JP3223271B2 - Laser hybrid heating method - Google Patents

Laser hybrid heating method

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JP3223271B2
JP3223271B2 JP17458199A JP17458199A JP3223271B2 JP 3223271 B2 JP3223271 B2 JP 3223271B2 JP 17458199 A JP17458199 A JP 17458199A JP 17458199 A JP17458199 A JP 17458199A JP 3223271 B2 JP3223271 B2 JP 3223271B2
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pulse
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純 松田
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理史 米田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外レーザビーム
の照射により、金属材料表面を加熱し、様々な加工を施
すに際し、上記レーザビームの吸収効率を高めると共
に、該レーザビームの反射を抑制して光学系などの損傷
を防止する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for heating a surface of a metal material by irradiating an infrared laser beam and performing various processes to increase the absorption efficiency of the laser beam and suppress the reflection of the laser beam. To prevent damage to the optical system and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、平均出力の大きな高出力レーザの
出現に伴い、レーザ加工技術が急速に発展し、様々な分
野、例えば半導体を始めとする各種電子部品、精密機
械、自動車、鉄鋼、非鉄金属、セラミックスなどの分野
において、加工手段としてレーザ加工が広く行われるよ
うになってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, with the emergence of high-power lasers having a large average output, laser processing technology has rapidly developed, and various fields, for example, various electronic components including semiconductors, precision machines, automobiles, steel, non-ferrous metals, and the like. In the fields of metals, ceramics, and the like, laser processing has been widely performed as a processing means.

【0003】レーザ光による熱加工では、金属材料表面
に照射されるレーザ光のパワー密度によって、トリミン
グ、穴あけなどの蒸発加工、溶接などの溶融加工、焼入
れ、アニーリングなどの固相加熱加工などの種々の加工
が選択され、実施されている。
In thermal processing using laser light, various types of processing such as evaporation processing such as trimming and drilling, melting processing such as welding, quenching, and solid-phase heating processing such as annealing are performed depending on the power density of the laser light applied to the metal material surface. Has been selected and implemented.

【0004】このようなレーザ光を発生させる代表的な
型のレーザは、光共振器の中に入れたレーザ媒質を励起
し、反転分布状態にして動作させ、レーザ光を発生させ
るものであって、媒質の種類により、固体レーザ(N
d:YAGレーザ、Ti:サファイアレーザなど)、気
体レーザ(炭酸ガスレーザ、アルゴンイオンレーザ、ヘ
リウム−ネオンレーザなど)、半導体レーザ、色素レー
ザ、エキシマレーザ、自由電子レーザなどが知られてい
る。これらのレーザから発生するレーザ光は、他の光源
の発生する自然放出光とは異なり、ほとんど完全に位相
の揃ったコヒーレント光であって、スペクトル幅の狭い
単色光で、干渉性が著しく、指向性の鋭い細いビームと
なる。このレーザ光を集束すれば、理論的には、焦点で
は波長と同程度の大きさの中に全出力が集中されること
になる。
[0004] A typical type of laser for generating such laser light is to excite a laser medium contained in an optical resonator, operate the laser medium in an inverted population state, and generate laser light. , Depending on the type of medium, a solid-state laser (N
Known are d: YAG laser, Ti: sapphire laser, gas laser (carbon dioxide laser, argon ion laser, helium-neon laser, etc.), semiconductor laser, dye laser, excimer laser, free electron laser, and the like. Unlike the spontaneous emission light generated by other light sources, the laser light generated from these lasers is coherent light with almost perfect phase, monochromatic light with a narrow spectral width, remarkable coherence, and directivity. It becomes a narrow beam with sharp gender. If this laser beam is focused, theoretically, all outputs are concentrated at a focal point within the same size as the wavelength.

