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把握中捷投资机遇:激光企业还等什么

  近日,罗马尼亚首都布加勒斯特南部的默古雷莱核物理基地举行奠基仪式,正式启动建造世界上功率最强大的激光器

  欧盟“极端光基础设施”项目准备建4个全新的激光研究机构,除了此次奠基仪式的罗马尼亚的默古雷莱之外,捷克的布拉格也是该激光项目的选择地之一,每台激光器将发出强度高达10拍瓦(petawatt,1拍瓦=1015瓦)的脉冲,其强度是现有激光脉冲的几百倍。

  这种激光脉冲的持续时长仅为1.5×10-14秒,比光通过发丝直径的长度距离所需时间的十分之一还少。因为这种脉冲如此短暂,它们所包含的能量少于美国国家点火装置(NIF)的激光脉冲(其持续时长为2.0×10-8)所拥有的能量。但在这稍纵即逝的瞬间,ELI脉冲产生的能量却是NIF的20倍。

  其实,捷克激光器研制工作早在1963年中期就开始了,同年末和1964年初先后出现He一Ne和红宝石激光器。 继之的工作是制造了三种原型气体激光器以及研制某些固体激光器。在激光器领域内也相当重视测试技术的研究,此外,也探索了激光器辐射的性能及激光器的应用等。

  近年来,中国与捷克的经贸关系发展良好,合作领域不断扩大,这或许给中国激光企业带来更多的合作机会。中国驻捷克大使馆经济商务参赞程永如曾表示,未来五年中国有望实现10万亿美元的进口、5000亿美元的对外直接投资,出境旅游人数将达5亿人次。中国非常重视与捷克的经贸合作关系,双方能够互惠互利。

  中捷经贸合作广泛

  近年来,中捷双边经贸关系取得了长足发展。据中方统计数据显示,中捷双边贸易从2001年的6亿美元已增加到2011年的100亿美元。在中东欧16国中仅次于波兰,而捷克人口仅为波兰的27%。

  据了解,目前中国已成为捷克第三大贸易伙伴国,中捷双向投资也呈现出良好的发展势头。其中,华为、中兴、斯柯达等优秀企业已加入到中捷双向投资的行列中来,为中捷双边经贸关系的发展注入了活力和动力。

  捷克作为欧盟成员,在地理位置上极具优势,市场辐射潜力和法制政策环境,均使中捷经贸合作潜力进一步提升。

  据程永如参赞介绍,中捷双边经贸关系的发展,证明了市场的力量,也为双方政府制定公共政策和提供公共服务引领了方向。捷克传统的工业基础和现代的科技研发能力,为双方在机械、电子、化工、环保、生物制药、纳米技术等领域的进一步合作提供了支点。此外,捷克政府在《2012-2020出口战略》中,也将中国列为重点开发的新市场,在促进中国与中东欧国家合作倡议的推动下,中捷经贸合作将迎来新的发展阶段。

  据2012年捷克工贸部统计,外贸在捷克经济中占有重要位置,2011年,捷克对外贸易总额为3136亿美元,同比增长20.8%。其中捷方出口1622亿美元,进口1514亿美元。主要进口商品有石油、天然气、计算机、轿车及配件、电信设备等;主要出口商品有轿车及配件、电力、钢材、机械设备、玻璃制品等。

 

  极具投资优势

  捷克地处欧洲中心,是企业进入欧盟市场的跳板,市场发展潜力大,是一个成熟的、竞争激烈且销售渠道已形成体系的市场;捷克的铁路、公路、航空和水路交通便利,基础设施良好,这非常有利于市场布局;同时,捷克民族和宗教矛盾小,政局稳定,社会治安较好;其法律健全、透明度较高;捷克是欧盟成员国,主张自由的贸易政策,对外来投资也表示欢迎。

  在税收方面,捷克的税收体系透明,税赋低;人口受教育水平和素质普遍较高,在欧洲具有成本竞争优势;捷克经济快速发展,市场进一步整合,快速发展的经济和不断整合的市场会带来很多新的发展机会。

