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激光手持焊市场的机遇与挑战:小型化与半自动成亮点

时间:2023-12-11 来源:台式冷接机

  近年来,激光手持焊成为激光应用领域的一匹黑马,年复合增长率超过100%。而在不久前刚刚举办的埃森焊接展上,笔者发现不仅激光企业的手持焊产品百花齐放,许多从事传统焊接的企业也都开始踏入激光手持焊领域。以替代传统焊接工艺出道的激光手持焊,为何能被传统焊接厂家接受?风冷、水冷手持焊发展状况如何?手持焊未来还有哪些发展空间?接下来,笔者将结合埃森展的见闻,为大家一一解答。

  本次埃森焊接展,多家传统焊接设备厂家同步展出手持激光焊产品,他们对焊接市场的发展的新趋势有着一致的判断:中国制造业正经历升级,先进的产品和技术必将淘汰掉落后的产能和技术。激光手持焊有着上手快、焊缝美观、综合成本低、环保等诸多优势,能够解决部分焊接场景存在的问题。尽管在很多领域激光手持焊还存在不足,但厂家可以通过激光焊为用户所带来更丰富的方案和更全面的服务,从而提升自身的综合竞争力。

  L公司表示,激光焊能轻松实现薄板焊接不变形不变色,焊接速度比传统的弧焊电焊快4~10倍。目前激光手持焊主要是3000W以下的低功率激光,应用于薄板焊接如厨具、钣金等薄板市场,但在10mm以上的厚板焊接领域则无能为力。此外,在一些家用小型焊机领域,激光手持焊同样缺乏竞争力。例如自行车车腿断了,或者猪圈被拱开,只需要随便点两下就能焊好,而这类小焊机的价格不到百元。综合看来,激光主要取代的还是焊接薄板的氩弧焊市场。因此,激光焊接虽然过去几年加快速度进行发展,且占据了一定市场,但整体占有率不高,还需要三五年的发展时间。

  从事冷焊机研发生产十余年的S公司,也是较早进入激光手持焊领域的企业之一。2018年,感受到激光风口的S公司就开始立项研发激光手持焊,目前品类已涵盖水冷、风冷、焊枪、送丝机等。S公司认为,激光焊的美观度远超传统焊,而未来的客户一定会更加追求品质、美观、速度,因此激光取代传统焊接是必然趋势,未来十余年都将保持良好的发展势头。看准了这一点,S公司很早就介入激光领域,并致力于协同上游供应商把成本降低,让更多用户都能用上更好的激光产品。此外,S公司还透露,许多用户最开始对新事物存在排斥,但当试用过激光手持焊后,感受到效率提升、产品美观度提升之后,往往就会立刻转型,拥抱新技术。

  而H公司则认为,激光手持焊能非常大程度为工厂省去很多麻烦事,包括焊前清洗、焊后打磨等步骤,能有效节省工厂的生产时间和人力成本。尤其是一些用于拼接的薄铁板,铝合金板,既不能打磨(容易破损)、又不能有飞溅,在这些领域激光焊比传统焊有着明显优势。同时,许多客户的场景不适用大体积的激光平台焊,更轻便小巧的激光手持焊成为解决客户的真实需求的不二选择,H公司根据这一需求,与光源厂家合作探索开发更小的激光手持焊机。当然,H公司也意识到,目前激光手持焊在很多细致划分领域还不适用,这需要厂家和激光企业根据细致划分领域的特点,共同探索新的功率段,或新的技术工艺,或更小的体积形态,这样才可以进一步提升激光手持焊的市场渗透率。

  传统焊接厂家认可激光焊接未来的发展前途,同时也多次提到成本、体积等事关行业发展的关键词。激光设备成本的一路下行大家已经有目共睹,激光产品的小型化趋势如今也愈发明显。

  在激光手持焊诞生之初,略大的激光器和水箱堆起了半人多高、几百斤重的手持焊接设备。随市场反馈和结构优化,水冷式激光手持焊机体积及重量开始逐渐减小。2021年,IPG推出了颠覆行业的全球首款风冷式激光手持焊。摆脱了冷水机的束缚后,手持焊机体积及重量大幅减小,并由此进入后备箱时代。

