中でもカーフ幅が狭く、二次廃棄物発生量の少ないレーザ切断機を適用することがより望まれる。   For this reason, it is desirable to apply a thermal cutting machine rather than a mechanical cutting machine as the cutting device for the double pipe structure. In addition, when the structure is cut using a plasma arc cutting machine, the kerf width (the width of the cut at the cut portion) becomes larger than when the structure is cut using a laser cutting machine, and secondary waste is generated. Become more. For this reason, it is more desirable to apply a laser cutting machine having a narrow kerf width and a small amount of secondary waste generation among thermal cutting machines.

なお、配管の内部にレーザ加工機を挿入して配管を加工する装置としては、従来、原子炉の小口径配管内にレーザトーチを挿入し、配管の内部からその継手部にレーザ光を照射して溶接或いは表面の改質を行う装置知られている(例えば、特許文献1参照。)。   In addition, as a device for processing a pipe by inserting a laser processing machine inside the pipe, conventionally, a laser torch is inserted into a small-diameter pipe of a nuclear reactor, and a laser beam is irradiated from the inside of the pipe to the joint portion. An apparatus for performing welding or surface modification is known (for example, see Patent Document 1).

特開平06−226481号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-226481

しかしながら、特許文献1に記載の技術は、二重管構造部のみならず、単管の切断に関しても何ら考慮されていないので、このままでは二重管構造部の切断に適用することができない。   However, since the technique described in Patent Document 1 does not take into consideration not only the cutting of the single tube but also the cutting of the single tube, it cannot be applied to the cutting of the double tube structure as it is.

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ切断機を用いて二重管構造部の内管の内部から内管及び外管を同時に切断可能な二重管構造部の切断方法及び切断装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the actual situation of the prior art, and an object of the present invention is to simultaneously cut the inner tube and the outer tube from the inside of the inner tube of the double tube structure using a laser cutting machine. An object of the present invention is to provide a cutting method and a cutting device for a double pipe structure.

本発明は、上記の課題を解決するため、二重管構造部の切断装置に関しては、レーザ光の出射口及びアシストガスの噴射口を備え、かつ二重管構造部を構成する内管の内部に挿入可能であるように形成されたレーザ切断ヘッドと、前記レーザ切断ヘッドを保持し、前記内管に対する前記レーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光の照射位置を自在に調整可能であるように構成されたマニピュレータと、前記マニピュレータの駆動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記内管の内部に挿入された前記レーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光で前記内管及び前記内管の外周に配置された外管を同時に切断でき、かつ前記内管の切断部に形成されるカーフの幅が、前記外管の切断部に形成されるカーフの幅よりも大きくなるように、前記マニピュレータの駆動を制御することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a cutting device for a double-pipe structure part, which includes a laser beam emission port and an assist gas injection port, and an interior of an inner pipe constituting the double-pipe structure unit. A laser cutting head formed so as to be insertable into the laser beam, and the laser cutting head is held, and the irradiation position of the laser beam emitted from the laser cutting head with respect to the inner tube can be freely adjusted And a control device for controlling the driving of the manipulator, wherein the control device uses the laser light emitted from the laser cutting head inserted into the inner tube and the inner tube and the inner tube. The outer tube disposed on the outer periphery of the outer tube can be cut simultaneously, and the width of the kerf formed in the cut portion of the inner tube is larger than the width of the kerf formed in the cut portion of the outer tube, And controlling the driving of the serial manipulator.

また、本発明は、上記の課題を解決するため、二重管構造部の切断方法に関しては、レーザ光の出射口及びアシストガスの噴射口を備えたレーザ切断ヘッドを、マニピュレータを用いて二重管構造部を構成する内管の内部に挿入し、前記レーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光で前記内管及び前記内管の外周に配置された外管を同時に切断したとき、前記内管の切断部に形成されるカーフの幅が、前記外管の切断部に形成されるカーフの幅よりも大きくなるように、前記マニピュレータの駆動を制御することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a method for cutting a double-pipe structure, and a laser cutting head having a laser beam emission port and an assist gas injection port is formed by using a manipulator. When inserted into the inner tube constituting the tube structure and simultaneously cutting the inner tube and the outer tube disposed on the outer periphery of the inner tube with the laser light emitted from the laser cutting head, the inner tube The driving of the manipulator is controlled so that the width of the kerf formed in the cutting part is larger than the width of the kerf formed in the cutting part of the outer tube.

