船舶制造業(yè):激光替代傳統(tǒng),進入“光制造”時代

2021年，我國造船完工量、新接訂單量、手持訂單量三大指標保持全球領先。新接訂單量增幅高于全球20個百分點以上。造船完工量、新接訂單量、手持訂單量以載重噸計分別占世界總量的47.2%、53.8% 和 47.6%，與2020年相比分別增長 4.1、5.0 和 2.9 個百分點。  

2021 年全國造船完工 3970.3 萬載重噸，同比增長 3.0%。承接新船訂單6706.8萬載重噸，同比增長 131.8%。截至2021年12月底，手持船舶訂單 9583.9萬載重噸，比2020 年底手持訂單量增長 34.8%。  

據(jù)ResearchAndMarkets.com預測，至2025年全球造船市場將達到1866億美元。隨著船舶行業(yè)需求逐步增加，船舶制造業(yè)迎來蓬勃發(fā)展。日益激烈的競爭帶動市場對船舶智能制造工序、造船材料安全性、可靠性及質(zhì)量等要求的提升。激光被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”，因其高精度、高效率等的特點，其技術應用已經(jīng)在造船業(yè)智能制造過程中占據(jù)中流砥柱的位置。 

 1、激光切割應用  

鋼材是船舶制造領域常見的材料，船用鋼材不可避免地會根據(jù)船體的設計進行切割。但造船板材切割工藝要求較高，板材切割中出現(xiàn)的細微歪斜、毛刺等問題，都可能會導致整船事故。當前在船舶制造工藝中，主要的切割加工工藝方式包括火焰切割、等離子切割、剪切加工以及激光切割。其中火焰切割常被應用于厚板切割，僅局限于碳鋼板，對于4mm以下的板材無法進行精密切割，且切割效率較低；等離子切割適用于所有金屬板材切割，但又存在運行成本較高、易掛渣、薄板切割時變形較大等問題。因此，在切割中具有對原料無影響、精度高、安全系數(shù)高的激光切割機應用逐步廣泛。  

不同切割方式對比

銳科激光研制的20kW/30kW多模組連續(xù)光纖激光器產(chǎn)品，具有電光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、能量密度高、調(diào)制頻率寬、可靠性高、壽命長、運行免維護等優(yōu)點，因而采用這款多模連續(xù)光纖激光器進行船舶板材切割，主要具備4大優(yōu)勢：（1）割縫窄，精度高，割縫斷面粗糙度好、錐度小，材料切割后通常無需后道工序的再處理；（2）激光切割因其高能量密度，切割效率高，熱作用時間短，因而材料的熱影響區(qū)小，熱變形小，熱應力小，特別適合薄板切割；（3）激光的自動化程度高，可以全封閉加工，無污染，噪聲小，安全環(huán)保；（4）光路系統(tǒng)及控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，維護成本低，并且切割質(zhì)量穩(wěn)定。  

20kW/30kW多模組連續(xù)光纖激光器  

產(chǎn)品特點：  

高電光轉(zhuǎn)換效率

輸出光纖長度可定制

輸出光纜：QP  

免維護運行

寬調(diào)制頻率范圍

產(chǎn)品應用：船舶業(yè)板材切割

20kW氮氣切割14mm E36合金板材，要求無毛刺、無掛渣、斷面垂直，作為船舶板材焊接前處理  

備注：氧氣切割可做到光滑，但熱影響區(qū)大，甚至會有氧化皮。焊接成型會產(chǎn)生氣泡、裂縫等問題。

2、激光焊接應用  

在船舶制造領域，由于板材制造工序?qū)附淤|(zhì)量要求較高，且焊縫檢測的指標多；要通過諸多嚴苛的檢測項，傳統(tǒng)的弧焊、埋弧焊等方式存在一定的局限性，激光焊接則優(yōu)勢明顯。  

當前，歐美國家已經(jīng)在游輪、滾裝船和特種船等民用船舶的智能制造過程大量采用激光焊接技術。下圖展示了激光復合焊接板生產(chǎn)線、加強筋板生產(chǎn)線、滾裝船和特種船鋼板平面對接生產(chǎn)線，從船體甲板焊接圖中我們可以明顯看到長邊和短邊的連接焊接。  

激光焊接的應用不僅使船舶制造技術有了新的突破，還一定程度地促進了船體結構設計的改觀。另外，激光焊接可以將板材靈活組成各個模塊化艙室的建造材料，大幅度縮短船體建造時間。在民用船舶制造中，厚度為3~12mm的中薄板，主要用于甲板、船艙墻壁/隔板、客艙墻壁和樓梯基座的加工制造。15mm以上的厚板，主要用于船身的加工制造。那么不同厚度的板材的焊接怎么進行激光器選品呢？  

一般而言，小于4mm的船板焊接可以用激光自熔焊的方法，可使用1kW～4kW的光纖激光器；大于4mm的船板焊接通常采用激光填絲焊接或者激光-電弧復合焊接，目前單次能夠焊接的厚度不大于14mm，可使用6kW～12kW的光纖激光器；大于12mm的船板焊接通常采用坡口焊接，甚至更厚的20mm以上的船板焊接需要采用多焊道焊接，可使用12kW-20kW光纖激光器。  

