JP6101139B2 - Laser processing method and laser processing apparatus - Google Patents

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Description

本発明の実施形態はレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a laser processing method and a laser processing apparatus.

金属材料、セラミックス、FRP(繊維強化プラスチック)などの切断加工プロセスとして、レーザ切断やウォータジェット(WJ)切断が用いられている。レーザ切断は、レーザ発振器から照射されたレーザ光を光学系により集光して被加工体に照射し、照射部を加熱溶融させる。そして、その溶融部を空気や酸素などのアシストガスを用いて吹き飛ばすことで切断する技術である。   Laser cutting or water jet (WJ) cutting is used as a cutting process for metal materials, ceramics, FRP (fiber reinforced plastic), and the like. In laser cutting, laser light emitted from a laser oscillator is condensed by an optical system and irradiated onto a workpiece, and the irradiated portion is heated and melted. And it is the technique cut | disconnected by blowing off the fusion | melting part using assist gas, such as air and oxygen.

一方、WJ切断は、高圧で水を被加工体に噴出し、噴射した部分を吹き飛ばして切断する技術である。水だけの場合と、水に研磨材を混入して行う場合とがあり、後者の場合には噴出された水の運動エネルギに研磨作用が付加されて切断能力が向上する。   On the other hand, WJ cutting is a technique in which water is sprayed onto a workpiece at a high pressure, and the sprayed portion is blown off and cut. There are cases where only water is used and cases where the abrasive is mixed with water. In the latter case, a polishing action is added to the kinetic energy of the jetted water, thereby improving the cutting ability.

さらに、レーザとWJを組み合わせた切断技術がある。この切断技術は例えば半導体基板など、比較的薄い被加工体を精密に加工する目的で用いられている。この方法では、WJにレーザ光を伝播させ、レーザ光とWJを同時に加工部に当てることにより切断能力が増大すると共に、加工部が切断と同時に水冷されるために非常にきれいな切断面が得られる。   Furthermore, there is a cutting technique that combines laser and WJ. This cutting technique is used for the purpose of precisely processing a relatively thin workpiece such as a semiconductor substrate. In this method, the laser beam is propagated through the WJ, and the laser beam and the WJ are simultaneously applied to the processed portion, so that the cutting ability is increased, and the processed portion is cooled with water simultaneously with the cutting, so that a very clean cut surface can be obtained. .

また、加工部が切断と同時に水冷されるために、加熱により被加工体から発生する蒸気が生じにくい。そのため、被加工体が放射化された金属等である場合、放射化された蒸気が発生しにくく飛散しにくい。よって、切断加工の際に環境への影響が少ない。   Further, since the processed portion is water-cooled simultaneously with the cutting, steam generated from the workpiece is hardly generated by heating. Therefore, when the workpiece is an activated metal or the like, the activated vapor is difficult to be generated and scattered. Therefore, there is little influence on the environment when cutting.

また、切屑はWJに起因する廃水内に含有されるため、廃水を回収することで、放射化された切屑を容易に回収することができる。   Further, since the chips are contained in the wastewater resulting from WJ, the activated chips can be easily recovered by collecting the wastewater.

椎原克典、外3名、「レーザとウォータジェットを組合せた厚板切断法」、溶接学会全国大会講演概要、2012年9月3日、91号、p.4−5Katsunori Shiihara, 3 others, “Thick plate cutting method combining laser and water jet”, Summary of the National Conference of the Japan Welding Society, September 3, 2012, No. 91, p. 4-5

レーザを伝播させたWJを用いて被加工体を切断する場合、切断経路にWJに伝播させたレーザを当てる必要がある。そのため、配管やパイプ等の中空の被加工体を切断する場合、レーザを伝播させたWJを切断経路に沿って被加工体に照射するために、被加工体を回転させる必要がある。または、レーザ加工装置を切断経路に沿って移動させる必要がある。   When the workpiece is cut using the WJ having the laser propagated, it is necessary to apply the laser propagated to the WJ to the cutting path. Therefore, when a hollow workpiece such as a pipe or pipe is cut, it is necessary to rotate the workpiece in order to irradiate the workpiece along the cutting path with the WJ propagated by the laser. Alternatively, it is necessary to move the laser processing apparatus along the cutting path.

しかし、被加工体が建造物や大型の構造物に設けられている配管やパイプ等である場合、被加工体を回転させることは困難である。また、被加工体の周囲に十分な空間が無い場合、被加工体の切断経路に沿ってレーザ加工装置を移動させることは困難であり、被加工体の切断は困難である。   However, when the workpiece is a pipe or pipe provided in a building or a large structure, it is difficult to rotate the workpiece. Further, when there is not enough space around the workpiece, it is difficult to move the laser processing apparatus along the cutting path of the workpiece, and it is difficult to cut the workpiece.

本発明では、レーザを伝播させた液体流を用いて中空の被加工体を効率よく切断する方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a method for efficiently cutting a hollow workpiece using a liquid flow propagated by a laser.

上記目的を達成するため、実施形態のレーザ加工方法は、対象箇所に対してレーザを伝播させた液体流を噴出し、液体流を導光材として対象箇所にレーザを照射し対象箇所を切断加工するレーザ加工方法であって、レーザを伝播させた液体流を第1の対象箇所に対して噴出させるとともに液体流の周囲を追随するような気流を噴出させ、第1の対象箇所を貫通し液体流および気流が通過することができる幅を有する第1の切断スリットを形成する第1の切断ステップと、レーザを伝播させた液体流に第1の切断スリットを通過させてレーザを伝播させた液体流を第2の対象箇所に対して噴出させ、第2の対象箇所を貫通する第2の切断スリットを形成する第2の切断ステップと、を備え、第2の対象箇所は第1の対象箇所と間隔を空けて配され、第1の切断スリットは第2の切断スリットよりもスリット幅が大きいものとする。 In order to achieve the above object, the laser processing method according to the embodiment ejects a liquid flow in which a laser is propagated to a target portion, and irradiates the target portion with a laser using the liquid flow as a light guide material to cut the target portion. to a laser machining method, it is ejected airflow so as to follow the periphery of the liquid stream to propagate laser first Rutotomoni liquid flow is jetted against the target portion, through the first target portion a first cutting step of forming a first cutting slits have a width which can be liquid flow and air flow passes, it is passed through a first cutting slits in the liquid stream to propagate laser to propagate laser And a second cutting step for forming a second cutting slit penetrating the second target location, and ejecting the liquid flow to the second target location, wherein the second target location is the first Arranged at a distance from the target location , The first cutting slits and having a large slit width than the second cutting slits.

また、上記目的を達成するため、実施形態のレーザ加工装置は、対象箇所に対してレーザを伝播させた液体流を噴出し、液体流を導光材として対象箇所にレーザを照射し対象箇所を切断加工するレーザ加工装置であって、第1の対象箇所と第1の対象箇所と間隔を空けて配された第2の対象箇所を切断するために、レーザ加工装置の各部を制御する制御部を有し、制御部はレーザを伝播させた液体流を第1の対象箇所に噴出させるとともに液体流の周囲を追随するような気流を噴出させて第1の対象箇所を貫通し液体流および気流が通過することができる幅を有する第1の切断スリットを形成させ、レーザを伝播させた液体流に第1の切断スリットを通過させてレーザを伝播させた液体流を第2の対象箇所に対して噴出させ、第2の対象箇所を貫通し第1の切断スリットよりもスリット幅が狭い第2の切断スリットを形成するよう制御するものとする。 In order to achieve the above object, the laser processing apparatus of the embodiment ejects a liquid flow in which a laser is propagated to a target location, irradiates the target location with a laser using the liquid flow as a light guide material, and determines the target location. A laser processing apparatus that performs cutting processing, and controls each part of the laser processing apparatus to cut a first target location and a second target location that are spaced apart from the first target location. the a, the controller liquid flow through the first target portion by ejecting air current to follow the periphery of Rutotomoni liquid stream is ejected liquid stream to propagate laser to a first target location and first cutting slits to form a first passed through a cut slit liquid flow a second in which to propagate laser target portion to the liquid stream to propagate laser to have a width capable airflow passes The second target location It shall be controlled so that the slit width is a narrow second cutting slits than penetrating the first cutting slits.

