薄板の低ひずみ溶接がカンタンになる溶接機|OPTICEL FH|株式会社レーザックス

レーザ溶接について

レーザって何ですか?

レーザは、光の要素を増幅させて作った人工の光です。

小学校の理科の授業で、太陽光を虫眼鏡で黒い髪を焦がす実験をしたことがある方も多いことと思います。レーザも同じ原理を利用していて、人工的に作った光をレンズで就航することで、金属も溶かすほどの大きなパワーを得ることができます。それを加工に利用するのがレーザ加工です。


レーザ加工の原理


レーザ溶接って何ですか?

レーザを金属に当てると、レーザのエネルギーが金属の表面で吸収されて、表面温度が上がります。その時のレーザの出力と照射時間を調整して、表面温度を次の3つの状態のいずれかにコントロールするのがレーザ加工のポイントです。


①加熱する

②融点まで温度を上げる

③沸点まで温度を上げる


この3つの状態を使い分けることで、レーザのパワーをさまざまな加工に活用できます。レーザの照射によって金属の融点まで温度を上げて、2つの金属を溶融させて一体化させるのがレーザ溶接です。なお、板金業界で広く採用されているレーザ切断は、溶融させた金属を強いガスで吹き飛ばして切断しています。


レーザ溶接の仕組み


レーザ溶接を導入すると、どんなメリットがありますか?

レーザ溶接の最大の特徴が、素材に対する熱影響が少ない点です。

溶込みが細くて深く、熱が伝わる時間が短いため素材に対する熱影響が少なく、熱ひずみを大幅に抑制することができます。

特に、現在TIG溶接で職人さんの技術継承にお悩みの板金加工メーカーにおすすめです。



レーザ溶接とTIG溶接の熱影響・ビードの違い


熟練の溶接工が間もなく定年を迎えますが、技術の承継がうまくいかず困っています。

レーザ溶接は素材への熱影響が少ないため、TIG溶接と比べて作業に熟練度が必要ありません。新入社員や女性社員も薄板溶接の戦力になりますので、熟練溶接工の技術承継でお困りの現場に特におすすめしています。


 OPTICEL FHシリーズでは、溶接条件を数値で管理し、レシピとして登録できるので、どなたでも溶接条件を再現することができます。また、条件はタッチパネル入力になっていますので、特に若い方から「使いやすい」「操作しやすい」という声をいただくことが多いです。


 ただし、条件出しと加工指導は熟練職人さんにお願いしたほうが、うまく回っている現場が多いように見受けられます。職人さんが出した条件で非熟練者が溶接する、というような使い方をご検討いただければと思います。


板厚1.0mm以下の薄板溶接でのひずみに困っています。

板厚が薄くなればなるほど、熱影響を受けてひずみが大きく出やすいですよね。これまでは職人さんの熟練技で入熱の少ない溶接を行い、叩いてひずみ取りをしてこられたと思いますが、職人さんの感覚的な技術を承継するのが難しい現場が多いことと思います。


レーザ溶接はその特性から、ビード幅が細く、深い溶込みになります。そのため素材に対する熱影響層が小さく、ひずみが発生しにくい溶接方法です。もちろん焼けも少なくなりますので、電解研磨で1回なぞるくらいできれいに仕上がります。


溶接の後工程の仕上げ(ひずみ取り)に職人さんの工数を割く必要もなくなり、職人さんには職人さんしかできない仕事に集中していただけるようになります。



レーザ溶接とTIG溶接の違いは?

最大の違いは、圧倒的に熱ひずみが発生しにくいことです。レーザ溶接の特性上、入熱の範囲が狭くて深いので、素材が熱影響を受ける範囲が小さく、ひずみも小さくなります。溶接焼けも抑えられるので、溶接後の仕上げ工程を大幅に削減できます。


ファイバーレーザと YAGレーザの違いは?

