JPH05277773A - 鋼板のレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切断材料のコーナ部においてドロスの吹上や
セルフバーニング等の切断不可能状態を引起こすことな
く安定且つ確実に切断方向の転換を行い、コーナ部の溶
け落ちを発生させることなくレーザ切断加工を行う。 【構成】 切断経路１では通常の切断条件でコーナ部２
まで切断加工を行い、該コーナ部２から切断経路３へ方
向転換する場合は、材料・板厚・コーナ部の角度により
決定される区間４を設け、該区間４を同様に決定される
切断条件により切断を行う。区間４における切断条件と
しては、ドラグの遅れを生じないようなレーザビームの
パルス切断条件を採用する。そして、区間４における切
断加工を終了した後は、通常の切断条件により切断経路
３を継続して切断して行く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切断材料のコーナ部に
おいてドロスの吹上やセルフバーニング等の切断不可能
状態を引起こすことなく安定且つ確実に切断方向の転換
を行うと共に、コーナ部の溶け落ちを発生させることな
くレーザ切断加工を行う場合に好適な鋼板のレーザ加工
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軟鋼やステンレス鋼の薄板のコー
ナ部（鋭角部）をレーザ切断加工により処理する場合、
切断時におけるレーザビームのパルス波形を制御するこ
とにより、コーナ部に対する入熱を抑える方法を取って
いる。他方、軟鋼やステンレス鋼の厚板のコーナ部をレ
ーザ切断加工により処理する場合、コーナ部におけるド
ラグの遅れが原因で、コーナ部で切断方向を転換した直
後は切断材料の上部で発生した溶融金属が排除されずに
切断材料中に滞留し、コーナ部に対する過剰な入熱が原
因で、余分な切断材を溶かし切断材料の下部に排除され
る結果、コーナ部に溶け落ちが発生すると考えられてい
る。更に、滞留した溶融金属が切断材料の下部へ抜けき
らない場合は、溶融金属が切断用酸素の吹き上がりのた
めに切断材料の上部へ吹き出す問題が発生する。更に、
切断材料の直線部分の切断等、連続して切断カーフが形
成されていく場合、切断カーフ中を流れるアシストガス
は定状的な流れとなるが、コーナ部において方向転換直
後のようにカーフの形成が不連続となる場合には、アシ
ストガス流も定状的に流れることは困難であり、アシス
トガス流により切断カーフから排除される溶融金属も安
定した状態で排除されることは困難となる。そこで、切
断材料のコーナ部に対する入熱の解決策としては、コー
ナ部においてレーザビームの照射を中止することにより
切断加工を数秒間停止し、アシストガス等の冷却媒体で
コーナ部を冷却することにより、切断加工を継続する方
法が開発されている。また、切断材料のコーナ部におけ
る切断速度の低下に応じ、レーザ出力を制御する方法も
開発されている。他方、切断材料のコーナ部に発生する
ドラグの遅れが原因で、切断カーフ低部の切り残しが発
生する問題もあるが、その解決策としては、コーナ部に
おいて切断加工を停止し、穴孔け加工を行った後、冷却
媒体でコーナ部を冷却することにより、切断加工を継続
する方法が開発されている。また、コーナ部における切
断速度の変化が、コーナ部に過剰な入熱を発生させる原
因となる問題があるが、その解決策としては、切断条件
を補正することにより、コーナ部を切断する方法が開発
されている。前記切断条件補正区間の決定は、コーナ部
における切断機の加減速関数とする場合が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の各種方法を用いた場合においても未だ解決でき
ない下記の如くの問題があった。 切断材料の板厚が厚くなるほど鋼板の冷却に時間がか
かると共に、最適な加工を行うことができない。 切断材料の板厚が厚くなるほど加工が困難化する。即
ち、板厚が１６ｍｍ以上の厚板になると、コーナ部角度
が９０度の角度でも安定して切断方向を転換することは
極めて困難となる。 他方、切断材料のコーナ部において切断方向を転換し
た直後は、切断材料の上部と下部とでは切断カーフの形
成速度が相異し、切断材料の上部で発生したドロスを安
定した状態で排除することができないため、ドロスが切
断材料中に滞留する結果、コーナ部に対する入熱過剰が
発生し、溶け落ちの発生、ドロスの吹上、セルフバーニ
ング等の切断不能状態を引起こす。