【0005】このようなレーザ光を用いて、金属材料の
表面を加熱して熱加工を行う際に、光に対する反射率や
透過率の高い材料を使用する場合、加工能力の低下、エ
ネルギー効率の低下を招くのみならず、反射パワーの大
きさによっては、光学系などを損傷させることから、こ
れまでレーザ光の吸収改善方法が種々試みられてきた。
When the surface of a metal material is heated by using such a laser beam to perform thermal processing, if a material having a high reflectance or transmittance with respect to light is used, the processing capability is reduced and the energy efficiency is reduced. Various methods of improving laser light absorption have been tried so far, because not only the decrease but also the magnitude of the reflected power may damage the optical system and the like.

【0006】その中で代表的なものとしては、金属材料
表面に有機又は無機吸収塗料を塗布する方法が知られて
いるが、この方法においては、該材料表面に均質なレー
ザ光吸収面を形成させるのが困難である上、溶接などで
は欠陥を生じる原因となる。さらに、このような目的で
使用される吸収塗料のうち、可視から近赤外に対しても
吸収波長をもつもの、例えばカーボンブラックなどは、
外観上後処理を必要とするなどの問題が生じる。
As a typical example, a method of applying an organic or inorganic absorbing paint on the surface of a metal material is known. In this method, a uniform laser light absorbing surface is formed on the surface of the material. In addition, it is difficult to perform the welding, and welding causes a defect. Further, among the absorbing paints used for such purposes, those having an absorption wavelength even from visible to near infrared, such as carbon black,
Problems such as the need for post-processing in appearance arise.

【0007】他方、エキシマレーザ光などの高ピークパ
ルスレーザビームを照射した際に形成される酸化被膜を
吸収材として用いる方法が研究されているが、この方法
は、エキシマレーザビームを先行照射することにより、
もともと付着していた酸化被膜と付着不純物を除去する
と共に、新たに均一な厚さの酸化被膜を形成して、赤外
レーザ光の安定吸収を図るものである。
On the other hand, a method has been studied in which an oxide film formed when a high peak pulse laser beam such as an excimer laser beam is irradiated is used as an absorbing material. However, this method involves prior irradiation with an excimer laser beam. By
The oxide film originally adhered and the adhered impurities are removed, and an oxide film having a uniform thickness is newly formed to stably absorb infrared laser light.

【0008】しかしながら、このような方法において
は、酸化被膜の巻き込みによる欠陥形成という欠点があ
る上、可視から遠赤外の波長の光に対して透明な被膜で
は近年レーザ加工への応用が増えてきたYAGレーザ光
に対しては、吸収率改善効果がほとんど認められない。
また、エキシマレーザの先行照射は工程数の増加をもた
らしたり、加熱方向に応じた光学系の方向制御を必要と
するなどの問題がある。
However, such a method has a drawback that defects are formed by entrapment of an oxide film, and a film transparent to light having a wavelength from visible to far-infrared has been increasingly applied to laser processing in recent years. Almost no improvement in the absorptance is observed for the YAG laser light.
Further, the pre-irradiation of the excimer laser causes problems such as an increase in the number of steps and a need to control the direction of the optical system according to the heating direction.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、平均出力の大きな赤外レーザビームの照
射により金属材料の表面を加熱し、様々な加工を施すに
際し、上記レーザビームの吸収効率を高め、そのエネル
ギーを効果的に金属材料に伝達すると共に、該レーザビ
ームの反射を抑制して光学系などの損傷を防止する方法
を提供することを目的としてなされたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Under such circumstances, the present invention provides a method for heating a surface of a metal material by irradiating an infrared laser beam having a large average output to perform various processes. It is an object of the present invention to provide a method for increasing the absorption efficiency of a beam, effectively transmitting the energy to a metal material, and suppressing the reflection of the laser beam to prevent damage to an optical system or the like. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、金属材料表面
に赤外レーザビームとKrFエキシマレーザとを同時に
照射すると、該表面近傍に高密度プラズマが誘起され、
このプラズマが赤外レーザビームを容易に吸収して、エ
ネルギーの利用効率を高めることを見出し、この知見に
基づいて本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object. As a result, when the surface of a metal material is irradiated with an infrared laser beam and a KrF excimer laser simultaneously, the vicinity of the surface is obtained. High-density plasma is induced in
The present inventors have found that this plasma easily absorbs an infrared laser beam and enhances the energy use efficiency, and based on this finding, completed the present invention.

