銅材料のレーザー溶接：青色レーザーVS緑色レーザー

レーザー溶接は、新しい高効率加工技術です。 レーザー加工のプロセスは、特定のエネルギービームと材料との相互作用の結果です。 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、銅、アルミニウム、およびそれらの関連合金が含まれ、非金属材料にはガラス、木材、プラスチック、布地、脆性材料が含まれます。 レーザー製造は多くの産業に応用されていますが、これまでのところ、その応用は主にこれらの材料カテゴリ内に限られています。

レーザー産業は材料特性の研究を強化する必要がある

中国では、アプリケーションに対する大きな需要によってレーザー産業が急速に発展しています。 ただし、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に焦点を当てており、機器の自動化を検討しているメーカーもあります。 さまざまな材料にどのビームパラメータが適しているかを判断するなど、材料に関する研究が不足しています。 この研究のギャップは、一部の企業が新しい機器を開発しても、その新しい用途を探求できないことを意味します。 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るものの、材料科学エンジニアはほとんどおらず、材料特性に関する研究をさらに進めることが急務となっています。

銅の高い反射率は緑色と青色のレーザー技術の発展を促進する

金属材料では、鋼鉄や鉄のレーザー加工が広く研究されてきました。 しかし、特に銅やアルミニウムなどの高反射率材料の加工については、まだ研究が進められています。 銅は、その優れた熱伝導性と電気伝導性により、ケーブル、家電製品、民生用電子機器、電気機器、電子部品、電池などに広く使用されています。 長年の努力にもかかわらず、レーザー技術では銅の特性により銅の加工が困難でした。

まず、銅は反射率が高く、一般的な 1064 nm 赤外線レーザーの反射率は 90% です。 第二に、銅は熱伝導性に優れているため、熱が急速に放散し、目的の加工効果を得るのが難しくなります。 第三に、加工にはより高出力のレーザーが必要となり、銅が変形する可能性があります。 溶接が完了しても、欠陥や不完全な溶接がよく発生します。

長年の研究の結果、緑色や青色のレーザーなど、波長が短いレーザーの方が銅の溶接に適していることがわかりました。 これにより、緑色および青色レーザー技術の発展が促進されました。

赤外線レーザーから波長 532 nm の緑色レーザーに切り替えると、反射率が大幅に低下します。 532 nm 波長のレーザーにより、レーザービームを銅材料に連続的に結合させることができ、溶接プロセスを安定させることができます。 532 nm レーザーによる銅の溶接効果は、1064 nm レーザーによる鋼鉄の溶接効果に匹敵します。

中国では、緑色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 ワットに達しています。 溶接効果はリチウム電池部品において特に顕著です。 近年、特に新エネルギー産業において、銅のグリーンレーザー溶接が注目を集めています。

現在、中国企業は出力1000ワットの完全ファイバー結合型緑色レーザーの開発に成功しており、銅溶接の潜在的用途が大幅に拡大しています。 この製品は市場で好評を博しています。

過去 3 年間、新しい青色レーザー技術が業界の注目を集めてきました。 波長が約 450 nm の青色レーザーは、紫外線レーザーと緑色レーザーの中間に位置します。 銅における青色レーザーの吸収は緑色レーザーよりも優れており、反射率は 35% 未満に低下します。

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” 溶接部の気孔率を低減します。 品質の向上に加え、銅の青色レーザー溶接は、赤外線レーザー溶接よりも少なくとも 5 倍高速であり、速度面でも大きな利点があります。 3000 ワットの赤外線レーザーで得られる効果は 500 ワットの青色レーザーでも実現でき、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としては、Laserline、Nuburu、United Winners、BWT、Han's Laser などが挙げられます。 現在、青色レーザーはファイバー結合半導体技術ルートを採用していますが、エネルギー密度では若干遅れています。 そのため、一部の企業では、より優れた銅溶接効果を実現す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では、銅の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して、十分なエネルギー密度を確保しながら高反射率の問題を解決します。

レーザー技術を適用または開発する際には、材料特性を理解することが重要です。 青色レーザーと緑色レーザーのどちらを使用しても、銅のレーザー吸収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。 処理技術が成熟し、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るにつれて、市場の需要は急増すると考えられます。

青色および緑色レーザーの効率的な冷却

青色レーザーと緑色レーザーは動作中に大量の熱を発生するため、強力な冷却ソリューションが必要になります。 TEYUチラーは、 チラーメーカー  22 年の経験を持ち、幅広い産業およびレーザー アプリケーション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ます。 CWFLシリーズ 水冷却装置  青色および緑色の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。 レーザー機器の独特な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前線に立ち続けることに尽力しています。 当社は、青色レーザーと緑色レーザーの業界動向と革新を継続的に監視し、技術の進歩を推進して新たな生産性を促進し、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しています。