第1の実施形態のレーザ加工装置の概要を示すブロック図。The block diagram which shows the outline | summary of the laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態における切断中のレーザ加工装置と配管の配管中心軸に平行な縦断面図。The longitudinal cross-sectional view parallel to the laser processing apparatus and the piping central axis of piping in 1st Embodiment. (a)状態が安定しているウォータジェットの模式図と、(b)水滴状になったウォータジェットの模式図と、(c)径が広がったウォータジェットの模式図。(A) A schematic diagram of a water jet in a stable state, (b) a schematic diagram of a water jet in the form of water droplets, and (c) a schematic diagram of a water jet having an enlarged diameter. 第1の切断スリットが形成された配管の斜視図。The perspective view of piping in which the 1st cutting slit was formed. 第1の実施形態における第1の切断ステップのウォータジェットの噴出経路。The jet route of the water jet of the 1st cutting step in a 1st embodiment. 第1の実施形態における切断途中の配管の配管中心軸に平行な縦断面図。The longitudinal section parallel to the piping central axis of piping in the middle of cutting in a 1st embodiment. 第2の実施形態における第1の切断ステップのウォータジェットの噴出経路。The water jet ejection path of the first cutting step in the second embodiment. 第4の実施形態における切断中のウォータジェットと配管の配管中心軸に平行な縦断面図。The longitudinal cross-sectional view parallel to the water jet and the piping center axis | shaft of piping in 4th Embodiment. 第5の実施形態における切断中のウォータジェットと配管の配管中心軸に平行な縦断面図。The longitudinal cross-sectional view parallel to the piping center axis | shaft of the water jet and piping in 5th Embodiment during cutting | disconnection.

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
第1の実施形態について図1乃至図6を用いて説明する。図1は、第1の実施形態のレーザ加工装置の概要を示すブロック図である。図2は、第1の実施形態における切断中のレーザ加工装置と配管の配管中心軸に平行な縦断面図である。図3(a)は状態が安定しているウォータジェットの模式図であり、図3(b)は水滴状になったウォータジェットの模式図であり、図3(c)は径が広がったウォータジェットの模式図である。図4は第1の切断スリットが形成された配管の斜視図である。図5は第1の実施形態における第1の切断ステップのウォータジェットの噴出経路である。図6は第1の実施形態における切断途中の配管の配管中心軸に平行な縦断面図である。
(First embodiment)
A first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the laser processing apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a longitudinal sectional view parallel to the central axis of the laser processing apparatus and the pipe during cutting in the first embodiment. FIG. 3A is a schematic diagram of a water jet in a stable state, FIG. 3B is a schematic diagram of a water jet in the form of water droplets, and FIG. 3C is a water jet with an expanded diameter. It is a schematic diagram of a jet. FIG. 4 is a perspective view of a pipe in which a first cutting slit is formed. FIG. 5 is a water jet ejection path of the first cutting step in the first embodiment. FIG. 6 is a longitudinal sectional view parallel to the pipe central axis of the pipe in the middle of cutting in the first embodiment.

なお、本実施形態において切断する対象物である被加工体は、原子力発電所等の施設に鉛直方向に設けられた配管2であるものとする。また、本実施形態において液体流は水で形成されているものとする。そして、水で形成された液体流をウォータージェット(WJ)と呼称する。   In addition, the to-be-processed object which is the target object cut | disconnected in this embodiment shall be the piping 2 provided in facilities, such as a nuclear power station, in the perpendicular direction. In the present embodiment, it is assumed that the liquid flow is formed of water. And the liquid flow formed with water is called a water jet (WJ).

(構成)
以下、本実施形態の構成について説明する。図1を用いて、本実施形態のレーザ加工装置10について説明する。
(Constitution)
Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described. The laser processing apparatus 10 of this embodiment is demonstrated using FIG.

レーザ加工装置10は、レーザLを出射するレーザ発振機11と、レーザLを施工ヘッド13に伝送する光学伝送手段12を有する。施工ヘッド13は、配管2の外側からWJを配管2に噴出する機構である。施工ヘッド13はWJを噴出する噴出孔21が配管2に対向するように、配管2の外側に設けられている。施工ヘッド13に伝送されたレーザLはWJに入射し、WJを伝播する。WJが配管2に噴出される際、レーザLも配管2に照射される。配管2の内、水流WとレーザLが照射されている部分を加工点と呼称する。   The laser processing apparatus 10 includes a laser oscillator 11 that emits a laser L, and an optical transmission unit 12 that transmits the laser L to a construction head 13. The construction head 13 is a mechanism that ejects WJ to the pipe 2 from the outside of the pipe 2. The construction head 13 is provided on the outer side of the pipe 2 so that the jet hole 21 for jetting WJ faces the pipe 2. The laser L transmitted to the construction head 13 enters the WJ and propagates through the WJ. When WJ is ejected to the pipe 2, the laser L is also irradiated to the pipe 2. A portion of the pipe 2 that is irradiated with the water flow W and the laser L is referred to as a processing point.

施工ヘッド13には、WJを形成する水を供給する水供給手段14と、WJの周囲を追随するように流れる気流Rを形成するガスを供給するガス供給手段15が接続している。   Connected to the construction head 13 are a water supply means 14 for supplying water for forming the WJ and a gas supply means 15 for supplying a gas for forming an airflow R that flows around the WJ.

また、レーザ加工装置10は、切断加工中に加工点の位置を検出しその情報を制御部19に送信する加工位置測定手段18を有する。加工位置測定手段18が測定する加工点の位置とは、加工位置測定手段18から加工点までの距離(加工距離)であるものとする。   In addition, the laser processing apparatus 10 includes a processing position measuring unit 18 that detects the position of a processing point during cutting and transmits the information to the control unit 19. The position of the machining point measured by the machining position measuring means 18 is a distance (machining distance) from the machining position measuring means 18 to the machining point.

さらにレーザ加工装置10は、配管2に対して施工ヘッド13を移動させる施工ヘッド移動手段16を有する。施工ヘッド移動手段16は施工ヘッド13を水平方向及び垂直方向に移動させることが可能であり、また施工ヘッド13から噴出されたWJが回動するように施工ヘッド13を回動移動させることが可能である。   Further, the laser processing apparatus 10 has a construction head moving means 16 that moves the construction head 13 relative to the pipe 2. The construction head moving means 16 can move the construction head 13 in the horizontal direction and the vertical direction, and can turn the construction head 13 so that the WJ ejected from the construction head 13 rotates. It is.

加工位置測定手段18、レーザ発振器11、光学伝送手段12、水供給手段14、ガス供給手段15、施工ヘッド移動手段16はいずれも制御部19に接続している。制御部19は、加工位置測定手段18で得られた加工距離の情報に基づいて、レーザ発振器11、水供給手段14、ガス供給手段15、光学伝送手段12、施工ヘッド移動手段16などの稼働状態を制御する。   The machining position measuring means 18, the laser oscillator 11, the optical transmission means 12, the water supply means 14, the gas supply means 15, and the construction head moving means 16 are all connected to the control unit 19. Based on the processing distance information obtained by the processing position measuring means 18, the control unit 19 operates the laser oscillator 11, the water supply means 14, the gas supply means 15, the optical transmission means 12, the construction head moving means 16, and the like. To control.

以下、各構成の詳細を説明する。まず、レーザ発振器11について説明する。レーザ発振器11が出射するレーザLは、水中でのエネルギの減衰が小さいレーザが好ましく、本実施形態ではYAGレーザ第2高調波(波長532nm)である。しかし、最終的に被加工体2に照射されるレーザLが加工に十分なエネルギを有していれば良く、水による減衰を加味しても十分なエネルギのレーザを照射するものであれば良い。例えば、YAGレーザ基本波(波長1064nm)やUVレーザ(波長355nm)、ファイバレーザ(波長1070nm)等を用いることも可能である。   Details of each component will be described below. First, the laser oscillator 11 will be described. The laser L emitted from the laser oscillator 11 is preferably a laser with a small attenuation of energy in water, and is a YAG laser second harmonic (wavelength 532 nm) in this embodiment. However, it is only necessary that the laser L finally irradiated to the workpiece 2 has sufficient energy for processing, and any laser that irradiates a laser having sufficient energy even when attenuation by water is added. . For example, a YAG laser fundamental wave (wavelength 1064 nm), a UV laser (wavelength 355 nm), a fiber laser (wavelength 1070 nm), or the like can be used.

