[發明專利]激光切割裝置和激光切割方法

有效

• 申請號: 201180046039.1
• 申請日: 2011-10-06
• 公開（公告）號: CN103180085A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 渡邊真生
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/073;B23K26/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 岳雪蘭

技術領域

本發明涉及激光切割裝置和激光切割方法。

背景技術

近年來，正在開發例如專利文獻1所記載的激光切割裝置，該激光切割裝置將激光束從激光振蕩器經由光纖傳送到用于切割金屬板工件的加工頭，并利用該激光束切割工件。采用此光纖的激光器(以下稱為“光纖激光器”)利用光纖傳送固體激光(例如，YAG系激光)。

另外，因為光纖激光器與氣體激光器(例如CO₂激光器)相比產生激光所需的電能較少、與棒式固體激光器相比激光束的質量(激光束的聚光性和直進性)較高、且輸出功率可以較高，所以正得以普及。

這里，激光切割裝置在切割作為被加工物的金屬時，有時不僅利用激光束的能量，而且利用氧化熱使被加工物處于高溫來進行切割，該氧化熱是在向被加工物照射激光束的同時利用吹出的氧氣(輔助氣體)氧化金屬的氧化熱。由于被加工物變成高溫，構成被加工物的金屬和在獲得氧化熱的過程中生成的氧化金屬熔融成為熔融金屬。然后，通過在上述輔助氣體的壓力下從被加工物上吹走并除去熔融金屬來切割被加工物。

然而，由于熔融金屬的溫度越高，其粘性越低且流動性越大，所以激光切割裝置有必要通過升高被加工物的切割溫度來降低熔融金屬的粘性且提高利用輔助氣體排除熔融金屬的排除性。

因此，在利用激光束切割時，必須將被加工物內部的溫度即切割溫度設為高溫。例如，在成為切割對象的被加工物是Fe(鐵)的情況下，切割溫度必須設為1200℃～1700℃左右。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：(日本)特開2008-296266號公報

發明內容

發明要解決的問題

然而，用于光纖激光器等的YAG系激光被認為與以往采用的CO₂激光相比，切割時的溫度難以上升。

其理由被認為如下。

對于YAG系激光和CO₂激光，由于YAG系激光的波長為1.06～1.08μm，CO₂激光的波長為10.6μm，兩者的波長大小不同，所以相對于材料的激光吸收率(以下稱為“材料吸收率”)和相對于等離子體的激光吸收率(以下稱為“等離子體吸收率”)不同。例如，如以往已知的圖6的實驗例所示，對于鐵的材料吸收率，CO₂激光為0.08，波長比CO₂激光短的YAG系激光為0.39。

如此，由于YAG系激光的材料吸收率比CO₂激光高，所以與CO₂激光相比，激光束的能量被更多地消耗于被加工物的熔融，因而激光束的能量難以幫助被加工物的溫度上升。另外，在切割被加工物時，作為被加工物的金屬的一部分蒸發并轉化為等離子體。另外，盡管等離子體溫度有助于所切割的被加工物內部的溫度上升，但YAG系激光的等離子體吸收率與CO₂激光比較僅為CO₂激光的1/100左右。因此，YAG系激光難以使所切割的被加工物內部的等離子體溫度上升。

另外，在采用了光纖激光器的情況下，由于激光振蕩器的個體差異、光纖隨時間的劣化、對光纖的力學壓力(應力)的積累和不均勻等，包層與纖芯之間的界面處產生應力且折射率發生變化，從而激光束的質量和輸出功率降低，激光切割裝置的切割性能下降。

結果，采用波長比CO₂激光短的激光的激光切割裝置存在這樣的問題，在切割具有厚度的被加工物的情況下，不能使被加工物內部的溫度上升至切割所需的溫度，從而不能切割被加工物。

本發明是鑒于此情況作出的，其目的是提供一種能夠采用波長比CO₂激光短的激光切割具有厚度的被加工物的激光切割裝置和激光切割方法。

用于解決問題的手段

為解決上述問題，本發明的激光切割裝置采用以下手段。

即，依據本發明第一方式的激光切割裝置包括：射出裝置，射出波長比CO₂激光短且用于切割被加工物的激光束，所述被加工物具有在被所述激光束照射的情況下在內部產生熔融池的厚度；以及匯聚裝置，使該激光束匯聚，使得從所述射出裝置射出的所述激光束的截面形狀呈橢圓形且該橢圓形的長軸方向與該被加工物的切割行進方向一致。