Didelės galios lazerių taikymas aukštųjų technologijų ir sunkiojoje pramonėje

Per pastaruosius trejus metus dėl pandemijos pramoninių lazerių paklausos augimo tempas sulėtėjo. Tačiau lazerių technologijų plėtra nesustojo. Šviesolaidinių lazerių srityje nuosekliai buvo pristatyti itin didelės galios, 60 kW ir didesnės galios, šviesolaidiniai lazeriai, kurie pakėlė pramoninių lazerių galią į kitą lygį.

Kokia yra didelės galios lazerių, kurių galia didesnė nei 30 000 vatų, paklausa?

Daugiamodžių ištisinių skaidulinių lazerių atveju, atrodo, kad visuotinai priimtas sprendimas didinti galią pridedant modulių. Per pastaruosius kelerius metus galia kasmet didėjo 10 000 vatų. Tačiau pramoninio pjovimo ir suvirinimo itin didelės galios lazerių įgyvendinimas yra dar sudėtingesnis ir reikalauja didesnio stabilumo. 2022 m. lazeriniam pjovimui dideliu mastu bus naudojama 30 000 vatų galia, o šiuo metu ieškoma 40 000 vatų įrangos, skirtos mažo masto taikymui.

Kilovatų galios šviesolaidinių lazerių eroje lazeriai, kurių galia mažesnė nei 6 kW, gali būti naudojami pjaustant ir suvirinant daugumą įprastų metalo gaminių, tokių kaip liftai, automobiliai, vonios kambariai, virtuvės reikmenys, baldai ir važiuoklės, kurių storis neviršija 10 mm tiek lakštų, tiek vamzdžių atveju. 10 000 vatų lazerio pjovimo greitis yra dvigubai didesnis nei 6 000 vatų lazerio, o 20 000 vatų lazerio pjovimo greitis yra daugiau nei 60 % didesnis nei 10 000 vatų lazerio. Jis taip pat peržengia storio ribas ir gali pjauti daugiau nei 50 mm storio anglinį plieną, o tai reta įprastiems pramoniniams gaminiams. Tad kaip dėl didelės galios lazerių, kurių galia didesnė nei 30 000 vatų?

Didelės galios lazerių taikymas laivų statybos kokybei gerinti

Šių metų balandį Prancūzijos prezidentas Macronas, lydimas tokių bendrovių kaip „Airbus“, „DaFei Shipping“ ir Prancūzijos energijos tiekėjos „Électricité de France“, lankėsi Kinijoje.

Prancūzijos orlaivių gamintoja „Airbus“ paskelbė apie didmeninio pirkimo sutartį su Kinija dėl 160 orlaivių, kurių bendra vertė siekia apie 20 mlrd. JAV dolerių. Jie taip pat statys antrą gamybos liniją Tiandzine. „China Shipbuilding Group Corporation“ pasirašė bendradarbiavimo sutartį su Prancūzijos bendrove „DaFei Shipping Group“, kuri apima 16 itin didelių 2 tipo konteinervežių statybą, kurių vertė viršija 21 mlrd. juanių. „China General Nuclear Power Group“ ir „Électricité de France“ glaudžiai bendradarbiauja, o klasikinis pavyzdys – Taišano atominė elektrinė.

Didelės galios lazerinė įranga, kurios galia svyruoja nuo 30 000 iki 50 000 vatų, gali pjauti daugiau nei 100 mm storio plienines plokštes. Laivų statyba yra pramonė, kurioje plačiai naudojamos storos metalinės plokštės, tipiškų komercinių laivų korpuso plieninių plokščių storis viršija 25 mm, o didelių krovininių laivų – net daugiau nei 60 mm. Dideliuose karo laivuose ir itin dideliuose konteinervežiuose gali būti naudojamas specialusis plienas, kurio storis siekia 100 mm. Lazerinis suvirinimas pasižymi didesniu greičiu, mažesne termine deformacija ir pakartotiniu apdorojimu, aukštesne suvirinimo kokybe, mažesnėmis užpildo medžiagų sąnaudomis ir žymiai pagerinta gaminio kokybė. Atsiradus lazeriams, kurių galia siekia dešimtis tūkstančių vatų, lazeriniam pjovimui ir suvirinimui laivų statyboje nebėra apribojimų, o tai atveria didelį potencialą būsimiems pakeitimams.

Prabangūs kruiziniai laivai laikomi laivų statybos pramonės viršūne, tradiciškai monopolizuojant juos kelioms laivų statykloms, tokioms kaip Italijos „Fincantieri“ ir Vokietijos „Meyer Werft“. Lazerinė technologija buvo plačiai naudojama medžiagų apdirbimui ankstyvosiose laivų statybos stadijose. Planuojama, kad pirmasis Kinijoje pagamintas kruizinis laivas bus paleistas į vandenį iki 2023 m. pabaigos. „China Merchants Group“ taip pat paspartino lazerinio apdorojimo centro statybą Nantong Haitonge, skirtą jų kruizinių laivų gamybos projektui, kuris apima didelės galios lazerinio pjovimo ir suvirinimo plonų plokščių gamybos liniją. Tikimasi, kad ši taikymo tendencija palaipsniui skverbsis į civilinius komercinius laivus. Kinija turi daugiausiai laivų statybos užsakymų pasaulyje, o lazerių vaidmuo pjaustant ir suvirinant storas metalines plokštes toliau augs.

