کاربرد لیزرهای پرتوان در صنایع سنگین و پیشرفته

در سه سال گذشته، به دلیل همه‌گیری، نرخ رشد تقاضای لیزر صنعتی کاهش یافته است. با این حال، توسعه فناوری لیزر متوقف نشده است. در زمینه لیزرهای فیبری، لیزرهای فیبری با توان فوق‌العاده بالا با توان ۶۰ کیلووات و بالاتر به طور متوالی عرضه شده‌اند و قدرت لیزرهای صنعتی را به سطح دیگری رسانده‌اند.

چقدر تقاضا برای لیزرهای پرقدرت بالای 30،000 وات وجود دارد؟

برای لیزرهای فیبری پیوسته چند حالته، به نظر می‌رسد افزایش توان با افزودن ماژول‌ها، روش مورد توافق باشد. در چند سال گذشته، توان هر سال 10،000 وات افزایش یافته است. با این حال، تحقق برش و جوشکاری صنعتی برای لیزرهای با توان فوق العاده بالا حتی دشوارتر است و نیاز به پایداری بالاتری دارد. در سال 2022، توان 30،000 وات در مقیاس بزرگ در برش لیزری استفاده خواهد شد و تجهیزات 40،000 وات در حال حاضر در مرحله اکتشاف برای کاربرد در مقیاس کوچک هستند.

در عصر لیزرهای فیبری کیلوواتی، می‌توان از توان‌های کمتر از 6 کیلووات برای برش و جوشکاری اکثر محصولات فلزی رایج مانند آسانسور، اتومبیل، حمام، وسایل آشپزخانه، مبلمان و شاسی خودرو با ضخامت حداکثر 10 میلی‌متر برای مواد ورق و لوله استفاده کرد. سرعت برش یک لیزر 10000 وات دو برابر یک لیزر 6000 وات است و سرعت برش یک لیزر 20000 وات بیش از 60٪ بیشتر از یک لیزر 10000 وات است. همچنین محدودیت ضخامت را می‌شکند و می‌تواند فولاد کربنی را بیش از 50 میلی‌متر برش دهد، که در محصولات صنعتی عمومی نادر است. پس لیزرهای پرقدرت بالای 30000 وات چطور؟

کاربرد لیزرهای پرقدرت برای بهبود کیفیت ساخت کشتی

در ماه آوریل امسال، رئیس جمهور فرانسه، مکرون، به همراه شرکت‌هایی مانند ایرباس، شرکت کشتیرانی دافی و شرکت برق فرانسوی Électricité de France از چین بازدید کرد.

ایرباس، تولیدکننده هواپیما در فرانسه، از توافق خرید عمده ۱۶۰ هواپیما با چین به ارزش تقریبی ۲۰ میلیارد دلار خبر داد. آنها همچنین دومین خط تولید خود را در تیانجین احداث خواهند کرد. شرکت گروه کشتی‌سازی چین نیز با شرکت فرانسوی دافی شیپینگ گروپ، توافق‌نامه همکاری امضا کرد که شامل ساخت ۱۶ کشتی کانتینری بسیار بزرگ از نوع ۲ به ارزش بیش از ۲۱ میلیارد یوان می‌شود. گروه انرژی هسته‌ای عمومی چین و شرکت برق فرانسه همکاری نزدیکی دارند که نیروگاه هسته‌ای تایشان نمونه‌ای کلاسیک از آن است.

تجهیزات لیزر پرقدرت با توان بین 30000 تا 50000 وات، قابلیت برش صفحات فولادی با ضخامت بیش از 100 میلی‌متر را دارند. کشتی‌سازی صنعتی است که به طور گسترده از صفحات فلزی ضخیم استفاده می‌کند، به طوری که کشتی‌های تجاری معمولی دارای صفحات فولادی بدنه با ضخامت بیش از 25 میلی‌متر و کشتی‌های باری بزرگ حتی از 60 میلی‌متر نیز فراتر می‌روند. کشتی‌های جنگی بزرگ و کشتی‌های کانتینری بسیار بزرگ ممکن است از فولادهای مخصوص با ضخامت 100 میلی‌متر استفاده کنند. جوشکاری لیزری سرعت بیشتری دارد، تغییر شکل حرارتی و دوباره‌کاری کمتری دارد، کیفیت جوش بالاتر است، مصرف مواد پرکننده کاهش یافته و کیفیت محصول به طور قابل توجهی بهبود یافته است. با ظهور لیزرهایی با ده‌ها هزار وات قدرت، دیگر هیچ محدودیتی در برش و جوشکاری لیزری برای کشتی‌سازی وجود ندارد و پتانسیل زیادی برای جایگزینی در آینده ایجاد می‌کند.

کشتی‌های کروز لوکس، که به طور سنتی در انحصار چند کارخانه کشتی‌سازی مانند فینکانتیری ایتالیا و مایر ورفت آلمان بودند، به عنوان اوج صنعت کشتی‌سازی در نظر گرفته می‌شوند. فناوری لیزر به طور گسترده برای پردازش مواد در مراحل اولیه ساخت کشتی مورد استفاده قرار گرفته است. قرار است اولین کشتی کروز تولید داخل چین تا پایان سال 2023 به آب انداخته شود. گروه بازرگانان چین همچنین ساخت یک مرکز پردازش لیزر در نانتونگ هایتونگ را برای پروژه ساخت کشتی کروز خود، که شامل یک خط تولید برش و جوشکاری صفحات نازک با لیزر پرقدرت است، پیش برده است. انتظار می‌رود این روند کاربرد به تدریج به کشتی‌های تجاری غیرنظامی نفوذ کند. چین بیشترین سفارشات کشتی‌سازی را در جهان دارد و نقش لیزر در برش و جوشکاری صفحات فلزی ضخیم همچنان رو به رشد خواهد بود.

