TWI630051B

TWI630051B - 鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法及雷射切斷加工裝置

Info

Publication number: TWI630051B
Application number: TW106116112A
Authority: TW
Inventors: 原英夫; 伊藤雅仁
Original assignee: 日商天田控股股份有限公司
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-07-21
Also published as: TW201741057A; JP2017205791A; WO2017200001A1; JP6202504B1

Abstract

本發明之鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，係對前述鍍覆鋼板W的上面照射雷射光LB以實施雷射切斷加工時，將因雷射光LB之照射而被熔融及/或蒸發之鍍覆之一部分，藉由對雷射加工部所噴出之輔助氣體，而往前述鍍覆鋼板W的切斷面流動，並使鍍覆金屬被覆於前述切斷面時，使在前述鍍覆鋼板之雷射切斷加工位置之上面產生電漿以實施雷射切斷加工。

Description

鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法及雷射切斷加工裝置

本發明有關鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法及雷射切斷加工裝置，詳言之，有關實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工時，將因雷射光之照射而被熔融及/或蒸發之表面的鍍覆之一部分，藉由輔助氣體而往切斷面流動(引導)，並藉由被熔融及/或蒸發之鍍覆金屬被覆切斷面時，產生電漿以進行雷射切斷加工之雷射切斷加工方法及雷射切斷加工裝置。

以往，實施鍍覆鋼板等的工件之切斷加工之時，在去除工件表面的鍍覆之後再實施工件之雷射切斷加工(例如，參照專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平7-236984號公報

若依據前述專利文獻1所記載之構成，因去除工件表面之鍍覆後實施雷射切斷加工之後，在欲提升工件的雷射切斷加工之效率上會有問題。又，若依據專利文獻1所記載之構成，由於經實施雷射切斷之切斷面係無被覆鍍覆之面，故有必須使用例如防鏽處理等適當的表面處理的問題。

本發明有鑑於如前述般之問題而成者，係一種鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，其為對鍍覆鋼板的上面照射雷射光以實施雷射切斷加工時，將因雷射光之照射而被熔融及/或蒸發之表面的鍍覆金屬之一部分，藉由對雷射加工部所噴出之輔助氣體，而往前述鍍覆鋼板的切斷面側引導，並於前述切斷面被覆鍍覆金屬時，使在前述鍍覆鋼板之雷射切斷加工部位之上面產生電漿以實施雷射切斷加工。

又，於前述鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，於因對前述鍍覆鋼板之上面之雷射光之照射而被加熱蒸發之鍍覆的蒸氣內照射雷射光以產生電漿。

又，於前述鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，雷射光之焦點位置係在+0.5mm至-4.5mm之範圍內進行調節。

又，於前述鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，將於雷射加工頭之噴嘴與鍍覆鋼板上面之間的噴嘴間隙在0.3mm至1.0mm之範圍內進行調節，且將輔助氣體壓力在0.5MPa至1.2MPa之範圍內進行調節。

又，於前述鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，將雷射切斷加工速度在1000mm/min至5000mm/min之範圍內進行調節。

又，於前述鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，噴出輔助氣體之噴嘴的口徑為2.0mm至7.0mm。

又，本發明之雷射切割加工裝置，其具備：支撐板狀的工件之工件工件台、對前述工件可朝X、Y、Z軸方向相對地自由決定移動位置之雷射加工頭、及用以控制前述雷射加工頭的動作之控制裝置；前述控制裝置具備按每一種鍍覆鋼板的板厚及鍍覆厚度儲存有雷射切斷加工條件之切斷條件資料表，該雷射切斷加工條件係在對前述工件工作台上的鍍覆鋼板照射雷射光以實施雷射切斷時，用以將因雷射光之照射而被熔融及/或蒸發之鍍覆金屬之一部分，藉由對前述雷射加工部所噴出之輔助氣體而往鋼板的切斷面側引導，並使鍍覆金屬被覆於前述切斷面。

