تطبيق الليزر عالي الطاقة في الصناعات الثقيلة والتكنولوجية العالية

خلال السنوات الثلاث الماضية، تباطأ معدل نمو الطلب على الليزر الصناعي بسبب الوباء. ومع ذلك، فإن تطوير تكنولوجيا الليزر لم يتوقف. في مجال ليزر الألياف، تم إطلاق ليزرات الألياف عالية الطاقة للغاية بقوة 60 كيلو وات وما فوق على التوالي، مما دفع قوة الليزر الصناعي إلى مستوى آخر.

ما هو حجم الطلب على الليزر عالي الطاقة الذي يزيد عن 30000 واط؟

بالنسبة لليزر الألياف المستمر متعدد الأوضاع، يبدو أن زيادة الطاقة عن طريق إضافة وحدات هي الطريقة المتفق عليها. في السنوات القليلة الماضية، زادت الطاقة بمقدار 10 آلاف واط كل عام. ومع ذلك، فإن تنفيذ عمليات القطع واللحام الصناعية باستخدام الليزر عالي الطاقة يعد أكثر صعوبة ويتطلب استقرارًا أعلى. في عام 2022، سيتم استخدام قوة 30 ألف واط على نطاق واسع في القطع بالليزر، ويوجد حاليًا 40 ألف واط من المعدات في مرحلة الاستكشاف للتطبيق على نطاق صغير.

في عصر ليزر الألياف بالكيلوواط، يمكن استخدام قوى أقل من 6 كيلوواط لقطع ولحام معظم المنتجات المعدنية الشائعة، مثل المصاعد والسيارات والحمامات وأدوات المطبخ والأثاث والهياكل، مع سمك لا يتجاوز 10 مم لكل من المواد الصفائحية والأنابيب. إن سرعة القطع لليزر بقوة 10000 وات هي ضعف سرعة القطع لليزر بقوة 6000 وات، وسرعة القطع لليزر بقوة 20000 وات أعلى بنسبة تزيد عن 60% من سرعة القطع لليزر بقوة 10000 وات. كما أنه يكسر حد السُمك ويمكنه قطع الفولاذ الكربوني بأكثر من 50 مم، وهو أمر نادر في المنتجات الصناعية العامة. إذن ماذا عن الليزر عالي الطاقة الذي يزيد عن 30 ألف واط؟

استخدام الليزر عالي الطاقة لتحسين جودة بناء السفن

في أبريل/نيسان من هذا العام، زار الرئيس الفرنسي ماكرون الصين، برفقة شركات مثل إيرباص، ودافي للشحن، ومورد الطاقة الفرنسي Électricité de France.

أعلنت شركة إيرباص الفرنسية لصناعة الطائرات عن اتفاقية شراء بالجملة مع الصين لـ 160 طائرة بقيمة إجمالية تقدر بنحو 20 مليار دولار. وسوف يقومون أيضًا ببناء خط إنتاج ثاني في تيانجين. وقعت شركة مجموعة بناء السفن الصينية اتفاقية تعاون مع شركة دافي للشحن الفرنسية، تتضمن بناء 16 سفينة حاويات عملاقة من النوع 2 بقيمة تتجاوز 21 مليار يوان. تتمتع مجموعة الطاقة النووية العامة الصينية وشركة كهرباء فرنسا بتعاون وثيق، حيث تعد محطة الطاقة النووية في تايشان مثالاً كلاسيكياً على ذلك.

تتمتع معدات الليزر عالية الطاقة التي تتراوح من 30000 إلى 50000 واط بالقدرة على قطع الصفائح الفولاذية التي يزيد سمكها عن 100 مم. بناء السفن هي صناعة تستخدم على نطاق واسع صفائح معدنية سميكة، حيث تحتوي السفن التجارية النموذجية على صفائح فولاذية للهيكل يبلغ سمكها أكثر من 25 مم، وحتى سفن الشحن الكبيرة يتجاوز سمكها 60 مم. يمكن للسفن الحربية الكبيرة وسفن الحاويات الضخمة أن تستخدم أنواعًا خاصة من الفولاذ بسمك 100 مم. تتميز عملية اللحام بالليزر بسرعات أعلى، وتشوهات حرارية أقل وإعادة عمل، وجودة لحام أعلى، واستهلاك أقل لمواد الحشو، وتحسين جودة المنتج بشكل كبير. مع ظهور الليزر بقوة عشرات الآلاف من الواط، لم تعد هناك قيود على القطع واللحام بالليزر لبناء السفن، مما يفتح إمكانات كبيرة للاستعاضة عنها في المستقبل.

تُعتبر سفن الرحلات البحرية الفاخرة بمثابة قمة صناعة بناء السفن، والتي كانت تقليديًا حكرًا على عدد قليل من أحواض بناء السفن مثل شركة Fincantieri الإيطالية وشركة Meyer Werft الألمانية. لقد تم استخدام تقنية الليزر على نطاق واسع في معالجة المواد في المراحل الأولى من بناء السفن. من المقرر أن تطلق الصين أول سفينة سياحية محلية الصنع بحلول نهاية عام 2023. كما تقدمت مجموعة التجار الصينيين أيضًا في بناء مركز معالجة الليزر في نانتونغ هايتونغ لمشروع تصنيع السفن السياحية الخاص بها، والذي يتضمن خط إنتاج صفائح رقيقة عالية الطاقة للقطع واللحام بالليزر. ومن المتوقع أن ينتشر هذا الاتجاه التطبيقي تدريجيا في السفن التجارية المدنية. تتمتع الصين بأكبر عدد من طلبات بناء السفن في العالم، ومن المتوقع أن يستمر دور الليزر في قطع ولحام الصفائح المعدنية السميكة في النمو.