レーザ光の発生のさせ方に違いがあります。詳細を話し始めると長くなるのでここでは控えますが、イメージ的には「蛍光灯」と「LED」くらい、消費電力と技術の新しさに違いがあります。ファイバーレーザのほうが圧倒的に新しい技術です。


レーザで溶接する、という観点での違いは大きく2つです。


ひとつめは、ファイバーレーザはメンテナンスコストが圧倒的に安いこと。レーザを作るときに熱が多く発生するYAGレーザではチラーが必須で、チラーの設置場所の確保が必要なだけでなく、デオナイザーやフィルタなど消耗品の定期交換だけでなく、冷やし続けるために電力をたくさん使います。また、YAGレーザではYAGロッドやランプの定期交換が必要で、維持費用は年間50~200万円ときいています。


一方、ファイバーレーザを搭載したOPTICEL FHはすべてのモデルが空冷でチラーがありませんし、ランプもありませんので、交換の必要がありません。また、設定にもよりますが、消費電力はYAGレーザの1/10程度で、定期交換が必要な消耗品は保護ガラスとノズルだけ。導入されたユーザ様の維持費は年間数千~数万円で済んでいるところがほとんどです。


2つめの大きな違いとして、ファイバーレーザのほうが溶込みが深く、溶接強度が確保できる点があります。これはファイバーレーザのほうがビーム品質が良いため加工点で細く集光でき、結果として深い溶け込みを得られます。ビードの見た目は似ていても、溶込み深さが深いため、ファイバーレーザのほうが溶接強度は高くなります。



レーザは危ないと聞きましたが大丈夫ですか?

レーザは使い方を誤ると人体に危険を及ぼす可能性がありますので、OPTICEL FHシリーズでは作業者と周辺環境を考慮して安全対策をしています。具体的にはインターロック付保護面または保護メガネ、ワーク接触センサ、フットスイッチの3種類の安全インターロックを装備し、レーザが意図せず出射されるのを防ぎます。また、装置導入時にレーザ遮光パーテーションを一緒に納入させていただくよう、ユーザー様にお願いしています。


作業現場に囲いを作らなきゃいけないと聞きましたが、このまま使ってはダメですか?

レーザは使い方を誤ると人体に危険を及ぼす可能性がありますので、作業現場の周囲をレーザ遮光パーテーションで囲っていただくようにお願いしています。作業者本人は保護面や保護メガネ、保護具(手袋等)で守ることができるのですが、それだけでは周囲を通過する人を守ることができません。


レーザ遮光パーテーションはできる限り安価に設定し、装置導入時に一緒に納入させていただくようユーザー様にお願いしています。大切な社員様を守るため、導入をお願いいたします。


レーザ溶接の弱点は何ですか?

レーザ光を細く集光することにより、スポット径が小さくなりますので、ギャップには弱いです。


OPTICEL FHシリーズではスポット径をφ0.6mmに調整しています。これはボールペンのペン先くらいの直径です。これ以上のギャップがあると光が抜けていってしまいますので、溶接できなくなります。また、それよりギャップが小さい場合にも、板の肩の部分にしかレーザが当たらなければ溶融部が溶け落ちてしまい、溶接には至りません。


ギャップがないようにピシッと曲げていただくと最も良い溶接結果を得られますので、これを機に曲げ工程の品質向上活動に取り組んでいただくお客様もいらっしゃいます。


なお、お客様の事例を拝見していると、0.2㎜程度のギャップまでであれば溶接できています。0.3mmではギリギリだと思います。


レーザについて勉強してみたいのですが…

株式会社レーザックスが運営しているレーザ加工の総合情報サイト「レーザ加工なび」が参考になると思います。「レーザ加工とは」のコーナーをぜひご覧ください。


 レーザ加工なび

https://laser-navi.com/


 


OPTICEL ブランドについて

OPTICELってどんなブランドですか?