【0011】すなわち、本発明は、金属材料表面に赤外
レーザビームを照射して、該表面を熱加工するに当り、
KrFエキシマレーザパルスビームを同時に照射して、
該表面近傍に高密度プラズマを誘起させ、そのプラズマ
に赤外レーザビームを吸収させることを特徴とするレー
ザハイブリッド加熱方法を提供するものである。
That is, according to the present invention, when a surface of a metal material is irradiated with an infrared laser beam to heat-treat the surface,
Simultaneously irradiating a KrF excimer laser pulse beam,
Another object of the present invention is to provide a laser hybrid heating method characterized in that high-density plasma is induced in the vicinity of the surface, and the plasma absorbs an infrared laser beam.

【0012】本発明方法が適用される金属材料として
は、従来、赤外レーザビームにより熱加工される各種金
属、例えば鉄、ニッケル、コバルト、クロム、アルミニ
ウム、銅、亜鉛、スズなどの金属や、これらをベースと
する合金、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、黄銅、白
銅、アルミニウム合金などを挙げることができる。
As the metal material to which the method of the present invention is applied, various metals conventionally subjected to thermal processing by an infrared laser beam, for example, metals such as iron, nickel, cobalt, chromium, aluminum, copper, zinc, tin, and the like, Alloys based on these, for example, stainless steel, carbon steel, brass, white copper, aluminum alloys, and the like can be given.

【0013】本発明方法における赤外レーザビームは、
平均出力の大きなレーザビームであって、このようなも
のとしては、近赤外又は遠赤外レーザを含む赤外レー
ザ、例えば、連続励起型のNd:YAGレーザ、Yb:
YAGレーザ、半導体レーザ、ヨウ素レーザ、炭酸ガス
レーザ、COレーザなどから発生するレーザビームがあ
る。これらの赤外レーザビームは、パルス発振、連続発
振のいずれであってもよい。
In the method of the present invention, the infrared laser beam is
A laser beam having a large average output, such as an infrared laser including a near-infrared or far-infrared laser, for example, a continuous excitation type Nd: YAG laser, Yb:
There are laser beams generated from a YAG laser, a semiconductor laser, an iodine laser, a carbon dioxide laser, a CO laser, and the like. These infrared laser beams may be either pulse oscillation or continuous oscillation.

【0014】本発明方法においては、上記の赤外レーザ
ビームとともにKrFエキシマレーザパルスビームを用
いるが、このものはアブレーション現象を起こさせ、金
属材料表面近傍に高密度プラズマを発生させるため、通
常は低融点金属材料に対しては、20kJ/m2以上、
高融点金属材料に対しては50kJ/m2以上の照射強
度で用いるのが好ましい。
In the method of the present invention, a KrF excimer laser pulse beam is used together with the above-mentioned infrared laser beam. However, this method causes an ablation phenomenon and generates high-density plasma near the surface of the metal material. 20 kJ / m 2 or more for the melting point metal material,
It is preferable to use a high melting point metal material at an irradiation intensity of 50 kJ / m 2 or more.

