KR100970241B1 - 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치 - Google Patents

Abstract

피가공물(W)의 가공부에 레이저광(L2)을 조사하고 레이저광(L2)과 동축으로 배치된 노즐(3)에서 가공부를 향해 어시스트 가스(C)를 분사하여 어시스트 가스(C)에 의해 가공부를 덮고, 해당 가공부에 피어싱공(H)을 가공하는 가공 장치이다. 이 가공 장치는 레이저광(L2)을 조사 개시 후에 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 노즐(3)을 이동시키면서 피어싱공(H)을 가공하는 제어수단(10)을 구비한다.

Description

레이저 피어싱 방법 및 가공 장치{Laser piercing method and machining equipment}

본 발명은 레이저 가공 장치에 의한 피가공재에 대한 피어싱 방법 및 해당 피어싱 방법을 사용한 가공 장치에 관한 것이다.

본원은 2005년 6월 7일에 일본에 출원된 일본특원2005-166996호 및 2006년 4월 7일에 일본에 출원된 일본특원2006-106982호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 예를 들면 강판 등의 피가공재를 레이저 가공 장치로 절단 가공하는 경우, 절단 가공을 하기 위한 기점이 되는 위치에 레이저 피어싱에 의해 φ수밀리미터의 작은 관통공을 만들고, 그곳을 기점으로 하여 절단된다.

이 관통공은 재료 수율을 저하시키지 않고 피가공재의 완성 정밀도를 높이는 점에서 중요하며, 후공정의 절단 가공에 지장이 없는 범위에서 가능한 한 작게, 또한 원하는 치수로 형성되는 것이 바람직하다.

도 17에 도시한 것은 레이저 가공 장치의 레이저 토치(400)의 개략 구성을 도시한 것으로서, 레이저 토치(400)는 노즐(402)과 집광 렌즈(404)를 구비하고 있으며, 노즐(402)은 통상체(筒狀體)로 형성되고, 그 기단부(402a)에서 선단측 개구 부(402b)를 향해 레이저광(L2)을 통과할 수 있도록 되어 있으며, 기단부(402a) 쪽에는 집광 렌즈(404)가 배치되어 있다.

또 노즐(402)의 개구부(402b)는 집광 렌즈(404)를 통과한 레이저광(L2)과 동축으로 되어 있다.

또 노즐(402)에는, 조사한 레이저광(L2)에 의해 피가공재(W)를 용융, 증발시킬 때 산화 반응에 의해 피가공재(W)를 연소시키기 위한 어시스트 가스(G)를 노즐(402)에 도입하기 위한 도입 경로(403)가 마련되어 있다.

상기 레이저 토치(400)를 사용하여 피가공재(W)에 피어싱공(孔)(H2)을 가공하는 경우, 피가공재(W)에 노즐(402)의 개구부를 대향시키고 도입 경로(403)에서는 노즐(402) 내부에 어시스트 가스(G)를 도입하고, 도입된 어시스트 가스(G)가 노즐(402)의 개구부(402b)에서 분사되어 피가공재(W)의 가공부를 피복하도록 되어 있다.

계속해서, 레이저 토치(400)에서 레이저광(L1)이 조사되면, 집광 렌즈(404)에 의해 피가공재(W)의 표면 근방에 초점을 가진 레이저광(L2)으로 집광된다. 이와 같이 하여 피가공재(W)의 표면 근방의 초점으로 집광된 레이저광(L2)은 피가공재(W)를 용융, 증발시켜 용융지(溶融池)(405)를 형성함과 동시에 개구부(402b)에서 분사된 어시스트 가스(G)에 의해 산화, 연소됨으로써 어시스트 가스(G)의 분류(噴流)에 의해 용융물이 제거된다. 이와 같은 레이저광에 의한 피어싱공(H2)의 가공을 하는 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에 도시한 것과 같은 것이 개시되어 있다.

또 이와 같은 피어싱공(H2)의 가공시에 피가공재(W)에 형성되는 용융지(405) 안에서 발생하는 용융금속에 과잉 산화, 연소 반응이 일어나면 피어싱공(H2)의 직경이 커져 재료 수율이 저하된다.

한편, 예를 들면 레이저광을 펄스의 형태로 발진시켜 피어싱공 가공을 한 경우, 피어싱공 직경의 정밀도는 향상되지만 가공 효율이 현저하게 저하된다.

그래서 레이저광에 의한 피어싱공 가공을 하는 경우에 피어싱공(H2)의 절단 정밀도를 향상시키는 기술로서, 예를 들면 특허문헌 2에 도시한 것과 같은 것이 개시되어 있다.

그러나 상기 방법에 의하면, 용융물을 배출시키는 홈을 사전에 마련할 필요가 있으며 배출구의 존재에 의해 피어싱공도 커진다는 문제가 있었다.

또 피어싱시에는 피가공재(W)에서 과잉 산화, 연소 반응이 일어나면 피어싱공 직경이 커져 재료 수율이 저하되고, 반면, 예를 들면 레이저광을 펄스의 형태로 발진시켜 피어싱한 경우, 피어싱공 직경의 정밀도는 향상되지만, 가공 효율이 현저하게 저하된다는 문제가 있었다.

따라서 높은 가공 효율을 유지하면서 원하는 치수의 피어싱공을 고정밀도로 가공할 수 있는 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치가 요구되어 왔다.

특허문헌 1: 일본특개2001-47268호 공보

특허문헌 2: 일본특허제3292021호 공보

본 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로서, 강판 등의 금속제 피가공재에 피어싱 가공을 하는 경우에 피어싱공 직경이 커지는 것을 방지하면서 높은 가공 효율로 원하는 직경의 피어싱공을 형성하여 제조 비용을 줄일 수 있는 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치를 제공하는 데에 기술적 과제가 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 이하의 수단을 제안하고 있다.

청구항 1에 기재된 발명은, 피가공물의 가공부에 레이저광을 조사하면서 상기 레이저광과 동축으로 배치된 노즐에서 상기 가공부를 향해 어시스트 가스를 분사하여 어시스트 가스에 의해 상기 가공부를 덮고, 해당 가공부에 피어싱공을 가공하는 레이저 피어싱 방법으로서, 상기 레이저광을 조사 개시 후에 상기 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 상기 노즐을 이동시키면서 피어싱공을 가공하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 7에 기재된 발명은, 피가공물의 가공부에 레이저광을 조사하면서 상기 레이저광과 동축으로 배치된 노즐에서 상기 가공부를 향해 어시스트 가스를 분사하여 어시스트 가스에 의해 상기 가공부를 덮고, 해당 가공부에 피어싱공을 가공하는 가공 장치로서, 상기 레이저광을 조사 개시 후에 상기 가공 기점에서 5㎜의 범위 내에서 상기 노즐을 이동시키면서 피어싱공을 가공하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치에 의하면, 레이저광을 조사 개시하여 피어싱공을 가공하기 시작한 후에 노즐의 중심을 가공 기점에서 옵셋시켜 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 이동시키기 때문에 어시스트 가스의 압력 분포 중심이 용융지의 중심에서 옵셋된다. 그 결과, 어시스트 가스의 압력 분포가 용융지의 중심과 동심이 되지 않게 되고 용융지의 개구부에서의 어시스트 가스의 압력 분포가 용융지의 중심에 비대칭이 되어 용융지의 개구부에서의 압력 균형이 깨진다.

어시스트 가스의 압력 분포가 용융지의 중심과 동심이었을 때, 어시스트 가스가 용융지의 뚜껑처럼 작용하여 용융물이 용융지 안에 안정적으로 유지되어 있었던 것이 압력 균형이 깨져 용융지의 개구부에 용융물에 가해지는 압력이 높은 영역과 낮은 영역이 생긴다. 그 결과, 압력이 높은 영역에서 낮은 영역으로 용융물이 압력차에 의해 이동되어 용융지 밖으로의 배출이 촉진된다.

그 결과, 용융지 안에 저류(貯留)되는 용융물이 적어져 과잉 산화 반응이나 연소가 억제됨으로써 피어싱공 직경이 줄어든다.

또 가공 기점의 근방을 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 노즐이 이동함으로써 용융지에서 배출된 용융물이 용융지의 주위로 분산되어 배출되기 때문에 배출물에서 방출되는 열이 한곳으로 집중되지 않고 피어싱공 주변의 피가공재에서 국부적인 과열, 과잉 산화 반응이 억제되어 피어싱공의 확대가 억제된다.

그 결과, 레이저광을 연속적으로 조사한 경우에 연속 조사에 의한 높은 생산성을 확보하면서 공(孔)직경 정밀도가 높은 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

여기에서, 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 노즐이 이동하는 것의 의의는, 가공 기점에서 5㎜ 이상 떨어지면 가공되는 피어싱공이 커져 노즐을 이동시킬 수 없는 경우와의 차이를 발견할 수 없게 되기 때문이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 레이저 피어싱 방법에 있어서, 상기 노즐을 가공 기점의 둘레로 주회(周回) 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 8에 기재된 발명은, 청구항 7에 기재된 가공 장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 노즐을 가공 기점의 둘레로 주회 이동시키는 주회 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치에 의하면, 피어싱공을 가공하기 시작한 후에 노즐의 중심을 가공 기점에서 옵셋시켜 가공 기점의 둘레로 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 주회시키기 때문에 옵셋시킨 후 피어싱공의 가공이 종료될 때까지는 노즐은 항상 어시스트 가스의 압력 분포 중심이 용융지의 중심으로부터 옵셋된다. 그 결과, 용융지의 개구부에서의 압력 균형이 깨져 용융물이 용융지 밖으로 배출되는 것이 촉진되어 용융지 안에 저류되는 용융물이 줄어들어 과잉 산화 반응이나 연소가 억제됨으로써 피어싱공 직경이 작아진다.

청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 레이저 피어싱 방법에 있어서, 상기 노즐을 왕복 이동을 포함한 궤적으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 9에 기재된 발명은, 청구항 7에 기재된 가공 장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 노즐을 왕복 이동을 포함한 궤적으로 이동시키는 왕복 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치에 의하면, 피어싱공을 가공하기 시작한 후에 노즐은 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 왕복 이동을 포함한 궤적으로 이동된다.

노즐이, 궤적이 간결한 왕복 이동을 하는 노즐의 이동이 용이하여, 고속 이동이 가능해져 용융지 안의 용융물에 대해 급격한 압력의 편향을 주어 큰 압력 변동에 의해 용융지 밖으로의 용융물 배출이 촉진된다. 그 결과, 용융지 안의 용융물이 줄어들고 산화 반응이나 연소가 억제됨으로써 피어싱공 직경이 작아진다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 레이저 피어싱 방법에 있어서 상기 이동은 상기 노즐을 지그재그로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 10에 기재된 발명은, 청구항 7에 기재된 가공 장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 노즐을 지그재그로 이동시키는 지그재그 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치에 의하면, 피어싱공을 가공하기 시작한 후에 노즐은 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 지그재그로 이동된다.

노즐이, 궤적이 간결한 왕복 이동과, 이 왕복 이동과 직교하는 방향으로의 이동을 동반하여 지그재그 이동하기 때문에 노즐의 이동이 용이하여 고속 이동이 가능해지고, 또 왕복 이동 방향과 직교하는 이동을 함으로써 용융지 안의 광범위한 압력의 편향을 부여하기 때문에 용융지 안의 용융물에 대해 급격한 압력의 편향을 부여하여 용융지 밖으로의 용융물 배출이 촉진된다. 그 결과, 용융지 안의 용융물이 줄어들고 산화 반응이나 연소가 억제됨으로써 피어싱공 직경이 작아진다.

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 레이저 피어싱 방법에 있어서,

상기 노즐에서 분사되는 어시스트 가스의 산소 농도(C)는 상기 피어싱공 가공을 하는 가공부의 두께(t)에 대응하여 결정되고,

상기 산소 농도(C)는,

0<t<8㎜의 범위에서, 0<C<99.9

8≤t<13.5㎜의 범위에서, 0<C≤―1.65t+111.2

13.5≤t≤26.33㎜의 범위에서,

5.28t-71.28≤C≤―1.65t+111.2

C; 산소 농도(Vol%), t; 가공부의 두께(㎜)

인 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 기재된 발명은, 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 가공 장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 노즐에서 분사되는 어시스트 가스의 산소 농도(C)를, 상기 피어싱공 가공을 하는 가공부의 두께에 대응하여 결정하는 산소 농도 조정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치에 의하면, 노즐에서 분사되는 어시스트 가스의 산소 농도(C)를, 피어싱공 가공을 하는 금속제의 피가공재 가공부의 두께(t), 예를 들면 판두께에 따라 결정하고, 그 산소 농도(C)에서 피어싱공 가공을 하기 때문에 피가공재의 과잉 산화, 연소가 억제되어 슬래그의 양이 삭감되기 때문에 각 피가공재 가공부의 두께(t)에서 재료 수율이나 품질면에서 보다 작은 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 어시스트 가스의 산소 농도(C)를 조정함으로써 레이저광을 연속적으로 조사한 경우라 해도 과잉 산화, 연소가 억제되어 연속 조사에 의한 높은 생산성을 확보하면서 공직경이 작은 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 레이저광을 연속적으로 조사한 경우에도 어시스트 가스의 산소 농도(C)를 조정함으로써 과잉 산화, 연소가 억제되어 연속 조사에 의한 높은 생산성을 확보하면서 공직경 정밀도가 높은 피어싱공을 숙련 기술자에게 의존하지 않고 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1에서 청구항 5의 어느 것에 기재된 레이저 피어싱 방법에 있어서, 상기 피어싱공을 관통한 후에 상기 노즐을 상기 피어싱공 주위의 피가공재 표면의 윗쪽으로 이동시키고, 상기 피어싱공을 관통한 후에 상기 노즐을 상기 피어싱공 주위의 피가공재 표면의 윗쪽으로 이동시키고, 상기 레이저광을 조사하여 드로스(dross)를 재용융함과 동시에 상기 노즐에서 어시스트 가스를 분사하면서 상기 피어싱공의 주위를 주회하여 상기 피어싱공의 주위에 형성된 드로스를 제거하는 것을 특징으로 한다.

청구항 12에 기재된 발명은, 청구항 7에서 청구항 11의 어느 것에 기재된 가공 장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 피어싱공을 관통한 후에, 상기 노즐을 상기 피어싱공 주위의 피가공재 표면의 윗쪽으로 이동시키고, 상기 레이저광을 조사하여 드로스를 재용융함과 동시에 상기 노즐에서 어시스트 가스를 분사하면서 상기 피어싱공의 주위를 주회하여 상기 피어싱공의 주위에 형성된 드로스를 제거하는 드로스 제거수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치에 의하면, 피어싱공이 관통한 후에 노즐을 피어싱공 주위의 피가공재 표면 윗쪽으로 이동시키고 레이저광을 조사하여 드로스를 재용융함과 동시에 노즐에서 어시스트 가스를 분사하면서 피어싱공의 주위를 주회 이동하기 때문에 피어싱공 주위의 피가공재 표면에 형성된 드로스를 제거하기 쉽게 용융하고 또한 어시스트 가스의 분사압에 의해 제거하기 때문에 용이하고도 효율적으로 제거할 수 있어, 그 결과 피어싱공 주변의 마무리를 용이하고도 확실히 수행하여 고품질의 피어싱공을 가공할 수 있다.