光伝送手段12は、レーザLをレーザ発振器11から施工ヘッド13に伝送するようレンズ、ミラー、テレスコープ、光ファイバ等の光学系部品で構成された光学伝送系であり、図1においては簡易的に単一のミラーのみを図示している。光伝送手段12としてミラーではなく、光ファイバを用いてレーザLをレーザ発振器11から施工ヘッド13に導いてもよい。   The optical transmission means 12 is an optical transmission system constituted by optical system parts such as a lens, a mirror, a telescope, and an optical fiber so as to transmit the laser L from the laser oscillator 11 to the construction head 13. Only a single mirror is shown. The laser L may be guided from the laser oscillator 11 to the construction head 13 using an optical fiber instead of a mirror as the light transmission means 12.

水供給手段14は水供給配管22を介して施工ヘッド13に接続され、ポンプ等により水を施工ヘッド13へ供給し加圧する。施工ヘッド13に供給される水は、外部から新しく供給されたものであってもよいし、WJとして噴出された廃水を再利用するものであってもよい。本実施形態おける施工ヘッド13に供給される水の一部は、廃水を再利用したものであることとする。水供給手段14は廃水を再利用するための廃水循環機構23を有する。   The water supply means 14 is connected to the construction head 13 via a water supply pipe 22 and supplies water to the construction head 13 by a pump or the like and pressurizes it. The water supplied to the construction head 13 may be newly supplied from the outside, or the waste water ejected as WJ may be reused. A part of the water supplied to the construction head 13 in this embodiment is obtained by reusing waste water. The water supply means 14 has a waste water circulation mechanism 23 for reusing waste water.

例えば廃水循環機構23は図2に示すように、配管2の周囲に設けられた廃水を収集するための廃水トレー24と、廃水トレー24内の廃水から不純物を取り除くろ過部26と、ろ過された廃水を施工ヘッド13に循環させる廃水循環ポンプ25とを備える。不純物とは、切断加工時に生じた切断屑等である。   For example, as shown in FIG. 2, the wastewater circulation mechanism 23 is filtered by a wastewater tray 24 for collecting wastewater provided around the pipe 2, a filtration unit 26 that removes impurities from the wastewater in the wastewater tray 24, and A wastewater circulation pump 25 that circulates wastewater to the construction head 13 is provided. Impurities are cutting wastes and the like generated during the cutting process.

なお、廃水循環ポンプ25は直接施工ヘッド13に接続し廃液を循環させるものとしてもよい。または図2に示すように、廃水循環ポンプ25は水供給手段14に接続し、水供給手段14を経由させて廃液を施工ヘッド13に循環させるものとしてもよい。   The waste water circulation pump 25 may be directly connected to the construction head 13 to circulate the waste liquid. Alternatively, as shown in FIG. 2, the wastewater circulation pump 25 may be connected to the water supply unit 14 and circulate the waste liquid to the construction head 13 via the water supply unit 14.

ガス供給手段15は、図2に示すようにガス供給配管27を介して施工ヘッド13に接続されている。ガス供給手段15から供給されるガスは不活性で軽いガスが好ましく、本実施形態ではヘリウムガスを用いるものとする。   The gas supply means 15 is connected to the construction head 13 via a gas supply pipe 27 as shown in FIG. The gas supplied from the gas supply means 15 is preferably an inert and light gas. In this embodiment, helium gas is used.

加工位置測定手段18は配管2に対向するように施工ヘッド13に設けられ、例えば、レーザを用いた距離センサーや超音波を用いた距離センサーである。レーザによる距離センサーであれば、加工距離測定用のレーザを発光し加工点からの反射を受光し、発光と受光の時差を測定することで加工距離を測定することが可能である。また、超音波を用いたセンサーの場合も同様に、加工距離測定用の超音波を発信して加工点からの反射を受信し、発信と受信の時差を測定することで加工距離を測定することが可能である。   The processing position measuring means 18 is provided in the construction head 13 so as to face the pipe 2 and is, for example, a distance sensor using a laser or a distance sensor using an ultrasonic wave. If the distance sensor is a laser, it is possible to measure the machining distance by emitting a machining distance measuring laser, receiving a reflection from the machining point, and measuring a time difference between light emission and light reception. Similarly, in the case of sensors using ultrasonic waves, the processing distance is measured by transmitting the ultrasonic waves for measuring the processing distance, receiving the reflection from the processing point, and measuring the time difference between transmission and reception. Is possible.

以下、施工ヘッド13の構成について、図2を用いて説明する。施工ヘッド13の内部には液体貯留手段としての水室29が形成されている。水室29には水供給配管22が接続されており、水供給配管22を介して水供給手段14から供給された水で満たされる。水室29には配管2に向かって開口するWJ噴出ノズル17が設けられている。WJ噴出ノズル17の開口部は噴出孔21である。水室29に満たされた水は、噴出孔21から噴出され、WJとして配管2に噴出される。   Hereinafter, the configuration of the construction head 13 will be described with reference to FIG. A water chamber 29 as a liquid storage means is formed in the construction head 13. A water supply pipe 22 is connected to the water chamber 29 and is filled with water supplied from the water supply means 14 via the water supply pipe 22. The water chamber 29 is provided with a WJ ejection nozzle 17 that opens toward the pipe 2. The opening of the WJ ejection nozzle 17 is an ejection hole 21. The water filled in the water chamber 29 is ejected from the ejection hole 21 and ejected to the pipe 2 as WJ.

また、WJ噴出ノズル17の近傍にはガスノズル28が設けられており、ガスノズル28はWJに向かって開口している。ガスノズル28には、ガス供給手段15からガス供給配管27を介してガスが供給され、ガスがWJの周囲に噴出される。WJの周囲に噴出されたガスは、WJに追随する気流Rを形成する。   Further, a gas nozzle 28 is provided in the vicinity of the WJ jet nozzle 17 and the gas nozzle 28 opens toward the WJ. Gas is supplied to the gas nozzle 28 from the gas supply means 15 through the gas supply pipe 27, and the gas is ejected around the WJ. The gas ejected around the WJ forms an air flow R that follows the WJ.

ガスノズル28はWJ噴出ノズル17の周囲に1個設けられるものとしてもよいが、複数を設けられるものとしてもよい。WJ噴出ノズル17の周囲に複数のガスノズル28が設けられている場合、WJの周囲にはより均一な気流Rが形成される。本実施形態では、ガスノズル28はWJ噴出ノズル17の周囲に等間隔に4個設けられているものとする。   One gas nozzle 28 may be provided around the WJ ejection nozzle 17, or a plurality of gas nozzles 28 may be provided. When a plurality of gas nozzles 28 are provided around the WJ ejection nozzle 17, a more uniform air flow R is formed around the WJ. In the present embodiment, it is assumed that four gas nozzles 28 are provided around the WJ jet nozzle 17 at equal intervals.

また、ガスノズル28はWJ噴出ノズル17の周縁外側に設けられ、WJ噴出ノズル17と同心円状に開口するノズルであるものとしてもよい。ガスノズル28の位置や形状は、WJ周囲に均一な気流Rを形成できるよう適宜定めるのがよい。   Further, the gas nozzle 28 may be a nozzle that is provided outside the periphery of the WJ jet nozzle 17 and opens concentrically with the WJ jet nozzle 17. The position and shape of the gas nozzle 28 are preferably determined as appropriate so that a uniform air flow R can be formed around the WJ.