10 kW+ lazerių taikymas aviacijos ir kosmoso pramonei

Orlaivių transporto sistemos daugiausia apima raketas ir komercinius orlaivius, o svorio mažinimas yra pagrindinis aspektas. Tai kelia naujus reikalavimus aliuminio ir titano lydinių pjovimui ir suvirinimui. Lazerinės technologijos yra būtinos norint pasiekti didelio tikslumo suvirinimo ir pjovimo surinkimo procesus. 10 kW ir daugiau didelės galios lazerių atsiradimas atnešė visapusišką kosmoso srities patobulinimą pjovimo kokybės, pjovimo efektyvumo ir didelio integravimo intelekto požiūriu.

Aviacijos ir kosmoso pramonės gamybos procese yra daug komponentų, kuriuos reikia pjauti ir suvirinti, įskaitant variklio degimo kameras, variklio korpusus, orlaivių rėmus, uodegos sparnų plokštes, korio struktūras ir sraigtasparnių pagrindinius rotorius. Šiems komponentams keliami itin griežti pjovimo ir suvirinimo sąsajų reikalavimai.

„Airbus“ jau ilgą laiką naudoja didelės galios lazerių technologiją. Gaminant „A340“ orlaivį, visos aliuminio lydinio vidinės pertvaros suvirinamos lazeriais. Padaryta pažanga lazerinio fiuzeliažo apdangos ir stringerių suvirinimo srityje, kuri buvo įdiegta „Airbus A380“. Kinija sėkmingai išbandė šalies gamybos didelį orlaivį C919 ir pristatys jį šiais metais. Taip pat yra ateities projektų, tokių kaip C929 kūrimas. Galima numatyti, kad ateityje lazeriai užims vietą komercinių orlaivių gamyboje.

Lazerinės technologijos gali padėti saugiai statyti branduolines elektrines

Branduolinė energija yra nauja švarios energijos forma, o Jungtinės Valstijos ir Prancūzija turi pažangiausias branduolinių elektrinių statybos technologijas. Branduolinė energija sudaro maždaug 70 % Prancūzijos elektros energijos tiekimo, o Kinija bendradarbiavo su Prancūzija ankstyvuosiuose jos branduolinių elektrinių statybos etapuose. Sauga yra svarbiausias branduolinių elektrinių aspektas, ir yra daug metalinių komponentų, atliekančių apsaugines funkcijas, kuriuos reikia pjauti arba suvirinti.

Kinijos nepriklausomai sukurta lazerinio intelektualiojo sekimo MAG suvirinimo technologija buvo masiškai pritaikyta Tianvano atominės elektrinės 7 ir 8 blokų plieninių įdėklų kupoluose ir cilindruose. Šiuo metu ruošiamas pirmasis branduolinės klasės skverbimosi rankovių suvirinimo robotas.

Sekdama lazerių plėtros tendencijomis, „Teyu“ pristatė itin didelės galios pluošto lazerinį aušintuvą CWFL-60000.

„Teyu“ neatsiliko nuo lazerių kūrimo tendencijų ir sukūrė bei pagamino itin didelės galios pluošto lazerinį aušintuvą CWFL-60000, kuris užtikrina stabilų 60 kW lazerinės įrangos aušinimą. Dviguba nepriklausoma temperatūros reguliavimo sistema leidžia aušinti tiek aukštos temperatūros lazerio galvutę, tiek žemos temperatūros lazerio šaltinį, užtikrinant stabilų lazerinės įrangos išvestį ir efektyviai užtikrinant greitą bei efektyvų didelės galios lazerinio pjovimo mašinų veikimą.

Lazerinių technologijų proveržis atvėrė plačią lazerinio apdirbimo įrangos rinką. Tik turint tinkamus įrankius galima išsilaikyti aršioje rinkos konkurencijoje. Dėl transformacijos ir atnaujinimo poreikio tokiose aukštos klasės srityse kaip aviacija, laivų statyba ir branduolinė energetika, didėja storo plieno lakštų apdirbimo paklausa, o didelės galios lazeriai padės sparčiau plėtoti pramonę. Ateityje itin didelės galios lazeriai, kurių galia viršija 30 000 vatų, daugiausia bus naudojami sunkiosios pramonės srityse, tokiose kaip vėjo energija, hidroenergetika, branduolinė energija, laivų statyba, kasybos mašinos, aviacija ir aviacija.