또 노즐을 주회 이동시켜 상기 레이저광을 조사하여 드로스를 재용융시키면서 근거리에서 어시스트 가스를 분사하기 때문에 작은 유량의 어시스트 가스로 확실히 드로스를 제거할 수 있으며, 그 결과, 가공 시간과 가공 비용을 대폭 줄일 수 있다.

청구항 13에 기재된 발명은, 노즐에서 분사된 어시스트 가스에 의해 금속제의 피가공재의 가공부를 덮고 해당 가공부에 레이저광을 조사함으로써 금속판에 피어싱하는 레이저 피어싱 방법으로서, 상기 가공부의 두께에 대응하여 결정된 산소 농도의 상기 어시스트 가스를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법에 의하면, 노즐에서 분사되는 어시스트 가스의 산소 농도가 피가공재 가공부 두께에 따라 결정되고, 그 산소 농도에서 피어싱이 이루어지기 때문에 각 피가공재 가공부 두께에서 재료 수율이나 품질면에서 양호한 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 레이저광을 연속적으로 조사한 경우에서도 과잉 산화, 연소가 발생하지 않도록 어시스트 가스의 산소 농도를 조정함으로써 연속 조사에 의한 높은 생산성을 확보하면서 구멍의 직경 정밀도가 높은 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

청구항 14에 기재된 발명은, 청구항 13에 기재된 레이저 피어싱 방법으로서, 상기 가공부의 두께에 따라 결정된 분사압의 상기 어시스트 가스를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법에 의하면, 어시스트 가스의 산소 농도에 추가하여 어시스트 가스의 분사압이 가공부의 두께에 따라 결정되고, 그 산소 농도 및 분사압으로 피어싱이 이루어지기 때문에 피어싱이 피가공재의 두께 방향의 가공 종단부 근방까지 진행한 경우에도 어시스트 가스의 분사 에너지가 가공점까지 충분하게 도달하여 용융물이 피어싱공에서 충분히 배제되고, 피어싱 가공이 원활하게 수행되어 셀프 버닝이 억제되기 때문에 재료 수율이나 품질면에서 양호한 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

청구항 15에 기재된 발명은, 청구항 14에 기재된 레이저 피어싱 방법으로서, 상기 산소 농도(C)는,

0<t<8㎜의 범위에서, 0<C<99.9

8≤t<13.5㎜의 범위에서, 0<C≤―1.65t+111.2

13.5≤t≤26.33㎜의 범위에서,

5.28t-71.28≤C≤―1.65t+111.2

또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)이,

0<t<13㎜의 범위에서,

0.015≤P≤0.05

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

P; 어시스트 가스의 분사압(MPa), t; 가공부의 두께(㎜)

C; 산소 농도(vol%)

인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법에 의하면, 레이저광을 피가공재에 연속 조사할 때에 가공부의 두께(t)에 따라 상기 수학식에서 주어지는 산소 농도(C)의 어시스트 가스를 상기 분사압(P)으로 분사시키면서 피어싱을 수행하기 때문에 과잉 산화, 연소 반응 발생이 억제된다.

그 결과, 피어싱공 직경이 종래에 비해 약 20% 작고, 가공부의 두께(t)에 대해 약 1/3의 양호한 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다. 또 형성되는 피어싱공 직경이 작기 때문에 피어싱공에서 비산되는 슬래그의 양이 억제되어 슬래그 부착에 의한 절단 오류나 슬래그에 기인하는 화재 발생의 염려가 없어지기 때문에, 종래 가공부의 두께(t)를 12㎜까지밖에 실현할 수 없었던 연속 조사에 의한 피어싱의 자동 운전을 감시하지 않고도 가공부의 두께(t)를 약 16㎜까지 할 수 있다.

또 분사압(P)을 상기 하한 이상으로 함으로써 피어싱공 안에서 용융물이 충분하게 배제되어 피어싱공 안에 용융물이 고이는 것이 줄어들기 때문에 피가공재로의 용융금속으로부터의 열전도 증대가 억제되어 가공 효율을 향상시키면서 셀프 버닝이 억제된다. 또 분사압(P)을 상기 상한 이하로 함으로써 피어싱공 안에서의 과잉 산화 반응과, 그에 따른 슬래그의 비산량 증대가 억제되기 때문에 원하는 직경의 피어싱공을 피가공재의 수율과 가공 효율을 향상시키면서 형성할 수 있다.

또 강판 등의 금속제 피가공재에 피어싱을 하고 그 주위를 절단 제거하여 작은 구멍을 형성하는 이른바 소공(小孔) 절단에서는, 연속 조사에 의해 소공 절단을 하는 경우, 절단 가능한 소공의 직경은 일반적으로 가공부의 두께(t)×약 1.5배 이상이지만, 소공 절단의 기점이 되는 피어싱공의 직경을 가공부의 두께(t)의 1/3까지 줄이면 레이저광 연속 조사에서 절단 가능한 소공 직경을 가공부의 두께(t)×약 1.3배까지 작게 할 수 있다.

그 결과, 직경이 가공부의 두께(t)의 1.3배 내지 1.5배인 소공을 뚫는 경우, 종래에는 레이저광을 펄스 조사하여 연속 조사에 비해 약 20∼30배의 가공 시간을 요구하였지만, 피어싱공 직경을 가공부의 두께(t)의 1/3로 함으로써 직경이 가공부의 두께(t)의 1.3배 내지 1.5배인 소공에서도 연속 조사에 의한 가공이 가능해져 가공 시간과 가공 비용을 대폭 줄일 수 있다.

청구항 16에 기재된 발명은, 청구항 14에 기재된 레이저 피어싱 방법으로서, 상기 산소 농도(C)가,

0<t<12㎜의 범위에서, 0<C<85

12≤t≤22.76㎜의 범위에서,

5.71t-68.52≤C≤―2.19t+111.28

또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)이,

0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

P; 어시스트 가스의 분사압(MPa), t; 가공부의 두께(㎜)

C; 산소 농도(vol%)

인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법에 의하면, 레이저광을 피가공재에 연속 조사할 때에 피가공재인 가공부의 두께(t)에 따라 상기 수학식에서 주어지는 산소 농도(C)의 어시스트 가스를 상기 분사압(P)으로 분사시키면서 피어싱하기 때문에 과잉 산화, 연소 반응 발생이 억제되어 피어싱공 직경이 종래에 비해 약 50% 작고, 가공부의 두께(t)에 대해 약 1/5의 양호한 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 형성되는 피어싱공 직경이 작아서 피어싱공으로부터 비산되는 슬래그의 양이 억제되기 때문에 연속 조사에 의한 피어싱의 자동 운전을 감시하지 않고도, 가공부의 두께(t)를 약 22㎜까지 할 수 있다.

또 피어싱공 직경을 가공부의 두께(t)의 1/5까지 작게 하면 가공부의 두께(t)×약 1.0배 이상 직경의 소공을 레이저광의 연속 조사에서 절단할 수 있게 되어 가공 시간과 가공 비용을 대폭 줄일 수 있다.

청구항 17에 기재된 발명은 청구항 14에 기재된 레이저 피어싱 방법으로서, 상기 산소 농도(C)가,

0<t<12.0㎜의 범위에서, 0<C<10

12.0≤t<13.3㎜의 범위에서,

0<C≤―0.255t2+14.5t-127.2

13.3≤t≤26.33㎜의 범위에서,

―0.255t2+14.5t-147.2≤C≤―0.255t2+14.5t-127.2

또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)이,

0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

P; 어시스트 가스의 분사압(MPa), t; 가공부의 두께(㎜)

C; 산소 농도(vol%)

인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법에 의하면, 산소 농도(C) 및 분사압(P)을 청구항 5에 도시한 범위로 조정함으로써 각각의 가공부의 두께(t)에서 구멍 직경이 거의 최소가 되는 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

각각의 가공부의 두께(t)에서 피어싱 가공이 안정되어 불량이 발생하지 않는 범위에서 피어싱공 직경이 대략 최소가 되는 산소 농도(C)를 수학식으로 하면,

어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)는,

0<t<12.0㎜의 범위에서, C=0

12.0≤t≤26.33㎜의 범위에서,

C=―0.255t2+14.5t-137.2

의 관계를 얻을 수 있으며 산소 농도(C)를 이 수학식보다도 증가시키면 피어싱 가공은 안정적이지만 피어싱공 직경은 커지고, 산소 농도(C)를 이 수학식보다도 감소시키면 피어싱공 직경은 작아지지만 피어싱 가공은 불안정해진다.

반면, 레이저 발진기의 성능이나 재질을 비롯한 피가공재의 개체 차이, 레이저 발진기에 대한 먼지 부착 등 경시적인 변화 등의 영향을 고려한 경우, 어시스트 가스의 산소 농도를 상기 수학식의 ―10%∼+10%의 범위로 조정함으로써 대략 최소 직경의 피어싱공을 가공할 수 있다.

청구항 18에 기재된 발명은, 노즐에서 분사된 어시스트 가스로 금속제의 피가공재 가공부를 덮고 해당 가공부에 레이저광을 조사함으로써 상기 가공부에 레이저 피어싱을 하는 가공 장치로서, 상기 가공부의 두께에 대응하여 상기 어시스트 가스의 산소 농도를 조정하는 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 가공 장치에 의하면, 노즐에서 분사되는 어시스트 가스의 산소 농도가 금속제의 피가공재 가공부 두께에 따라 조정수단에 의해 조정되고 피어싱되기 때문에 가공부의 두께에서 재료 수율이나 품질면에서 양호한 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 레이저광을 연속적으로 조사한 경우에도 과잉 산화, 연소가 발생하지 않도록 어시스트 가스의 산소 농도를 조정함으로써 연속 조사에 의한 높은 생산성을 확보하면서 공직경 정밀도가 높은 피어싱공을 숙련 기술자에게 의존하지 않고 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

청구항 19에 기재된 발명은, 노즐에서 분사된 어시스트 가스로 금속제의 피가공재 가공부를 덮고, 해당 가공부로 레이저광을 조사함으로써 상기 가공부로 레이저 피어싱을 수행하는 가공 장치로서, 상기 가공부의 두께를 입력하는 두께 입력부와, 상기 어시스트 가스의 산소 농도를 조정하는 조정수단을 구비하고, 상기 조정수단은 상기 두께 입력부에서 입력된 상기 가공부의 두께에 대응하여 상기 어시스트 가스의 산소 농도 및 분사압을 자동 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 가공 장치에 의하면, 두께 입력부에서 입력된 가공부의 두께(t)에 대응하여 조정수단이 어시스트 가스의 산소 농도에 더하여 어시스트 가스의 분사압이 피가공재 가공부의 두께(t)에 따라 자동 조정되고, 그 산소 농도 및 분사압에서 피어싱이 이루어지기 때문에 피어싱이 피가공재의 두께 방향의 가공 종단부 근방까지 진행한 경우에도 어시스트 가스의 분사 에너지가 가공의 끝단에 위치하는 가공점까지 충분히 도달하여 용융물이 피어싱공에서 충분하게 배제되고 피어싱 가공이 원활하게 수행되어 셀프 버닝이 억제되기 때문에 피가공재 가공부의 두께(t)에 따라 재료 수율이나 품질면에서 양호한 직경의 피어싱공이 용이하고도 확실하게 형성되고, 또 연속 조사에 의한 높은 가공 효율의 피어싱을, 숙련 기술자에 의하지 않고도 용이하고도 확실히 수행할 수 있다.

청구항 20에 기재된 발명은, 청구항 19에 기재된 가공 장치로서,

상기 산소 농도(C)를,

0<t<8㎜의 범위에서, 0<C<99.9

8≤t<13.5㎜의 범위에서, 0<C≤―1.65t+111.2

13.5≤t≤26.33㎜의 범위에서,

5.28t-71.28≤C≤―1.65t+111.2

또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)을,

0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

C; 산소 농도(vol%), t; 가공부의 두께(㎜)

P; 어시스트 가스의 분사압(MPa)

으로 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 가공 장치에 의하면, 레이저광을 피가공재에 연속 조사할 때에 가공부의 두께(t)에 따라 상기 수학식에서 주어지는 산소 농도(C)의 어시스트 가스를 분사압(P)으로 분사하면서 피어싱을 수행하기 때문에 과잉 산화, 연소 반응 발생이 억제되고, 피어싱공 직경이 종래에 비해 약 20% 작아 가공부의 두께(t)에 대해 약 1/3의 양호한 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 형성되는 피어싱공 직경이 작기 때문에 피어싱공에서 비산되는 슬래그의 양이 억제되고, 그 결과, 슬래그 부착에 의한 절단 오류나 슬래그에 기인한 화재 발생의 우려가 없어져 종래, 가공부의 두께(t)를 12㎜까지밖에 실현할 수 없었던 연속 조사에 의한 피어싱의 자동 운전을 감시하지 않고 가공부의 두께(t)를 약 16㎜까지 할 수 있다.

또 분사압(P)을 상기 하한 이상으로 함으로써 피어싱공 안에서 용융물이 충분히 배제되어 피어싱공 안에 용융물이 고이는 것이 줄어들기 때문에 피가공재에 대한 용융금속으로부터의 열전도의 증대가 억제되어 가공 효율을 향상시키면서 셀프 버닝이 억제된다. 또 분사압(P)을 상기 상한 이하로 함으로써 피어싱공 안에서의 과잉 산화 반응과, 거기에 따른 슬래그의 비산량 증대가 억제되기 때문에 원하는 직경의 피어싱공을 피가공재의 수율과 가공 효율을 향상시키면서 형성할 수 있다.

또 피어싱공 직경을 가공부 두께(t)의 1/3까지 줄이면 직경이 가공부의 두께(t)×약 1.3배까지인 소공을 레이저광의 연속 조사로 절단할 수 있으며, 그 결과, 가공 시간과 가공 비용을 대폭 줄일 수 있다.