内管の切断部に形成されるカーフの幅が外管の切断部に形成されるカーフの幅よりも大きくなるようにすると、内管の切断部に形成されたカーフを通して外管のレーザ光照射部に内管内部からアシストガスを確実に噴射できるので、二重管構造部の外管を内管と同時に切断することが可能になる。即ち、二重管構造部を構成する内管及び外管の切断は、レーザ光の熱によって、内管及び外管のレーザ光照射部を局部的に溶解し、生成された溶解物(ドロス)をアシストガスによって吹き飛ばすことにより行われる。従って、二重管構造部の内管と外管を内管内部からのレーザ照射によって切断する場合には、外管のレーザ光照射部に十分な圧力及び風量のアシストガスが噴射される必要がある。上記構成によれば、内管の切断部に形成されるカーフの幅が、外管の切断部に形成されるカーフの幅よりも大きくなるように、マニピュレータの駆動を制御するので、内管に形成されるカーフを通じて外管のレーザ光照射部に十分な圧力及び風量のアシストガスを噴射でき、内管と外管の同時切断が可能になる。   When the width of the kerf formed at the cut portion of the inner tube is larger than the width of the kerf formed at the cut portion of the outer tube, laser light irradiation of the outer tube is performed through the kerf formed at the cut portion of the inner tube. Since the assist gas can be reliably injected into the portion from the inside of the inner tube, the outer tube of the double tube structure portion can be cut simultaneously with the inner tube. That is, the cutting of the inner tube and the outer tube constituting the double-pipe structure part locally melts the laser beam irradiation part of the inner tube and the outer tube by the heat of the laser beam, and the generated melt (Dross) Is performed by blowing off the gas with the assist gas. Therefore, when the inner tube and the outer tube of the double tube structure are cut by laser irradiation from the inside of the inner tube, it is necessary to inject the assist gas with sufficient pressure and air volume to the laser beam irradiation unit of the outer tube. is there. According to the above configuration, since the drive of the manipulator is controlled so that the width of the kerf formed in the cut portion of the inner tube is larger than the width of the kerf formed in the cut portion of the outer tube, The assist gas having a sufficient pressure and air volume can be injected to the laser light irradiation part of the outer tube through the formed kerf, and the inner tube and the outer tube can be cut simultaneously.

また本発明は、前記構成の二重管構造部の切断装置において、前記制御装置は、前記内管の切断部に形成されるカーフの幅が最小2mm、最大でも3mm程度となるように、前記マニピュレータの駆動を制御することを特徴とする。   Further, the present invention provides the cutting device for a double pipe structure having the above-described configuration, wherein the control device is configured such that the width of the kerf formed in the cutting portion of the inner tube is at least 2 mm and at most about 3 mm. It controls the driving of the manipulator.

本構成によると、内管の切断部に2mm幅以上のカーフを形成するので、内管に形成されるカーフを通じて外管のレーザ光照射部に必要かつ十分な圧力及び風量のアシストガスを噴射することができ、外管の切断を確実に行うことができる。また、内管の切断部に形成されるカーフの幅を3mm程度にするので、切断に伴う廃棄物の発生量を抑制できて、廃棄物の処理コストを抑制できる。   According to this configuration, since a kerf having a width of 2 mm or more is formed at the cut portion of the inner tube, an assist gas having a necessary and sufficient pressure and air volume is injected to the laser light irradiation unit of the outer tube through the kerf formed in the inner tube. And the outer tube can be reliably cut. Moreover, since the width | variety of the kerf formed in the cutting part of an inner tube is about 3 mm, the generation amount of the waste accompanying a cutting | disconnection can be suppressed and the processing cost of a waste can be suppressed.

また本発明は、前記構成の二重管構造部の切断装置において、前記制御装置は、前記内管の内面に対する前記レーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光の入射角度が0度以上になるように、前記マニピュレータの駆動を制御することを特徴とする。   Further, the present invention provides the cutting device for a double tube structure having the above-described configuration, wherein the control device is configured such that the incident angle of the laser beam emitted from the laser cutting head with respect to the inner surface of the inner tube is 0 degree or more. The driving of the manipulator is controlled.

内管の内面に対してレーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光を垂直に入射(入射角度が0度)すると、内管の内面で反射された反射レーザ光の多くがレーザ切断ヘッド内に戻るので、レーザ切断ヘッド及びレーザ発振器に故障が生じる原因となる。これに対して、内管の内面に対するレーザ光の入射角度を0度以上にすると、レーザ切断ヘッド内に戻る反射レーザ光の光量を低減できるので、反射レーザ光に起因するレーザ切断ヘッド及びレーザ発振器の故障を回避することができる。   When the laser beam emitted from the laser cutting head is incident perpendicularly to the inner surface of the inner tube (incident angle is 0 degree), most of the reflected laser beam reflected by the inner surface of the inner tube returns into the laser cutting head. This causes a failure in the laser cutting head and the laser oscillator. On the other hand, when the incident angle of the laser beam with respect to the inner surface of the inner tube is set to 0 ° or more, the amount of reflected laser beam returning into the laser cutting head can be reduced, so that the laser cutting head and laser oscillator resulting from the reflected laser beam Can be avoided.

また本発明は、前記構成の二重管構造部の切断装置において、前記レーザ切断ヘッドは、レーザ光の光路中に反射ミラーを備え、前記レーザ切断ヘッド中を伝播するレーザ光の光路を前記反射ミラーにて反射して変更することを特徴とする。   According to the present invention, in the cutting apparatus for a double tube structure having the above-described configuration, the laser cutting head includes a reflection mirror in the optical path of the laser beam, and the optical path of the laser beam propagating through the laser cutting head is reflected in the reflection path. It is characterized by being reflected by a mirror.

本構成によると、レーザ切断ヘッドの長さ方向に伝播してきたレーザ光を反射ミラーで反射してレーザ切断ヘッドの径方向に向けることができるので、小口径の内管を有する二重管構造部の切断を容易に行うことができる。   According to this configuration, since the laser beam propagating in the length direction of the laser cutting head can be reflected by the reflecting mirror and directed in the radial direction of the laser cutting head, the double tube structure portion having a small diameter inner tube Can be easily cut.

