金属のレーザー切断の原理は、レーザー光を熱源として金属材料の表面に照射し、金属材料の表面温度を融点（沸点）まで上昇させることです。同時にノズルからレーザー光の照射方向と平行に切断ガスを噴射し、材料を溶解（気化）させます。吹き飛ばします（切削ガスが酸素などの活性ガスの場合、切削ガスも金属材料と反応して酸化熱を発生します）。動作装置を制御することにより、カッティングヘッドが所定の経路に沿って移動し、さまざまな形状のワークを切断します。

レーザー切断機で金属を切断する過程では、入射レーザーの出力密度が異なり、金属材料の表面の変化も異なります。一般に、金属材料表面のレーザーパワー密度が10MW/cm2程度に達すると、金属材料の表面は急速に沸点まで加熱され、強く蒸発して金属蒸気となります。金属材料の表面のレーザー出力密度が 100MW/平方センチメートル のオーダーを超えると、時間内に放出できなかった金属蒸気がレーザー エネルギーによって再加熱され、プラズマ雲が形成されます。

金属材料のレーザー切断によって生成されるプラズマ雲の大部分は切断ガスによって吹き飛ばされ、残りのわずかな部分がプラズマ雲を形成し、金属切断に影響を与えます。

1) プラズマ雲は金属材料の表面に留まり、レーザーエネルギーの伝達を妨げ、切断速度を低下させます。

2) ノズルの下に閉じ込められたプラズマ雲は、ノズルと金属材料の間の静電容量媒体を変化させるだけでなく、ノズルを加熱し、その静電容量性能パラメータに影響を与え、静電容量式高さコントローラの検出結果に干渉し、静電容量の低下を引き起こします。フォローアップ 制御の精度が切削効果に影響します。

現在市場で広く使用されている2000Wレーザーを例にとると、100/125（コリメータレンズ焦点距離/集束レンズ焦点距離）のカッティングヘッドで使用した場合、ピグテールのコア径が40μm未満の場合、平均ゼロ焦点での光スポットの出力密度は 100MW/平方センチメートル のオーダーに達します。特に薄い金属板を切断する場合、プラズマ雲が生成されやすくなります。

この問題に対処するために、次の切断プロセスにより、切断プロセスに対するプラズマ雲の影響を効果的に軽減できます。

1.パルスカットを採用。パルスカット方式は、レーザーのピークパワーを確保できる一方で、金属材料へのレーザーの照射時間を短縮することができ、プラズマクラウドの発生を低減します。

2. レーザー切断出力を適切に下げます。他の条件を変更せずに切断電力を下げると、焦点での平均電力密度が低下し、プラズマ雲の生成が減少します。たとえば、シングルモード 2000W レーザーを使用してフルパワーおよびゼロフォーカスで 1 んん のステンレス鋼を切断する場合、切断速度はプラズマ雲の影響により理想的ではありませんでした。切断電力を1800Wに下げると切断速度が50%向上しました。

3. カットスリットを適切に広げます。切断カーフを広げると、プラズマ雲が下方に分散するためのより広いチャネルが提供され、切断に対するプラズマ雲の影響が軽減されるだけでなく、カーフ内のスラグの排出が促進され、切断効果が向上します。

4. 刈高さを適切に短くしてください。切断高さは、ノズルと金属材料の表面の間のプラズマ雲の厚さを直接決定するだけでなく (距離が短いほど、プラズマ雲は薄くなります)、切断ノズルに近づくほど、プラズマの圧力も高くなります。ノズルの中心から噴射される切断ガス (図 2 を参照) 切断空気圧の増加により、ノズルの下のプラズマ雲の分散が促進され、プラズマ雲による入射レーザーの遮蔽が減少します。したがって、カッティングヘッドの安全性を確保することを前提とすると、車間距離は短いほどよい。

5. 適切な切断ノズルを使用してください。適切なノズルを使用すると、ノズルの直径を大きくすることなくガス流量を増やすことができ、金属プラズマ雲の分散を促進できます。

6. カッティングヘッドにサイドブロー装置とノズル冷却装置を追加します。サイドブロー装置は、プラズマ雲の一部を吹き飛ばし、ノズルの下にプラズマ雲が蓄積するのを減らすために使用されます。ノズル冷却装置は、ノズルに対するプラズマ雲の熱影響を軽減し、ノズルの容量性能パラメータへの影響を回避できます。

7. 高サンプリングレートの容量性高さ調整器を使用します。高サンプリングレートの容量性高さコントローラーは、以下の精度を保証するだけでなく、静電容量値の変化を監視することによって、ノズルの下のプラズマ雲の変化を判断することもできます。工作機械はプラズマ雲の変化を監視することで、減速、停止、パルスカットなどの措置を講じることができます。プラズマ雲による切断への影響を軽減します。