レーザー切断技術は 4 つの異なるカテゴリに分類できますか?

レーザー切断技術レーザー蒸着切断、レーザー溶融切断、レーザー酸素切断、レーザースクライビング、​​および破壊制御の 4 つの異なるカテゴリに分類できます。 PVD は物理蒸着プロセスの略です。 PVD コーティングは比較的低温条件下で生成されます。

1. レーザー蒸着切断プロセスでは、高エネルギー密度のレーザー光線を使用してワークピースを加熱します。これにより、温度が急速に上昇し、非常に短時間で材料の沸点に達し、材料が切断されます。気化して水蒸気になります。蒸気圧が材料が耐えられる最大圧縮応力を超えると、亀裂や破断が発生します。蒸気は非常に高速で噴射され、噴射プロセス中に材料に切り込みを入れます。蒸気が空気と混合すると、大きな圧力と熱が発生します。通常、材料の気化熱が高いため、レーザー気化切断プロセスには多くの電力と電力密度が必要です。レーザーは高熱を発生するため、非常に少ないエネルギーで金属を素早く切断できます。レーザー蒸着切断技術は主に、紙、布、木材、プラスチック、ゴムなどの非常に薄い金属および非金属材料の切断に使用されます。レーザー蒸着技術は、非常に小さな領域にエネルギーを集中させ、急速に冷却することで、ワークピースの部分的または全面的な表面加工を実現します。

2. 溶解および切断作業にはレーザーを使用します。レーザーは溶融池に強い熱効果をもたらすため、溶融材料は固体から気体に素早く変換されます。レーザー溶解および切断プロセスでは、金属材料がレーザーによって加熱されて溶融状態になり、その後アルゴン、ヘリウム、窒素などの非酸化性ガスが放出されます。レーザー光の照射により溶融金属の表面に多数の原子拡散層が生成され、溶融金属の温度は急激に上昇し、一定の高さになると上昇が止まります。注入用のビームと同軸のノズルを使用することにより、ガスの強い圧力下で液体金属を放出し、それによって切開を形成することができる。一定のレーザーパワーの条件下では、作動距離が増加するにつれてワークピースの表面粗さは徐々に減少します。レーザー溶解・切断技術は金属を完全に蒸発させる必要がなく、必要なエネルギーは蒸着切断に比べてわずか10分の1です。レーザー溶解・切断技術主にステンレス、チタン、アルミニウムおよびそれらの合金など、酸化しにくい金属や活性な金属材料の切断に使用されます。

3. レーザー酸素切断の動作原理は、酸素アセチレン切断の動作原理と似ています。大気中での溶接では、酸素を用いて溶接対象物の表面を加熱し、溶融・蒸発させて溶融池を形成し、ノズルから溶融池を吹き出します。この装置は予熱熱源としてレーザーを使用し、切断ガスとして酸素およびその他の活性ガスを選択します。切断プロセス中、ワークピースの表面に一定の圧力を加えることで金属粉末が蒸発します。一方で、注入されたガスは切断された金属と化学反応を起こし、酸化を引き起こし、多量の酸化熱を放出します。同時に、溶融した材料は溶融池を加熱することによって蒸発し、切断領域に運ばれ、それによって金属の急速な冷却が達成されます。別の観点から見ると、溶融した酸化物と融液が反応領域から吹き出され、金属の内部に隙間が生じます。したがって、レーザー酸素切断では、表面品位の高いワーク表面を得ることができます。切断工程では酸化反応により多量の熱が発生するため、レーザー酸素切断は溶融切断に比べて必要なエネルギーが半分で済むため、レーザー蒸着切断や溶融切断をはるかに上回る切断速度が得られます。したがって、金属加工にレーザー酸素切断機を使用すると、エネルギー消費を削減できるだけでなく、生産性も向上します。レーザー酸素切断技術は、主に炭素鋼、チタン鋼、調質鋼などの酸化しやすい金属材料に使用されます。

4. レーザースクライビングと破壊制御 レーザースクライビング技術は、高エネルギー密度のレーザーを使用して脆性材料の表面を走査し、材料を蒸発させて微細な溝を形成し、特定の圧力を加えて脆性材料をその溝に沿って亀裂を生じさせます。レーザースクライビングは、パルスモードまたは連続波モード、または狭いパルス幅レーザーを使用して実行できます。変調レーザーと CO2 レーザーは、レーザー スクライビングに使用される一般的なタイプのレーザーです。脆性材料は破壊靱性が低いため、レーザー切断加工処理品質を向上させるためには改善が必要です。制御破壊とは、レーザー溝加工時に発生する急峻な温度分布を利用して脆性材料に局所的な熱応力を発生させ、微細な溝に沿って材料を破壊することです。