專利名稱：激光切割方法、激光切割用噴嘴及激光切割裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種從開口部照射激光，在該激光的周圍噴射輔助氣體從而切割被加工件的激光切割方法、激光切割用噴嘴及激光切割裝置。本申請主張基于2010年3月29日在日本提出的日本特愿2010-075744號的優先權，并將其內容引用到本申請中。
背景技術：
眾所周知，在激光切割鋼材等被加工件的情況下，從激光振蕩器照射出的激光通過聚光透鏡集中，加熱切割部，同時以圍繞該激光的周圍的方式從噴嘴噴射輔助氣體，邊覆蓋切割部，邊在切割部引發燃燒反應，進行切割，或將通過激光熔融的金屬吹散進行切割。上述激光切割方法中，為了提高加工效率，公開了關于各種激光切割用噴嘴的技 術(例如參照專利文獻I)。圖7為表示現有激光切割用噴嘴100的縱剖視圖。激光切割用噴嘴100在噴嘴主體101的軸線O上對稱，噴嘴孔102與軸線O同軸。以輔助氣體流通方向的上游側為底端側，下游側為前端側的情況下，噴嘴孔102具有錐部103、圓筒部104和錐部105，所述錐部103前端側從噴嘴主體101的底端側向噴嘴孔102前端的開口部102A直徑收縮，所述圓筒部104與錐部103的前端側相連接，所述錐部105與圓筒部104的前端側相連接并朝向開口部102A直徑逐漸擴展。此外，噴嘴主體101的底端側由形成用于安裝激光切割裝置的螺紋的圓筒部108構成，在圓筒部108的前端側形成大徑部109，在大徑部109的前端側形成向開口部102A直徑收縮的錐部110。通過上述結構，激光切割用噴嘴100可以有效地進行激光切割。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開第1995-214368號公報
發明內容
發明所要解決的技術問題但是，在用現有的噴嘴進行切割的情況下，若切割面的粗糙度大，在切割被加工件后需要用于減小表面粗糙度的加工。因此，需要使切割面的表面粗糙度減小的激光切割技術。本發明是考慮到上述情況而完成的，目的是提供一種在激光切割被加工材料情況下，可抑制在切割面上產生大的切割傷，使切割面的表面粗糙度變小的激光切割方法、激光切割用噴嘴及激光切割裝置。解決技術問題所使用的手段為了解決上述技術問題，本發明提出了以下結構方案。本發明涉及的第一項發明為激光切割用噴嘴，其是通過在噴嘴主體上形成的噴嘴孔，從所述噴嘴孔的開口部照射激光，同時噴出圍繞所述激光的輔助氣體構成的。而且，所述噴嘴孔具有從所述輔助氣體流通方向的上游向下游依次形成的第一控制流道、第二控制流道和第三控制流道。而且，所述第一控制流道與向外周側擴展的所述第二控制流道相連接，并且所述第二控制流道與向內周側收縮的所述第三控制流道相連接。本發明涉及的第二項發明為權利要求I所述的激光切割用噴嘴，所述第一控制流道、所述第二控制流道、所述第三控制流道分別形成為圓筒狀，并同軸配置，當第一控制流道的直徑力0A第二控制流道的直徑為0B、第三控制流道的直徑力0C的情況下，滿足0A<0C<0B的關系。根據上述發明涉及的激光切割用噴嘴，通過簡單的結構可使切割面的表面粗糙度變小。本發明涉及的第三項發明為本發明涉及的第二項發明的激光切割用噴嘴，其滿足0A0C=l: 1.3-.3.0的關系。 通過上述發明涉及的激光切割用噴嘴，可使切割面的表面粗糙度有效地減小。本發明涉及的第四項發明為本發明涉及的第三項發明的激光切割用噴嘴，其滿足0C:0B=1:1.1'3 O的關系。通過上述發明涉及的激光切割用噴嘴可使切割面的表面粗糙度穩定地減小。