KR101889660B1 - 최적의 기체 동역학을 이용하는 레이저 절단 방법 - Google Patents

Abstract

레이저 빔(3)과 절단 기체(4)에 의해 2mm 이상의 두께(d)를 갖는 판 형태의 금속 피가공물(2)을 절단하는 방법으로서, 레이저 빔과 절단 기체는 절단 기체 노즐(1)의 노즐 개구(5)로부터 함께 방출되는 절단 방법에 있어서, 본 발명에 따라, 피가공물 측의 노즐 정면(8)의 높이에서 레이저 빔(3)의 빔 축(10)이 절단 방향(6)으로 노즐 개구(5)의 후방 개구벽 섹션(11)으로부터 3mm 이상 이격되고 노즐 개구(5)로부터 방출되는 절단 기체(4)가 10bar 이하의 절단 기체 압력(p)을 갖는 것이 제공된다.

Description

최적의 기체 동역학을 이용하는 레이저 절단 방법{METHOD FOR LASER CUTTING WITH OPTIMIZED GAS DYNAMICS}

본 발명은 2mm 이상의 두께를 갖는 판 형태의 금속 피가공물을, 절단 기체 노즐의 노즐 개구로부터 함께 방출되는 레이저 빔과 절단 기체에 의해 절단하는 방법에 관한 것이다.

이러한 유형의 방법은 예를 들어 JP2003048090A로부터 공지되어 있다.

종래 기술에서는 레이저 절단 시에 많은 절단 기체의 소비를 방지하기 위해 통상적으로 노즐 직경이 가급적 작은 절단 기체 노즐이 사용되었다. 이러한 노즐을 사용하여 양호한 품질로 절단할 수 있기 위해서는 기체 압력이 10bar 내지 25bar(N₂-고압-용융 절단 공정)인 범위에서 사용되어야 한다. 절단 기체의 비효율적인 결합은 절단 속도의 감소 또는 일반적으로 버(burr) 형성 및 특히 절단 시에 예리한 에지를 유발할 수 있다. 이 경우, 절단 공정에 적용되는 기체 유동 조건에 절단 파라미터를 조정하는 것은 양호한 절단 결과와 안정적인 제품 조건을 위해 필수적인 전제 조건이다.

JP2003048090A에는, 두께가 8mm를 초과하는 피가공물의 용융 절단 중에, CO₂-레이저 빔을 사용하여 절단하는 경우 커프(kerf)를 방지하기 위해 절단 기체의 압력을 감소시키는 것이 공지되어 있다. 이를 위해, 특수하게 형성된 내부 윤곽을 갖는 절단 기체 노즐이 제안되는데, 이 노즐의 노즐 오리피스는 확대된 직경을 갖는 영역을 포함한다. 피가공물 측의 노즐 배출 개구는 4mm의 직경을 갖고, 절단 기체의 압력은 7.8 bar 내지 13.7 bar의 범위에 존재한다.

본 발명의 과제는, 높은 절단 속도에서도 절단 모서리의 양호한 품질을 달성하게 하는 판 형태의 (특히 금속) 피가공물의 레이저 절단 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제는 서두에 언급된 방법에서 본 발명에 따라, 피가공물 측의 노즐 정면의 높이에서 레이저 빔의 빔 축이 절단 방향으로 노즐 개구의 후방 개구벽 섹션으로부터 3mm 이상 이격되고 노즐 개구로부터 방출되는 절단 기체가 10bar 이하의 절단 기체 압력을 갖는 것에 의해 해결된다. 따라서, 빔 축의 방향에서 보면, 절단 전면으로부터 시작되는 커프는 절단 기체 노즐의 노즐 개구에 의해 3mm 이상의 길이로 커버링 또는 중첩된다.

