Lieljaudas lāzeru pielietojums augsto tehnoloģiju un smagajā rūpniecībā

Pēdējo trīs gadu laikā pandēmijas dēļ rūpniecisko lāzeru pieprasījuma pieauguma temps ir palēninājies. Tomēr lāzertehnoloģiju attīstība nav apstājusies. Šķiedru lāzeru jomā secīgi ir ieviesti īpaši augstas jaudas šķiedru lāzeri ar jaudu 60 kW un vairāk, paceļot rūpniecisko lāzeru jaudu jaunā līmenī.

Cik liels ir pieprasījums pēc jaudīgiem lāzeriem virs 30 000 vatiem?

Daudzrežīmu nepārtrauktas darbības šķiedru lāzeriem jaudas palielināšana, pievienojot moduļus, šķiet, ir vispārpieņemtais veids. Pēdējos gados jauda ir palielinājusies par 10 000 vatiem gadā. Tomēr rūpnieciskās griešanas un metināšanas realizācija īpaši jaudīgiem lāzeriem ir vēl sarežģītāka un prasa lielāku stabilitāti. 2022. gadā lāzergriešanai plašā mērogā tiks izmantota 30 000 vatu jauda, un 40 000 vatu iekārtas pašlaik ir izpētes stadijā maza mēroga pielietojumam.

Kilovatu šķiedru lāzeru laikmetā jaudu, kas mazāka par 6 kW, var izmantot visbiežāk sastopamo metāla izstrādājumu, piemēram, liftu, automašīnu, vannas istabu, virtuves piederumu, mēbeļu un šasiju, griešanai un metināšanai, kuru biezums nepārsniedz 10 mm gan lokšņu, gan cauruļu materiāliem. 10 000 vatu lāzera griešanas ātrums ir divreiz lielāks nekā 6000 vatu lāzeram, un 20 000 vatu lāzera griešanas ātrums ir par vairāk nekā 60 % lielāks nekā 10 000 vatu lāzeram. Tas arī pārkāpj biezuma ierobežojumu un var griezt oglekļa tēraudu, kas pārsniedz 50 mm, kas ir reti sastopams vispārējos rūpniecības izstrādājumos. Tātad, kā ar lieljaudas lāzeriem virs 30 000 vatiem?

Lieljaudas lāzeru izmantošana kuģu būves kvalitātes uzlabošanai

Šī gada aprīlī Francijas prezidents Makrons apmeklēja Ķīnu, un viņu pavadīja tādi uzņēmumi kā Airbus, DaFei Shipping un Francijas elektroenerģijas piegādātājs Électricité de France.

Francijas lidmašīnu ražotājs Airbus paziņoja par vairumtirdzniecības līgumu ar Ķīnu par 160 lidmašīnu iegādi aptuveni 20 miljardu ASV dolāru vērtībā. Viņi arī būvēs otru ražošanas līniju Tjaņdziņā. Ķīnas kuģu būves grupas korporācija parakstīja sadarbības līgumu ar Francijas uzņēmumu DaFei Shipping Group, tostarp par 16 īpaši lielu 2. tipa konteinerkuģu būvniecību, kuru vērtība pārsniedz 21 miljardu juaņu. Ķīnas Vispārējā kodolenerģijas grupa un Francijas elektroenerģija (Électricité de France) cieši sadarbojas, un Taišanas atomelektrostacija ir klasisks piemērs.

Lieljaudas lāzeriekārtas ar jaudu no 30 000 līdz 50 000 vatiem spēj griezt tērauda plāksnes, kuru biezums pārsniedz 100 mm. Kuģu būvniecība ir nozare, kurā plaši tiek izmantotas biezas metāla plāksnes, tipiskiem komerciāliem kuģiem ir korpusa tērauda plāksnes, kuru biezums pārsniedz 25 mm, bet lieliem kravas kuģiem - pat vairāk nekā 60 mm. Lieli karakuģi un īpaši lieli konteinerkuģi var izmantot speciālu tēraudu ar 100 mm biezumu. Lāzermetināšanai ir lielāks ātrums, mazāka termiskā deformācija un atkārtota apstrāde, augstāka metināšanas kvalitāte, samazināts pildvielas patēriņš un ievērojami uzlabota produkta kvalitāte. Līdz ar lāzeru ar desmitiem tūkstošu vatu jaudu parādīšanos vairs nav ierobežojumu lāzergriešanai un metināšanai kuģu būvē, kas paver lielu potenciālu nākotnes aizstāšanai.

Luksusa kruīza kuģi tiek uzskatīti par kuģu būves nozares virsotni, ko tradicionāli monopolizēja dažas kuģu būvētavas, piemēram, Itālijas Fincantieri un Vācijas Meyer Werft. Lāzertehnoloģija ir plaši izmantota materiālu apstrādei kuģu būvniecības sākumposmā. Ķīnā pirmo vietēji ražoto kruīza kuģi plānots laist ūdenī līdz 2023. gada beigām. China Merchants Group ir arī pavirzījusi uz priekšu lāzerapstrādes centra būvniecību Nantong Haitongā sava kruīza kuģu ražošanas projekta ietvaros, kas ietver augstas jaudas lāzergriešanas un metināšanas plāno plākšņu ražošanas līniju. Paredzams, ka šī pielietojuma tendence pakāpeniski iekļūs civilajos komerciālajos kuģos. Ķīnai ir visvairāk kuģu būves pasūtījumu pasaulē, un lāzeru loma biezu metāla plākšņu griešanā un metināšanā turpinās pieaugt.