【0015】このようにしてKrFエキシマレーザパル
スビームを金属表面に照射することにより誘起される該
表面近傍の高密度プラズマは、前記赤外レーザビームを
容易に吸収する。したがって、本発明方法においては、
上記KrFエキシマレーザパルスビームと赤外レーザビ
ームとを同時に照射して、その表面近傍に高密度プラズ
マを誘起させ、そのプラズマに上記赤外レーザビームを
吸収させる。これにより、赤外レーザビームの吸収効率
が向上し、そのエネルギーが金属材料に効果的に伝達さ
れるので、レーザ熱加工を効率よく行いうる上に、赤外
レーザビームの反射を抑制することができるので、光学
系などの損傷を防止することができる。
The high-density plasma near the surface induced by irradiating the KrF excimer laser pulse beam on the metal surface in this way easily absorbs the infrared laser beam. Therefore, in the method of the present invention,
The KrF excimer laser pulse beam and the infrared laser beam are simultaneously irradiated to induce high-density plasma near the surface thereof, and the plasma absorbs the infrared laser beam. As a result, the absorption efficiency of the infrared laser beam is improved, and the energy is effectively transmitted to the metal material, so that the laser thermal processing can be performed efficiently and the reflection of the infrared laser beam can be suppressed. Therefore, damage to the optical system and the like can be prevented.

【0016】次に、添付図面に従って本発明方法を説明
する。図1は、本発明方法を実施するためのレーザ加熱
装置の1例の構成略解図であり、図2ないし図5は、そ
れぞれ本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置にお
ける光学系の異なる例の構成図である。
Next, the method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a laser heating apparatus for carrying out the method of the present invention, and FIGS. 2 to 5 show different examples of optical systems in the laser heating apparatus for carrying out the method of the present invention. FIG.

【0017】図1において、赤外レーザビームとして、
近赤外又は遠赤外レーザビームをパルス発振で用いる場
合、その発振タイミングはパルス発生器1からの出力パ
ルスを基準として制御を行う。出力パルスはドライバー
2により、入力信号レベルを合わせた後、赤外レーザ発
振器3に入力され、赤外レーザビーム4が出力される。
また、この近赤外又は遠赤外レーザビームを連続出力状
態で用いる場合にはパルス発生器の信号に関わらず、加
熱中はレーザビームが出力される。出力されたレーザビ
ームは平面鏡5により反射されたのち、凸レンズ6によ
り、金属材料表面7に集光される。同じ出力パルス信号
は、遅延制御装置8により、レーザ発振器間の内部遅延
時間差と所定の照射開始時間差だけおくれてKrFエキ
シマレーザ発振器9に入力され、KrFエキシマレーザ
パルスビーム10が出力される。
In FIG. 1, as an infrared laser beam,
When a near-infrared or far-infrared laser beam is used for pulse oscillation, the oscillation timing is controlled based on an output pulse from the pulse generator 1. The output pulse is input to the infrared laser oscillator 3 after the input signal level is adjusted by the driver 2, and the infrared laser beam 4 is output.
When the near-infrared or far-infrared laser beam is used in a continuous output state, the laser beam is output during heating regardless of the signal of the pulse generator. After the output laser beam is reflected by the plane mirror 5, it is focused on the metal material surface 7 by the convex lens 6. The same output pulse signal is input to the KrF excimer laser oscillator 9 by the delay control device 8 after being delayed by a predetermined irradiation start time difference from the internal delay time difference between the laser oscillators, and the KrF excimer laser pulse beam 10 is output.

【0018】この出力されたレーザパルスビームは平面
鏡5′で反射されたのち、凸レンズ6′により、金属材
料表面7の赤外レーザビーム照射領域内あるいはこれを
含む領域に集光される。なお、レーザビーム照射中の反
射状況はKrFエキシマレーザーカットフィルター11
を通して光検出器12と波形記憶装置13によりモニタ
ーされる。14はレーザ照射光学系である。
After the output laser pulse beam is reflected by the plane mirror 5 ', it is condensed by the convex lens 6' in the infrared laser beam irradiation area of the metal material surface 7 or an area including the same. Note that the reflection state during laser beam irradiation is based on the KrF excimer laser cut filter 11.
Is monitored by the photodetector 12 and the waveform storage device 13 Reference numeral 14 denotes a laser irradiation optical system.