SP，0(:08=1:1.1 3.0的情況下，若08/0(的值在1.1以上，則切割面的表面粗糙度穩定地減小。而且，切割試驗的結果對0B/0C的上限值無特別的限制。但是，若0B/0C的值在3.0以下，可抑制激光切割用噴嘴的外形過度地增大，使得噴嘴的操作簡單。本發明涉及的第五項發明為本發明涉及的第三項或第四項發明的激光切割用噴嘴，當第二控制流道的控制流道長為L2、第三控制流道的控制流道長為L3的情況下，滿足L2+L3>2.O><0A 的關系。上述發明涉及的激光切割用噴嘴滿足L2+L3 >2.0 X 0A的關系。因此，切割面的
表面粗糙度有效地減小。本發明涉及的第六項發明具備本發明涉及的第一項至第五項中任意一項的激光切割用噴嘴。本發明涉及的第七項發明為激光切割方法，其是從在噴嘴主體上形成的噴嘴孔的開口部照射激光的同時，噴出圍繞所述激光的輔助氣體，對被加工件進行切割。而且，通過所述噴嘴孔從所述開口部噴射輔助氣體時，輔助氣體依次通過在所述噴嘴孔上形成的第一控制流道、與所述第一控制流道連接并向外周側擴展的第二控制流道與所述第二控制流道連接并向內周側收縮的第三控制流道。通過上述發明涉及的激光切割用噴嘴、激光切割裝置、激光切割方法，可使切割面的表面粗糙度減小。發明的效果通過上述發明涉及的激光切割用噴嘴、激光切割裝置、激光切割方法，可使切割面的表面粗糙度減小。
圖I是表示本發明的第一實施方式的激光切割裝置的示意圖。圖2是對本發明的第一實施方式的激光噴嘴進行說明的縱剖視圖。圖3是表示本發明的第一實施方式的激光噴嘴概要的縱剖視圖。圖4是對本發明的第一實施方式的激光噴嘴的效果進行說明的附圖。圖5是對本發明的第一實施方式的激光噴嘴的效果進行說明的附圖。圖6是對本發明的第二實施方式的激光噴嘴進行說明的縱剖視圖。
圖7是表示現有激光噴嘴概要的縱剖視圖。
具體實施例方式下面，參照圖I至圖3，對本發明的第一實施方式進行說明。圖I為表示第一實施方式的激光切割裝置的附圖。標記I表示激光切割裝置，標記10表示激光切割用噴嘴(以下簡稱為“噴嘴”)。激光切割裝置I具備噴嘴10、激光振蕩器2和輔助氣體供給裝置3。而且，激光振蕩器2產生的激光F從噴嘴10的噴嘴孔12照射的同時，輔助氣體供給裝置3供給的輔助氣體G從噴嘴孔12噴出，使其圍繞在激光F的周圍。從噴嘴孔12照射的激光F，在被加工件5的切割部6處聚光。然后，噴嘴孔12噴射的輔助氣體G圍繞在激光F的周圍流動，切割部6的周圍被輔助氣體G的氣氛7覆蓋。然后，在激光F加熱的切割部6上通過輔助氣體G引發燃燒反應，進行切割，或通過吹散激光熔融的金屬來進行切割。輔助氣體供給裝置3，在O. 0Γ3. OMPa的壓力下向噴嘴10供給輔助氣體G，所述輔助氣體G是混合例如02、N2、Ar、空氣、He等氣體或從H2、He中選擇的氣體而生成的。圖2為表示噴嘴10的概要的附圖。其具有下述外形噴嘴主體11的底端側由圓筒部21所構成，所述圓筒部21是形成用于安裝于激光切割裝置上的螺紋，圓筒部21的前端側上形成大徑部22，在大徑部22的前端側，形成朝向開口部13直徑收縮的錐部23 ;并形成與軸線O同軸的噴嘴孔12。輔助氣體流通方向的上游側為基底側，下游側為前端側的情況下，在噴嘴孔12中從基底側開始依次形成輔助氣體導入部12D、第一控制流道12A、第二控制流道12B、第三控制流道12C。此外，輔助氣體導入部12D、第一控制流道12A、第二控制流道12B、第三控制流道12C在與軸線O同軸上形成。輔助氣體導入部12D的前端側由錐壁部15構成，所述錐壁部15是形成朝向第一控制流道12A直徑收縮的錐形的圓錐形狀的一部分。第一控制流道12A、第二控制流道12B、第三控制流道12C分別由與軸線O平行的圓筒壁部16、17、18構成。而且，各控制流道如圖3所示通過與軸線O正交的臺階連接。此外，如圖3所示，當第一控制流道12A的控制流道長為LI、第一控制流道12A的直徑為0A第二控制流道12B的控制流道長為L2、第二控制流道12B的直徑為第三控制流道12C的控制流道長為L3、第三控制流道12C的直徑為0C的情況下，滿足0A<0C<0B的關系。