また本発明は、前記構成の二重管構造部の切断装置において、前記レーザ切断ヘッドは、筒状に形成されたヘッド本体の一端に設けられたレーザ光の入射口から前記ヘッド本体の他端に設けられたレーザ光の出射口に至る直線状の光路を有することを特徴とする。   According to the present invention, in the cutting device for a double tube structure having the above-described configuration, the laser cutting head is connected to the other end of the head main body from a laser light incident port provided at one end of a cylindrical head main body. It has a linear optical path to the laser beam exit provided in the.

本構成によると、レーザ切断ヘッド内に反射ミラーなどの光路変更部材を備える必要がないので、レーザ切断ヘッドの構成を簡略化できて、レーザ切断ヘッドの低コスト化を図ることができる。   According to this configuration, since it is not necessary to provide an optical path changing member such as a reflecting mirror in the laser cutting head, the configuration of the laser cutting head can be simplified and the cost of the laser cutting head can be reduced.

本発明によると、レーザ切断ヘッドを用いて二重管構造部の内管の内部から内管及び外管を同時に切断可能な二重管構造部の切断装置及び切断方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cutting apparatus and cutting method of a double pipe structure part which can cut | disconnect an inner tube and an outer pipe | tube simultaneously from the inside of the inner pipe of a double pipe structure part using a laser cutting head can be provided.

実施形態に係る二重管構造部の切断装置の構成図である。It is a block diagram of the cutting device of the double pipe structure part which concerns on embodiment. 実施形態に係るレーザ切断ヘッドの構成と内管内部への挿入状態とを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the laser cutting head which concerns on embodiment, and the insertion state to an inner tube | pipe inside. 実施形態に係るレーザ切断ヘッドの内管内部への挿入状態を示すプラントの一部切断した平面図である。It is the top view which cut a part of plant which shows the insertion state to the inside of the inner pipe of the laser cutting head concerning an embodiment. 実施形態に係るレーザ切断ヘッドのレーザ出射口及びアシストガス噴射口の構成を示す要部正面図である。It is a principal part front view which shows the structure of the laser emission port and assist gas injection port of the laser cutting head which concerns on embodiment. 実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a control device concerning an embodiment. 実施形態に係る二重管構造部の切断方法を示す図である。It is a figure which shows the cutting method of the double pipe structure part which concerns on embodiment. 本発明の他の実施形態に係るレーザ切断ヘッドの断面図である。It is sectional drawing of the laser cutting head which concerns on other embodiment of this invention.

以下、実施形態に係る二重管構造部の切断装置及び切断方法について図面を用いて説明する。   Hereinafter, a cutting device and a cutting method for a double-pipe structure according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

実施形態に係る二重管構造部の切断装置は、図1に示すように、レーザ電源1、レーザ発振器2、レーザ電源1に電源を供給する分電盤3、及び、レーザ電源1を冷却する冷却水循環装置(チラー)4を備えている。また、実施形態に係る二重管構造部の切断装置は、これに加えて、レーザ発振器2に接続されたレーザ切断ヘッド5、レーザ切断ヘッド5を自在に駆動するマニピュレータ6、レーザ切断ヘッド5にアシストガスを供給する高圧アシストガス容器7、及び、レーザ電源1及びマニピュレータ6の駆動を制御する制御装置8を備えている。レーザ発振器2とレーザ切断ヘッド5とは、光ファイバ等の導光体9を介して接続される。また、高圧アシストガス容器7とレーザ切断ヘッド5とは、ホース等の配管10を介して接続される。   As shown in FIG. 1, the cutting apparatus for a double tube structure according to the embodiment cools a laser power source 1, a laser oscillator 2, a distribution board 3 that supplies power to the laser power source 1, and the laser power source 1. A cooling water circulation device (chiller) 4 is provided. In addition, the double tube structure cutting apparatus according to the embodiment includes a laser cutting head 5 connected to the laser oscillator 2, a manipulator 6 that freely drives the laser cutting head 5, and a laser cutting head 5. A high-pressure assist gas container 7 for supplying an assist gas, and a control device 8 for controlling driving of the laser power source 1 and the manipulator 6 are provided. The laser oscillator 2 and the laser cutting head 5 are connected via a light guide 9 such as an optical fiber. The high-pressure assist gas container 7 and the laser cutting head 5 are connected via a pipe 10 such as a hose.

レーザ発振器2としては、波長1070nmのレーザ光を発光するファイバレーザ発振器が好適に用いられるが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、ファイバレーザ発振器以外の固体レーザ発振器又は炭酸ガスレーザ発振器等のガスレーザ発振器を用いることもできる。その他、レーザ電源1、分電盤3及びチラー4については、公知に属する事項であり、かつ本発明の要旨でもないので、説明を省略する。   As the laser oscillator 2, a fiber laser oscillator that emits laser light having a wavelength of 1070 nm is preferably used. However, the gist of the present invention is not limited to this, and a solid laser oscillator or a carbon dioxide laser oscillator other than the fiber laser oscillator is used. A gas laser oscillator such as can also be used. In addition, since the laser power source 1, the distribution board 3, and the chiller 4 are matters belonging to public knowledge and are not the gist of the present invention, the description thereof is omitted.

