Применение мощных лазеров в высокотехнологичной и тяжелой промышленности

За последние три года, в связи с пандемией, темпы роста спроса на промышленные лазеры замедлились. Однако развитие лазерных технологий не остановилось. В области волоконных лазеров были успешно запущены в производство сверхмощные волоконные лазеры мощностью 60 кВт и более, что вывело мощность промышленных лазеров на новый уровень.

Насколько велик спрос на лазеры высокой мощности — свыше 30 000 Вт?

Для многомодовых непрерывных волоконных лазеров увеличение мощности путём добавления модулей, по-видимому, является общепринятым подходом. В последние несколько лет мощность увеличивалась на 10 000 Вт в год. Однако реализация промышленной резки и сварки сверхмощными лазерами ещё сложнее и требует большей стабильности. В 2022 году мощность 30 000 Вт будет использоваться в крупномасштабной лазерной резке, а оборудование мощностью 40 000 Вт в настоящее время находится на стадии разработки для мелкосерийного применения.

В эпоху киловаттных волоконных лазеров мощность менее 6 кВт может использоваться для резки и сварки большинства распространённых металлических изделий, таких как лифты, автомобили, ванные комнаты, кухонная утварь, мебель и шасси, толщиной не более 10 мм как для листовых, так и для трубчатых материалов. Скорость резки лазера мощностью 10 000 Вт вдвое превышает скорость лазера мощностью 6 000 Вт, а скорость резки лазера мощностью 20 000 Вт более чем на 60% выше, чем у лазера мощностью 10 000 Вт. Он также преодолевает ограничение по толщине и может резать углеродистую сталь толщиной более 50 мм, что редко встречается в изделиях общепромышленного назначения. А как насчёт лазеров высокой мощности, превышающей 30 000 Вт?

Применение мощных лазеров для повышения качества судостроения

В апреле этого года президент Франции Макрон посетил Китай в сопровождении таких компаний, как Airbus, DaFei Shipping и французского поставщика электроэнергии Électricité de France.

Французская авиастроительная компания Airbus объявила о соглашении о оптовой закупке 160 самолётов с Китаем общей стоимостью около 20 миллиардов долларов. Компания также построит вторую производственную линию в Тяньцзине. China Shipbuilding Group Corporation подписала соглашение о сотрудничестве с французской компанией DaFei Shipping Group, которое предусматривает строительство 16 сверхбольших контейнеровозов типа 2 общей стоимостью более 21 миллиарда юаней. China General Nuclear Power Group и Électricité de France тесно сотрудничают, и классическим примером такого сотрудничества является атомная электростанция Тайшань.

Мощное лазерное оборудование мощностью от 30 000 до 50 000 Вт способно резать стальные листы толщиной более 100 мм. Судостроение — отрасль, широко использующая толстые металлические листы: толщина корпусов коммерческих судов обычно превышает 25 мм, а крупных грузовых судов — даже 60 мм. На крупных военных кораблях и сверхбольших контейнеровозах могут использоваться специальные стали толщиной 100 мм. Лазерная сварка отличается более высокой скоростью, меньшими термическими деформациями и необходимостью повторной обработки, более высоким качеством сварных швов, сниженным расходом присадочного материала и значительно улучшенным качеством продукции. С появлением лазеров мощностью в десятки тысяч ватт ограничения в области лазерной резки и сварки в судостроении сняты, что открывает большие возможности для их замены в будущем.

Роскошные круизные лайнеры считаются вершиной судостроительной промышленности, традиционно монополизированной несколькими верфями, такими как итальянская Fincantieri и немецкая Meyer Werft. Лазерные технологии широко используются для обработки материалов на ранних стадиях строительства судов. Первый круизный лайнер отечественного производства в Китае планируется спустить на воду к концу 2023 года. China Merchants Group также продвинулась в строительстве центра лазерной обработки в Наньтун-Хайтуне для своего проекта по производству круизных судов, который включает в себя линию по производству тонких пластин с мощной лазерной резкой и сваркой. Ожидается, что эта тенденция применения постепенно проникнет и на гражданские коммерческие суда. У Китая больше всего заказов на судостроение в мире, и роль лазеров в резке и сварке толстых металлических листов будет продолжать расти.