1‧‧‧雷射切斷加工裝置

3‧‧‧工件工作台

5‧‧‧雷射加工頭

7‧‧‧定位馬達

9‧‧‧Z軸馬達

11‧‧‧雷射振盪器

13‧‧‧反射鏡

15‧‧‧聚光透鏡

17‧‧‧光學裝置

19‧‧‧噴嘴

21‧‧‧輔助氣體供給裝置

23‧‧‧氮氣供給裝置

25‧‧‧氧氣供給裝置

27‧‧‧混合器

29‧‧‧壓力調節閥

31‧‧‧控制裝置

33‧‧‧切斷條件資料表

35‧‧‧輸入手段

W‧‧‧鍍覆鋼板

LB‧‧‧照射雷射光

M‧‧‧鍍覆層

第1圖係將有關本發明之實施狀態之雷射切斷加工裝置之構成概念性、概略性地表示之構成說明圖。

第2圖係於氧氣切斷、乾淨(clean)切斷、簡易切斷時之切斷面的EMPA分析結果。

第3圖(A)至(C)係表示於乾淨切斷、氧氣切斷以及簡易切斷時之切斷面的放大照片。

第4圖係表示於改變雷射切斷加工條件時之往切面之含有鍍覆層的金屬之被覆狀態之放大照片。

第5圖係表示於改變雷射切斷加工條件時之往切斷面之含有鍍覆層的金屬之被覆態之放大照片。

第6圖係表示於改變雷射切斷加工條件時之往切斷面之含有鍍覆層的金屬之被覆狀態之放大照片。

第7圖係表示於改變雷射切斷加工條件時之往切斷面之含有鍍覆層的金屬之被覆狀態之放大照片。

第8圖係表示電漿之產生狀態之照片。

第9圖係表示切斷面之耐蝕性評估結果之放大照片。

第10圖(A)至(C)係表示於電漿發生及曝露試驗時之評估結果之說明圖及照片。

第11圖(A)至(C)係表示於電漿發生及曝露試驗時之評估結果之說明圖及照片。

第12圖(A)至(C)係表示於電漿發生及曝露試驗時之評估結果之說明圖及照片。

第13圖(A)至(C)係表示於電漿發生及曝露試驗時之評估結果之說明圖及照片。

第14圖(A)至(C)係表示於電漿發生及曝露試驗時之評估結果之說明圖及照片。

第15圖(A)至(C)係表示於電漿發生及曝露試驗時之評估結果之說明圖及照片。

第16圖(A)至(D)係表示於電漿發生及曝露試驗時之評估結果之說明圖及照片。

第17圖(A)至(D)係表示於電漿發生及曝露試驗時之評估結果之說明圖及照片。

第18圖係表示於乾淨切斷及簡易切斷時之電漿發生與於曝露試驗中之鐵鏽發生之間的關係之說明圖。

第19圖係表示因加工速度之差異所引起之EDS分析結果及鐵鏽發生之差異之照片。

以下，採用圖面說明實施本發明之實施形態。

第1圖，係將有關本發明之實施形態之雷射切斷加工裝置之構成概念性、概略性地表示之構成說明圖。

參照第1圖時，有關本發明之實施形態之雷射切斷加工裝置1，係具備支撐板狀的工件W之工件工作台3之同時，具備有用以對前述工件W照射雷射光LB以實施工件W之雷射切斷加工之雷射加工頭5。前述工件工作台3係對前述雷射加工頭5相對性地朝X、Y軸方向自由移動地具備，並具備有用以將此工件工作台3相對性地朝X、Y軸方向進行移動定位之伺服馬達等般之定位馬達7。再者，具備有將前述雷射加工頭5對前述工件W相對性地朝接近離開之方向(Z軸方向)進行移動定位之Z軸馬達9。

又，於前述雷射切斷加工裝置1中，具備有例如纖維雷射振盪器、CO₂雷射振盪器等的雷射振盪器11。並且，於前述加工頭5中，具備從前述雷射振盪器11 所振盪之雷射光LB往前述工件W方向反射之反射鏡13，或實施雷射光LB之聚光之聚光透鏡15等的光學裝置17。又，於前述雷射加工頭5中，可裝卸交換地具備往前述工件W的雷射W的雷射切斷裝置噴出輔助氣體之噴嘴19。

另一方面，就往雷射切斷加工部位噴出輔助氣體之構成而言，亦能作成為於雷射加工頭5上具備側噴嘴，並從此側噴嘴將輔助氣體朝向雷射加工部噴出之構成。

再者，於前述雷射切斷加工裝置1中，具備輔助氣體供給裝置21。於此輔助氣體供給裝置21係供給例如氮氣約97%、氧氣約3%之混合氣體者，具備氮氣供給裝置23、氧氣供給源(空氣供給源)25以及生成混合氣體之混合器27。再者，於前述輔助氣體供給裝置21中，具備用以調節對前述雷射加工頭5供給輔助氣體之壓力的壓力調節閥29。又，使輔助氣體供給裝置21之氧氣供給源25停止，並僅使氮氣供給裝置23運轉時，則可對加工部供給作為僅氮氣之輔助氣體。

就以氮氣約97%、氧氣約3%之混合氣體作為輔助氣體而對雷射加工部供給之構成而言，不限於前述之構成，亦能作為另外之構成。亦即，例如專利第3291125號公報所記載般，亦能藉由利用中空絲膜之分離裝置，而將所供給之壓縮空氣中的氮氣及氧氣分離。又，將氮氣約97%(96%以上)、氧氣約3%(4%以下)之混合氣體使用為輔助氣體的雷射切斷加工之情形，以下，僅稱為簡易切斷。