施工ヘッド13には集光光学系30とウィンドウ31が設けられている。ウィンドウ31は水室29に水密に設けられており、水室29と集光光学系30の間に位置している。光学伝送手段12によって施工ヘッド13に伝送されたレーザLは、集光光学系30で集光され、ウィンドウ31を介して水室29内の水を通り抜け、WJ噴出ノズル17の噴出孔21を通ってWJに入射する。   The construction head 13 is provided with a condensing optical system 30 and a window 31. The window 31 is provided in the water chamber 29 in a watertight manner, and is located between the water chamber 29 and the condensing optical system 30. The laser L transmitted to the construction head 13 by the optical transmission means 12 is condensed by the condensing optical system 30, passes through the water in the water chamber 29 through the window 31, and passes through the ejection hole 21 of the WJ ejection nozzle 17. Is incident on the WJ.

(レーザLを伝播させたWJと気流Rについて)
以下、レーザLを伝播させたWJと気流Rとの関係について説明する。まず気流Rが形成される様子について説明する。図2において、水室29は水で満たされ、水室29内の水は噴出孔21からWJとして噴出され配管2に噴射されている。水室29は加圧されており、WJの流速は速い。高速で流れる流体の周囲の圧力は低くなるため(ベルヌーイの定理)、ガスノズル28から噴出されたガスはWJの周りを追随するように流れ、気流Rを形成する。
(WJ and laser current R propagated through laser L)
Hereinafter, the relationship between the WJ through which the laser L is propagated and the airflow R will be described. First, how the airflow R is formed will be described. In FIG. 2, the water chamber 29 is filled with water, and the water in the water chamber 29 is ejected as WJ from the ejection hole 21 and is injected into the pipe 2. The water chamber 29 is pressurized and the flow rate of WJ is fast. Since the pressure around the fluid flowing at high speed becomes low (Bernoulli's theorem), the gas ejected from the gas nozzle 28 flows so as to follow around the WJ and forms an air flow R.

次にレーザLがWJを伝播する様子について説明する。WJには、レーザLを施工ヘッド13から加工点まで伝播させる導光材としての役割がある。レーザLの入射NA(開口数:Numerical Aperture)は、レーザ発振器11と集光光学系30により決定される。レーザ発振器11と集光光学系30の構成を調節することで、レーザLの入射NAを調節し、レーザLをWJに入射させることが可能である。   Next, how the laser L propagates through the WJ will be described. WJ has a role as a light guide material for propagating the laser L from the construction head 13 to the processing point. An incident NA (numerical aperture) of the laser L is determined by the laser oscillator 11 and the condensing optical system 30. By adjusting the configurations of the laser oscillator 11 and the condensing optical system 30, the incident NA of the laser L can be adjusted and the laser L can be incident on the WJ.

WJに入射したレーザLはWJ内部を透過し、WJとWJ周囲との界面(WJの表面)では屈折角の違いにより全反射し、WJ内部に折り返す。レーザLはWJ内で全反射を繰り返しながらWJ内を伝播する。そして、レーザLはWJが噴射されている加工点に照射される。加工点はレーザLのエネルギにより溶融し、溶融部はWJの勢いで吹き飛ばされて切断屑29として加工点から排除され、同時に加工点はWJにより冷却される。レーザLによる溶融とWJによる切断屑の除去及び加工点の冷却によって、切断加工が進んでいく。   The laser L incident on the WJ passes through the inside of the WJ, and is totally reflected at the interface between the WJ and the periphery of the WJ (the surface of the WJ) due to a difference in refraction angle, and is turned back into the WJ. The laser L propagates in the WJ while repeating total reflection in the WJ. And the laser L is irradiated to the process point in which WJ is injected. The processing point is melted by the energy of the laser L, and the melted portion is blown off by the force of WJ and is removed from the processing point as cutting waste 29, and at the same time, the processing point is cooled by WJ. Cutting processing proceeds by melting by laser L, removal of cutting waste by WJ, and cooling of processing points.

次に、WJと気流Rの関係について説明する。適量の気流RはWJの状態を安定させる作用がある。WJの状態が安定しているとは、図3(a)に示すようにWJの径が一定であってWJが柱状であるということである。WJの状態が安定している場合、レーザLはWJの表面で全反射し、エネルギをほぼ保ったまま、WJ内を伝播する。そして、レーザLは加工点を十分に加熱して溶融させることが可能であり、溶融部はWJによって加工点から除去され冷却され、配管2の切断加工が進む。   Next, the relationship between WJ and airflow R will be described. An appropriate amount of airflow R has the effect of stabilizing the state of WJ. The state of the WJ being stable means that the diameter of the WJ is constant and the WJ is columnar as shown in FIG. When the state of the WJ is stable, the laser L is totally reflected on the surface of the WJ, and propagates in the WJ while maintaining energy substantially. The laser L can sufficiently heat and melt the processing point, and the melted portion is removed from the processing point by WJ and cooled, and the cutting process of the pipe 2 proceeds.

一方、WJの周囲に適量の気流Rがない場合、WJの状態は安定しにくい。とくに噴出孔21からの距離が遠いほどWJの状態は不安定となる。例えば、WJは柱状ではなくなり、図3(b)に示すように連続して流れる水滴状になる。または、図3(c)に示すようにWJの径が噴出孔21近傍での径に比べて大きくなり、レーザLが全反射しなくなる場合がある。WJが柱状ではない部分ではレーザLは全反射せず、レーザLの一部または全部がWJの外部に放出される。すると、加工点に照射されるレーザLのエネルギが減少して加工点における加熱が不十分となり溶融量が減少し、切断スピードが低下して切断効率が下がる。または、切断不可能となる。   On the other hand, when there is no appropriate amount of airflow R around WJ, the state of WJ is difficult to stabilize. In particular, the WJ state becomes unstable as the distance from the ejection hole 21 increases. For example, WJ does not have a columnar shape, but has a droplet shape that continuously flows as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 3C, the diameter of WJ may be larger than the diameter near the ejection hole 21, and the laser L may not be totally reflected. The laser L is not totally reflected at the portion where the WJ is not columnar, and part or all of the laser L is emitted to the outside of the WJ. Then, the energy of the laser L irradiated to the processing point is reduced, the heating at the processing point is insufficient, the amount of melting is reduced, the cutting speed is lowered, and the cutting efficiency is lowered. Or it becomes impossible to cut.

(レーザ切断方法および作用)
以下、本実施形態におけるレーザ加工装置10のレーザ加工方法について説明する。なお、施工ヘッド13を被加工体に対して移動させ切断加工を施す経路を切断経路34と呼称し、レーザ切断加工によって切断経路34に生じた溝を切断スリットと呼称する。切断スリットは、被加工体を貫通した溝と、被加工体を貫通するには至っていない溝との両方を指す。切断スリットにおいて、切断経路34と平行な方向及び切断深さ方向に垂直な方向をスリット幅方向と呼称し、スリット幅方向の切断スリットの幅をスリット幅と呼称する。
(Laser cutting method and action)
Hereinafter, the laser processing method of the laser processing apparatus 10 in this embodiment is demonstrated. In addition, the path | route which moves the construction head 13 with respect to a to-be-processed body and performs a cutting process is called the cutting path 34, and the groove | channel produced in the cutting path 34 by the laser cutting process is called a cutting slit. The cutting slit refers to both a groove penetrating the workpiece and a groove not penetrating the workpiece. In the cutting slit, a direction parallel to the cutting path 34 and a direction perpendicular to the cutting depth direction are referred to as a slit width direction, and the width of the cutting slit in the slit width direction is referred to as a slit width.

また、配管2のうち、レーザLを伝播させたWJを配管2の外側から直接噴出することが可能な部分を第1の壁面2aと呼称する。配管2のうち、第1の壁面によってレーザLを伝播させたWJから隔てられ、外側からレーザLを伝播させたWJを噴出させることができない部分を第2の壁面2bと呼称する。   Further, a portion of the pipe 2 where the WJ through which the laser L is propagated can be directly ejected from the outside of the pipe 2 is referred to as a first wall surface 2a. A portion of the pipe 2 that is separated from the WJ that propagates the laser L by the first wall surface and cannot eject the WJ that propagates the laser L from the outside is referred to as a second wall surface 2b.