【0019】図2は、赤外レーザビームとして、近赤外
レーザビームを用いる場合に適用可能な同軸照射光学系
の例であり、近赤外レーザビーム4′は平面鏡5で反射
の後、KrFエキシマレーザビーム用ミラー15を透過
し、凸レンズ6により金属材料表面7に集光される。K
rFエキシマレーザパルスビーム10は凸レンズ6′及
び6″により、ビーム寸法の調整が行われ、KrFエキ
シマレーザビーム用ミラー15で反射されたのち、凸レ
ンズ6により金属材料表面7の赤外レーザビーム照射領
域内あるいはこれを含む領域に集光される。なお、ビー
ム寸法の調整は本例のように凸レンズ2枚を組み合わせ
る以外に、凹レンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面
鏡の組み合わせによっても可能である。
FIG. 2 shows an example of a coaxial irradiation optical system applicable to a case where a near-infrared laser beam is used as an infrared laser beam. The light passes through the excimer laser beam mirror 15 and is focused on the metal material surface 7 by the convex lens 6. K
The beam size of the rF excimer laser pulse beam 10 is adjusted by the convex lenses 6 ′ and 6 ″, and after being reflected by the KrF excimer laser beam mirror 15, the infrared laser beam irradiation area of the metal material surface 7 is projected by the convex lens 6. The beam size can be adjusted by combining a convex lens and a convex lens, or by combining a convex lens and a concave mirror, in addition to combining two convex lenses as in this example.

【0020】図3は、赤外レーザビームとして、近赤外
又は遠赤外レーザビームを用いることが可能な同軸照射
光学系の例であり、赤外レーザビーム4は平面鏡5で反
射の後、凸レンズ6で集光される。集光ビームは穴あき
平面鏡15′の開口部を通過して、金属材料表面7に到
達する。KrFエキシマレーザパルスビーム10は、凸
レンズ6′及び6″によりビーム寸法の調整と集光が行
われ、穴あき平面鏡15′で反射されたのち、金属材料
表面7の赤外レーザビーム照射領域内あるいはこれを含
む領域に照射される。なお、ビーム寸法の調整と集光は
本例のように凸レンズ2枚を組み合わせる以外に、凹レ
ンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面鏡の組み合わせ
によっても可能である。
FIG. 3 shows an example of a coaxial irradiation optical system in which a near-infrared or far-infrared laser beam can be used as an infrared laser beam. The light is collected by the convex lens 6. The focused beam passes through the aperture of the perforated plane mirror 15 'and reaches the metal material surface 7. The KrF excimer laser pulse beam 10 is adjusted in beam size and focused by the convex lenses 6 'and 6 ", reflected by the perforated plane mirror 15', and then in the infrared laser beam irradiation area of the metal material surface 7 or The beam size can be adjusted and condensed by combining a convex lens and a convex lens, or by combining a convex lens and a concave mirror, in addition to combining two convex lenses as in this example.

【0021】図4は、赤外レーザビームとして、透過光
学系の利用が困難な大パワーの近赤外又は遠赤外レーザ
ビームを用いることが可能な同軸照射光学系の例であ
り、赤外レーザビーム4は凹面鏡16で反射・集光され
る。集光ビームは穴あき平面鏡15′の開口部を通過し
て金属材料表面7に到達する。KrFエキシマレーザパ
ルスビーム10は凸レンズ6及び6′により、ビーム寸
法の調整と集光が行われ、穴あき平面鏡15′で反射さ
れたのち、金属材料表面7の赤外レーザビーム照射領域
内あるいはこれを含む領域に照射される。ビーム寸法の
調整と集光は本例のように凸レンズ2枚を組み合わせる
以外に凹レンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面鏡の
組み合わせによっても可能である。
FIG. 4 shows an example of a coaxial irradiation optical system which can use a high-power near-infrared or far-infrared laser beam, for which it is difficult to use a transmission optical system, as the infrared laser beam. The laser beam 4 is reflected and condensed by the concave mirror 16. The focused beam passes through the aperture of the perforated plane mirror 15 'and reaches the metal material surface 7. The KrF excimer laser pulse beam 10 is adjusted in beam size and condensed by the convex lenses 6 and 6 ′, and is reflected by the perforated plane mirror 15 ′. Is irradiated to the region including. Adjustment of the beam size and focusing can be performed not only by combining two convex lenses as in this embodiment but also by a combination of a concave lens and a convex lens, or a combination of a convex mirror or a concave mirror.