OPTICEL(オプティセル)株式会社レーザックスのレーザ用光学機器のブランド名です。


【コンセプト】


株式会社レーザックスでは、1984年のレーザ加工事業開始以来、お客様と友に多種多様なレーザ加工を行ってきました。その経験とノウハウを活かし、お客様のご要望のレーザ加工を実現するため、加工ヘッド、レーザ溶接機をはじめとするレーザ周辺機器を自社で設計・製作しています。


【主な特徴】


●加工ヘッドや光学機器は、国内外のレーザ発振器とジョイント可能。

●大手企業様をはじめとする国内外の工場で、2000本以上のレーザ加工ヘッドの導入実績があります。

●発振器、加工ヘッド、その他加工機の選定から納入までを含めたレーザシステム導入を支援します。


OPTICELブランドには、レーザ溶接機以外にどんな製品がありますか?

多様な加工に柔軟に対応するレーザ加工ヘッドを中心に、ノズルやソフトウエア、オプション機器のほか、レーザ加工装置やシステムをラインアップしています。



OPTICEL FHについて

OPTICEL FHは何と読みますか?

「オプティセル エフエイチ」です。


OPTICEL(オプティセル)は株式会社レーザックスの光学機器ブランド、FH(エフエイチ)はハンドトーチ型ファイバーレーザ溶接機のシリーズ名です。


FH-450、FH-300、FH-150、各機種の違いは?

搭載しているレーザ発振器の出力に違いがあります。


FH-450は、平均出力450W/最高4,500Wの発振器を搭載しています。

FH-300は、平均出力300W/最高3,000Wの発振器を搭載しています。

FH-150は、平均出力150W/最高1,500Wの発振器を搭載しています。


使い勝手やオプションなどに違いはありません。


各機種、どのくらいの板厚が溶接できますか?

フルパワーでレーザを出射した場合の最大溶込み深さは、FH-450でt=3.0mm程度、FH-300はt=2.5mm程度、FH-150はt=1.0mm程度です。


本機で最も適用事例の多いSUS304の場合で申し上げますと、FH-450はt=2.5mm程度、FH-300はt=2.0mm程度、FH-150はt=0.8mm程度までがきれいに溶接しやすい板厚となっております。


フルパワーで出射すると厚めの板も貫通できますが、美観やひずみを考えた場合には上記程度を上限と考えてお使いいただくのが実用的だと思います。


FH-450とFH-300、機種の選定で迷っています。

予算が許せば、FH-450をおすすめします。


FH-450はFH-300の1.5倍の出力があり、その違いは単に最高出力だけではありません。というのも、溶接条件は「レーザ出力×パルス幅(出射時間)」の掛け算で上限が決まってきますので、FH-450のほうが、出力とパルス幅の両方の数値に同時に上げられる余裕ができます。これにより、余裕を持って溶接条件の設定が可能になり、結果として美観の高い溶接を行いやすくなります。


しかし、薄板ではその違いは大きく出にくくなります。溶接予定のワークが主に板厚1.5mm以下のお客様は、FH-300で十分かと思います。


逆に、板厚2~2.5mm程度まで溶接する可能性がある場合は、FH-450をおすすめします。


OPTICEL FHではどんな素材が溶接できますか?

ステンレス、鉄、ボンデ鋼板、チタンの溶接に適しています。アルミ、銅、真鍮の溶接には向きません。アルミ対応機種は現在開発中です。


最も薄い場合は何ミリ程度まで溶接できますか?

