アルミニウムのレーザー切断入門ガイド

ファイバーレーザーはアルミニウムを切断できますか？

はい、ファイバーレーザーはアルミニウムをうまく切断します。1064 nmの波長はアルミニウムに非常によく吸収されます。 CO2 レーザーの普及に伴い、ファイバーレーザーが標準的な選択肢となっています。1.5～2kWのファイバーレーザーは最大3mmまでをきれいに切断でき、3kWでは約6～8mm、6kWでは12～16mm、12kWでは最大30mmまで切断可能ですが、約20mmを超えると切断面の品質が低下します。高圧窒素アシスト（15～20バール）は、ドロスのない切断面を得るための鍵となります。

正直な答えは2つの側面から成ります。ファイバーレーザーは、電子機器の筐体から航空宇宙用ブラケット、電気自動車のバッテリートレイまで、あらゆる用途でアルミニウムを日常的に切断しています。しかし、アルミニウムは、その2つの材料特性がレーザー切断の物理法則に直接反するため、鋼鉄よりもずさんな設定に対して厳しい結果をもたらします。

1つ目は反射率です。アルミニウムは室温でファイバーレーザーの1064nmビームの約90%を反射するため、照射されたパワーのごく一部しか材料に伝わりません。2つ目は熱伝導率です。アルミニウムの熱伝導率は約237W/mKであるのに対し、鋼鉄は約50W/mKであるため、切断領域から熱を放出する速度は鋼鉄の約5倍にもなります。ビームは溶融池を形成しようとしますが、周囲のシートはそれを積極的に冷却します。アルミニウムのレーザー切断におけるあらゆる難しさは、この2つの数値に起因しています。

アルミ切断を台無しにする4つの問題点（とその解決策）

問題1：後方反射

なぜそれが起こるのか未加工のアルミニウムは、1064 nmの波長で鏡のように振る舞います。穴あけ加工中、溶融プールが形成される前に、ビームの一部が光路をまっすぐ反射して戻ってきます。保護されていない機械では、これが切断ヘッドの光学系を損傷したり、深刻な場合にはレーザー光源自体を損傷したりする可能性があります。そのため、古いレーザー光源のマニュアルには、アルミニウムに関する警告が記載されていました。

修正最新のファイバーレーザーには、後方反射防止機能（損傷が発生する前に光源の異常を検出するアイソレーターとセンサー）が搭載されています。光源が反射性金属に対応していることを確認し、反射光がきれいに後方に集束しないようにヘッドを垂直に保ち、適切な穿孔ルーチン（出力の段階的な増加、わずかなデフォーカス）を使用して、ミラーフェーズが数秒ではなく数ミリ秒で完了するようにしてください。

問題2：底縁のドロス

なぜそれが起こるのかアルミニウム加工における典型的な欠陥。溶融アルミニウムは粘性が高く、板材の高い熱伝導率によって溶融金属が急速に冷却されるため、アシストガスが排出する前に半凝固状態になってしまう。半凝固した金属は切断溝の底に付着し、硬く鋭利な塊となって固まるため、研磨して除去する必要がある。板材が厚くなるほど状況は悪化する。溶融金属の量が増えても、排出できる時間は変わらないためである。

修正排出性能がパワーよりも重要です。15～20バールの高圧窒素をより大きなノズルから流し、フォーカスをマイナス（材料側）に設定して、切断幅の底部を広く保ち、溶融金属が排出されるようにします。また、鋼材と同等の設定値から送り速度を10～15パーセント遅くします。ドロスが残る場合は、出力を上げる前に、ガス、ノズル、スタンドオフ、フォーカスを調整してください。排出不良の切断でパワーを上げすぎると、除去しなければならない溶融金属が増えるだけです。

問題3：薄板のバリと粗いエッジ

なぜそれが起こるのか厚さ3mm以下の板材の場合、通常の原因は逆転します。熱が少なすぎるのではなく、多すぎるのです。過剰な出力や送り速度の遅さによって軟質合金が過熱し、切削刃の縁が溶け戻り、切削面はきれいな光沢のある面ではなく、隆起したバリと筋状の灰色の縁となって出てきます。

