近日，有消息稱，為了在板材厚度高達30mm的情況下進行高質(zhì)量且無裂紋的焊接，德國漢諾威激光中心（LZH）正在開發(fā)一種具有定制光束整形和基于“數(shù)字孿生”的集成質(zhì)量保證系統(tǒng)的多激光束焊接工藝，希望通過這種一次性工藝，促進15mm-30mm范圍內(nèi)厚壁部件的焊接，減少焊道數(shù)量、制造時間以及填充材料和保護氣體的消耗。
研究團隊稱，這一創(chuàng)新工藝劍指船舶工業(yè)的“厚板焊接”。
一直以來，船舶工業(yè)都是激光行業(yè)“必爭之地”，尤其是在20mm-40mm的厚板激光焊接上，技術(shù)有待突破，導致無法滿足船舶制造的需要。因為貨船、油船、集裝箱船等大型船舶的配件所需的板材厚度一般在40mm左右。
漢諾威激光中心這一創(chuàng)新消息無疑將再次讓激光技術(shù)在船舶工業(yè)中的競爭白熱化。同時也在提醒大家，厚板焊接技術(shù)創(chuàng)新競賽仍在進行，別松懈！
“必爭之地”為何“必爭”？
我國船舶制造市場有多大？
根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布我國2024年上半年造船業(yè)最新數(shù)據(jù)，我國造船業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增速發(fā)展、船舶制造市場高度活躍，中國造船業(yè)三大指標繼續(xù)穩(wěn)步增長，全球領(lǐng)先。
——2024年上半年，我國造船完工量2502萬載重噸，同比增長18.4%；
——新接訂單量5422萬載重噸，同比增長43.9%；
——截至6月底，手持訂單量17155萬載重噸，同比增長38.6%；
我國在造船完工量、新接訂單量、手持訂單量三大指標，國際市場份額均保持世界第一，三大指標分別占世界市場份額的55%、74.7%和58.9%。值得一提的是，新接訂單量以載重噸計占全球總量的74.7%，這意味著越來越多的國外船東把訂單投向了中國船廠，全球每10份造船新訂單，有超過七成流向中國。在全球18種主要船型中，中國有14種船型新接訂單量位居全球首位，我國造船出口額持續(xù)增長，很多企業(yè)訂單甚至排到了2028年。
而中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)則顯示，從利潤額來看，今年前5個月，中國造船業(yè)的利潤總額同比增長了近2倍。數(shù)據(jù)顯示，1月至5月，全國規(guī)模以上船舶工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)營業(yè)收入2532.4億元，同比增長26.3%；實現(xiàn)利潤總額160億元，同比增長187.5%。此外，今年上半年，船舶產(chǎn)品出口金額206.7億美元，同比增長85.2%；從月度來看，月均出口達34億美元，同比增長率保持在30%以上，增速位列我國重點機電產(chǎn)品出口的首位。
由此可見，造船業(yè)板材激光焊接與切割是一個極其重要且不斷發(fā)展的領(lǐng)域，潛在市場巨大。船舶工業(yè)也因此成為激光行業(yè)的“必爭之地”。
“制勝點”為何是“制勝點”？
船舶領(lǐng)域是激光技術(shù)主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，船舶工業(yè)中的板材切割與焊接，便是激光的用武之地。激光技術(shù)以其高精度、高效率、低變形和高質(zhì)量等優(yōu)點，已經(jīng)在船舶工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
最大痛點就在于，20mm以上的厚板焊接。因為在激光厚板切割方面，邦德激光、百超迪能、力星激光等知名設(shè)備商都能提供出色的解決方案，并已經(jīng)在船舶制造上有所應(yīng)用。
但在激光厚板焊接方面，仍鮮有出色的解決方案。據(jù)筆者了解，銘鐳激光某款12000w焊接機可以在20mm以下的鋼材焊接中表現(xiàn)出色。不過在20mm-40mm的厚板激光焊接上，由于所需的高穿透深度，需要精確控制熔池、溫度、凝固和微觀結(jié)構(gòu)的特性，使得技術(shù)突破變得極具挑戰(zhàn)性。
由于20mm以上厚板激光焊接技術(shù)瓶頸遲遲沒有突破、沒有成熟，船舶工業(yè)中的厚板焊板市場這一大塊肥肉還沒辦法啃下來。而船舶工業(yè)也亟待更加出色的激光焊接技術(shù)來提速增效。
試想一下，船舶制造中，船體結(jié)構(gòu)焊接、內(nèi)部連接件焊接、特殊結(jié)構(gòu)焊接等等都涉及厚板焊接，這是多少巨大的潛在厚板焊接市場——這甚至可以說是市場“真空地帶”。可以說，誰先掌握20-40mm甚至更厚的厚板激光焊接技術(shù)，誰便掌握了搶占船舶制造市場的制勝法寶。
相信破解這一技術(shù)難題是激光行業(yè)夢寐以求的事情。因為，隨著我國造船業(yè)在全球占據(jù)的份額越來越多，為激光技術(shù)的應(yīng)用打開了廣闊的市場空間，這很難不讓激光行業(yè)從業(yè)者心動。
船舶工業(yè)的厚板焊接仍須努力
目前，對于中厚板的焊接方法主要有傳統(tǒng)電弧焊、氣體保護焊及埋弧焊等。傳統(tǒng)的焊接方式不僅需要開設(shè)大坡口形式進行多層多道焊接，而且過大的熱輸入量會使焊接結(jié)構(gòu)變形，一方面會導致焊接效率較低，另一方面會降低焊接接頭的力學性能，影響服役壽命。
這也是船舶工業(yè)急需更先進的激光技術(shù)的原因。
眾所周知，激光焊接技術(shù)具有高能量、低變形、高質(zhì)量、高適應(yīng)性等優(yōu)點，可以快速高效地焊接不同材質(zhì)、不同厚度的板材，確保船體結(jié)構(gòu)的牢固性和穩(wěn)定性；可以焊接不銹鋼、鋁、銅、鈦等高強度、高硬度、高抗腐蝕等易熔難焊材料，從而保證船舶內(nèi)部組件的密封性和穩(wěn)定性；可以針對復雜結(jié)構(gòu)和形狀進行精確焊接，提高制造精度和效率。
隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，激光-電弧復合焊接因為焊接速度快、熱影響區(qū)窄、焊縫變形及殘余應(yīng)力小等優(yōu)點備受推崇,在中厚板高強鋼的焊接中逐漸得到應(yīng)用。如德國的MEYER-WERFT船廠、芬蘭的KVAERNER船廠都有激光-電弧復合焊接的生產(chǎn)線。上海外高橋船廠采用16 kW光纖激光器大功率激光-電弧復合焊接系統(tǒng)，成功完成了4mm-25mm厚鋼板拼焊單面單道焊雙面成型。
但這還遠遠不夠。隨著科技的進步和造船業(yè)的發(fā)展，厚板激光焊接技術(shù)需要不斷向更高效率、更高質(zhì)量、更低成本的方向發(fā)展。并且更多地與智能化、自動化等先進技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)焊接過程的全面優(yōu)化和升級。隨著新材料的不斷涌現(xiàn)和焊接工藝的不斷創(chuàng)新，激光焊接技術(shù)將在造船業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用，在造船業(yè)中的應(yīng)用前景也將更加廣闊。
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