Ứng dụng laser công suất cao trong công nghệ cao và công nghiệp nặng

Trong ba năm qua, do đại dịch, tốc độ tăng trưởng nhu cầu laser công nghiệp đã chậm lại. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ laser vẫn không ngừng lại. Trong lĩnh vực laser sợi quang, các loại laser sợi quang công suất cực cao từ 60kW trở lên đã liên tục được ra mắt, đẩy công suất của laser công nghiệp lên một tầm cao mới.

Nhu cầu về laser công suất cao trên 30.000 watt là bao nhiêu?

Đối với các laser sợi quang đa chế độ liên tục, việc tăng công suất bằng cách thêm các mô-đun dường như là phương pháp được thống nhất. Trong vài năm qua, công suất đã tăng thêm 10.000 watt mỗi năm. Tuy nhiên, việc thực hiện cắt và hàn công nghiệp bằng laser công suất cực cao thậm chí còn khó khăn hơn và đòi hỏi độ ổn định cao hơn. Năm 2022, công suất 30.000 watt sẽ được sử dụng rộng rãi trong cắt laser, và thiết bị 40.000 watt hiện đang trong giai đoạn nghiên cứu ứng dụng quy mô nhỏ.

Trong kỷ nguyên của laser sợi quang công suất kilowatt, công suất dưới 6kW có thể được sử dụng để cắt và hàn hầu hết các sản phẩm kim loại thông dụng, chẳng hạn như thang máy, ô tô, phòng tắm, đồ dùng nhà bếp, đồ nội thất và khung gầm, với độ dày không quá 10mm đối với cả vật liệu dạng tấm và dạng ống. Tốc độ cắt của laser 10.000 watt gấp đôi so với laser 6.000 watt, và tốc độ cắt của laser 20.000 watt cao hơn hơn 60% so với laser 10.000 watt. Nó cũng phá vỡ giới hạn độ dày và có thể cắt thép carbon dày hơn 50mm, điều này rất hiếm gặp trong các sản phẩm công nghiệp nói chung. Vậy còn laser công suất cao trên 30.000 watt thì sao?

Ứng dụng laser công suất cao để nâng cao chất lượng đóng tàu.

Vào tháng 4 năm nay, Tổng thống Pháp Macron đã có chuyến thăm Trung Quốc, tháp tùng các công ty như Airbus, DaFei Shipping và nhà cung cấp điện Pháp Électricité de France.

Hãng sản xuất máy bay Airbus của Pháp đã công bố thỏa thuận mua số lượng lớn 160 máy bay với Trung Quốc, tổng trị giá khoảng 20 tỷ USD. Họ cũng sẽ xây dựng dây chuyền sản xuất thứ hai tại Thiên Tân. Tập đoàn đóng tàu Trung Quốc (China Shipbuilding Group Corporation) đã ký thỏa thuận hợp tác với công ty DaFei Shipping Group của Pháp, bao gồm việc đóng 16 tàu container siêu lớn loại 2, trị giá hơn 21 tỷ nhân dân tệ. Tập đoàn điện hạt nhân Trung Quốc (China General Nuclear Power Group) và Tập đoàn điện lực Pháp (Électricité de France) có sự hợp tác chặt chẽ, với nhà máy điện hạt nhân Taishan là một ví dụ điển hình.

Thiết bị laser công suất cao từ 30.000 đến 50.000 watt có khả năng cắt các tấm thép dày hơn 100mm. Ngành đóng tàu sử dụng rộng rãi các tấm kim loại dày, với các tàu thương mại điển hình có vỏ thép dày hơn 25mm, và các tàu chở hàng lớn thậm chí còn dày hơn 60mm. Các tàu chiến lớn và tàu container siêu lớn có thể sử dụng thép đặc biệt dày 100mm. Hàn laser có tốc độ nhanh hơn, ít biến dạng nhiệt và cần làm lại, chất lượng mối hàn cao hơn, giảm tiêu thụ vật liệu hàn và cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm. Với sự xuất hiện của các loại laser có công suất hàng chục nghìn watt, không còn giới hạn nào trong việc cắt và hàn laser cho ngành đóng tàu, mở ra tiềm năng to lớn cho việc thay thế trong tương lai.

Du thuyền hạng sang từ lâu đã được coi là đỉnh cao của ngành công nghiệp đóng tàu, vốn truyền thống bị độc quyền bởi một vài xưởng đóng tàu như Fincantieri của Ý và Meyer Werft của Đức. Công nghệ laser đã được sử dụng rộng rãi trong xử lý vật liệu ở giai đoạn đầu của quá trình đóng tàu. Du thuyền nội địa đầu tiên của Trung Quốc dự kiến ​​sẽ được hạ thủy vào cuối năm 2023. Tập đoàn China Merchants Group cũng đã đẩy nhanh việc xây dựng một trung tâm xử lý laser tại Nantong Haitong cho dự án sản xuất du thuyền của họ, bao gồm dây chuyền sản xuất tấm mỏng cắt và hàn laser công suất cao. Xu hướng ứng dụng này dự kiến ​​sẽ dần thâm nhập vào các tàu thương mại dân dụng. Trung Quốc có số lượng đơn đặt hàng đóng tàu nhiều nhất thế giới, và vai trò của laser trong việc cắt và hàn các tấm kim loại dày sẽ tiếp tục phát triển.