実施形態に係る二重管構造部の切断装置は、二重管構造部を構成する内管の内部に挿入できるように、レーザ切断ヘッド5を小径の筒状に形成すると共に、このレーザ切断ヘッド5をマニピュレータ6を用いて自在に駆動し、二重管構造部Sを構成する内管I及び外管Oに対するスタンドオフ量を調整するようにしたことを特徴とする。   The cutting apparatus for a double-pipe structure part according to the embodiment forms the laser cutting head 5 into a small-diameter cylindrical shape so that it can be inserted into the inner tube constituting the double-pipe structure part. 5 is freely driven using a manipulator 6, and the standoff amount for the inner pipe I and the outer pipe O constituting the double pipe structure S is adjusted.

即ち、実施形態に係るレーザ切断ヘッド5は、図2に示すように、小径の筒状に形成されており、その断面中央部に略L字状の光路11が開設されている。光路11は、レーザ切断ヘッド5の長さ方向に形成された第1光路11aと、レーザ切断ヘッド5の径方向に形成された第2光路11bとから構成されており、第1光路11aと第2光路11bの間には、反射ミラー12が設置されている。第1光路11aには、図示しないコリメートレンズが設置される。また、第2光路11bには、フォーカスレンズ13(図6参照)が設置される。なお、レーザ切断ヘッド5内に反射ミラー12を設置する構成に代えて、レーザ切断ヘッド5内の所要の位置に反射ミラー面を形成する構成とすることもできる。   That is, the laser cutting head 5 according to the embodiment is formed in a small-diameter cylindrical shape as shown in FIG. 2, and a substantially L-shaped optical path 11 is opened at the center of the cross section. The optical path 11 includes a first optical path 11a formed in the length direction of the laser cutting head 5 and a second optical path 11b formed in the radial direction of the laser cutting head 5, and the first optical path 11a and the first optical path 11a A reflecting mirror 12 is installed between the two optical paths 11b. A collimator lens (not shown) is installed in the first optical path 11a. A focus lens 13 (see FIG. 6) is installed in the second optical path 11b. In addition, it can replace with the structure which installs the reflective mirror 12 in the laser cutting head 5, and can also be set as the structure which forms a reflective mirror surface in the required position in the laser cutting head 5. FIG.

レーザ発振器2から出射されたレーザ光Lは、導光体9を介してレーザ切断ヘッド5の第1光路11aに入射した後、反射ミラー12にて反射されて第2光路11b側に光路を変更し、第2光路11bの開口端であるレーザ出射口より外部に向けて出射される。実施形態に係るレーザ切断ヘッド5は、図2に示すように、第1光路11aに対する第2光路11bの形成角度θ1が90度以上になっている。反射ミラー12の設定角度は、第1光路11aを伝播してきたレーザ光Lの光路が、第2光路11bの軸心に沿う方向に変更されるように調整される。   The laser light L emitted from the laser oscillator 2 enters the first optical path 11a of the laser cutting head 5 through the light guide 9, and then is reflected by the reflection mirror 12 to change the optical path to the second optical path 11b side. Then, the light is emitted outward from the laser emission port which is the opening end of the second optical path 11b. In the laser cutting head 5 according to the embodiment, as shown in FIG. 2, the formation angle θ1 of the second optical path 11b with respect to the first optical path 11a is 90 degrees or more. The setting angle of the reflection mirror 12 is adjusted so that the optical path of the laser light L propagating through the first optical path 11a is changed in a direction along the axis of the second optical path 11b.

このようにすると、図2に示すように、被切断物である二重管構造部Sからの反射レーザ光L1がレーザ切断ヘッド5外に反射されるので、レーザ切断ヘッド5内への反射レーザ光L1の入射量を低減でき、反射レーザ光L1の入射に起因する反射ミラー12及びレーザ発振器2等の故障を防止できる。   In this way, as shown in FIG. 2, the reflected laser light L1 from the double tube structure S, which is the object to be cut, is reflected outside the laser cutting head 5, so that the reflected laser beam into the laser cutting head 5 is reflected. The amount of incident light L1 can be reduced, and failure of the reflecting mirror 12, the laser oscillator 2, and the like due to incidence of the reflected laser light L1 can be prevented.

即ち、実施形態に係るレーザ切断ヘッド5は、図2及び図3に示すように、二重管構造部Sを構成する内管Iの内部に挿入され、二重管構造部Sを構成する内管I及び外管Oを内管Iの内部から切断する。従って、第1光路11aに対する第2光路11bの形成角度θ1が90度であると、二重管構造部Sの内管I及び外管Oの軸線方向と第1光路11aとが平行になるようにレーザ切断ヘッド5を設定した場合に、内管I及び外管Oからの反射レーザ光L1が直接的にレーザ切断ヘッド5内に戻り、反射ミラー12及びレーザ発振器2等が故障する原因となる。これに対して、第1光路11aに対する第2光路11bの形成角度θ1を90度以上にしておけば、図2に示すように、内管Iのレーザ光照射部に立てられた仮想の垂直線に対して、0度以上の角度θ2でレーザ光を照射できるので、レーザ切断ヘッド5内への反射レーザ光L1の入射量を低減できて、反射ミラー12及びレーザ発振器2等の故障を回避できる。   That is, the laser cutting head 5 according to the embodiment is inserted into the inner tube I constituting the double tube structure S as shown in FIGS. The tube I and the outer tube O are cut from the inner tube I. Therefore, when the formation angle θ1 of the second optical path 11b with respect to the first optical path 11a is 90 degrees, the axial directions of the inner tube I and the outer tube O of the double-pipe structure S are parallel to the first optical path 11a. When the laser cutting head 5 is set, the reflected laser light L1 from the inner tube I and the outer tube O returns directly into the laser cutting head 5, which causes a failure of the reflecting mirror 12, the laser oscillator 2, and the like. . On the other hand, if the formation angle θ1 of the second optical path 11b with respect to the first optical path 11a is set to 90 ° or more, as shown in FIG. 2, a virtual vertical line set up at the laser light irradiation part of the inner tube I is formed. On the other hand, since the laser beam can be irradiated at an angle θ2 of 0 degree or more, the incident amount of the reflected laser beam L1 into the laser cutting head 5 can be reduced, and failure of the reflecting mirror 12 and the laser oscillator 2 can be avoided. .

