Suure võimsusega laserite rakendamine kõrgtehnoloogilises ja rasketööstuses

Viimase kolme aasta jooksul on pandeemia tõttu tööstusliku laseri 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. Ülikõrge võimsusega laserite tööstusliku lõikamise ja keevitamise teostamine on aga veelgi keerulisem ja nõuab suuremat stabiilsust. 2022. aastal kasutatakse laserlõikuses laialdaselt 30 000 vatti võimsust ning väikesemahuliseks kasutamiseks on praegu uurimisjärgus 40 000 vatti seadmeid.

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

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 Group ja Électricité de France teevad tihedat koostööd, 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 järeltöötlust, kõrgem keevisõmbluse kvaliteet, väiksem täitematerjali tarbimine ja oluliselt parem toote kvaliteet. Tänu kümnete tuhandete vattide võimsusega laserite tulekule pole laevaehituses laserlõikusel ja -keevitamisel enam piiranguid, mis avab suure potentsiaali tulevasteks asendamisteks.

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

10 kW+ laserite rakendamine lennunduses

Lennundus- ja kosmosetranspordi süsteemide hulka kuuluvad peamiselt raketid ja kommertslennukid, kusjuures kaalu vähendamine on võtmetähtsusega. See seab uued nõuded alumiiniumi ja titaanisulamite lõikamisele ja keevitamisele. Lasertehnoloogia on ülitäpse keevitus- ja lõikeprotsessi saavutamiseks hädavajalik. 10 kW+ suure võimsusega laserite tulek on toonud lennundusvaldkonda kaasa ulatuslikke uuendusi lõikekvaliteedi, lõiketõhususe ja kõrge integreerituse intelligentsuse osas. 

Lennundustööstuse tootmisprotsessis on palju komponente, mis vajavad lõikamist ja keevitamist, sealhulgas mootori põlemiskambrid, mootori korpused, lennukiraamid, sabatiibade paneelid, kärgstruktuuriga konstruktsioonid ja helikopteri pearootorid. Nendel komponentidel on lõikamis- ja keevitusliideste osas äärmiselt ranged nõuded.

Airbus on pikka aega kasutanud suure võimsusega lasertehnoloogiat. A340 lennuki tootmisel keevitatakse kõik alumiiniumisulamist sisemised vaheseinad laserite abil. Läbimurdelist edu on saavutatud kerekatte ja stringerite laserkeevitamisel, mida on rakendatud Airbus A380-l. Hiina on edukalt katselennu teinud kodumaal toodetud suure lennukiga C919 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 elektrienergiast ning Hiina tegi Prantsusmaaga koostööd tuumaelektrijaamade algstaadiumis. Ohutus on tuumaelektrijaamade kõige olulisem aspekt ning seal on palju metallkomponente, millel on kaitsefunktsioonid ja 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 puhul. Praegu valmistatakse ette esimest tuumaenergiaklassi läbitungimishülssidega keevitusrobotit.

Laserite arengut järgides tõi Teyu turule ülikõrge võimsusega CWFL-60000 kiudlaserjahuti

Teyu on laserite arendustrendidega kaasas käinud ning 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 kiirendatud arengule. Tulevikus kasutatakse üle 30 000 vati võimsusega ülikõrge võimsusega lasereid peamiselt rasketööstuse valdkondades, nagu tuuleenergia, hüdroenergia, tuumaenergia, laevaehitus, kaevandusmasinad, lennundus ja lennundus.