まず、第1の切断ステップを行なう。第1の切断ステップでは、レーザLを伝播させたWJ及び気流Rを第1の壁面2aに噴出させる。そして図2及び図4に示すように、第1の壁面2aを貫通する切断経路34に沿った第1の切断スリット32を形成する。   First, a first cutting step is performed. In the first cutting step, the WJ and the airflow R propagated by the laser L are ejected to the first wall surface 2a. Then, as shown in FIGS. 2 and 4, a first cutting slit 32 is formed along a cutting path 34 that penetrates the first wall surface 2 a.

第1の切断スリット32を形成する際、レーザLを伝播させたWJは配管2に図5に示すように噴出される。レーザLを伝播させたWJは配管2に対して、切断経路34と平行に繰り返し往復するように噴出され、かつ、スリット幅方向に噴出位置をずらしながら噴出される。   When the first cutting slit 32 is formed, the WJ that has propagated the laser L is ejected to the pipe 2 as shown in FIG. The WJ propagating the laser L is ejected to the pipe 2 so as to repeatedly reciprocate in parallel with the cutting path 34, and is ejected while shifting the ejection position in the slit width direction.

そして、第1の切断スリット32は、レーザLを伝播させたWJおよび気流Rが通過することが可能なスリット幅であるように形成される。第1の切断スリット32のスリット幅は例えば、WJの径の1.5〜2倍の長さであるものとする。   And the 1st cutting slit 32 is formed so that it may be the slit width which WJ and the airflow R which propagated the laser L can pass through. The slit width of the first cutting slit 32 is assumed to be 1.5 to 2 times the diameter of WJ, for example.

第1の切断スリット32が第1の壁面2aを貫通した後に、第2の切断ステップを行なう。第2の切断ステップではレーザLを伝播させたWJ及び気流Rに第1の切断スリット32通過を通過させ、レーザLを伝播させたWJ及び気流Rを第2の壁面2bに配管2の内面側から噴出させ、第2の壁面2bを貫通する第2の切断スリット33を形成する。   After the first cutting slit 32 penetrates the first wall surface 2a, the second cutting step is performed. In the second cutting step, the WJ and airflow R propagated by the laser L are passed through the first cutting slit 32, and the WJ and airflow R propagated by the laser L are passed through the second wall surface 2b to the inner surface side of the pipe 2. And a second cutting slit 33 penetrating the second wall surface 2b is formed.

第1の切断スリット32のスリット幅が、WJ及びWJに追随する気流Rが通過するために十分な距離であるため、気流Rは第2の切断ステップにおける加工点まで到達することが可能である。そのため、WJは第2の切断ステップにおける加工点までレーザLを良好に伝播することが可能であり、第2の切断スリット33を迅速に効率よく形成することが可能である。   Since the slit width of the first cutting slit 32 is a sufficient distance for the air flow R following the WJ and the WJ to pass, the air flow R can reach the processing point in the second cutting step. . Therefore, WJ can propagate the laser L well to the processing point in the second cutting step, and the second cutting slit 33 can be formed quickly and efficiently.

第1の切断スリット32及び第2の切断スリット33が繋がるように切断スリットを形成することにより、配管2を分断するように切断することが可能である。 By forming the cutting slit so that the first cutting slit 32 and the second cutting slit 33 are connected, the pipe 2 can be cut so as to be divided.

第1の切断ステップ及び第2の切断ステップが行われている間、廃水循環ステップが行われる。廃水循環ステップでは、廃水トレー24がWJに起因する廃水を収集し、ろ過部26が廃水から切断屑を除去し、廃水循環ポンプ25が切断屑を除去された廃水を水供給手段14に搬送する。そして、切断屑を除去された廃水は再び施工ヘッド13からWJとして噴出され、WJの形成に利用される。   While the first cutting step and the second cutting step are performed, a waste water circulation step is performed. In the wastewater circulation step, the wastewater tray 24 collects wastewater resulting from WJ, the filtration unit 26 removes the cutting waste from the wastewater, and the wastewater circulation pump 25 conveys the wastewater from which the cutting waste has been removed to the water supply means 14. . Then, the waste water from which the cutting waste has been removed is again ejected as WJ from the construction head 13 and used for forming WJ.

また、第1の切断ステップ及び第2の切断ステップが行われている間、随時加工位置測定ステップが行われる。加工位置測定ステップでは、加工位置測定手段18が加工距離を測定し、その情報を制御部19に送信する。そして制御部19は予め与えられた配管2の径や肉厚、施工ヘッド13と配管2の初期位置等の情報と、加工位置測定手段18から受信した加工距離の情報とに基づいて、配管2における加工点の位置を把握する。例えば、制御部19は加工位置測定手段18の情報を基に、第1の切断スリット32が第1の壁面2aを貫通したことを検出することが可能である。   Further, while the first cutting step and the second cutting step are being performed, a machining position measuring step is performed as needed. In the machining position measuring step, the machining position measuring means 18 measures the machining distance and transmits the information to the control unit 19. Then, the control unit 19 determines the pipe 2 based on the diameter and thickness of the pipe 2 given in advance, the information such as the initial positions of the construction head 13 and the pipe 2, and the processing distance information received from the processing position measuring means 18. Grasping the position of the machining point at. For example, the control unit 19 can detect that the first cutting slit 32 has penetrated the first wall surface 2 a based on the information of the processing position measuring means 18.

なお、加工位置測定手段18は、施工ヘッド13の移動方向において噴出孔21の前方または後方に設けられることが好ましい。すると、配管2の径が大きい場合であっても、加工位置測定手段18から照射されたレーザや超音波は、第1のスリットを通過して第2の壁面の加工点に到達することが可能であり、第2の切断ステップにおいても加工距離を測定することが可能である。   The machining position measuring means 18 is preferably provided in front of or behind the ejection hole 21 in the moving direction of the construction head 13. Then, even when the diameter of the pipe 2 is large, the laser or ultrasonic wave irradiated from the processing position measuring means 18 can pass through the first slit and reach the processing point of the second wall surface. It is possible to measure the machining distance also in the second cutting step.

また、加工位置測定手段18は照射するレーザや超音波の指向性を制御することが可能であるものとしてもよい。すると、加工距離を測定するためのレーザや超音波を加工点により正確に照射することが可能となり、より正確に加工距離を測定することが可能となる。   Further, the processing position measuring means 18 may be capable of controlling the directivity of the irradiated laser or ultrasonic wave. Then, it becomes possible to accurately irradiate the processing point with a laser or ultrasonic wave for measuring the processing distance, and it becomes possible to measure the processing distance more accurately.

なお、レーザ加工装置10において配管2の切断は、制御部19がレーザ加工装置10の各部の稼動を制御することにより、自動で行なわれる。制御部19は配管2における加工点の位置にもとづいて、第1の切断ステップまたは第2の切断ステップの実施を自動で判断する。そして、第1の切断ステップまたは第2の切断ステップを実施するよう、レーザ加工装置10の各部の稼動を制御する。   Note that the cutting of the pipe 2 in the laser processing apparatus 10 is automatically performed by the control unit 19 controlling the operation of each part of the laser processing apparatus 10. The control unit 19 automatically determines the execution of the first cutting step or the second cutting step based on the position of the processing point in the pipe 2. And operation | movement of each part of the laser processing apparatus 10 is controlled so that a 1st cutting step or a 2nd cutting step may be implemented.

また、第2の切断ステップにおいて、第2の切断スリット33の形成に寄与するWJは気流Rの存在によりレーザを良好に伝播しているWJである。つまり、WJが第1の切断スリット32を通過する際に、気流Rが通過するために必要な距離が、WJと第1の切断スリット32との間に十分に確保されていない場合、そのWJは第2の切断スリット33の形成に寄与しない。そのため、図6に示すように、第2の切断スリット33のスリット幅は、第1の切断スリット32のスリット幅よりも小さくなる。   In the second cutting step, WJ that contributes to the formation of the second cutting slit 33 is WJ that propagates the laser well due to the presence of the air flow R. That is, when the distance required for the air flow R to pass through when the WJ passes through the first cutting slit 32 is not sufficiently secured between the WJ and the first cutting slit 32, the WJ Does not contribute to the formation of the second cutting slit 33. Therefore, as shown in FIG. 6, the slit width of the second cutting slit 33 is smaller than the slit width of the first cutting slit 32.