なお、レーザ切断ヘッド5内への反射レーザ光L1の入射量を低減するためには、内管I及び外管Oに対するレーザ光の入射角度を0度以上の角度θ2とすれば良く、必ずしも第1光路11aに対する第2光路11bの形成角度θ1を90度以上とする必要はない。即ち、第1光路11aに対する第2光路11bの形成角度θ1が90度であるレーザ切断ヘッド5を用いた場合にも、マニピュレータ6を用いてレーザ切断ヘッド5を傾斜させることにより、同様の効果が得られる。   In order to reduce the incident amount of the reflected laser beam L1 into the laser cutting head 5, the incident angle of the laser beam with respect to the inner tube I and the outer tube O may be set to an angle θ2 of 0 degrees or more. The formation angle θ1 of the second optical path 11b with respect to the one optical path 11a need not be 90 degrees or more. That is, even when the laser cutting head 5 in which the formation angle θ1 of the second optical path 11b with respect to the first optical path 11a is 90 degrees is used, the same effect can be obtained by inclining the laser cutting head 5 using the manipulator 6. can get.

レーザ切断ヘッド5の先端の第2光路11bの周囲には、図4に示すように、配管10を介して高圧アシストガス容器7から供給されるアシストガスを内管I及び外管Oに向けて噴射するアシストガス噴射口14が形成されており、水中で切断する場合にレーザ光と同軸で噴射されるアシストガスを水の抵抗から護る働きを有する。   Around the second optical path 11b at the tip of the laser cutting head 5, as shown in FIG. 4, the assist gas supplied from the high-pressure assist gas container 7 via the pipe 10 is directed toward the inner tube I and the outer tube O. An assist gas injection port 14 for injection is formed and has a function of protecting the assist gas injected coaxially with the laser beam from the resistance of water when cutting in water.

二重管構造部Sを構成する内管I及び外管Oの切断は、内管I及び外管Oの予定切断箇所にレーザ切断ヘッド5から出射されたレーザ光を照射して、レーザ光の照射部を局部的に溶解し、溶解部に生成されたドロスをアシストガス噴射口14から噴射されるアシストガスによって吹き飛ばすことにより行われる。従って、アシストガス噴射口14は、内管I及び外管Oのレーザ光照射部に、ドロスを除去するに十分な圧力及び風量のアシストガスが噴射されるように設計される。   The cutting of the inner tube I and the outer tube O constituting the double tube structure S is performed by irradiating the planned cutting locations of the inner tube I and the outer tube O with the laser beam emitted from the laser cutting head 5, The irradiation part is locally melted, and the dross generated in the melted part is blown off by the assist gas ejected from the assist gas ejection port 14. Therefore, the assist gas injection port 14 is designed such that an assist gas having a pressure and an air volume sufficient to remove dross is injected into the laser light irradiation portions of the inner tube I and the outer tube O.

マニピュレータ6は、二重管構造部Sに対するレーザ切断ヘッド5の位置及び姿勢、二重管構造部Sに対するレーザ光の照射方向(回転方向)を自在に変更するもので、多関節のリンクと各リンクを駆動するモータ等のアクチュエータとをもって構成されている。例えば、図2に示すように、二重管構造部Sを構成する内管Iの内部にレーザ切断ヘッド5を挿入し、内管I及び外管Oの予定切断箇所にレーザ光Lを照射し、かつアシストガス噴射口14からアシストガスを噴射しながら、レーザ切断ヘッド5を軸心の周りに360度回転することにより、内管I及び外管Oの切断を行うことができる。   The manipulator 6 freely changes the position and posture of the laser cutting head 5 with respect to the double-pipe structure part S and the irradiation direction (rotation direction) of the laser light with respect to the double-pipe structure part S. And an actuator such as a motor for driving the link. For example, as shown in FIG. 2, the laser cutting head 5 is inserted into the inner tube I constituting the double tube structure S, and the laser beam L is irradiated to the planned cutting locations of the inner tube I and the outer tube O. Further, the inner tube I and the outer tube O can be cut by rotating the laser cutting head 5 360 degrees around the axis while injecting the assist gas from the assist gas injection port 14.

