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      風口漸開,激光焊接技術在船舶制造領域“乘風而上”
      時間:2021-06-17來源:原創文章

      2021年是“十四五”開局之年,高端制造被提上日程,加之疫情的爆發,海外訂單大量轉向國內,給我國高端制造轉型創造了機會。在高效、節能、環保推進產業發展的倡導下,激光焊接技術逐漸在新能源汽車、航空航天、軌道船舶等高端應用領域嶄露頭角。

      據《2021中國激光產業發展報告》數據顯示,2020年中國激光焊接的市場規模已達110.5億元。2016-2017年,受新能源汽車、鋰電池、半導體及新興市場的需求驅動,中國激光焊接設備市場規模出現了爆發式增長,增長超過120%,雖然近幾年受到宏觀經濟不景氣及全球疫情的影響,但整體市場規模仍然呈現上升趨勢,并于2019年首次突破百億大關。隨著軌道交通、船舶制造業等高端應用領域轉型升級的需要,中、大厚板鋼板焊接的需求越來越多,激光焊接設備滲透率將加速提升。

      2016-2020 年中國激光焊接設備市場規模(單位:億元)

      (圖來源:《2021中國激光產業發展報告》)

       

      船舶制造等高端應用或成激光焊接新的增長點

      目前中國激光產業已經邁入全面應用時代,中低端國產化的強市占率,帶來的是日益嚴重的價格戰和同質化,更高功率、更高精度、更高效率成為了行業共同的追求,卻終究束縛于同一個技術框架下。于是,開拓高端應用的差異化發展,成為各激光企業進行市場突圍的新方向。

      縱觀我國高端制造領域,除了汽車制造和動力電池兩大市場外,激光焊接在其他應用領域的整體滲透率仍然較小。以造船業為例,造船業整體的體量非常大,但因其材料和工業的特殊性,目前激光焊接的應用率并不高。

      據造船自動化產線解決方案提供商DIG自動化工程(武漢)有限公司統計,造船焊接的體量取決于船型,中厚板主要是甲板以下的部位,薄板主要是上層建筑。比如豪華游輪4-12 mm厚度的鋼板焊接占比達80%,中厚板占20%;而散貨船的比例恰好相反。但是在中厚板的焊接過程中,大部分船舶建造依然采用埋弧焊和MIG/MAG焊等傳統焊接工藝,整體效率沒有達到預期。

      相較于傳統焊接,激光焊接的效率更高、精度更高、效果更好,而且更易于自動化智能化集成,是實現產業升級的利器,特別適合船舶制造、航空航天等高端精密制造。例如作為新型焊接工藝的激光復合焊技術與弧焊相比,前者焊接速度更快,熱變形和返工更少,焊縫質量高、填料消耗減少,同時顯著提升成品質量。

      激光復合拼板焊焊縫效果

      以拼板焊接為例,埋弧焊的速度是550 mm/min,MIG/MAG能到到700 mm/min,雙絲的MIG/MAG能達到1500 mm/min左右,而同激光MIG/MAG復合焊的焊接速度能達到2400 mm/min,效率是有很大的優勢,目前是船舶建造中薄板焊接最快的焊接工藝。”DIG工藝研發中心負責人安星光介紹到。

       

      20 mm 及25 mm激光復合拼板焊

       

      船舶領域焊接升級,國產激光器成破局關鍵

      激光器是激光焊接系統中的核心器件。從產業發展來看,國內激光焊接產業落后于歐美國家,最主要的原因還是在于核心光源。由此看來,傳統焊接工藝的迭代升級,船舶應用的高效拓展,國產激光器成為破局關鍵。

      早些年,進口激光器在高端制造領域可謂一枝獨秀,IPG、Coherent、Trumpf等國外企業早期占據了主要的市場份額。經過多年的技術攻關,國內出現了一大批優秀的激光器企業與國外品牌競爭,如銳科激光為代表的國產激光器廠商,在核心光源領域不斷打破國外壟斷,由此帶來了激光器價格的整體下滑,提高了國產激光焊接設備在各個領域的滲透率。

