В разгар энергетического кризиса: как китайским лазерным предприятиям совершить прорыв? 

В разгар энергетического кризиса: как китайским лазерным предприятиям совершить прорыв?

За последние полвека мировой энергетический рынок еще никогда не был столь турбулентным и непредсказуемым, как сегодня. И всё же зачастую именно сквозь трещины старого миропорядка пробиваются первые лучи света новой эпохи!

Конфликт между Россией и Украиной спровоцировал европейский энергетический кризис 2022 года, а текущая ситуация на Ближнем Востоке продолжает нарушать глобальные цепочки энергопоставок. На фоне волатильности и восходящего тренда цен на нефть и газ на международных рынках череда геополитических событий категории «черный лебедь» неуклонно подтачивает глобальную энергетическую систему, сложившуюся в послевоенную эпоху. По прогнозам, Китай — крупнейший в мире импортер сырой нефти — только в 2024 году потратит на импорт ископаемого топлива около 500 миллиардов долларов; Япония и Южная Корея — экономики, испытывающие дефицит собственных энергоресурсов, — зависят от импортной энергии еще сильнее. По мере того как нарастает геополитическая напряженность, а на рынках капитала усиливается неприятие рисков, связанных с ископаемым топливом, энергетический переход — имеющий критическое значение для обеспечения национального энергетического суверенитета и экономической безопасности — становится неотложной необходимостью.

Если геополитические конфликты, возможно, и послужили катализатором кризиса в сфере традиционного ископаемого топлива, то взрывной рост индустрии искусственного интеллекта усугубил дисбаланс между спросом и предложением электроэнергии. Более того, повсеместный «дефицит электроэнергии», наблюдавшийся в последние годы во всем мире и приведший к возникновению структурных дисбалансов в энергосетях, свидетельствует о том, что традиционная энергетическая система более не способна поспевать за ритмом развития новой эпохи.

Крах старого энергетического миропорядка знаменует собой рассвет новой энергетической эры. Этот глобальный энергетический кризис открыл историческое «окно возможностей» для стремительного подъема индустрии новой энергетики. Будучи глобальным эпицентром НИОКР и промышленного внедрения технологий новой энергетики, Китай естественным образом оказывается в наилучшем положении для того, чтобы воспользоваться этой возможностью; профильным предприятиям необходимо переосмыслить свое отношение к внутреннему рынку и сделать на него ставку, ускорить процесс технологического обновления и активно изыскивать возможности для развития на глобальной арене.

Ожидается, что в 2025–2026 годах внутренний спрос на литий-ионные аккумуляторы продемонстрирует уверенное восстановление, что побудит ведущих производителей элементов питания — таких как CATL и Hithium — ускорить наращивание своих производственных мощностей. Однако за этим ускоряющимся глобальным переходом к электрификации и стремительным ростом индустрии литий-ионных аккумуляторов скрывается параллельный всплеск спроса на инновации в производственных процессах. Такие факторы, как ускоренное стремление к массовому производству твердотельных аккумуляторов, устойчивый приток заказов на масштабное внедрение натрий-ионных батарей и постоянное ужесточение стандартов безопасности аккумуляторов, в совокупности создают мощный стимул для оптимизации и инноваций в производственных процессах — и, в первую очередь, в области лазерной сварки. На прошедшей в этом году выставке аккумуляторов CIBF посетители смогли ознакомиться с новейшими разработками от множества ведущих производителей отрасли. Однако по-настоящему привлекло внимание автора — и вызвало глубокие размышления среди коллег по цеху — предложение компании Raycus, отечественного лидера в сфере волоконных лазеров. Почему компания, специализирующаяся на источниках лазерного излучения, решила выйти на рынок комплексных решений для всего процесса сварки? И почему именно Raycus берет на себя эту роль? Логика, лежащая в основе этого стратегического шага, заслуживает детального рассмотрения.