制御装置8は、図5に示すように、一般的なサーバやパーソナルコンピュータ等と同様に、CPU21、RAM22、ROM23、HDD24及び外部インタフェースである入力部25及び出力部26を含むハードウェア資源と、ROM23及びHDD24に記憶されたソフトウェア資源とから構成されている。   As shown in FIG. 5, the control device 8 includes hardware resources including a CPU 21, a RAM 22, a ROM 23, an HDD 24, and an input unit 25 and an output unit 26 that are external interfaces, like a general server and a personal computer. Software resources stored in the ROM 23 and the HDD 24 are configured.

CPU21には、実施形態に係る二重管構造部に切断方法を実施するに必要な各種のデータが格納されている。各種のデータには、切断パラメータと位置情報とがある。切断パラメータとしては、レーザ切断ヘッド5から出射されるレーザ光の強度、内管I及び外管Oの切断速度、レーザ切断ヘッド5に供給されるアシストガスの圧力及び風量、並びに、レーザ切断ヘッド5のレーザ光出射口から被切断物である内管I及び外管Oの表面までの距離であるスタンドオフ量を挙げることができる。   The CPU 21 stores various data necessary for carrying out the cutting method in the double tube structure according to the embodiment. Various data includes cutting parameters and position information. The cutting parameters include the intensity of laser light emitted from the laser cutting head 5, the cutting speed of the inner tube I and the outer tube O, the pressure and air volume of assist gas supplied to the laser cutting head 5, and the laser cutting head 5 The standoff amount, which is the distance from the laser beam emission port to the surfaces of the inner tube I and the outer tube O that are the objects to be cut, can be mentioned.

また、位置情報としては、二重管構造部Sを構成する内管I及び外管Oの設置位置(中心位置)の座標、内管I及び外管Oの壁面の座標等を挙げることができる。これらの座標は、例えば構造物の設計図や、レーザ測距機等を用いた座標測定で得られたデータを格納できる。   Moreover, as position information, the coordinate of the installation position (center position) of the inner pipe I and the outer pipe O which comprise the double pipe structure part S, the coordinate of the wall surface of the inner pipe I and the outer pipe O, etc. can be mentioned. . These coordinates can store, for example, data obtained by coordinate measurement using a design drawing of a structure or a laser range finder.

入力部25には、キーボード入力装置、タッチパネル入力装置及びマウスなどの入力装置、マニピュレータ6に備えられたロータリエンコーダ等が接続される。   The input unit 25 is connected to a keyboard input device, a touch panel input device, an input device such as a mouse, and a rotary encoder provided in the manipulator 6.

出力部26には、レーザ電源1、レーザ発振器2、チラー4、液晶表示装置等の表示装置及びマニピュレータ6に備えられたモータ等のアクチュエータが接続される。   The output unit 26 is connected to a laser power source 1, a laser oscillator 2, a chiller 4, a display device such as a liquid crystal display device, and an actuator such as a motor provided in the manipulator 6.

CPU21は演算手段であり、レーザ切断装置の駆動全体を制御する。   The CPU 21 is a calculation means and controls the entire drive of the laser cutting device.

RAM22は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、CPU21が情報を処理する際の作業領域として用いられる。   The RAM 22 is a volatile storage medium capable of reading and writing information at high speed, and is used as a work area when the CPU 21 processes information.

ROM23は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムのほか、レーザ切断ヘッド5を用いた二重管構造部Sの切断方法を実施する際に用いる各種の設定値及び計算式等が格納されている。各種の設定値には、レーザ切断ヘッド5の仕様や型式が含まれる。また、各種の計算式には、CPU21から読み出された切断パラメータ及び位置情報とマニピュレータ6に備えられたロータリエンコーダの出力とから、レーザ切断ヘッド5のスタンドオフ値を算出する計算式が含まれる。   The ROM 23 is a read-only nonvolatile storage medium, and in addition to programs such as firmware, various setting values and calculation formulas used when performing the cutting method of the double-pipe structure portion S using the laser cutting head 5 Is stored. Various setting values include the specifications and model of the laser cutting head 5. Further, the various calculation formulas include calculation formulas for calculating the standoff value of the laser cutting head 5 from the cutting parameters and position information read from the CPU 21 and the output of the rotary encoder provided in the manipulator 6. .

HDD24は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、基本ソフトウェア(OS)や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納される。   The HDD 24 is a nonvolatile storage medium capable of reading and writing information, and stores basic software (OS), various control programs, application programs, and the like.

このようなハードウェア構成において、ROM23やHDD24に格納されたプログラムがRAM22に読み出され、CPU21がRAM22にロードされたプログラムに従って演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部とハードウェアとの組み合わせによって、実施形態に係る二重管構造部Sの切断方法を実現する機能ブロックが構成される。   In such a hardware configuration, a program stored in the ROM 23 or the HDD 24 is read out to the RAM 22, and the CPU 21 performs an operation according to the program loaded in the RAM 22, thereby configuring a software control unit. A functional block that realizes the cutting method of the double-pipe structure S according to the embodiment is configured by a combination of the software control unit and the hardware configured as described above.

なお、上述した制御装置8は、実施の一例を説明したものに過ぎず、本発明の要旨がこれに限定されるものではない。例えば、制御装置8としては、一般的なパーソナルコンピュータやタブレットコンピュータを用いることもできる。また、各種の設定値及び計算式等を格納するメモリは、制御装置8内に組み込まれたROM23に限定されるものではなく、例えばUSBメモリなどの外付けタイプの記憶装置を用いることもできる。   In addition, the control apparatus 8 mentioned above is only what demonstrated an example of implementation, and the summary of this invention is not limited to this. For example, a general personal computer or a tablet computer can be used as the control device 8. Further, the memory for storing various setting values and calculation formulas is not limited to the ROM 23 incorporated in the control device 8, and an external type storage device such as a USB memory can be used, for example.

