レーザー切断は、高出力密度のレーザービームをワークピースに照射する熱切断方法です。照射された材料は急速に溶融、蒸発、アブレーション、または発火点に達します。同時に、レーザービームと同軸の高速気流が溶融した材料を吹き飛ばし、ワークピースを切断します。
レーザー切断の分類と特徴
レーザー切断は、レーザー蒸発切断、レーザー溶融切断、レーザー酸素切断、レーザースクライビングおよび制御破壊の4種類に分類できる。
高エネルギー密度のレーザービームを用いて加工対象物を加熱し、極めて短時間で材料の沸点まで急速に温度を上昇させることで、材料を蒸発させて蒸気を発生させます。この蒸気は高速で噴射され、その際に材料に切断痕を残します。ほとんどの材料は蒸発熱が高いため、レーザー蒸発切断には相当な出力と出力密度が必要となります。
レーザー溶融切断では、レーザーで金属材料を加熱・溶融します。次に、非酸化性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素など）をレーザービームと同軸のノズルから噴射します。高圧ガスによって溶融金属が押し出され、切断面が形成されます。蒸発切断とは異なり、この方法は材料の完全な蒸発を必要とせず、蒸発切断に必要なエネルギーの10分の1しか消費しません。主に、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、およびそれらの合金など、非酸化性または反応性の高い金属の切断に使用されます。
レーザー酸素切断
レーザー酸素切断の原理は、酸素アセチレン切断と類似しています。レーザーは予熱熱源として機能し、酸素などの活性ガスが切断ガスとして用いられます。吹き込まれたガスは切断対象の金属と反応し、酸化反応を引き起こして大量の酸化熱を放出します。同時に、反応領域から溶融した酸化物や溶融金属を吹き飛ばし、金属に切断部を形成します。切断中の酸化反応によって大量の熱が発生するため、レーザー酸素切断は溶融切断の半分のエネルギーで済み、切断速度は蒸発切断や溶融切断よりもはるかに高速です。主に炭素鋼、チタン鋼、熱処理鋼などの酸化しやすい金属材料に適用されます。
レーザー加工では、高エネルギー密度のレーザーを用いて脆性材料の表面を走査し、微細な溝を蒸着させます。その後、一定の圧力を加えることで、脆性材料を溝に沿って破壊します。レーザー加工には、QスイッチレーザーやCO₂レーザーが一般的に用いられます。制御破壊では、レーザー加工中に発生する急峻な温度分布を利用して、脆性材料に局所的な熱応力を発生させ、加工された溝に沿って破壊させます。
レーザー切断の応用
ほとんどのレーザー切断機は、数値制御（NC）プログラムによって操作されるか、切断ロボットとして構成されています。精密加工法であるレーザー切断は、薄い金属板の2Dまたは3D切断を含む、ほぼすべての材料を切断できます。航空宇宙分野では、レーザー切断技術は主に、チタン合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、クロム合金、ステンレス鋼、酸化ベリリウム、複合材料、プラスチック、セラミック、石英などの特殊な航空宇宙材料の切断に使用されます。レーザー切断によって加工される航空宇宙部品には、エンジンの火炎管、薄肉チタン合金ケーシング、航空機のフレーム、チタン合金の外板、翼の縦通材、尾翼パネル、ヘリコプターのメインローター、スペースシャトルのセラミック断熱タイルなどがあります。
投稿日時：2025年12月8日