  捷克的主要工业部门有机械、化工、冶金、纺织、电力、食品、制鞋、木材加工和玻璃制造等;农业用地面积357.2万公顷,其中耕地面积259.2万公顷;森林资源丰富,面积达265.1万公顷,占全国总面积的三分之一;捷克的旅游资源丰富,主要旅游城市有布拉格、捷克克鲁姆洛夫、卡洛维伐利等。

  在自然资源方面,捷克的褐煤、硬煤和铀矿蕴藏丰富。其中褐煤和硬煤储量约为134亿吨,分别居世界第三位和欧洲第五位。石油、天然气和铁砂储量甚小,依赖进口。其他矿物资源有锰、铝、锌、萤石、石墨和高岭土等。

  交通运输业方面,以公路、铁路和航空运输为主;内河航道377公里,伏尔塔瓦河上建有多座水电站;主要的国际机场为布拉格鲁津机场。

  优势产业集群

  捷克工业历史悠久,在机械、电子、化工和制药、冶金、环保、能源等行业均有着雄厚的基础,许多工业产品,如纺织机械、机床、电站设备、光学仪器、环保设备、生物制药等享有盛誉。

  据了解,目前捷克经济发展政策的重点是加速经济结构的优化和调整。因此,捷克政府确立了优先发展的产业,并鼓励内外资进入优先发展产业,包括高技术制造业;商业支持服务。此外,捷克政府还鼓励外国投资者在经济落后或者失业率高的地区进行投资。

  例如,捷克在机器设备制造方领域,有着悠久的历史,它涵盖了电力设备、化工设备、食品机械、建筑机械、农林机械、机床、矿山机械、冶金机械、橡胶塑料加工机械、纺织机械等。目前,捷克机械产品的技术水平和质量已得到进一步提高,大部分出口到欧洲国家。

  电气电子行业是捷克最具竞争力的制造产业之一。主要出口产品是视听设备、计算机和工业自动化设备等,主要出口市场是德国、荷兰、法国和英国等欧盟国家。

  捷克的精密光学仪器在国际上也颇具名气,有着较强的市场竞争力,其主要产品有电子显微镜、电子扫描镜、夜视仪等。

  捷克制药和生物技术水平较高,其生产的治疗心血管疾病药物、化疗辅助药物享有世界先进水平。

 

  捷克的汽车工业已有100多年的历史,是其国民经济的支柱产业,捷克还有着数百家汽车零部件制造供应商,世界汽车零部件厂商50强中有一半在捷克投资,从而形成了密集完整的汽车产业链,因此捷克是世界上汽车制造、设计与研发集中程度最高的国家之一。

  激光加工在汽车工业的应用

  1969年,在美国通用汽车公司位于印第安那州科科莫市的Delco电子技术部,安装了三台激光器用于电子元件的电阻调整,从而开启了激光技术应用于汽车工业的序幕。如今,汽车制造中使用的激光加工技术多种多样。

  至今,国外各大汽车公司,如:通用、福特、克莱斯勒-奔驰、丰田、大众、宝马、菲亚特等,已全部拥有自己的激光加工生产线,且激光器数量以每年20%的速度增长。

  应用于汽车工业的激光加工技术主要有:激光切割激光焊接(约占60%),激光打孔和打标(约占19%),激光表面处理和研发(约占15%)。激光加工技术既是新产品开发的技术保证,又是生产高质量、低成本汽车的有效和不可缺少的技术手段。在国外,主要应用有:

  1、车身钢板焊接

  (1)车顶焊:减噪和适应新的车身结构设计。

  Volvo是最早开发的厂家。如今,德国大众公司也已在Audi A6、Audi A4、Golf、Passat等车顶采用了此技术。早期,欧洲各大汽车厂的激光器绝大多数用于车顶焊接。

