気候変動のことを考えた溶接

1982年のエルニーニョ現象は甚大な影響をもたらしました。赤道太平洋付近の水温は平均より7°C高くなり、熱エネルギーが地球の大気に放出され、さらには世界の気象パターンが逆転しました。一方、1982年はRobert Bloos Senior氏が木材を用いて暖房システムに革命を起こした年でもありました。同氏は、ウッドチップによってボイラーを自動的に充電する方法を開発しました。今日、フランケン地方を拠点とするパイオニア、Heizomat Gerätebau + Energiesysteme GmbHは、環境に優しくカスタマイズされた暖房システムを毎年最大1,600台生産しています。このような大容量の注文生産を可能にするため、ボイラーの溶接にはフロニウスのロボット溶接が採用されています。

輝かしい成功の多くはガレージから生まれています。元トラック運転手であったRobert Bloos Senior氏の成功もそのうちの一つです。「暖房の燃料は木材に限る」と当時から固く信じられていましたが、Bloos氏が冬の寒い日に仕事を終えて帰宅すると、アパートの部屋は常に冷え切っていました。なぜなら、1970年当時に流通していた薪ストーブで部屋を暖めるには、日中に火を起こしておく必要があったからです。そのため、もし誰も日中に家にいなければ火は起こされないままでした。これを不満に思った同氏は彼の小さな仕事場で実験を始め、自分の敷地内にある木材を燃やして化石燃料システムと同等のレベルの快適な暖房システムを作りたいと考えました。そしてそこで、薪ストーブを自動で充電できるようにしようと決心しました。多くの苦難の末、ウッドチップの自動ディスペンサーシステムが世界で初めて誕生するに至ったのです。

オイルヒーターと同様に便利で、同時にメンテナンスが簡単で環境に優しい

自動ディスペンサシステム搭載のウッドチップ暖房システムは小さなガレージで生まれました。しかし、事業は今や家族経営の企業に発展し、グンツェンハウゼンとハイデンハイムの2か所に工場を構えています。同社は従業員330名を抱える実質純生産高比率85%の企業として、30kW～900kWまでのカスタマイズ型暖房システムを生産し、世界中で販売しています。同社の信頼性が高くローメンテナンスな新しい暖房システムは現在、世界40か国以上の顧客の高い満足度を獲得し、使用されています。実際に必要な熱のみが、気候に依存しない再生可能な熱源から生成されます。そのドイツならではの高品質に信頼を寄せているのは欧州諸国や米国、カナダの顧客だけではありません。同社の製品はマレーシアやニュージーランドといった遠方の国でも使用されています。Heizomatは、ASME認定を受けた上で世界中に輸出されています。アメリカ機械学会によるこの認定は約100か国で認められた国際的な認定であり、製品が安全基準を含めたASMEコードの厳格な要件を満たしていることを保証するものです。

革新的で、環境に優しい暖房システム

長きにわたり、ウッドチップに関心を持っていたのは民間消費者と地方団体、そして農家のみでした。しかし今日では、商社や工業系企業もこの気候変動にほとんど影響を与えない、薪による暖房システムによるメリットを得ています。釘などの「不純物」が混じったウッドパレットであっても、Heizomatのシステムであれば簡単に燃やすことができます。

ゴミとして残った木材の廃棄では、その撤去だけでも多くのコストがかかります。廃材となった木材で暖房システムを運用すれば、廃棄コストだけでなく、新しい木材の調達のための費用も節約可能です。得られた灰には貴重なミネラルが含まれており、天然肥料として使用できます。つまり、木を植え、収穫し、燃やし、肥料にするというBloos家の精神に沿って、循環経済に貢献できるのです。Heizomat社では、これは親しみを込めて「ウッドチップサイクル」と呼ばれています。

