Застосування потужних лазерів у високотехнологічній та важкій промисловості

За останні три роки через пандемію темпи зростання попиту на промислові лазери сповільнилися. Однак розвиток лазерних технологій не зупинився. У галузі волоконних лазерів послідовно запускалися надпотужні волоконні лазери потужністю 60 кВт і вище, що вивело потужність промислових лазерів на новий рівень.

Який попит існує на потужні лазери понад 30 000 Вт?

Для багатомодових безперервних волоконних лазерів збільшення потужності шляхом додавання модулів, здається, є узгодженим способом. За останні кілька років потужність збільшувалася на 10 000 ват щороку. Однак реалізація промислового різання та зварювання для лазерів надвисокої потужності є ще складнішою та вимагає більшої стабільності. У 2022 році потужність 30 000 Вт буде використовуватися у великих масштабах для лазерного різання, а обладнання потужністю 40 000 Вт зараз перебуває на стадії дослідження для дрібномасштабного застосування.

В еру кіловатних волоконних лазерів потужністю менше 6 кВт можна використовувати для різання та зварювання найпоширеніших металевих виробів, таких як ліфти, автомобілі, ванні кімнати, кухонне начиння, меблі та шасі, з товщиною не більше 10 мм як для листових, так і для трубних матеріалів. Швидкість різання лазера потужністю 10 000 Вт вдвічі вища, ніж у лазера потужністю 6 000 Вт, а швидкість різання лазера потужністю 20 000 Вт більш ніж на 60% вища, ніж у лазера потужністю 10 000 Вт. Він також порушує обмеження товщини та може різати вуглецеву сталь товщиною понад 50 мм, що рідко трапляється в загальнопромислових виробах. То як щодо потужних лазерів понад 30 000 Вт?

Застосування потужних лазерів для покращення якості суднобудування

У квітні цього року президент Франції Макрон відвідав Китай у супроводі таких компаній, як Airbus, DaFei Shipping та французький постачальник електроенергії Électricité de France.

Французький виробник літаків Airbus оголосив про укладення угоди з Китаєм про оптову закупівлю 160 літаків загальною вартістю приблизно 20 мільярдів доларів. Вони також будуватимуть другу виробничу лінію в Тяньцзіні. Китайська суднобудівна група (China Shipbuilding Group Corporation) підписала угоду про співпрацю з французькою компанією DaFei Shipping Group, що включає будівництво 16 надвеликих контейнеровозів типу 2 вартістю понад 21 мільярд юанів. Китайська компанія General Nuclear Power Group та Électricité de France тісно співпрацюють, класичним прикладом чого є атомна електростанція Тайшань.

Потужне лазерне обладнання від 30 000 до 50 000 Вт має можливість різати сталеві листи товщиною понад 100 мм. Суднобудування — це галузь, яка широко використовує товсті металеві листи, причому типові комерційні судна мають сталеві листи корпусу товщиною понад 25 мм, а великі вантажні судна навіть перевищують 60 мм. Великі військові кораблі та надвеликі контейнеровози можуть використовувати спеціальні сталі товщиною 100 мм. Лазерне зварювання має вищу швидкість, менше теплових деформацій та повторної обробки, вищу якість зварного шва, зменшену витрату присадного матеріалу та значно покращену якість продукції. З появою лазерів потужністю десятки тисяч ват, обмеження на лазерне різання та зварювання для суднобудування зникли, що відкриває великий потенціал для майбутньої заміни.

Розкішні круїзні лайнери вважалися вершиною суднобудівної галузі, традиційно монополізованої кількома верфями, такими як італійська Fincantieri та німецька Meyer Werft. Лазерна технологія широко використовується для обробки матеріалів на ранніх стадіях будівництва суден. Перший круїзний лайнер вітчизняного виробництва в Китаї планують спустити на воду до кінця 2023 року. China Merchants Group також просунула будівництво центру лазерної обробки в Наньтуні Хайтун для свого проекту з виробництва круїзних лайнерів, який включає потужну лінію лазерного різання та зварювання тонких листів. Очікується, що ця тенденція застосування поступово проникне на цивільні комерційні судна. Китай має найбільше замовлень на суднобудування у світі, і роль лазерів у різанні та зварюванні товстих металевих пластин продовжуватиме зростати.

