Ứng dụng của Laser công suất cao trong các ngành công nghiệp nặng và công nghệ cao

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 hề dừng lại. Trong lĩnh vực laser sợi quang, các loại laser sợi quang công suất cực cao từ 60kW trở lên đã liên tiếp được ra mắt, đưa công suất laser công nghiệp lên một tầm cao mới.

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

Đối với laser sợi quang liên tục đa chế độ, việc tăng công suất bằng cách bổ sung các mô-đun dường như là giải pháp được chấp thuận. Trong vài năm qua, công suất đã tăng 10.000 watt mỗi năm. Tuy nhiên, việc hiện thực hóa việc 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. Vào năm 2022, công suất 30.000 watt sẽ được sử dụng trên quy mô lớn trong lĩnh vực cắt laser, và thiết bị 40.000 watt hiện đang trong giai đoạn thăm dò để ứng dụng quy mô nhỏ.

Trong kỷ nguyên laser sợi quang kilowatt, công suất dưới 6kW có thể được sử dụng để cắt và hàn hầu hết các sản phẩm kim loại phổ biến, 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 cho cả vật liệu tấm và ống. Tốc độ cắt của laser 10.000 watt gấp đôi laser 6.000 watt, và tốc độ cắt của laser 20.000 watt cao hơn 60% so với laser 10.000 watt. Nó cũng phá vỡ giới hạn độ dày và có thể cắt thép carbon trên 50mm, điều này rất hiếm gặp ở 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 đến thăm Trung Quốc, cùng với các công ty như Airbus, DaFei Shipping và nhà cung cấp điện của Pháp Électricité de France.

Airbus, nhà sản xuất máy bay của Pháp, đã công bố thỏa thuận mua số lượng lớn 160 máy bay với Trung Quốc, với tổng giá trị khoảng 20 tỷ đô la. Họ cũng sẽ xây dựng dây chuyền sản xuất thứ hai tại Thiên Tân. Tập đoàn Đóng tàu Trung Quốc đã ký thỏa thuận hợp tác với Tập đoàn Vận tải DaFei của Pháp, bao gồm việc đóng 16 tàu container siêu lớn Loại 2, với giá trị hơn 21 tỷ nhân dân tệ. Tập đoàn Điện hạt nhân Trung Quốc và Électricité de France có mối quan hệ hợp tác chặt chẽ, với Nhà máy Điện hạt nhân Thái Sơn là một ví dụ điển hình.

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

Tàu du lịch hạng sang được coi là đỉnh cao của ngành đóng tàu, vốn trước đây do một số ít xưởng đóng tàu độc quyền như Fincantieri của Ý và Meyer Werft của Đức. Công nghệ laser đã được sử dụng rộng rãi để xử lý vật liệu trong giai đoạn đầu của quá trình đóng tàu. Tàu du lịch nội địa đầu tiên của Trung Quốc dự kiến ​​sẽ hạ thủy vào cuối năm 2023. Tập đoàn China Merchants cũng đã thúc đẩy việc xây dựng một trung tâm xử lý laser tại Nam Thông, Hải Thông cho dự án sản xuất tàu du lịch của họ, bao gồm một dây chuyền sản xuất tấm mỏng hàn và cắt laser công suất cao. Xu hướng ứng dụng này dự kiến ​​sẽ dần dần thâm nhập vào các tàu thương mại dân dụng. Trung Quốc có nhiều đơn đặt hàng đóng tàu nhất thế giới và vai trò của laser trong việc cắt và hàn các tấm kim loại dày sẽ tiếp tục tăng lên.

Ứng dụng của laser 10kW+ trong ngành hàng không vũ trụ

Hệ thống vận tải hàng không vũ trụ chủ yếu bao gồm tên lửa và máy bay thương mại, với việc giảm trọng lượng là một yếu tố then chốt. Điều này đặt ra những yêu cầu mới về cắt và hàn hợp kim nhôm và titan. Công nghệ laser là yếu tố thiết yếu để đạt được quy trình hàn và lắp ráp cắt có độ chính xác cao. Sự ra đời của laser công suất cao trên 10kW đã mang lại những nâng cấp toàn diện cho lĩnh vực hàng không vũ trụ về chất lượng cắt, hiệu suất cắt và trí tuệ tích hợp cao.

Trong quy trình sản xuất của ngành hàng không vũ trụ, có rất nhiều bộ phận cần được cắt và hàn, bao gồm buồng đốt động cơ, vỏ động cơ, khung máy bay, tấm cánh đuôi, cấu trúc tổ ong và cánh quạt chính của trực thăng. Các bộ phận này có yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về 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. Công nghệ hàn laser vỏ thân máy bay và thanh giằng đã đạt được những tiến bộ đột phá, được áp dụng trên Airbus A380. Trung Quốc đã bay thử nghiệm thành công máy bay cỡ lớn C919 sản xuất trong nước 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 vị trí quan trọng trong sản xuất máy bay thương mại trong tương lai.

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

Điện 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 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 ngay từ giai đoạn đầu xây dựng các cơ sở điện hạt nhân. An toàn là yếu tố quan trọng nhất của các cơ sở điện hạt nhân, và có nhiều bộ phận kim loại có chức năng bảo vệ cần được cắt hoặc hàn.

Công nghệ hàn MAG theo dõi thông minh bằng laser do Trung Quốc tự phát triển đã được ứng dụng rộng rãi trong vòm và thân lò phản ứng bằng thép của Tổ máy 7 và 8 tại Nhà máy Điện hạt nhân Thiên Loan. 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 máy làm lạnh laser sợi quang công suất cực cao CWFL-60000.

Teyu đã bắt kịp xu hướng phát triển laser và đã phát triển và sản xuất máy làm lạnh laser sợi quang công suất cực cao CWFL-60000, cung cấp khả năng làm mát ổn định cho thiết bị laser 60kW. Với hệ thống kiểm soát nhiệt độ độc lập kép, máy có thể 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 quả 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, doanh nghiệp mới có thể dẫn đầu trong cuộc cạnh tranh khốc liệt của thị trường. Với nhu cầu chuyển đổi và nâng cấp trong các ứng dụng cao cấp như hàng không vũ trụ, đóng tàu và điện hạt nhân, nhu cầu gia công thép tấm dày đang ngày càng tăng, và laser công suất cao sẽ hỗ trợ sự phát triển nhanh chóng của ngành. Trong tương lai, laser công suất cực cao với công suất trên 30.000 watt sẽ chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp nặng như điện gió, thủy điện, điện hạt nhân, đóng tàu, máy móc khai thác mỏ, hàng không vũ trụ và hàng không.