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レーザー切断に適切な補助ガスを選択する方法

レーザー切断に適した補助ガスの選び方

レーザー切断に適した補助ガスの選び方

ファイバーレーザー切断機 は、さまざまな材料や複雑な形状の切断要件に対応できる高度な CNC 金属切断装置で、金属加工業界で広く使用されています。レーザー切断工程では、高品質のワークを得るために、高エネルギーを供給できるレーザー発生器に加えて、適切な補助ガスの選択が切断プロセスを調整する重要な部分となります。

切断ワークの材質や厚さによって、補助ガスの使用要件も異なります。この記事では、補助ガスの役割と 4 つの一般的な切断補助ガスについて詳しく説明します。金属プロジェクトを完了するために、加工ニーズに適した補助ガスを選択する方法を学び続けるために読み続けてください。

目次
レーザー切断プロセスにおける補助ガスの役割は何ですか

レーザー切断プロセスにおける補助ガスの役割は何ですか?

を使用するユーザー レーザー切断機 初めてレーザー切断機は切断に補助ガスを使用する必要があるのはなぜでしょうか?という疑問が頭に浮かぶかもしれません。ここでは、金属のレーザー切断における補助ガスの役割について紹介します。これを読むと、切断中に補助ガスの使用が非常に必要であることがわかります。

  • 材料の除去と切断領域のクリーニング: アシストガスの主な機能の 1 つは、溶融または蒸発した材料を切断領域から吹き飛ばすことです。レーザービームが材料を加熱すると、材料が溶融または蒸発し、溶融した材料のプールが作成されます。補助ガス (通常は圧縮空気、窒素、酸素、または混合ガス) がこの材料を吹き飛ばし、切断プロセスへの干渉を防ぎ、レーザーが障害なく材料を切断し続けることができるようにします。
  • 材料の冷却: 補助ガス (通常は窒素または圧縮空気) の主な機能の 1 つは、切断される材料を冷却することです。レーザー切断では切断点で高熱が発生し、材料が溶けたり蒸発したりします。アシストガスは溶融物や蒸発した物質を吹き飛ばしながら周囲を急速に冷却します。この冷却により、切断プロセス中の材料の過熱、変形、損傷が防止されます。
  • 窒素シールド: 窒素は、ステンレス鋼やアルミニウムなどの材料を切断する際のアシストガスとしてよく使用されます。これはシールドガスとして機能し、材料が酸素と反応して酸化や刃先の荒れを引き起こすのを防ぎます。窒素により、酸化物のないきれいな切断面が形成されます。
  • 燃焼の促進: 一部のレーザー切断用途では、酸素が補助ガスとして使用されます。レーザービームが酸素と相互作用すると、レーザービームが発火し、切断対象の材料と化学反応を起こします。このプロセスは酸素補助燃焼切断と呼ばれます。ただし、過剰な酸化を防ぐために酸素の流れを制御する必要があります。過度の酸化は、エッジの粗さや材料特性の望ましくない変化を引き起こす可能性があります。
  • 切断品質の向上: アシストガスとその流量の選択は、切断エッジの品質に影響します。材料に適したガスを選択し、その流量を最適化することで、オペレーターはより滑らかなエッジ、最小限のバリ、正確なカットを実現できます。
  • 光学部品の保護: 補助ガスは、切断プロセス中に発生する破片と光学部品との間に障壁を作り、光学部品を保護し、レーザー切断ヘッドの光学系への残留物や汚染物質の蓄積を軽減します。これにより、光学系が汚染や損傷から保護され、レーザー ビームの焦点が正確に保たれます。
  • 切断プロセスの安定化: アシストガスの流れにより、切断領域の周囲に制御された環境が形成され、切断プロセスが安定します。レーザービームが材料と相互作用するための一貫した条件を維持し、均一で予測可能な切断を保証します。
  • 煙の除去: レーザー切断では、特に有機材料を切断する場合に煙が発生します。補助ガスは、切断領域からこれらの排出物を除去し、清潔で安全な作業環境を維持するのに役立ちます。

補助ガスはレーザー切断プロセスにおいて重要な役割を果たします。レーザー切断の効率と品質の向上に役立ついくつかの重要な機能があります。アシストガスの選択は、切断される材料の種類と切断作業の特定の要件によって異なり、さまざまな用途に合わせてレーザー切断プロセスを最適化するための重要なパラメータです。

一般的な補助ガスとは何ですか

一般的な補助ガスは何ですか?

