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特域S&A分析:高功率激光焊接的突破

发布时间:2022-08-20 11:34:51

高功率激光冷水机

常见的工业激光器类型包括固态激光器、CO2激光器和光纤激光器等,随着激光技术的不断突破,功率不断得到提升,激光器的适用领域更加广泛,激光器的用途分工也变得明晰。然而光纤激光器技术的革新,成为了市场与工艺分工的改革者。

原来的中小功率焊接习惯用的YAG固态激光器光纤激光器也适用了;原来擅长中高功率切割金属的轴流CO2激光器,光纤激光器也适用了;适用于高功率焊接的半导体激光器,由于光纤激光器采用辅助的摆动焊接克服了难点,也能适用。光纤激光器在精密激光加工领域也对其它类型激光器发起了类似挑战。

光纤激光器由于适用性强、使用成本低等优点而广受欢迎,激光器厂商也不断推高产品功率,从1万瓦、2万瓦到4万瓦,不久前创鑫激光宣布推出5万瓦商用光纤激光器。至今为止光纤激光器更成熟的应用仍然是激光切割,更准确说是金属的前端开料切割。可以说激光器的焊接未被充分挖掘,焊接的应用从前端部件加工到后端的产品成型,都可以用到,理论上市场是更为广阔,但是由于其加工工艺有一定技术要求,而且需要精准的加工需求带动,常常是行业定制的激光焊接设备。

那么未来高功率激光焊接最具有潜力的发展在哪里呢?

新能源在激光加工

目前提及新能源,很多人想到新能源汽车和电池,严格来说新能源就是清洁能源,风能、水能、太阳能、核能等,最终的使用方式都是电力,储电设备和电池都能算是新能源的产品。

我国非常重视风能的发展,原先配合西部大开发以大西北为重点区域,后来发现使用市场和人口集中的东部南部沿海,因此近几年风能的发展转移到沿海城市。广东计划在未来20年内投资近万亿发展沿海风力电场。风车叶片、转子、基座、发电机、塔筒等是风电设备主要构成,塔筒、基座等大部件金属需要大量的高功率焊接,厚度超过20mm甚至50mm以上,可适用万瓦激光焊接,甚至是4万瓦的激光焊接都有需求。国内目前已经有尝试3.2万瓦激光用于风电设备的加工。

水能主要就是水电站,水泵、涡轮机、电机、叶片修复等是高功率激光焊接常用到的,普遍适用4KW以上激光器,其中水泵激光焊接应用最多最成熟,从小水泵的千瓦级焊接发展到大型水泵的万瓦级激光焊接,应用空间广阔。核电站拥有较多输送管道、大型储蓄罐、反应堆内构件,可大量应用高功率激光焊接。由于放射性材料有辐射危险,核电的安全性是最重要的,因此管道和储蓄罐等金属壁比较厚,需要较高功率焊接,对应可用10KW以上激光器来实现。

新能源汽车的激光焊接需求

汽车作为走进千家万户的大众消费品,其采用新工艺的程度也一定程度上反映了汽车的品质。汽车的激光应用,包括车身架构件的焊接、汽车内饰的激光加工以及汽车动力电池的焊接等。传统燃油车的汽车车身激光焊接在国内已经有一定渗透应用,而电动汽车产线上目前采用激光加工仍然较少,未来在车架和汽车内饰的激光加工将会复制燃油车的工艺,逐步增加使用激光。预计2022年国内电动汽车产销超过300万辆,未来激光进入电动汽车产线只是时间问题。激光焊接车身普遍采用4KW、6KW以上功率的光束,给高功率自动化激光焊接带来新的需求。

动力电池的激光加工是目前新能源汽车工艺的重点和难点。激光焊接主要包括:极耳的焊接(包括预焊接)、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接、电池PACK模组时的连接片焊接,以及模组后的盖板上的防爆阀焊接。

动力电池是近年激光设备企业最重视的新增长点之一,事实上也带来每年超过50亿元的中高功率自动化激光专用设备。动力电池的加工一般需用到2KW以上的中功率,特别是电池外壳铝合金封装可能还会用到更高功率,需求量会继续增加。

激光焊接器

船舶制造推动高功率激光焊接

今年多个传统激光加工大行业的需求略显疲软,但是船舶制造是一大亮点,受国际海运需求增加推动,船舶订单节节上升。我国的造船业规模庞大,位居世界首位,船身钢板的切割和焊接加工需求较大,10mm以上厚板和30mm超厚版均是大型船舶所需。目前在大连、上海、武汉等造船厂均有应用激光焊接,以高功率激光复合焊为主要应用。

8月中旬,第二艘国产大型邮轮H1509在中国船舶集团上海外高桥造船有限公司正式开工建造。外高桥造船打造了国内第一个邮轮专用薄板智能生产车间,引进T-BEAM流水线设备和八台焊接机器人,创新采用激光切割、激光复合焊等技术。而2年前招商局轮船已经在南通海门建立了大型邮轮的激光加工中心。可见,高功率激光焊接的应用在造船业将会大有作为,是万瓦级激光的重要战场之一。

总结

今年一般工业制造需求下行压力较大,激光设备需求也放缓了,而同期激光器和配套产品的技术继续突破,特别是功率再次提升。高功率激光的应用需要继续探索,而且要往高端产业渗透才会保持继续增长势头。航空航天当然也是高端,但是批量较少,我们考虑高功率焊接市场的开拓,必须是有巨大的批量化、规模化应用潜力的,我们也要考虑万瓦级激光器究竟还能用于什么领域。清洁能源新能源汽车造船等对高功率焊接具有很强的需求空间。当然也有其他领域同样可以开拓,这需要激光企业和用户继续合作共同探索。

特域激光冷水机配套发展

越来越多领域使用激光焊机技术,而激光器的功率有大有小,对精控温度要求也比较高,特域从研发激光冷水机开始,非常关注激光设备的发展,设计研发出相配套的激光冷水机,从小功率的便捷的手持激光焊接一体机到光纤激光冷水机,到万瓦的激光冷水机都一应俱全,为各种激光设备商家提供合适制冷方案。

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