【０００４】本発明は前記課題を解決するもので、切断
材料のコーナ部においてドロスの吹上やセルフバーニン
グ等の切断不可能状態を引起こすことなく安定且つ確実
に切断方向の転換を行うと共に、コーナ部の溶け落ちを
発生させることなくレーザ切断加工を行うことを達成し
た鋼板のレーザ加工方法の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１の本発明は、アシストガスに酸素等を用い
たレーザ切断加工の鋼板のコーナ部や急激な切断加工方
向の転換をする加工経路をレーザにより切断加工する鋼
板のレーザ加工方法において、鋼板のコーナ部へ至る切
断経路は通常の切断条件に基づき切断加工を行い、該コ
ーナ部から他の切断経路へ切断方向を転換する際は、他
の切断経路における最初の経路を切断材料の材質・板厚
・コーナ部角度等から決定される区間として設定し、該
区間を切断材料の材質・板厚・コーナ部角度等から決定
されるレーザ出力、パルス周波数、パルスデューティ、
切断速度、アシストガス圧力等の切断条件に基づき切断
加工を行い、該区間の切断加工終了後は通常の切断条件
に基づき切断加工を行うことを特徴とする。請求項２の
本発明は、アシストガスに酸素等を用いたレーザ切断加
工の鋼板のコーナ部や急激な切断加工方向の転換を有す
る加工経路をレーザにより切断加工する鋼板のレーザ加
工方法において、鋼板のコーナ部の角度を判別し、該判
別した鋼板のコーナ部の角度が設定角度以上の場合に
は、該コーナ部では通常の切断加工を行い、該判別した
鋼板のコーナ部の角度が設定角度以下の場合には、該コ
ーナ部では切断材料の材質・板厚毎に設定してあるレー
ザ出力、パルス周波数、パルスデューティ、切断速度、
アシストガス圧力等の切断条件に基づき切断加工を行う
ことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明によれば、切断材料（３０度以上９０度
以下の加工経路の転換を有する軟鋼及びステンレス鋼の
厚板）の加工時には、コーナ部への過大な入熱による溶
け落ちを発生させることなく、最適な切断加工を行うこ
とができる。また、加工経路の転換点では、ドロス吹上
やセルフバーニング発生による加工を停止することな
く、切断方向の転換を円滑に行うことができる。また、
加工経路の途中の円弧部（半径５ｍｍ以下）では、ドロ
ス吹上やセルフバーニング発生による加工を停止するこ
となく、切断方向の転換を円滑に行うことができる。ま
た、レーザ穴孔け加工からレーザ切断加工へ移行時に
は、ドロス吹上やセルフバーニング発生による切断加工
を停止することなく、レーザ穴孔け加工からレーザ切断
加工への移行を円滑に行うことができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の鋼板のレーザ加工方法を適用
してなる実施例を図面に基づいて説明する。図１は本実
施例の、ＣＮＣレーザ切断加工機により角度９０度以下
のコーナ部の切断経路を有する材料の切断加工時の概略
図であり、切断経路１においては通常の切断条件でコー
ナ部２まで切断加工を行い、該コーナ部２から切断経路
３へ方向転換する場合には、切断材料の材質・切断材料
の板厚・切断材料のコーナ部の角度、により決定される
区間４を設け、該区間４を切断材料の材質・切断材料の
板厚・切断材料のコーナ部の角度により決定される切断
条件により切断を行うようになっている。この場合、区
間４における切断条件としては、ドラグの遅れを生じな
いようなレーザのパルス切断条件を採用するようになっ
ている。また、補正する切断条件としては、レーザ出力
・レーザのパルス周波数・レーザのパルスデューティ・
アシストガスの圧力・切断速度となっている。そして、
区間４における切断加工を終了した後は、切断経路３を
通常の切断条件により継続して切断して行くようになっ
ている。