본 발명에 따른 방법의 경우, 10bar 미만의 절단 기체 압력에 의해 피가공물 측의 노즐 개구로부터 방출되는 절단 기체의 팽창은 더 작아지게 된다. 유동 속도의 감소를 통해 커프 내부에서 절단 기체 제트(jet)의 개수 및 강도가 감소된다. 노즐 개구에 의한 커프의 중첩이 크기 때문에, 커프 내로 가급적 높은 유입 경로 후에야 -존재한다면- 절단 정면의 절단 기체 유동의 분리가 발생한다. 이러한 효과로 인해, 동시에 더 높은 품질의 절단 모서리 또는 에지에서 더 높은 속도뿐만 아니라 절단 가능한 최대 피가공물 두께의 상승도 가능하게 된다.

본 발명에 따르면, 두꺼운 피가공물의 절단 시에 노즐 내부 윤곽의 형태는 절단 품질에 단지 미미한 영향을 끼치고 절단 기체 압력은 결정적으로 영향을 끼친다는 것이 인식되었다. 노즐 형태의 확산되거나 수렴될 수 있거나, 절단 기체 노즐은 서브 유동 노즐 또는 장공(elongated hole) 노즐로서 형성될 수 있다. 높은 절단 기체 압력은 작은 노즐 직경과 결부되면 두께가 2mm를 초과하는 피가공물의 절단 시에 커프에서 불균일한 기체 유동을 유발한다. 노즐 개구 이후 강하게 팽창하는 기체 제트는 기체 제트의 확산 방향을 따라 심하게 불균일한 밀도 분포 및 속도 분포를 갖는다. 이에 의해, 절단 전면 및 용융물에 작용하는 전단력도 피가공물에서 분사의 확산 방향으로 심하게 상이하다. 또한, 절단 전방 표면의 커프에서 (거의 피가공물 표면에서) 작은 깊이에서도 이미 기체 유동은 분리되는데, 이는 커프의 하부 영역에서 용융물을 배출시키는 전단력의 손실을 의미하고 뚜렷한 버 형성에 의해 더 낮은 품질의 절단 에지를 얻게 되는 결과를 가져온다.

피가공물의 두께가 더 두꺼울수록 그리고 커프 내 유입 시의 기체 속도가 더 높을수록, 커프에서 기체 제트의 와류는 더 강해지고, 이렇게 난류가 된 기체 제트는 커프로부터 배출되는 균일한 용융물 스트랜드(strand)를 생성하며, 이 용융물 스트랜드는 잔사 없이(다시 말해 버 없이) 피가공물 하부면으로부터 분리된다. 또한, 커프의 깊이가 클수록 그리고 커프 내로 기체 유동의 유입 속도가 높을수록, 기체 유동은 이러한 커프 내에서 더 강하게 제동된다.

용융물 배출을 위해 필요한 기체 용적 유동이 노즐 개구가 작은 절단 기체 노즐을 통해 커프를 향하게 되면, 절단 기체는 필수적으로 노즐 개구로부터 높은 속도로 배출되어야 하고 이에 의해 유효 방향에서 (다시 말해 레이저 빔에 대해 평행하게) 커프 내에서 매우 높은 제동 작용을 받게 된다. 그러나, 초기 팽창 방향에 대해 횡방향으로는 (다시 말해 이미 생성된 커프 내로 절단 방향에 반대로) 기체 제트에 대해 제동 작용이 더 작은데, 그 이유는 이 방향에서 기체 제트의 시작 속도가 노즐 개구로부터 배출 이후에는 마찬가지로 더 작기 때문이다. 따라서, 작은 노즐 개구로부터 방출되고 좁게 제한된 횡방향 팽창 및 커프 내로의 높은 유입 속도를 갖는 "격렬한" 고압 기체 제트는, 분사 축을 따라 높은 제동 작용으로 인해 커프 내로 짧은 유입 깊이 후에 기체 제트의 방향을 점점 더 변경하여, 제트 축에 대해 횡방향으로 더 작은 제동 작용에 상응하게 이미 생성된 커프 내로 점점 더 수평으로 유동 배출된다. 이에 의해 기체 제트는 이미 짧은 유입 깊이 이후에 더 이상 용융 필름의 가속을 (다시 말해 용융물 배출을 위해) 제공하지 않아서, 버가 발생하기 때문에 절단 결과는 더 불량해진다.

