携帯型レーザー溶接システムの開発に関する簡単な分析

約10年前、国内市場のレーザー溶接機に使用されていたレーザー光源は、エネルギー消費量が大きくサイズも大きい固体光励起レーザーでした。「光路変更が困難」という欠点を解決するため、光ファイバー伝送方式のレーザー溶接機が導入されました。その後、海外の携帯型光ファイバー伝送装置に触発され、国内メーカーも独自の携帯型レーザー溶接システムを開発しました。

これは、携帯型レーザー溶接機のバージョン1.0です。光ファイバーによる柔軟な伝送方式を採用したことで、溶接作業がより柔軟かつ便利になりました。

そこで、「TIG溶接機と、ハンドヘルドレーザー溶接機のバージョン1.0、どちらが良いのか？」という疑問が生じるかもしれません。これらは動作原理の異なる2種類の装置です。それぞれに独自の用途があると言えるでしょう。

TIG溶接機：

1.厚さ1mm以上の溶接材料に適用可能。

2. 低価格で小型サイズ。

3. 高い溶接強度を持ち、幅広い種類の材料に適しています。

4.溶接箇所は大きいが、見た目は美しい。

しかし、それには欠点もある。

1.熱影響部が非常に大きく、変形が発生しやすい。

2. 厚さが1mm以下の材料の場合、溶接性能が悪くなりやすい。

3.アーク光と排気ガスは人体に有害です

したがって、TIG溶接は、ある程度の強度を必要とする中厚材の溶接により適している。

携帯型レーザー溶接機のバージョン1.0

1.焦点スポットは非常に小さく正確で、0.6～2mmの間で調整可能でした。

2. 熱影響部は非常に小さく、変形を引き起こすことはできなかった。

3.研磨などの後処理は不要です。

4. 煙が発生しない

しかし、ハンドヘルドレーザー溶接システムのバージョン1.0は、そもそも新発明だったため、価格が高く、消費電力も大きく、サイズも大きかった。さらに、溶接深さが浅く、溶接強度もそれほど高くなかった。

そのため、ハンドヘルドレーザー溶接機のバージョン1.0は、TIG溶接機の欠点を克服することに成功しました。溶接強度がそれほど必要とされない薄板材の溶接に適しており、溶接面は美しく、後処理研磨も不要です。このため、ハンドヘルドレーザー溶接機は広告業界や研削工具修理業界で利用されるようになりました。しかし、高価格、高エネルギー消費、大型サイズといった点が、普及と応用を阻む要因となりました。

しかし、2017年後半になると、国内のレーザーメーカーが活況を呈し、国内の高性能ファイバーレーザー光源が広く普及しました。Raycusなどの大手レーザーメーカーは、500W、1000W、2000W、3000Wの中高出力ファイバーレーザー光源を積極的に販売しました。ファイバーレーザーはすぐにレーザー市場で大きなシェアを獲得し、徐々に固体光励起レーザーに取って代わりました。その後、一部のレーザー機器メーカーは、500Wファイバーレーザーを光源とするハンドヘルドレーザー溶接機を開発しました。これがハンドヘルドレーザー溶接システムの2.0バージョンでした。

1.0バージョンと比較して、2.0バージョンのハンドヘルドレーザー溶接機は溶接効率と加工性能が大幅に向上し、一定の強度を必要とする1.5mm以下の厚さの材料の溶接が可能になりました。しかし、2.0バージョンも完璧ではありませんでした。超高精度の焦点スポットは、溶接された製品の精度も要求します。例えば、1mm厚の材料を溶接する場合、溶接線が0.2mmより大きいと、溶接性能は満足のいくものではなくなります。

厳しい溶接線精度の要求に応えるため、レーザー機器メーカーは後に、揺れるタイプのハンドヘルド式レーザー溶接機を開発しました。これがそのバージョン3.0です。

揺動式ハンドヘルドレーザー溶接機の主な特徴は、溶接焦点が高周波で揺動することで、焦点を6mmまで調整できる点です。つまり、大きな溶接線を持つ製品の溶接が可能です。さらに、3.0バージョンは2.0バージョンよりも小型で低価格であるため、発売当初から大きな注目を集めました。そして、これが現在市場で見られるバージョンです。

注意深く観察すれば、ハンドヘルドレーザー溶接システム内部のファイバーレーザー光源の下に冷却装置が設置されていることに気づくでしょう。この冷却装置は、ファイバーレーザー光源の過熱を防ぐために使用されます。過熱は溶接性能の低下や寿命の短縮につながるためです。ハンドヘルドレーザー溶接システムに適合させるには、冷却装置はラックマウント型である必要があります。S&A RMFLシリーズのラックマウントチラーは、1kWから2kWまでのハンドヘルドレーザー溶接機向けに特別に設計されています。ラックマウント設計により、チラーを機械のレイアウトに統合できるため、設置スペースを大幅に節約できます。さらに、RMFLシリーズのラックマウントチラーはデュアル温度制御機能を備えており、レーザーヘッドとレーザー本体を効果的に個別に冷却できます。RMFLシリーズのラックマウントチラーの詳細については、 https://www.teyuchiller.com/fiber-laser-chillers_c2をご覧ください。