(効果)
以下、本実施形態のレーザ加工方法およびレーザ加工装置10の効果について説明する。本実施形態のレーザ加工方法において、第1の切断スリット32のスリット幅は、レーザLを伝播させたWJ及び気流Rが通過できる程度に充分広くなっている。そのため、第2の切断スリット33を効率よく形成することが可能であり、配管2を効率よく切断することが可能である。よって、施設等に固定され、周囲でレーザ加工装置を移動させるだけの十分な空間が無い配管2であっても、効率よく切断加工することが可能である。
(effect)
Hereinafter, effects of the laser processing method and the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment will be described. In the laser processing method of the present embodiment, the slit width of the first cutting slit 32 is sufficiently wide to allow the WJ and the airflow R that have propagated the laser L to pass therethrough. Therefore, the second cutting slit 33 can be efficiently formed, and the pipe 2 can be cut efficiently. Therefore, even the pipe 2 that is fixed to a facility or the like and does not have a sufficient space for moving the laser processing apparatus around it can be efficiently cut.

また、配管2が原子力発電所等に設置され放射化された配管である場合、効率よく配管の切断加工を行なうことができるため、作業時間を短縮することが可能であり、作業員の被ばく量を低減させることが可能である。   In addition, when the pipe 2 is a radioactive pipe installed in a nuclear power plant or the like, the pipe can be cut efficiently, so that the work time can be shortened and the amount of exposure of workers Can be reduced.

また、レーザ加工装置10は自動で配管の切断加工を行なうことができるため、さらに作業員の被ばく量を低減させることが可能である。   Further, since the laser processing apparatus 10 can automatically perform the pipe cutting process, it is possible to further reduce the exposure amount of the worker.

また、レーザLによる溶融と同時にWJが加工点を冷却するため、放射化された配管2の蒸気が生じにくい。そのため、環境への負担を低減することが可能である。   Further, since the WJ cools the processing point simultaneously with the melting by the laser L, the vaporized pipe 2 is hardly generated. Therefore, the burden on the environment can be reduced.

また、レーザ加工装置10は廃水循環機構23を備えており、廃水量を低減させることが可能である。さらに、放射化された切断屑は廃水に巻き込まれるため飛散しにくく、廃水処理機構23で回収することが可能である。よって、環境への負担を低減することが可能である。   Moreover, the laser processing apparatus 10 includes a waste water circulation mechanism 23, and can reduce the amount of waste water. Furthermore, since the activated cutting waste is caught in the wastewater, it is difficult to scatter and can be recovered by the wastewater treatment mechanism 23. Therefore, the burden on the environment can be reduced.

なお、切断位置測定手段18は加工距離だけでなく、WJが噴出される側の配管2の表面から加工点までの距離(切断深さ)、および、配管2の径や肉厚を測定することが可能な構成であるものとしてもよい。すると、予め肉厚、施工ヘッド13と配管2の初期位置等が把握できない場合であっても、配管2の径、加工距離、切断深さの情報から制御部19は配管2内における加工点の位置を把握することが可能となる。   The cutting position measuring means 18 measures not only the processing distance but also the distance (cutting depth) from the surface of the pipe 2 on the side where the WJ is jetted to the processing point, and the diameter and thickness of the pipe 2. It is good also as a structure which is possible. Then, even if the wall thickness, the initial position of the construction head 13 and the pipe 2 and the like cannot be grasped in advance, the control unit 19 determines the machining point in the pipe 2 from the information on the diameter, processing distance, and cutting depth of the pipe 2. It becomes possible to grasp the position.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について図を参照しながら説明する。図7は、本実施形態の第1の切断ステップにおけるウォータジェットの噴出経路である。なお、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a water jet ejection path in the first cutting step of the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施形態は、第1の切断ステップにおいて、第1の切断スリット32を形成する際、レーザLを伝播させたWJを配管2に図7に示すように切断経路34に沿ってウィービングさせながら噴出させる。WJを配管2にウィービングさせながら噴出するとは、WJを配管2に第1の切断スリット32のスリット幅方向に繰り返し往復させつつ、切断経路34と平行な方向に噴出位置をずらしながら噴出する、ということである。   In the present embodiment, when the first cutting slit 32 is formed in the first cutting step, the WJ propagating the laser L is ejected while being weaved along the cutting path 34 in the pipe 2 as shown in FIG. Let When the WJ is ejected while weaving the pipe 2, the WJ is repeatedly reciprocated in the slit width direction of the first cutting slit 32 while the WJ is ejected while shifting the ejection position in the direction parallel to the cutting path 34. That is.

また、本実施形態における施工ヘッド移動手段16は、施工ヘッド13をスリット幅方向に平行な方向に振動させる超音波振動子を備えるものとする。施工ヘッド移動手段16を超音波振動子でスリット幅方向に振動させながら、切断経路34に沿って施工ヘッド13を移動させることで、WJを切断経路34に沿ってウィービングさせながら噴出することができる。なお、第2の切断ステップの際には、超音波振動子は停止させる。   Moreover, the construction head moving means 16 in the present embodiment includes an ultrasonic transducer that vibrates the construction head 13 in a direction parallel to the slit width direction. By moving the construction head 13 along the cutting path 34 while vibrating the construction head moving means 16 in the slit width direction with an ultrasonic vibrator, the WJ can be ejected while weaving along the cutting path 34. . In the second cutting step, the ultrasonic transducer is stopped.

本実施形態におけるレーザ切断装置10およびレーザ切断方法は、第1の実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態におけるレーザ切断装置10においては、超音波振動子の振幅を所望の幅に設定することで、制御部19で施工ヘッド移動手段16のスリット幅方向の移動方向を制御する必要がなくなる。そのため、制御部19及び施工ヘッド移動手段16の構成を簡素化することが可能である。よって、レーザ切断装置10の設置スペースを縮小することが可能である。   The laser cutting device 10 and the laser cutting method according to the present embodiment have the same effects as those of the first embodiment. Moreover, in the laser cutting device 10 in this embodiment, it is necessary to control the moving direction of the construction head moving unit 16 in the slit width direction by setting the amplitude of the ultrasonic transducer to a desired width. Disappear. Therefore, it is possible to simplify the structure of the control part 19 and the construction head moving means 16. Therefore, the installation space of the laser cutting device 10 can be reduced.

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態及び第2の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment and 2nd Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施形態の第1の切断ステップで配管2に噴出されるWJの径は、第2の切断ステップで配管2に噴出されるWJの径よりも大きい。WJの径は、噴出孔21の径や水供給手段14の水室29への加圧を調節することで変化させることが可能である。また、WJに伝播され加工点に照射されるレーザLのエネルギ密度は、その加工点において切断加工が最も効率よく行なわれるエネルギ密度になるよう制御される。なお、エネルギ密度は、レーザ発信機11、光学伝送手段12、集光光学系13を調節することで、変化させることが可能である。   The diameter of WJ ejected to the pipe 2 in the first cutting step of the present embodiment is larger than the diameter of WJ ejected to the pipe 2 in the second cutting step. The diameter of WJ can be changed by adjusting the diameter of the ejection hole 21 and the pressurization of the water supply means 14 to the water chamber 29. In addition, the energy density of the laser L that is propagated to the WJ and applied to the processing point is controlled so that the energy density at which the cutting is performed most efficiently at the processing point. The energy density can be changed by adjusting the laser transmitter 11, the optical transmission means 12, and the condensing optical system 13.