修正薄いアルミニウム板を、適度な出力と清浄な窒素ガスで高速に切断します。ノズルの状態とセンタリングを確認し（摩耗したノズルや中心からずれたノズルはガスの流れを横方向に引きずり、切断溝の片側にバリを発生させます）、切断面の表面または表面直下に焦点を合わせることで、最高の切断面シャープネスを実現します。適切に調整された薄いアルミニウム板は、テーブルから取り出す際に光沢があり、バリがなく、ブレーキ加工の準備が整っているはずです。

問題4：合金間で結果に一貫性がない

なぜそれが起こるのかオペレーターは1つの作業でパラメータを調整しても、次の作業ではドロスが発生します。なぜなら、アルミニウムは単一の材料ではないからです。純粋な1xxxシリーズは簡単に切断できますが、ドロスが大量に発生します。5xxx海洋グレードは、一般的な合金の中で最もきれいに切断できます。6xxx建築用押出材は、焼けを防ぐために慎重な速度制御が必要であり、高強度7xxx航空宇宙用プレートは、すべての材料の中で最もパラメータに敏感で、亀裂が発生しやすいです。

修正: パラメータは合金ファミリーごとに保存し、アルミニウムの設定ごとに保存しないでください。新しい合金や新しいバッチが届いた場合は、シートを投入する前に短いテストカットを実行し、速度と圧力を再調整してください。15分間のテストカットにかかる費用は、廃棄される材料1つ分よりも少なくて済みます。

アルミニウムレーザー切断厚さ表（ワット数別）

厚みに関するあらゆる主張において最も重要な違いは、最大切断厚みと生産厚みの違いです。最大切断厚みとは、ビームがゆっくりと切断され、切断面の品質が不十分で再加工が必要になる可能性があることを意味します。一方、生産厚みとは、安定した切断速度、きれいな切断面、そして再現性を意味します。生産台数に基づいて購入および見積もりを行ってください。

2つの物理学の注釈は、表の上部が平坦になる理由を説明しています。出力と厚さのスケーリングは非線形です。ワット数を2倍にしても、使用可能な厚さは2倍ではなく、およそ半分になります。これは、レーザー切断における出力と厚さの関係の指数が約0.65であるためです。また、特に厚いアルミニウムの場合、シートの熱伝導率によってヒートシンクとして機能します。余分なワット数は周囲の金属に横方向に広がり、切断深さが増すよりも速く溶融プールを拡大します。そのため、ドロスの多い厚板の切断に電力を投入すると、ドロスが除去されるのではなく、通常はドロスが厚くなります。

各出力レベルにおける鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウムの一般的な金属状況については、 ファイバーレーザー切断における厚さ、速度、出力の基準値 このアルミニウム専用の表が当てはまる、複数の材質に対応した完全な表が収録されています。

アルミニウムにとって窒素アシストが重要な理由

レーザー切断において、アシストガスは2つの役割を果たします。1つは切断溝から溶融金属を排出すること、もう1つは切断面の化学組成を制御することです。アルミニウムの場合、これらの両方の役割において窒素が重要な役割を果たします。

✓ 加圧射出アルミニウムの急速冷却溶融物は、シャーベット状になる前に切断溝から排出される必要があります。直径の大きいノズルから15～20バールの窒素を噴射することで、溶融物が液体状態にある短い時間内に機械的な噴射を行い、溶融物を排出します。これがドロス除去において最も効果的な手段です。

✓ 不活性な切断面炭素鋼に標準的に用いられる酸素アシストは、アルミニウムと反応して切断面とその周辺に硬い酸化アルミニウムを形成し、切断面を粗くして、その後の溶接や陽極酸化処理を困難にします。一方、窒素は切断面を明るく、酸化物のない状態に保ち、テーブルから取り出した直後から溶接可能な状態にします。

