تطبيق الليزر عالي الطاقة في الصناعات الثقيلة والتكنولوجية العالية

خلال السنوات الثلاث الماضية، تباطأ نمو الطلب على الليزر الصناعي بسبب الجائحة. إلا أن تطوير تكنولوجيا الليزر لم يتوقف. ففي مجال ليزرات الألياف، طُرحت ليزرات ألياف فائقة القدرة بقوة 60 كيلوواط فأكثر، مما عزز قوة الليزر الصناعي إلى مستوى جديد.

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

بالنسبة لليزرات الأليافية المستمرة متعددة الأوضاع، يبدو أن زيادة الطاقة بإضافة وحدات هي الحل الأمثل. في السنوات القليلة الماضية، ازدادت الطاقة بمقدار 10,000 واط سنويًا. ومع ذلك، فإن تنفيذ عمليات القطع واللحام الصناعية باستخدام ليزرات فائقة الطاقة أكثر صعوبة ويتطلب استقرارًا أعلى. في عام 2022، سيتم استخدام طاقة 30,000 واط على نطاق واسع في القطع بالليزر، ويجري حاليًا استكشاف معدات بقدرة 40,000 واط للتطبيق على نطاق صغير.

في عصر ليزرات الألياف بالكيلوواط، يُمكن استخدام قوى أقل من 6 كيلوواط لقطع ولحام معظم المنتجات المعدنية الشائعة، مثل المصاعد والسيارات والحمامات وأدوات المطبخ والأثاث والهياكل، بسماكات لا تتجاوز 10 مم لكل من مواد الصفائح والأنابيب. سرعة قطع ليزر بقوة 10,000 واط ضعف سرعة ليزر بقوة 6,000 واط، وسرعة قطع ليزر بقوة 20,000 واط أعلى بأكثر من 60% من سرعة ليزر بقوة 10,000 واط. كما أنه يتجاوز حد السماكة، ويمكنه قطع الفولاذ الكربوني الذي يزيد سمكه عن 50 مم، وهو أمر نادر في المنتجات الصناعية العامة. ماذا عن ليزرات عالية الطاقة تزيد عن 30,000 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 لتصنيع الطائرات عن اتفاقية شراء بالجملة مع الصين لشراء 160 طائرة، بقيمة إجمالية تُقدر بنحو 20 مليار دولار أمريكي. كما ستُنشئ الشركة خط إنتاج ثانٍ في تيانجين. ووقعت شركة مجموعة بناء السفن الصينية اتفاقية تعاون مع شركة دافاي للشحن الفرنسية، تتضمن بناء 16 سفينة حاويات عملاقة من الطراز 2، بقيمة تزيد عن 21 مليار يوان. وتتمتع مجموعة الصين العامة للطاقة النووية بتعاون وثيق مع شركة كهرباء فرنسا، ومحطة تايشان للطاقة النووية خير مثال على ذلك.

تتميز معدات الليزر عالية الطاقة، التي تتراوح قدرتها بين 30,000 و50,000 واط، بقدرتها على قطع صفائح فولاذية يزيد سمكها عن 100 مم. وتُعدّ صناعة بناء السفن صناعةً تستخدم على نطاق واسع صفائح معدنية سميكة، حيث تستخدم السفن التجارية النموذجية صفائح فولاذية لهياكل السفن يزيد سمكها عن 25 مم، بينما يتجاوز سمك سفن الشحن الكبيرة 60 مم. وقد تستخدم السفن الحربية الكبيرة وسفن الحاويات الضخمة فولاذًا متخصصًا بسمك 100 مم. يتميز اللحام بالليزر بسرعات أعلى، وتشوهات حرارية أقل، وإعادة تشكيل أقل، وجودة لحام أعلى، واستهلاك أقل لمواد الحشو، وتحسين كبير في جودة المنتج. ومع ظهور الليزر بقوة عشرات الآلاف من الواط، لم تعد هناك قيود على القطع واللحام بالليزر في بناء السفن، مما يفتح آفاقًا واسعة لحلول بديلة مستقبلية.