第1の切断ステップで加工点に噴出されるWJの径が大きい分、第1の切断スリット32のスリット幅をより迅速に形成することが可能となる。よって、本実施形態のレーザ加工方法によれば、作業時間をより短縮することが可能であり、作業員の被ばく量をさらに低減させることが可能である。また、本実施形態のレーザ加工方法は、第1の実施形態と同様の効果を有する。   The slit width of the first cutting slit 32 can be formed more quickly because the diameter of the WJ ejected to the processing point in the first cutting step is large. Therefore, according to the laser processing method of the present embodiment, the working time can be further shortened, and the exposure amount of the worker can be further reduced. Further, the laser processing method of the present embodiment has the same effect as that of the first embodiment.

(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について図8を用いて説明する。図8は、第4の実施形態における切断中のウォータジェットと配管の配管中心軸に平行な縦断面図である。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a longitudinal sectional view parallel to the central axis of the water jet and the pipe being cut in the fourth embodiment.

なお、第1の実施形態乃至第3の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment thru | or 3rd Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施形態の第1の切断ステップ及び第2の切断ステップにおいて、レーザLを伝播させたWJは仰角に施工ヘッド13から噴出される。すると、図8に示すように配管2の中心軸に平行な投影面に置いて第1の切断スリット32及び第2の切断スリット32は、施工ヘッド13から見て仰角に形成される。   In the first cutting step and the second cutting step of the present embodiment, WJ propagated by the laser L is ejected from the construction head 13 at an elevation angle. Then, as shown in FIG. 8, the first cutting slit 32 and the second cutting slit 32 are formed at an elevation angle when viewed from the construction head 13 on the projection plane parallel to the central axis of the pipe 2.

ここで、加工点付近に存在する廃水とWJの関係について記載する。加工点付近にはWJとして噴出された水である廃水が存在するが、WJが噴出する勢いによって、廃水はWJ近傍から押しのけられる。しかし、WJの勢いが弱い場合や加工点近傍が狭く廃水が加工点付近に多量に滞留している場合、WJは廃水を押しのけることができなくなり、廃水がWJに干渉する。すると、廃水と干渉している部分ではWJの表面が消失するため、レーザLが加工点に到達する前にWJの外部に放出し、切断加工が進まず、切断効率が低下する。   Here, the relationship between the wastewater existing near the processing point and WJ will be described. There is waste water that is water jetted as WJ in the vicinity of the processing point, but the waste water is pushed away from the vicinity of WJ by the momentum of jetting WJ. However, if the momentum of the WJ is weak, or if the vicinity of the processing point is narrow and the waste water stays in the vicinity of the processing point, the WJ cannot push the waste water, and the waste water interferes with the WJ. Then, since the surface of the WJ disappears in the portion interfering with the wastewater, the laser L is emitted to the outside of the WJ before reaching the processing point, the cutting process does not proceed, and the cutting efficiency is lowered.

本実施形態において、第1の切断スリット32及び第2の切断スリット32は仰角に形成されるため、切断スリット内の廃水は、重力にしたがって、切断スリットの外部に流れていく。そのため、本実施形態においては、配管2の肉厚が厚く、切断スリットの切断深さが深くなる場合であっても、効率よく配管2を切断することが可能である。   In this embodiment, since the 1st cutting slit 32 and the 2nd cutting slit 32 are formed in an elevation angle, the waste water in a cutting slit flows into the exterior of a cutting slit according to gravity. Therefore, in the present embodiment, the pipe 2 can be efficiently cut even when the pipe 2 is thick and the cutting depth of the cutting slit is deep.

(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態について図9を用いて説明する。図9は、第5の実施形態における切断中のウォータジェットと配管の配管中心軸に平行な縦断面図である。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a longitudinal sectional view parallel to the central axis of the water jet and the pipe being cut in the fifth embodiment.

なお、第1の実施形態乃至第4の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment thru | or 4th Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施形態の第1の切断ステップ及び第2の切断ステップにおいて、図8に示すようにレーザLを伝播させたWJは俯角に施工ヘッド13から噴出される。WJは重力加速度を得ることができ、加工点に噴出するWJの勢いは重力加速度の分だけ高まる。そのため、WJは加工点付近の廃水をより多く押しのけることが可能となる。よって、廃水による切断加工の阻害を低減することが可能であり、本実施形態においては、効率よく配管2を切断することが可能である。   In the first cutting step and the second cutting step of the present embodiment, as shown in FIG. 8, the WJ that has propagated the laser L is ejected from the construction head 13 at a depression angle. The WJ can obtain a gravitational acceleration, and the momentum of the WJ ejected to the processing point increases by the gravitational acceleration. Therefore, WJ can push more waste water near the processing point. Therefore, it is possible to reduce the hindrance of the cutting process by wastewater, and in this embodiment, it is possible to cut the pipe 2 efficiently.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、実施形態の組み合わせであってもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. Moreover, the combination of embodiment may be sufficient. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、配管2は鉛直方向に設置された配管には限られない。水平方向やそれ以外の角度で設置された配管、配管の屈曲部等にも適用することが可能である。また、本実施形態において、切断加工する対象箇所は第1の壁面2aおよび第2の壁面2bであり、切断対象箇所は1つの構造物内に設定されている。しかし、切断を行なう対象箇所は複数の対象にまたがっていてもよく、間隔を空けて重ねられた2枚の板にも適用することが可能である。なお、配管2が水平方向に設置された配管である場合、配管2の内部に廃液が溜まり、第2の切断ステップにおいて廃液とWJが干渉し切断加工が阻害されることが考えられる。そのため、廃水がWJに干渉することを防ぐための工夫が必要である。たとえば、第2の切断ステップで配管2に噴出するWJの流速を早めることで、廃水がWJに干渉することを防ぐことができる。また、第1の切断スリット32から配管2に、廃水を吸引する管等を挿入することで、廃水がWJに干渉することを防ぐことができる。   For example, the pipe 2 is not limited to a pipe installed in the vertical direction. The present invention can also be applied to piping installed at a horizontal direction or other angles, bent portions of piping, and the like. In the present embodiment, the target portions to be cut are the first wall surface 2a and the second wall surface 2b, and the cutting target portions are set in one structure. However, the target portion to be cut may extend over a plurality of targets, and the present invention can be applied to two plates that are stacked at intervals. In addition, when the pipe 2 is a pipe installed in the horizontal direction, waste liquid accumulates inside the pipe 2, and it is considered that the waste liquid and WJ interfere with each other and the cutting process is hindered in the second cutting step. Therefore, a device for preventing the wastewater from interfering with the WJ is necessary. For example, it is possible to prevent the wastewater from interfering with the WJ by increasing the flow velocity of the WJ ejected to the pipe 2 in the second cutting step. Further, by inserting a pipe or the like for sucking waste water into the pipe 2 from the first cutting slit 32, it is possible to prevent the waste water from interfering with the WJ.

また、被加工体は原子力発電所等に設けられた配管に限られない。他の施設に設けられた配管であってもよい。また、中空であれば配管以外のものであっても良い。また、被加工物の構成材料は炭素鋼に限られず、様々な金属やセラミック、樹脂等であるとしてもよい。   Further, the workpiece is not limited to piping provided at a nuclear power plant or the like. It may be a pipe provided in another facility. Moreover, other than piping may be sufficient if it is hollow. Further, the constituent material of the workpiece is not limited to carbon steel, and may be various metals, ceramics, resins, and the like.

また、液体流はWJであるものとしたか、レーザLを伝播させることが可能であれば水以外の液体で形成するものとしてもよい。また、レーザLを吸収する液体であったとしても、加工点において十分な出力を保ったレーザを伝播可能であればよい。   Further, the liquid flow may be WJ or may be formed of a liquid other than water as long as the laser L can be propagated. Further, even if the liquid absorbs the laser L, it is sufficient if it can propagate a laser having a sufficient output at the processing point.

また、WJを回動移動させる際は、施工ヘッド移動手段16で施工ヘッド13を移動させるのではなく、WJ噴出ノズル17を回動させるものとしてもよい。その際は、レーザLがWJ内に入射するよう、レーザ発振器11と集光光学系30等を調節する必要がある。   Further, when the WJ is rotated, the construction head moving means 16 does not move the construction head 13 but the WJ jet nozzle 17 may be rotated. In that case, it is necessary to adjust the laser oscillator 11, the condensing optical system 30, etc. so that the laser L may enter the WJ.

