Suure võimsusega laserite rakendamine kõrgtehnoloogilises ja rasketööstuses

Viimase kolme aasta jooksul on pandeemia tõttu tööstuslaserite nõudluse kasvutempo aeglustunud. Lasertehnoloogia areng pole aga peatunud. Kiudlaserite valdkonnas on järjestikku turule toodud ülivõimsaid kiudlasereid võimsusega 60 kW ja rohkem, mis on viinud tööstuslaserite võimsuse uuele tasemele.

Kui suur on nõudlus üle 30 000 vati võimsusega laserite järele?

Mitmemoodiliste pidevkiudlaserite puhul näib võimsuse suurendamine moodulite lisamise teel olevat kokkulepitud viis. Viimastel aastatel on võimsus igal aastal suurenenud 10 000 vatti võrra. Tööstusliku lõikamise ja keevitamise teostamine ülikõrge võimsusega laseritega on aga veelgi keerulisem ja nõuab suuremat stabiilsust. 2022. aastal kasutatakse laserlõikuses laialdaselt 30 000 vatti võimsust ning 40 000 vatti võimsusega seadmeid on praegu uurimise etapis väikesemahuliseks kasutamiseks.

Kilovatt-kiudlaserite ajastul saab alla 6 kW võimsusega lasereid kasutada enamiku tavaliste metalltoodete, näiteks liftide, autode, vannitubade, köögitarvete, mööbli ja šassiide lõikamiseks ja keevitamiseks, kusjuures nii leht- kui ka torumaterjalide paksus ei ületa 10 mm. 10 000-vatise laseri lõikekiirus on kaks korda suurem kui 6000-vatise laseri lõikekiirus ja 20 000-vatise laseri lõikekiirus on enam kui 60% suurem kui 10 000-vatise laseri lõikekiirus. See ületab ka paksuse piirangu ja suudab lõigata üle 50 mm paksust süsinikterast, mis on üldiselt tööstustoodete puhul haruldane. Kuidas on lood üle 30 000 vatise võimsusega suure võimsusega laseritega?

Suure võimsusega laserite kasutamine laevaehituse kvaliteedi parandamiseks

Selle aasta aprillis külastas Prantsuse president Macron Hiinat, kellega kaasas olid sellised ettevõtted nagu Airbus, DaFei Shipping ja Prantsuse energiatarnija Électricité de France.

Prantsuse lennukitootja Airbus teatas Hiinaga sõlmitud hulgiostulepingust 160 lennuki ostmiseks koguväärtusega ligikaudu 20 miljardit dollarit. Samuti ehitavad nad Tianjinisse teise tootmisliini. China Shipbuilding Group Corporation sõlmis Prantsuse ettevõttega DaFei Shipping Group koostöölepingu, mis hõlmab 16 ülisuure II tüüpi konteinerlaeva ehitamist väärtusega üle 21 miljardi jüaani. China General Nuclear Power Groupil ja Électricité de France'il on tihe koostöö, mille klassikaline näide on Taishani tuumaelektrijaam.

Suure võimsusega laserseadmed võimsusega 30 000–50 000 vatti suudavad lõigata üle 100 mm paksuseid terasplaate. Laevaehitus on tööstusharu, mis kasutab laialdaselt pakse metallplaate, kusjuures tüüpilistel kaubalaevadel on kere terasplaadid paksusega üle 25 mm ja suurtel kaubalaevadel isegi üle 60 mm. Suured sõjalaevad ja ülisuured konteinerlaevad võivad kasutada 100 mm paksuseid eriteraseid. Laserkeevitamisel on suurem kiirus, vähem kuumdeformatsiooni ja ümbertöötlemist, kõrgem keevisõmbluse kvaliteet, väiksem täitematerjali tarbimine ja oluliselt parem tootekvaliteet. Kümnete tuhandete vattide võimsusega laserite tulekuga pole laevaehituses laserlõikusel ja -keevitamisel enam piiranguid, mis avab suure potentsiaali tulevasteks asendamisteks.

Luksuslikke kruiisilaevu on peetud laevaehitustööstuse tipuks, traditsiooniliselt monopoliseerides neid mõned laevatehased, näiteks Itaalia Fincantieri ja Saksamaa Meyer Werft. Lasertehnoloogiat on laevaehituse algstaadiumis materjalide töötlemiseks laialdaselt kasutatud. Hiina esimene kodumaal toodetud kruiisilaev on plaanis vette lasta 2023. aasta lõpuks. China Merchants Group on oma kruiisilaevade tootmisprojekti raames edendanud ka lasertöötluskeskuse ehitamist Nantong Haitongis, mis hõlmab suure võimsusega laserlõikuse ja õhukeste plaatide tootmisliini. See rakendussuund peaks järk-järgult levima ka tsiviilkaubalaevadel. Hiinal on maailmas enim laevaehitustellimusi ning laserite roll paksude metallplaatide lõikamisel ja keevitamisel kasvab jätkuvalt.