청구항 21에 기재된 발명은, 청구항 19에 기재된 가공 장치로서,

상기 산소 농도(C)를,

0<t≤12㎜의 범위에서 0<C<85

12<t≤22.76㎜의 범위에서,

5.71t-68.52≤C≤―2.19t+111.28

또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)을,

0<t<13㎜의 범위에서,

0.015≤P≤0.05

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

C; 산소 농도(vol%), t; 가공부의 두께(㎜)

P; 어시스트 가스의 분사압(MPa)

으로 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 가공 장치에 의하면, 레이저광을 피가공재에 연속 조사할 때에 가공부의 두께(t)에 따라 상기 수학식으로 주어지는 산소 농도(C)의 어시스트 가스를 분사압(P)으로 분사시키면서 피어싱을 수행하기 때문에 과잉 산화, 연소 반응 발생이 억제되고, 피어싱공 직경이 종래에 비해 약 50% 작아 가공부의 두께(t)에 대해 약 1/5의 양호한 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 형성되는 피어싱공 직경이 작기 때문에 피어싱공에서 비산되는 슬래그의 양이 억제되기 때문에 연속 조사에 의한 피어싱의 자동 운전을 감시하지 않고 가공부의 두께(t)를 약 22㎜까지 할 수 있다.

또 피어싱공 직경을 가공부의 두께(t)의 1/5까지 줄이면 가공부의 두께(t)×약 1.0배 이상의 직경의 소공을 레이저광의 연속 조사로 절단할 수 있게 되어 가공 시간과 가공 비용을 대폭 줄일 수 있다.

청구항 22에 기재된 발명은 청구항 19에 기재된 가공 장치로서,

상기 산소 농도(C)를,

0<t<12.0㎜의 범위에서, 0<C<10

12.0≤t<13.3㎜의 범위에서,

0<C≤―0.255t2+14.5t-127.2

13.3≤t≤26.33㎜의 범위에서,

―0.255t2+14.5t-147.2≤C≤―0.255t2+14.5t-127.2

또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)을,

0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

C; 산소 농도(vol%), t; 가공부의 두께(㎜)

P; 어시스트 가스의 분사압(MPa)

으로 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 가공 장치에 의하면, 산소 농도(C) 및 분사압(P)을 상기 범위로 조정함으로써 각각의 가공부의 두께(t)에서 구멍 직경이 대략 최소가 되는 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

본 발명에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치에 의하면 과잉 산화 반응을 억제하여 고효율 및 고정밀도로 원하는 공직경의 피어싱공을 형성하여 제조 비용을 줄일 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1실시예에 관한 피어싱공 가공을 도시한 도면으로서, 노즐이 가공 기점에 있는 경우를 도시한 도면이다.

도 2는, 본 발명의 제1실시예에 관한 가공 장치의 구성 개략을 도시한 도면이다.

도 3은, 본 발명의 제1실시예에 관한 피어싱공 가공 흐름을 도시한 도면이다.

도 4는, 본 발명의 제1실시예에 관한 레이저 피어싱 가공에서 노즐이 옵셋된 경우를 도시한 도면이다.

도 5는, 본 발명의 제1실시예에 관한 레이저 토치의 궤적을 도시한 도면으로서, 도 5A는, 원을 포함한 이동 궤도의 경우를, 도 5B는, 삼각형을 포함한 이동 궤도의 경우를, 도 5C는, 다각형을 포함한 이동 궤도의 경우를 도시하고 있다.

도 6은, 본 발명의 제1실시예에 관한 노즐이 용융지의 중심에서 옵셋된 경우의 어시스트 가스의 압력 분포를 도시한 도면으로서, 도 6A는 평면도, 도 6B는 측면도이다.

도 7은, 본 발명에 관한 어시스트 가스의 압력 분포를 도시한 도면이다.

도 8은, 본 발명의 제1실시예에 관한 레이저 토치의 이동 궤적을 도시한 도면으로서, 노즐이 왕복 이동을 포함한 궤적을 이동하는 경우의 예이다.

도 9는, 본 발명의 제1실시예에 관한 레이저 토치의 이동 궤적을 도시한 도면으로서, 노즐이 지그재그 이동하는 경우의 예이다.

도 10은, 본 발명의 제1실시예에 관한 피어싱공 가공의 효과를 도시한 도면이다.

도 11은, 본 발명의 제2실시예에 관한 가공 장치의 구성 개략을 도시한 도면이다.

도 12는, 본 발명의 제2실시예에 관한 어시스트 가스 산소 농도와 피어싱공 직경의 관계를 도시한 도면이다.

도 13은, 본 발명의 제2실시예에 관한 판두께와 어시스트 가스 산소 농도의 관계를 도시한 도면이다.

도 14는, 본 발명의 제2실시예에 관한 판두께와 어시스트 가스 산소 농도의 관계를 도시한 도면이다.

도 15는, 본 발명의 제2실시예에 관한 판두께와 어시스트 가스 산소 농도의 관계를 도시한 도면이다.

도 16은, 본 발명의 제2실시예에 관한 피가공재의 판두께와 어시스트 가스 분사압의 관계를 도시한 도면이다.

도 17은, 종래의 레이저 가공 장치의 노즐부의 개략을 도시한 도면이다.

<부호의 설명>

H 피어싱공

L1, L2 레이저광

t 판두께(가공부의 두께)

OH 피어싱공의 축선

G 어시스트 가스

W 강판(금속제의 피가공재, 가공부)

C 산소 농도

1, 200 가공 장치

2 레이저 토치

3, 247 노즐

10 피어싱 제어부(제어수단)

11 노즐 이동 제어부

20, 211 산소 농도 조정부(산소 농도 조정수단)

31a, 231 판두께 입력부

40 드로스 제거 제어부(드로스 제거수단)

60 용융지

64 용융물

210 피어싱 조정부(조정수단)

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 대해서 설명한다.

도 1은, 제1 실시예에 관한 레이저 토치(2) 및 피어싱공(H)을 가공하는 상태를 도시한 도면으로서, 레이저 토치(2)는 노즐(3)과 집광 렌즈(6)를 구비하고 있으며, 노즐(3)은 통상체로 형성되고, 집광 렌즈(6)를 통과한 레이저광(L1)이 집광되어 레이저광(L2)으로서 분사구(3b)에서 조사되도록 되어 있다.

또 레이저광(L2)의 광축과 노즐(3)은 동축으로 구성되어 축선(O1)을 공유함과 동시에, 축선(O1)은 노즐(3)에서 분사되는 어시스트 가스(G)의 압력 분포 중심축(OG)과 동축으로 되어 있다.

노즐(3)에는 도입 경로(4)에서 어시스트 가스가 도입되고, 분사구(3b)에서 분사함으로써 조사한 레이저광(L2)에 의해 용융, 증발한 피가공재(W)를 산화 반응에 의해 연소시키도록 되어 있다.

이 실시예에서 피가공재(W)에 피어싱공 가공할 때의 가공 기점과, 피어싱공(H)의 중심 위치는 대략 일치하고 있으며, 피어싱공(H)의 중심을 통해 피어싱 공(H)이 연재되는 방향으로 연장되는 축선(OH)은 가공 기점을 통과하기 때문에 피가공재(W)의 표면에서 가공 기점이 특정될 수 있게 된다.

또 도 1은, 레이저광(L2)을 조사하여 피어싱공(H)을 가공하기 시작한 직후의 노즐(3)을 도시한 도면으로서, 노즐(3)의 분사구(3b)를 피가공재(W)에 대향시켜 어시스트 가스(G)를 분사하고, 피가공재(W)의 가공부를 어시스트 가스(G)로 피복함과 동시에 레이저광(L2)을 조사하여 피가공재(W)를 용융, 증발시킨다. 이 때, 피가공재(W)가 용융됨으로써 용융지(溶融地,60)가 형성되어 어시스트 가스(G)에 의해 산화, 연소되고, 또 어시스트 가스(G)의 분류(噴流)에 의해 용융물이 제거되도록 되어 있다. 또 피가공재(W)가 용융, 증발되어 산화, 연소된 것은 드로스가 되어 용융물로서 용융지(60) 내부에 저류되거나 또는 어시스트 가스(G)의 분류에 의해 피가공재(W)의 피어싱공(H) 주위에 부착된다.

도 2는, 본 발명의 제1실시예에 관한 가공 장치의 개략도로서, 부호1은 가공 장치를, 부호2는 레이저 토치를, 부호10은 피어싱 제어부(제어수단)를 나타내고 있다.

가공 장치(1)는 레이저 토치(2)와, 피어싱 제어부(10)와, 가공 데이터 입력부(30)와, 산소 공급원(41)과, 질소 공급원(43)과, 레이저 발진기(45)와, 레이저 토치(2)에 마련된 노즐(3)의 분사구의 위치를 3차원 공간의 XYZ좌표 방향(이 실시예에서는 피가공재의 표면을 XY좌표 방향, Z좌표는 크기 방향으로 한다)을 이동시키는 XYZ테이블 등의 구동부재(80)를 구비하고 있다.

또 가공 데이터 입력부(30)는 판두께 입력부(두께 입력부)(31a)와, 피어싱공 사이즈 입력부(31b)와, 피어싱공 가공 조건 입력부(31c)와, 압력 모드 입력부(31d)와, 드로스 제거 모드 입력부(31e)를 구비하고 있다.

피어싱 제어부(10)는 처리부(12)와, 데이터 테이블(13)과, 노즐 이동 제어부(11)와, 산소 농도 조정부(산소 농도 조정수단)(20)와, 드로스 제거 제어부(드로스 제거수단)(40)를 구비하고 있으며, 가공 데이터 입력부(30)에서 입력된 입력 데이터에 기초하여 적절한 가공 조건을 결정하여 구동부재(80)를 구동하여 레이저 토치(2)를 3차원 공간의 XYZ방향으로 이동시켜 노즐(3)의 분사구(3b) 위치를 이동시킴과 동시에 어시스트 가스(G)를 도입 경로(4)를 통해 노즐(3)에 공급하도록 되어 있다.

처리부(12) 및 데이터 테이블(13)은 노즐 이동 제어부(11), 산소 농도 조정부(20), 드로스 제거 제어부(40)를 분담하는 처리부(12a),(12b),(12c)와 데이터 테이블(13a),(13b),(13c)을 구비하고 있다.

또 이 실시예에서는, 어시스트 가스(G)는 산소 공급원(41) 및 질소 공급원(43)에서 공급되는 산소 및 질소의 분량을 조정 및 혼합함으로써 원하는 피어싱공 직경의 피어싱공(H)을 가공하기에 적합한 산소 농도(C)로 생성되도록 되어 있으며, 또 필요에 따라 노즐(3)에서 피어싱공(H) 주위의 피가공재(W)의 표면에 퇴적된 드로스를 제거하기 위한 어시스트 가스(G)를 분사하도록 되어 있다.

노즐 이동 제어부(11)는 처리부(12a)와, 데이터 테이블(13a)과, 구동부재(80)를 구동하여 레이저 토치(2)의 X좌표 위치를 제어하는 X드라이버(16a)와, Y좌표 위치를 제어하는 Y드라이버(16b)와, Z좌표 위치를 제어하는 Z드라이버(16c)를 구비하고 있으며, 처리부(12a)는 X드라이버(16a), Y드라이버(16b), Z드라이버(16c)에 케이블(15a),(15b),(15c)을 통해 지시 신호를 송신하고, X드라이버(16a), Y드라이버(16b), Z드라이버(16c)는 케이블(17a),(17b),(17c)을 통해 구동부재(80)에 X좌표 위치, Y좌표 위치, Z좌표 위치를 이동하기 위한 전력을 공급하도록 되어 있다.

처리부(12a)는, 가공 데이터 입력부(30)에 입력되어 송신된, 판두께(t)에 관한 데이터, 피어싱공 직경(d1)에 관한 데이터 등에 기초하여 신호 케이블(14)을 통해 데이터 테이블(13a)에서 피어싱하는 판두께(t)의 강판(W)에서 원하는 피어싱공 직경을 얻기 위해 적합한 데이터, 예를 들면, 레이저 토치(2)(즉 노즐(3)의 축선(O1) 및 어시스트 가스(G)의 압력 분포 중심축(OG))의 편심량, 레이저 토치(2)가 옵셋될 때의 속도, 주회 횟수, 주회 속도 등의 데이터를 취득하여 X드라이버(16a), Y드라이버(16b), Z드라이버(16c)에 지시하도록 되어 있다.

여기에서, 레이저 토치(2)가 이동하는 것은 노즐(3)의 축선(O1) 및 어시스트 가스(G)의 중심축(OG)이 이동하는 것을 의미하고 있다.

또 구동부재(80)는 레이저 토치(2)와 기계적으로 접속되어 있으며, 구동부재(80)가 구동됨으로써 레이저 토치(2)(및 노즐(3))를 XYZ좌표 방향으로 이동시킬 수 있도록 되어 있다.

데이터 테이블(13a)에는 제1 실시예에서는 가공 데이터 입력부(30)의 피어싱 가공 조건 입력부(31c)에서 입력된 판두께(t)와, 피어싱공 직경(d1)에 대응하는 레이저 토치(2)의 이동 궤적의 형식이 저장되어 있으며, 예를 들면, (1) 주회 제어수단을 구성하는 데이터인 주회 궤적(원형 또는 다각형과 그 크기)과 토치 속도, 주 회 횟수와 주회 속도 등, (2) 왕복 제어수단을 구성하는 데이터인, 왕복 이동을 포함한 궤적(왕복 스트로크 등)과 토치 속도, 왕복 이동 등의 횟수, (3) 지그재그 제어수단을 구성하는 데이터인, 지그재그 이동((예를 들면, 왕복 이동과 이 왕복 이동에 직교하는 방향의 이동의 조합)에서의 왕복 스트로크, 직교하는 방향의 이동량 등)과 토치 속도, 왕복 이동 등의 횟수 등의 데이터가 저장되어 있다.

여기에서 (2),(3)에서의 레이저 토치(2)의 왕복 이동은 옵셋된 레이저 토치(2)가 왕복 스트로크를 경유하여 가공 기점으로 되돌아왔을 때를 1회로 하고 있지만, 피어싱공 가공에서의 레이저 토치(2)의 이동시에는 반드시 가공 기점에 대응하는 위치로 되돌아오지 않아도 좋다. 따라서, 가공 기점에서 왕복 스트로크 중 어느 한 단부로의 이동, 어느 한 단부에서 가공 기점으로 되돌아올 때의 왕복 횟수는 각각 1/4회가 된다.

또 데이터 테이블(13a)에는 다른 이동 궤적을 저장시켜 두는 것도 가능하며, 예를 들면 지그재그 이동에서 레이저 토치(2)를 Z형으로 이동시키는 경우가 포함된다.

가공 데이터 입력부(30)의 판두께 입력부(31a), 피어싱공 사이즈 입력부(31b)로부터 입력된 데이터에 기초하여 레이저 토치(2)를 3차원 공간의 X좌표, Y좌표 방향으로 이동시킴으로써 노즐(3)의 분사구(3b)에서 분사되는 어시스트 가스(G)의 중심축(OG)을 이동시켜 용융지(60)의 개구부(61)에 가해지는 어시스트 가스(G)의 압력 분포를 가공 기점에서 옵셋시켜, 용융지(60)의 개구부(61)에서의 어시스트 가스(G)의 압력 분포가 용융지(60)의 중심으로 비대칭이 되어 용융지(60)의 개구부에서의 압력 균형을 깨도록 되어 있다.

