风口渐开,激光焊接技术在船舶制造领域“乘风而上”
时间:2021-06-17来源:原创文章

2021年是“十四五”开局之年,高端制造被提上日程,加之疫情的爆发,海外订单大量转向国内,给我国高端制造转型创造了机会。在高效、节能、环保推进产业发展的倡导下,激光焊接技术逐渐在新能源汽车、航空航天、轨道船舶等高端应用领域崭露头角。

据《2021中国激光产业发展报告》数据显示,2020年中国激光焊接的市场规模已达110.5亿元。2016-2017年,受新能源汽车、锂电池、半导体及新兴市场的需求驱动,中国激光焊接设备市场规模出现了爆发式增长,增长超过120%,虽然近几年受到宏观经济不景气及全球疫情的影响,但整体市场规模仍然呈现上升趋势,并于2019年首次突破百亿大关。随着轨道交通、船舶制造业等高端应用领域转型升级的需要,中、大厚板钢板焊接的需求越来越多,激光焊接设备渗透率将加速提升。

2016-2020 年中国激光焊接设备市场规模(单位:亿元)

(图来源:《2021中国激光产业发展报告》)

 

船舶制造等高端应用或成激光焊接新的增长点

目前中国激光产业已经迈入全面应用时代,中低端国产化的强市占率,带来的是日益严重的价格战和同质化,更高功率、更高精度、更高效率成为了行业共同的追求,却终究束缚于同一个技术框架下。于是,开拓高端应用的差异化发展,成为各激光企业进行市场突围的新方向。

纵观我国高端制造领域,除了汽车制造和动力电池两大市场外,激光焊接在其他应用领域的整体渗透率仍然较小。以造船业为例,造船业整体的体量非常大,但因其材料和工业的特殊性,目前激光焊接的应用率并不高。

据造船自动化产线解决方案提供商DIG自动化工程(武汉)有限公司统计,造船焊接的体量取决于船型,中厚板主要是甲板以下的部位,薄板主要是上层建筑。比如豪华游轮4-12 mm厚度的钢板焊接占比达80%,中厚板占20%;而散货船的比例恰好相反。但是在中厚板的焊接过程中,大部分船舶建造依然采用埋弧焊和MIG/MAG焊等传统焊接工艺,整体效率没有达到预期。

相较于传统焊接,激光焊接的效率更高、精度更高、效果更好,而且更易于自动化智能化集成,是实现产业升级的利器,特别适合船舶制造、航空航天等高端精密制造。例如作为新型焊接工艺的激光复合焊技术与弧焊相比,前者焊接速度更快,热变形和返工更少,焊缝质量高、填料消耗减少,同时显著提升成品质量。

激光复合拼板焊焊缝效果

以拼板焊接为例,埋弧焊的速度是550 mm/min,MIG/MAG能到到700 mm/min,双丝的MIG/MAG能达到1500 mm/min左右,而同激光MIG/MAG复合焊的焊接速度能达到2400 mm/min,效率是有很大的优势,目前是船舶建造中薄板焊接最快的焊接工艺。”DIG工艺研发中心负责人安星光介绍到。

 

20 mm 及25 mm激光复合拼板焊

 

船舶领域焊接升级,国产激光器成破局关键

激光器是激光焊接系统中的核心器件。从产业发展来看,国内激光焊接产业落后于欧美国家,最主要的原因还是在于核心光源。由此看来,传统焊接工艺的迭代升级,船舶应用的高效拓展,国产激光器成为破局关键。

早些年,进口激光器在高端制造领域可谓一枝独秀,IPG、Coherent、Trumpf等国外企业早期占据了主要的市场份额。经过多年的技术攻关,国内出现了一大批优秀的激光器企业与国外品牌竞争,如锐科激光为代表的国产激光器厂商,在核心光源领域不断打破国外垄断,由此带来了激光器价格的整体下滑,提高了国产激光焊接设备在各个领域的渗透率。

 