補助ガスの使用は、レーザー切断機の動作において重要な役割を果たします。現在、金属のレーザー切断プロセスで一般的に使用される補助ガスは 4 つあります。それらの具体的な特徴は次のとおりです。

圧縮空気

空気は窒素、酸素、その他の気体の混合物です。圧縮空気はエアコンプレッサーにより空気貯蔵タンクに圧縮され、濾過、冷却、乾燥された後に抽出されます。回収方法が比較的簡単で、補助ガスとしては最も安価です。レーザー切断機の光学コンポーネントの汚染や損傷の原因を避けるために、圧縮空気には水、油、塵が含まれていない必要があることに注意してください。したがって、きれいな空気を確保するにはフィルターが必要です。

酸素

酸素は、切断時の反応性により、レーザー切断で使用される最初の補助ガスの 1 つでした。酸素と金属の反応は実際に熱の形で追加のエネルギーを生成し、これが切断プロセスをサポートし、燃焼助剤として機能します。切断プロセス中に酸素が熱と反応し、切断効率が大幅に向上します。結果として生じる酸化膜により、反射材料のビームスペクトル吸収率が増加し、レーザーエネルギーのより効率的な使用が可能になり、レーザー切断機の速度が向上します。

窒素

窒素は化学的に不活性であり、加工されるワークピースによって容易に酸化されません。チタンなどの一部の特殊材料を除いて、ほとんどの用途では、窒素は非反応性または不活性な補助ガスとみなされます。これは、切断プロセス中に窒素が金属のどの成分とも反応しないことを意味します。ほとんどの場合、窒素は、ワークピースの最高のエッジ品質を得るのに役立つ補助ガスとみなされます。窒素で切断する場合は、より高い純度が求められます。

アルゴン

アルゴンは不活性な化学的性質を持つ不活性ガスでもあり、加工されるワークピースによって簡単に酸化されません。他の補助ガスよりも使用コストが高く、ほとんどの金属加工業者が使用する最も希少で高価なガスです。窒素でよく切断できる材料はアルゴンでも切断でき、同様の高品質の刃先を提供できます。より高価なアルゴンを使用する主な理由は、純粋な窒素中で切断しても、化学的に活性な金属の一部が残るためです。

金属のレーザー切断に必要な補助ガスの種類は何ですか

金属のレーザー切断にはどのような補助ガスが必要ですか?

レーザー切断プロジェクトを開始するときは、板金の材質と厚さに応じて適切な補助ガスを選択する必要があります。さまざまな補助ガスには、それぞれ独自の機能と利点があります。異なるガスの利点を正しく利用することによってのみ、より高い切断品質とより速い切断速度を得ることができます。

レーザー切断における圧縮空気の応用

圧縮空気は主に、金属シートの切断端面に対する要求がそれほど厳しくない加工シナリオで使用されます。レーザーエネルギーを利用して金属加工物を溶解し、高圧の空気圧を使用して溶解した材料を吹き飛ばします。圧縮空気を使用してワークを切断すると、ワークの切断面が黄色くなります。圧縮空気は主に炭素鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、真鍮、電気メッキ鋼板、その他の金属材料の切断に適しています。板金シャーシ、キャビネット、キャビネットなどの一部の製品業界で広く使用されています。切断補助に圧縮空気を使用する場合は、エアコンプレッサーのメンテナンスに注意する必要があります。空気がきれいでないと、レーザー切断ヘッド、レンズ、ファイバーレーザー発生器に何らかの損傷を与え、またワークピースの切断品質にも大きな影響を与えます。

圧縮空気の利点は、コストが非常に安く、エアコンプレッサーから直接供給できるため、他のガスに比べて非常に便利であることです。ただし、圧縮空気には金属の切断において明らかな欠点もあります。切断面にはバリが発生し、二次加工が必要となる場合があります。また、圧縮空気には約20%の酸素が含まれているため、切断されたワークが黒くなり、製品の品質に影響を及ぼし、切断効率も酸素切断に比べて大幅に低下します。