Ứng dụng laser công suất 10kW trở lên trong ngành hàng không vũ trụ

Các hệ thống vận tải hàng không vũ trụ chủ yếu bao gồm tên lửa và máy bay thương mại, trong đó việc giảm trọng lượng là một yếu tố quan trọng. Điều này đặt ra những yêu cầu mới đối với việc cắt và hàn hợp kim nhôm và titan. Công nghệ laser là yếu tố thiết yếu để đạt được các quy trình lắp ráp hàn và cắt có độ chính xác cao. Sự xuất hiện của các laser công suất cao 10kW trở lên đã mang lại những nâng cấp toàn diện cho lĩnh vực hàng không vũ trụ về chất lượng cắt, hiệu quả cắt và khả năng tích hợp thông minh cao.

Trong quy trình sản xuất của ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, có rất nhiều bộ phận cần cắt và hàn, bao gồm buồng đốt động cơ, vỏ động cơ, khung máy bay, tấm cánh đuôi, cấu trúc dạng tổ ong và cánh quạt chính của máy bay trực thăng. Các bộ phận này có yêu cầu cực kỳ khắt khe đối với các giao diện cắt và hàn.

Airbus đã sử dụng công nghệ laser công suất cao từ lâu. Trong quá trình sản xuất máy bay A340, tất cả các vách ngăn bên trong bằng hợp kim nhôm đều được hàn bằng laser. Những tiến bộ đột phá đã đạt được trong việc hàn laser các tấm vỏ và thanh giằng thân máy bay, điều này đã được áp dụng trên máy bay Airbus A380. Trung Quốc đã thử nghiệm thành công máy bay cỡ lớn C919 do trong nước sản xuất và sẽ bàn giao trong năm nay. Ngoài ra còn có các dự án trong tương lai như phát triển C929. Có thể dự đoán rằng laser sẽ có một vị trí quan trọng trong sản xuất máy bay thương mại trong tương lai.

Công nghệ laser có thể hỗ trợ việc xây dựng an toàn các cơ sở điện hạt nhân.

Năng lượng hạt nhân là một dạng năng lượng sạch mới, và Hoa Kỳ cùng Pháp sở hữu công nghệ tiên tiến nhất trong việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân. Điện hạt nhân chiếm khoảng 70% nguồn cung cấp điện của Pháp, và Trung Quốc đã hợp tác với Pháp trong giai đoạn đầu xây dựng các cơ sở điện hạt nhân của mình. An toàn là khía cạnh quan trọng nhất của các nhà máy điện hạt nhân, và có nhiều bộ phận kim loại có chức năng bảo vệ cần phải cắt hoặc hàn.

Công nghệ hàn MAG thông minh bằng laser do Trung Quốc tự phát triển đã được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo vòm và thân lò phản ứng bằng thép của các tổ máy số 7 và 8 tại Nhà máy điện hạt nhân Thiên Niên. Robot hàn ống xuyên thấu cấp hạt nhân đầu tiên hiện đang được chế tạo.

Theo xu hướng phát triển của laser, Teyu đã cho ra mắt laser công suất cực cao CWFL-60000. máy làm lạnh laser sợi quang .

Teyu luôn bắt kịp xu hướng phát triển của công nghệ laser và đã phát triển, sản xuất bộ làm lạnh laser sợi quang công suất cực cao CWFL-60000, cung cấp... Hệ thống làm mát ổn định cho thiết bị laser 60kW Với hệ thống điều khiển nhiệt độ kép độc lập, nó có khả năng làm mát cả đầu laser nhiệt độ cao và nguồn laser nhiệt độ thấp, cung cấp đầu ra ổn định cho thiết bị laser và đảm bảo hiệu quả hoạt động nhanh chóng và hiệu suất cao của máy cắt laser công suất cao.

Sự đột phá trong công nghệ laser đã tạo ra một thị trường rộng lớn cho thiết bị gia công laser. Chỉ với những công cụ phù hợp, người ta mới có thể dẫn đầu trong cuộc cạnh tranh khốc liệt trên thị trường. Với nhu cầu chuyển đổi và nâng cấp trong các ứng dụng cao cấp như hàng không vũ trụ, đóng tàu và năng lượng hạt nhân, nhu cầu gia công thép tấm dày đang tăng lên, và laser công suất cao sẽ hỗ trợ đẩy nhanh sự phát triển của ngành công nghiệp này. Trong tương lai, laser siêu công suất với công suất trên 30.000 watt sẽ được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực công nghiệp nặng như điện gió, thủy điện, năng lượng hạt nhân, đóng tàu, máy móc khai thác mỏ, hàng không vũ trụ và hàng không.