Само лазерное устройство служит ядром этого комплексного решения; его основу составляют флагманские серии лазеров Raycus — ABP и HP. Являясь бесспорным лидером в области волоконных лазеров — факт, который автор уже анализировал в предыдущих статьях, — компания Raycus предлагает две серии лазеров, выступающих в качестве мощных инструментов в сфере сварки компонентов для новой энергетики. Эти лазеры демонстрируют исключительные эксплуатационные характеристики по целому ряду параметров — включая качество сварного шва, эффективность и стабильность работы — и идеально адаптированы для удовлетворения высоких требований к точности и безопасности производства аккумуляторов нового поколения. На сегодняшний день эти автономные лазерные системы уже получили крупные заказы от множества ведущих производителей аккумуляторов, завоевав широкое признание и одобрение со стороны конечных пользователей.

Центральным узлом системы контроля качества в рамках данного сварочного решения выступает «Интеллектуальная интегрированная система диагностики». Она обеспечивает бесшовную интеграцию трех ключевых функциональных модулей: WPM (мониторинг качества сварного шва), LDM (мониторинг глубины проплавления) и DPM (двухконтурное управление мощностью с обратной связью).

Что касается контроля качества сварных швов, то текущая рыночная практика преимущественно опирается на системы WDD (обнаружение дефектов сварки). Однако такой подход имеет два существенных ограничения. Во-первых, опора исключительно на систему WDD позволяет выполнить лишь качественную оценку — определить *факт* наличия дефекта, — но не дает возможности количественно оценить *степень серьезности* таких проблем, как «холодная сварка» (неполное сплавление), что, в свою очередь, препятствует эффективной оптимизации производственного процесса. Во-вторых, установка системы WDD непосредственно на гальванометрический сканер создает дополнительные сложности, связанные с увеличением массы и габаритов конструкции, а также порождает трудности в вопросах юстировки и калибровки оборудования. Когда речь заходит о проверке соответствия глубины проплавления сварного шва техническим спецификациям, общепринятым отраслевым стандартом является использование систем оптической когерентной томографии (ОКТ). Однако опора исключительно на измерения ОКТ позволяет лишь установить *факт* наличия аномалии в глубине проплавления, но не дает возможности выявить первопричину проблемы — кроется ли она в настройках мощности лазера, скорости сварки или параметрах расфокусировки. Как следствие, последующий поиск неисправностей и тонкая настройка технологического процесса становятся в значительной степени зависимыми от квалификации оператора и метода проб и ошибок, что приводит к неоправданно высоким затратам на отладку.

В качестве прямого ответа на эти критические проблемы компания Raycus приняла решение интегрировать системы WPM (мониторинг качества сварки) и LDM (мониторинг глубины проплавления), встраивая их непосредственно в сам лазерный модуль. Тем самым эффективно устраняются ограничения, присущие современным методам контроля сварочных процессов. Опираясь на математическое моделирование и алгоритмы обработки данных, система WPM способна в режиме реального времени оценивать степень выраженности «холодной сварки» (непровара) или наличие таких дефектов, как внутренние пустоты (поры), а также своевременно выдавать соответствующие предупреждения. Более того, благодаря прямой интеграции в лазерный модуль отпадает необходимость в проведении монтажных и пусконаладочных работ на месте эксплуатации, что одновременно позволяет уменьшить массу и габариты сварочной головки.

Система LDM, в свою очередь, выполняет предварительную инспекцию заготовки перед началом сварки для измерения уровня расфокусировки и осуществляет автоматическую корректировку параметров в режиме замкнутого контура. Непосредственно в процессе сварки система сканирует участок шва, находящийся непосредственно перед зоной расплава (сварочной ванной), формируя облако точек; это позволяет выявлять зазоры в стыке, смещения, деформации и перекосы, обеспечивая тем самым возможность автоматической подстройки технологических параметров и отслеживания траектории шва в реальном времени. Одновременно с этим, в ходе сварки система использует высокочастотную дискретизацию для регистрации динамических параметров глубины «замочной скважины» (keyhole), предоставляя данные о глубине и ширине проплавления. Это позволяет гарантировать стабильность процесса (в частности, посредством анализа колебаний глубины проплавления), а также прогнозировать и предотвращать возникновение брызг и взрывных выбросов металла. По завершении сварки система сканирует профиль поверхности сварного валика, собирая данные о ширине шва, контурах поверхности, шероховатости, пористости, раковинах и подрезах, что обеспечивает возможность проведения комплексной оценки качества сварного соединения. В дополнение к системам WPM и LDM, компания Raycus Laser внедрила систему управления с замкнутым контуром и двойным контролем мощности (DPM). Это решение призвано устранить распространенную проблему: когда сварочная система выдает сигнал тревоги о нештатном изменении мощности, зачастую невозможно определить, кроется ли неисправность в самом источнике лазерного излучения или во внешнем оптическом тракте. Традиционные решения, как правило, отслеживают лишь конечную выходную мощность, что делает невозможным локализацию источника аномалии; это часто требует вмешательства производителя оборудования для проведения диагностики и нередко приводит к необоснованной замене исправных компонентов. Система DPM обеспечивает управление мощностью по замкнутому контуру как во внутреннем, так и во внешнем оптическом тракте, позволяя осуществлять мониторинг в режиме реального времени и выполнять автоматическую компенсацию параметров, что минимизирует необходимость ручного вмешательства и гарантирует стабильность выходной мощности.