تطبيق الليزر بقوة 10 كيلو واط فأكثر في مجال الفضاء

تشمل أنظمة النقل الجوي الفضائي في المقام الأول الصواريخ والطائرات التجارية، حيث يعد تقليل الوزن أحد الاعتبارات الرئيسية. يفرض هذا متطلبات جديدة لقطع ولحام سبائك الألومنيوم والتيتانيوم. تعتبر تقنية الليزر ضرورية لتحقيق عمليات اللحام والقطع والتجميع عالية الدقة. أدى ظهور الليزر عالي الطاقة الذي يزيد عن 10 كيلو وات إلى ترقيات شاملة في مجال الفضاء الجوي من حيث جودة القطع وكفاءة القطع والذكاء عالي التكامل 

في عملية التصنيع في صناعة الطيران، هناك العديد من المكونات التي تتطلب القطع واللحام، بما في ذلك غرف احتراق المحرك، وأغلفة المحرك، وهياكل الطائرات، وألواح الأجنحة الخلفية، والهياكل العسلية، والدوارات الرئيسية للطائرات المروحية. تتطلب هذه المكونات متطلبات صارمة للغاية فيما يتعلق بواجهات القطع واللحام.

تستخدم شركة إيرباص تقنية الليزر عالية الطاقة منذ فترة طويلة. في تصنيع طائرة A340، يتم لحام جميع الحواجز الداخلية المصنوعة من سبائك الألومنيوم باستخدام الليزر. تم تحقيق تقدم كبير في مجال اللحام بالليزر لجلود جسم الطائرة والأعمدة، والذي تم تنفيذه على طائرة إيرباص A380. نجحت الصين في اختبار طائرة كبيرة من طراز C919 محلية الصنع ومن المقرر تسليمها هذا العام. وهناك أيضًا مشاريع مستقبلية مثل تطوير الطائرة C929. ومن المتوقع أن يكون لليزر مكان في تصنيع الطائرات التجارية في المستقبل.

يمكن أن تساعد تقنية الليزر في البناء الآمن لمنشآت الطاقة النووية

الطاقة النووية هي شكل جديد من أشكال الطاقة النظيفة، والولايات المتحدة وفرنسا لديهما التكنولوجيا الأكثر تقدما في بناء محطات الطاقة النووية. تشكل الطاقة النووية ما يقرب من 70% من إمدادات الكهرباء في فرنسا، وقد تعاونت الصين مع فرنسا في المراحل الأولى من إنشاء مرافق الطاقة النووية لديها. السلامة هي الجانب الأكثر أهمية في مرافق الطاقة النووية، وهناك العديد من المكونات المعدنية ذات الوظائف الوقائية التي تتطلب القطع أو اللحام.

تم تطبيق تكنولوجيا اللحام بالتتبع الذكي بالليزر MAG التي طورتها الصين بشكل مستقل على نطاق واسع في قبة بطانة الفولاذ والأسطوانة في الوحدتين 7 و8 في محطة الطاقة النووية تيانوان. يتم حاليًا إعداد أول روبوت لحام بأكمام الاختراق من الدرجة النووية.

باتباع اتجاه تطوير الليزر، أطلقت شركة Teyu جهاز CWFL-60000 فائق الطاقة مبرد ليزر الألياف

واكبت شركة Teyu اتجاه تطوير الليزر وقامت بتطوير وإنتاج مبرد الليزر الليفي عالي الطاقة CWFL-60000، والذي يوفر تبريدًا مستقرًا لمعدات الليزر بقدرة 60 كيلو وات. بفضل نظام التحكم في درجة الحرارة المستقل المزدوج، فإنه قادر على تبريد كل من رأس الليزر عالي الحرارة ومصدر الليزر منخفض الحرارة، مما يوفر خرجًا مستقرًا لمعدات الليزر ويضمن بشكل فعال التشغيل السريع والفعال لآلات القطع بالليزر عالية الطاقة 

لقد أدى التقدم في تكنولوجيا الليزر إلى ظهور سوق واسعة لمعدات معالجة الليزر. لا يمكن للمرء أن يظل متقدمًا في المنافسة الشرسة في السوق إلا باستخدام الأدوات المناسبة. مع الحاجة إلى التحول والتحديث في التطبيقات المتطورة مثل الفضاء وبناء السفن والطاقة النووية، يتزايد الطلب على معالجة الفولاذ ذي الصفائح السميكة، وستساعد أشعة الليزر عالية الطاقة في تسريع تطوير الصناعة. في المستقبل، سيتم استخدام الليزر عالي الطاقة بقوة تزيد عن 30 ألف واط بشكل أساسي في مجالات الصناعات الثقيلة مثل طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والطاقة النووية وبناء السفن وآلات التعدين والفضاء والطيران.