【０００８】また、図２は本実施例のレーザ切断加工制
御のフローチャートであり、加工制御プログラム中の切
断材料のコーナ部の存在をＣＮＣ中で自動的に判断させ
ると共に、切断材料及び板厚の条件をプログラム中に付
与することにより、切断材料のコーナ部の加工や、急激
な切断加工方向の転換を有する加工経路の加工を自動的
に行わせるようになっている。なお、前記レーザ切断加
工制御は、プログラム作表装置で角度判別を行い、ＮＣ
データを作成する方法であってもよい。

【０００９】図２の制御手順は下記の通りである。 ステップＳ１：切断材料のコーナ部の角度を判別すべ
く、レーザ切断加工機の制御装置に格納されている加工
制御プログラムを数ブロック分、先読みする。 ステップＳ２：前記ステップＳ１で数ブロック先読みし
た加工制御プログラムに基づき、切断材料のコーナ部の
角度を自動判別し、角度計算を行う。 ステップＳ３：前記ステップＳ２の角度計算に基づき、
切断材料のコーナ部の角度が設定角度以下の角度か、設
定角度を越える角度かを判定する。 ステップＳ４：前記ステップＳ３の判定で、切断材料の
コーナ部の角度が設定角度を越える角度の場合は、切断
材料に対し通常の切断加工を行う。 ステップＳ５：前記ステップＳ３の判定で、切断材料の
コーナ部の角度が設定角度以下の角度の場合は、コーナ
部の次ブロックを角度毎に予め決定されたコーナ部から
の距離を別ブロックのプログラムとして分割する。 ステップＳ６：前記ステップＳ５でブロック分割を行っ
た後、レーザ切断加工機の制御装置に、材質・板厚毎に
各切断材料別の切断条件を予め入力してあるコーナ部切
断加工条件テーブルから、当該切断材料の切断条件を読
込む。 ステップＳ７：前記ステップＳ６で読込んだ当該切断材
料の切断条件に基づき、切断材料のコーナ部の切断加工
を行う。

【００１０】次に、本出願人が、切断材料としてＳＳ４
００材を使用し切断条件を各種変化させた場合における
測定結果を図３〜図６に示す。

【００１１】コーナ部の角度に対しコーナ部の区間４
の長さを変化させた場合 切断材料：ＳＳ４００材、板厚：１２ｍｍ、レーザ出
力：２０００Ｗ、パルス周波数：１０Ｈｚ、パルスデュ
ーティ：２０％、コーナ部切断速度：１００ｍｍ／ｍｉ
ｎの条件下での、コーナ部角度とコーナ移動距離との特
性は図３に示す如くとなった。

【００１２】コーナ部の角度に対しパルス周波数を変
化させた場合 切断材料：ＳＳ４００材、板厚：１２ｍｍ、レーザピー
ク出力：２０００Ｗ、パルスデューティ：１０％、切断
速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ、コーナ移動距離：３ｍｍの
条件下での、コーナ部角度とパルス周波数との特性は図
４に示す如くとなった。

【００１３】コーナ部の角度に対しパルスデューティ
を変化させた場合 切断材料：ＳＳ４００材、板厚：１２ｍｍ、レーザピー
ク出力：２０００Ｗ、パルス周波数：１０Ｈｚ、切断速
度：１００ｍｍ／ｍｉｎ、コーナ移動距離：３ｍｍの条
件下での、コーナ部角度とパルスデューティとの特性は
図５に示す如くとなった。

【００１４】板厚に対しパルスデューティを変化させ
た場合 切断材料：ＳＳ４００材、レーザ出力：３０００Ｗ、パ
ルス周波数：１０Ｈｚ、切断速度：１００ｍｍ／ｍｉ
ｎ、コーナ移動距離：２ｍｍの条件下での、直角コーナ
部における板厚とパルスデューティとの特性は図６に示
す如くとなった。

【００１５】即ち、本実施例によれば、軟鋼及びステン
レス鋼の厚板（板厚が６ｍｍ以上）の鋭角なコーナ部を
加工する場合や、急激な切断加工方向の転換を有する加
工経路を加工する場合に、コーナ部では該コーナ部の溶
け落ちを防止することができ、また、急激な切断加工方
向の転換を有する加工経路では安定した加工を継続する
ことができる。