  (2)车身(架)焊:提高车身强度。

  奔驰公司首先在C级车后立柱上采用了激光填丝焊接;BMW和GM在车架顶部采用了搭接焊;Fiat公司在著名的Ferrari车上完成120米长的激光焊接。

  (3)激光拼焊板:降低车身重量和成本,减少零件数量,提高安全可靠性。

  丰田公司Tahara工厂生产的凌志(Lexus)门板原来是用两种不同厚度、五种不同表面处理的多块钢板组成,现在只用一块激光拼焊板代替,大大提高了生产率;BMW公司三分之一的汽车已采用激光拼焊板。

 

  2、齿轮及传动部件焊接

  福特公司有20台5 kW CO2激光焊机,通用公司有11台14 kW CO2激光焊机专门用于汽车齿轮焊接。克莱斯勒公司也有10台6~9 kW CO2激光焊机从事相同的工作。

  3、非金属及对电磁性有要求的汽车零件焊接

  Volvo和大众公司使用激光焊接塑料燃料箱;许多厂家利用激光精密焊接发动机上的传感器。

  4、激光切割

  在汽车工业中,激光切割主要用于新车型开发过程快速切割车身样件。BMW、奔驰、Fiat、Volvo、大众等公司都拥有用于此项工作的五轴激光加工机。

  5、激光热处理及涂敷

  激光热处理是所有激光加工技术中开发应用最早的技术,实际应用的例子很多。如:Fiat公司发动机缸套及其他零部件的激光热处理;日产公司发动机曲轴和涡轮增压机电机轴的激光处理;美国GM公司Saginaw分公司动力转向器壳体内孔激光处理等。

  激光涂敷则是近十几年才开展大规模研究的一项新技术,可在普通金属材料表面涂敷一层耐磨、耐蚀的特殊合金涂层。但由于在工艺上还存在一些诸如易出现裂纹、气孔及表面粗糙等问题,该技术尚未大规模应用。然而,Fiat和丰田公司已在小批量生产的高负荷发动机排气阀表面上采用了激光涂敷技术。

   国内汽车工业应用及研究

  早在1976年,一汽轿车厂就率先在国内汽车行业将激光切割技术应用于大红旗车身件修边及切孔上,并先后完成21种、上万件的激光切割任务。

  20世纪80年代,在国家科委及教委的重点支持下,发动机缸体、缸套内孔激光处理技术得到优先开发和发展。并在90年代建成国内较先进的两条激光处理生产线。

  20世纪90年代初,南昌齿轮厂建成齿轮激光焊接生产线,柳州微型车厂引进大型激光切割机床,使得激光加工应用领域逐步扩展。

  上个世纪末,随着我国轿车合资厂的产品进入与国外同步生产阶段,以一汽-大众Audi A6和上海-大众Passat B5轿车顶盖激光焊接线为代表,激光加工技术在国内汽车工业取得了不可或缺的地位,并作为先进制造技术被业内人士接受。

  一汽集团是国内开展激光加工技术研究比较早的单位。除承担国家重点科技攻关项目“发动机缸体激光热处理研究”项目外,还先后开展了488发动机曲轴和凸轮轴、CA6102摇臂及摇臂轴等的激光淬火或熔凝强化处理,CA6102进、排气阀和模具的激光涂覆,CA6102发动机铝活塞一道环槽的激光合金化,变速箱齿轮激光焊接等技术的应用研究工作。其中具有代表性的项目有“CA1092刹车蹄片激光硬化处理技术”和“卡车变型车驾驶室顶盖激光焊接技术”。

 

  1  Ca1092刹车蹄片激光硬化处理

  Ca1092刹车蹄片工作原理见图2。刹车制动凸轮a沿逆时针旋转,推动上下刹车蹄片c产生制动力。刹车蹄片凸轮平台b表面与刹车凸轮接触处易磨损,现有铁素体铸铁材料采用感应加热处理无法满足设计硬度要求。