此外，優選滿足 0A:0C=1:1.3-3.0另夕卜，0{:0Β=1:υ--3_Ο另夕hL2+L3> 2.0 X 0A的關系。而且，為了防止在噴嘴內壁部上激光干涉造成切割效率降低的現象，更優選滿足5.0 > (L2+L3)/0A的關系。然后，參照圖4對噴嘴10的作用進行說明。圖4為表示使用噴嘴10切割16mm板厚的不銹鋼(被加工材料)情況下，第一控制流道12A的直徑0A第二控制流道12B的直徑0B、第三控制流道12C的直徑0C與切割面的表面粗糖度的關系的圖表。
圖4中，橫軸表示0C/0A,縱軸表示0Β/0Α。而且，輔助氣體G的壓力在O. 5MPa 3. OPa范圍內切割被加工材料的情況下，Λ表示表面粗糙度Rz (JISB0601-1994)為50 μ m以上，與現有處于同等水平，〇表示表面粗糙度Rz在30 μ m以上50 μ以下，比現有有所改善，◎表示表面粗糙度Rz低于30 μ m,與現有相比有大幅度改善。由圖4可以確認以下內容。(I) 0C/0A=1.O且0B/0A=1.O的情況下，表亍0A與0B與eC為相同直徑的現有的
噴嘴。而且，切割面的表面粗糙度當然為現有水平(Λ)。(2)0B>0C ( = ( 0B/0O1.O ))，即0Β./0Α在直線 Si 的上側，0C/0A>1.O的情況
下，切割面的表面粗糙度比現有噴嘴的小。 而且，圖4中，在0C/0A=1.0 1.1之間，不顯示品質水平。但是,0C./0A〉! .Cl的情況下，隨著0C/0A的增加，切割面的表面粗糙度提高。具體的為，在0C/0A=1.0 I. I的范圍內，切割面的表面粗糙度從Rz在50 μ m以上的現有品質(Λ)的狀態依次減小到Rz為5(Γ30 μ m的改善切割面粗糙度的狀態(〇)。此外，0C/0A為I.廣I. 3的情況下，切割面的表面粗糙度從Rz為50ynTRz為30 μ m的改善切割面粗糙度的狀態(〇)依次減小到Rz在30 μ m以下的大幅度改善切割面粗糙度的狀態(◎ I此外，0C/0A>1.3的情況下，切割面的表面粗糙度為Rz在30 μ m以下的大幅度改
善切割面粗糙度的狀態(◎)。而且，切割試驗中，以0C/0A=1.O 3.0的范圍作為對象，可確認提高切割面的表
面粗糙度。(3)0B>0C (= (0B/0OI.3 ))，即0Β/0Α在直線 S2 的上側,0C/0A>1.3的情況
下，切割面的表面粗糙度為Rz在30 μ m以下的大幅度改善切割面粗糙度的狀態(◎ I接著，參照圖5，對噴嘴10的作用、效果進行說明。圖5為表示使用噴嘴10切割16mm板厚的不銹鋼(被加工材料)的情況下，第一控制流道12A的直徑0A、第二控制流道長L2，第三控制流道長L3與切割面(切割下部)的表面粗糖度之間關系的附圖。圖5中，橫軸表示(L2+L3 ) /0A，縱軸表示切割面的表面粗糙度Rz( μ m)。而且，□表示輔助氣體G的壓力為O. 5MPa^3. OPa的狀態下切割的切割面的表面粗糙度中的最大值。本實驗中，使用的噴嘴為第一控制流道12A的直徑0A力4mm，第二控制流道12B的直徑0B為10mm，第三控制流道12C的直徑0C為7mm。而且，在5.0> (L2+L3 ) /0A范圍內評估切割面的表面粗糙度，該范圍內激光不產生相對于噴嘴內壁部的干涉。由圖5可以確認以下情況。(I)切割面的表面粗糙度與(L2+L3) /0A無關，顯示為比現有良好。而且，隨著(L2+L3 ) /0A的增加，切割面的表面粗糖度減小，品質提聞。(2) ( L2+L3 ) /0A > 2.0的情況下，可得到非常穩定的切割面。如上所述，通過滿足(L2+L3 ) /0A > 2.0的關系，可確保Rz在30 μ m以下的表面