実施形態に係る二重管構造部Sの切断方法は、上記したように、二重管構造部Sを構成する内管Iの内部から、内管I及び外管Oの予定切断箇所にレーザ切断ヘッド5から出射されたレーザ光Lを照射して、レーザ光Lの照射部を局部的に溶解し、溶解部に生成されたドロスをアシストガス噴射口14から噴射されるアシストガスによって吹き飛ばすことにより行われる。従って、外管Oを切断するためには、外管Oの溶解部にドロスを吹き飛ばすに足る圧力と風量とを有するアシストガスを噴射する必要がある。   As described above, the cutting method of the double pipe structure part S according to the embodiment is performed by laser cutting from the inside of the inner pipe I constituting the double pipe structure part S to the planned cutting positions of the inner pipe I and the outer pipe O. By irradiating the laser beam L emitted from the head 5, the irradiated portion of the laser beam L is locally melted, and the dross generated in the melted portion is blown off by the assist gas ejected from the assist gas ejection port 14. Done. Therefore, in order to cut the outer tube O, it is necessary to inject an assist gas having a pressure and an air volume sufficient to blow off dross to the melting portion of the outer tube O.

このため、本実施形態においては、図6に示すように、内管Iの切断部に形成されるカーフK1の幅W1が、外管Oの切断部に形成されるカーフK2の幅W2よりも大きくなるように、制御装置8がレーザ切断ヘッド5のレーザ光出射口から被切断物である内管I及び外管Oの表面までの距離であるスタンドオフ量を制御する。図6の例においては、外管Oの表面にレーザ光の焦点位置が合致するようにスタンドオフ量を制御している。このようにすると、レーザ光の焦点位置よりも手前にある内管Iについては、レーザ光のスポット径が外管Oに照射されるレーザ光のスポット径よりも大きくなるので、内管Iの切断部に形成されるカーフK1の幅W1を、外管Oの切断部に形成されるカーフK2の幅W2よりも大きくできる。   For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the width W1 of the kerf K1 formed in the cutting part of the inner tube I is larger than the width W2 of the kerf K2 formed in the cutting part of the outer tube O. The control device 8 controls the standoff amount, which is the distance from the laser beam exit of the laser cutting head 5 to the surfaces of the inner tube I and the outer tube O that are the objects to be cut, so as to increase. In the example of FIG. 6, the standoff amount is controlled so that the focal position of the laser light matches the surface of the outer tube O. In this way, for the inner tube I in front of the focal position of the laser beam, the spot diameter of the laser beam is larger than the spot diameter of the laser beam irradiated on the outer tube O, so that the inner tube I is cut. The width W1 of the kerf K1 formed in the part can be made larger than the width W2 of the kerf K2 formed in the cut part of the outer tube O.

なお、内管Iの切断部に形成されるカーフK1の幅は、最小2mm、最大でも3mm程度となるようにすることが特に望ましい。実験によると、内管の切断部に2mm以上の幅を有するカーフを形成した場合、内管Iに形成されるカーフK1を通じて外管Oのレーザ光照射部に必要かつ十分な圧力及び風量のアシストガスを噴射することができ、外管Oを確実に切断できることが判った。また、内管Iの切断部に形成されるカーフK2の幅を3mm程度にすると、切断に伴う廃棄物の発生量を抑制できて、廃棄物の処理コストを抑制できる。   It is particularly desirable that the width of the kerf K1 formed in the cut portion of the inner tube I is 2 mm at the minimum and about 3 mm at the maximum. According to the experiment, when a kerf having a width of 2 mm or more is formed at the cut portion of the inner tube, the necessary and sufficient pressure and air volume assist for the laser light irradiation unit of the outer tube O through the kerf K1 formed in the inner tube I. It was found that gas can be injected and the outer tube O can be cut reliably. Further, when the width of the kerf K2 formed at the cutting portion of the inner pipe I is about 3 mm, the amount of waste generated due to cutting can be suppressed, and the waste processing cost can be suppressed.

なお、前記の実施形態においては、レーザ切断ヘッド5にL字状の光路11を形成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図7に示すように、筒状に形成されたレーザ切断ヘッド5の一端に設けられたレーザ光入射口から、レーザ切断ヘッド5の他端に設けられたレーザ光出射口に至る直線状の光路を形成することもできる。本構成のレーザ切断ヘッド5は、内部に反射ミラー12等の光路変更部材を備える必要がないので、レーザ切断ヘッド5の構成を簡略化できて、レーザ切断ヘッド5の低コスト化を図ることができる。   In the above-described embodiment, the L-shaped optical path 11 is formed in the laser cutting head 5, but the gist of the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. It is also possible to form a linear optical path from the laser beam entrance provided at one end of the laser cutting head 5 to the laser beam exit provided at the other end of the laser cutting head 5. Since the laser cutting head 5 of this configuration does not need to include an optical path changing member such as the reflection mirror 12 inside, the configuration of the laser cutting head 5 can be simplified and the cost of the laser cutting head 5 can be reduced. it can.