제공된 용융물 이송을 위해 필요한 시간 단위 당 동일한 기체 용적 유동이, 노즐 개구가 훨씬 더 큰 절단 기체 노즐을 관통하여 커프에 대해 편향되면, 이를 위해서는 현저히 더 낮은 절단 기체 압력이 필요하다. 따라서, 이러한 "완만한" 절단 기체 제트는 커프 내로 명백히 더 낮은 유입 속도를 갖게 되므로, 이에 의해 유효 방향에서 (다시 말해 레이저 빔에 대해 평행하게) 훨씬 더 작은 제동 작용을 받게 되므로, 결과적으로 커프를 관통하는 동안 기체 제트의 속도나 방향 중 어느 것도 사실상 변경되지 않는다. 따라서, 넓은 측면 팽창과 커프 내로의 낮은 유입 속도를 갖는 이러한 완만한 절단 기체 제트는 전체 피가공물 두께에 걸쳐 가속을 제공하고 용융물 필름의 배출을 제공함으로써, 버가 없는 절단을 가능케 한다.

본 발명에 따른 방법에 의해 공정 속도는, 예를 들어 용융 절단(절단 기체 질소) 시에 종래의 레이저 절단 공정에 비해 50%까지 상승될 수 있다. 또한, 노즐 개구에 의해 커프의 커버가 크기 때문에 급격한 방향 변경에서 버 형성 및 산화가 감소된다: 즉, 직경이 큰 노즐로부터 큰 면의 "완만한" 기체 유동은, 커프 내의 더 후방에서 생성된 용융물이 커프로부터 더 확실하게 하부로 배출되고 이에 의해 더 낮은 이송속도를 갖는 곡선 진행 시에 버 형성을 방지하기에 더욱 양호하게 적합하다. 추가로, 종래 기술에 공지된 노즐-기체 압력의 조합으로 절단되는 경우보다 더 두꺼운 피가공물이 버 없이 절단될 수 있다. 또한, (전형적으로 6bar 미만의 기체 압력으로 실행되는) 제한된 기체 압력을 사용하는 공정, 예를 들어 압축 공기 절단 또는 질소-제너레이터에 직접 생성되는 질소를 사용하는 절단은, 지금까지 버 없는 절단이 불가능했던 피가공물 두께에도 사용될 수 있다.

또한, 완만한 절단 기체 제트는 공정 장소를 둘러싸는 대기에 대해 흡입 작용이 더 작으므로, 예를 들어 질소를 사용하는 공정 시에 더 적은 외부 공기가 커프 내에 도입된다. 이에 의해 절단 모서리의 산화가 덜 발생하고/발생하거나 순도가 더 낮은 질소를 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 특히 노즐 개구의 최소 횡단면만에 의한 것이 아닌 노즐 개구에 의한 커프의 커버가 결정적이다. 더 얇은 피가공물(예를 들어 5mm의 피가공물 두께)의 경우, 3mm 이상의 커버가 유리하고 더 두꺼운 피가공물(예를 들어 15mm의 피가공물 두께)의 경우 4mm 이상의 커버가 유리한 것으로 입증되었다. 이러한 관계를 최대로 유지하는 것과; 특히 에지 진행 시에 항상 기체 동역학적이고, 커프의 절단 기체 커버가 가급적 크도록 하는 것이 목적이다. 단지 경제적 관점 및 유연성의 관점에서 제한되는데: 즉, 더 큰 노즐 개구는 증가된 기체 소비 및 이미 절단된 인접한 피가공물 부분과의 증가된 충돌 위험을 의미한다. 따라서, 노즐 개구는 더 얇은 피가공물의 경우 더 작게 선택된다. 바람직하게, 두께가 10mm를 초과하는 피가공물의 경우, 레이저 빔의 빔 축은 노즐 개구의 개구 벽 섹션 후방으로부터 4mm 이상 이격된다.

바람직하게, 노즐 개구 중 피가공물 측의 개구면, 피가공물 표면으로부터 노즐 정면의 거리, 그리고 절단 기체의 압력은, 커프 내 유입 시에 최대 기체 유동 속도가 음속의 1배를 초과하지 않도록 선택된다.