✓ いずれにしても燃焼には役立たない炭素鋼において酸素は、切断時に発熱エネルギーを供給することでその役割を果たします。アルミニウムには、酸化物による損失に見合うだけのメリットがないため、酸素との交換はデメリットばかりです。

✓ 圧縮空気は予算の中間層として空気は約78％が窒素で構成されており、最新の高圧空気システムを使えば、薄板や中厚のアルミニウムを、ボンベ入り窒素の数分の一のコストで十分に切断できます。切断面の一部が酸化してわずかに灰色がかる場合があります。看板や一般的な加工には問題ありませんが、溶接準備や陽極酸化処理が必要な部品には窒素を使用してください。

実費に関する注記窒素の消費量は圧力とノズルサイズに応じて急激に増加しますが、これはまさにアルミニウム加工の原理です。アルミニウムを毎日切断する工場は、鉄鋼のみを扱う工場よりも早く窒素発生装置の導入を正当化できることが多く、ボンベ式ガスが唯一の選択肢だと決めつける前に、実際の部品でエアアシスト方式の有効性を検証する価値があります。

誰も見落としてはならない安全上の注意：アルミニウム粉塵

微細なアルミニウム粉末は爆発性があり、レーザー切断によってそれが発生します。危険なのは切断そのものではなく、集塵システムです。フィルターに蓄積したアルミニウムの微粒子は燃料となり、典型的な事故シナリオは、鋼材を切断する際に発生する火花が、すでにアルミニウム粉塵が蓄積した集塵システムに引火することです。

保護規則はシンプルです。集塵システムを定期的に清掃し、鋼の火花をアルミが詰まったフィルターに混ぜ込まないようにし（作業内容を分離するか、材料交換の合間に清掃する）、アルミの量が多い場合は、湿式分離器または火花防止器に関する集塵装置メーカーの指示に従ってください。生産量でアルミを切断するファイバーレーザー加工工場はすべて、これを暗黙の了解ではなく、標準的な手順として扱うべきです。

STYLECNC アルミニウム用ファイバーレーザー

STYLECNC ファイバーレーザー切断機は、アルミニウム加工に必要な構成で出荷されます。反射性金属に対応した後方反射防止光源、15～20バールの窒素加工に対応する高圧アシストガス回路、および合金ごとのアルミニウム設定を含む切断パラメータライブラリなどが含まれます。 最高のファイバーレーザー金属切断機 このラインは、ほとんどのアルミニウム加工が行われる1.5～6kWの範囲をカバーしており、 板金レーザーカッター この構成は、筐体、看板、パネル製造において主流となっている薄板および中板材の加工を対象としています。

厚板を扱う店にとって、 高出力ファイバーレーザー金属切断機 12 kW クラスにスケールアップすると、20 mm の生産用アルミニウムが現実的になります。エントリーレベルの機能の実際の様子を見るには、 1000W IPGファイバーレーザーによる3mmアルミニウム切断動画 厚み表の最下段が実際の材料でどのように見えるかを正確に示しています。 STYLECNC お客様の合金の種類、厚み範囲、月間生産量に基づいて、アルミニウム加工に最適な構成とガスシステムの推奨事項をご提案いたします。

よくある質問

ファイバーレーザーは、自身を損傷することなくアルミニウムを切断できますか？

はい、最新の機械であれば問題ありません。かつて懸念されていたのは、光ファイバーの波長においてアルミニウムの反射率が約90%と高いことでした。穿孔時に、未切断面がビームエネルギーを光学系に反射するため、初期の保護されていない光源は損傷する可能性がありました。現在の光ファイバー光源は、後方反射防止機能と安全に故障を検出するセンサーを備えているため、アルミニウムは現在では一般的な製造材料となっています。購入前に光源の反射金属定格を確認し、安心して切断作業を行ってください。