又，於前述雷射切斷加工裝置1中，具備控制裝置31。該控制裝置31係由電腦所構成，而具有：實施對前述工件W之前述雷射加工頭5之相對性的移動定位之控制之功能、控制於前述雷射振盪器11中之雷射輸出之控制及對前述雷射加工頭5之輔助氣體之供給壓力之功能者。

藉由前述構成，於工件台3上將工件W載置定位後，對工件W而將雷射加工頭5朝X、Y、Z軸方向進行相對性移動定位。又，從雷射振盪器11所振盪之雷射光LB，藉由聚光透鏡15進行聚光而照射至工件W。再者，將從輔助氣體供給裝置21對雷射加工頭15所供給之輔助氣體從噴嘴19往工件W的雷射加工部噴出，藉此實施工件W的雷射切斷加工。

如上述，實施工件W的雷射切斷加工時，前述工件W為鍍覆鋼板之情形，如前述專利文獻1的第21圖所記載般，有時鍍覆層的蒸發物質侵入於加工範圍，而於加工品質產生缺陷。因此，於前述專利文獻1之記載中，如專利文獻1的第1圖所示般，對鍍覆鋼板之表面照射雷射光以預先去除鍍覆層。然後，其次實施相同軌跡的雷射切斷加工者。

若依照上述構成，由於在雷射切斷加工時並無鍍覆之蒸發，故雖然可實施加工品質之改善，惟必須有鍍覆層之去除加工與切斷加工之兩度的雷射加工。又，由於鍍覆鋼板的切斷面係仍然保持實施雷射切斷加工之狀態，故有必須切斷面之防鏽處理等問題。

本發明之實施形態，發現實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工時，藉由進行鍍覆鋼板的上面之鍍覆層之熔融及/或蒸發，可將被熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬朝切斷面流動，且藉由所流動之含有鍍覆層之金屬而被覆切斷面。

於本發明之實施形態中，作為鍍覆鋼板之一例，使用將鋁6%、鎂3%，其餘為鋅91%之鍍覆層被覆於鋼板表面之熔融鍍覆鋼板(以下，僅稱鍍覆鋼板)。

並且，於雷射切斷加工中一般實施之氧氣切割，係使用氧氣作為輔助氣體者。然後，實施切斷加工面之EPMA(Electron Probe Micro Analyzer，電子探桿顯微分析器)之分析，結果在氧切斷時，如第2圖表示，切斷面被氧化膜被覆。因此，可知當實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工時，如欲以被熔融或者蒸發之含有鍍覆層之金屬被覆之情形，氧氣切割係在鍍覆鋼板之雷射切斷加工上不適當。

其次，在實施使用氮氣作為輔助氣體之雷射切斷加工方法(以下，簡稱乾淨切斷)之情形，視切斷條件之不同，如第3圖(A)之放大照片所示，於鍍覆鋼板之基材B的切斷面CF的雷射切斷加工係良好地實施。並且，於前述切斷面CF的上端部附近之上面的鍍覆層M係已被去除而成為極薄。並且，於切斷面CF上無氧化皮膜等，幾乎全部僅顯現鍍覆鋼板的原板成分(Fe)(參照第2圖)。又，切斷面CF的覆蓋層(鍍覆面)亦極薄。因此，於乾淨切斷中，藉由適當的切斷條件，可藉由上面之經熔融之含有鍍覆地金屬而被覆切斷面CF，且有時不產生鏽(鐵鏽)。

其次，如實施前述之簡易切斷之情形，如第2圖、第3圖(C)所示，於切斷面上顯現薄的氧化被膜。又，於切斷面之上部，顯現屬於鍍覆層M的成分之鋅、鋁、鎂。亦即，於切斷面CF之上端部附近已熔融之鍍覆層的一部分流入切斷面CF，已熔融之鍍覆層的流入之濃部分顯現為白色的條紋狀。再者，於上述條紋狀部分之間，薄薄地存在已熔融之鍍覆層。

亦即，發現於鋼板之雷射切斷加工方法中實施一般所採用之乾淨切斷或簡易切斷，藉此，使鍍覆層M的含有金屬廻繞進入於鍍覆鋼板(工件)W的切斷面，可進行切斷面CF覆蓋。

於是，將雷射加工時之切斷速度、聚光透鏡之焦點位置、輔助氣體之氣體壓力、於雷射光之脈衝之頻率等加工條件進行各種變更，而試驗對切斷面之鍍覆層的覆蓋狀態。又，試驗條件係如下所示。

雷射切斷加工機：Amada(股)股份公司製，FOM2-3015R1

材料：將鋁6%、鎂3%、餘量鋅91%之鍍覆被覆於表面之鍍覆鋼板、板厚t=2.3mm、K35(單側鍍覆金屬附著量175g/m²)

