レーザー加工の基礎知識

レーザー加工のドロス対策について

レーザー光線を使っていとも簡単に金属やプラスチック等を

加熱、溶融、蒸発させる加工方法です。

レーザー加工は熱処理のためにドロスが発生する場合がございます。

今回は、レーザー加工で生成されるドロスの対策方法についてご紹介します。

1.ドロスとは?

レーザー切断においてワークの加工部裏面に付着し、

玉状や、氷柱状に付着した溶解金属のことをドロスといいます。

また、ドロスが付着していない状態をドロスフリーといいます。

 

2.ドロスの発生要因とは?

ドロスは、加工対象の材質・板厚によってその発生要因は異なります。

ドロス撤去に要する後加工の負荷は生産性を低下させるため、

ドロス発生の要因を分析することによって、

ドロスを発生させない対策が求められています。

ここでは、それぞれの材質でのドロスの発生についてご紹介を致します。

 

Ⅰ.軟鋼

酸素ガスによる軟鋼の切断では、

加工条件が適切であればドロスの発生はほとんどありません。

しかし、厚板切断では加工部の酸素ガス純度やエネルギー密度が適正値から外れると、

ドロスが発生するために、注意が必要です。

 

Ⅱ.亜鉛メッキ鋼板

通常の軟鋼材料と比較して亜鉛メッキ鋼板では、ドロスが発生しやすく、

メッキの付着量が多いほど、また板厚が大きいほどドロス量は増加する傾向にあります。

SECC や SGCC などの切断ではパルス発振を用いて、長焦点レンジでカーフ幅を広げ、

アシストガス圧力を高めにしてドロスを吹き飛ばすようにして切断します。

高出力レーザーではアシストガスに窒素かエアを使って、

アシストガス圧力を高圧にして加工することにより、

ドロス量を減少させることも試みがされています。

>>>アシストガスについてはこちら

 

Ⅲ.ステンレス鋼

酸素ガスを使用したステンレス切断ではドロスが付着しやすく、

窒素ガスを使用した無酸化切断ではドロスは付着しにくくなります。

溶解金属を切断溝内からスムーズに排出することが

ドロスを発生させない加工原理であるため、

板厚が大きくなるほどガス圧を低下させない注意が必要です。

 

Ⅳ.アルミニウム

アルミニウムの切断では、板厚が大きくなるほどドロス量は増加しますが、

ドロスを減少のためには高圧ガスの使用が必要です。

しかし、高圧のアシストガスを使用するとガスの使用量が非常に多く、

実用上はランニングコストにおいて大きな問題となります。

 

3.アシストガスの役割

これまでドロスの発生要因についてご紹介してきました。

微細かつ精密な切断が可能なレーザー切断加工も熱加工法であるために

ドロスの形成を完全に防ぐことは困難です。

ドロスの付着を少しでも抑えるアシストガスの役割についてご紹介致します。

アシストガスの主な役割は

酸化反応熱の生成や溶解金属を切断溝から排出させることです。

加工不良の大きな原因となる熱レンズ効果があります。

これは加工レンズにスパッタやヒュームが付着し、

その汚れた部分でレーザー光が吸収され、

加工レンズの温度が上昇により、レーザーの集光特性が変化することを指します。

さらに、汚染が進むと急激に加工レンズの温度が上昇することで、

レンズのレーザー吸収係数を押上げ、さらに吸収を増加させ、

レンズに損傷を与えたり、熱応力で破損したりする熱暴走を引き起こします。

これらを防ぐことがアシストガスの主な役割です。

そして、このアシストガスが溶融部分に吹き付けることで

ドロスの原因となる溶融金属を吹き飛ばすことも働きの一部となっています。

無酸化切断の場合では、板厚が大きくなるほど、

切断溝から溶解金属の強力な排出が必要となるなど、

アシストガスはドロスの付着の低減と流量を減らし

ランニングコストを削減する二軸で考える必要がございます。

 

4.まとめ

レーザー切断において、生じる溶融金属のドロスについてご紹介致しました。

ドロスの形成を阻害する要因に関しては完全な対策方法は現在ではありません。

ただ、それぞれの材質や板厚でのドロスの発生条件を理解し、

ドロスを生成しないような取り組みが必要です。

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