アルミのレーザーカット加工品にドロスが付着するのはなぜですか？

アルミニウムの溶融物は冷却が速すぎて逃げられないためです。アルミニウム板は鋼鉄の約5倍の速度で熱を伝導するため、溶融金属は切断溝内でシャーベット状になり、ガスが排出する前に下端に固まってしまいます。効果的な修正手順は次のとおりです。窒素圧力を15～20バールまで上げ、より大きなノズルを取り付け、フォーカスを材料のより深い位置（ネガティブ）に押し込み、送り速度を10～15パーセント遅くします。排出が適切に行われるようになってから初めて出力を上げます。排出が不十分な切断でワット数を上げると、ドロスが増えるだけです。

レーザーはアルミニウムをどれくらいの厚さまで切断できるのか？

出力クラス別に見ると、生産面では、1kWで1～2mm、3kWで約4～6mm、6kWで約8～12mm、12kWで12～20mm、最大切断厚は30mm付近となります。約20mmを超えると、アルミニウムの導電性によりビームエネルギーが切断深度よりも速く横方向に拡散するため、出力に関わらず切断面の品質が低下します。見積もりは、カタログに記載されている切断厚ではなく、実際の生産厚さに基づいて行ってください。

アルミニウムをレーザー切断するには窒素が必要ですか？

溶接や陽極酸化処理に適したきれいな切断面を得るには、高圧窒素が最適です。高圧窒素は溶融金属を排出し、切断面を酸化から守ります。一方、酸素はアルミニウムに有害な硬い酸化物を生成し、燃焼効果も得られません。予算を抑えたい場合は、高圧圧縮空気（窒素78％）を使用する方法もあります。圧縮空気は薄板から中厚のアルミニウムを、わずかに灰色がかった切断面を残しつつ、許容範囲内で切断できます。看板製作や一般的な加工には空気を使用できますが、溶接準備や表面処理には窒素を使用することをお勧めします。

できる CO2 レーザーカットされたアルミニウム？

性能が悪く、お勧めできません。アルミニウムは CO2 レーザーの10.6マイクロメートルの波長はファイバーの波長よりもさらに強く、そのため結合が悪く、後方反射のリスクが高く、実用的な厚さの範囲が狭くなります。これが金属加工がファイバー光源に決定的に移行した主な理由の1つです。1064 nmのビームはアルミニウムで数倍良く吸収されるため、限界的な厚さの材料でも、 CO2 ルーチン的な光ファイバー処理に組み込む。

なぜアルミニウム合金の種類によって、切削特性がこれほど異なるのでしょうか？

合金の化学組成によって溶融挙動は変化します。純粋な1xxx系アルミニウムは容易に切断できますが、最も多くのドロスが発生します。5xxx系船舶用合金は、きれいに切断できるため人気があります。6xxx系建築用合金は、焼けを防ぐために速度を厳密に制御する必要があり、7xxx系航空宇宙用鋼板は、パラメータに最も敏感で、亀裂が発生しやすい合金です。同一グレード内でも、バッチごとのばらつきがさらに問題を複雑にします。解決策としては、合金ファミリーごとにパラメータライブラリを作成し、新しい材料が入荷するたびに迅速なテスト切断を行うことです。

ボトムライン

アルミニウムは、適切な設定で2つの特性を満たせば、ファイバーレーザーで美しく切断できます。反射の問題は、保護された最新の光源と正確な穿孔によって解決できます。ドロス発生の原因であり、厚みの限界となる導電性の問題は、高圧窒素、適切なノズル、ネガティブフォーカス、そして適切な速度による排出によって解決できます。出力は切断強度ではなく、実際の厚みに合わせて調整し、合金ごとにパラメータを設定し、集塵システムを清潔に保ってください。

STYLECNC 構成します ファイバーレーザー切断機 1kWの板金切断機から12kWの板金システムまでのアルミニウム加工に対応し、材料が要求するガス回路とパラメータライブラリを備えています。 STYLECNC 上記の数値に基づいて、お客様の厚み範囲と合金の種類をご提案いたします。