鋼材レーザー切断の基礎と機種選定ガイド：マスターガイド

レーザー切断技術は、過去半世紀にわたって発展してきた非常に有用な技術です。また、鋼材レーザー切断はレーザー切断技術の重要な応用分野です。さまざまな鋼材が生活のあらゆる場面で広く使用されているためです。

高密度レーザービームを鋼材表面に照射し、ビームスポットで材料を溶融させます。これにより、オペレーターはさまざまな鋼材からカスタム部品や形状を最高精度で切り出すことができます。レーザー切断された鋼材部品は、多くの現代的な機械や装置の滑らかさと信頼性の向上に役立ちます。

この記事では、鋼材レーザー切断の基礎知識を紹介し、最適な金属レーザー切断機を推奨します。あなたのレーザー切断鋼材設計とプロジェクトの開発に役立てば幸いです。

鋼材をレーザー切断できますか？

答えは明確にYESです。

鋼材レーザー切断は、最も効果的で精密なCNC金属切断方法の一つと見なされています。CO2レーザー切断機とファイバーレーザー切断機の両方がCNC金属切断に使用できます。どちらも鋼材を切断できますが、両者には大きな違いがあります。

CO2レーザー機はCO2レーザー光源を使用します。CO2レーザーの波長は10.6ミクロンで安定性に優れています。CO2レーザーカッターは鋼材を切断できますが、切断可能厚は薄いです。例えば、130WのCO2レーザー切断機では、1mmのステンレス鋼と1mmの炭素鋼板を切断可能です。130W未満のレーザー出力では、金属材料の切断は比較的困難です。また、CO2レーザーカッターには金属切断対応レーザーヘッドと、おそらく銅ノズルが必要です。さらに、薄い鋼板切断ではCO2レーザーカッターは少し非力に見えます。したがって、現在CO2レーザー切断機は主に非金属材料の切断と彫刻に使用されています。

Blue Elephantは、金属と非金属の両方を切断できる複合CO2レーザー切断機を提供しています。以下の動画で、複合CO2レーザーカッターによるステンレス鋼と炭素鋼の切断をご覧ください。

ファイバーレーザー光源を採用したファイバーレーザー切断機は、さまざまな金属材料の切断向けに設計されています。したがって、鋼材レーザー切断プロジェクトを開発するあなたにとって最適な選択肢です。さまざまなレーザー出力により、幅広い厚みの鋼板を切断可能です。レーザー切断鋼材には補助ガスの助けが必要です。例えば、ステンレス鋼切断には窒素、炭素鋼切断には酸素が必要です。Blue Elephantは、鋼材レーザー切断計画向けに複数のファイバーメタルレーザー切断機モデルを提供しています。

レーザー切断可能な鋼材

鋼とは、炭素含有量2%未満の鉄炭素合金を指します。成分により、炭素鋼とその他の合金鋼に分類されます。特性と用途では、構造用鋼、工具鋼、特殊性能鋼が含まれます。いずれにせよ、金属レーザー切断機はほとんどの種類の鋼材を切断できます。最も一般的なレーザー切断鋼材はステンレス鋼と炭素鋼です。

ファイバーレーザーカッターで切断可能な主な鋼材：

• 炭素鋼：特に炭素含有量の高い鋼
• 低炭素鋼：炭素鋼より炭素含有量が低い鋼
• ステンレス鋼：少量のクロムを添加して耐食性を持たせた鋼
• その他の合金鋼：強度を高めるために1種類以上の元素を添加した鋼

レーザー切断可能な鋼板厚

実際のCNC金属切断では、金属レーザー切断厚はさまざまな要因に関係します。例えば、レーザーの種類と出力、切断環境、切断速度、金属レーザーカッターの品質などです。適切な補助ガスの使用も、一定程度レーザー切断能力を向上させます。したがって、レーザー切断鋼板厚に絶対的な値はありません。例えば、炭素鋼切断は主に酸素燃焼に依存します。一方、ステンレス鋼切断は主にレーザー出力に依存します。一般的に、1000Wファイバーレーザー切断機では、炭素鋼板を約10mm厚まで切断可能です。しかし、同じ厚みのステンレス鋼板を切断するのは困難です。切断厚を増やすと、切断エッジ品質と切断速度を犠牲にする可能性があります。炭素鋼とステンレス鋼のレーザー切断厚

レーザー出力	材質	最大切断厚	備考
1000W	炭素鋼	12mm	切断面に比較的粗い目
	ステンレス鋼	4.5mm	底面にわずかなバリやスラグ
1500W	炭素鋼	14mm	切断面に比較的粗い目
	ステンレス鋼	5mm	底面にわずかなバリやスラグ
2000W	炭素鋼	16mm	粗い目
	ステンレス鋼	12mm (O2)	良好な切断品質
4000W	炭素鋼	25mm	切断条件に高い要求
	ステンレス鋼	20mm	底面にわずかなバリやスラグ

