レーザー切断面について

Question

一般にレーザ切断で板金を切断すると
板上面と下面では切断幅が違っているため、
切断面はテーパーになるという事ですが、
ある資料では以下のように書いてあります。
「金属ではレーザ光の吸収による溶解と、		
溶解壁面での反射を繰り返し減衰しながら	
板厚方向伝わるため、上溝幅は広く下溝幅
は狭くなる。」

そこである外注で実際板金をレーザカットしてもらい、以下のようなサンプルを提供して頂いたのですが    （加工機の出力は4kw）
 ? SPCC…板厚1.6t、3.2t、4.5t、（アシストガス：EacyCut）
 ? SS400-D…板厚9t、10t （アシストガス：9tは酸素のみ、10tは酸素+水）
 ?SS400… 板厚16t、19t  （アシストガス：酸素+水）
        ※EasyCutはAIRから窒素を分離してアシストガスに使用する方式
??は教科書通りのテーパーだったのですが
?のサンプルは通説と逆の角度のテーパーになっていました。
  （上面と下面の差は約16tでは0.1、19tでは0.3）
板厚が20mm近くになるとテーパーの向きは逆転するものなのでしょうか？
（もちろん上面と下面が逆でない事は何度も確認しています。）

テーパーの向きが逆転する板厚の境界はあるのでしょうか。

Accepted Answer

回答1の方の影響もあるのですが、それだけですとテーパの寸法は切断する材料の肉厚に比例しますよね。肉厚が厚くなるとテーパがより大きくなる原因としては、切断ガスの流れの影響が考えられます。
板厚が薄い場合には、切断ガスの圧力が裏面まで安定して通り、レーザビームで溶融された金属が裏面に強く排出されます。これにより、板厚が薄い場合には、切断面はビームとほぼ同じ形状になります。ところが、板厚が厚くなると、レーザビームで溶融された金属が板の裏面に強く排出されず、溶融金属の熱量が裏面および切断面に伝わります。このためレーザビームが照射された幅以上に熱が側面に伝わって、溶融幅が増加します。
この影響によって、厚板切断では、裏面に広いテーパを持つ傾向が強くなります。従って、ガス圧力を高める、切断速度を高速にする等の対策で、このテーパは多少は緩和します。

Answer

レーザー加工機ではノズルの中にあるレンズで集光している為に焦点が合っているところでは切断幅が小さく焦点が合っていなければ切断幅は大きくなるので焦点の位置によって切断幅が変わるのではないでしょうか。

一般的には材料の上方に焦点がくるので逆Ｖ字になることはないと思います。仮に焦点の影響で逆Ｖ字になるのなら焦点の調整が必要です。また、厚板はどうしても熱の影響で下方は広くなります。厚板のテーパーの角度を小さくするには出力の大きい加工機で速度を上げて、アシストガスの圧力を上げて加工すれば改善できるかもしれません。

レーザー切断面について