【0022】図5は、赤外レーザビームとして、透過光
学系の利用が困難な大パワーの近赤外又は遠赤外レーザ
ビームを用い、さらに、耐光強度の制限からKrFエキ
シマレーザパルスビームの集光途中にミラーを入れるこ
とが困難な場合の構成例であり、赤外レーザビーム4は
凹面鏡16で反射・集光される。集光ビームは、穴あき
凹面鏡16′の開口部を通過して金属材料表面7に到達
する。KrFエキシマレーザパルスビーム10は凹レン
ズ17により、ビーム寸法の調整が行われ、凹面鏡1
6′で反射・集光された後、金属材料表面7の赤外レー
ザ照射領域内あるいは、これを含む領域に照射される。
いずれの場合においても、KrFエキシマレーザパルス
ビームの照射により、金属材料表面に高密度プラズマが
形成され、この高密度プラズマが赤外レーザビームのエ
ネルギーを金属材料に伝達する役割を果たす。このよう
にして、赤外レーザビームを用いた熱加工において、該
レーザビームを有効に利用することが可能となる。
FIG. 5 shows a high-power near-infrared or far-infrared laser beam whose transmission optical system is difficult to use as the infrared laser beam, and furthermore, a collection of KrF excimer laser pulse beams due to the limitation of light resistance. This is a configuration example in which it is difficult to insert a mirror in the middle of light, and the infrared laser beam 4 is reflected and condensed by a concave mirror 16. The focused beam passes through the aperture of the concave concave mirror 16 'and reaches the metal material surface 7. The beam size of the KrF excimer laser pulse beam 10 is adjusted by the concave lens 17 and the concave mirror 1
After being reflected and condensed at 6 ′, it is applied to the infrared laser irradiation area of the metal material surface 7 or to an area including the infrared laser irradiation area.
In any case, high-density plasma is formed on the surface of the metal material by irradiation with the KrF excimer laser pulse beam, and the high-density plasma plays a role in transmitting the energy of the infrared laser beam to the metal material. Thus, in thermal processing using an infrared laser beam, the laser beam can be effectively used.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明方法によれば、赤外レーザビーム
の照射により、金属材料の表面を加熱し、様々な加工を
施すに際し、上記レーザビームの吸収効率を高め、その
エネルギーを金属材料に伝達すると共に、該レーザビー
ムの反射を抑制して光学系などの損傷を防止することが
できる。本発明方法は、鉄、ニッケル、コバルト、クロ
ム、アルミニウム、銅、亜鉛、スズなどの金属や、これ
らをベースとする合金、例えば、ステンレス鋼、炭素
鋼、黄銅、白銅、アルミニウム合金などをレーザ熱加工
するのに好適に利用することができる。
According to the method of the present invention, the surface of a metal material is heated by irradiating an infrared laser beam, and when performing various processing, the absorption efficiency of the laser beam is increased, and the energy is applied to the metal material. In addition to the transmission, the reflection of the laser beam can be suppressed to prevent damage to the optical system and the like. The method of the present invention can be used to heat metals such as iron, nickel, cobalt, chromium, aluminum, copper, zinc, and tin, and alloys based on these, such as stainless steel, carbon steel, brass, copper alloy, and aluminum alloy. It can be suitably used for processing.

