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摘要
在全球減碳與永續發展壓力下,鋼構產業正面臨傳統銲接工法高能耗、高人力需求及品質不穩定等挑戰。雷射銲接技術憑藉能量集中、熱影響區小、自動化程度高等優勢,可大幅降低填料與能耗,提升生產效率與結構品質,成為鋼構製造升級的關鍵方案。工研院與產業界已成功開發H 型鋼構與箱型柱型鋼構雷銲工法,並建置自動化試產線,驗證其全滲透、高精度及低碳排的製程效益。研究結果顯示,新工法可減少填料90%、能源消耗與碳排逾70%,未來此技術可延伸至風電、石化與大型鋼構工程,推動鋼構產業邁向智慧化、低碳化與國際化發展。
Abstract
Under the global pressure of carbon reduction and sustainable development, the steel structure industry is facing challenges from traditional welding processes characterized by high energy consumption, intensive labor requirements, and unstable quality. Laser welding technology, with advantages such as high energy concentration, small heat-affected zones, and a high degree of automation, can significantly reduce filler usage and energy consumption while enhancing production efficiency and structural quality, making it a key solution for upgrading steel structure manufacturing. The Industrial Technology Research Institute (ITRI), in collaboration with industry partners, has successfully developed laser welding processes for H-beam and box-column structures, and established automated pilot production lines to validate the benefits of full penetration, high precision, and low carbon emissions. Results show that the new method reduces filler usage by up to 90% and decreases energy consumption and carbon emissions by more than 70%. Looking ahead, this technology can be extended to offshore wind, petrochemical, and large-scale steel structure projects, driving the industry toward intelligent, low-carbon, and globalized development.
前言
在全球氣候變遷與永續發展壓力日益升高的背景下,節能減碳已成為全球產業轉型的關鍵議題。自 2015 年聯合國氣候峰會通過《巴黎協定》後,各國紛紛設定減碳目標,期望在 2100 年前將全球升溫幅度控制於 1.5°C 以內。臺灣也不例外,並於 2023 年 1 月正式通過《氣候變遷因應法》[1],明訂 2050 年達成淨零碳排的國家目標,且已著手推動碳費徵收制度。此舉不僅是環保上的必然選擇,更直接影響到能源使用密集的產業,尤其是金屬製造與鋼構產業,面臨著前所未有的轉型壓力與挑戰。
鋼構產業作為支撐國內建設發展的重要基礎,其製程長期以來仰賴傳統人工銲接,然而面對節能減碳政策壓力、人力成本上升及銲工人才短缺等問題,傳統製造模式已難以支撐未來產業需求。根據統計,臺灣目前鋼構年需求量約達 140 萬噸,但實際產能僅達到其一半,顯示產能不足的結構性問題迫切待解決。同時全球鋼構市場亦呈現穩定成長趨勢,預估至 2030 年整體結構鋼市場年複合成長率將達 5%,總規模可望突破 1,500 億美元。在內外需求雙重推動下,國內四大鋼構廠中鋼構、東和鋼鐵、長榮鋼 和 春源鋼鐵近四年來的獲利成長均超過 45%,顯示市場對鋼構的需求,目前傳統電弧銲仍依賴大量人工,鋼構產業需導入自動化、智慧化與高能效的先進製程技術,以因應未來產業規模持續成長所帶來的挑戰與機會。
在此脈絡下,發展高度智慧化、低能耗、具高穩定性的雷射銲接技術,成為鋼構產業升級轉型的重要方向。相較於傳統銲接,雷射銲接具備能量集中、熱影響區小、熱變形量低、自動化程度高等優勢,除可大幅提升生產效率與製程穩定性,更可因應減碳政策與智慧製造的雙重需求,為鋼構製造產業注入新的成長動能。因此,推動雷射銲接技術在鋼構領域的應用與發展,不僅是技術升級的自然演進,更是邁向低碳高效製造的必經之路。
H 型鋼構雷銲發展
近年來工研院與業者合作,積極投入建築用鋼構設備與銲接技術的開發,成功建置國內首座 H 型鋼構自動化雷射送線銲接試產線。該試產線搭載 3 萬瓦光纖雷射源與萬瓦級雷射銲接頭並結合智慧化技術,完成 H 型鋼構全滲透雷射填料銲接產品的製造與驗證[2]。
傳統上,H 型鋼構以潛弧銲工法為製造主流,如圖 1 所示,其生產流程長期遵循既有的國際規範,並高度依賴專業技術人員的操作。然而,隨著鋼構市場持續擴張,此類高人力作業為主的製程逐漸顯現瓶頸,不僅產能受限,且作業環境長期處於高溫與高風險條件下,使新進人力招募愈加困難。此外,銲接品質高度仰賴資深技術人員的經驗傳承,隨著勞動力世代更迭,產業未來恐將面臨技術斷層的挑戰。
另一方面,傳統潛弧銲工法往往需要輸入高達 8~10 萬瓦的能量,不僅導致極高的能源消耗,其製程亦相當繁瑣。在較厚鋼構的製作操作上需先於鋼板開半 K 槽,並透過熔融鐵砂進行填料銲接。由於此過程伴隨巨大的熱輸入量,極易產生顯著的溫差造成鋼板結構的熱變形,最終仍需透過熱矯直程序進行修復。此外,銲後殘留的多餘融渣必須再行刮除與處理,不僅增加製程複雜度與成本,亦產生二次廢棄物,對環境造成額外負擔。
為因應傳統銲接技術所面臨的產能侷限與勞動力挑戰,團隊致力於開發萬瓦級雷射銲接技術,期望以創新工法翻轉現有產業模式突破市場發展瓶頸。此技術具備高度自動化與快速加工的特性,能有效提升製程效率並降低對人工作業的依賴。為達成此目標,團隊自三大技術面向著手,逐步建構完整的系統化解決方案。
DOI:10.30256/JIM.202602_(515).0010
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2026年02月號
(單篇費用:參考材化所定價)