Применение лазеров мощностью 10 кВт и более в аэрокосмической отрасли

Аэрокосмические транспортные системы, в первую очередь, включают ракеты и коммерческие самолёты, где снижение веса является ключевым фактором. Это предъявляет новые требования к резке и сварке алюминиевых и титановых сплавов. Лазерные технологии играют ключевую роль в достижении высокой точности процессов сварки и резки при сборке. Появление мощных лазеров мощностью более 10 кВт привело к существенному улучшению аэрокосмической отрасли с точки зрения качества и эффективности резки, а также высокой степени интеграции интеллектуальных систем.

В процессе производства в аэрокосмической промышленности используется множество компонентов, требующих резки и сварки, включая камеры сгорания двигателей, корпуса двигателей, каркасы самолётов, панели хвостового оперения, сотовые конструкции и несущие винты вертолётов. К этим компонентам предъявляются чрезвычайно строгие требования к сопряжениям при резке и сварке.

Компания Airbus уже давно использует технологию мощных лазеров. При производстве самолёта A340 все внутренние переборки из алюминиевого сплава свариваются лазерами. Прорывной прогресс был достигнут в области лазерной сварки обшивки фюзеляжа и стрингеров, которая внедрена на Airbus A380. Китай успешно провёл испытания большого самолёта C919 собственного производства и поставит его заказчику в этом году. Существуют также перспективные проекты, такие как разработка C929. Можно предвидеть, что лазеры найдут своё место в производстве коммерческих самолётов в будущем.

Лазерные технологии могут помочь в безопасном строительстве объектов атомной энергетики

Атомная энергетика — это новая форма чистой энергии, и США и Франция обладают самыми передовыми технологиями в строительстве атомных электростанций. На атомную энергетику приходится около 70% электроэнергии, потребляемой Францией, и Китай сотрудничал с Францией на ранних этапах строительства своих атомных электростанций. Безопасность — важнейший аспект атомных электростанций, и многие металлические компоненты, выполняющие защитные функции, требуют резки или сварки.

Разработанная Китаем технология лазерной сварки MAG с интеллектуальным отслеживанием была массово применена при сварке стальных куполов и стволов энергоблоков №7 и №8 Тяньваньской АЭС. В настоящее время разрабатывается первый робот для сварки проплавных муфт ядерного класса.

Следуя тенденциям развития лазеров, компания Teyu выпустила сверхмощный волоконный лазер CWFL-60000 охладитель .

Компания Teyu, следуя тенденциям развития лазерной техники, разработала и выпустила сверхмощный волоконный лазер CWFL-60000 охладитель, обеспечивающий стабильное охлаждение лазерного оборудования мощностью 60 кВт. Благодаря двойной независимой системе управления температурой, лазер способен охлаждать как высокотемпературную лазерную головку, так и низкотемпературный источник лазерного излучения, обеспечивая стабильную выходную мощность лазерного оборудования и эффективно гарантируя быструю и эффективную работу мощных лазерных режущих станков.

Прорыв в лазерных технологиях породил широкий рынок оборудования для лазерной обработки. Только с помощью правильного оборудования можно оставаться лидером в условиях жесткой рыночной конкуренции. В связи с необходимостью трансформации и модернизации в таких высокотехнологичных областях, как аэрокосмическая промышленность, судостроение и атомная энергетика, растет спрос на обработку толстолистовой стали, и мощные лазеры будут способствовать ускоренному развитию этой отрасли. В будущем сверхмощные лазеры мощностью более 30 000 Вт будут использоваться преимущественно в таких отраслях тяжелой промышленности, как ветроэнергетика, гидроэнергетика, атомная энергетика, судостроение, горнодобывающее машиностроение, аэрокосмическая промышленность и авиация.