바람직하게, (원형 노즐 개구의 경우) 노즐 개구 중 피가공물 측 개구면 직경 또는 (타원형 또는 직사각형 노즐 개구, 장공 노즐의 경우) 긴 축에서 노즐 개구의 길이는 커프 폭의 10배 내지 30배에 상응한다. 따라서, 노즐 직경 또는 노즐 개구의 크기는 피가공물 두께에 매칭되는데, 피가공물 두께가 증가하면서 커프의 폭이 증가하기 때문이다. 이는, 너무 큰 노즐 개구에 의해 초래되는 절단 기체의 소비 증가에 대처하는 작용을 한다. 노즐 개구 중 피가공물 측의 개구 직경 또는 긴 축에서 노즐 개구의 길이가 7mm 이상인 것이 특히 바람직하다. 두께가 2mm를 초과하는 피가공물을 절단하는 경우, 노즐 직경은 전형적으로 7mm 내지 12mm 사이, 그리고 절단 기체 압력은 1bar 내지 6bar 사이이다.

개구 직경이 (적어도 긴 축에서) 7mm를 초과하는 절단 기체 노즐과 10bar 미만의 낮은 절단 기체 압력을 동시에 사용하면 절단 기체 유동에 대한 복수의 긍정적인 효과가 통일될 수 있다: 즉, 낮은 기체 압력은 노즐 개구에서 절단 기체의 감소된 팽창을 유도하고, 이로써 압력 서지(pressure surge)의 형성이 더 낮아진다. 큰 노즐 개구는 노즐 개구에 의한 커프의 더 큰 커버를 유도하고, 이에 의해 절단 기체 제트는 커프 내에서 덜 강하게 팽창되고, 이로써 절단 기체의 분리 지점이 절단 정면 표면으로부터 현저히 하부 쪽으로 변위될 수 있다. 추가로 커프 내에 기체 밀도가 감소하며, 이는 높은 레이저 출력 및 빔원으로서 CO₂-레이저의 사용 시에 절단 품질 및 절단 속도에 부정적으로 작용하는 질소 플라즈마의 생성 가능성을 감소시킨다.

큰 노즐 개구에 의해 초래되는 절단 기체의 소비 증가에 대해 추가로 대처하기 위해, 노즐 개구 및 피가공물 표면 사이의 거리는 가급적 작아야 한다. 이상적으로는 설치된 노즐에 의해 제로 간극이 설정될 수 있는데, 이러한 경우 기체 소비가 최대로 감소될 수 있고 기체 유동이 커프 내에 이상적으로 도입될 수 있기 때문이다. 따라서, 피가공물 표면에 대한 노즐 정면의 거리는 0mm 내지 0.5mm가 바람직하다.

레이저 출력에서 용융 출력으로의 전환 시에 최대 작동 효율(다시 말해 최대 결합 효율)은, 피가공물와 커프 폭 또는 포커스 직경 사이의 비율이 5의 값에 상응하는 경우에 달성된다. 따라서, 포커스 직경은 이상적인 경우에 피가공물 두께의 1/5이어야 하고 피가공물 두께의 1/10 내지 1/30보다 작지 않아야 한다. 이러한 방식으로 커프 중 공급 방향을 나타내는 부분(절단 정면)은 최적으로 레이저 빔에 의해 용융될 수 있다. 동시에 절단 기체는 커프 내로 더 간단하게 유입될 수 있다. 레이저 절단 시 고출력 레이저를 위해 중요하게 사용될 수 있는 포커스 직경의 범위는 100㎛로부터 2000㎛까지 연장되고, 바람직하게는 150㎛ 이상, 특히 바람직하게는 200㎛ 이상이다.