  此后,风冷手持焊的概念迅速火遍全国,国产风冷手持焊机也开始在市场上崭露头角。与水冷手持焊相比,风冷手持焊体积小、重量轻,让激光手持焊从笨重的设备变成便携的工具。然而,在一些需要长时间焊接的环境下,风冷手持焊稳定性则还未得到大批量验证。而水冷手持焊凭借适用面更广(焊接类型更丰富)、散热能力更强、能够长时间稳定焊接(包括夏季高温环境下)、持续焊接效率高等优势,仍是目前长时间连续焊接用户的主要选择。

  可以说,在小型化上领先一步成为风冷手持焊快速崛起的关键。尽管进入市场的时间比水冷手持焊晚了3年,但不少企业反馈,目前风冷焊机的成长速度很快。

  2022年,凯普林基于深厚的泵浦源技术积累,研制了高功率、高亮度第四代工业泵浦技术,并在此基础上推出了体积超小的闪电系列激光器,为水冷式手持焊接机的小型化之路提供了助力。在1500W层面,凯普林闪电激光器较过去的单模块激光器相比体积减少61%,重量减少48%,而在3000W层面,凯普林闪电激光器较过去的单模块激光器相比体积减少79%,重量减轻63%。光纤激光器体积与重量的大幅度减少,让人们开始展望小型化激光的应用场景,更小的激光手持焊产品呼之欲出。

  激光器的体积缩小只是第一步,制约水冷式手持焊小型化的另一重点是水冷机。在小型化趋势面前,水冷机企业也开始发力。本次埃森展上,笔者在水冷机展台上看见了1500W的超小型水冷一体手持焊接机。厂家在光纤激光器实现了“缩骨”的前提下,同样开始了水冷机小型化的研发之路,最终根据手持焊市场的特点开发出体积超小且确保制冷量和稳定能力的新一代小型冷水机。新型冷水机不仅体积和重量减小,操作也更便捷。

  小型激光器和小型冷水机的出现,让水冷式激光手持焊也进入了后备箱时代,体积甚至与部分风冷手持焊产品相当,部分厂家的水冷手持焊机总重已降到60KG。由此,一些小体积水冷式激光手持焊的厂家开始将风冷手持焊视为竞品,力争在便携性与稳定性的综合层面取得优势。

  除了小型化之外,埃森焊接展上还展示了手持焊的半自动趋势协作机器人辅助的手持焊。L公司表示,目前许多用户存在两用机的需求,即手持焊需求之外,有些场景需要用机械臂进行辅助。为此,公司开发了机器人协作手持焊,取下枪头可作为常规手持焊,在机械臂上装上枪头则变为机器人半自动焊。

  之所以称为半自动,是因为这与传统的机器人平台焊有明显区别,平台焊能够应对更复杂的零件,驾驭更高的功率与更厚的板材,也需要相对复杂的编程。而机器人半自动焊,本质上是手持焊的衍生品,协作机器人能跟随拖拽或手柄编程进行移动,减轻员工长期手持焊枪的压力,或代替员工在一些相对危险的区域完成焊接动作。

  S公司也提及,目前激光手持焊受功率限制,只能焊薄板,但未来一定会往厚板领域发展,届时激光功率也会随之提高。而高功率激光对人的皮肤和眼睛都存在伤害,未来更高功率的焊接机除了需要增强员工防护外,也需要悬臂、机械手等协助。

  回到本文开头提出的问题。作为焊接领域的一块重要拼图,激光手持焊弥补了传统焊接工艺的部分短板,提升了使用者真实的体验,故此得到传统焊接厂家的认可。同时,激光手持焊也不会真的“完全替代”某种焊接工艺,毕竟焊接应用场景非常多样,许多场景并不适合使用激光手持焊,因此多工艺并存才能真正使用户得到满足需求。

  而在激光手持焊体系内,风冷水冷两条技术路线各有特点,同样也是满足多种场景客户群体的差异化需求。小型化的近一步发展,考验的不仅是手持焊厂家的结构设计,更考验激光器厂家如何把激光器在越做越小的同时还能保持高水平的稳定性。

  机器人协作为手持焊打开了新的应用场景,同时也强调了手持焊的“工具”属性。不论是手持,还是机器人持,这款工具都将以更优的效果和更低的使用成本惠及用户,提升制造的品质和产品竞争力。未来,激光手持焊将继续走向工具化,与更多的应用场景、应用工艺相结合,为激光应用带来更多的可能性。