2・・・・・配管
2a・・・・・第1の壁面
2b・・・・・第2の壁面
10・・・・・レーザ加工装置
11・・・・・レーザ発振機
12・・・・・光学伝送手段
13・・・・・施工ヘッド
14・・・・・水供給手段
15・・・・・ガス供給手段
16・・・・・施工ヘッド移動手段
17・・・・・WJ噴出ノズル
18・・・・・加工位置測定手段
19・・・・・制御部
20・・・・・加工点
21・・・・・噴出孔
22・・・・・水供給配管
23・・・・・廃水循環機構
24・・・・・廃水トレー
25・・・・・廃水循環ポンプ
26・・・・・ろ過機構
27・・・・・ガス供給配管
28・・・・・ガスノズル
29・・・・・水室
30・・・・・集光光学系
31・・・・・ウィンドウ
32・・・・・第1の切断スリット
33・・・・・第2の切断スリット
34・・・・・切断経路
L・・・・・レーザ
WJ・・・・・ウォータジェット
R・・・・・気流
2... Piping 2 a... First wall 2 b... Second wall 10... Laser processing device 11... Laser oscillator 12. Optical transmission means 13 ... construction head 14 ... water supply means 15 ... gas supply means 16 ... construction head moving means 17 ... WJ jet nozzle 18 ... Processing position measuring means 19 ... Control unit 20 ... Processing point 21 ... Eject hole 22 ... Water supply pipe 23 ... Wastewater circulation Mechanism 24 ... Waste water tray 25 ... Waste water circulation pump 26 ... Filtration mechanism 27 ... Gas supply piping 28 ... Gas nozzle 29 ... Water chamber 30... Condensing optical system 31... Window 32... First cutting slit 33. Tsu door 34 ..... cutting path L ····· laser WJ ····· water jet R ····· airflow

Claims (9)

対象箇所に対してレーザを伝播させた液体流を噴出し、前記液体流を導光材として前記対象箇所に前記レーザを照射し前記対象箇所を切断加工するレーザ加工方法であって、

前記レーザを伝播させた液体流を第1の対象箇所に対して噴出させるとともに前記液体流の周囲を追随するような気流を噴出させ、第1の対象箇所を貫通し前記液体流および前記気流が通過することができる幅を有する第1の切断スリットを形成する第1の切断ステップと、
前記レーザを伝播させた液体流に前記第1の切断スリットを通過させて前記レーザを伝播させた液体流を第2の対象箇所に対して噴出させ、前記第2の対象箇所を貫通する第2の切断スリットを形成する第2の切断ステップと、を備え、
前記第2の対象箇所は第1の対象箇所と間隔を空けて配され、前記第1の切断スリットは前記第2の切断スリットよりもスリット幅が大きいレーザ加工方法。
A laser processing method of jetting a liquid flow in which a laser is propagated to a target location, irradiating the target location with the liquid flow as a light guide material, and cutting the target location.

It is ejected airflow so as to follow the periphery of Rutotomoni the liquid flow is ejected liquid stream obtained by propagating the laser with respect to the first target portion, the liquid flow and the air flow through the first target portion a first cutting step of forming a first cutting slits have a width but can pass,
The liquid stream obtained by propagating the laser is passed through the first cutting slits in the liquid stream to propagate the laser is ejected with respect to the second target portion, the second penetrating the second target portion A second cutting step for forming a cutting slit of
The laser processing method, wherein the second target portion is arranged at a distance from the first target portion, and the first cutting slit has a slit width larger than that of the second cutting slit.
前記第1の切断ステップで前記第1の対象箇所に噴出される前記液体流は、前記第2の切断ステップで前記第1の切断スリットを通過する前記液体流よりも、流方向に垂直な断面の径が大きい請求項1に記載のレーザ加工方法。 The liquid flow ejected to the first target location in the first cutting step has a cross section perpendicular to the flow direction, rather than the liquid flow passing through the first cutting slit in the second cutting step. The laser processing method according to claim 1, wherein the diameter of the laser is large. 前記液体流は仰角に前記対象箇所に噴出される請求項1または請求項2のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。 The laser processing method according to claim 1, wherein the liquid flow is ejected to the target portion at an elevation angle. 前記液体流は俯角に前記対象箇所に噴出される請求項1乃至請求項2のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。 The laser processing method according to claim 1, wherein the liquid flow is ejected to the target portion at a depression angle. 前記第2の切断ステップで前記第2の対象箇所に対して噴出する前記液体流の流速は、前記第1の切断ステップで前記第1の対象箇所に対して噴出する前記液体流の流速よりも速い請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。 The flow velocity of the liquid flow ejected to the second target location in the second cutting step is higher than the flow velocity of the liquid stream ejected to the first target location in the first cutting step. The laser processing method according to claim 1, which is fast. 前記対象箇所中で前記液体流が噴出されている部分である加工点の位置を測定する加工位置測定ステップを備える、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。 The laser processing method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a processing position measuring step of measuring a position of a processing point that is a portion where the liquid flow is ejected in the target portion. 前記液体流に起因する廃液を収集し、前記廃液から切断屑を除去し、前記切断屑が除去された前記廃液を前記液体流の形成に利用する廃液循環ステップを備える、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。 The waste liquid circulation step which collects the waste liquid resulting from the liquid flow, removes cutting waste from the waste liquid, and uses the waste liquid from which the cutting waste has been removed for forming the liquid flow is provided. The laser processing method according to claim 6. 対象箇所に対してレーザを伝播させた液体流を噴出し、前記液体流を導光材として前記対象箇所にレーザを照射し前記対象箇所を切断加工するレーザ加工装置であって、
第1の対象箇所と前記第1の対象箇所と間隔を空けて配された第2の対象箇所を切断するために、前記レーザ加工装置の各部を制御する制御部を有し、
前記制御部は前記レーザを伝播させた液体流を前記第1の対象箇所に噴出させるとともに前記液体流の周囲を追随するような気流を噴出させて前記第1の対象箇所を貫通し前記液体流および前記気流が通過することができる幅を有する第1の切断スリットを形成させ、
前記レーザを伝播させた液体流に前記第1の切断スリットを通過させて前記レーザを伝播させた液体流を前記第2の対象箇所に対して噴出させ、前記第2の対象箇所を貫通し前記第1の切断スリットよりもスリット幅が狭い第2の切断スリットを形成するよう制御する前記レーザ加工装置。
A laser processing apparatus for ejecting a liquid flow in which a laser is propagated to a target location, irradiating the target location with a laser using the liquid flow as a light guide material and cutting the target location,
In order to cut the first target location and the second target location spaced apart from the first target location, a control unit that controls each part of the laser processing apparatus,
Wherein the control unit through said first target portion in the air flow to the jet so as to follow the periphery of the allowed Rutotomoni the liquid flow ejected liquid stream to propagate the laser to the first target portion the liquid to form a first cutting slits have a width in which the flow and the air flow can pass,
The liquid flow propagated through the laser passes through the first cutting slit, and the liquid flow propagated through the laser is ejected to the second target location, penetrating through the second target location, and The said laser processing apparatus controlled to form the 2nd cutting slit whose slit width is narrower than a 1st cutting slit.
前記液体流に起因する廃液を収集するトレー部と、
前記トレー部に収集された前記廃液から切断屑を除去するろ過部と、
前記液体流を噴出する施工ヘッドに前記切断屑が除去された前記廃液を循環させる廃液循環ポンプとを備える、請求項8に記載のレーザ加工装置。
A tray unit for collecting waste liquid resulting from the liquid flow;
A filtration unit for removing cutting waste from the waste liquid collected in the tray unit;
The laser processing apparatus of Claim 8 provided with the waste liquid circulation pump which circulates the said waste liquid from which the said cutting waste was removed to the construction head which ejects the said liquid flow.
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