Didelės galios lazerių taikymas aukštųjų technologijų ir sunkiojoje pramonėje

Per pastaruosius trejus metus dėl pandemijos pramoninių lazerių paklausos augimo tempas sulėtėjo. Tačiau lazerinių technologijų plėtra nesustojo. Skaidulinių lazerių srityje nuosekliai buvo pristatyti itin didelės galios, 60 kW ir didesnės galios, skaiduliniai 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 galios didinimas pridedant modulius yra sutartinis būdas. Per pastaruosius kelerius metus galia kasmet didėjo 10 000 vatų. Tačiau pramoninio pjovimo ir suvirinimo realizavimas itin didelės galios lazeriams yra dar sudėtingesnis ir reikalauja didesnio stabilumo. 2022 m. lazeriniam pjovimui bus dideliu mastu naudojama 30 000 vatų galia, o 40 000 vatų įrangos šiuo metu yra tyrimo etape, siekiant ją pritaikyti mažos apimties įrenginiuose.

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 ribą ir gali pjauti daugiau nei 50 mm storio anglinį plieną, o tai reta bendrosios pramonės gaminiuose. Taigi, kaip dėl didelės galios lazerių, viršijančių 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 160 orlaivių, kurių bendra vertė siekia apie 20 mlrd. JAV dolerių, pirkimo sutartį su Kinija. Jie taip pat statys antrą gamybos liniją Tiandzine. „China Shipbuilding Group Corporation“ pasirašė bendradarbiavimo sutartį su Prancūzijos bendrove „DaFei Shipping Group“, pagal kurią bus pastatyta 16 itin didelių, 2 tipo konteinervežių, kurių vertė viršija 21 milijardą juanių. Kinijos generalinė branduolinės energetikos grupė ir Prancūzijos elektros energijos bendrovė „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 pramonės šaka, kurioje plačiai naudojamos storos metalinės plokštės, tipiškų komercinių laivų korpuso plieno plokštės yra storesnės nei 25 mm, o didelių krovininių laivų – net storesnės nei 60 mm. Dideliuose karo laivuose ir itin dideliuose konteinervežiuose gali būti naudojamas 100 mm storio specialusis plienas. Lazerinis suvirinimas pasižymi didesniu greičiu, mažesne šilumos deformacija ir pakartotiniu apdorojimu, aukštesne suvirinimo kokybe, mažesnėmis užpildo medžiagų sąnaudomis ir žymiai pagerinta gaminio kokybe. Atsiradus lazeriams, kurių galia siekia dešimtis tūkstančių vatų, laivų statyboje lazerinio pjovimo ir suvirinimo darbams nebėra apribojimų, o tai atveria didelį potencialą būsimiems pakeitimams.

Prabangūs kruiziniai laivai buvo laikomi laivų statybos pramonės viršūne, tradiciškai monopolizuojami kelių laivų statyklų, tokių 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, kuriame numatyta didelės galios lazerinio pjovimo ir suvirinimo plonų plokščių gamybos linija. Tikimasi, kad ši taikymo tendencija palaipsniui įsiskverbs į civilinius komercinius laivus. Kinija turi daugiausiai laivų statybos užsakymų pasaulyje, o lazerių vaidmuo pjaustant ir suvirinant storas metalines plokštes ir toliau augs.

10 kW+ lazerių taikymas aviacijos ir kosmoso pramonei

Kosmoso 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. Lazerinė technologija yra būtina norint pasiekti didelio tikslumo suvirinimo ir pjovimo surinkimo procesus. Atsiradus 10 kW ir didesnio galingumo lazeriams, aviacijos ir kosmoso pramonėje įvyko esminių patobulinimų pjovimo kokybės, pjovimo efektyvumo ir didelio integravimo intelekto srityse. 

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 lazerinę technologiją. Gaminant A340 orlaivį, visos aliuminio lydinio vidinės pertvaros suvirinamos lazeriais. „Airbus A380“ lėktuve įdiegta fiuzeliažo apvalkalų ir stringerių lazerinio suvirinimo technologija pasiekė proveržio. Kinija sėkmingai išbandė šalies gamybos didelį orlaivį C919 ir jį pristatys 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 ankstyvosiose jos branduolinių elektrinių statybos stadijose. 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-ojo ir 8-ojo blokų plieninių įdėklų kupole ir cilindre. Šiuo metu ruošiamas pirmasis branduolinės klasės įvorių suvirinimo robotas.

Sekdama lazerių plėtros tendencijas, „Teyu“ pristatė itin didelės galios CWFL-60000 pluošto lazerinis aušintuvas

„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 garantuojant greitą bei efektyvų didelės galios lazerinio pjovimo mašinų veikimą. 

Lazerinių technologijų proveržis atvėrė plačią lazerinio apdorojimo įrangos rinką. Tik turint tinkamus įrankius galima išsilaikyti aršioje rinkos konkurencijoje. Dėl transformacijos ir modernizavimo poreikio aukštos klasės srityse, tokiose kaip aviacijos ir kosmoso pramonė, laivų statyba ir branduolinė energetika, didėja storo plieno lakštų apdirbimo paklausa, o didelio galingumo 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 kosmoso pramonė.