15kW多模組連續(xù)光纖激光器                      

產(chǎn)品特點：  

高電光轉(zhuǎn)換效率  

輸出光纖長度可定制  

輸出光纜：QD

免維護運行  

寬調(diào)制頻率范圍  

應用案例：  

3~12mm厚船板拼焊（單道焊單面焊雙面成型）  

 3、 激光清洗應用  

在包括船舶制造在內(nèi)的高端制造領域，板材等工業(yè)制品在噴涂、焊接以及裝配前，為保證工件的質(zhì)量，必須除去產(chǎn)品表面的污垢、油脂、灰塵、鐵銹等污染物。為滿足行業(yè)日益擴大的清洗需求，激光清洗技術應運而生。此前，船舶產(chǎn)前清洗主要采用噴砂方法，但由于它容易對周圍環(huán)境造成嚴重的粉塵污染，已逐漸被禁用。而采用傳統(tǒng)拋丸進行鋼板處理時，當鋼板行走速度為0-6m/min，處理后表面粗糙度30-75μm，拋丸效率≥100m²/h；而采用激光清洗代替拋丸工藝，還可驗證激光毛化后表面質(zhì)量是否滿足涂裝要求、清洗效率和生產(chǎn)節(jié)拍，更具備優(yōu)勢。此外，激光清洗因其具有綠色環(huán)保、不傷基材、操作簡單、省時降本等優(yōu)勢，隨著清洗技術的不斷提升，使得其在諸多領域逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)清洗方式。  

銳科激光推出全新的高功率脈沖光纖激光器系列產(chǎn)品，具有高平均功率（200-2000W）、高單脈沖能量、方形或圓形勻化光斑輸出、使用維護方便等特點，可廣泛適用于船舶制造業(yè)的船體防銹油漆清洗、鋼板激光預處理等。  

1000W高功率脈沖光纖激光器 

應用案例：船體防銹油漆清洗、鋼板激光預處理等、焊縫清洗。

船體鋼板激光除銹、除漆

3、激光熔覆應用  

船舶制造的零部件需要用到很多特殊材料。這些零部件由于經(jīng)常處于海洋環(huán)境，容易產(chǎn)生腐蝕、氧化、磨損等失效形式。據(jù)統(tǒng)計，每年船舶制造領域約1/3的材料因摩擦磨損而消耗，80%的零件失效直接或間接由腐蝕、磨損及氧化造成。而這些零部件若不定期進行修復可能會造成巨大的危害，尤其是船舶發(fā)電機關鍵部位，諸如運行要求精度高、速度快的轉(zhuǎn)子軸等。  

傳統(tǒng)的修復工藝主要有普通焊條堆焊、噴涂和電鍍等，但它們存在形變大、修復厚度有限、涂層容易脫落等缺點。而對比來看，激光熔覆技術優(yōu)勢顯著，主要包括：①激光熔覆時可對基體產(chǎn)生較小的熱影響區(qū)，工件變形較??；②熔覆層與基體材料之間可實現(xiàn)冶金結合，且熔覆材料稀釋率較低；③熔覆層晶粒細小、結構致密，能夠獲得較高的硬度和耐磨、抗腐蝕等性能；④可以做到選擇性局部細微修復，有效降低修復成本；⑤粉末材料體系適應性比較高，大多數(shù)的常規(guī)及特種金屬粉末材料都可熔覆到金屬零件表面。  

修復技術優(yōu)勢對比  

當前，在國際上，以美、德、日為代表的發(fā)達國家激光熔覆技術發(fā)展速度驚人，在船舶制造領域基本完成了用激光加工工藝對傳統(tǒng)加工工藝的替代，并進入了“光制造”時代。在國內(nèi)，熔覆技術也正因這些優(yōu)勢在船舶制造領域迅速發(fā)展。銳科激光已率先打破國外壟斷進入船舶制造領域，研制的光纖激光器在船舶激光熔覆應用上大展身手，主要用到的是功率為4000~6000W、纖芯600μm的直接半導體激光器或多模組連續(xù)光纖激光器。  

推薦產(chǎn)品1：  

6000W光纖輸出半導體激光器

推薦產(chǎn)品2：  

6000W多模組連續(xù)光纖激光器  

應用案例：  

葉輪軸激光熔覆修復  

激光在船舶制造領域的應用隨著激光技術的不斷發(fā)展日益深入。銳科激光作為國內(nèi)光纖激光器龍頭企業(yè)，面對船舶行業(yè)新發(fā)展出現(xiàn)的機遇期，將持續(xù)緊跟船舶制造領域新需求，加大研發(fā)投入、進行產(chǎn)品創(chuàng)新并逐步擴大品牌優(yōu)勢，為中國船舶智能制造事業(yè)的高速發(fā)展“保駕護航”。  

4月6日，銳科將舉行春季新品發(fā)布會，一波高端重磅新品將震撼上市，我們一起拭目以待！  

       轉(zhuǎn)自：時代資訊網(wǎng)

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