アルミニウムのファイバーレーザー切断とCO₂レーザー切断の比較

アルミニウム合金はレーザーエネルギーを非常に強く反射するため、反射防止対策が施された装置で切断する必要があります。ワークピース表面で発生する反射と、それによって材料内部で生じる熱流の両方を理解することで、加工性能と切断品質の向上につながります。

観測された性能

切断速度

2.5 kWのファイバーレーザーおよびCO₂レーザーを用いて、窒素アシストガスを用いてA5052アルミニウム合金を切断した場合、板厚と切断速度の関係について比較を行った。板が薄くなるほど、速度の差は大きくなる。 厚さ1 mmの板の場合、ソースデータによると、CO₂レーザーの切断速度は4.5 m/min、ファイバーレーザーの切断速度は27 mm/minとなっている。 [確認事項：情報源によると、ファイバーレーザー装置の単位はmm/minとなっている。] 厚みが増すにつれて、速度の差は急激に小さくなる。

主な処理条件は以下の通りであった：

CO₂レーザー

• 出力：2.5 kW
• 処理レンズの焦点距離：5インチ
• 補助ガス：窒素
• アシストガス圧力：0.8～1.2 MPa

ファイバーレーザー

• 出力：2.5 kW
• 処理用レンズの焦点距離：4インチ
• 補助ガス：窒素
• アシストガス圧力：0.6～1.2 MPa

切断面の品質

ステンレス鋼の切断と同様に、ファイバーレーザーではCO₂レーザーに比べて切断面が粗くなります。この差は、ワークの厚さが増すにつれて大きくなります。

裏面のバリの状態に関しては、ファイバーレーザー切断とCO₂レーザー切断の間に明らかな違いは見られない。板厚が厚くなるにつれて、バリの発生は、アシストガスの圧力や、焦点位置の調整によって生じる切断幅の影響をより受けやすくなる。

なぜ違いが生じるのか

薄板の切断ではバリの発生が比較的少ないため、設定では溶融能力を優先させることができます。集光スポットは、レーザーエネルギー密度が最も高くなるワークピースの表面（Z = 0）に配置されます。そのため、ファイバーレーザーは、より小さなスポットにビームを集光できるという点で有利です。

しかし、厚板の場合、バリの発生を防ぐには、焦点位置の調整、切断幅の拡大、および溶融金属を排出するための十分なアシストガス圧が必要となる。これらの対策により加工領域のエネルギー密度が低下するため、ファイバーレーザーとCO₂レーザーの切断速度の差は小さくなる。