산소 농도 조정부(산소 농도 조정수단)(20)는, 처리부(12b)와 데이터 테이블(13b)과 산소 유량 조정 회로(21a)와 질소 유량 조정 회로(21b)와 혼합기(24)와 압력 조정 밸브(25)를 구비하고 있으며, 처리부(12b)는 데이터 테이블(13b), 산소 유량 조정 회로(21a), 질소 유량 조정 회로(21b), 압력 조정 밸브(25)와 각각 신호 케이블(26a),(26b),(28)을 통해 접속되어 있다.

또 데이터 테이블(13b)에는 산소 유량 조정 회로(21a), 질소 유량 조정 회로(21b) 및 압력 조정 밸브(25)에서 소정의 산소 농도 및 분사압의 어시스트 가스(G)를 얻기 위한 제어 데이터가 저장되어 있다.

또 산소 유량 조정 회로(21a) 및 질소 유량 조정 회로(21b)는, 각각 산소 공급원(41) 및 질소 공급원(43)에 접속되고, 산소 공급원(41) 및 질소 공급원(43)은 각각 액체 산소 및 액체 질소를 저류함과 동시에 이들 액체 산소 및 액체 질소를 기화하여 산소 유량 조정 회로(21a) 및 질소 유량 조정 회로(21b)에 공급하도록 되어 있다.

산소 유량 조정 회로(21a)는 매스 플로우 콘트롤러(27a)와 배관을 구비함과 동시에 산소 공급원(41)과 혼합기(24) 사이를 접속하고, 산소 공급원(41)으로부터 배관을 통해 공급된 산소의 유량을 매스 플로우 콘트롤러(27a)에서 조정하도록 되어 있다.

질소 유량 조정 회로(21b)는 매스 플로우 콘트롤러(27b)와 배관을 구비함과 동시에 질소 공급원(43)과 혼합기(24) 사이를 접속하여 질소 공급원(43)에서 배관 을 통해 공급된 질소의 유량을 매스 플로우 콘트롤러(27b)에서 조정하도록 되어 있다.

매스 플로우 콘트롤러(27a),(27b)에서 유량 조정된 산소 및 질소는 혼합기(24)에 공급, 혼합되어 소정의 산소 농도의 어시스트 가스(G)로 생성되고, 도입 경로(4)를 통해 노즐(3)에 공급되도록 되어 있다.

또 필요에 따라, 예를 들면 노즐(3)에서 소정 분사압(P)의 어시스트 가스(G)를 얻기 위해 처리부(12a)로부터의 제어 데이터에 의해 압력 조정 밸브(25)에서 분사압(P)에 대응한 소정의 압력으로 조정되도록 되어 있다. 이 실시예에서 노즐(3)은 분사구에 대해 충분히 큰 용적의 어시스트 가스(G)의 저류부를 구비하고 있으며, 분사구에서의 어시스트 가스(G)의 분사압(P)은 압력 조정 밸브(25)에서 공급된 어시스트 가스(G)의 압력과 대략 동등하게 유지되도록 되어 있다.

이 실시예에서, 산소 유량 조정 회로(21a) 및 질소 유량 조정 회로(21b)를 제어하는 제어 데이터는 매스 플로우 콘트롤러(27a),(27b)의 개도(開度) 데이터로 구성되어 있다.

또 필요에 따라, 압력 모드 입력부(31d)에 어시스트 가스의 압력 조정에 관한 지시가 입력된 경우, 처리부(12a)는 압력 모드 입력부(31d)로부터의 신호에 의해 판두께 입력부(31a)에서 입력된 피가공재(W)의 가공부 두께(t)에 대응한 분사압(P)의 어시스트 가스(G)를 노즐(3)에서 분사시키기 위해, 해당 분사압(P)에 대응한 압력의 어시스트 가스(G)를 압력 조정 밸브(25)를 경유하여 노즐(3)에 공급하기 위한 제어 데이터를 데이터 테이블(13)로부터 취득함과 동시에 신호 케이블(28)을 통해 압력 조정 밸브(25)에 지시하도록 되어 있다.

드로스 제거 제어부(드로스 제거수단)(40)는, 처리부(12c)와 데이터 테이블(13c)과 X드라이버(16a)와 Y드라이버(16b)와 Z드라이버(16c)를 구비하고 있으며, 처리부(12a)는 X드라이버(16a), Y드라이버(16b), Z드라이버(16c)에 신호를 송신함과 동시에 X드라이버(16a), Y드라이버(16b), Z드라이버(16c)는 구동부재(80)에 전력을 공급하도록 되어 있다.

또 데이터 테이블(13c)에는 피어싱공(H)의 축선(OH)에서 옵셋되는 거리(이 실시예에서는 (원 궤적의 직경(d2))/2), 피가공재(W)의 표면에서의 크기, 노즐의 주회 속도, 주회 횟수 및 주회 궤적 등의 제어 데이터가 저장되어 있다

가공 데이터 입력부(30)는 판두께 입력부(31a)와 피어싱공 사이즈 입력부(31b)와 피어싱공 가공 조건 입력부(31c)와 압력 모드 입력부(31d)와 드로스 제거 모드 입력부(31e)를 구비하고 있고, 이들은 각각 데이터 케이블(33a),(33b),(33c),(33d),(33e)을 통해 처리부(12)에 접속되어 있다.

판두께 입력부(31a)는 피가공재(W)인, 예를 들면 강판(금속제의 피가공재)(W)의 판두께(가공부의 두께)(t)에 관한 데이터를 입력하도록 되어 있다.

피어싱공 사이즈 입력부(31b)는 피어싱 가공하기 위한 가공 데이터 중 강판(W)의 판두께(t)에 대한 피어싱공 직경(d1)의 데이터가 입력되도록 되어 있다.

피어싱공 가공 조건 입력부(31c)는 피어싱공 가공시에 레이저 토치(2)를 이동시키기 위한, 예를 들면 (1) 주회 제어수단을 구성하는 데이터인, 주회 궤적(원형 또는 다각형과 그 크기)과 토치 속도, 주회 횟수와 주회 속도 등, (2) 왕복 제 어수단을 구성하는 데이터인, 왕복 이동을 포함한 궤적(왕복 스트로크 등)과 토치 속도, 왕복 이동 등의 횟수, (3) 지그재그 제어수단을 구성하는 데이터인, 지그재그 이동((예를 들면, 왕복 이동과 이 왕복 이동에 직교하는 방향의 이동 조합)에서의 왕복 스트로크, 직교하는 방향의 이동량 등)과 토치 속도, 왕복 이동 등의 횟수 등의 데이터를 입력할 수 있도록 되어 있다.

압력 모드 입력부(31d)는 피어싱 가공시에 가공중인 피어싱공 안의 용융물을 피어싱공의 외부로 배출시켜 용융물이 남지 않도록 하기 위해서 노즐(3)에 공급하는 어시스트 가스(G)의 공급 압력을 높게(낮게) 하여 노즐(3)에서 어시스트 가스(G)를 높은(낮은) 분사압(P)으로 분사시키는 경우에 지시를 입력하여 처리부(12)에 대해 지시 데이터를 송신하도록 되어 있다.

드로스 제거 모드 입력부(31e)는 피어싱공 가공 후에 드로스 제거 제어부를 동작시킬 필요가 있는지 여부에 관한 지시를 입력하도록 되어 있다.

다음으로, 제1 실시예의 가공 장치(1)의 작용에 대해서 설명하기로 한다. 여기에서는 도 5A에 도시한 원을 포함하는 주회 이동 궤적(71)의 경우를 예로 설명한다.

〔노즐 이동 제어부〕

우선, 미도시된 조작부에 의해 레이저 토치(2)를 강판(W)에 따른 면이 직교하는 2방향에 의해 정의되는 X좌표, Y좌표 방향으로 이동시켜 피어싱공(H)의 가공 예정 위치(가공 기점에 상당)에 맞춰 정지시킨다.

다음으로, 피어싱공 가공 조건을 설정하여 가공 데이터 입력부(30)의 판두께 입력부(31a), 피어싱공 사이즈 입력부(31b)에 판두께(t), 피어싱공 직경(d1)의 데이터를 입력한다.(도 3의 단계S1)

이 경우, 피어싱공 가공 조건 입력부(31c)에 주회 이동, 왕복을 포함하는 이동, 지그재그 이동 등에 관한 데이터를 사람이 직접 입력하여 수동으로 제어시킬 수도 있다.

판두께 입력부(31a), 피어싱공 사이즈 입력부(31b)에 입력된 판두께(t), 피어싱공 직경(d1)에 관한 데이터는 각각 데이터 케이블(33a),(33b)을 통해 처리부(12)에 송신된다.

처리부(12a)는 판두께 입력부(31a), 피어싱공 사이즈 입력부(31b)에서 송신된 강판(W)의 판두께(t) 및 피어싱공 직경(d1)에 관한 데이터를 데이터 테이블(13a)에 송신하여 그 판두께(t) 및 피어싱공 직경(d1)에 대응하는 노즐 위치 제어에 관한 데이터를 데이터 테이블(13a)에서 취득한다.(도 3의 단계S2)

처리부(12a)는 데이터 테이블(13a)에서 받는 데이터로서는, 예를 들면 레이저 토치(2)가 주회 이동하는 경우에는 레이저 토치(2)의 축선(O1)의 주회 궤적(예를 들면, 도 5A 참조), 옵셋의 분량, 주회 속도, 주회 횟수 등이 해당한다.

처리부(12)는 데이터 테이블(13)에서 취득하는 이러한 데이터에 기초하여 구동부재(80)를 이동시키기 위한 시간·위치 정보를 연산하고, 기동 스위치(미도시)가 ON이 되어 피어싱공 가공이 개시되면, 그 연산 결과를 신호 케이블(15a),(15b),(15c)을 통해 X드라이버(16a), Y드라이버(16b), Z드라이버(16c)에 송신하여 각 드라이버를 구동한다.

이 제1 실시예의 설명에서는 X드라이버(16a), Y드라이버(16b)가 구동부재(80)를 X좌표 방향, Y좌표 방향으로 이동하여 레이저 토치(2)의 축선(O1)을 가공 기점 둘레에 주회 이동시키고 있다.

기동 스위치를 ON으로 하면, 레이저 발진기(45)가 기동하여 레이저광(L1)을 조사하고, 조사된 레이저광(L1)은 미도시된 광경로를 경유하여 집광 렌즈(6)로 인도되고 집광 렌즈(6)를 통과하여 L2에 집광되어 강판(W)에 조사된다.

이 때, 어시스트 가스(G)는 레이저광(L1)의 조사에 앞서 레이저 토치(2)의 노즐(3) 안에 도입되고, 노즐(3) 끝단의 분사구(3b)에서 강판(W)의 가공부를 향해 어시스트 가스(G)가 분사되어 노즐(3)과 강판(W) 사이에 어시스트 가스(G)의 피복이 형성된다.

레이저 토치(2)로부터의 레이저광(L2)의 조사는, 노즐(3)로부터의 어시스트 가스(G)의 분사가 개시되어 피어싱공 가공이 시작됨과 동시에 레이저 토치(2)의 주회 제어(주회 제어수단)가 기동된다.(도 3의 단계S3)

레이저광(L2)은 어시스트 가스(G)의 피복에 덮인 강판(W)에 조사되어 강판(W)을 가열, 용융한다. 강판(W)이 용융됨으로써 가공 기점에는 용융지(60)가 형성되고, 용융된 용융물(64)은 용융지(60) 안에 저류된다.

이 때, 용융물(64)은 어시스트 가스(G) 및 어시스트 가스(G)의 피복에 의해 산화, 연소된다.

이 용융, 산화 반응은, 그 후 피어싱공(H)이 관통될 때까지 계속된다.

노즐 주회 제어가 개시되면, 레이저 토치(2)는 처리부(12b)로부터의 지시에 의해 레이저 토치(2)는 이동을 개시한다.(도 3의 단계S4)

이 주회 이동 궤적(71)을 이동하는 경우에는 가공 기점 둘레를 주회하는 원의 반경에 상당하는 거리만큼 가공 기점으로부터 옵셋되고, 도 4에 도시한 바와 같이 레이저 토치의 축선(O1)이 가공 기점으로부터 편심되어 피어싱공이 가공된다.(도 3의 단계S5 1))

계속해서 가공 기점 둘레에 소정의 주회 횟수(N)의 원운동을 한다.(도 3의 단계S5 2),3))

다시 가공 기점으로 되돌아온다.(도 3의 단계S5 4))

이 주회 이동 궤적(71)을 이동하는 경우에 레이저 토치(2)의 축선(O1)은 용융지(60)의 범위 안에서 우선, 가공 기점으로부터 직선(71a)을 따라 이동하여 옵셋되고, 원 궤적(71b)을 따라 가공 기점의 둘레를 주회한다.

주회는, 처리부(12b)의 지시에 따라 여러 번 수행하는 경우도 있고, 주회가 종료되면 직선(71c)을 따라 가공 기점으로 되돌아온다.

원 궤적의 경우에는 그 직경(d2)은, 예를 들면 직경 약 0.1㎜ 내지 10㎜가 적합하다.

그동안 레이저 토치(2)는 노즐(3)에서 어시스트 가스(G)를 분사함과 동시에 레이저광(L2)을 계속 조사하고 피어싱공(H)의 관통은 레이저 토치(2)가 가공 기점으로 되돌아오기 전에 완료하도록 되어 있다.

레이저 토치(2)의, 주회에 필요한 시간(T)(SEC), 주회 횟수(N)(회), 주회 속도V(㎜/min), 그리는 원 궤적의 직경(d2)(㎜)의 관계는,

T(sec)=((d2)+πN(d2))/(V/60)

로 표시되고, T(sec)가 그 레이저 토치(2)에 의해 판두께(t)(㎜) 강판(W)의 피어싱공(H)을 관통하기 위해 필요한 시간 이상이면 된다.

이 실시예에서는 옵셋량은 원 궤적의 반경(d2)/2이다.

레이저 토치(2)의 노즐(3)의 중심축선(O1), 즉 어시스트 가스(G)의 압력 분포 중심축(OG)을 가공 기점에서 옵셋하여 가공 기점 둘레를 주회함으로써, 도 6A, 도 6B에 도시한 바와 같이 어시스트 가스(G)의 압력 분포 중심축(OG)이 용융지(60)의 개구부(61)에서의 중심인 가공 기점으로부터 옵셋되고, 그 결과, 어시스트 가스(G)의 압력 분포가 용융지(60)의 중심인 가공 기점과 동심이 되지 않아 가공 기점에 비대칭이 되어 기울기 때문에 용융지(60)의 개구부(61)에서의 어시스트 가스(G)의 압력 균형이 깨져 압력이 높은 부분(61s)과 압력이 낮은 부분(61w)을 발생시킨다.