ユーザー様の実例では、0.1mm、0.2mmの「箔」の溶接に成功されているところや、メッシュ溶接で中量産されているところもあります。いずれも溶け落ちずにきちんと溶接できていました。


OPTICEL FHの使いやすさのポイントを教えてください。

ここでは3つのポイントを挙げさせていただきます。


まず、装置がコンパクト(コピー機サイズ)で場所を取らず、移動できる点。限られた工場敷地の中で、FHシリーズの設置スペースはわずか878x595mm(作業台を除く)。本体にキャスターがついており、チラーがないため水の配管もありませんので、工場のレイアウト変更や作業場所の変更の際、手軽に移動していただくことができます(レーザ遮光パーテーションの移動も一緒にお願いします)。また、電源ケーブル、レーザトーチの長さが10mありますので、キャスターでの移動も含めて長さ20m程度の大型製品の溶接にご利用いただいているお客様もあります。


2点目に、ワイヤレスタッチパネルの採用でケーブルを減らし、操作性が良くなった点。加工条件設定などを、本体と完全に同期した手元のタッチパネルで入力いただけるのが大変好評です。また、タッチパネルでの数値設定やレシピ呼び出し機能は、スマホ世代の若手職人さんに「使いやすい」と好評をいただいています。


3点目が、2019年モデルで改良した「トーチ回転機構」です。従来はトーチの向きが固定されており、ワークや体制によっては溶接しにくいケースもありました。お客様からのご要望を受け、現在はトーチ回転機構を標準装備しております。トーチに引っ張られずに自由度の高い溶接を実施いただけます。


OPTICEL FHはどこが作っているのですか?

愛知県知立市に本社がある株式会社レーザックスが、社内で設計製作を行っています。


株式会社レーザックスは、日本でまだレーザが全く知られていない1984前にCO2レーザ加工機の初号機を導入し、以来レーザジョブショップとして、またレーザ周辺機器・光学機器やシステムメーカーとして、日本のレーザ業界を草創期からリードしてきた企業と自負しております。


ずっとレーザばかりやってきた会社ということで、他の溶接機メーカーさんとはアプローチが違うところもありますが、レーザに関してはどこよりも実績があります。


OPTICEL FHはどこのレーザを使っているのですか?

世界最大シェアのレーザ発振器メーカーであるIPGフォトニクスのQCWという発振器を採用しています。レーザックスはIPGフォトニクスが日本で拠点を開設した10年以上前からファイバーレーザの普及に協力しており、長年の技術協力関係にありますので、安心してお使いいただけます。


ガスは何を使いますか?

加工点の酸化を防ぐためのシールドガスとして、「アルゴン」または「窒素」のご用意をお願いします。


OPTICEL FHシリーズの安全対策を教えてください。

OPTICEL FHシリーズは、レーザ安全規格のクラス4*のレーザ機器に分類され、そのガイドラインに準拠して安全対策を行っています。

具体的にはインターロック付保護面または保護メガネ、ワーク接触センサ、フットスイッチの3種類の安全インターロックを装備し、レーザが意図せず出射されるのを防ぎます。また、装置導入時にレーザ遮光パーテーションを一緒に納入させていただくようにお願いしています。


 *クラス4とは、「ビーム内の観察及び皮膚への露光は危険であり、また拡散反射の観察も危険となる可能性があるレーザ製品。これらのレーザには、しばしば火災の危険性が伴う。」


これまでどんな工場に導入されていますか?

精密板金メーカーがほとんどで、特に食品系、医療系、生産設備等の精密板金を中心に受託されているところが多い印象です。装置全体の軽量化が図られる過程で板金部品も薄板で指示されることが多くなり、薄板溶接のニーズが全体的に高まっています。


レーザ溶接を初めて導入される企業が多いですが、ハンドYAGレーザからの買い替えのお客様も多くあります。


板金メーカー以外では、自動車部品メーカーの試作室、車輛メーカー、オーダーメイドの食品加工機メーカー、照明メーカーなど、日本全国で幅広くご活用いただいています。


これまでの活用事例を教えてください。

あるユーザー様のところでは「1.5mm以下はレーザ、それ以上はTIG」と決めて溶接しておられます。薄板でひずみが気になるワークはレーザの方が断然良い。でも厚板とか、太く盛りたいワークなどはやっぱりTIGの方が向いてますので、上手に使い分けをされている感じだと思います。


平板だけでなく、回転テーブルにワークを置いて、円筒溶接に使われているユーザーもあります。ボス溶接やパイプ溶接にご活用のところもあります。また、複雑な立体形状のワークの量産前の試作(自動車メーカー)や、長さ20m規模の大型製品の溶接に活用いただいているユーザー(車両メーカー)など、幅広くご活用いただいております。


本当に未経験者でも溶接できますか?