【００１６】尚、本実施例の図３〜図６に示した測定結
果における数値は一例であり、測定結果における数値は
レーザ発振器の種類・レーザ発振状態・レーザ加工切断
機の種類・切断材料等により変化する場合があるため、
図３〜図６記載の数値に限定されるものではない。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記の効果を奏することができる。 切断材料（３０度以上９０度以下の切断経路の転換を
有する軟鋼及びステンレス鋼の厚板）をレーザ切断加工
する場合、鋭角側の切断加工済み材料に、従来の如くコ
ーナ部への過大な入熱に伴う溶け落ちを発生させること
なく、最適な切断加工を行うことができる。 また、切断材料（９０度以下の加工経路の転換を有す
る軟鋼及びステンレス鋼の厚板）をレーザ切断加工する
場合、従来の如く加工経路の転換点においてドロスの吹
上やセルフバーニングの発生に伴い切断加工を停止する
ようなことなく、切断方向の転換を円滑に行うことがで
きる。 また、切断材料（加工経路の途中に半径５ｍｍ以下の
円弧状の加工経路を有する軟鋼及びステンレス鋼の厚
板）をレーザ切断加工する場合、従来の如く円弧部にお
けるドロスの吹上やセルフバーニングの発生に伴い切断
加工を停止するようなことなく、切断方向の転換を円滑
に行うことができる。 また、切断材料（軟鋼及びステンレス鋼の厚板）のレ
ーザ切断加工時に、レーザ穴孔け加工からレーザ切断加
工へ移行する場合、従来の如くドロスの吹上やセルフバ
ーニングの発生に伴い切断加工を停止するようなことな
く、レーザ穴孔け加工からレーザ切断加工への移行を円
滑に行うことができる。 また、上記の各加工方法は自動制御により行われるた
め（ＣＮＣ制御）、切断条件の変更等に伴うプログラム
操作の煩雑性を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のレーザ切断加工の概略図であ
る。

【図２】本発明の実施例のレーザ切断加工制御のフロー
チャートである。

【図３】本発明の測定結果例を示す特性図である。

【図４】本発明の測定結果例を示す特性図である。

【図５】本発明の測定結果例を示す特性図である。

【図６】本発明の測定結果例を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 切断経路 ２ コーナ部 ３ 切断経路 ４ 区間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アシストガスに酸素等を用いたレーザ切
   断加工の鋼板のコーナ部や急激な切断加工方向の転換を
   有する加工経路をレーザにより切断加工する鋼板のレー
   ザ加工方法において、 鋼板のコーナ部へ至る切断経路は通常の切断条件に基づ
   き切断加工を行い、該コーナ部から他の切断経路へ切断
   方向を転換する際は、他の切断経路における最初の経路
   を切断材料の材質・板厚・コーナ部角度等から決定され
   る区間として設定し、該区間を切断材料の材質・板厚・
   コーナ部角度等から決定されるレーザ出力、パルス周波
   数、パルスデューティ、切断速度、アシストガス圧力等
   の切断条件に基づき切断加工を行い、該区間の切断加工
   終了後は通常の切断条件に基づき切断加工を行うことを
   特徴とする鋼板のレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 アシストガスに酸素等を用いたレーザ切
   断加工の鋼板のコーナ部や急激な切断加工方向の転換を
   有する加工経路をレーザにより切断加工する鋼板のレー
   ザ加工方法において、 鋼板のコーナ部の角度を判別し、該判別した鋼板のコー
   ナ部の角度が設定角度以上の場合には、該コーナ部では
   通常の切断加工を行い、該判別した鋼板のコーナ部の角
   度が設定角度以下の場合には、該コーナ部では切断材料
   の材質・板厚毎に設定してあるレーザ出力、パルス周波
   数、パルスデューティ、切断速度、アシストガス圧力等
   の切断条件に基づき切断加工を行うことを特徴とする鋼
   板のレーザ加工方法。