도 7은, 압력 분포 중심에서의 압력이 약 0.0255 MPa 인 어시스트 가스(G)의 압력 분포예를 도시한 것인데, 이 압력 분포에서도 레이저 토치(2)의 축선(O1)과 가공 기점이, 예를 들면, 0.25㎜ 옵셋되면 0.0015MPa의 압력차가 발생하게 된다.

어시스트 가스(G)의 압력 분포가 용융지(60)의 중심인 가공 기점과 동심이었을 때에는 어시스트 가스(G)의 압력이 용융지(60)의 뚜껑으로 작용하여 용융물(64)이 용융지(60) 안에 안정적으로 유지되었던 것이, 어시스트 가스(G)의 압력 분포의 균형이 깨져 압력이 높은 부분(61s)과 압력이 빠진 부분(61w)이 발생함으로써 용융지(60)의 개구부(61) 위치에 의해 용융물(64)에 가해지는 압력에 큰 차이가 생겨 용융물(64)을 61s쪽에서 61w쪽으로 이동시킬 수 있게 되어 용융지(60) 밖으로의 배출이 촉진된다고 생각된다. 배출된 용융물(64)은 강판(W)의 표면에 드로스 등의 퇴적물(65)로서 부착한다.

그 결과, 어시스트 가스(G)가 용융지(60)의 중심인 가공 기점으로부터 옵셋(주회중인 옵셋도 포함한다)되고 있는 동안에 용융지(60) 안으로의 용융물(64)의 저류가 억제되고 과잉 산화 반응이나 연소가 억제됨으로써 피어싱공(H)의 직경 확대가 억제되어 소직경의 피어싱공(H)을 형성할 수 있을 것으로 추정된다.

또 가공 기점의 둘레를 레이저 토치(2)가 주회하기 때문에 용융지(60)에서 배출된 용융물(64)이 용융지(60) 주위로 분산되어 배출되므로, 배출된 용융물(64)에서 방출되는 열이 한군데로 집중하지 않고 피어싱공(H) 주위의 강판(W)에 대한 국부적인 과열, 과잉 산화 반응이 억제되어 피어싱공 직경(d1)의 확대가 억제된다.

그 결과, 레이저광을 연속적으로 조사한 경우에 연속 조사에 의한 높은 생산성을 확보하면서 구멍의 직경 정밀도가 높은 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

상기 제1 실시예에서는, 레이저 토치(2)가 가공 기점 둘레에 그리는 주회 이동 궤적이, 원을 포함한 주회 이동 궤적(71)의 경우에 대해서 설명했으나, 레이저 토치(2)가 그리는 궤적은 도 5B에 도시한 바와 같이 직선(72a)을 따라서 가공 기점으로부터 옵셋되고 그 후, 직선(72b),(72c),(72d)을 따라서 삼각형을 그리면서 이동하고 주회(복수회의 경우도 있다)가 완료된 후에 직선(72e)을 따라서 가공 기점으로 되돌아오는 삼각형을 포함한 주회 이동 궤적(72)이어도 좋다.

또 도 5C에 도시한 바와 같이, 레이저 토치(2)가 직선(73a)를 따라서 가공 기점으로부터 옵셋되고, 그 후, 직선(73b),(73c),…을 따라 변이 n인 다각형을 그리면서 이동하고, 주회(복수회의 경우도 있음)가 완료된 후에 직선(73n+2)을 따라서 가공 기점으로 되돌아오는 다각형을 포함한 주회 이동 궤적(73)을 적용할 수도 있다.

또한 레이저 토치(2)가 그리는 궤적을, 도 8에 도시한 바와 같이 직선(75a)을 따라서 가공 기점으로부터 옵셋하고, 그 후 직선(75b),(75c),(75d)과 같이 st1의 스트로크로 왕복 이동하거나 또는 상기 왕복 이동을 포함한 궤적을 그리면서 이동하는, 왕복 이동을 포함한 이동 궤적(75)으로 하는 것도 가능하다.

또 레이저 토치(2)가 그리는 궤적을, 도 9에 도시한 바와 같이 직선(76a)을 따라서 가공 기점에서 옵셋하고 그 후, 직선(76b),(76c),…(76n)을 따라서 st2의 스트로크로 왕복 이동함과 동시에 왕복 이동하는 방향에 직교하는 방향으로 1왕복당 이동량(M)으로 이동하는 지그재그로 이동하는 이동 궤적(76)을 적용할 수도 있다.

지그재그 이동에서는, 예를 들면 1왕복당 이동이 왕복 이동하는 방향으로 90°이외의 소정의 각도인 경우에 Z형으로 이동시키는 것도 가능하다.

상기와 같이, 레이저 토치(2)를 왕복 이동을 포함한 이동 궤적(75)이나 지그재그로 이동하는 이동 궤적(76)으로 이동시키는 경우, 레이저 토치(2)는 반드시 가공 기점에 대응하는 위치로 되돌아올 필요는 없다.

상기 제1 실시예에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치(1)에 의하면, 레 이저 토치(2)가 가공 기점으로부터 옵셋되어, 예를 들면 원 궤적을 그리면서 주회 이동함으로써 용융지(60)의 개구부(61)에 어시스트 가스(G)의 압력이 높은 부분(61s)부터 어시스트 가스(G)의 압력이 낮은 부분(61w)으로 용융지(60) 안의 용융물(64)을 이동시킬 수 있으며, 그 결과, 용융지(60)의 용융물(64)이 용융지(60)의 둘레방향으로 분산되어 배출되고, 용융지(60) 안의 용융물(64)이 단시간에 배출되어 그 결과, 용융물(64)의 산화를 억제하여 피어싱공 직경(d1)을 줄일 수 있다.

〔산소 농도 제어부〕

우선, 처리부(12b)는 판두께 입력부(31a), 피어싱공 사이즈 입력부(31b)에서 강판(W)의 피어싱공 가공을 하는 판두께(t)(가공부의 두께(t)) 및 피어싱공 직경(d1)에 관한 데이터를 받는다.

입력된 강판(W)의 판두께(t) 및 피어싱공 직경(d1)으로부터, 노즐(3)에서 분사되는 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)의 조정이 필요한지 여부를 판정하고, 산소 농도(C)의 조정이 필요한 경우에는 강판(W)의 판두께(t)에 대응하여 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)가 하기 (1) 내지 (3)의 수학식에 의해 결정된다.

상기 산소 농도(C)는,

0<t<8㎜의 범위에서,

0<C<99.9…(1)

8≤t<13.5㎜의 범위에서,

0<C≤―1.65t+111.2…(2)

13.5≤t≤26.33㎜의 범위에서,

5.28t-71.28≤C≤―1.65t+111.2…(3)

C; 산소 농도(Vol%), t; 강판(W)의 판두께(㎜)

또 필요에 따라 압력 모드 입력부(31d)로부터, 노즐(3)에서 분사하는 어시스트 가스(G)의 분사압(P)에 관한 지시를 입력해도 좋고, 상기 (1) 내지 (3)의 수학식에 기초하여 피어싱공 가공을 할 때 피어싱공을 가공하기 위한 어시스트 가스의 분사압(P)을,

0<t<13㎜의 범위에서,

0.015≤P≤0.05…(4)

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024…(5)

로 하는 것이 바람직하며,

또 어시스트 가스의 분사압(P)을,

0<t<13㎜의 범위에서,

P=0.03‥·(6)

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

P=0.002t+0.004…(7)

P; 어시스트 가스(G)의 분사압(MPa), t; 강판(W)의 판두께(㎜)

로 하면, 용융지(60) 안의 용융물(64)이 거의 완전히 배출되어 피어싱공 직경(d1)을 줄이는데 최적이다.

계속해서 처리부(12b)는, 상기 수학식에 의해 산출(연산)한 어시스트 가 스(G)의 산소 농도에 대응한 매스 플로우 콘트롤러(27a),(27b)의 개도 데이터 및 산출한 어시스트 가스(G)의 분사압(P)을 얻기 위한 해당 압력 조정 밸브(25)의 제어 데이터를, 신호 케이블(14)을 통해 데이터 테이블(13)로부터 각각 취득하여 신호 케이블(26a),(26b),(28)을 통해 매스 플로우 콘트롤러(27a),(27b) 및 압력 조정 밸브(25)로 송신한다.

매스 플로우 콘트롤러(27a),(27b)는, 처리부(12b)에서 송신된 개도(開度) 데이터에 의해 유로의 개도가 개폐 제어되고, 원하는 산소 농도의 어시스트 가스(G)를 생성하는 데 필요한 분량의 산소 및 질소를 산소 공급원(41) 및 질소 공급원(43)에서 혼합기(24)로 공급한다.

혼합기(24)에 공급된 소정량의 산소 및 질소는 혼합기(24)에 혼합되고, 소정 산소 농도의 어시스트 가스(G)가 되어 노즐(3)에 공급되고, 노즐(3)의 분사구(3b)에서 강판(W)에 분사됨과 동시에 레이저광(L2)이 강판(W)에 조사되어 피어싱이 이루어진다.

이 경우, 레이저광(L2)을 펄스 조사가 아니라 연속 조사에서도 과잉 산화, 연소가 발생하지 않도록 어시스트 가스(G)의 산소 농도를 조정함으로써 고효율로 피어싱공(H)을 형성할 수 있다.

이 경우, 압력 조정 밸브(25)는 처리부(12b)에서 송신된 제어 데이터에 의해 제어되고, 노즐(3)로 공급되는 어시스트 가스(G)가 원하는 분사압(P)이 된다.

상기 제1 실시예에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치(1)에 의하면, 노즐(3)에서 분사되는 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)를, 강판(W)인 강판(W)의 판 두께(t)에 따라 결정하고, 그 산소 농도(C)에서 피어싱공 가공을 하기 때문에 강판(W)의 과잉 산화, 연소가 억제되고 드로스의 분량이 삭감되기 때문에, 각 강판(W)의 판두께(t)에서 재료 수율이나 품질면에서 보다 작은 직경의 피어싱공(H)을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 어시스트 가스(G)의 산소 농도를 조정함으로써 레이저광을 연속적으로 조사한 경우라 해도 과잉 산화, 연소가 억제되어 연속 조사에 의한 높은 생산성을 확보하면서 공직경이 작은 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

〔드로스 제거 제어부〕

우선 피어싱공 가공 후에 드로스 제거 동작을 할지 여부를 결정하여 필요하다면 피어싱공 가공 후에 드로스 제거 동작을 선택하여 드로스 제거 모드 입력부(31e)에 지시를 입력한다.

드로스 제거 모드 입력부(31e)에서 입력된 신호는 데이터 케이블(33e)을 통해 처리부(12c)로 송신된다.

처리부(12c)는, 판두께 입력부(31a), 피어싱공 사이즈 입력부(31b)에서 송신된 강판(W)의 판두께(t) 및 피어싱공 직경(d1)에 관한 데이터를 데이터 테이블(13c)에 송신하여 가공하는 피어싱공(H)의 공직경 및 그 피어싱공(H)의 드로스 제거에 적합한 노즐(3)의 위치 및 동작에 관한 데이터를 데이터 테이블(13c)로부터 받는다.

처리부(12c)가 데이터 테이블(13c)로부터 받는 위치 및 동작에 관한 데이터로서는, 예를 들면 피어싱공(H)의 축선(OH)으로부터의 거리 및 강판(W)의 표면으로 부터의 크기, 노즐(3)의 주회 속도, 주회 횟수, 주회 궤적(축선(OH) 또는 피어싱공(H)의 테두리로부터의 거리에 관한 정보 등을 포함한다)등이 해당한다.

처리부(12c)는, 데이터 테이블(13c)로부터 받는 이러한 데이터에 기초하여 구동부재(80)를 이동시키기 위한 시간·위치 정보를 연산함과 동시에 그 연산 결과를 신호 케이블(15a),(15b),(15c)을 통해 X드라이버(16a), Y드라이버(16b), Z드라이버(16c)로 송신하여 각 드라이버를 구동한다.

X드라이버(16a), Y드라이버(16b), Z드라이버(16c)는 구동부재(80)를 구동하여 레이저 토치(2)(노즐(3))를 이동한다.

동작 순서는, 이하와 같다.

레이저 토치(2)가 소정의 위치, 예를 들면 가공 기점에 배치된다.

드로스 제거 제어는, 자동 운전에서는 피어싱공 가공에 이어 자동 기동된다. 또 드로스 제거 제어는, 기동 스위치를 ON함으로써 수동 조작으로 수행해도 좋다.

레이저 토치(2)가 Z드라이버(16c)에 의해 소정 크기까지 상승된다.

다음으로, 레이저 토치(2)에서 레이저광(L2)이 조사됨과 동시에 노즐(3)에서 어시스트 가스(G)가 분사된다.

여기에서, 레이저 토치(2)의 상승과 레이저광(L2)의 조사 및 어시스트 가스(G)의 분사를 동시에 하도록 해도 좋다.

다음으로, X드라이버(16a), Y드라이버(16b)에 의해 구동부재(80)을 구동하여 레이저 토치(2)를, 그 축선(O1)이 피어싱공(H)의 테두리에서 소정 거리의 위치까지 이동시킨다.

계속해서 X드라이버(16a), Y드라이버(16b)에 의해 구동부재(80)를 구동하여 레이저 토치(2)를 피어싱공(H) 주위의 강판(W) 표면의 윗쪽에서 주회시키면서 레이저광(L2)에 의해 퇴적한 드로스를 가열 및 용융함과 동시에 어시스트 가스(G)에 의해 산화, 연소시키고 용융, 산화된 드로스를 어시스트 가스(G)에 의해 제거한다.

소정의 주회 횟수 동안에 가공 기점의 주위를 주회하면, 레이저광(L2)의 조사와 어시스트 가스(G)의 분사를 종료하고 가공 기점으로 되돌아와 드로스 제거 제어를 완료한다.

제1 실시예에서는, 어시스트 가스(G)의 유량, 압력에 관한 데이터는 데이터 테이블(13c)에 저장한 것을 사용하였으나, 처리부(12c)에서 연산시켜도 좋다.

또 피어싱공(H)에 대한 레이저 토치(2)의 축선(O1)은, 보통은 피어싱공(H)의 테두리에서, 예를 들면 직경 방향 바깥쪽에 0(피어싱공(H)의 테두리에 상당) 이상 3.0㎜ 이하의 위치의 강판(W) 표면의 윗쪽이 적합하다.

