ハイテク産業および重工業における高出力レーザーの応用

過去3年間、パンデミックの影響で産業用レーザーの需要成長率は鈍化した。しかし、レーザー技術の開発は止まることなく、ファイバーレーザーの分野では、60kW以上の超高出力ファイバーレーザーが次々と発売され、産業用レーザーの出力は新たなレベルへと押し上げられている。

3万ワット以上の高出力レーザーに対する需要はどれくらいあるのか？

マルチモード連続ファイバーレーザーの場合、モジュールを追加して出力を上げるのが一般的な方法となっている。ここ数年、出力は毎年1万ワットずつ増加している。しかし、超高出力レーザーによる産業用切断・溶接の実現はさらに難しく、より高い安定性が求められる。2022年には3万ワットの出力がレーザー切断で大規模に利用される予定であり、4万ワットの装置は現在、小規模用途向けに検討段階にある。

キロワット級ファイバーレーザーの時代において、6kW以下の出力は、エレベーター、自動車、浴室、台所用品、家具、シャーシなど、板材と管材の両方で厚さが10mmを超えない一般的な金属製品の切断と溶接に使用できます。10,000ワットレーザーの切断速度は6,000ワットレーザーの2倍であり、20,000ワットレーザーの切断速度は10,000ワットレーザーの60%以上も高速です。また、厚さの制限も破り、一般的な工業製品では珍しい50mmを超える炭素鋼を切断できます。では、30,000ワットを超える高出力レーザーはどうでしょうか？

高出力レーザーを用いた造船品質の向上

今年4月、フランスのマクロン大統領は、エアバス、大飛海運、フランスの電力会社であるフランス電力公社（EDF）などの企業関係者を伴って中国を訪問した。

フランスの航空機メーカーであるエアバスは、中国と総額約200億ドル相当の航空機160機の一括購入契約を発表した。また、天津に第2生産ラインを建設する予定だ。中国船舶工業集団公司は、フランスの大飛海運集団と、210億元を超える価値の2型超大型コンテナ船16隻の建造を含む協力協定を締結した。中国広核集団とフランス電力は緊密に協力しており、泰山原子力発電所はその典型的な例である。

30,000～50,000ワットの高出力レーザー装置は、100mmを超える厚さの鋼板を切断する能力を備えています。造船業は厚い金属板を多用する産業であり、一般的な商船の船体鋼板の厚さは25mmを超え、大型貨物船では60mmを超えるものもあります。大型軍艦や超大型コンテナ船では、厚さ100mmの特殊鋼が使用される場合もあります。レーザー溶接は、高速で、熱変形や再加工が少なく、溶接品質が高く、溶加材の消費量が少なく、製品品質が大幅に向上します。数万ワットの出力を持つレーザーの登場により、造船におけるレーザー切断・溶接の限界はもはやなくなり、将来の代替として大きな可能性が開かれています。

豪華客船は造船業界の頂点とみなされており、伝統的にイタリアのフィンカンティエリやドイツのマイヤー・ヴェルフトといった少数の造船所が独占してきた。レーザー技術は、造船の初期段階における材料加工に広く用いられてきた。中国初の国産クルーズ船は2023年末までに進水予定である。招商局集団も、クルーズ船製造プロジェクトのために南通海通にレーザー加工センターの建設を進めており、そこには高出力レーザーによる薄板切断・溶接生産ラインが含まれている。この応用傾向は、徐々に民間の商船にも浸透していくと予想される。中国は世界で最も多くの造船受注を抱えており、厚板金属の切断・溶接におけるレーザーの役割は今後も拡大していくだろう。

航空宇宙分野における10kW以上のレーザーの応用

航空宇宙輸送システムは主にロケットと民間航空機で構成され、軽量化が重要な課題となっています。そのため、アルミニウム合金やチタン合金の切断・溶接には新たな要件が課せられます。高精度な溶接・切断組立プロセスを実現するには、レーザー技術が不可欠です。10kW以上の高出力レーザーの登場により、切断品質、切断効率、そして高度な統合性といった面で、航空宇宙分野は飛躍的な進歩を遂げました。

航空宇宙産業の製造工程では、エンジンの燃焼室、エンジンケーシング、航空機のフレーム、尾翼パネル、ハニカム構造、ヘリコプターのメインローターなど、切断と溶接を必要とする部品が数多く存在します。これらの部品は、切断および溶接接合部に対して非常に厳しい要件が課せられています。

エアバスは長年にわたり高出力レーザー技術を活用してきた。A340型機の製造においては、アルミニウム合金製の内部隔壁はすべてレーザー溶接で接合されている。機体外板や縦通材のレーザー溶接においても画期的な進歩を遂げ、エアバスA380型機に採用されている。中国は国産大型機C919の試験飛行に成功し、今年中に納入する予定だ。C929の開発など、将来的なプロジェクトも控えている。レーザーは今後、民間航空機の製造において重要な役割を果たすことが予想される。

レーザー技術は原子力発電施設の安全な建設に役立つ可能性がある

原子力発電は新たなクリーンエネルギー形態であり、米国とフランスは原子力発電所の建設において最も先進的な技術を有している。原子力発電はフランスの電力供給の約70%を占めており、中国は原子力発電施設の初期段階においてフランスと協力関係にあった。原子力発電施設において最も重要なのは安全性であり、保護機能を持つ多くの金属部品は切断や溶接を必要とする。

中国が独自開発したレーザーインテリジェントトラッキングMAG溶接技術は、天湾原子力発電所7号機と8号機の鋼製ライナードームとバレルに大量適用されている。現在、初の原子力グレードの貫通スリーブ溶接ロボットが開発中である。

レーザー開発のトレンドに沿って、Teyuは超高出力レーザーCWFL-60000を発売した。ファイバーレーザーチラー。

Teyuはレーザー開発のトレンドに追随し、超高出力ファイバーレーザーチラーCWFL-60000を開発・製造しました。 60kWレーザー装置用の安定した冷却システム独立した二重温度制御システムにより、高温レーザーヘッドと低温レーザー光源の両方を冷却することができ、レーザー機器に安定した出力を提供し、高出力レーザー切断機の高速かつ効率的な動作を効果的に保証します。

レーザー技術の飛躍的な進歩は、レーザー加工装置の幅広い市場を生み出しました。激しい市場競争で優位に立つには、適切なツールが不可欠です。航空宇宙、造船、原子力発電といったハイエンド分野における変革と高度化のニーズの高まりに伴い、厚板鋼板加工の需要が増加しており、高出力レーザーは業界の急速な発展を支えるでしょう。将来的には、3万ワットを超える超高出力レーザーが、風力発電、水力発電、原子力発電、造船、鉱山機械、航空宇宙、航空といった重工業分野で主に使用されるようになるでしょう。