非鉄金属アルミニウムおよびアルミニウム合金を加工できる光ファイバーレーザー切断機
非鉄金属とは、一般に、鉄 (場合によってはマンガンとクロム) および鉄ベースの合金を除くすべての金属を指します。アルミニウムとその合金も非鉄金属です。金属加工業界では、レーザー切断機が一般的な加工機器です。ファイバーレーザー切断機は、アルミニウムとその合金を加工できます。アルミニウムおよびアルミニウム合金のレーザー切断について学びましょう。
アルミニウムとその合金のレーザー切断:
純粋なアルミニウムは、融点が低く、熱伝導率が高く、特に CO2 レーザーの吸収率が低いため、鉄系金属よりも切断が困難です。切削速度が遅いだけでなく、切削下端にノロが付きやすく、切削面が荒れています。アルミニウム合金に他の合金元素が含まれているため、CO2 とレーザー光の吸収が固体状態で増加し、純粋なアルミニウムよりも切断しやすくなり、切断の厚さと速度がわずかに大きくなります。現在、アルミニウムおよびその合金の切断には、通常、CO2 レーザー、連続レーザー、またはパルスレーザーが使用されています。
CO2 ガス連続レーザー切断:
（1） レーザーパワー。
アルミニウムとその合金の切断に必要なレーザー出力は、鉄合金の切断に必要なレーザー出力よりも大きくなります。出力1kWのレーザーで、最大厚さ約2mmの工業用純アルミニウムと最大厚さ約3mmのアルミニウム合金板を切断できます。 3 kW の出力を持つレーザーは、最大厚さ約 10 mm の工業用純アルミニウムを切断できます。レーザーの出力は 5.7 kw で、最大厚さ約 12.7 mm の工業用純アルミニウムを最大 80 cm/分の切断速度で切断できます。
(2) 補助ガスの種類と圧力。
アルミニウムおよびその合金を切断する場合、補助ガスの種類と圧力は、切断速度、切断スラグの付着、および切断面の粗さに大きな影響を与えます。
O2 を補助ガスとして使用すると、切断プロセスは酸化発熱反応を伴い、切断速度の向上に役立ちます。しかし、切り欠き部には高融点・高粘度の酸化スラグ Al2O3 が生成する。切り込みにスラグが流れ込むと、その熱量が高いため、形成される切断面は二次溶融により厚くなります。一方、スラグが切り口の底に排出されると、補助気流の冷却とワークの熱伝導により、さらに粘度が上昇して流動性が悪くなり、粘り気のあるスラグを形成することがよくあります。ワークの下面で剥がれにくい。これを行うには、ガスの圧力を上げる必要があります。同時に、補助ガスとして CO2 を使用して得られる切断面は比較的粗いです。切削速度が最高切削速度に近づくと、切削面の粗さが改善されます。
N2 を補助ガスとして使用すると、切断時に N2 が母材と反応しないため、スラグの穿孔性があまり良くなく、切断の底に垂れ下がっていても容易に除去できます。したがって、ガス圧力が０．５ＭＰａより大きい場合、スラグ快削は得られるが、切削速度は補助ガスよりも遅い。それどころか、ラフネスと回転速度の関係は基本的に線形です。ターンオーバー速度が小さいほど、ラフネスは小さくなります。また、合金元素含有量が少なく、切削面粗さが大きい。しかし、合金元素の含有量が多いアルミニウム合金の切削面粗さは小さい。
航空用アルミニウム合金を切断する場合、デュアル補助エアフローも使用されます。すなわち、内側のノズルは窒素ガスを、外側のノズルは酸素ガスを吹き出し、ガス圧０．８Ｍ・Ｐａで糊残りのない切断面が得られる。
(3) 切断プロセスとパラメータ。
アルミニウムおよびアルミニウム合金の CO2 連続レーザー切断における主な技術的課題は、スラグ介在物の除去と切断面粗さの改善です。適切な補助ガスと切断速度を選択することに加えて、スラグの形成を防ぐために次の対策を講じることもできます。
1. アルミニウム板の裏側に黒鉛ベースの粘着防止剤の層をプレコートします。
アルミ合金板の包装に使用されるフィルムは、ノロの付着も防止できます。
表 2-6 A1CuMgmn 合金の CO 2 レーザー切断に関する参考資料。
表 2-7 アルミニウム合金、アルミニウム亜鉛銅合金、およびアルミニウムシリコン合金の CO 2 レーザー切断パラメータ。