切斷試樣形狀：130mm×30mm

標準加工條件

‧噴嘴直徑：D4.0(4.0mm)

‧切斷速度：F1600(1600mm/min)

‧輔助氣體種類：EZ(表示前述之簡易切斷所使用之輔助氣體。此時之輔助氣體為氮氣約97%、氧氣3%之混合氣體)

‧輔助氣體壓力：0.9MPa

‧噴嘴間隙：0.3mm(噴嘴與鍍覆鋼板上面之間隙)

‧焦點位置：-4.5mm(以工件上面作為0而將上側設作+，將下側設作-)

將上述標準加工條件之各條件改變而實施加工之結果係如下所述者。

從第4圖可知，將切斷速度在1120mm/min至3840mm/min之範圍調節時，對切斷面(切斷端面)之鍍覆金屬的被覆量，係速度愈大，被覆量逐漸增多。

由第5圖可知，將聚光透鏡的焦點位置在-6.5mm至+0.5mm之範圍調節時，並將焦點位置逐漸設作+側時，對切斷面之鍍覆金屬之被覆量逐漸增多。

如第6圖所示，將輔助氣體壓力在0.5MPa至0.9MPa之範圍調節時，輔助氣體壓力愈低，對切斷端面之鍍覆之覆蓋量逐漸增多。

如第7圖所示，將雷射光的脈衝頻率在800Hz至CW(連續)之範圍調節時，對切斷端面之鍍覆金屬的被覆量並未看到很大的變化。

從第4圖至第7圖所示之結果可知，於簡易切斷中，於對鍍覆鋼板之雷射切斷面之含有鍍覆層的金屬之被覆量，係切斷速度愈大(例如3840mm/min)愈多。又，焦點位置愈靠+側(例如，+0.5mm)，含有鍍覆層的金屬之被覆量愈多。但，使焦點位置在(+)側增大時，由於在鍍覆鋼板之上面之能量密度變低，故於雷射切斷加工中，較佳為設定於-側者。再者，輔助氣體壓力愈低壓(例如0.5MPa)，含有鍍覆層之金屬的被覆量愈多。再者，將雷射光調節為脈衝雷射、連續雷射時，在鍍覆金屬之被覆量看不出大的變化。

如已所理解地，於鍍覆鋼板之雷射切斷加工中，藉由簡易切斷而實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工時，於雷射切斷加工條件中，例如，將切斷速度、聚光透鏡之焦點位置、輔助氣體壓力等各種變更，藉此，往鍍覆鋼板之雷射切斷面之含有鍍覆層的金屬之被覆量會變化者。再者，就雷射切斷加工條件而言，亦可考慮改變於雷射加工頭之噴嘴19與工件W的上面之間隔，亦即噴嘴間隙。

亦即，發現對雷射切斷面之含有鍍覆層的金屬之被覆量，係依實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工時之加工條件而異。換言之，於簡易切斷時，藉由將鍍覆鋼板之雷射切斷條件設為適當的切斷條件，可成為使含有鍍覆層的金屬適當地被覆於雷射切斷面者。

若依據簡易切斷，發現可將鍍覆鋼板之切斷面藉由含有鍍覆層的金屬而被覆蓋。

其次，為發現乾淨切斷時之適當的切斷條件，藉由各種切斷條件而實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工，並為觀察雷射切斷面的鐵鏽之產生狀態，實施曝露試驗。作為曝露試驗，係將已實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工之雷射切斷加工品中之切斷面保持於上面，並放置於野外一個月。

藉由乾淨切斷而從鍍覆鋼板切斷分離雷射切斷加工品時，如第8圖所示，有：於雷射切斷加工位置之上面產生電漿之情形，及不會產生之情形。並且，即使產生電漿之情形，仍可依目視而區別微弱的電漿之產生、強的電漿(不微弱的電漿)之產生之狀態。於是，在無產生電漿之情形設為「無」、在產生微弱的電漿之情形設為「p」、在產生強的電漿之情形設為「P」而予以區別。並且，切斷條件為不適合，且不能實施雷射切斷加工之情形，則設為「不」。

又，於一個月之曝露試驗中，如第9圖所示，在無鐵鏽發生之情形，設為「○」，而在產生鐵鏽之情形，設為「×」。在此，前述曝露試驗係在野外經過1個月之結果。因此，於雷射切斷加工品中，即使評估為「×」之情形，視所使用之環境之不同，仍為有可能使用之情形者。