       

      在船舶制造業中,激光焊接還處于初步探索替代傳統焊接的進程中,加上國產激光器與國外激光器的市場規模已相差不大,加工效果沒有本質上的差別,國產激光器在船舶制造領域存在較大發展空間。

      銳科激光焊接行業總監童慰提到,“目前在船舶、汽車等高端制造領域,已經有頭部企業開始使用激光焊接技術。”外高橋船廠、廣船國際、黃埔船廠、江南船廠、滬東船廠、招商重工等國內知名船廠開始使用激光焊接技術和設備,為國產激光焊接技術進入高端應用領域打開了新的局面。

       

      大局之下,誰將扛起激光焊接國產化大旗?

      激光焊接急需技術賦能,大局之下,誰能扛起國產化大旗?自從2018年銳科激光作為國內第一家光纖激光器上市企業以來,以銳科激光為首的國產品牌就與國外品牌打響了市場博弈。2018年銳科激光市占率17.3%,2020年增長至24.4%,逐年上升的國內品牌市場率讓我們看到了國產品牌的崛起與希望。

      我們之前主要使用國外某品牌激光器,但隨著國產激光器的崛起,我們逐漸采用銳科激光的產品進行替代,其焊接的效果還是很理想的,船廠用戶比較滿意。”銳科激光在船舶焊接領域的合作伙伴DIG工藝研發中心負責人安星光提到。

       

      國內某大型船廠激光復合拼板焊

      在國產光纖激光器迎來大規模替代進口的契機背景下,銳科激光積極開拓激光焊接等高端應用領域,不斷研發和定制適合不同需求的光纖激光器產品和解決方案。在2020年受疫情影響的情況下,銳科激光的激光器在焊接應用市場的銷量突破新高,同比增長152%。

      其實,銳科激光早在2018年便開始布局激光焊接領域,并與哈工大先進焊接與連接國家重點實驗室、哈工大焊接集團合作,共同致力于核心技術的攻關,協力對高端焊接領域進行研究。

      為了適應厚板或特殊材料的焊接,銳科激光研發的12 kW高功率連續激光器可應用在造船、航空航天、軍工、重工、核電等領域。100 kW光纖激光器即將交付使用,未來將會對航空航天、輪船高鐵、核電等工業領域,包括高壓蒸汽管道焊接、輪船高鐵航天器等大型工件主體焊接等起到深遠的影響。光束可調焊接激光器也已實現批量銷售,且產品型號實現了多樣化,具有無飛濺、安全、焊縫質量高的特點,可滿足鋰電池行業及汽車制造行業多種焊接需求。

       

      銳科激光全面布局 破解船舶焊接難點

      激光焊接不同于激光打標和激光切割,它最大的特點就是定制化,每一個客戶的需求都不一樣,這就使得激光焊接仍處于產業應用的初級階段。但隨著制造業進一步升級,汽車、船舶等輕量化發展,以及航空航天、軍工等高端制造領域都有很強的加工需求,激光焊接技術在高端應用領域的發展空間不可估量。

      面對如此巨大的市場,為了進一步推進激光焊接技術在高端應用領域的國產化進程,銳科激光針對船舶制造行業中厚板的加工特點進行以下布局:

      產品上,推出帶功率反饋、總線控制的、多通道輸出的超高功率激光器;項目上,組建具備專業背景的高素質隊伍跟蹤項目進度;工藝上,開發激光-電弧復合焊接工藝、多道多層焊接工藝,實現數字化、智能化焊接;市場上,發揮航天科工優勢,銳科激光已同中船十一所簽署合作協議,共同推動激光焊接在船舶行業的應用。

      總結:激光焊接處于產業應用的初級階段。但是高效仍然是船廠的核心訴求。從效率和質量來看,激光焊接在16 mm厚度以內的鋼板焊接已經占有了足夠的優勢。同時,隨著以銳科激光為代表的國內光纖激光器廠商不斷突破核心器件功能極限,踐行工藝創新,將會進一步推進高端應用的國產化進程。

      文章來源于:光電匯 封面來源:網絡

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