10 kW+ laserite rakendamine lennunduses

Lennundus- ja kosmosetranspordi süsteemid hõlmavad peamiselt rakette ja kommertslennukeid, kusjuures kaalu vähendamine on võtmetähtsusega. See seab alumiiniumi- ja titaanisulamite lõikamisele ja keevitamisele uued nõuded. Lasertehnoloogia on ülitäpse keevitus- ja lõikekoostamisprotsessi saavutamiseks hädavajalik. 10 kW+ suure võimsusega laserite tulek on toonud lennundusvaldkonda ulatuslikke uuendusi lõikekvaliteedi, lõiketõhususe ja kõrge integreerituse osas.

Lennundustööstuse tootmisprotsessis on palju komponente, mis vajavad lõikamist ja keevitamist, sealhulgas mootori põlemiskambrid, mootorikorpused, lennukiraamid, sabatiibade paneelid, kärgstruktuuriga konstruktsioonid ja helikopterite pearootorid. Nendele komponentidele kehtivad lõikamis- ja keevitusliideste osas äärmiselt ranged nõuded.

Airbus on pikka aega kasutanud suure võimsusega lasertehnoloogiat. A340 lennuki tootmisel keevitatakse kõik alumiiniumisulamist sisemised vaheseinad laseritega. Läbimurret on tehtud kerekatte ja stringerite laserkeevitamisel, mida on rakendatud Airbus A380-l. Hiina on edukalt katselennud kodumaal toodetud C919 suure lennukiga ja tarnib selle sel aastal. Samuti on tulevikuprojekte, näiteks C929 arendamine. Võib ette näha, et laseritel on tulevikus koht kommertslennukite tootmises.

Lasertehnoloogia aitab tuumaelektrijaamade ohutul ehitamisel

Tuumaenergia on uus puhta energia vorm ning Ameerika Ühendriikidel ja Prantsusmaal on tuumaelektrijaamade ehitamisel kõige arenenum tehnoloogia. Tuumaenergia moodustab umbes 70% Prantsusmaa elektrivarustusest ning Hiina tegi Prantsusmaaga koostööd tuumaelektrijaamade algstaadiumis. Ohutus on tuumaelektrijaamade kõige olulisem aspekt ning seal on palju kaitsefunktsioonidega metallkomponente, mis vajavad lõikamist või keevitamist.

Hiina iseseisvalt väljatöötatud laseriga intelligentset jälgimis-MAG-keevitustehnoloogiat on massiliselt rakendatud Tianwani tuumaelektrijaama 7. ja 8. ploki terasest vooderdise kupli ja silindri valmistamisel. Praegu valmistatakse ette esimest tuumaelektrijaamadele sobivat läbitungimishülsskeevitusrobotit.

Laseriarenduse trendi järgides tõi Teyu turule ülikõrge võimsusega kiudlaserjahuti CWFL-60000.

Teyu on laserite arendustrendidega kaasas käinud ning on välja töötanud ja tootnud ülivõimsa kiudlaserjahuti CWFL-60000, mis tagab stabiilse jahutuse 60 kW laserseadmetele. Kahekordse sõltumatu temperatuuri juhtimissüsteemiga suudab see jahutada nii kõrge temperatuuriga laserpead kui ka madala temperatuuriga laserallikat, pakkudes laserseadmetele stabiilset väljundit ja tagades tõhusalt suure võimsusega laserlõikusmasinate kiire ja tõhusa töö.

Lasertehnoloogia läbimurre on loonud laia turu lasertöötlusseadmetele. Ainult õigete tööriistadega on võimalik tihedas turukonkurentsis ees püsida. Kuna tipptasemel rakendustes, nagu lennundus, laevaehitus ja tuumaenergia, on vaja ümberkujundamist ja täiustamist, suureneb nõudlus paksude plaatide terase töötlemise järele ning suure võimsusega laserid aitavad kaasa tööstuse kiiremale arengule. Tulevikus kasutatakse üle 30 000 vati võimsusega ülikõrge võimsusega lasereid peamiselt rasketööstuse valdkondades, nagu tuuleenergia, hüdroenergia, tuumaenergia, laevaehitus, kaevandusmasinad, lennundus ja lennundus.