Heizomat社製造部長のManuel Vorbrugg氏は次のことを強調しています。「私たちは、暖房システムのほか、収穫、薪割、輸送システムに必要なシステム部品のすべてを供給する唯一の製造業者であり、灰適用や排気ガスの浄化まで担っています。最新のイノベーションであるHeizoContコンテナシステムは、暖房サイクルシステムをコンパクトでプラグアンドプレイソリューションとして実現することができ、ウッドチップの保管と灰適用に至るまで、設置、接続、加熱まで大がかりな改造作業なしで完了します。コンテナシステムは工業系・商業系の顧客だけでなく、自治体暖房協同組合からも特に関心を寄せられています。」

溶接中も常に未来志向

技術者の不足が深刻化する一方で成長は加速していることにより、Heizomat社を含めた多くの企業で自動化ソリューションが必要とされています。今日、Heizomat社ではボイラーの溶接に当たってフロニウスのロボット溶接セルを3台使用しています。溶接セルにはPathfinderオフラインプログラミングとシミュレーションソフトウェアが搭載されています。

「自動化がなければ、有資格の溶接技能者をさらに雇用する必要がありますが、今の労働市場ではそうした人材はかなり希少となっています。そこで、私たちはロボットシステムを導入することに決めました」と、Vorbrug氏は語ります。「この点について、フロニウスは私たちを早い段階で安心させてくれました。焦点は始めから溶接が抱える課題に当てられていました。運動学はフロニウスのソリューションに基づいて設計されており、その逆ではありませんでした。現在、私たちは3台のロボット溶接セルを用いており、これにはリバーシブルポジショナーが搭載されています。これによって、私たちが本当に必要としていた、完璧な溶接シームによる高品質な溶接が可能になります。」

ウッドチップヒーターを構造するに当たり、6 mmの熱間圧延された非合金S235JR構造用鉄（それぞれ700～950kg）が、耐ガスおよび防水仕様で接合されます。要件によっては、部品の個数が300から700まで変動することもあります。

溶接エキスパートであるChristoph Stieglitz氏はこのように断言しています。「パルスマルチ制御（PMC）は鉄ボイラーの溶接にとって完璧なプロセスです。最大で80 /cm/分と、手溶接に比べ大幅に高速な溶接が可能で、底部溶込みも最適に制御されます。溶接シームは目視検査でも完璧で常に高品質です。」

PMCは進化したパルスアークプロセスで、強力で安定したアークと制御された低スパッタ液滴分離によって高い溶融速度を実現するといった特性を持ちます。公差が厳しく、厚さに大きなばらつきがある部品でも、PMCを使用すると完璧に溶接できます。また、アーク長・溶込安定装置により、制御の正確さと高度なプロセス安定性が保証され、ユニット長あたりの消費エネルギーも抑えられます。

「溶接の自動化によるメリットは明らかです」と、Vorbrugg氏は述べます。「まず、システムの設定を並行して行えるため、生産性のないダウンタイムの軽減につながっています。第二に、手溶接と比べて溶接速度が格段に上がりました。手溶接では1つのボイラーの溶接に6時間かかっていたところを、ロボットでは1時間40分だけで済むのです。そして第三に、Pathfinderのオフラインプログラミングとシミュレーションソフトウェアを用いることで、溶接ロボットのティーチング時間も大幅に短縮できます。」

Fronius Pathfinderで溶接を最適化

Pathfinderでプログラミングをオフラインで行うことの最大のメリットは、溶接シーケンスをすべてロボットシステムとは離して作成できることです。そのため、進行中の溶接作業をプログラミングのために中断する必要はもはやありません。また、考えられるエラーがあればシミュレータによって事前に検出され、それに基づいて溶接シーケンスが最適化されます。例えば、衝突、軸境界の違反、特異性は記録、可視化されます。溶接の複製、接合、グループ化、ミラーリングでも大幅な時間節約が実現します。溶接シミュレーションは、リアルタイムで、また同時にサイクル時間（溶接速度、ガスプリフロー時間、エンドクレータ充填など）を決定して自由な速度で実行可能です。もし溶接ロボットをこのシステムのみでティーチングすれば、最大で10倍もの労力を要します。