لطالما اعتُبرت سفن الرحلات البحرية الفاخرة قمة صناعة بناء السفن، التي كانت حكرًا تقليديًا على عدد قليل من أحواض بناء السفن مثل فينكانتيري الإيطالية وماير ويرفت الألمانية. وقد استُخدمت تقنية الليزر على نطاق واسع في معالجة المواد في المراحل الأولى من بناء السفن. ومن المقرر إطلاق أول سفينة سياحية محلية الصنع في الصين بنهاية عام 2023. كما تقدمت مجموعة التجار الصينيين في بناء مركز معالجة بالليزر في نانتونغ هايتونغ لمشروع تصنيع سفن الرحلات البحرية الخاص بها، والذي يتضمن خط إنتاج عالي الطاقة لقطع ولحام الصفائح الرقيقة بالليزر. ومن المتوقع أن ينتشر هذا التوجه التطبيقي تدريجيًا في السفن التجارية المدنية. وتتمتع الصين بأكبر عدد من طلبات بناء السفن في العالم، وسيستمر 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 بشكل أساسي الصواريخ والطائرات التجارية، ويُعدّ خفض الوزن عاملاً أساسياً. يفرض هذا متطلبات جديدة لقطع ولحام سبائك الألومنيوم والتيتانيوم. تُعد تقنية الليزر أساسيةً لتحقيق عمليات لحام وتجميع عالية الدقة. وقد أدى ظهور الليزرات عالية الطاقة التي تزيد عن 10 كيلوواط إلى تطويرات شاملة في مجال الطيران الفضائي من حيث جودة القطع وكفاءته وذكاء التكامل العالي.

في عملية تصنيع صناعة الطيران، هناك العديد من المكونات التي تتطلب القطع واللحام، بما في ذلك غرف احتراق المحركات، وأغلفة المحركات، وهياكل الطائرات، وألواح أجنحة الذيل، والهياكل الشبيهة بخلايا النحل، والدوارات الرئيسية للطائرات المروحية. تخضع هذه المكونات لمتطلبات صارمة للغاية فيما يتعلق بالقطع واللحام.

تستخدم إيرباص تقنية الليزر عالية الطاقة منذ زمن طويل. في تصنيع طائرة A340، تُلحم جميع الحواجز الداخلية المصنوعة من سبائك الألومنيوم باستخدام الليزر. وقد أُحرز تقدمٌ كبير في لحام هياكل الطائرة وعوارضها بالليزر، والذي طُبّق على طائرة إيرباص A380. وقد نجحت الصين في اختبار طائرة C919 الكبيرة المصنعة محليًا، وستُسلّمها هذا العام. وهناك أيضًا مشاريع مستقبلية مثل تطوير طائرة C929. ومن المتوقع أن يكون لليزر دورٌ في تصنيع الطائرات التجارية مستقبلًا.

يمكن أن تساعد تقنية الليزر في البناء الآمن لمنشآت الطاقة النووية

الطاقة النووية شكل جديد من أشكال الطاقة النظيفة، وتمتلك الولايات المتحدة وفرنسا أحدث التقنيات في بناء محطات الطاقة النووية. تُغطي الطاقة النووية حوالي 70% من إمدادات الكهرباء في فرنسا، وقد تعاونت الصين مع فرنسا في المراحل الأولى من بناء منشآتها النووية. تُعدّ السلامة أهم جانب في منشآت الطاقة النووية، وهناك العديد من المكونات المعدنية ذات الوظائف الوقائية التي تتطلب القطع أو اللحام.

طُبّقت تقنية لحام MAG بتقنية التتبع الذكي بالليزر، المُطوّرة بشكل مستقل في الصين، بكميات كبيرة في قبة وأسطوانة بطانة الفولاذ في الوحدتين 7 و8 في محطة تيانوان للطاقة النووية. ويجري حاليًا تجهيز أول روبوت لحام بأكمام اختراقية للاستخدام النووي.

في إطار اتباع اتجاه تطوير الليزر، أطلقت شركة Teyu جهاز تبريد الليزر بالألياف عالية الطاقة CWFL-60000.

واكبت شركة تيو تطورات الليزر، فطوّرت وأنتجت مبرد ليزر الألياف فائق الطاقة CWFL-60000، الذي يوفر تبريدًا مستقرًا لمعدات الليزر بقدرة 60 كيلوواط. بفضل نظام التحكم في درجة الحرارة المستقل المزدوج، يُمكن تبريد رأس الليزر عالي الحرارة ومصدر الليزر منخفض الحرارة، مما يوفر إنتاجًا مستقرًا لمعدات الليزر، ويضمن التشغيل السريع والفعال لآلات القطع بالليزر عالية الطاقة.

أدى التقدم الهائل في تكنولوجيا الليزر إلى نشوء سوق واسعة لمعدات معالجة الليزر. ولا يمكن التفوق في ظل المنافسة الشرسة إلا باستخدام الأدوات المناسبة. ومع الحاجة إلى التحول والتطوير في التطبيقات المتطورة، مثل الفضاء وبناء السفن والطاقة النووية، يتزايد الطلب على معالجة الفولاذ ذي الصفائح السميكة، وستساهم الليزرات عالية الطاقة في تسريع وتيرة تطوير هذه الصناعة. وفي المستقبل، ستُستخدم الليزرات فائقة الطاقة، التي تتجاوز قدرتها 30,000 واط، بشكل رئيسي في مجالات الصناعات الثقيلة، مثل طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والطاقة النووية وبناء السفن وآلات التعدين والفضاء والطيران.