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 از 60 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 مدی، به نظر می‌رسد افزایش توان با افزودن ماژول‌ها، روش مورد توافق باشد. در چند سال گذشته، قدرت هر سال 10،000 وات افزایش یافته است. با این حال، تحقق برش و جوشکاری صنعتی برای لیزرهای فوق پرقدرت حتی دشوارتر است و به پایداری بالاتری نیاز دارد. در سال ۲۰۲۲، توان ۳۰،۰۰۰ وات در مقیاس بزرگ در برش لیزری مورد استفاده قرار خواهد گرفت و ۴۰،۰۰۰ وات تجهیزات در حال حاضر در مرحله اکتشاف برای کاربرد در مقیاس کوچک است.

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 لیزر ۱۰۰۰۰ واتی دو برابر لیزر ۶۰۰۰ واتی است و سرعت برش لیزر ۲۰۰۰۰ واتی بیش از ۶۰٪ بیشتر از لیزر ۱۰۰۰۰ واتی است. همچنین محدودیت ضخامت را می‌شکند و می‌تواند فولاد کربنی را بیش از 50 میلی‌متر برش دهد، که در محصولات صنعتی عمومی نادر است. خب، در مورد 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.

شرکت هواپیماسازی ایرباس فرانسه، از امضای قرارداد خرید عمده ۱۶۰ فروند هواپیما با چین به ارزش تقریبی ۲۰ میلیارد دلار خبر داد. آنها همچنین خط تولید دوم را در تیانجین خواهند ساخت. شرکت کشتی‌سازی چین با شرکت فرانسوی DaFei Shipping Group قرارداد همکاری امضا کرد که شامل ساخت 16 کشتی کانتینری فوق بزرگ از نوع 2 به ارزش بیش از 21 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 از 30،000 تا 50،000 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 ۱۰۰ میلی‌متر استفاده کنند. جوشکاری لیزر سرعت بیشتری دارد، تغییر شکل حرارتی و دوباره کاری 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 شده است.

کشتی‌های کروز لوکس، اوج صنعت کشتی‌سازی محسوب می‌شوند که به‌طور سنتی در انحصار چند شرکت کشتی‌سازی مانند فینکانتیری ایتالیا و مایر ورفت آلمان بوده است. 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 ۲۰۲۳ به آب انداخته شود. گروه بازرگانان چین همچنین ساخت یک مرکز پردازش لیزری در نانتونگ هایتونگ را برای پروژه ساخت کشتی کروز خود پیش برده است که شامل یک خط تولید برش و جوشکاری صفحات نازک با لیزر پرقدرت است. انتظار می‌رود این روند کاربرد به تدریج در کشتی‌های تجاری غیرنظامی نفوذ کند. چین بیشترین سفارش‌های کشتی‌سازی را در جهان دارد و نقش لیزر در برش و جوشکاری صفحات فلزی ضخیم همچنان رو به افزایش خواهد بود.

کاربرد لیزرهای 10 کیلووات به بالا در هوافضا

سیستم‌های حمل و نقل هوافضا در درجه اول شامل موشک‌ها و هواپیماهای تجاری می‌شوند که کاهش وزن یک نکته کلیدی در آن‌هاست. این امر الزامات جدیدی را برای برش و جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم وضع می‌کند. فناوری لیزر برای دستیابی به فرآیندهای جوشکاری و برش با دقت بالا ضروری است. ظهور لیزرهای پرقدرت با توان بالای 10 کیلووات، پیشرفت‌های گسترده‌ای 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 مدت زیادی است که از فناوری لیزر پرقدرت استفاده می‌کند. در ساخت هواپیمای A340، تمام دیواره‌های داخلی آلیاژ آلومینیوم با استفاده از لیزر جوش داده 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 کرد 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 ۷۰ درصد از برق فرانسه را تأمین می‌کند و چین در مراحل اولیه تأسیسات انرژی هسته‌ای فرانسه با این کشور همکاری داشت. ایمنی مهم‌ترین جنبه‌ی تأسیسات انرژی هسته‌ای است و اجزای فلزی زیادی با عملکرد حفاظتی 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 خلوص هسته‌ای در حال حاضر در حال آماده‌سازی است.

به دنبال روند توسعه لیزر، Teyu لیزر فوق پرقدرت CWFL-60000 را عرضه کرد. چیلر لیزر فیبر

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

پیشرفت چشمگیر 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 30،000 وات عمدتاً در زمینه‌های صنایع سنگین مانند انرژی بادی، انرژی آبی، انرژی هسته‌ای، کشتی‌سازی، ماشین‌آلات معدن، هوافضا و هوانوردی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.