Застосування лазерів потужністю 10 кВт+ в аерокосмічній галузі

Аерокосмічні транспортні системи включають, головним чином, ракети та комерційні літаки, причому зниження ваги є ключовим фактором. Це накладає нові вимоги до різання та зварювання алюмінієвих і титанових сплавів. Лазерна технологія є важливою для досягнення високоточних процесів зварювання та різання. Поява лазерів потужністю понад 10 кВт принесла комплексні оновлення в аерокосмічну галузь з точки зору якості різання, ефективності різання та високої інтеграції інтелекту. 

У виробничому процесі аерокосмічної промисловості є багато компонентів, які потребують різання та зварювання, включаючи камери згоряння двигунів, корпуси двигунів, рами літаків, панелі хвостового крила, стільникові структури та головні ротори вертольотів. Ці компоненти мають надзвичайно суворі вимоги до місць з'єднання різання та зварювання.

Airbus вже давно використовує потужні лазерні технології. Під час виробництва літака A340 всі внутрішні перегородки з алюмінієвих сплавів зварюються за допомогою лазерів. Проривного прогресу досягнуто в лазерному зварюванні обшивки фюзеляжу та стрингерів, яке було впроваджено на Airbus A380. Китай успішно провів випробування великого літака C919 вітчизняного виробництва та поставить його країні цього року. Також є майбутні проекти, такі як розробка C929. Можна передбачити, що лазери матимуть місце у виробництві комерційних літаків у майбутньому.

Лазерні технології можуть допомогти в безпечному будівництві атомних електростанцій

Атомна енергетика — це нова форма чистої енергії, а Сполучені Штати та Франція мають найсучасніші технології в будівництві атомних електростанцій. Атомна енергетика забезпечує приблизно 70% електроенергії Франції, і Китай співпрацював з Францією на ранніх етапах будівництва її ядерних енергетичних об'єктів. Безпека є найважливішим аспектом ядерних енергетичних установок, і існує багато металевих компонентів із захисними функціями, які потребують різання або зварювання.

Незалежно розроблена Китаєм технологія лазерного інтелектуального відстеження MAG-зварювання масово застосовується в сталевому куполі та корпусі облицювання блоків 7 та 8 Тяньваньської атомної електростанції. Перший робот для зварювання проникаючих муфт ядерного класу зараз готується.

Слідуючи тенденціям розвитку лазерів, Teyu випустила надвисокопотужний лазер CWFL-60000. волоконний лазерний чилер

Компанія Teyu йде в ногу з тенденціями розвитку лазерів і розробила та випустила надвисокопотужний чилер для волоконного лазера CWFL-60000, який забезпечує стабільне охолодження лазерного обладнання потужністю 60 кВт. Завдяки подвійній незалежній системі контролю температури, він здатний охолоджувати як високотемпературну лазерну головку, так і низькотемпературне лазерне джерело, забезпечуючи стабільну вихідну потужність для лазерного обладнання та ефективно гарантуючи швидку та ефективну роботу потужних лазерних різальних машин. 

Прорив у лазерних технологіях породив широкий ринок обладнання для лазерної обробки. Тільки з правильними інструментами можна залишатися попереду в умовах жорсткої конкуренції на ринку. З огляду на потребу в трансформації та модернізації у високотехнологічних галузях, таких як аерокосмічна промисловість, суднобудування та ядерна енергетика, попит на обробку товстолистової сталі зростає, а потужні лазери сприятимуть прискореному розвитку цієї галузі. У майбутньому лазери надвисокої потужності потужністю понад 30 000 Вт будуть використовуватися переважно у важкій промисловості, такій як вітроенергетика, гідроенергетика, атомна енергетика, суднобудування, гірничодобувне машинобудування, аерокосмічна та авіаційна промисловість.