【0024】[0024]

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。
Next, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0025】実施例1 アルミニウム表面が溶融しないピークパワー500W、
ビーム径3mmの条件でNd:YAGレーザビームを1
ミリ秒単独照射し、表面からの反射ビーム強度の時間変
化を測定した。また、パルス幅22ナノ秒、エネルギー
密度63kJ/m2のKrFエキシマレーザパルスビー
ムをNd:YAGレーザパルスビームの途中に同時照射
した場合についてもNd:YAGレーザビームの反射ビ
ーム強度の時間変化を測定した。このようにして測定さ
れた反射ビーム強度のうち、Nd:YAGレーザビーム
の単独照射における反射ビーム強度信号を図6に示す。
また、KrFエキシマレーザパルスビームを同時照射し
た場合の反射ビーム強度信号を図7に示す。図7より同
時照射によりKrFエキシマレーザパルスビーム照射と
同時に反射ビーム強度が減少し、この部分が200〜3
00マイクロ秒程度維待されていることが分かる。すな
わち、KrFエキシマレーザパルスビーム1パルスの同
時照射により200〜300マイクロ秒の間、Nd:Y
AGレーザビームの吸収割合が上昇している。
Example 1 A peak power of 500 W at which the aluminum surface does not melt,
1 Nd: YAG laser beam under the condition of a beam diameter of 3 mm
Irradiation was performed for only milliseconds, and the time change of the intensity of the reflected beam from the surface was measured. Also, when a KrF excimer laser pulse beam having a pulse width of 22 nanoseconds and an energy density of 63 kJ / m 2 is simultaneously irradiated in the middle of the Nd: YAG laser pulse beam, the time change of the reflected beam intensity of the Nd: YAG laser beam is measured. did. FIG. 6 shows a reflected beam intensity signal in the Nd: YAG laser beam alone irradiation among the reflected beam intensities thus measured.
FIG. 7 shows a reflected beam intensity signal when a KrF excimer laser pulse beam is simultaneously irradiated. 7, the simultaneous irradiation reduces the reflected beam intensity simultaneously with the KrF excimer laser pulse beam irradiation.
It can be seen that about 00 microseconds are maintained. That is, Nd: Y is applied for 200 to 300 microseconds by the simultaneous irradiation of one pulse of the KrF excimer laser pulse beam.
The absorption ratio of the AG laser beam is increasing.

【0026】実施例2 実施例1において、Nd:YAGレーザビームのピーク
パワーを3.6kW、ビーム径0.1mmに調整し、周
波数50Hz、平均出力180W、パルス幅1ミリ秒と
した上で、Nd:YAGレーザパルスビームとKrFエ
キシマレーザパルスビームの立ち上がりを同時とし、S
US304ステンレス鋼表面に照射した。その結果、高
密度プラズマの維持時間tが、Nd:YAGレーザパル
スt′の1/3〜1/5であるにもかかわらず、KrF
エキシマレーザパルスビームとの同時照射により、平均
溶融断面深さは、Nd:YAGレーザパルスビーム単独
照射の場合に比べて10%程度増大していることが、顕
微鏡観察により分った。
Example 2 In Example 1, the peak power of the Nd: YAG laser beam was adjusted to 3.6 kW, the beam diameter was set to 0.1 mm, the frequency was set to 50 Hz, the average output was set to 180 W, and the pulse width was set to 1 millisecond. The rising of the Nd: YAG laser pulse beam and the KrF excimer laser pulse beam are made simultaneous,
Irradiation on US 304 stainless steel surface. As a result, although the maintenance time t of the high-density plasma is 1/3 to 1/5 of the Nd: YAG laser pulse t ', KrF
Microscopic observation showed that the simultaneous irradiation with the excimer laser pulse beam increased the average melt cross-section depth by about 10% as compared with the case of the single irradiation of the Nd: YAG laser pulse beam.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
の1例の構成略解図。
FIG. 1 is a schematic structural view of an example of a laser heating device for performing a method of the present invention.