上記のレーザー切断鋼板厚データは、極限切断条件下で得られた理論値であり、参考値です。実際の切断厚はこれらの値より小さくなる場合があります。

レーザー切断鋼材用機械

量産で鋼板とパイプを切断するには、ファイバーレーザー切断機の使用を推奨します。CO2レーザー切断機でもステンレス鋼と炭素鋼板の切断は可能ですが、切断厚が小さく、エネルギー消費が大きいです。

鋼材の形状は主に鋼板、パイプ、異形鋼材です。したがって、当社のファイバーレーザー切断鋼材機は、板材切断用、パイプ切断用、板材・パイプ両用の3タイプに大別できます。

鋼管レーザー切断機

レーザー管切断機は細長い形状で、設置スペースが小さいです。主にさまざまな鋼管と鋼材の切断に使用されます。丸管、角管、矩形管のすべてをパイプメタルレーザーカッターで切断可能です。同時に、鋼管レーザー切断機はV字、H字、L字、U字形鋼材も切断できます。これらはレール、金属ドア・窓、建設、インフラなどに使用されます。

パイプメタルレーザーカッターの高強度機械構造により、鋼管切断時の変形と振動がなく、レーザー切断鋼板の精度を確保します。ダブルチャックに加え、自動鋼管支持装置も備えています。これにより長尺鋼管を効果的に支持し、金属レーザー切断機での長尺パイプ切断時の変形を低減します。

最適化された光学構成と滑らかで効率的な気流設計により、切断効果が向上します。また、パイプメタルレーザー切断機は独立した制御キャビネットを採用しています。これにより強電と弱電を分離し、回路干渉を低減します。さらに、メンテナンスと放熱が容易で、粉塵と静電気を防止します。

レーザー管切断機には、さまざまな長さと重量のパイプ切断に対応する複数のモデルと仕様があります。あなたの加工要件に最適なものを選択できます。

以下の動画で、当社のレーザー管切断機による丸型・角型ステンレス鋼管の切断をご覧ください。

板材レーザー切断機

名前の通り、板材レーザー切断機は主にさまざまな鋼板を切断します。例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、アルミニウム、銅などの金属板を切断可能です。

ファイバーレーザー切断機の仕様は、あなたのニーズに合わせて選択できます。例えば、テーブルサイズ、レーザー出力、レーザーブランド、保護カバー、交換ワークテーブルなど。一般的に、選択するレーザー出力が高いほど、レーザー切断鋼板厚は大きくなります。対応して、ファイバーレーザー切断機の価格も高くなります。

この自動ワークテーブル交換システムにより、レーザー切断鋼材プロセス中に同時積み下ろしが実現します。プラットフォーム交換時間は約25〜40秒で、積み込み時間を短縮し、手作業を削減します。

また、板材レーザー切断機では、オートフォーカスまたはマニュアルフォーカスのレーザーヘッドを選択できます。オートフォーカス速度は10m/minに達し、繰り返し精度は50ミクロンに達します。さらに、準直保護レンズは防塵保護設計を採用し、内部光学部品を保護します。保護レンズとノズルの距離を延ばし、レンズ寿命を向上させています。

金属レーザー切断機による炭素鋼板切断プロセスを見てみましょう。動画では、3mm、6mm、16mm、20mm厚の炭素鋼板のレーザー切断プロセスを示しています。動画の通り、レーザー切断鋼板の厚みが大きいほど、レーザー切断速度は遅くなります。

板材・パイプ兼用レーザー切断機

板材・パイプ兼用レーザー切断機は、上記2つのレーザー切断鋼材機を組み合わせたものです。鋼板と鋼管の両方の切断を実現できます。鋼板と鋼管を同時に切断する必要がある場合、このメタルレーザーカッターは間違いなく最適な選択です。

このCNCレーザー切断機の特徴には、オートフォーカスレーザーヘッド、厚肉炭素鋼管溶接ベッド、アルミニウムクロスビームなどがあります。すべての機能が安定、精密、安全なレーザー切断鋼材プロセスを保証します。

レーザー切断鋼材サービス

金属切断対応レーザーカッターは、CNC機械の時代においてもホビイストには依然として高価です。100W未満の低出力レーザー機はかなり安く購入できますが、金属表面をほとんど傷つけることができません。

金属レーザー切断機には最低300Wのレーザー出力が必要で、10000ドル以上の費用がかかる可能性があります。さらに、レーザー切断鋼材には補助ガスが必要で、追加コストが発生します。

