銅材料のレーザー溶接：青色レーザー対緑色レーザー

レーザー溶接は、近年注目を集めている高効率加工技術です。レーザー加工は、特定のエネルギービームと材料との相互作用によって行われます。材料は一般的に金属と非金属に分類されます。金属材料には、鋼鉄、鉄、銅、アルミニウム、およびそれらの合金が含まれ、非金属材料には、ガラス、木材、プラスチック、布地、脆性材料などが含まれます。レーザー加工は多くの産業で応用されていますが、今のところ、その用途は主にこれらの材料カテゴリーに限られています。

レーザー業界は材料特性に関する研究を強化する必要がある

中国では、レーザー産業の急速な発展は、用途に対する大きな需要によって牽引されています。しかし、ほとんどのレーザー機器メーカーは、レーザービームと機械部品との相互作用に主眼を置いており、機器の自動化を検討しているメーカーはごくわずかです。材料に関する研究、例えば、どのビームパラメータが様々な材料に適しているかといった研究が不足しています。この研究のギャップにより、一部の企業は新しい機器を開発しても、その新しい用途を開拓することができません。多くのレーザー企業には光学エンジニアや機械エンジニアはいますが、材料科学エンジニアは少なく、材料特性に関する研究の緊急の必要性が浮き彫りになっています。

銅の高い反射率が緑色および青色レーザー技術の開発を促進する

金属材料においては、鋼鉄や鉄のレーザー加工は十分に研究されてきた。しかし、高反射性材料、特に銅やアルミニウムの加工は、依然として研究段階にある。銅は、その優れた熱伝導性と電気伝導性から、ケーブル、家電製品、民生用電子機器、電気機器、電子部品、電池などに広く用いられている。長年の努力にもかかわらず、レーザー技術は銅の特性ゆえに、銅の加工に苦戦を強いられてきた。

まず、銅は反射率が高く、一般的な1064nm赤外線レーザーでは90%の反射率を示します。次に、銅は熱伝導率が非常に高いため、熱が急速に放散し、望ましい加工効果を得ることが困難です。さらに、加工には高出力レーザーが必要となり、銅の変形を引き起こす可能性があります。溶接が完了しても、欠陥や溶接不良が発生することがよくあります。

長年の研究の結果、緑色レーザーや青色レーザーなど、波長の短いレーザーが銅の溶接に適していることが判明した。これが、緑色レーザーおよび青色レーザー技術の開発を促進する原動力となった。

赤外線レーザーから波長532nmの緑色レーザーに切り替えることで、反射率が大幅に低下します。波長532nmのレーザーは、レーザービームを銅材に連続的に照射できるため、溶接プロセスが安定します。532nmレーザーによる銅の溶接効果は、1064nmレーザーによる鋼材の溶接効果に匹敵します。

中国では、グリーンレーザーの商用出力は500ワットに達しており、国際的には3000ワットに達している。溶接効果は特にリチウムイオン電池部品において顕著である。近年、銅のグリーンレーザー溶接は、特に新エネルギー産業において注目を集めている。

現在、中国企業が出力1000ワットの完全光ファイバー結合型グリーンレーザーの開発に成功し、銅溶接の応用範囲を大幅に拡大した。この製品は市場で好評を博している。

過去3年間で、新しい青色レーザー技術が業界の注目を集めている。波長が約450nmの青色レーザーは、紫外線と緑色レーザーの中間に位置する。銅に対する青色レーザーの吸収率は緑色レーザーよりも高く、反射率を35%以下に抑えることができる。

青色レーザー溶接は、熱伝導溶接と深溶け込み溶接の両方に使用でき、「スパッタフリー溶接」を実現し、溶接部の気孔率を低減します。銅の青色レーザー溶接は、品質向上に加え、赤外線レーザー溶接よりも少なくとも5倍速いという大きな速度上の利点も提供します。3000ワットの赤外線レーザーで得られる効果を500ワットの青色レーザーで実現できるため、エネルギーと電力を大幅に節約できます。

青色レーザーを開発するレーザーメーカー

青色レーザーの主要メーカーには、Laserline、Nuburu、United Winners、BWT、Han's Laserなどがあります。現在、青色レーザーはファイバー結合半導体技術を採用していますが、エネルギー密度がやや劣ります。そのため、一部の企業は銅溶接効果を向上させるために、デュアルビーム複合溶接を開発しました。デュアルビーム溶接とは、銅溶接に青色レーザービームと赤外線レーザービームを同時に使用し、2つのビームスポットの相対位置を慎重に調整することで、高い反射率の問題を解決しつつ、十分なエネルギー密度を確保するものです。

レーザー技術の応用や開発において、材料特性を理解することは極めて重要です。青色レーザーでも緑色​​レーザーでも、どちらも銅のレーザー吸収率を高めることができますが、高出力の青色レーザーと緑色レーザーは現在高価です。加工技術が成熟し、青色レーザーや緑色レーザーの運用コストが適切に低下すれば、市場需要は飛躍的に増加すると考えられます。

青色レーザーおよび緑色レーザーの効率的な冷却

青色および緑色レーザーは動作中にかなりの熱を発生するため、堅牢な冷却ソリューションが必要です。TEYU 22年の経験を持つ大手チラーメーカーであるChillerは、幅広い産業およびレーザー用途向けにカスタマイズされた冷却ソリューションを提供しています。当社のCWFLシリーズ水冷チラーは、青色および緑色レーザープロセスで使用されるものを含むファイバーレーザーシステムに、正確かつ効率的な冷却を提供するように特別に設計されています。レーザー機器特有の冷却要件を理解することで、生産性を向上させ、機器を保護する強力で信頼性の高いチラーを提供します。

TEYU Chillerは、レーザー冷却技術の最先端であり続けることに尽力しています。当社は、青色および緑色レーザーにおける業界の動向と革新を継続的に監視し、新たな生産性を促進する技術革新を推進するとともに、レーザー業界の進化する冷却要件を満たす革新的なチラーの生産を加速させています。