또한, 레이저 절단 공정의 안정성 및 효율을 위해, 레이저 빔의 포커스가 피가공물 표면의 높이에 또는 피가공물 표면 상에 배치되고 (특히 용융 절단 시에) 커프 폭이 전체 시트 두께에 걸쳐 포커스 직경에 상응하는 것이 유리하다. 따라서, 포커스된 빔(부식 빔)의 직경 추이는 전체 피가공물 두께에 걸쳐 거의 변경되지 않아야 한다. 따라서, 빔 파라미터 산물 및 포커스된 레이저 빔의 포커스 직경은, 결과적으로 생성되는 레일리 길이(Rayleigh length)가 피가공물 두께의 0.5배 내지 1배에 상응하도록, 피가공물 두께에 매치되어야 한다. 그러면, 결과적으로 생성되는 커프 폭은 선택된 포커스 직경의 1배 내지 1.4배에 상응한다.

기본적으로 본 발명에 따른 방법은 모든 레이저 출력을 위해 사용될 수 있고, 특히 더 두꺼운 피가공물 두께에서, 다시 말해 3000W 이상의 레이저 출력에서 가치가 있는 것으로 판명된다. 본 발명은 절단 기체로서 질소 또는 질소-산소 혼합 기체(압축 공기)를 사용하는 용융 절단 공정을 위해 특히 유리한 것으로 입증되었다. 레이저원으로서 CO₂-레이저뿐만 아니라 고체 레이저 또는 다이오드 레이저도 사용될 수 있다. 특히, (예를 들어 WO 2016/046954 A1에 기재된 바와 같이) 레이저원으로서 다이오드 레이저를 사용하여 본 발명에 따른 방법은 유리하게 사용될 수 있는데, 고체 레이저에 비해 다이오드 레이저의 빔 품질이 더 낮아서 커프의 폭이 증가됨에 따라 피가공물 측의 노즐 개구에 의한 커프의 큰 커버가 공정에 특히 유리하게 작용하기 때문이다.

레이저 빔 공급원으로서, 다중 파장 레이저 빔을 생성하는 다이오드 레이저가 사용된다.

본 발명의 대상의 추가의 장점 및 유리한 실시예는 명세서, 청구범위 및 도면으로부터 제시된다. 마찬가지로 위에서 언급된 특징 및 추가로 설명되는 특징은 각각 단독으로 또는 복수의 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 도시되고 설명된 실시예는 배타적으로 나열된 것이 아니라, 오히려 본 발명을 설명하기 위한 예시적 특징으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 절단 시에 판 형태의 피가공물을 거쳐 이동되는 절단 기체 노즐의 종단면도.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 판 형태의 피가공물과 절단 기체 노즐에 대한 하면도이며, 도 2a에 도시된 절단 기체 노즐은 원형 노즐 개구 횡단면을, 도 2b에 도시된 절단 기체 노즐은 타원형 노즐 개구 횡단면을 갖는 것을 보여주는 도면.
도 3은 판 형태의 피가공물을 레이저 절단하는 본 발명에 따른 방법의 실행을 위한 레이저 절단기를 도시한 도면.

이하의 도면에 관한 설명에서 동일하거나 기능상 동일한 부품에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용된다.

도 1에 도시된 절단 기체 노즐(1)은, 두께(d)가 2mm 이상인 판 형태의 금속 피가공물(2)을 레이저 빔(3)과 절단 기체(4)에 의해 레이저 절단하기 위해 사용되며, 레이저 빔과 절단 기체는 절단 기체 노즐(1)의 노즐 개구(5)로부터 함께 방출된다. 이러한 레이저 절단 방법은 절단 기체(4)로서 질소 또는 질소-산소 혼합물, 특히 압축 공기가 사용되는 용융 절단 공정이다.