10 kW+ lāzeru pielietojums aviācijā

Aviācijas un kosmosa transporta sistēmas galvenokārt ietver raķetes un komerciālas lidmašīnas, un galvenais apsvērums ir svara samazināšana. Tas rada jaunas prasības alumīnija un titāna sakausējumu griešanai un metināšanai. Lāzertehnoloģija ir būtiska augstas precizitātes metināšanas un griešanas montāžas procesu sasniegšanai. 10 kW+ lieljaudas lāzeru parādīšanās ir nodrošinājusi visaptverošus uzlabojumus kosmosa nozarē griešanas kvalitātes, griešanas efektivitātes un augstas integrācijas intelekta ziņā. 

Aviācijas un kosmosa rūpniecības ražošanas procesā ir daudz detaļu, kurām nepieciešama griešana un metināšana, tostarp dzinēja sadegšanas kameras, dzinēja korpusi, lidmašīnu rāmji, astes spārnu paneļi, šūnveida konstrukcijas un helikopteru galvenie rotori. Šīm detaļām ir ārkārtīgi stingras prasības griešanas un metināšanas saskarnēm.

Airbus jau ilgu laiku izmanto lieljaudas lāzertehnoloģiju. A340 lidmašīnas ražošanā visas alumīnija sakausējuma iekšējās starpsienas tiek metinātas, izmantojot lāzerus. Revolucionārs progress ir panākts fizelāžas apšuvuma un stieņu lāzermetināšanā, kas ir ieviesta Airbus A380 lidmašīnā. Ķīna ir veiksmīgi veikusi vietējā ražojuma C919 lielās lidmašīnas testa lidojumu un piegādās to šogad. Ir arī nākotnes projekti, piemēram, C929 izstrāde. Var paredzēt, ka lāzeriem nākotnē būs vieta komerciālo lidmašīnu ražošanā.

Lāzertehnoloģija var palīdzēt droši būvēt kodolenerģijas objektus

Kodolenerģija ir jauns tīras enerģijas veids, un Amerikas Savienotajām Valstīm un Francijai ir vismodernākās tehnoloģijas atomelektrostaciju būvniecībā. Kodolenerģija veido aptuveni 70% no Francijas elektroenerģijas piegādes, un Ķīna sadarbojās ar Franciju tās kodolenerģijas objektu sākumposmā. Drošība ir vissvarīgākais kodolenerģijas iekārtu aspekts, un ir daudz metāla detaļu ar aizsargfunkcijām, kuras ir jāgriež vai jāmetina.

Ķīnas neatkarīgi izstrādātā lāzera intelektuālās izsekošanas MAG metināšanas tehnoloģija ir masveidā pielietota Tiaņvaņas atomelektrostacijas 7. un 8. bloka tērauda oderējuma kupolā un stobrā. Pašlaik tiek gatavots pirmais kodolklases iespiešanās uzmavu metināšanas robots.

Sekojot lāzeru attīstības tendencei, Teyu laida klajā īpaši jaudīgu CWFL-60000 šķiedru lāzera dzesētājs

Teyu ir sekojis līdzi lāzeru attīstības tendencēm un ir izstrādājis un ražojis īpaši jaudīgu šķiedru lāzera dzesētāju CWFL-60000, kas nodrošina stabilu dzesēšanu 60 kW lāzera iekārtām. Ar divkāršu neatkarīgu temperatūras kontroles sistēmu tā spēj atdzesēt gan augstas temperatūras lāzera galviņu, gan zemas temperatūras lāzera avotu, nodrošinot stabilu lāzera iekārtu jaudu un efektīvi garantējot jaudīgu lāzergriešanas iekārtu ātru un efektīvu darbību. 

Lāzertehnoloģiju izrāviens ir radījis plašu lāzerapstrādes iekārtu tirgu. Tikai ar pareizajiem rīkiem var noturēties vadībā sīvajā tirgus konkurencē. Tā kā ir nepieciešama pārveidošana un modernizācija augstas klases lietojumprogrammās, piemēram, kosmosa, kuģu būves un kodolenerģijas nozarē, pieaug pieprasījums pēc biezu tērauda plākšņu apstrādes, un lieljaudas lāzeri palīdzēs paātrināt nozares attīstību. Nākotnē īpaši lielas jaudas lāzeri ar jaudu virs 30 000 vatiem galvenokārt tiks izmantoti smagās rūpniecības jomās, piemēram, vēja enerģijā, hidroenerģijā, kodolenerģijā, kuģu būvē, kalnrūpniecības mašīnās, kosmosa un aviācijas nozarē.