其次，實施使用氮氣作為輔助氣體之乾淨切斷，並實施於鍍覆鋼板的板厚t=2.3mm、t=3.2mm、t=4.5mm、t=6.0mm之曝露試驗之結果，為如第10圖至第17圖所示者。於第10圖至第17圖中，K14、K27、K35分別為鍍覆金屬之附著量表示記號，而各別之鍍覆金屬附著量係如下所示。亦即，K14(單側鍍覆金屬附著量70g/m²)、K27(單側鍍覆金屬附著量145g/m²)、K35(單側鍍覆金屬附著量175g/m²)。

又，於第10圖至第17圖中，S表示單噴嘴、D表示雙噴嘴(double nozzle)。雙噴嘴係例如日本特開平11-90672號公報中所示，已為周知者。並且，S2.0、D4.0以及D7.0係分別表示噴嘴直徑(mm)。亦即，S2.0=2.0mm、D4.0=4.0mm、D7.0=7.0mm。並且，對應於各噴嘴之噴嘴間隙，係設定於S2.0時為0.3mm、D4.0時為0.5mm、D7.0時為1.0mm。亦即，如噴嘴直徑變大時，於雷射加工位置所產生之飛濺等容易進入噴嘴內，故噴嘴直徑愈大，使噴嘴間隙設定為愈大。

又，所特別記載之參數以外之雷射加工的參數，係具有與前述標準加工條件的參數相同的值者。

再者，如參照第10圖，於焦點位置-0.5mm(焦點位置分別表示於各圖中)、板厚t=2.3mm且鍍覆金屬附著量K14之情形中，在噴嘴直徑S2.0之情形，於1000mm/min，輔助氣壓在0.9MPa、0.7MPa、0.5MPa中無電漿之發生。繼而，於曝露試驗中之評估係全部為「×」，全面性產生鐵鏽。又，如第11圖、第12圖、第13圖、第14圖以及第15圖所示，切斷速度1000mm/min之情形，於噴嘴直徑S2.0的噴嘴中，無關於輔助氣體壓力，並無電漿之發生。並且，於曝露試驗之評估為「×」，在切斷面之防鏽效果中，不太值得期望。

因此，使用噴嘴直徑2.0的噴嘴，並按切斷速度1000mm/min實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工時，在雷射切斷加工時經熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬於切斷面流動，難以被覆前述切斷面。

其次，在第10圖、第11圖、第12圖中研究有關噴嘴直徑D4.0之情形，於第10圖、第11圖中並無電漿之發生，而曝露試驗之評估為「×」。但，於第11圖中輔助氣體壓力0.7MPa之時，改善為「○」。並且，在噴嘴直徑D7.0之情形，有微弱的電漿之發生。曝露試驗之評估係於第10圖中為「×」，惟於第11圖中為「○」、「×」。繼而，第12圖中為「×」。

於第10圖至第17圖中，觀察曝露試驗之評估為「○」、「×」之部分時，有電漿產生(P)之情形，幾乎為「○」。因此，將鍍覆鋼板之雷射切斷加工以乾淨切斷實施時，為使熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬往切斷面流動，並使切斷面藉由經熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬被覆蓋，希望為一邊產生電漿，一邊進行雷射切斷加工者。

，如第11圖可知，於鍍覆金屬附著量K27、噴嘴直徑D4.0中，儘管無電漿之發生，但仍然有曝露試驗之評估為「○」之情形。又，於第10圖之噴嘴直徑D7.0、輔助氣體壓力0.9MPa中，雖然有稍微的電漿之發生，但前述評估為「×」。

並且，於第10圖、第11圖、第12圖中，切斷速度在3000mm/min至5000mm/min之範圍中，於其全部中均可看到電漿之發生，並且，觀察之結果係切斷速度愈快，電漿之發生愈強。並且，於除了第10圖中之噴嘴直徑S2.0、輔助氣體壓力0.9MPa、0.7MPa(3000mm/min)以外之全域中之前述評估，全部為「○」。再者，於第10圖中，噴嘴直徑2.0mm、輔助氣體壓力0.7MPa之4000mm/min至5000mm/min中，成為「○」。

因此，為使曝露試驗之評估為「○」，於鍍覆鋼板之板厚t=2.3mm中，鍍覆金屬附著量K14係噴嘴直徑S2.0之情形，較佳為以輔助氣體壓力0.7MPa且切斷速度為4000mm/min至5000mm/min之範圍。並且，在輔助氣體壓力0.5MPa之情形，較佳為3000mm/min至5000mm/min之範圍。噴嘴直徑為D4.0、D7.0之情形，輔助氣體壓力並不局限於0.9MPa、0.7MPa、0.5MPa，較佳為切斷速度在3000mm/min至5000mm/min之範圍。

