レーザーカットプロセスにおける気圧の重要性の解析

レーザー切断プロセスにおいて、補助ガスの圧力は切断結果に大きな影響を及ぼしている。レーザーカッティングマシンは光を高密度のビームに集中させ、そのビームを工作面に伝達して十分な熱を発生させ材料を溶かし、ビームと同軸の高圧ガスで直接溶融金属を除去することで切断を実現する。これはレーザーカット加工が工作機械による機械加工とは本質的に異なることを示している。レーザーカッティングマシンにおけるレーザーカットとは、レーザービームをワーク表面に照射して放出されるエネルギーでワークを溶かし蒸発させ、切断や彫刻を達成することであり、高精度、高速切断、切断パターンの制限がない、自動レイアウトによる材料節約、切り口の平滑、加工コストが低いなどの特徴があり、従来の金属切断装置を次第に改良または置き換えることになる。補助ガスは十分な圧力が必要で、切断時に発生するスラグを完全に除去できるようにする。一般的に、厚いワークを切断する際にはガス圧を少し減らし、ワークに付着した残渣は切断縁を損傷（破壊）する。 ガス圧力を増やすことで分割速度を前倒しできるが、あるより大きな値に達すると、ガス圧力をさらに増やしても分割速度が低下する。レーザーカッティングマシンは光の形で高密度のビームに集中し、ビームが作業面に伝わり十分な熱を発生させて材料を溶かし、ビームと同軸の高圧ガスが溶けた金属を直接除去することで切断する。これはレーザーカッティング加工が工作機械の機械加工とは本質的な違いがあることを示している。レーザーカッティングマシンにおけるレーザーカットとは、レーザービームをワーク表面に照射して放出されるエネルギーでワークを溶かし蒸発させ、切断や彫刻の目的を達成することであり、高精度、迅速な切断、切断パターンの制限がない、自動レイアウトで材料を節約、切断面が平滑、加工コストが低いなどの特徴があり、従来の金属切断工芸装置を徐々に改良したり置き換えるであろう。高い補助ガス圧力下で切断速度が低下する原因は、高い気流速度による作用領域の冷却効果の増強に帰せられるほか、気流に存在する間欠的な衝撃波がレーザー作用領域の冷却を妨げている可能性もある。気流に不均一な圧力と温度が存在すると、気流場の密度変化を引き起こす。このような密度勾配は場内の屈折率の変化を引き起こし、ビームエネルギーの集束を妨げ、再集束やビーム発散を引き起こす。この妨害は溶融効率に影響を与え、場合によってはパターン構造を変化させ、切断品質の低下を引き起こす可能性がある。ビーム発散が甚だしきいと、スポットが大きくなり、効果的な切断ができないという深刻な結果を招くこともある。 高速気流が分割性能に与える悪影響を避けるため、気流内の総圧力分布を変更することが考えられます。この圧力分布の変化により、溶融過程が中心の低圧領域で発生します。一方、周囲の高圧領域は十分な運動量（衝力）を向上させ、より効果的に溶融スラグを除去できるようになります。レーザーカッティングマシンは光を高密度のビームに集中させ、このビームをワーク表面に伝達して十分な熱を発生させ、材料を溶融させます。さらに、ビームと同軸の高圧ガスが溶融金属を直接除去することで、切断が実現されます。これはレーザーカッティング加工が機械工作と本質的な違いがあることを示しています。高圧領域の間欠性が光速に干渉することなく、溶融効率も向上します。 [画像]