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レーザー技術による鋼構造建設の変革
鋼構造建設分野——産業用建物、高層建築、橋梁、海洋プラットフォームなど——では、年間数千トンもの鋼板を切断、穴開け、エッジ処理などの工程で加工しています。 レーザー切断 中厚板構造鋼の主要な加工方法として、フレーム切断およびプラズマ切断に代わってファイバーレーザー切断が採用されるようになった理由は3つあります。すなわち、二次加工工程の削減、調整なしで部材の組み立てが可能な高精度、そして現代のプロジェクトが要求する短期間での建設スケジュールに対応できる高速性です。
フレーム切断では、切断端から3～5mmの熱影響部（HAZ）が生じ、端部の硬化により後続の溶接作業が困難になります。プラズマ切断では、1～3度のベベル角とスラグの付着が発生し、溶接継手の準備前に研削処理が必要となります。一方、ファイバーレーザー切断では、最大25mm厚の材料に対して熱影響部が0.1～0.3mmと極めて小さく、直角の切断面が得られるため、研削・矯正・酸化皮膜除去を一切行わずに溶接可能な状態で仕上がります。
商業ビル向けフレームを製造するブラジルの鋼構造製作会社が、カスタマイズされた高出力ファイバー レーザー切断 天辰レーザー社が提供したソリューションで、生産ボトルネックとなっていた2台のプラズマ切断テーブルを置き換えました。従来のプラズマ方式では、1枚のシートあたり15～20分のエッジ研磨が必要であり、二次加工工程に2名のオペレーターがフルタイムで従事していました。ファイバーレーザーによる溶接準備完了状態の切断エッジは、この作業を完全に不要とし、2名のオペレーターを組立工程へ再配置可能にしました。その結果、彼らの専門技能が工場全体の生産性向上に貢献するようになり、切断工程の欠陥補正という非効率な作業から解放されました。
建設業向け切断要件
大判プレート加工
建設用鋼材では、標準的な産業用シートサイズよりも大きなプレート寸法が使用されます。ビームおよび柱のウェブプレート、ベースプレート、補強プレート、接合部のガセットプレートなどは、通常2,500×12,000mm以上のシートで加工する必要があります。標準サイズの レーザー切断 機械（1,500×3,000mmまたは2,000×4,000mm）では、切断前にシートを分割するか、加工中にシートを再位置決めする必要があり、いずれも手間が増加し、精度が低下します。
大形レーザー切断システムは、2,500×6,000mmから2,500×12,000mmまでの作業台を備えており、板材を再位置決めすることなく全面加工が可能です。この大形化により機械コストは約30～50％増加しますが、標準サイズの機械で必要となる板材分割作業が不要になります。したがって、生産量の40％を超える板材が標準作業台サイズを上回る場合、大形仕様の方が総合的に有利となります。
交換テーブル方式（一方のテーブルで加工済み部品の取り出しおよび未加工板材の再装填を行い、他方のテーブルでレーザー切断ヘッドが加工を継続する方式）により、生産の連続性が確保されます。テーブル交換時間は30～60秒であり、建築用鋼材の切断では単一板材の切断時間が20～45分と長くなるため、非切断時間の累積を最小限に抑えます。
厚板切断パラメーター
建築用構造鋼板の板厚は、二次部材で6mmから、柱ベースプレートおよび大型接合プレートで80mm以上までと幅広い。炭素鋼に対するファイバーレーザー切断（酸素アシスト）では、12kW出力で25～30mm、20kW以上で40～50mmまでの清浄な切断が可能である。厚板における切断速度は板厚とともに指数関数的に低下し、12kW出力での25mm板の切断速度は約0.8～1.0m／分であるのに対し、40mm板では0.3～0.4m／分となる。
建設分野におけるファイバーレーザー切断の実用的な限界板厚は、およそ40～50mmである。この厚さを超えると、50mm以上の材料に対する切断速度の遅さと相まって、20kW以上のレーザーシステムの高額な導入コストにより、40mm未満の範囲で通常見られる12～24か月の投資回収期間よりも長期化するため、プラズマ切断が経済的に優位となる。50mmを超える厚板加工を多く手掛ける製造業者は、40mm未満の部材にはレーザー、それより厚い部材にはプラズマをそれぞれ使用し、各技術をその経済的最適板厚範囲に応じて使い分けている。
精度 や 装着 の 改善
ファイバーレーザー切断の位置位置精度は ±0.10.3mmで,より精密でない切断方法を必要とする縁磨き,シャイミング,位置変更なしで組み立て時に合致する部品を生産します. 鉄筋組成の施工容量では,通常,ボルト付き接続では±2mm,溶接接続では±3mmを許容する. レーザー切断部品は,常に nominal の ± 0.5mm の範囲内の寸法を達成し,穴を回す,フィールド内のスロット延長を必要とする累積エラーを排除します.
よく 聞かれる 質問
建設鋼材の切削にはどの程度のレーザー電力が必要ですか?
812kWは625mm厚さの建築鋼の切削の80%をカバーする. 1520kWは40mm+まで切断を効率的に拡張します 50mm以上の作業を要する製造業者にとって,40mm未満のレーザーと,厚い切片のプラズマは,最も経済的なものです. 建材用には3kWから20kW以上のシステムを提供しています
ファイバーレーザーは 建築鋼のプラズマと比べたら?
レーザーで平らでのない縁を製造し,磨きを必要としない.厚いプレート上の1枚のシートごとに15~25分の二次加工を節約する. プラズマは初期費用は低いが,継続的な労働費と消費品コストがかかる. 製造業者にとって年間2,000時間以上処理するレーザーの高資本コストは18~30ヶ月以内に通常上回る.
建築用レーザー切削機は どの程度のプレートサイズに対応できるのか?
標準システム: 1,500×3,000mmと 2,000×4,000mm 大型システム: 構造板のフルシート加工のために2,500×6,000mmから2,500×12,000mm. タンチェンレーザーの FB12525は 強力さと精度を組み合わせた 大規模なアプリケーションに対応します
レーザー切断は下流の溶接質にどのように影響する?
レーザー切断の縁は窒素補助で切ると酸化物なし (不) または酸素補助で薄いミールスケールのような酸化物 (炭素鋼) を有します. 両方とも磨きなしで溶接準備ができています. 狭い熱影響帯 (0.10.3mm) は,溶接接接点の基礎金属特性を保ち,より深いHAZの炎切断縁と比較して溶接質を向上させる.
建築用鋼のレーザー切削機の典型的な還元期間は?
年間2000時間以上稼働するシステムでは12~24ヶ月,エッジ磨きをなくした労働省エネ,改善されたネストングによる材料節約 (5~10%利用率増加),より速い切削と二次加工の減少によるスループット改善に基づいています. 販売前のコンサルティングの一環として ティアンチェンレーザーが ROI分析をします
建設用レーザー切削機は 監視なしに動作できますか?
自動シート積載/積荷および貯蔵システムで 自動貯蔵システムにより,連続的な消灯生産が可能になります. システムでは,次のシートをロードし,テーブルを交換し,操作者の介入なしに切断を続けます. 監視を受けない作業では 生産時間が単シフトから18~24時間まで延長されます