如第11圖所示，於鍍覆鋼板為相同板(t=2.3mm)中，鍍覆金屬附著量成為K27而增多(增厚)時，則於噴嘴直徑D4.0、輔助氣體壓力0.7MPa、切斷速度1000mm/min之條件下，雖然並無電漿之發生，但評估為「○」。因此，若將鍍覆鋼板之板厚(t=2.3mm)、鍍覆金屬附著量K27、噴嘴直徑D4.0、輔助氣體壓力0.7MPa、切斷速度1000mm/min之各條件適當調和，即使不產生電漿，亦可使評估設為「○」。換言之，前述之各條件齊備時，即使不產生電槳之情形，亦可使雷射切斷加工時經熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬於切斷面流動並被覆切斷面。

其次，參照第12圖時，儘管僅將鍍覆金屬附著量改變為K35，惟於切斷速度1000mm/min，於噴嘴直徑D4.0、輔助氣體壓力0.7MPa及噴嘴直徑D0.7、輔助氣體壓力0.9MPa、0.7MPa之條件下，雖然可看到稍微的電漿發生，惟評估為「×」。

一般而言，實施金屬板之雷射切斷加工時，若產生電漿，則電漿有吸收雷射光之特性，雷射光之照射係促進連續之電漿的產生。並且，已知電漿係使切斷面粗糙度惡化。然而，例如，於不鏽鋼之無氧化切斷時，有利用電漿的熱量之電漿切斷方法。在此情形，以能促進所發生之電漿之方式設定加工條件。

亦即，在上述之情形，(i)輔助氣體係設定為低壓。(ii)噴嘴與工件之間的噴嘴間隙係為形成電漿進行成長之空間，較通常之情形為稍增大。(iii)焦點位置的驅入量，係使較工件表面為更上方設為(+)方向，較工件表面為更下方設為(-)方向時，較通常之焦點位置之情形更朝(+)方向移動。(iv)為降低雷射光朝工件之入熱量，使切斷速度為更高速。上述(i)至(iv)之條件，係在實施金屬板的雷射切斷加工時，容易產生電漿之條件。

若考量前述條件(i)至(iv)而觀看第10圖，則於鍍覆金屬附著量K14中，切斷速度在1000mm/min至2000mm/min之範圍中，電漿之產生係噴嘴直徑在D4.0者較S2.0者為多，在D7.0者較D4.0者為多。又，切斷速度係在1000mm/min至5000mm/min中逐漸愈快，電漿之產生愈增強。然後，電漿之產生變強時，則曝露試驗之結果係「○」增多。再者，即使於第11圖、第12圖中，亦可看到同樣之趨勢。

因此，在鍍覆鋼板之雷射切斷加工時，為使上面的經熔融及/或蒸發之含有鍍覆層之金屬往切斷面流動，並藉由此一部分之鍍覆金屬被覆切斷面，以產生電漿者為較佳。

第13圖、第14圖、第15圖係屬於乾淨切斷之情形，而鍍覆鋼板之板厚t=3.2mm，且鍍覆金屬附著量為於K14、K27、K35之情形的曝露試驗之結果。再者，於第13圖至第14圖中，「不」係表示不可能切斷者。亦即，切斷條件為不合適的情形。從第13圖至第15圖的結果亦很明顯地，可知輔助氣體壓力較低，且切斷速度較快者有不易產生電漿之傾向。

第16圖、第17圖係屬於乾淨切斷之情形，而於板厚t=4.5mm、t=6.0mm之情形的曝露試驗結果，即使在此情形，亦有輔助氣體壓力愈係低壓，換言之，噴嘴直徑愈大，又切斷速度愈快速，電漿之產生愈強之傾向。並且，電漿之產生愈強，曝露試驗之結果愈有成為「○」之傾向。又，第16圖、第17圖中「d」係表示浮渣(dross)之附著量多者。

前述第10圖至第17圖所示之曝露試驗之結果，係儲存於前述雷射切斷加工裝置1中之前述控制裝置31具備之切斷條件資料表33中。亦即，於上述切斷條件資料表33中，儲存：每一種鍍覆鋼板之板厚，於各板厚之每一鍍覆金屬附著量所適用之噴嘴直徑，於各噴嘴直徑之噴嘴間隙，適用於每一種板厚之焦點位置，以及切斷速度之加工條件資料。再者，於前述切斷條件資料表33中，合併儲存有：於鍍覆鋼板之雷射切斷加工時之電漿產生的資料以及實施曝露試驗之評估結果。又，於前述控制裝置31中，亦含有儲存有簡易切斷時之加工條件之切斷條件資料表者。

因此，從連接於前述控制裝置31之輸入手段35輸入各種之加工條件時，實施可獲得與第10圖至第17圖所示之評估相同評估之雷射切斷加工。亦即，例如在第10圖所示之板厚t=2.3mm中，將鍍覆金屬附著量K14、噴嘴直徑D4.0、輔助氣體壓力0.7MPa、切斷速度5000mm/min之條件從輸入手段35輸入於控制裝置31中而實施雷射切斷加工時，為產生電漿並進行雷射切斷加工者。並且，若實施1個月之曝露試驗，評估可獲得「○」。