在船舶制造业中,激光焊接还处于初步探索替代传统焊接的进程中,加上国产激光器与国外激光器的市场规模已相差不大,加工效果没有本质上的差别,国产激光器在船舶制造领域存在较大发展空间。

锐科激光焊接行业总监童慰提到,“目前在船舶、汽车等高端制造领域,已经有头部企业开始使用激光焊接技术。”外高桥船厂、广船国际、黄埔船厂、江南船厂、沪东船厂、招商重工等国内知名船厂开始使用激光焊接技术和设备,为国产激光焊接技术进入高端应用领域打开了新的局面。

 

大局之下,谁将扛起激光焊接国产化大旗?

激光焊接急需技术赋能,大局之下,谁能扛起国产化大旗?自从2018年锐科激光作为国内第一家光纤激光器上市企业以来,以锐科激光为首的国产品牌就与国外品牌打响了市场博弈。2018年锐科激光市占率17.3%,2020年增长至24.4%,逐年上升的国内品牌市场率让我们看到了国产品牌的崛起与希望。

我们之前主要使用国外某品牌激光器,但随着国产激光器的崛起,我们逐渐采用锐科激光的产品进行替代,其焊接的效果还是很理想的,船厂用户比较满意。”锐科激光在船舶焊接领域的合作伙伴DIG工艺研发中心负责人安星光提到。

 

国内某大型船厂激光复合拼板焊

在国产光纤激光器迎来大规模替代进口的契机背景下,锐科激光积极开拓激光焊接等高端应用领域,不断研发和定制适合不同需求的光纤激光器产品和解决方案。在2020年受疫情影响的情况下,锐科激光的激光器在焊接应用市场的销量突破新高,同比增长152%。

其实,锐科激光早在2018年便开始布局激光焊接领域,并与哈工大先进焊接与连接国家重点实验室、哈工大焊接集团合作,共同致力于核心技术的攻关,协力对高端焊接领域进行研究。

为了适应厚板或特殊材料的焊接,锐科激光研发的12 kW高功率连续激光器可应用在造船、航空航天、军工、重工、核电等领域。100 kW光纤激光器即将交付使用,未来将会对航空航天、轮船高铁、核电等工业领域,包括高压蒸汽管道焊接、轮船高铁航天器等大型工件主体焊接等起到深远的影响。光束可调焊接激光器也已实现批量销售,且产品型号实现了多样化,具有无飞溅、安全、焊缝质量高的特点,可满足锂电池行业及汽车制造行业多种焊接需求。

 

锐科激光全面布局 破解船舶焊接难点

激光焊接不同于激光打标和激光切割,它最大的特点就是定制化,每一个客户的需求都不一样,这就使得激光焊接仍处于产业应用的初级阶段。但随着制造业进一步升级,汽车、船舶等轻量化发展,以及航空航天、军工等高端制造领域都有很强的加工需求,激光焊接技术在高端应用领域的发展空间不可估量。

面对如此巨大的市场,为了进一步推进激光焊接技术在高端应用领域的国产化进程,锐科激光针对船舶制造行业中厚板的加工特点进行以下布局:

产品上,推出带功率反馈、总线控制的、多通道输出的超高功率激光器;项目上,组建具备专业背景的高素质队伍跟踪项目进度;工艺上,开发激光-电弧复合焊接工艺、多道多层焊接工艺,实现数字化、智能化焊接;市场上,发挥航天科工优势,锐科激光已同中船十一所签署合作协议,共同推动激光焊接在船舶行业的应用。

总结:激光焊接处于产业应用的初级阶段。但是高效仍然是船厂的核心诉求。从效率和质量来看,激光焊接在16 mm厚度以内的钢板焊接已经占有了足够的优势。同时,随着以锐科激光为代表的国内光纤激光器厂商不断突破核心器件功能极限,践行工艺创新,将会进一步推进高端应用的国产化进程。

文章来源于:光电汇 封面来源:网络

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