  刹车蹄片凸轮平台经激光硬化处理后,硬度达到设计要求。前、后刹车蹄片两种铸铁表面,经激光熔凝处理后,形成枝晶硬化组织,如图3所示。

  试验结果显示激光处理刹车蹄片较感应加热处理耐磨性高3倍以上。行车试验表明,激光处理刹车蹄片凸轮平台表面的耐磨性比现生产刹车蹄片的耐磨性提高3~4倍。

  多项试验表明刹车蹄片激光硬化处理技术可行。随后,研制了刹车蹄片激光处理系统。该技术以“交钥匙”方式投入生产,已累计生产激光处理刹车蹄片120万件。

  2  卡车变型车驾驶室顶盖激光焊接

  大型车身冲压件激光对焊是车身激光焊接中难度较大的一项技术。本项应用研究是探索利用激光切割焊接组合加工技术生产制造重型卡车变型车驾驶室顶盖等大型车身覆盖件的可行性。

  针对一项利用一排半驾驶室顶盖改制成单排顶盖开发任务,确定如下试制方案:

  首先,利用激光切割在一排半成品冲压顶盖后部切下等宽的一条冲压顶盖,然后将前后余下部分沿激光切割切口进行激光对接焊接,完成单排顶盖批量制造,如图4所示。

  应用三维五轴CO2激光加工机进行了大型三维驾驶室顶盖激光对接焊试验研究。研制了大型重卡顶盖激光切割和焊接的专用夹具,并针对车身常用裸板和镀锌钢板作了大量的工艺试验;通过激光对焊, 双光束焊接和激光填丝焊试验发现了可行的组合焊接方法,同时对焊缝微观金相组织进行了分析,通过了焊缝性能试验。最后利用一套焊接夹具完成两种顶盖批量焊接试制生产,见图5。

  研究结果表明,在小批量生产中,利用一套焊接夹具,用激光切割和焊接组合加工技术生产制造两种不同重型卡车驾驶室的顶盖是可行的,并能够降低模具成本和缩短制造周期。如果引进柔性夹具,这项生产技术可用于顶盖的批量生产。

  卡车大型车身覆盖件激光焊接技术的掌握,填补了国内该领域的一项空白,也为激光焊接在其他车型中的推广应用奠定了坚实的基础。

 

  飞机制造业是捷克的传统优势产业,除了传统的喷气教练机、轻型战斗机以外,捷克是仅次于德国的超轻型飞机生产国。每年约生产550架轻型飞机和运动飞机,以及1400架螺旋桨机,产品80%以上出口。此外,捷产飞机零部件等产品质量好,机场空管系统技术先进。

  激光加工在航空工业的应用

  近些年来,随着新机的快速装备,钛合金和复合材料已成为我军现役飞机的主要结构材料。而激光由于具有高方向性、高亮度、高相干性等优良品质而被广泛应用于各个领域,它也必将在飞机结构修理领域扮演重要角色。

  1 激光热处理技术

  以一定速度移动的激光束照射金属表面时,表层金属吸收能量后迅速升温,当光斑移动后,基体材料吸收表层的热量使表层金属的温度以极高的速度迅速下降,形成不同于常规淬火的自淬火。由于自淬火的降温速度极高,因此可得到显微组织特殊的表面改性层,这对于提高金属的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐疲劳性有良好的作用。激光热处理是最早开发的激光加工技术,现在已形成了较完善的理论和工程应用技术。对于可以相变强化的碳钢、合金结构钢,激光表面淬火可以产生传统淬火更高的硬度,甚至对于不具有淬硬性的一些低碳钢材料也有一定的强化作用。图1为35CrMo钢的激光淬火效果。