연속 조사의 레이저 출력 6kW, 강판(W)의 판두께(t) 22㎜인 경우에,

강판(W)의 표면으로부터의 노즐(3)의 높이: 50㎜, 어시스트 가스의 분사압(P): 0.1MPa, 레이저 토치(2)의 축선(O1)이 그리는 원궤적의 위치: 피어싱공 직경(d1)=4.5㎜의 피어싱공에 대해, 피어싱공의 축선(OH)에서 반경 4.25㎜의 위치, 즉, 피어싱공 직경의 직경 방향 바깥쪽 2㎜에 축선(O1)을 이동시켜 주회했을 때 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

상기 제1 실시예에 관한 레이저 피어싱 방법 및 가공 장치(1)에 의하면, 피어싱공(H)이 관통한 후에 레이저 토치(2)(노즐(3))를 피어싱공(H) 주위의 피가공재 표면의 윗쪽으로 이동시키고 레이저광을 조사하여 퇴적한 드로스를 재용융하여 피가공재(W)의 표면에서 쉽게 벗겨지도록 하고, 또 드로스가 쉽게 연소되는 상태에서 노즐(3)에서 어시스트 가스(G)를 분사하면서 피어싱공(H)을 주회하기 때문에, 피어싱공(H) 주위의 피어싱공(H)의 개구부 근방의 피가공재 표면에 형성된 드로스를 용이하고도 효율적으로 제거할 수 있고, 그 결과, 고품질의 피어싱공(H)을 가공할 수 있다.

또 피어싱공(H)의 주위에 노즐(3)을 주회시켜 드로스에 대해 근거리에서 어시스트 가스(G)를 분사하기 때문에, 작은 유량으로 확실히 드로스를 제거할 수 있고, 그 결과, 가공 시간과 가공 비용을 대폭 줄일 수 있다.

더우기, 본 발명은 상기 제1 실시예에 한정되지 않으며 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변경을 할 수 있다.

상기 실시예에서는 강판(W)에 레이저광(L2)을 연속적으로 조사하는 연속 조사의 경우에 대해서 설명했으나, 조사하는 레이저광(L2)은 펄스 조사여도 좋고, 특히 90% 이상의 듀티의 펄스 조사에서는 연속 조사의 경우와 거의 동등한 효과를 얻을 수 있다.

또 상기 제1 실시예에서는 레이저 토치(2)의 이동 제어에 추가하여 어시스트 가스(G)의 산소 농도 조정과 조합한 경우에 대해서 설명했으나, 레이저 토치(2)의 이동 제어를 어시스트 가스(G)의 산소 농도 조정과 조합할 수 있을지 여부에 대해서는 임의로 설정할 수 있다.

또 상기 제1 실시예에서는 레이저 토치(2)가 피어싱공의 중심 둘레를 원형으 로 주회하는 경우에 대해서 설명했으나, 레이저 토치(2)의 끝단이 그리는 형상은 원에 한정되지 않으며 삼각형, 사각형 등의 다각형으로 하거나 또는 왕복 이동을 포함한 이동이나 지그재그로 이동시키는 것도 가능하다.

상기 제1 실시예에서는 피가공재(W)가 강판인 경우에 대해서 설명했으나, 본 발명에 관한 방법 및 가공 장치(1)에 적용하는 피가공재(W)는 두께(t)가 보통의 판재에 한정되지 않으며 가공부의 두께(t)가 그 주위의 두께와 다른 형상이어도 좋고 또 스테인레스강, 알루미늄, 구리, 티타늄 등 다른 금속 또는 그들의 합금으로 구성된 것이어도 좋다.

또 어시스트 가스(G)를 구성하는 기체의 일부로서 불활성 가스, 예를 들면 아르곤, 헬륨 등을 사용하는 것도 가능하다.

또 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)를 특정하는 수학식으로서 (1) 내지 (3)을 나타내었으나, 가공 장치(1)가 이 수학식 이외의 수학식에 기초한 제어 패턴을 구비하여 피어싱공 가공에 적용해도 좋다. 또 제어부를 구비하지 않은 가공 장치에 적용하여 매스 플로우 콘트롤러(27a),(27b) 등에 마련된 눈금이나 톱니바퀴, 링크 기구 등을 사용한 개도 조정 장치에 의해 산소 농도, 분사압(P)을 제어해도 좋다.

또 상기 제1 실시예에서는 가공 데이터 입력부(30)에 입력된 판두께(t) 등의 데이터에 기초하여 피가공재(W)의 판두께(t)에 대응하여 레이저 토치(2)가 그리는 궤적이나 주회 횟수를 처리부(12)에서 연산하여 데이터 테이블(13)로부터 제어 데이터를 취득하여 레이저 토치(2)를 이동시키는 경우에 대해서 설명했으나, 입력된 판두께(t) 등의 정보에 기초하여 처리부(12a)가 제어 데이터를 직접 산출하여 그 결과에 따라 레이저 토치(2)를 이동시키는 것도 가능하다.

어시스트 가스(G)의 산소 농도를 처리부(12b)에서 연산하여 데이터 테이블(13b)로부터 제어 데이터를 취득하여 매스 플로우 콘트롤러(27a),(27b)를 제어하는 경우에 대해서 설명했으나, 입력된 판두께(t) 등의 정보에 기초하여 제어 데이터를 직접 산출하여 산소 농도(C), 분사압(P)을 조정해도 좋다.

여기에서, 본 발명의 제1실시예에 관한 피어싱공 가공 효과에 관한 검증 시험을 실시했다.

도 10에 도시한 것은, 레이저 토치(2)가 가공 기점 둘레에 그리는 주회 이동 궤적이 원을 포함한 주회 이동 궤적(71)인 경우의 검증 결과로서, F, J, K는 각각 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2를 나타내고 있으며, 각각 판두께(t)가 6㎜, 9㎜, 12㎜, 16㎜, 19㎜인 강판에 레이저 가공 장치에 의해 레이저광을 조사함과 동시에 노즐로부터 어시스트 가스를 분사하여 피어싱공을 가공했을 때의, 강판(W)의 판두께(t)(㎜)와 피어싱공 직경(d1)(㎜)의 관계를 나타내고 있다.

레이저 가공 장치의 가공 조건은 이하와 같다.

(1) 레이저 가공 장치의 조사 형태, 출력; 연속 조사, 2.5kw

(2) 강판(W)으로부터의 노즐 개구부까지의 거리; 6㎜

는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 모두 공통된다.

실시예 1은, 강판에 대한 피어싱공 가공을 개시 후, 레이저 토치(2)의 축선(O1)을 가공 기점에서 옵셋시킨 후 가공 기점 둘레에 원궤적을 그리면서 소정 주회 횟수(N)(회)만큼 주회시키고 다시 가공 기점으로 되돌려 피어싱공을 가공했다.

실시예 2는, 실시예 1의 가공 조건에 추가하여 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)를 52.6(vol%)로 조정하여 피어싱공을 가공했다.

비교예 1은, 피어싱공(H)의 가공을 개시한 후에도 레이저 토치(2)의 축선(O1)을 가공 기점과 일치시킨 채로 피어싱공을 가공한 것이다.

또 강판의 판두께(t)에 대응하는 가공 조건은, 이하 표 1에 나타낸 바와 같으며, 토치의 속도, 주회 횟수, 원궤적의 직경(d2)은 실시예 1, 실시예 2에 관한 가공 조건이다.

〔가공 조건〕

[표 1]

강판의 판두께(t)	토치의 속도	주회 횟수	원궤적의 직경	어시스트 가스 압력
6㎜	1500㎜/min	1회	0.5㎜	0.04MPa
9㎜	500㎜/min	2회	2.0㎜	0.04MPa
12㎜	500㎜/min	5회	4.0㎜	0.04MPa
16㎜	1500㎜/min	5회	4.0㎜	0.23Mpa
19㎜	1500㎜/min	5회	4.0㎜	0.23Mpa

〔검증 결과〕

상기 가공 조건에서 가공한 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1의 피어싱공 직경(d1)은, 이하 표 2에 도시한 바와 같다.

[표 2]

강판의 판두께(t)	실시예 1	실시예 2	비교예 1
6㎜	2.2㎜	2.2㎜	4.1㎜
9㎜	3.3㎜	3.2㎜	4.4㎜
12㎜	3.4㎜	3.3㎜	4.8㎜
16㎜	7.1㎜	4.5㎜	8.7㎜
19㎜	6.5㎜	5.2㎜	9.7㎜

이상과 같이 실시예 1, 실시예 2 모두 강판의 판두께 6㎜, 9㎜, 12㎜, 16㎜, 19㎜ 중 모두 비교예 1에 대해 효과가 확인되었다.

또 실시예 2와 실시예 1을 비교한 경우, 실시예 2는 판두께(t)가 6㎜부터 12㎜까지의 범위에 관해서는 변화가 적었으나, 판두께(t)가 16㎜, 19㎜에서는 큰 변화(축소율 최대 약 37%)가 있으며, 어시스트 가스의 산소 농도를 조정함으로써 새로운 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.

또 마찬가지로 판두께 22㎜의 강판에 대해서 적용한 실시예 3, 실시예 4, 비교예 2의 검증 결과를 이하에 나타낸다.

레이저 가공 장치의 가공 조건은, 이하와 같다.

(1) 레이저 가공 장치의 조사 형태, 출력; 연속 조사, 6.0kw

(2) 강판(W)으로부터의 노즐 개구부까지의 거리; 4㎜

실시예 3, 실시예 4의 가공 조건은, 강판에 대한 피어싱공 가공을 개시 후 레이저 토치(2)의 축선(O1)을 가공 기점으로부터 옵셋시켜 가공 기점 둘레에 토치의 속도;150㎜/min, 주회 횟수; 2회, 원궤적의 직경(d2); 0.5㎜로 원궤적을 그리면서 주회시키고 다시 가공 기점으로 되돌려 피어싱공을 가공했다. 또 실시예 4는 실시예 3의 가공 조건에 추가하여 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)를 52.6(vol%)로 조정하여 피어싱공을 가공했다.

실시예 3, 실시예 4, 비교예 2에 공통된 가공 조건으로서, 어시스트 가스의 분사압은 분사압(P);0.04Mpa로 했다.

〔검증 결과〕

상기 가공 조건에서 가공한 실시예 3, 실시예 4, 비교예 2의 피어싱공 직경(d1)은, 이하 표 3에 나타낸 바와 같다.

[표 3]

강판의 판두께(t)	실시예 3	실시예 4	비교예 2
22㎜	6.2㎜	4.5㎜	7.6㎜

이상과 같이 실시예 3, 실시예 4 모두 비교예 2에 대해 효과가 확인되었다.

또 실시예 4와 실시예 3의 비교에서도 큰 변화(축소율 약 28%)가 있으며 어시스트 가스의 산소 농도를 조정함으로써 새로운 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.

다음으로, 제1 실시예에서 레이저 토치(2)가 판두께 22㎜인 강판에 대해 왕복 이동을 포함한 이동 궤적(75) 및 지그재그 이동 궤적을 이동하면서 피어싱공을 가공한 경우의 검증 결과를 나타낸다. 레이저 토치(2)를 이동 궤적 75와 같이 이동시킨 경우를 실시예 5, 레이저 토치(2)를 이동 궤적 76과 같이 이동시킨 경우를 실시예 6으로 하였다.

실시예 5, 실시예 6에서의 레이저 가공 장치의 가공 조건은 이하와 같다.

(1) 레이저 가공 장치의 조사 형태, 출력; 연속 조사, 6.0kw

(2) 강판(W)부터의 노즐 개구부까지의 거리; 6㎜

(3) 토치의 속도; 600㎜/min, 어시스트 가스의 분사압(P); 0.35MPa

(3) 실시예 5에서의 레이저 토치(2)의 왕복 이동을 포함한 궤적은 왕복 이동의 스트로크 st1; 0.5㎜, 왕복 횟수; 5회

(4) 실시예 6에서의 레이저 토치(2)의 지그재그 이동 궤적은 왕복 이동 방향의 스트로크 st2; 0.5㎜, 왕복 횟수; 5회, 왕복 이동 방향과 직교하는 방향의 1왕복 이동당 이동량 M; 0.2㎜

비교예 2는 상술한 실시예 3, 실시예 4에 관련된 것을 채용했다.

〔검증 결과〕

상기 가공 조건에서의 실시예 5의 피어싱공 직경(d1)은, 이하 표 4에 나타낸 바와 같다.

[표 4]

강판의 판두께(t)	실시예 5	비교예 2
22㎜	3.5㎜	7.6㎜

또, 상기 가공 조건에서의 실시예 6의 피어싱공 직경(d1)은, 이하 표 5에 나타낸 바와 같다.

[표 5]

강판의 판두께(t)	실시예 6	비교예 2
22㎜	3.5㎜	7.6㎜

이상과 같이, 실시예 5, 실시예 6은 비교예 2에 대해 큰 효과를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 대해서 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명에 관한 가공 장치의 개략도로서, 부호200은 가공 장치를, 부호210은 조정부(조정수단)을, 부호211은 산소 농도 조정부(산소 농도 조정수단) 를 나타내고 있다.

가공 장치(200)는, 조정부(210)와 가공 데이터 입력부(230)와 산소 공급원(241)과 질소 공급원(243)과 레이저 발진기(245)와 노즐(247)을 구비하고 있으며, 조정부(210)는, 가공 데이터 입력부(230)에서 입력된 가공 데이터에 기초하여 산소 공급원(241) 및 질소 공급원(243)에서 공급되는 산소 및 질소의 분량을 조정 및 혼합함으로써 원하는 피어싱공 직경을 형성하기에 적합한 산소 농도의 어시스트 가스(G)를 생성하여 노즐(247)로 공급하도록 되어 있다.

조정부(210)는, 산소 농도 조정부(211)와 처리부(212)와 데이터 테이블(213)과 산소 유량 조정 회로(214)와 질소 유량 조정 회로(215)와 혼합기(216)와 압력 조정 밸브(220)를 구비하고 있으며, 처리부(212)는, 데이터 테이블(213), 산소 유량 조정 회로(214), 질소 유량 조정 회로(215), 압력 조정 밸브(220)와 각각 신호 케이블(225),(226),(227),(228)을 통해 접속되어 있다.

또 데이터 테이블(213)에는, 산소 유량 조정 회로(214), 질소 유량 조정 회로(215) 및 압력 조정 밸브(220)에서 소정의 산소 농도 및 분사압의 어시스트 가스(G)를 얻기 위한 제어 데이터가 저장되어 있다.

또 산소 유량 조정 회로(214) 및 질소유량 조정 회로(215)는, 각각 산소 공급원(241) 및 질소 공급원(243)에 접속되고, 산소 공급원(241) 및 질소 공급원(243)은 각각 액체 산소 및 액체 질소를 저류함과 동시에 이들 액체 산소 및 액체 질소를 기화시켜 산소 유량 조정 회로(214) 및 질소 유량 조정 회로(215)에 공급하도록 되어 있다.