【図2】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
における光学系の別の例の構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram of another example of an optical system in a laser heating device for performing the method of the present invention.

【図3】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
における光学系の別の例の構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram of another example of an optical system in a laser heating device for performing the method of the present invention.

【図4】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
における光学系の別の例の構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram of another example of an optical system in a laser heating device for performing the method of the present invention.

【図5】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
における光学系の別の例の構成図。
FIG. 5 is a configuration diagram of another example of an optical system in a laser heating device for performing the method of the present invention.

【図6】 実施例1において、Nd:YAGレーザビー
ムを単独照射した場合の反射波形を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a reflection waveform when a single Nd: YAG laser beam is applied in the first embodiment.

【図7】 実施例1において、Nd:YAGレーザビー
ムとKrFエキシマレーザパルスビームを同時照射した
場合の反射波形を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a reflection waveform when a Nd: YAG laser beam and a KrF excimer laser pulse beam are simultaneously irradiated in the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パルス発生器 2 ドライバー 3 近赤外又は遠赤外レーザ発振器 4 近赤外又は遠赤外レーザビーム 4′近赤外レーザビーム 5,5′平面鏡 6,6′,6″凸レンズ 7 金属材料表面 8 遅延制御装置 9 KrFエキシマレーザ発振器 10 KrFエキシマレーザパルスビーム 11 KrFエキシマレーザカットフィルター 12 光検出器 13 波形記憶装置 14 レーザ照射光学系 15 KrFエキシマレーザビーム用ミラー 15′穴あき平面鏡 16 凹面鏡 16′穴あき凹面鏡 17 凹レンズ Reference Signs List 1 pulse generator 2 driver 3 near-infrared or far-infrared laser oscillator 4 near-infrared or far-infrared laser beam 4 'near-infrared laser beam 5,5' plane mirror 6,6 ', 6 "convex lens 7 metal material surface Reference Signs List 8 delay control device 9 KrF excimer laser oscillator 10 KrF excimer laser pulse beam 11 KrF excimer laser cut filter 12 photodetector 13 waveform storage device 14 laser irradiation optical system 15 KrF excimer laser beam mirror 15 ′ perforated flat mirror 16 concave mirror 16 ′ Perforated concave mirror 17 concave lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 理史 香川県高松市林町2217番14 工業技術院 四国工業技術研究所内 (72)発明者 勝村 宗英 香川県高松市林町2217番14 工業技術院 四国工業技術研究所内 (56)参考文献 特開 平10−323773(JP,A) 特開 昭63−177414(JP,A) 特開 昭63−295093(JP,A) 特開 平3−238192(JP,A) 特開 昭56−129340(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 B23K 26/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masafumi Yoneda 2217-14 Hayashi-cho, Takamatsu-shi, Kagawa Prefecture Within the Institute of Industrial Science and Technology, Shikoku Institute of Industrial Technology (72) Munehide Katsumura 22217-14 Hayashi-cho, Takamatsu-shi, Kagawa Industrial Technology (56) References JP-A-10-323773 (JP, A) JP-A-63-177414 (JP, A) JP-A-63-295093 (JP, A) JP-A-3-238192 (JP, A) JP-A-56-129340 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00 B23K 26/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属材料表面に赤外レーザビームを照射
して、該表面を熱加工するに当り、KrFエキシマレー
ザパルスビームを同時に照射して、該表面近傍に高密度
プラズマを誘起させ、そのプラズマに赤外レーザビーム
を吸収させることを特徴とするレーザハイブリッド加熱
方法。
1. A metal material surface is irradiated with an infrared laser beam, and upon thermal processing of the surface, a KrF excimer laser pulse beam is simultaneously irradiated to induce high-density plasma in the vicinity of the surface. A laser hybrid heating method characterized in that an infrared laser beam is absorbed by plasma.
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