절단 기체 노즐(1)은 피가공물(2) 상에서 절단 방향(6)으로 이동하여 피가공물(2) 내에 커프(7)를 생성하고, 이때 피가공물 표면(9)에 대한 피가공물 측 노즐 정면(8)의 거리(A)는 바람직하게 0mm 내지 0.5mm이다. 노즐 개구(5)로부터 방출되는 절단 기체(4)는 최대 10bar의 절단 기체 압력(p)을 갖는다. 레이저 빔(3)의 빔 축은 도면부호 "10"으로 표시된다. 유리하게, 레이저 빔(3)의 포커스는 피가공물 표면(9)의 높이에서 또는 피가공물 표면(9) 상에 배치되고 레이저 빔(3)의 포커스 직경은 피가공물 두께(d)의 1/5 이상이다. 이상적으로 빔 파라미터 산물 및 레이저 빔의 포커스 직경은, 결과적으로 생성되는 레일리 길이가 피가공물 두께(d)의 0.5배 내지 1배에 상응하도록 선택된다. 이상적으로, 노즐 개구(5)의 합류 측 개구면, 피가공물 표면(9)으로부터 노즐 정면(8)의 거리(A) 및 절단 기체 압력(p)은 커프(7) 내 유입 시에 최대 기체 유동 속도가 음속의 1배를 초과하지 않도록 선택된다.

도 2a에는 원형의 개구 횡단면을 갖는 절단 기체 노즐(1)에 대한 하면도가 도시되고, 도 2b에는 타원형의 개구 횡단면을 갖는 절단 기체 노즐에 대한 하면도가 도시되어 있다. 대안적으로 장공-절단 기체 노즐의 개구 횡단면은 직사각형일 수도 있다. 피가공물 측의 노즐 정면의 높이에서 레이저 빔(3)의 빔 축(10)은 절단 방향(6)으로 노즐 개구(5)의 후방 개구벽 섹션(11)으로부터 3mm 이상 이격되어 있다. 따라서, 빔 축(10)의 방향에서 볼 때, 절단 정면(12)로부터 시작되는 커프(7)는 절단 기체 노즐(1)의 노즐 개구(5)에 의해 3mm 이상의 길이(L)로 커버되거나 중첩된다. 도 2a에 도시된 원형의 개구 횡단면의 경우, 노즐 개구(5)의 개구 직경은, 바람직하게 커프 폭(b)의 10배 내지 30배에 상응하고 적어도 7mm를 차지한다. 도 2b에 도시된 타원형의 개구 횡단면을 갖는 장공-절단 기체 노즐(1)의 경우, 절단 방향(6)으로 진행되는 노즐 개구(5)의 긴 축의 길이(a)는, 바람직하게 커프 폭(b)의 10배 내지 30배에 상응하고 적어도 7mm를 차지한다.

10bar 미만의 절단 기체 압력은 노즐 개구(5)로부터 방출되는 절단 기체(4)의 작은 팽창을 야기한다. 이에 의해 더 낮은 유동 속도를 통해 커프(7) 내에서 압력 서지의 개수 및 강도가 낮아진다. 노즐 개구(5)에 의한 커프(7)의 중첩이 크기 때문에, 커프(7) 내로 가급적 높은 유입 경로 후에야 -존재한다면- 절단 정면(12)의 절단 기체 유동의 분리가 발생한다. 이러한 효과로 인해, 동시에 더 높은 품질의 절단 모서리 또는 에지에서도 동시에 더 높은 절단 속도뿐 아니라 절단 가능한 최대 피가공물 두께(d)의 상승도 가능하게 된다. 노즐 개구(5)에 의한 커프(7)의 중첩이 크기 때문에, 급격한 방향 변경에서 버 형성 및 산화가 감소된다. 절단 기체 노즐(1)의 큰 개구 직경으로부터 큰 면의 "완만한" 기체 유동은, 커프(7) 내의 더 후방에서 생성된 용융물이 커프(7)로부터 더 확실하게 하부로 배출되고 이에 의해 더 낮은 이송속도를 갖는 곡선 진행 시에 버 형성을 방지하는 것이 가능하다.

도 3에는 설명된 레이저 절단 방법의 실행을 위해 적합한 레이저 절단기(20)가 도시되어 있다.