粗糙度穩定。如上所述，通過噴嘴10、激光切割裝置I，激光切割中的切割面的表面粗糙度變小。其結果，激光切割后，沒必要進一步進行用于使切割面表面粗糙度變小的加工。因此，可減少激光切割時的工時，降低成本。此外，通過噴嘴10，輔助氣體G的消耗量和現有的噴嘴的消耗量相同，表面粗糙度變小。此外，通過滿足5.0 > ( L2-L3 ) /0A的關系，可抑制照射的激光F與噴嘴孔12的圓筒壁部16、17、18之間的干涉。接著，參照圖6對本發明的第二實施方式進行說明。圖6為表示第二實施方式的噴嘴40的附圖。噴嘴40具有與噴嘴主體11相同形狀的外形。而且，噴嘴主體41中形成有在與軸線O同軸上形成的噴嘴孔42。噴嘴40與噴嘴10的不同點是在噴嘴40中設置輔助氣體導入部42A代替噴嘴10中形成為錐狀的輔助氣體導入部12D，所述輔助氣體導入部42A是例如通過在與軸線O正交的面上形成的級差，連接在第一控制流道12A上。其他的由于與第一實施方式相同，賦予同樣的標記而省略說明。而且，通過與軸線O平行的圓筒壁部45構成輔助氣體導入部42A。此外，與噴嘴10相同，當第一控制流道12A的控制流道長為LI、第一控制流道12A的直徑為0A、第二控制流道12B的控制流道長為L2、第二控制流道12B的直徑為0B、第三控制流道12C的控制流道長為L3及第三控制流道12C的直徑為0C的情況下，滿足gA oC<0B的關系。進而優選滿足0A:0C=1:1.3 3.O，0C:0B=1:1.1 3.0，L2+L3 >2.0 χ 0Α的關系。而且，為了防止在噴嘴內壁部產生激光干涉降低切割效率的現象，與第一實施方式相同，更優選滿足5.0 > ( L2+L3 ) /0Α的關系。使用噴嘴40時也可得到與噴嘴10相同的作用、效果。此外，由于噴嘴40的結構簡單，可以容易地制造噴嘴40。因此，降低了制造成本。而且，本發明并不限于上述實施方式，在不脫離發明宗旨的范圍內可有各種改變。例如，在上述實施方式中，對通過圓錐形狀的一部分構成輔助氣體導入部12D、由圓筒形狀構成輔助氣體導入部42Α的情況進行了說明。但是，輔助氣體導入部12D、42A也可為圓錐形、圓筒形以外的形狀。例如，與噴嘴主體11、41的軸線一致的對稱軸周圍形成的半球面或拋物面等曲面也可為輔助氣體導入部的內壁面，以代替輔助氣體導入部12D或輔助氣體導入部42A。
此外，在激光切割裝置的噴嘴安裝部形成輔助氣體導入部，也可為噴嘴10上不形成輔助氣體導入部的構成。此外，在上述實施方式中，對通過第一控制流道12A、第二控制流道12B和第三控制流道12C分別與軸線O垂直的級差連接的情況進行了說明。但是，第一控制流道12A、第二控制流道12B和第三控制流道12C例如在允許的范圍內，也可通過相對于與軸線O正交的面相傾斜的面連接。此外，上述實施方式中，對第一控制流道12A、第二控制流道12B和第三控制流道12C通過與軸線O同軸的圓筒壁部16、17、18構成的情況進行了說明。但是，第一控制流道12A、第二控制流道12B、第三控制流道12C的任意一個或全部也可形成為錐形壁部、桶形壁部、鼓形壁部等或其他形狀。此外，圓筒壁部16、17、18也可形成為多邊形、橢圓等其他形狀或包含這些的形狀。