メーカーとしていろいろなお客様と接していると、FHシリーズは若い世代と相性が良いと感じています。ユーザー様の現場では、新入社員、未経験者、パートさんが溶接の現場で活躍されています。


 たとえば以前、とある板金屋さんにデモにお伺いしたとき、TIGの熟練職人さんと、入社したばかりの総務の新人さんがトライしてくれました。もちろん職人さんはさすがの仕上がりでしたが、溶接経験ゼロの総務部員が溶接しても仕上がりは遜色ありませんでした。


また、精密専門の板金メーカーでは、新卒で入社したばかりの18歳男子に、導入したばかりのFHによるレーザ溶接を思い切って任せてみました。すると、しばらく試行錯誤を繰り返し、2週間ほどで薄板溶接を見事にものにしていました。


いったん溶接条件さえ固めておけば、その後の溶接は未経験者に任せても大丈夫なケースも多くあります。職人さんには職人さんしかできない難易度の高い仕事をしてもらって、ファイバーレーザでは新人やとかパートさんにおまかせ、という事業展開も十分考えられると思います。


フィラー供給装置はありませんか?

申し訳ありません。現状では準備しておりません。

というのも、OPTICEL FHは溶接するスポット径がφ0.6と小さくなっています。その溶接点にフィラーを自動供給しながら溶接していくのは、針の先端を合わせるようなもので、難易度が高くなってしまいます。


自動供給よりもφ0.3やφ0.5のフィラーを置いて、仮付けしてから溶接したほうが、きれいに仕上がりますのでお試しください。


CWで連続溶接はできますか?

OPTICEL FHシリーズにはCW溶接モードもありますが、最高出力450Wですので、溶接するにはパワー不足です。表面をならす程度の使い方になります。


OPTICEL FHで採用しているQCWという発振器は、450Wの出力をパルスにすることで、10倍の4.5kW相当までパワーを出せるモデルです。逆にQCWでパルス発振することにより、出力をkWクラスまで上げても過剰に入熱することなく、1発ごとに冷やしながら溶接していけるため、ひずみを抑えられるというメリットがあります。


OPTICEL FHの購入について

実機を見てみたいのですが、どこにありますか?

OPTICEL FHの実機は、愛知県知立市のレーザックス本社と、横浜市港北区のレーザテクニカルセンターの2か所でトライいただけます。

ただし、出張デモ等で不在の場合がありますので、事前にお問い合わせください。


 詳しくはこちらのページをご覧ください。


デモルーム


出張デモをお願いできますか?

できる限り対応したいと思っておりますので、まずはこちらからお問い合わせください。


デモルーム


どうしたら購入できますか?

お電話か、こちらのお問合せフォームから「周辺機器部」にご連絡ください。お取引のある商社様経由でご連絡いただいても大丈夫です。


 株式会社レーザックス 周辺機器部 直通TEL 0566-45-5331


お問い合わせフォーム


ものづくり補助金に申請したいのですが…

OPTICEL FHはものづくり補助金を活用しての導入実績が多くございます。レーザックス出身で「中小製造業のための補助金獲得ハンドブック2020」(日刊工業新聞社刊)の編著者でもあるライター新開による全面サポートも可能ですので、お問い合わせフォームより「ものづくり補助金希望」とお知らせください。


税額控除と固定資産税減免を受けられる「先端設備等導入計画」の対象ですか?

はい、対象となっております。ご発注後に証明書を発行させていただきます。


保守・メンテナンスについて

サービス体制はどうなっていますか?

