ファイバーレーザー切断機に適したガスの選び方

ファイバーレーザー切断機は、その高精度、高速、そして高効率性により、金属加工業界に革命をもたらしました。しかし、切断プロセスに大きな影響を与える重要な要素の一つが、補助ガスの選択です。

レーザー切断で使用される一般的な補助ガスには、N₂、O₂、圧縮空気などがあります。機能、特性、コスト、そして適切なガスの選び方について詳しく知りたい方は、ぜひ読み進めてください。

ファイバーレーザー切断機で使用される補助ガスとは何ですか
?

補助ガスは、切断プロセスにおいてファイバーレーザービームと組み合わせて使用
されるガスです。主な目的は、レーザーによる金属材料の切断を効果的かつ効率的に行うことです。これらのガスには、いくつかの重要な機能があります。

1. 材料除去の補助：一部のガスは、レーザーによって生成された溶融金属を吹き飛ばし、障害のないきれいな切断を実現します。

2. 酸化防止：窒素などの特定のガスは、切断面の酸化や変色を防ぎます。

3. 切断速度の向上：酸素などのガスは、材料の燃焼を促進することで切断プロセスを高速化します。

4. 機器の保護：補助ガスは、レンズとノズルを冷却・保護し、過熱による損傷を防ぐためにも使用できます。

5. 切断品質の向上：補助ガスは、切断面周辺の雰囲気を制御することで、切断面の仕上がり、切断面品質、精度を向上させます。

補助ガスの選択は、切断する材料、望ましい切断品質、材料の厚さなど、いくつかの要因によって異なります。

ファイバーレーザー切断機用の一般的な補助ガス

ファイバーレーザー切断で最も一般的に使用される補助ガスは、窒素（
N₂）、酸素（O₂）、圧縮空気の3つです。それぞれのガスには独自の特性と利点があり、さまざまな用途に適しています。

1. 窒素 (N₂)

特徴と機能：

•窒素は不活性ガスであるため、切断対象物と反応しません。
•ステンレス鋼、アルミニウム、非鉄金属の切断に広く使用されます。
•窒素はクリーンで酸化のない切断環境を作り出すため、特に表面仕上げが重要な場合に、滑らかで高品質な切断を実現するのに最適です。

利点：

•酸化のない切断：窒素は溶融材料を吹き飛ばしながら酸化反応を防ぎ、クリーンで滑らかな仕上がりを実現します。
•切断品質の向上：窒素はバリや酸化の発生を抑えるため、美観と材料特性が重要な用途に不可欠です。

考慮事項：

·窒素切断は、特に1.5～6kWの低～中出力機械では、酸素や圧縮空気よりも高価です。例えば、1.5kWの機械の場合、圧縮空気の運転コストは1kWhあたり約59元、酸素は50元、窒素は105.5元で、酸素や圧縮空気のほぼ2倍のコストとなります。

·窒素は薄い板材には最適ですが、厚い材料の場合はコストが高すぎる可能性があります。

2. 酸素 (O₂)

特性と機能：

•酸素は活性ガスであり、燃焼を促進するだけでなく、溶融材料を吹き飛ばす効果もあるため、炭素鋼や軟鋼の切断に最適です。
•酸素は発熱反応を起こし、切断部に熱を加えることで切断プロセスを加速します。
•これにより、特に厚い材料の切断速度が向上します。

利点：

•切断速度の向上：酸素は材料の燃焼を促進することで、切断プロセスを加速します。
•炭素鋼におけるコスト効率：酸素は窒素に比べてコスト効率が高いため、炭素鋼の切断によく使用されます。
•厚い材料の切断効率の向上：酸素は追加の熱を供給するため、厚い材料（最大20mm以上）の切断に効果的です。

考慮事項：

·酸化：酸素を使用する主なデメリットの一つは、切断面の酸化を引き起こす可能性があることです。これはすべての用途で問題になるわけではありませんが、ステンレス鋼など、酸化のないきれいな切断面が求められる材料では懸念事項となる可能性があります。