レーザー切断における酸素の応用

酸素を使って切断する場合、材料はレーザー光によって一定の温度まで加熱され、燃焼して気化します。酸素は炭素鋼のレーザー切断に使用される標準的な反応性補助ガスであり、その反応性により切断熱が増加するため、より厚い鋼を切断できます。炭素鋼を切断する際、酸素が炭素鋼の切り口の炭素を燃焼させて追加の熱を発生させるため、出力の低いレーザー発生器でも厚い材料を切断できるようになります。

それにもかかわらず、酸素切断のこの反応性は、いくつかの悪影響を及ぼす可能性もあります。良好な刃先品質が必要な場合、通常、材料の切断速度と空気圧は制限されます。酸素アシスト切断中、ガスの圧力と流量が増加すると化学反応が増加します。これにより、ワークピース内の熱が増加し、エッジの溶解が増加します。これは、高品質の刃先を必要とする用途には理想的ではありません。さらに、酸素切断金属は切断端に酸化物を形成することが多く、これによりワークピースの表面が黒くなり、ワークピースの洗浄が必要になる場合があります。

レーザー切断における窒素の応用

窒素支援レーザー切断により、非常に薄い熱影響部を持つさまざまな材料に非常に高品質のエッジが生成されます。窒素は、ほとんどのアルミニウム、軟鋼、亜鉛メッキ鋼、UHSS 自動車用鋼の用途において、速い切断速度で経済的な価格で最高の刃先品質を実現します。切断用の補助ガスとして窒素を使用する場合、窒素は溶融金属の周囲に保護雰囲気を形成し、材料の酸化を防ぎ、酸化膜の形成を回避し、酸化のない切断を実現します。この特徴により、酸素と空気による切断は長期間保管すると切断端に錆が発生する可能性があるため、使用前に一定期間保管する必要がある部品には窒素が一般的に使用されます。また、無酸化切削加工品は直接溶接ができる、耐食性が強いなどの特徴があり、切断面は白色です。窒素切断中、ガスの流れの変化は切断に大きな影響を与えます。切断ガスの圧力を確保しながら、十分なガス流量を確保する必要があります。

窒素には、金属切断用の補助ガスとして使用する場合にも欠点があります。窒素は金属と化学反応しないため、反応熱が発生せず、酸素による切断に比べて切断能力は劣ります。窒素切断は酸素切断に比べ窒素消費量が数倍多く、切断コストも酸素切断より高くなります。消費量に関しては、酸素切断には 2 Bar の圧力と約 10 m3/h の消費量が必要です。窒素切断には、22/30 Bar の圧力と約 40 ~ 60/120 m3/h の消費量が必要です。また、窒素レーザーの切断速度は酸素レーザー切断に比べて約30%遅くなります。

レーザー切断におけるアルゴンガスの応用

アルゴンは、窒素中で切断する際に化学反応を起こす金属に使用される不活性ガスです。レーザー切断時の酸化や窒化を防止します。アルゴンガスは、チタンおよびチタン合金の加工によく使用されます。レーザー カッターが金属を加熱する温度では、純粋な窒素雰囲気中でもチタンは化学反応します。これが、窒素ではなくアルゴンを選択する主な理由です。ただし、アルゴンは非常に高価であり、長期間の使用には適していません。

要約する

上記の紹介を通じて、各補助ガスの機能と利点、およびそれらの限界を理解することができます。圧縮空気は、切開面の色に厳密な要件がない用途に使用できます。入手しやすく、価格も安くなります。酸素は、大きな切断断面を必要としない厚い金属に使用できるため、切断速度が向上します。窒素は、高い切断面品質が必要な用途シナリオで使用できます。ワークの精度が高く、次工程で直接加工が可能です。アルゴンガスは主にチタンおよびチタン合金に使用されます。

加工する金属の特性に応じて適切な補助ガスを選択することで、切断品質を確保しながら運転コストをさらに節約できます。レーザー切断について詳しく知りたい場合は、次の点に注目してください。 AccTek レーザー.