1 レーザ電源
2 レーザ発振器
3 分電盤
4 冷却水循環装置(チラー)
5 レーザ切断ヘッド
6 マニピュレータ
7 高圧アシストガス容器
8 制御装置
9 導光体
10 配管
11 光路
11a 第1光路
11b 第2光路
12 反射ミラー
13 フォーカスレンズ
14 アシストガス噴射口
21 CPU
22 RAM
23 ROM
24 HDD
25 入力部
26 出力部
1 Laser power supply 2 Laser oscillator 3 Distribution board 4 Cooling water circulation device (chiller)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Laser cutting head 6 Manipulator 7 High pressure assist gas container 8 Control apparatus 9 Light guide 10 Pipe 11 Optical path 11a 1st optical path 11b 2nd optical path 12 Reflecting mirror 13 Focus lens 14 Assist gas injection port 21 CPU
22 RAM
23 ROM
24 HDD
25 Input section 26 Output section

Claims (6)

レーザ光の出射口及びアシストガスの噴射口を備え、かつ二重管構造部を構成する内管の内部に挿入可能であるように形成されたレーザ切断ヘッドと、前記レーザ切断ヘッドを保持し、前記内管に対する前記レーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光の照射位置を自在に調整可能であるように構成されたマニピュレータと、前記マニピュレータの駆動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記内管の内部に挿入された前記レーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光で前記内管及び前記内管の外周に配置された外管を同時に切断でき、かつ前記内管の切断部に形成されるカーフの幅が、前記外管の切断部に形成されるカーフの幅よりも大きくなるように、前記マニピュレータの駆動を制御することを特徴とする二重管構造部の切断装置。
A laser cutting head provided with a laser light emission port and an assist gas injection port, and formed so as to be inserted into the inner tube constituting the double-pipe structure, and holding the laser cutting head, A manipulator configured to be able to freely adjust the irradiation position of the laser beam emitted from the laser cutting head to the inner tube, and a control device for controlling the driving of the manipulator,
The control device can simultaneously cut the inner tube and the outer tube disposed on the outer periphery of the inner tube with a laser beam emitted from the laser cutting head inserted into the inner tube, and the inner tube Cutting the double-pipe structure part, wherein the driving of the manipulator is controlled so that the width of the kerf formed in the cutting part is larger than the width of the kerf formed in the cutting part of the outer tube. apparatus.
前記制御装置は、前記内管の切断部に形成されるカーフの幅が最小2mm、最大でも3mm程度となるように、前記マニピュレータの駆動を制御することを特徴とする請求項1に記載の二重管構造部の切断装置。   The said control apparatus controls the drive of the said manipulator so that the width | variety of the kerf formed in the cutting part of the said inner pipe may be about 2 mm at the minimum, and about 3 mm at the maximum. Cutting device for heavy pipe structure. 前記制御装置は、前記内管の内面に対する前記レーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光の入射角度が0度以上になるように、前記マニピュレータの駆動を制御することを特徴とする請求項1及び請求項2のいずれか1項に記載の二重管構造部の切断装置。   The said control apparatus controls the drive of the said manipulator so that the incident angle of the laser beam radiate | emitted from the said laser cutting head with respect to the inner surface of the said inner tube may be 0 degree | times or more. Item 3. The cutting apparatus for a double-pipe structure according to any one of Items 2 to 3. 前記レーザ切断ヘッドは、レーザ光の光路中に反射ミラーを備え、前記レーザ切断ヘッド中を伝播するレーザ光の光路を前記反射ミラーにて反射して変更することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の二重管構造部の切断装置。   The laser cutting head includes a reflection mirror in an optical path of laser light, and the optical path of laser light propagating in the laser cutting head is reflected by the reflection mirror and changed. Item 4. The cutting apparatus for a double-pipe structure according to any one of Items 3 to 3. 前記レーザ切断ヘッドは、筒状に形成されたヘッド本体の一端に設けられたレーザ光の入射口から前記ヘッド本体の他端に設けられたレーザ光の出射口に至る直線状の光路を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の二重管構造部の切断装置。   The laser cutting head has a linear optical path from a laser beam incident port provided at one end of a cylindrical head body to a laser beam emission port provided at the other end of the head body. The cutting device for a double-pipe structure part according to any one of claims 1 to 3. レーザ光の出射口及びアシストガスの噴射口を備えたレーザ切断ヘッドを、マニピュレータを用いて二重管構造部を構成する内管の内部に挿入し、前記レーザ切断ヘッドから出射されるレーザ光で前記内管及び前記内管の外周に配置された外管を同時に切断したとき、前記内管の切断部に形成されるカーフの幅が、前記外管の切断部に形成されるカーフの幅よりも大きくなるように、前記マニピュレータの駆動を制御することを特徴とする二重管構造部の切断方法。   A laser cutting head having a laser beam emission port and an assist gas injection port is inserted into the inner tube constituting the double-pipe structure using a manipulator, and the laser beam emitted from the laser cutting head is used. When simultaneously cutting the inner tube and the outer tube disposed on the outer periphery of the inner tube, the width of the kerf formed in the cut portion of the inner tube is larger than the width of the kerf formed in the cut portion of the outer tube. The method for cutting the double-pipe structure part is characterized in that the driving of the manipulator is controlled so as to be larger.
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