CNCレーザー切断機を持つもう一つの悩みはそのサイズです。ほとんどの金属レーザー切断機は、設置のために工場や部屋を必要とします。

したがって、現時点では高価なファイバーレーザー切断機を購入できない場合、金属レーザー切断サービスを確認できます。また、金属レーザー切断プロジェクトが一度きりの場合も、金属レーザー切断サービスを選択できます。

現在、オンラインとオフラインの両方で多くの金属レーザー切断サービスプロバイダーが存在します。彼らはあらゆる種類の金属切断サービスを専門としています。このようなレーザー切断サービスは、時々鋼材レーザー切断プロジェクトが必要な顧客に最適です。しかし、鋼材部品、装置、構造物などの製造業者であれば、レーザー切断機の購入が最良の選択肢です。

レーザー切断鋼材の注意点

ファイバーレーザーカッターは、どの種類の鋼を切断する場合でもおもちゃではないことを心に留めておいてください。特に金属切断時は、あなたの安全と財産に重大な傷害や損害を与える可能性があります。多くの人がレーザー切断機の使用を理解しておらず、予期せぬ事態を招いています。以下は、レーザー切断鋼材プロセスで注意すべきいくつかの予防措置です。

1 鋼板表面に錆がある場合

表面に錆があるステンレス鋼板を切断するのは困難です。また、加工の最終結果も悪くなります。さらに、レーザー切断鋼材プロセス中に錆がノズルに飛散し、ノズルを損傷する可能性があります。ノズルが損傷すると、レーザービームがオフセットされ、レーザー切断鋼板精度が低下します。また、光学系と保護システムも損傷する可能性があり、最悪の場合爆発事故につながることもあります。したがって、レーザー切断鋼材前に金属表面の錆除去に注意してください。

2 鋼板表面に塗料がある場合

稀ですが、鋼材表面に塗料がある場合があります。多くの塗料は有毒であることを知っておく必要があります。塗料付き鋼板をレーザー切断すると有毒な煙が発生し、人体に有害です。したがって、レーザー切断プロセス中に煙を適時に排気する必要があります。

3 レーザー切断鋼材時に切断エッジにバリが発生する場合

原因と改善方法は以下の通りです：

• 1) レーザー焦点位置が変わっている可能性があります。焦点位置テストを行い、レーザー焦点のオフセットに応じて調整してください。
• 2) レーザー出力不足。レーザー発振器が正常に動作しているか確認してください。正常な場合、レーザー制御ボタンの出力値が正しいか確認し、エラーがあれば調整してください。
• 3) 切断ライン速度が遅すぎます。レーザー切断鋼材操作のライン速度を上げてみてください。
• 4) 切断ガスが不純です。レーザー切断鋼材プロセス用に高品質な切断作業ガスを供給してみてください。
• 5) 金属レーザーカッターの長時間運転により不安定が発生します。レーザー切断機を再起動してみてください。

4 ファイバーレーザーカッターが鋼板を貫通できない場合

理由の一つは、レーザーノズルがレーザー切断鋼材の厚みに合っていないことです。レーザーノズルを交換するか、より薄い鋼板で試してください。または、レーザー切断ライン速度が速すぎる場合は速度を落としてください。また、レーザーメタル切断機のノズル内部の異物を定期的に清掃してください。

5 低炭素鋼レーザー切断時に異常な火花が発生する場合

これは鋼ワークの切断面加工品質に影響を与えます。他のパラメータが正常な場合、以下の理由を検討してください：

• 1) レーザーヘッドのノズルが深刻に摩耗しています。ノズルを交換してください。
• 2) 新しいノズルがない場合、切断作業のガス圧を上げてみてください。
• 3) ノズルとレーザーヘッドの接続ネジが緩んでいる場合、即座に切断を停止してください。レーザーヘッドの接続を確認してください。

さらに、レーザー切断プロセス中には、材料変色、変形など、他にも多くの問題が発生する可能性があります。前回の記事「レーザー切断品質に影響を与える要因」でいくつかの予備的な解決策を示しています。そちらを読んで参考にしてください。

結論

レーザー切断鋼材は、板金業界におけるレーザー切断技術の主要な応用分野です。もちろん、すべての技術と同様に、レーザー切断は常に進化する分野であり、決して完璧ではありません。常に克服すべき障害と制限があります。

レーザー出力、焦点距離、切断速度はすべて、レーザー切断鋼材の品質に重要な影響を与えます。したがって、レーザー切断鋼材プロジェクトを開始する前に、レーザー切断機と鋼材について十分に理解しておく必要があります。

レーザーメタル切断機はさまざまなモデルと構成で提供されます。あなたのニーズに合わせてカスタマイズも可能です。あなたのレーザー切断鋼材要件を満たし、レーザー切断鋼材計画の実現を支援するため、最善を尽くします。