레이저 절단기(20)는 예를 들어 레이저 빔 생성기(21)로서 CO₂-레이저 또는 고체 레이저를, 바람직하게는 다이오드 레이저와, 이동 가능한 레이저 절단 헤드(22)와, 피가공물(2)이 배치되는 피가공물 지지부(23)를 포함한다. 레이저 빔 생성기(21)에서는, (도시되지 않은) 광 도파 케이블 또는 (도시되지 않은) 편광 거울에 의해 레이저 빔 생성기(21)로부터 레이저 절단 헤드(22)로 안내되는 레이저 빔(3)이 생성된다. 레이저 빔(3)은 레이저 절단 헤드(22) 내에 배치된 포커스 광학기에 의해 피가공물(2)에 대해 배향된다. 또한, 레이저 절단기(20)에는 예를 들어 산소 및 질소와 같은 절단 기체(24)가 제공된다. 절단 기체(24)는 레이저 절단 헤드(22)의 절단 기체 노즐(1)에 공급되고, 이로부터 레이저 빔(3)과 함께 배출된다. 레이저 절단기(20)는 또한, 레이저 절단 헤드(22)를 절단 기체 노즐(1)과 함께 피가공물(2)에 대해 절단 윤곽에 상응하게 이동시키도록 프로그래밍된 기기 제어부(25)를 포함한다.

Claims (16)

1. 고체 레이저 또는 다이오드 레이저의 레이저 빔(3)과 절단 기체(4)로서 질소에 의해 2mm 이상의 두께(d)를 갖는 판 형태의 금속 피가공물(2)을 용융 절단하는 금속 피가공물의 절단 방법으로서,
   상기 레이저 빔과 절단 기체는 절단 기체 노즐(1)의 노즐 개구(5)로부터 함께 방출되고, 노즐 개구(5)로부터 방출되는 절단 기체(4)가 10bar 이하의 절단 기체 압력(p)을 갖고,
   노즐 직경은 7mm 내지 12mm 사이이고,
   용융 절단을 하는 동안에, 피가공물 표면(9)에 대한 피가공물 측 노즐 정면(8)의 거리(A)는 0mm 보다 크고 0.5mm 보다 작으며, 절단 기체 압력은 1bar 내지 6bar 사이이고,
   피가공물 측의 노즐 정면(8)의 높이에서 레이저 빔(3)의 빔 축(10)이 절단 방향(6)으로 노즐 개구(5)의 후방 개구벽 섹션(11)으로부터 3mm 이상 이격되는 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
2. 제1항에 있어서, 두께(d)가 10mm를 초과하는 피가공물(2)의 경우, 레이저 빔(3)의 빔 축(10)은 노즐 개구(5)의 후방 개구벽 섹션(11)으로부터 4mm 이상 이격되는 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노즐 개구(5)의, 피가공물 측의 개구면, 피가공물 표면(9)으로부터 노즐 정면(8)의 거리(A), 그리고 절단 기체의 압력(p)은, 커프(kerf)(7) 내 유입 시에 최대 기체 유동 속도가 음속의 1배를 초과하지 않도록 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 피가공물 측 개구 직경 또는 노즐 개구(5)의 긴 축의 길이(a)는 커프 폭(b)의 10배 내지 30배에 상응하는 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 피가공물 측의 개구 직경 또는 노즐 개구(5)의 긴 축의 길이(a)가 7mm 이상인 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
6. 삭제
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 레이저 빔(3)의 포커스 직경은 피가공물 두께(d)의 1/30 이상인 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
8. 제7항에 있어서, 레이저 빔(3)의 포커스 직경은 피가공물 두께(d)의 1/10 이상인 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
9. 제8항에 있어서, 레이저 빔(3)의 포커스 직경은 피가공물 두께(d)의 1/5 이상인 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 레이저 빔(3)의 포커스 직경은 150㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
11. 제10항에 있어서, 레이저 빔(3)의 포커스 직경은 200㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 레이저 빔(3)의 포커스가 피가공물 표면(9)의 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 빔 파라미터 산물 및 레이저 빔(3)의 포커스 직경은, 결과적으로 생성되는 레일리 길이(Rayleigh length)가 피가공물 두께(d)의 0.5배 내지 1배에 상응하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다중 파장 레이저 빔(3)을 생성하는 다이오드 레이저가 레이저 빔 생성기(21)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 금속 피가공물의 절단 방법.
15. 삭제
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