当社は小さなメーカーですので、大手メーカー様のような24時間の定額保守サービスを提供しておりませんが、固定費がかからないため、お客様からは「結果的にかなり安価に対応いただけている」とのお声を頂戴しております。

不具合等が発生した場合は、愛知・横浜の2カ所のサービス拠点をベースに最善を尽くして対応いたします。ご理解のほどお願い申し上げます。


メーカ-の保証期間はどうなっていますか?

メーカーの保証期間は納入後1年です。保証期間中はレーザ発振器まで含めて保証致します。詳しい保証条件は納入時にお届けする保証書にてご確認ください。


日常点検にはどのようなものがありますか?

毎日起動前に、保護ガラスに汚れがないかどうかの点検をお願いします。また、ノズルの摩耗・損耗を発見した場合にはノズルの交換をお願いします。


詳細は取扱説明書に記載があるほか、保守・メンテナンスのページでも概要をご確認頂けます。


エンジニアによる年次点検をお願いできますか?

はい。有償にはなりますが、年次点検のご依頼も承ります。年次点検では当社のエンジニアが、光学系、レーザ出力の確認など、お客様ではメンテナンスを実施いただけない部分の点検整備を行います。


なお、光学系のメンテナンスはクリーンルームでの作業が必要になるため、装置引き取りでの点検を基本とさせていただいております。メンテナンス期間中も通常稼働いただけるよう、デモ機の貸し出し等の調整をさせていただきますので、詳しくは株式会社レーザックス 周辺機器部(TEL:0566-45-5331)までご連絡ください。


1年ごと、2年ごとで大きな出費が必要な交換部品はありませんか?

これまでYAGレーザをお使いのユーザー様からは、ランプやYAGロッドや、チラー関連機器等で毎年多額の維持費がかかっていると伺っております。


しかし、本機は「ファイバーレーザ」を搭載しているため「ランプ」「YAGロッド」の交換は発生しません。また、チラーレスですのでチラーにかかる電気代、水関連のメンテナンス費用もかかりません。導入後の維持費については、YAGレーザよりも大幅に削減頂けるものと思います。


OPTICEL FHの標準的な使用期間は何年ですか?

発振器メーカーであるIPGフォトニクスの推奨使用期間は10年で、本機の使用期間もそれに準じて10年に設定しております。装置の固定資産としての耐用年数は税理士・会計士様にご相談ください。


レーザックスについて

レーザックスってどんな会社ですか?

株式会社レーザックスは1941年創業で、本社は愛知県知立市にあります。現在はレーザの受託加工を行う「レーザ加工部門」、レーザ装置や周辺機器を設計製作する「レーザ周辺機器部門」、そして創業以来の事業を継続する「鋳物調達部門」の3部門で営業しております。


 なお、東海道新幹線で名古屋から東京に向かうとき、名古屋を出て10分くらいで左側に当社の本社をご確認いただけます。新幹線で東京に向かう際はぜひ、E列からご確認ください。



メーカーのレーザックスって名前聞いたことないけど……?

株式会社レーザックスは、溶接機メーカーとしては新参者ですが、実は1984年からレーザ加工をやっている老舗のレーザ加工ジョブショップです。

当初はレーザを使った受託加工のみに取り組んできましたが、15年ほど前からレーザ周辺機器やシステム導入もお手伝いするようになりました。現在は自動車関連メーカーをはじめとする国内外の生産設備で、レーザックス製のレーザックス製の加工ヘッドやレーザ加工システムが稼働しています。


その実績を見たお客様からご要望をいただき、当社固有のレーザ技術を活用して2014年に日本初のハンドトーチ型ファイバーレーザ溶接機「OPTICEL FH」シリーズを発売いたしました。


このような経緯のため、これまでYAG溶接機やTIG溶接機を販売されてきた他の溶接機メーカーさんと比べて知名度が低く、アプローチが違うところもありますが、レーザに関してはどこよりも実績がありますのでご安心ください。