·また、酸素は変色を引き起こし、切断品質に影響を与える可能性があるため、非鉄金属（アルミニウムや銅など）には推奨されません。

3. 圧縮空気

特徴と機能：

·圧縮空気は、ファイバーレーザー切断時の補助ガスとして、入手しやすく安価な選択肢です。
·主に軟鋼および非鉄金属の切断に使用されます。
·圧縮空気は酸素に比べて反応性が低いですが、切断部から溶融材料を除去するのに役立ちます。

利点：

·費用対効果が高い：圧縮空気は窒素や酸素よりもはるかに安価であるため、予算を重視する企業にとって最適な選択肢です。
·使いやすさ：圧縮空気は入手しやすく、保管や取り扱いに特別な設備は必要ありません。
·環境に優しい：圧縮空気はクリーンで無毒なガスであるため、環境に優しい選択肢です。

考慮事項：

·切断品質の低下：圧縮空気で切断すると、窒素や酸素で切断した場合に比べて、エッジが粗くなり、精度が低下する傾向があります。

·酸化の可能性：酸素と同様に、圧縮空気も酸化を引き起こす可能性があり、用途によっては望ましくない場合があります。

ファイバーレーザー切断機に適した補助ガスの選び方

適切な補助ガスの選択は、切断する材料の種類、厚さ、望ましい切断品質、コストなど、いくつかの要因によって異なります。これらの要因に基づいて適切なガスを選択する方法を以下に説明します。

1. 材質と厚さ

切断ガスの選択は、材質と厚さだけでなく、レーザー切断機の出力にも左右されます。SENFENGの研究所による切断パラメータの分析に基づき、以下の表を作成しました。

パワー	3 kW		6 kW		12 kW		15 kW
材料	厚さ(mm)	ガス	厚さ(mm)	ガス	厚さ(mm)	ガス	厚さ(mm)	ガス
炭素鋼	1-2	窒素/圧縮空気	1-6	窒素/圧縮空気	1-12	窒素/圧縮空気	1-16	窒素/圧縮空気
	2-20	酸素	3-22	酸素	10-20	酸素	10-35	酸素
ステンレス	1-8	窒素	1-18	窒素	1-25	窒素/圧縮空気	1-30	窒素/圧縮空気
アルミ	1-6	窒素	1-14	窒素	1-25	窒素	1-30	窒素

表1：切断ガス、材料、板厚、および装置出力の関係

この表から得られる結論は以下のとおりです。

ステンレス鋼、および銅、アルミニウム、ケイ素鋼などの非鉄金属の場合、切断には空気と窒素の使用が推奨されます。

炭素鋼板（345、355、マンガン鋼）の場合、酸素による切断が推奨されます。ただし、薄板の場合は窒素または空気による切断も可能です。

2. 求められる切断品質

高品質切断：美観向上や高精度部品など、高品質な切断が求められる用途では、窒素ガスが最適な選択肢です。窒素ガスは、酸化やバリの発生を最小限に抑え、滑らかできれいな切断面を実現します。

·中程度の切断品質：切断品質への要求がそれほど高くない場合は、よりコスト効率の高いエアー切断オプションが適切な選択肢となる場合があります。エアー切断は、窒素や酸素に比べてコストを抑えながら、良好な切断品質を実現します。

異なる切断ガスの切断面品質は次のとおりです:

3. コストに関する考慮事項

予算に優しい選択肢：圧縮空気は最も経済的な選択肢ですが、切断品質が低下する可能性があります。低炭素鋼の切断や、切断品質が最優先事項ではない用途に最適です。

·高品質な切断：窒素は最も高価なガスですが、高精度な切断に最適です。酸素は、厚い材料の切断において、速度とコストのバランスが取れています。

結論

ファイバーレーザー切断機に適した補助ガスを選択することは、切断効率の最適化、切断品質の向上、そしてコスト管理に不可欠です。窒素はクリーンで高品質な切断を実現し、酸素は加工速度を向上させ、圧縮空気はそれほど重要でない用途では費用対効果の高いソリューションとなります。

メーカーによって推奨される補助ガスは異なる場合があります。最適な設定を見つける最良の方法は、実際の加工中に実践的な経験を積むことです。