کاربرد لیزرهای 10 کیلووات به بالا در هوافضا

سیستم‌های حمل و نقل هوافضا در درجه اول شامل موشک‌ها و هواپیماهای تجاری هستند که کاهش وزن یکی از ملاحظات کلیدی آنهاست. این امر الزامات جدیدی را برای برش و جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم تحمیل می‌کند. فناوری لیزر برای دستیابی به فرآیندهای جوشکاری و برش مونتاژ با دقت بالا ضروری است. ظهور لیزرهای پرقدرت 10 کیلووات به بالا، ارتقاءهای جامعی را در حوزه هوافضا از نظر کیفیت برش، راندمان برش و هوش یکپارچه‌سازی بالا به ارمغان آورده است.

در فرآیند تولید صنعت هوافضا، اجزای زیادی وجود دارند که نیاز به برش و جوشکاری دارند، از جمله محفظه‌های احتراق موتور، بدنه موتور، فریم هواپیما، پنل‌های بال دم، سازه‌های لانه زنبوری و روتورهای اصلی هلیکوپتر. این اجزا الزامات بسیار سختگیرانه‌ای برای برش و جوشکاری رابط‌ها دارند.

ایرباس مدت‌هاست که از فناوری لیزر پرقدرت استفاده می‌کند. در ساخت هواپیمای A340، تمام دیواره‌های داخلی آلیاژ آلومینیوم با استفاده از لیزر جوشکاری می‌شوند. پیشرفت‌های چشمگیری در جوشکاری لیزری پوسته بدنه و استرینگرها حاصل شده است که در ایرباس A380 پیاده‌سازی شده است. چین با موفقیت هواپیمای بزرگ C919 تولید داخل را آزمایش کرده و امسال آن را تحویل خواهد داد. همچنین پروژه‌های آینده‌ای مانند توسعه C929 وجود دارد. می‌توان پیش‌بینی کرد که لیزرها در آینده جایگاهی در ساخت هواپیماهای تجاری خواهند داشت.

فناوری لیزر می‌تواند به ساخت ایمن تأسیسات انرژی هسته‌ای کمک کند.

انرژی هسته‌ای شکل جدیدی از انرژی پاک است و ایالات متحده و فرانسه پیشرفته‌ترین فناوری را در ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای دارند. انرژی هسته‌ای تقریباً 70 درصد از برق فرانسه را تأمین می‌کند و چین در مراحل اولیه تأسیسات انرژی هسته‌ای با فرانسه همکاری داشت. ایمنی مهم‌ترین جنبه تأسیسات انرژی هسته‌ای است و بسیاری از اجزای فلزی با عملکردهای محافظتی وجود دارند که نیاز به برش یا جوشکاری دارند.

فناوری جوشکاری MAG با ردیابی هوشمند لیزری که به طور مستقل توسط چین توسعه داده شده است، به صورت انبوه در گنبد و بدنه فولادی واحدهای ۷ و ۸ نیروگاه هسته‌ای تیانوان به کار گرفته شده است. اولین ربات جوشکاری غلاف نفوذی با درجه هسته‌ای در حال حاضر در حال آماده‌سازی است.

با پیروی از روند توسعه لیزر، Teyu چیلر لیزر فیبر با توان فوق العاده بالا CWFL-60000 را عرضه کرد.

شرکت Teyu با روند توسعه لیزر همگام بوده و چیلر لیزر فیبر فوق پرقدرت CWFL-60000 را توسعه و تولید کرده است که خنک‌سازی پایداری را برای تجهیزات لیزر 60 کیلووات فراهم می‌کند. این چیلر با یک سیستم کنترل دمای مستقل دوگانه، قادر است هم سر لیزر دمای بالا و هم منبع لیزر دمای پایین را خنک کند و خروجی پایداری را برای تجهیزات لیزر فراهم کند و به طور موثر عملکرد سریع و کارآمد دستگاه‌های برش لیزر پرقدرت را تضمین کند.

پیشرفت در فناوری لیزر، بازار گسترده‌ای را برای تجهیزات پردازش لیزری ایجاد کرده است. تنها با ابزارهای مناسب می‌توان در رقابت شدید بازار پیشتاز ماند. با نیاز به تحول و ارتقاء در کاربردهای پیشرفته مانند هوافضا، کشتی‌سازی و انرژی هسته‌ای، تقاضا برای پردازش فولاد صفحات ضخیم رو به افزایش است و لیزرهای پرقدرت به توسعه سریع این صنعت کمک خواهند کرد. در آینده، لیزرهای فوق پرقدرت با توان بیش از 30000 وات عمدتاً در زمینه‌های صنایع سنگین مانند انرژی بادی، انرژی آبی، انرژی هسته‌ای، کشتی‌سازی، ماشین‌آلات معدن، هوافضا و هوانوردی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.