再者，實施曝露試驗時，係有時視例如海洋之附近等之環境或氣象條件等而評估變化者。

為實施鍍覆鋼板之雷射切斷，而將經熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬於切斷面流動，並被覆切斷面時，鍍覆金屬之熔融範圍雖然視工件之板厚、鍍覆金屬量以及雷射切斷條而定，惟從工件之切斷端面起在 0.03mm至0.5mm之範圍為較佳。

亦即，鍍覆層之被熔融及/或蒸發之範圍成為0.5mm以上之情形，係雷射切斷速度慢，且入熱量大之情形較多。此情形，認為係所熔融及/或蒸發之鍍覆金屬量變多，且對雷射切斷溝內之流入量變多。然而，由於雷射切斷速度慢，雷射光的照射時間長，加熱時間變長，而經熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬保持於高溫狀態之時間變長，且輔助氣體作用之時間變長，附著於切斷面而凝固之前，容易被輔助氣體吹散，對切斷面的經熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬之被覆量變少(例如，參照第12圖之D4.0、D7.0)。

然而，鍍覆層的熔融及/或蒸發範圍為0.03mm的小範圍時，雷射切斷速度快，且入熱量小之情形較多。此情形，認為係所熔融及/或蒸發之量變少，對雷射切斷面之入熱量變少。

因此，鍍覆層的熔融及/或蒸發範圍，較佳為從切斷面起0.03mm至0.5mm的範圍者。於上述範圍中，雷射光之照射時間及輔助氣體作用之時間成為適當的時間，所熔融及/或蒸發之鍍覆金屬被輔助氣體吹散之量變少。因而，認為係被覆於切斷面而容易產生凝固，含有鍍覆層之金屬的覆蓋量變多(例如，參照第12圖之D4.0、D7.0)。

如已瞭解，在實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工時，實施使用氮氣作為輔助氣體之乾淨切斷、或使用氮約97%、氧約3%之混合氣體作為輔助氣體之簡易切斷時，可以上面的含有鍍覆層的金屬被覆切斷面。而且，若在雷射切斷加工時產生電漿，發現可有效地進行前述被覆。

於是，實施板厚t=2.3mm的鍍覆鋼板之乾淨切斷及簡易切斷，並實施電漿發生，及1個月後之曝露試驗，可獲得如第18圖所示之結果。從第18圖所示之結果可知，若乾淨切斷及簡易切斷之兩者，都可產生電漿同時進行雷射切斷，則可藉由含有鍍覆層之金屬而將切斷面有效地被覆，並可防止鐵鏽之發生者。

又，加工速度愈快，愈可有效進行藉由含有鍍覆層的金屬之切斷面之被覆，可防止鐵鏽之發生。於是，以加工速度2200mm/min、5000mm/min之條件，實施板厚t=2.3mm，鍍覆金屬附著量K14之雷射切斷時之切斷面的觀察結果，係如第19圖所示。

由第19圖可知，加工速度為2200mm/min之情形，為有鐵鏽之發生者。然而，加工速度成為5000mm/min時，則可於切斷面全面檢測出含有鍍覆層的金屬成分，看不出鐵鏽之發生。此結果，係與第18圖所示之結果一致。

從第19圖所示之雷射切斷面之EDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometry)之分析結果及曝露試驗結果(4星期後)，可知下列事項。於第2圖之乾淨切斷時，從雷射切斷面檢查出極為少量的含有鍍覆層的金屬。於是，將與第2圖之乾淨切斷條件略同等的加工速度2200mm/min 之雷射切斷面進行EDS分析時，可知Zn(鋅)、Al(鋁)、Mg(鎂)成分，亦即，含有鍍覆層之金屬係極微量且為照相攝影檢出量以下，幾乎雷射切斷面在含有鍍覆層之金屬未被覆。再者，藉由變更為合適的切斷條件如第19圖之加工速度5000mm/min之EDS分析結果照片所示般，可知於雷射切斷面全區域檢測出含有鍍覆金屬，且雷射切斷面全區域以含有鍍覆層之金屬被覆。亦即，依標準條件(加工速度：2200mm/min)的切斷面，係鐵成分約為90%(Fe的重量%：89.16)，且鍍覆金屬成分(Zn、Al、Mg之值均在重量%：1.45以下)幾乎未被檢測出。因此，容易產生鐵鏽。相對於此，依此次之加工條件(加工速度；5000mm/min)進行切斷時，切斷面之鐵成分大幅降低至約30%(Fe之重量%：32.48)，取而代之，在Zn係大幅增加至重量%：43.57，又即使於Al、Mg中亦增加至數倍以上，又可知鍍覆成分涵蓋切斷面全體且被覆其表面。因而，可知抑制鐵鏽之發生者係在雷射切斷加工時從上面流動，而為被覆切斷面表面之鍍覆金屬成分。

