How to do it with rough and serrated section when laser cutting carbon steel

炭素鋼をレーザー切断すると、断面が粗く鋸歯状になりますが、これは通常、単一の原因ではなく、複数のプロセスパラメータの不一致が原因です。以下では、主な原因と体系的なトラブルシューティング手順という2つの側面から、詳細な解決策をご紹介します。.

T主な原因の分析。

粗く鋸歯状の断面は、本質的に不安定なエネルギー入力と補助ガススラグの排出不良の結果です。具体的には、以下のカテゴリーに分類できます。

1. プロセスパラメータの問題（最も一般的）:

· 切断速度が一致しません:速度が速すぎると、エネルギーの蓄積が不十分で、連続的な切断を形成できず、欠陥や鋸歯が形成されます。速度が遅すぎると、過度に燃焼し、断面がひどく溶けて、粗くなります。

レーザー出力が低すぎます:材料を完全に気化または溶解させるにはパワーが不十分なため、切断されてスラグが垂れ下がり、粗い断面が形成されます。

· 補助ガスの問題:

· 空気圧が適切でない:空気圧が低すぎると、スラグを時間内に吹き飛ばすことができず、スラグが切込みの下部に付着して鋸歯状やバリを形成します。空気圧が高すぎると、切断継ぎ目に冷却効果が生じ、エネルギー集中に影響を与える可能性があります。

ガス純度不足：酸素純度が不十分な場合（炭素鋼の場合、通常 99.95% 以上）、酸化反応の効率が低下し、燃焼が不十分になり、粗い断面が形成されます。

·焦点位置が正しくありません:焦点が深すぎたり浅すぎたりすると、ビームのエネルギー密度が不十分になり、滑らかな切断線を形成することができません。焦点は、切開の品質に影響を与える最も敏感なパラメータの一つです。

2. 機器およびハードウェアの状態の問題:

·ノズルの摩耗または汚染:ノズル穴が変形し、スパッタリングが詰まり、ガス流れ場が乱れ、スラグを効果的に吹き飛ばすことができません。

·レンズの汚れや損傷:保護ミラーや集光ミラーに汚れや損傷があると、レーザーエネルギーが散乱し、実際にワークピースに到達するパワーが低下し、ビーム品質が低下します。

· ガイド/ギアおよびその他の機械構造の緩み:動作システムが安定していないと、ジッターが発生し、切断部分に直接反映されてジグザグの線が形成されます。

· ビーム品質が悪い:レーザー自体の出力スポットモードが悪く、エネルギー分布が集中していません。

3. 材料と加工環境：

· 素材の表面の錆、塗装、コーティング:これらの不純物はレーザーを不均一に吸収・反射し、切断プロセスを妨げます。

· 素材自体の品質：プレートの構成が不均一で内部応力が大きい場合も、切削効果が一定でなくなります。

· プレートが平らになっていない:切断工程中、プレートは波打つため、焦点位置が連続的に変化します。

S体系的な調査と解決（簡単なものから難しいものまで）

以下の手順に従って確認および調整してください。問題が解決する可能性が高くなります。

最初のステップ：基本的な検査と準備

1. 光学システムの点検と清掃:

・シャットダウン後は、集光ミラーと保護ミラーを点検・清掃してください。除去できない傷や汚れがある場合は、直ちに交換してください。

· これは、ビームの品質とメンテナンスコストの最小化を確保するための最初のステップです。

2. ノズルを確認して交換します。

· 現在使用しているノズルの開口部がプレートの厚さと一致しているかどうかを確認します (通常、プレートが厚いほど、ノズルの開口部をわずかに大きくすることができます)。

・ノズル開口部が摩耗（楕円形化）していないか、またはスラグによる詰まりがないか確認してください。問題がある場合は、直ちに新しいノズルに交換してください。

3. ガスの純度と圧力を確認します。

· 酸素の純度が要件を満たしていることを確認します（99.95%以上）。

· ガス経路に漏れがないか確認します。

・空気圧設定は、機器メーカーの推奨パラメータを参考に微調整してください。鋸歯状化やスラグの垂れ下がりが発生する場合は、空気圧を適切に（例えば0.5～1Bar程度）上げて効果を確認してください。

ステップ2：コアプロセスパラメータの最適化

以降の試運転を実行するときは、「切断プロセステストチャート」（さまざまなパラメータの組み合わせが多数含まれた 1 種類の正方形のチャート）を使用して、最適なパラメータの組み合わせをすばやく比較して見つけることを強くお勧めします。

1. フォーカス位置を調整します。

· これは最も重要なステップです。焦点位置は通常、0（プレート面）を基準とし、下向きに負の方向に移動させます。

· 現在の現象（粗くギザギザしている）：焦点が深すぎる（負の値が大きすぎる）か、浅すぎる（正の値が大きすぎる）可能性があります。

・デバッグ方法：既存のパラメータに基づき、焦点位置を0.2mmまたは0.5mm刻みで低から高（または高から低）に系統的に変更し、試切断を行います。これにより、断面が最も滑らかで、パン歯が最小となる「最適な焦点位置」が見つかります。通常、炭素鋼を切断する場合、焦点は板厚の約1/3の深さまで下がった位置になります。

2. 切断速度とパワーを最適化します。

・原理：パワーとスピードを調整する必要があります。

· 現在の現象（粗いギザギザ）:まず、速すぎるか、パワーが低すぎるのではないかと疑います。

· デバッグ方法:

方法A（出力固定）：現在の出力を一定に保ち、切断速度を徐々に下げて、断面の変化を観察します。鋸歯状の部分が小さくなる場合は、元の速度が速すぎます。

方法B（固定速度）：現在の速度を一定に保ち、レーザー出力を徐々に上げ、断面の変化を観察します。変化があれば、元の出力が不足しています。最適な状態は、「ちょうど切断できて断面が滑らか」な臨界点を見つけることです。速度が速すぎると、欠陥や鋸歯状のひび割れが発生します。速度が遅すぎると、板が過度に焼け、底部に深刻なスラグが付着することになります。

3. ガス圧を微調整する:

・フォーカス、スピード、パワーを調整した後、空気圧を微調整します。

・切断中の火花を観察してください。理想的な状態は、火花が長く均一で、下向きに噴出することです。火花がまばらで短く、拡散している場合は、空気圧または速度が不適切です。

・鋸歯状や垂れ下がったノロに対しては、通常、空気圧を適宜高めることが効果的です。

ステップ3: 高度なチェック

上記のいずれの手順も機能しない場合は、考慮すべきより深刻な問題があります。

1. 機器の機械構造を確認します。

・ビーム、ギア、ラックに緩みがないか確認してください。切断ヘッドを手で押して、異常な隙間やガタツキがないか確認してください。

・低速運転時は、機械がスムーズに回転しているか確認してください。機械の緩みは、切削時の鋸歯状化に直接つながる可能性があります。

2.レーザー出力を確認します。

· 可能であれば、レーザーパワーメータを使用して、実際の出力パワーが設定値と一致しているかどうかを確認します。

・ビームモードの劣化（例えば、基本モードTEM00から高次モードへの変化）も切断能力の低下につながります。この場合、機器メーカーに連絡して専門的な点検・メンテナンスを行う必要があります。