Решение от Raycus обеспечивает бесшовную взаимосвязь между этими тремя основными системами — WPM, LDM и DPM — путем их непосредственной интеграции в блок лазерного источника. Такой подход позволяет устранить критическую проблему фрагментации данных, свойственную традиционным системам мониторинга сварки, и обеспечивает полную визуализацию, а также точный контроль над всем процессом сварки.

В ситуациях, когда качество сварного шва оказывается неудовлетворительным, традиционные системы мониторинга — состоящие из независимо функционирующих модулей — часто приводят к разрозненному хранению данных или полному отсутствию записей о процессе. Отсутствие таких данных делает невозможным проведение анализа первопричин сбоев и затрудняет определение конкретного этапа, на котором произошла неисправность. Как следствие, производители не могут точно установить, компонент какого поставщика оказался дефектным, и лишаются возможности использовать данные для оптимизации процесса сварки; в вопросах диагностики и корректировки параметров им приходится полагаться исключительно на эмпирический опыт. В связи с этим компания Raycus дополнительно интегрировала в свое решение систему сбора данных (DAS), предназначенную для регистрации и хранения внешних управляющих сигналов, а также эксплуатационных параметров лазера в режиме реального времени. Фиксация сигналов на всех этапах технологического процесса лазерной обработки и их последующий анализ с помощью программного обеспечения на управляющем компьютере позволяют оперативно выявлять первопричины аномалий, тем самым обеспечивая эффективную прослеживаемость проблем и упрощая диагностику неисправностей.

Подводя итог, можно выделить пять ключевых преимуществ серии RayWeld — комплексного, универсального решения для сварки, объединяющего системы WPM, LDM, DPM и DAS непосредственно в блоке лазерного источника: (1) Благодаря интегрированной многосистемной архитектуре решение позволяет экономить рабочее пространство, что делает его идеальным выбором для производственных линий с компактной компоновкой — типичной для предприятий по производству аккумуляторных батарей; (2) Глубокая интеграция трех основных модулей мониторинга и анализа обеспечивает возможность совместной оценки качества сварных швов и динамической корректировки параметров сварки, тем самым существенно повышая стабильность выявления дефектов и выход годных изделий; кроме того, благодаря интеллектуальной обработке данных и диагностике на базе ИИ, система помогает пользователям в разработке и оптимизации технологических процессов; (3) Сохранение данных на всех этапах производственного цикла — реализуемое средствами ИИ — гарантирует полную прослеживаемость процессов, способствуя динамическому мониторингу производства и интеллектуальному оперативному управлению; (4) Данное комплексное решение полностью разработано и производится компанией Raycus собственными силами; оно отличается бесшовной интеграцией аппаратного и программного обеспечения, что позволяет кардинально сократить сроки ввода оборудования в эксплуатацию и ускорить переход к серийному производству; и (5) Решение оснащено унифицированными интерфейсами и обеспечивается единой гарантией, что означает: для выполнения задач по последующей эксплуатации и техническому обслуживанию пользователям необходимо взаимодействовать лишь с одним поставщиком, что позволяет снизить как эксплуатационные, так и коммуникационные издержки предприятия. Опираясь на собственные ключевые компоненты и технологические преимущества полного производственного цикла компании Raycus, серия RayWeld идеально адаптирована для решения всего спектра задач по сварке литий-ионных аккумуляторов, включая сварку токоотводов (табов), герметизирующих элементов, верхних крышек, а также сварку модулей и аккумуляторных блоков (PACK).