  2 激光表面重熔技术

  应用比激光表面淬火更高的激光功率密度照射金属表面会使表层金属熔化,光斑移动后,基体金属吸热使熔池内金属液体迅速固化,形成强烈激冷的具有极细晶粒和过饱和固溶体显微组织,由于细晶强化和固溶强化的作用,可以明显提高材料表面的硬度、耐磨性。研究表明,通过重熔,铝合金的硬度可以提高30%~100%,这是工艺最简单的激光加工技术,但是强化的幅度有限。对于承受交变载荷的飞机结构铝合金型材、板材,激光重熔后必然存在的过热层的疲劳品质是决定结构使用寿命的关键,因此,在进入工程应用前须以试验验证激光重熔对材料疲劳性能的影响。对于结构钢材料,重熔硬化效果显著,图2所示为45#钢激光重熔不同区域组织。由图2可以看出,激光重熔后组织由珠光体转换成马氏体。

 

  3 激光表面合金化技术

  在激光熔化表层金属时向熔池加入设计的合金元素,可以在不改变基体合金成分的前提下在表层得到需要性能的合金化层。这项技术对特殊性能需要零件的制造十分有利,可制造出传统制造技术无法实现的非均材质、非均一性能的金属或复合材料零件。由于激光表面合金化过程中熔池降温速度极高,可形成传统冶金工艺条件下难以实现的合金、组织结构。因此,根据需要可以形成高的硬度、耐磨性,良好的耐腐蚀性能和耐热性能的合金化层。针对铝合金,人们试验了各种不同的合金体系的激光表面合金化工艺,如Cu、Fe、Si、Ni、Cr 和WC、SiC 等。其中镍基合金化层弥散有金属间化合物AlNi、Ni3Al 相,具有较高的硬度和耐磨性,但是合金化层较脆,存在开裂现象。激光熔覆的结合界面必然存在基体与熔覆材料的合金化冶金过程。图3 为铝合金合金化成分扫描曲线。

  4 激光焊接技术

  激光能量密度高,能在瞬间使表层金属熔化、气化,是焊接的理想能源,可以获得宽度窄、热影响区小的理想焊缝。目前已经在多种金属、多种条件下获得高质量的焊缝,是应用较广泛的激光加工技术。对于飞机结构常用的LY12(2024)、LC4(7075) 等高强度、焊接性能较差的变形铝合金,激光焊接是最有发展前途的焊接技术。国内外研究人员应用连续式CO2 激光、Nd:YAG 激光、半导体激光、准分子激光为能源,以不同的工艺参数实现了较理想的2024、7075、6063、5083、5052等合金板材焊接, 并进行了有限元分析。因此,激光焊接技术在飞机结构修理领域有相当广阔的开发前景,特别是在飞机结构损伤抢修领域,由于其具有焊接速度快、施工较铆接简单的特点,是代替铆接工艺的理想技术。对于钛合金、高温合金、不锈钢材料,激光是理想的焊接能源,可形成热影响区小、焊接应力小、变形小、性能高的焊缝。

  5 激光切割技术

  激光可以切割几乎所有材料,并且可以通过选择气化、熔化、氧化切割方法和工艺参数而在不同材料切割中得到高质量的切缝表面。激光切割变形小、精度高、节省材料、切割效率高、对环境污染小。在飞机结构损伤抢修领域,应用激光切割技术可以快速切除损伤、变形的结构,为实施修复创造施工条件、节省宝贵的时间。

  6 激光冲击强化技术

  激光冲击强化技术是继喷丸、冷挤压之后的又一种材料表面强化技术,当极高功率密度、短脉冲的激光到达材料表面,低熔点的材料会迅速气化,表层材料的相当于爆炸的瞬间气化产生冲击波对基体会产生强烈的机械作用。因此,在需要处理的材料表面预置低熔点金属或非金属涂层,经激光照射后,可以大幅度提高材料表面硬度(提高5 倍以上)、表面压应力,对提高基材的抗疲劳性能有着显著的作用。研究表明,激光冲击强化的主要机理是气化冲击波时金属表面晶粒位错密度均匀、大幅度地提高,位错的交割、缠结交互作用形成均匀的表面残余压应力,从而降低疲劳裂纹扩展速率,提高寿命的幅度达20%~300%以上。可以看出,该技术应用前景广阔,特别是在航空结构常见的小孔、焊缝、凹槽等传统工艺无法强化的特殊部位(如铆钉孔),激光冲击强化是其他工艺无法替代的新技术。