此外，第一控制流道12A、第二控制流道12B、第三控制流道12C任意一個或全部也可配置在與軸線O不同軸的位置，例如，也可以相對于軸線O偏心配置。此外，上述實施方式中所示的關于第一控制流道12A、第二控制流道12B、第三控制流道12C的直徑、長度的尺寸關系也可不滿足上述關系式。例如，并不限定于0A:0C=1:I.3_、.3.O、0C:0B=1:1.、3 O及L2+L3 >2.0 χ 0Aa即，也可不滿足上述數學式的一部分或全部。此外，噴嘴10、40的外形可為任意形狀。此外，上述實施方式中，對將輔助氣體G導入噴嘴孔12、42的輔助氣體導入部12D、42A在噴嘴主體11、41的底端側開口的情況進行了說明。但是，例如，輔助氣體導入部12D、42A的輔助氣體G的流入口也可形成在噴嘴主體11、41的側部。工業利用的可能性通過本發明中的激光切割用噴嘴、激光切割裝置、激光切割方法可得到表面粗糙度小的切割面。附圖標記F :激光；G :輔助氣體；0 :軸線；1 :激光切割裝置；5 :被加工件;10、40 :噴嘴(激光切割用噴嘴);11、41 :噴嘴主體;12、42 :噴嘴孔；12A :第一控制流道；12B :第二控制流道；12C :第三控制流道；13 :開口部。
權利要求
1.一種激光切割用噴嘴，其構成為通過在噴嘴主體上形成的噴嘴孔，從所述噴嘴孔的開ロ部照射激光的同時，噴出圍繞所述激光的輔助氣體； 所述噴嘴孔具有從所述輔助氣體流通方向的上游向下游依次形成的第一控制流道、第ニ控制流道和第三控制流道； 所述第一控制流道與向外周側擴展的所述第二控制流道相連接； 并且所述第二控制流道與向內周側收縮的所述第三控制流道相連接。
2.根據權利要求I所述的激光切割用噴嘴，其特征在于，所述第一控制流道、所述第ニ控制流道、所述第三控制流道分別形成為圓筒形狀，并同軸配置，當第一控制流道的直徑為0A、第二控制流道的直徑為0B、第三控制流道的直徑為0C情況下，滿足0A<0C<0B的關系O
3.根據權利要求2所述的激光切割用噴嘴，其特征在干，滿足0A:0C=丨1.3 3.0的關系O
4.根據權利要求3所述的激光切割用噴嘴，其特征在于，滿足0C:0B=1:1.1 3.0的關系O
5.根據權利要求3或4所述的激光切割用噴嘴，其特征在干，當第二控制流道的控制流道長為L2、第三控制流道的控制流道長為L3情況下，滿足:L2+L3 >2.0 X 0A的關系。
6.一種激光切割裝置，其特征在于，具備根據權利要求廣4任意一項所述的激光切割用噴嘴。
7.一種激光切割裝置，其特征在于，具備根據權利要求5所述的激光切割用噴嘴。
8.一種激光切割方法，其為從噴嘴主體上形成的噴嘴孔的開ロ部照射激光的同時，噴出圍繞所述激光的輔助氣體，對被加工件進行切割； 通過所述噴嘴孔從所述開ロ部噴射輔助氣體時，所述輔助氣體依次通過在所述噴嘴孔上形成的第一控制流道、與所述第一控制流道連接向外周側擴展的第二控制流道以及與所述第二控制流道連接向外周側擴展的第三控制流道。
全文摘要
本發明涉及結構為通過噴嘴主體(11)上形成的噴嘴孔(12)，從所述噴嘴孔的開口部照射激光的同時噴出圍繞所述激光的輔助氣體的激光切割用噴嘴(10)。所述噴嘴孔中，從所述輔助氣體流通方向的上游朝向下游，成同軸圓筒狀依次形成第一控制流道(12A)、第二控制流道(12B)、第三控制流道(12C)。此外，當第一控制流道的直徑為第二控制流道的直徑為第三控制流道的直徑為的情況下，滿足的關系。
文檔編號B23K26/14GK102834217SQ20118001703
公開日2012年12月19日 申請日期2011年2月21日 優先權日2010年3月29日
發明者長堀正幸, 沼田慎治, 糸山將史 申請人:日酸田中株式會社