산소 유량 조정 회로(214)는, 매스 플로우 콘트롤러(218)와 배관을 구비함과 동시에 산소 공급원(241)과 혼합기(216) 사이를 접속하고 산소 공급원(241)에서 배관을 통해 공급된 산소의 유량을 매스 플로우 콘트롤러(218)에서 조정하도록 되어 있다.

질소 유량 조정 회로(215)는, 매스 플로우 콘트롤러(219)와 배관을 구비함과 동시에 질소 공급원(243)과 혼합기(216) 사이를 접속하고 질소 공급원(243)에서 배관을 통해 공급된 질소의 유량을 매스 플로우 콘트롤러(219)에서 조정하도록 되어 있다.

또 매스 플로우 콘트롤러(218),(219)에서 유량 조정된 산소 및 질소는 혼합기(216)에 공급, 혼합되고, 소정의 산소 농도의 어시스트 가스(G)에 생성되어 공급 배관(217)을 통해 노즐(247)에 공급되도록 되어 있다. 노즐(247)에서 소정의 분사압(P)의 어시스트 가스(G)를 얻기 위해 처리부(212)로부터의 제어 데이터에 의해 압력 조정 밸브(220)에 분사압(P)에 대응한 소정의 압력으로 조정되도록 되어 있다. 이 제2 실시예에서, 노즐(247)은 분사 노즐공에 대해 충분히 큰 용적의 어시스트 가스(G)의 저류부를 구비하고 있으며, 노즐 분사공에서의 어시스트 가스(G)의 분사압(P)은 압력 조정 밸브(220)에서 공급된 어시스트 가스(G)의 압력과 거의 동등하게 유지되도록 되어 있다.

이 제2 실시예에서, 산소 유량 조정 회로(214) 및 질소유량 조정 회로(215)를 제어하는 제어 데이터는 매스 플로우 콘트롤러(218),(219)의 개도 데이터에 의해 구성되어 있다.

가공 데이터 입력부(230)는 판두께 입력부(두께 입력부)(231)와 피어싱공 사이즈 입력부(232)와 압력 모드 입력부(233)를 구비하고 있으며, 이들은 각각 데이터 케이블(235),(236),(237)을 통해 처리부(212)에 접속되어 있다.

판두께 입력부(231)는, 예를 들면 강판(금속제 피가공재(W))의 판두께(가공부의 두께)(t)에 관한 데이터를 입력하도록 되어 있다.

피어싱공 사이즈 입력부(232)는, 피어싱하기 위한 가공 데이터 중, 강판(W)의 판두께(t)에 대한 피어싱공 사이즈(예를 들면, 판두께(t)에 대한 피어싱공 직경의 크기에 관한 데이터, 예를 들면, 판두께(t)의 1/3, 1/5, 그 판두께에서의 최소 공직경) 등의 데이터가 입력되도록 되어 있다.

압력 모드 입력부(233)는 피어싱할 때 피어싱공 안의 용융물을 피어싱공의 외부로 배출시켜 용융물이 남지 않도록 하기 위해 어시스트 가스(G)의 노즐(247)로의 공급 압력을 높게(낮게) 하여 어시스트 가스(G)를 노즐(247)에서 높은(낮은) 분사압(P)으로 분사시키는 경우에 지시를 입력하고, 처리부(212)에 대해 지시 데이터를 송신하도록 되어 있다.

또 처리부(212)는 가공 데이터 입력부(230)에서 입력되어 송신된, 판두께(t)에 관한 데이터, 피어싱공 사이즈에 관한 데이터, 어시스트 가스(G)의 분사압(P)에 관한 지시 데이터를 기초로 피어싱하는 판두께(t)의 강판(W)에서 원하는 피어싱공 직경을 얻기 위해 적합한 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)를 연산하여 신호 케이블(225)을 통해 데이터 테이블(213)로부터 소정의 산소 농도의 어시스트 가스(G)를 얻기 위해 필요한 산소 유량 조정 회로(214) 및 질소유량 조정 회로(215)의 제어 데이터를 취득하도록 되어 있다.

또 처리부(212)는, 압력 모드 입력부(34)에 어시스트 가스(G)의 압력 조정에 관한 지시가 입력된 경우, 압력 모드 입력부(34)로부터의 신호에 의해 판두께 입력부(231)에서 입력된 피가공재(W)의 판두께(t)에 대응한 분사압(P)의 어시스트 가스(G)를 노즐(247)에서 분사시키기 때문에, 해당 분사압(P)에 대응한 압력의 어시스트 가스(G)를 압력 조정 밸브(220)를 경유하여 노즐(247)에 공급하기 위한 제어 데이터를 데이터 테이블(213)에서 취득함과 동시에 신호 케이블(228)을 통해 압력 조정 밸브(220)에 지시하도록 되어 있다.

다음으로, 이 제2 실시예의 가공 장치(200)의 작용에 대해서 설명하기로 한다.

우선, 가공 데이터 입력부(230)의 판두께 입력부(231), 피어싱공 사이즈 입력부(232), 압력 모드 입력부(233)에 피가공재(W)에 가공하고자 하는 피어싱공 사이즈에 관한 데이터, 예를 들면, 판두께(t), 판두께(t)의 1/3, 1/5 등의 판두께(t)에 대한 피어싱공 사이즈에 관한 수치 데이터, 또 필요에 따라 분사압(P)에 관한 지시를 입력한다. 이들은 각각 데이터 케이블(235),(236),(237)을 통해 처리부(212)에 송신된다.

처리부(212)는, 송신된 이들 피어싱 데이터와 사전에 주어진 수학식에 기초하여 해당 피어싱에 적합한 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C) 및 분사압(P)을 산출한다.

입력된 판두께(t)의 값 및 피어싱공 사이즈 정보에 관하여 적용하는 수학식 은, 예를 들면 이하와 같다.

예를 들면, 피어싱공 직경을 판두께의 1/3 이하로 하는 경우에 관해서는,

산소 농도(C)를,

0<t<8㎜의 범위에서,

0<C<99.9 …(1-1)

8≤t<13.5㎜의 범위에서,

0<C≤―1.65t+111.2 …(1-2)

13.5≤t≤26.33㎜의 범위에서,

5.28t-71.28≤C≤―1.65t+111.2 …(1-3)

여기에서, C; 산소 농도(vol%), t; 가공부의 두께(㎜)(이하, 동일)

또 피어싱공 직경을 판두께의 1/5 이하로 하는 경우에 관해서는,

산소 농도(C)를,

0<t<12㎜의 범위에서, 0<C<85 …(2-1)

12≤t≤22.76㎜의 범위에서,

5.71t-68.52≤C≤―2.19t+111.28 …(2-2)

또 각각의 판두께(t)에서 피어싱공 직경을 대략 최소로 하기 위해 적합한 어시스트 가스(G)의 산소 농도(C)는,

0<t<12.0㎜의 범위에서, C=0 …(3-1)

12.0≤t≤26.33㎜의 범위에서,

C=―0.255t2+14.5t-137.2 …(3-2)

또 레이저 발진기의 성능이나 재질을 비롯한 피가공재의 개체차(個體差), 레이저 발진기에 먼지가 부착되는 등의 경시적인 변화 영향을 고려한 경우에 어시스트 가스(G)의 산소 농도를 상기 수학식의 ―10%∼+10%의 범위로 조정함으로써 대략 최소 공직경의 피어싱공을 가공할 수 있으며, 그 경우의 상기 산소 농도(C)는,

0<t<12.1㎜의 범위에서, 0<C<10 …(3-3)

12.1≤t<9.18㎜의 범위에서,

0<C≤4.9t-30 …(3-4)

9.18≤t≤26.33㎜의 범위에서,

4.9t-45≤C≤4.9t-30 …(3-5)

이다.

또 상기 (1-1) 내지 (1-3),(2-1),(2-2),(3-1),(3-2)의 산소 농도(C)에서 각각 판두께(t)의 1/3, 1/5, 대략 최소 직경의 피어싱공을 가공하기 위한 어시스트 가스의 분사압(P)은,

0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05 …(4-1)

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024 …(4-2)

또 최적의 어시스트 가스의 분사압(P)은,

0<t<13㎜의 범위에서, P=0.03 …(4-3)

13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

P=0.002t+0.004 …(4-4)

P; 어시스트 가스의 분사압(MPa), t; 가공부의 두께(㎜)

가 되어 이 조건의 분사압(P)에서 피어싱공 안의 용융물이 거의 완전히 배출되어 원하는 직경의 피어싱공을 확보할 수 있다.

계속해서 처리부(212)는, 상기 수학식에 의해 산출(연산)한 어시스트 가스(G)의 산소 농도에 대응한 매스 플로우 콘트롤러(218),(219)의 개도 데이터 및 산출한 어시스트 가스(G)의 분사압(P)을 얻기 위한 해당 압력 조정 밸브(220)의 제어 데이터를, 신호 케이블(225)을 통해 데이터 테이블(213)로부터 각각 취득하고, 신호 케이블(226),(227),(228)을 통해 매스 플로우 콘트롤러(218),(219) 및 압력 조정 밸브(220)로 송신한다.

매스 플로우 콘트롤러(218),(219)는, 처리부(212)에서 송신된 개도 데이터에 의해 유로의 개도가 개폐 제어되어 원하는 산소 농도의 어시스트 가스(G) 생성에 필요한 양의 산소 및 질소를 산소 공급원(241) 및 질소 공급원(243)에서 혼합기(216)에 공급한다.

혼합기(216)에 공급된 소정량의 산소 및 질소는 혼합기(216)에서 혼합되고, 소정의 산소 농도의 어시스트 가스(G)가 되어 노즐(247)에 공급되고, 노즐(247) 끝단의 개구부에서 피가공재(W)에 분사됨과 동시에 레이저 발진기(245)가 작동하여 노즐(247) 안을 경유한 레이저광(L2)이 강판(W)에 조사되어 피어싱이 이루어진다.

이 경우, 과잉 산화, 연소가 발생하지 않도록 어시스트 가스(G)의 산소 농도를 조정함으로써 레이저광(L2)을 펄스 조사가 아니라 연속 조사하여 고효율로 피어싱공을 형성할 수 있다.

이 경우, 압력 조정 밸브(220)는 처리부(212)에서 송신된 제어 데이터에 의해 제어되고, 노즐(247)에 공급되는 어시스트 가스(G)가 원하는 분사압(P)이 된다.

이 가공 장치(200)에 의하면, 강판(W)의 판두께(t)에 따라 과잉 산화, 연소가 발생하지 않도록 노즐(247)에서 분사되는 어시스트 가스(G)의 산소 농도가 조정되기 때문에 레이저광(L2)을 연속적으로 조사한 경우에도, 예를 들면 피어싱공 직경이 판두께(t)에 대해 약 1/3(종래 대비, 마이너스 약 20%), 혹은 피어싱공 직경이 판두께(t)에 대해 약 1/5(종래 대비, 마이너스 약 50%)의 구멍 직경이 작은 피어싱공을 용이하고도 확실하게 형성할 수 있다.

또 피어싱공 직경이 작게 형성되어 있기 때문에 피어싱공 직경이 커짐에 따라 피어싱공 형상이 원추형이 되는 것이 억제되고, 그 결과, 슬래그의 발생이 적어져 피어싱공 주변의 슬래그가 부착되는 강판(W) 표면의 범위가 줄어들기 때문에 정전 용량에 의한 노즐(247)의 높이 조정을 사용한 경우, 노즐(247) 높이의 불안정한 작동이나 어시스트 가스(G)의 흐름이 강판(W)의 표면에 요철로 부착된 슬래그로 흐트러져 발생하는 절단 오류의 발생이 억제된다.

또 슬래그의 발생이 줄어들어 강판(W)의 피어싱공 주변의 과열 및 용융 범위가 축소되기 때문에 피어싱시에 발생한 열에 의한 셀프 버닝이나 절단 불량이 방지된다.

그 결과, 슬래그 부착에 의한 절단 오류나 슬래그에 기인하는 화재 발생의 염려가 없어져 종래, 판두께 12㎜까지밖에 실현할 수 없었던 연속 조사에 의한 피어싱의 자동 운전을 무감시로 하여 피어싱공 직경이 판두께의 1/3인 경우에 판두께 약 16㎜, 판두께의 1/5인 경우에 판두께 약 22㎜까지 할 수 있다.

또 일반적으로 연속 조사에 의한 소공 절단에서는, 절단 가능한 소공의 직경은 경험적으로 판두께×약 1.5배 이상이지만, 피어싱공 직경을 판두께의 1/3까지 작게 하면, 판두께×약 1.3배의 직경까지, 피어싱공 직경을 판두께의 1/5까지 작게 하면, 판두께×약 1.0배의 직경까지의 소공을 레이저광의 연속 조사로 절단할 수 있게 되어, 직경이 판두께의 1.0배에서 1.5배까지인 소공 절단에 관하여 가공 시간과 가공 비용을 대폭 줄일 수 있다.

또 어시스트 가스(G)의 산소 농도가 자동으로 조정되기 때문에 숙련 기술자에게 의존하지 않고 또한 단시간에 정확하게 산소 농도를 조정할 수 있다.

또 레이저광(L2)을 강판(W)에 연속 조사할 때 강판(W)의 판두께(t)에서, 예를 들면 1/3, 1/5, 판두께(t)에서의 최소 구멍 직경 등 가공하고자 하는 구멍 직경 사양에 대응하여 상기 수학식(1-1),(1-2),(1-3),(2-1),(2-2),(3-1),(3-1),(3-3),(3-4),(3-5)에 기초한 조건으로 조정된 산소 농도의 어시스트 가스(G)를 공급하여 피어싱을 수행하기 때문에 과잉 산화, 연소 반응 발생이 억제되어 원하는 직경의 피어싱공을 용이하고도 확실하게 또한 고효율로 형성할 수 있다.

또 식(4-1) 내지 (4-4)의 조건에 기초하여 어시스트 가스(G)의 분사압(P)이 조정되어 있기 때문에 피가공재(W)의 판두께(t)에 따라 피어싱이 피가공재의 두께 방향 가공 종단부 근방까지 진행한 경우에도 가공부의 저부까지 어시스트 가스의 분사 에너지가 충분히 도달한다. 그 결과, 분사압(P)을 상기 하한 이상으로 함으로써 피어싱공 안에서 용융물이 충분하게 배제되어 피어싱공 안에 용융물이 고이는 것이 줄어들기 때문에 제품에 대한 열왜곡의 발생이 억제되어 가공 효율이 향상된다. 또 분사압(P)을 상기 상한 이하로 함으로써 피어싱공 안에서의 과잉 산화 반응과, 그에 따른 슬래그의 비산량 증대가 억제되기 때문에 원하는 공직경의 피어싱공을 수율을 향상시키면서 가공 효율을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이, 소정의 공직경의 피어싱공을 고정밀도 및 고효율로 형성할 수 있기 때문에 생산 리드타임의 단축, 제조비용의 삭감을 실현할 수 있다.