  7 激光表面熔覆技术

  激光表面熔覆是在金属基体表面上预涂一层金属、合金或陶瓷粉末,在激光重熔时,控制能量输入参数,使添加层在充分融化后使基体微熔与基体实现冶金结合,从而得到一个外加的具有需要性能的熔覆层,图4所示为激光熔覆层SEM 分析。

 

  与激光表面合金化相比,该工艺过程中避免基体的过度熔化,保持了熔覆层内材料的特性和功能,是非常重要的表面改性技术,应用到飞机结构可获得巨大的技术效益。该方法在1981年被成功地应用于大型客机发动机涡轮叶片后引起了广泛重视,已成为国内外激光表面改性的研究重点之一。铝合金材料硬度低,在其表面熔覆一个硬的耐磨层意义特别重大。但困难的是,铝合金的导热系数高、熔点低。而熔覆层的熔点通常大大高于铝合金基体,难以形成稀释度小、性能稳定的合金化层。实践证明,经过严格控制激光工艺参数,可以实现需要功能和特性的合金表层,国内外已成功地在铝合金表面进行了多种合金熔覆实验。丰田公司已将发动机气阀座由原来的镶嵌结构改为直接熔覆,使阀座的耐磨性、润滑性、导热性等大幅提高。国外不但将激光熔覆用于表面改性,也用于机械零件的修复,由此开发研究了激光快速成型技术(DMD、DMP),用于机械零件的直接制造。对于机械零件的表面磨损和腐蚀损伤,可以用激光多层熔覆的方法恢复其尺寸和形状。美国海军已建立专门的激光熔覆修理实验室对水下装备的铝合金结构件的腐蚀损伤进行了成功的修复。对于海军飞机常见的腐蚀损伤,激光熔覆技术具有巨大的开发应用前景。

  激光加工技术在很大程度上适应了现代飞机抢修中对钛合金切割、钛合金焊接、复合材料的切割的广泛需要。只要调整激光的功率密度和光斑移动速度就可以实现多种加工目的,是传统加工工艺所无法比拟的。它可以成为弥补传统抢修技术缺陷的首选先进抢修技术,也是大有发展前景的抢修技术。

  激光加工的表面改性技术已在航空发动机制造领域得到应用。使用激光熔覆技术熔铸航空发动机涡轮叶片冠部,成功恢复了叶片轴向尺寸。在飞机结构修理领域,激光加工技术已经开始得到重视,加拿大将其列为有重大价值的技术。但是对于飞机结构的主要材料铝合金,由于沸点低、传热快、对激光的吸收率低,激光加工较困难,是国内外激光应用领域公认的难题。如能成功应用,具有非常高的学术价值和工程应用价值。

  投资须知

  就中国企业赴捷投资时的注意事项,业内人士对媒体表示,中国企业在与捷克企业进行劳务合作时,应认真做好市场调研,了解相关法律法规,以及捷克的合作伙伴和用人单位的实力和资信,并按国内规定履行项目审查。

  此外,需签订好对外劳务合同。在合同条款中,对劳务人员的工资待遇、生活安排以及法律保障等做出切实可行的规定,避免因对合同条款理解不一而产生的纠纷。

  同时,保障劳务人员的合法权益。应同劳务人员签订符合双方法律规定的劳务合同,明确双方的责任和义务;外派劳务人员需遵守当地法律、法规,尊重当地的文化和习俗;有条件的企业,还应设立风险基金,以应对突发情况;建立劳务合作信息咨询中心,以便为中国企业提供咨询服务,积累推广合作经验。

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