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 về laser công nghiệp đã chậm lại. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ laser vẫn chưa 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 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 laser sợi quang liên tục đa chế độ, việc tăng công suất bằng cách thêm mô-đun có vẻ là giải pháp được chấp nhận. Trong vài năm trở lại đây, công suất điện đã tăng thêm 10.000 watt mỗi năm. Tuy nhiên, việc thực hiện cắt và hàn công nghiệp cho tia laser công suất cực cao thậm chí còn khó khăn hơn và đòi hỏi tính ổn định cao hơn. Năm 2022, công suất 30.000 watt sẽ được sử dụng trên quy mô lớn trong cắt laser và thiết bị 40.000 watt hiện đang trong giai đoạn thăm dò để ứng dụng trên quy mô nhỏ.

Trong thời đại của tia laser sợi quang kilowatt, công suất dưới 6kW có thể được sử dụng để cắt và hàn hầu hết các sản phẩm kim loại thông thường, 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 tia laser 10.000 watt gấp đôi tốc độ cắt của tia laser 6.000 watt và tốc độ cắt của tia laser 20.000 watt cao hơn 60% so với tốc độ cắt của tia laser 10.000 watt. Máy còn phá vỡ giới hạn độ dày và có thể cắt thép cacbon dày hơn 50mm, điều này hiếm thấy ở các sản phẩm công nghiệp nói chung. Vậy còn tia 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 ở Thiên Tân. Tập đoàn đóng tàu Trung Quốc đã ký thỏa thuận hợp tác với Tập đoàn vận tải biển 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 sự hợp tác chặt chẽ, trong đó 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. Đóng tàu là ngành sử dụng rộng rãi các tấm kim loại dày, trong đó tàu thương mại thông thường có tấm thép thân tàu dày hơn 25mm, và tàu chở hàng lớn thậm chí dày hơn 60mm. Các tàu chiến lớn và tàu container siêu lớn có thể sử dụng thép chuyên dụng có độ dày 100mm. Hàn laser có tốc độ nhanh hơn, ít biến dạng nhiệt và làm 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 tia laser có công suất hàng chục nghìn watt, không còn giới hạn trong việc cắt và hàn bằng 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, theo truyền thống do một số ít xưởng đóng tàu như Fincantieri của Ý và Meyer Werft của Đức độc quyền. 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 đầu tiên do Trung Quốc sản xuất dự kiến sẽ ra mắt vào cuối năm 2023. China Merchants Group cũng đã đẩy mạnh 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 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 tia 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, trong đó giảm trọng lượng là yếu tố quan trọng cần cân nhắc. Điều này đặt ra những yêu cầu mới về cắt và hàn hợp kim nhôm và titan. Công nghệ laser rất cần thiết để đạt được quy trình lắp ráp hàn và cắt có độ chính xác cao. Sự xuất hiện của tia laser công suất cao 10kW+ đã mang lại những nâng cấp toàn diện cho lĩnh vực hàng không vũ trụ về chất lượng cắt, hiệu quả cắt và trí thông minh tích hợp cao 

Trong quá trình sản xuất của ngành hàng không vũ trụ, có nhiều bộ phận cần phải 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 thành phần này có yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về giao diện cắt và hàn.

Airbus đã sử dụng công nghệ laser công suất cao trong một thời gian dài. Trong quá trình sản xuất máy bay A340, tất cả các vách ngăn bên trong bằng hợp kim nhôm đều được hàn bằng tia laser. Tiến bộ đột phá đã được thực hiện trong công nghệ hàn laser lớp vỏ và thanh dọc thân máy bay, được áp dụng trên máy bay Airbus A380. Trung Quốc đã thử nghiệm thành công máy bay 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 thấy trước rằng tia laser sẽ có vai trò trong việc 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

Năng lượng hạt nhân là một dạng năng lượng sạch mới và Hoa Kỳ và Pháp có 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. An toàn là khía cạnh quan trọng nhất của các cơ sở điện hạt nhân và có nhiều bộ phận kim loại có chức năng bảo vệ cần phải cắt hoặc hàn.

Công nghệ hàn MAG theo dõi thông minh bằng laser do Trung Quốc phát triển độc lập đã được ứng dụng rộng rãi trong mái vòm và thùng thép của Tổ máy 7 và 8 tại Nhà máy điện hạt nhân Tianwan. 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 CWFL-60000 công suất cực cao máy làm lạnh laser sợi quang

Teyu đã theo kịp xu hướng phát triển của 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, hệ thống 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 xử lý laser. Chỉ có những công cụ phù hợp 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 năng lượng hạt nhân, nhu cầu gia công thép tấm dày đang tăng lên và tia laser công suất cao sẽ hỗ trợ cho sự phát triển nhanh chóng của ngành. Trong tương lai, tia 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 năng lượng gió, thủy điện, năng lượng hạt nhân, đóng tàu, máy móc khai thác mỏ, hàng không vũ trụ và hàng không.