다음으로, 도 12, 도 13, 도 14, 도 15, 도 16에 기초하여 상기 수학식에 대해서 설명한다.

도 12는, 상기 제2 실시예에서의 어시스트 가스(G)의 산소 농도와 피어싱공 직경의 관계를, 도 13, 도 14, 도 15는, 피가공재의 판두께와 어시스트 가스 산소 농도의 관계를, 도 16은, 피가공재의 판두께와 어시스트 가스(G)의 분사압의 관계를 도시한 도면이다.

도 12는, 피가공재가 강판인 경우에 어시스트 가스(G)의 산소 농도와 피어싱공 직경의 관계를 도시한 것으로서, A6, A9, A12, A16, A19는 각각 6㎜, 9㎜, 12㎜, 16㎜, 19㎜의 판두께의 강판에 횡축으로 표시한 산소 농도의 어시스트 가스(G)를 분사하면서 6kW의 레이저의 연속 빔을 조사했을 때 형성되는 피어싱공 직경을 도시한 것이다.

또 도 13은, 피어싱공으로서 판두께의 1/3 이하인 구멍 직경의 피어싱공이 얻어지는 범위의 어시스트 가스(G)의 산소 농도를, 도 12에 기초하여 도시한 것이다. 도 13에서의 B1 이하 B2 이상의 범위는 판두께의 1/3 이하인 직경의 피어싱공 을 얻을 수 있는 범위이다.

또 도 14는, 판두께의 1/5 이하인 구멍 직경의 피어싱공을 얻을 수 있는 범위의 어시스트 가스(G)의 산소 농도를, 도 12에 기초하여 도시한 것이다. 도 14에서 C1 이하 C2 이상의 범위는 판두께의 1/5 이하인 직경의 피어싱공을 얻을 수 있는 범위이다.

또 도 15는, D1은 피어싱공 직경이 최소인 경우, D2 이하와 D3 이상의 범위는 그 판두께(t)에서의 최소 구멍 직경의 피어싱공을 가공하기 위한 어시스트 가스(G)의 산소 농도의 범위를 나타내고 있다.

또 도 16은 도 13, 도 14, 도 15에서 도시되는 산소 농도인 경우의 원하는 판두께(t)에서 피어싱공 안에 용융물을 부착시키지 않기 때문에 필요한 어시스트 가스(G)의 분사압(P)의 최적치(P1), 적합한 범위의 상한(P2), 하한(P3)을 특정한 것이다.

더우기, 이 어시스트 가스(G)의 분사압(P)은 산소 농도(C)가 아니라 판두께(t)에 의존하는 함수이기 때문에 어시스트 가스(G)의 분사압(P)을 레이저 피어싱에서의 산소 농도 조정 필수의 구성 요소로 할 필요는 없다.

이와 같이 하여 도 12, 도 13, 도 14, 도 15에 기초하여 얻어진 어시스트 가스(G)의 산소 농도는, 상술한 수학식(1-1), (1-2), (1-3), (2-1), (2-2), (3-1), (3-1), (3-3), (3-4), (3-5)으로 특정된다.

또 도 16에 기초하여 얻어진 피어싱공 안에 용융물을 부착시킬 수 없기 때문에 필요한 어시스트 가스(G)의 분사압(P)의 범위 및 최적의 수학식은 (4-1), (4- 2), (4-3), (4-4)에 특정된다.

더우기, 본 발명은 상기 제2 실시예에 한정되지 않으며 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변경을 할 수 있다.

상기 제2 실시예에서는, 피가공재(W)가 강판인 경우에 대해서 설명했으나, 본 발명에 관한 방법 및 가공 장치에 적용하는 피가공재(W)는 스테인레스강, 알루미늄, 구리, 티타늄 등 다른 금속 또는 그들의 합금으로 구성된 것이어도 좋다.

또 상기 제2 실시예에서는 산소 농도의 범위를 상기 수학식에서 산출하는 경우에 대해서 설명했으나, 수학식을 사용하지 않고 산소 농도(C)를 조정해도 좋다.

또 상기 이외에 특정되는 수학식을 설정하여 피어싱에 적용해도 좋다. 즉, 피어싱공 직경에 관하여 판두께(t)의 1/5 이하인 경우에 대해서 연산하는 경우에 대해서 설명했으나, 피어싱공 사이즈에 대해서 입력하는 정보는 판두께의 1/5보다도 큰 구멍 직경으로 할 수도 있다. 또 제어부를 구비하지 않은 가공 장치에 적용하여 매스 플로우 콘트롤러(218),(219) 등에 마련된 눈금이나 톱니바퀴, 링크 기구 등을 사용한 개도 조정 장치에 의해 산소 농도, 분사압을 제어해도 좋다.

또 산소 및 질소를 공급하는 산소 공급원(241) 및 질소 공급원(243)이 각각 액체 산소 및 액체 질소를 저류하고, 이들 액체 산소 및 액체 질소를 기화하는 경우에 대해서 설명했으나, 액체 산소, 액체 질소 대신에 어느 하나에 액체 공기를 사용하는 것도 가능하고, 또 탱크 등에 압축, 보존된 산소, 질소 또는 공기 혹은 콤프레샤에 의해 공기 등을 압축하는 방법 등을 임의로 조합하여 혼합기(216)에 어시스트 가스의 원료를 공급하여 어시스트 가스(G)를 생성할 수 있다.

또 어시스트 가스(G)를 구성하는 기체의 일부로서 불활성 가스, 예를 들면 아르곤, 헬륨 등을 사용할 수도 있다.

또 상기 제2 실시예에서는 강판(W)에 조사하는 레이저광(L2)을 연속적으로 조사하는 경우에 대해서 설명했으나, 어시스트 가스(G)의 산소 농도 조정을 펄스 조사에 적용해도 좋다.

또 상기 제2 실시예에서는 가공 데이터 입력부(230)에 입력된 판두께(t) 등의 데이터에 기초하여 판두께(t)에 대응한 어시스트 가스(G)의 산소 농도, 분사압(P)을 처리부(212)에서 연산하여 데이터 테이블(213)로부터 제어 데이터를 취득하여 매스 플로우 콘트롤러(218),(219) 및 압력 조정 밸브(220)를 제어하는 경우에 대해서 설명했으나, 상기 수학식에 기초한 연산 결과를 데이터 테이블에 기록하고, 그 정보에 기초하여 제어 데이터를 취득해도 좋고, 입력된 판두께(t) 등의 정보에 기초하여 제어 데이터를 직접 산출하거나 또는 데이터 테이블에서 직접 취득한 데이터에 의해, 또는 산소 농도(C) 및 분사압(P)을 직접 구하지 않고 대응하는 데이터만을 취득하여 조정해도 된다.

또 어시스트 가스(G)의 혼합시에 사용한 매스 플로우 콘트롤러(218),(219)의 개도 등 제어 정보를 데이터 테이블(213)로부터 취득하는 경우에 대해서 설명했으나, 이들 제어에 필요한 제어 데이터를 처리부(212)에서 연산에 의해 산출해도 좋다.

피가공재에 피어싱공을 가공할 때에 과잉 산화 반응을 억제하여 고효율 및 고정밀도로 원하는 공직경의 피어싱공을 형성할 수 있게 된다.

Claims (22)

1. 피가공물의 가공부에 레이저광을 조사하면서 상기 레이저광과 동축으로 배치된 노즐에서 상기 가공부를 향해 어시스트 가스를 분사하여 어시스트 가스에 의해 상기 가공부를 덮고, 해당 가공부에 피어싱공을 가공하는 레이저 피어싱 방법으로서,

   상기 레이저광을 조사 개시 후에, 상기 가공 기점에서 5㎜의 범위 안에서 상기 노즐을 이동시키면서 피어싱공을 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노즐을,

   가공 기점의 둘레로 주회(周回) 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 노즐을,

   왕복 이동을 포함한 궤적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 노즐을,

   지그재그로 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 노즐에서 분사되는 어시스트 가스의 산소 농도(C)는 상기 피어싱공 가공을 하는 가공부의 두께(t)에 대응하여 결정되고,

   상기 산소 농도(C)는,

   0<t<8㎜의 범위에서, 0<C<99.9

   8≤t<13.5㎜의 범위에서, 0<C≤―1.65t+111.2

   13.5≤t≤26.33㎜의 범위에서,

   5.28t-71.28≤C≤―1.65t+111.2

   C; 산소 농도(Vol%), t; 가공부의 두께(㎜)

   인 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 피어싱공을 관통한 후에 상기 노즐을 상기 피어싱공 주위의 피가공재 표면의 윗쪽으로 이동시켜, 상기 레이저광을 조사하여 드로스(dross)를 재용융함과 동시에 상기 노즐부터 어시스트 가스를 분사하면서 상기 피어싱공의 주위를 주회하여 상기 피어싱공의 주위에 형성된 드로스를 제거하는 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
7. 피가공물의 가공부에 레이저광을 조사하면서 상기 레이저광과 동축으로 배치된 노즐로부터 상기 가공부를 향해 어시스트 가스를 분사하여 어시스트 가스에 의해 상기 가공부를 덮고, 해당 가공부에 피어싱공을 가공하는 가공 장치로서,

   상기 레이저광을 조사 개시 후에, 상기 가공 기점에서 5㎜의 범위 내에서 상기 노즐을 이동시키면서 피어싱공을 가공하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제어수단은,

   상기 노즐을 가공 기점의 둘레로 주회 이동시키는 주회 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 제어수단은,

   상기 노즐을 왕복 이동을 포함한 궤적으로 이동시키는 왕복 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
10. 제7항에 있어서,

    상기 제어수단은,

    상기 노즐을 지그재그로 이동시키는 지그재그 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제어수단은,

    상기 노즐로부터 분사되는 어시스트 가스의 산소 농도(C)를 결정하는 산소 농도 조정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
12. 제7항에 있어서,

    상기 제어수단은,

    상기 피어싱공을 관통한 후에 상기 노즐을 상기 피어싱공 주위의 피가공재 표면의 윗쪽으로 이동시키고, 상기 레이저광을 조사하여 드로스를 재용융함과 동시에 상기 노즐에서 어시스트 가스를 분사하면서 상기 피어싱공의 주위를 주회하여 상기 피어싱공의 주위에 형성된 드로스를 제거하는 드로스 제거수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
13. 삭제
14. 삭제
15. 노즐에서 분사된 어시스트 가스에 의해 금속제의 피가공재 가공부를 덮고 해당 가공부에 레이저광을 조사함으로써 금속판에 피어싱하는 레이저 피어싱 방법으로서,

    상기 가공부의 두께(t)에 대응하여 결정된 산소 농도(C)와, 상기 가공부의 두께(t)에 따라 결정된 분사압(P)를 갖는 상기 어시스트 가스를 사용하고,

    상기 산소 농도(C)는,

    0<t<8㎜의 범위에서, 0<C<99.9

    8≤t<13.5㎜의 범위에서, 0<C≤―1.65t+111.2

    13.5≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    5.28t-71.28≤C≤―1.65t+111.2

    또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)이 ,

    0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

    13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

    P; 어시스트 가스의 분사압(MPa), t; 가공부의 두께(㎜)

    C; 산소 농도(vol%)

    인 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
16. 노즐에서 분사된 어시스트 가스에 의해 금속제의 피가공재 가공부를 덮고 해당 가공부에 레이저광을 조사함으로써 금속판에 피어싱하는 레이저 피어싱 방법으로서,

    상기 가공부의 두께(t)에 대응하여 결정된 산소 농도(C)와, 상기 가공부의 두께(t)에 따라 결정된 분사압(P)를 갖는 상기 어시스트 가스를 사용하고,

    상기 산소 농도(C)가,

    0<t<12㎜의 범위에서, 0<C<85

    12≤t≤22.76㎜의 범위에서,

    5.71t-68.52≤C≤―2.19t+111.28

    또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)이,

    0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

    13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

    P; 어시스트 가스의 분사압(MPa), t; 가공부의 두께(㎜)

    C; 산소 농도(vol%)

    인 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
17. 노즐에서 분사된 어시스트 가스에 의해 금속제의 피가공재 가공부를 덮고 해당 가공부에 레이저광을 조사함으로써 금속판에 피어싱하는 레이저 피어싱 방법으로서,

    상기 가공부의 두께(t)에 대응하여 결정된 산소 농도(C)와, 상기 가공부의 두께(t)에 따라 결정된 분사압(P)를 갖는 상기 어시스트 가스를 사용하고,

    상기 산소 농도(C)가,

    0<t<12.0㎜의 범위에서, 0<C<10

    12.0≤t<13.3㎜의 범위에서,

    0<C≤―0.255t2+14.5t-127.2

    13.3≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    ―0.255t2+14.5t-147.2≤C≤―0.255t2+14.5t-127.2

    또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)이,

    0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

    13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

    P; 어시스트 가스의 분사압(MPa), t; 가공부의 두께(㎜)

    C; 산소 농도(vol%)

    인 것을 특징으로 하는 레이저 피어싱 방법.
18. 제7항에 있어서,

    상기 어시스트 가스의 산소 농도를 자동 조정하는 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
19. 제7항에 있어서,

    상기 가공부의 두께를 입력하는 두께 입력부와, 상기 어시스트 가스의 산소 농도를 자동 조정하는 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 산소 농도(C)를,

    0<t<8㎜의 범위에서, 0<C<99.9

    8≤t<13.5㎜의 범위에서, 0<C≤―1.65t+111.2

    13.5≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    5.28t-71.28≤C≤―1.65t+111.2

    또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)을,

    0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

    13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

    C; 산소 농도(vol%), t; 가공부의 두께(㎜)

    P; 어시스트 가스의 분사압(MPa)

    으로 자동 조정하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
21. 제19항에 있어서,

    상기 산소 농도(C)를,

    0<t≤12㎜의 범위에서, 0<C<85

    12<t≤22.76㎜의 범위에서,

    5.71t-68.52≤C≤―2.19t+111.28

    또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)을,

    0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

    13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

    C; 산소 농도(vol%), t; 가공부의 두께(㎜)

    P;어시스트 가스의 분사압(MPa)

    으로 자동 조정하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
22. 제19항에 있어서,

    상기 산소 농도(C)를,

    0<t<12.0㎜의 범위에서, 0<C<10

    12.0≤t<13.3㎜의 범위에서,

    0<C≤―0.255t2+14.5t-127.2

    13.3≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    ―0.255t2+14.5t-147.2≤C≤―0.255t2+14.5t-127.2

    또한, 상기 어시스트 가스의 분사압(P)을,

    0<t<13㎜의 범위에서, 0.015≤P≤0.05

    13≤t≤26.33㎜의 범위에서,

    0.002t-0.011≤P≤0.002t+0.024

    C; 산소 농도(vol%), t; 가공부의 두께(㎜)

    P; 어시스트 가스의 분사압(MPa)

    으로 자동 조정하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.

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