從如上述之實施形態之說明可理解，若對應於鍍覆鋼板之板厚、鍍覆金屬附著量，而以適當的加工條件進行雷射切斷加工，於雷射切工時上面之經熔融及/或蒸發之含有鍍覆層的金屬會即流動至切斷面，而容易被覆切斷面。因此，於鍍覆鋼板之切斷面的上邊緣附近之鍍覆層的厚度，較從前述切斷面遠離之部位，亦即在雷射切斷時未受到會引起熔融及/或蒸發而產生鍍覆層之金屬流動程度的熱影響之部位的鍍覆層厚度更薄。

於前述說明中，係例示鋁6%、鎂3%，其餘鋅91%之鍍覆鋼板之情形。然而，作為鍍覆鋼板，並不限於前述之鍍覆鋼板，亦可適用於其他鍍覆鋼板之情形者。

再者，於鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，較佳係板厚為2.3mm，鍍覆金屬附著量為K14，噴嘴直徑為2.0mm至7.0mm，輔助氣體壓力為0.5至0.9(MPa)，切斷速度為3000至5000(mm/min)。

又，於鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，較佳係板厚為2.3mm，鍍覆金屬附著量為K27或K35，噴嘴直徑為2.0mm至7.0mm，輔助氣體壓力為0.5至0.9(MPa)，切斷速度為3000至5000(mm/min)。

又，於鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，較佳係板厚為3.2mm，鍍覆金屬附著量為K27或K35，噴嘴直徑為7.0MM，輔助氣體壓力為0.5至0.9(MPa)，切斷速度為2000至3000(mm/min)。

又，於鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法中，較佳係板厚為4.5mm，鍍覆金屬附著量為K27或K35，噴嘴直徑為7.0mm，輔助氣體壓力為0.7至0.9(MPa)，切斷速度為1500至2000(mm/min)。

[產業上之可利用性]

若依據本發明，則可不去除鍍覆鋼板之鍍覆，而可實施雷射切斷加工。並且，進行鍍覆鋼板之雷射切斷時，可將經熔融及/或蒸發之表面的鍍覆金屬之一部分於切斷面流動(引導)，而被覆切斷面。因此，可效率佳地實施鍍覆鋼板之雷射切斷加工，同時在雷射切斷加工後，並不需要重新進行切斷面的防鏽處理。

Claims

一種鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，其係對鍍覆鋼板的上面照射雷射光以實施雷射切斷加工時，將因雷射光之照射而被熔融及/或蒸發之鍍覆金屬之一部分，藉由對雷射加工部所噴出之輔助氣體，而往前述鍍覆鋼板的切斷面側引導，並使鍍覆金屬被覆於前述切斷面時，使在前述鍍覆鋼板之雷射切斷加工部位之上面產生電漿以實施雷射切斷加工。
如申請專利範圍第1項所述之鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，其中，於藉由對前述鍍覆鋼板之上面之雷射光的照射而被加熱蒸發之鍍覆金屬的蒸氣內照射雷射光以產生電漿。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，其中，雷射光之焦點位置係在+0.5mm至-4.5mm之範圍進行調節。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，其中，將於雷射加工頭之噴嘴與鍍覆鋼板上面之間的噴嘴間隙，在0.3mm至1.0mm之範圍內進行調節，且將輔助氣體壓力在0.5MPa至1.2MPa之範圍內進行調節。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，其中，將雷射切斷加工速度在1000mm/min至5000mm/min之範圍內進行調節。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，其中，噴出輔助氣體之噴嘴的口徑為2.0mm至7.0mm。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之鍍覆鋼板之雷射切斷加工方法，其中，輔助氣體係氮氣或氮氣97%、氧氣3%之混合氣體。
一種雷射切斷加工裝置，其係具備：支撐板狀的工件之工件工作台、對前述工件可朝X、Y、Z軸方向相對地自由決定移動位置之雷射加工頭、及用以控制前述雷射加工頭的動作之控制裝置；前述控制裝置係具備按每一種鍍覆鋼板的板厚及鍍覆厚度儲存有雷射切斷加工條件之切斷條件資料表，該雷射切斷加工條件係在對前述工件工作台上的鍍覆鋼板照射雷射光以實施雷射切斷時，用以將因雷射光的照射而被熔融及/或蒸發之鍍覆金屬之一部分，藉由對雷射加工部所噴出之輔助氣體而往鋼板的切斷面側引導，並使鍍覆金屬被覆於前述切斷面。