구리 소재의 레이저 용접: 청색 레이저 vs. 녹색 레이저

레이저 용접은 새롭게 떠오르는 고효율 가공 기술입니다. 레이저 가공 공정은 특정 에너지 빔과 재료 간의 상호 작용으로 이루어집니다. 재료는 크게 금속과 비금속으로 분류됩니다. 금속 재료에는 강철, 철, 구리, 알루미늄 및 관련 합금이 포함되며, 비금속 재료에는 유리, 목재, 플라스틱, 직물 및 취성 재료가 포함됩니다. 레이저 제조는 다양한 산업 분야에 적용되고 있지만, 현재까지는 주로 이러한 금속 재료 범주 내에서 활용되고 있습니다.

레이저 산업은 재료 특성에 대한 연구를 강화해야 합니다.

중국에서 레이저 산업의 급속한 발전은 다양한 응용 분야에 대한 높은 수요에 힘입어 이루어지고 있습니다. 그러나 대부분의 레이저 장비 제조업체는 레이저 빔과 기계 부품 간의 상호 작용에만 집중하고 있으며, 일부 업체는 장비 자동화를 고려하고 있습니다. 다양한 재료에 적합한 빔 매개변수를 규명하는 것과 같은 재료 관련 연구는 부족한 실정입니다. 이러한 연구 공백으로 인해 일부 기업은 새로운 장비를 개발하더라도 그 새로운 응용 분야를 탐색하지 못하고 있습니다. 많은 레이저 기업에는 광학 및 기계 엔지니어는 있지만 재료 과학 엔지니어는 부족하여 재료 특성에 대한 더욱 심도 있는 연구가 시급히 요구됩니다.

구리의 높은 반사율은 녹색 및 청색 레이저 기술 개발을 촉진합니다.

금속 재료 분야에서 강철과 철의 레이저 가공은 이미 상당한 연구가 진행되어 왔습니다. 그러나 구리와 알루미늄과 같이 반사율이 높은 재료의 가공은 여전히 ​​연구 단계에 머물러 있습니다. 구리는 우수한 열전도율과 전기전도율 덕분에 케이블, 가전제품, 소비자 전자제품, 전기 장비, 전자 부품, 배터리 등에 널리 사용됩니다. 오랜 노력에도 불구하고, 구리의 특성으로 인해 레이저 가공 기술은 어려움을 겪어왔습니다.

첫째, 구리는 반사율이 매우 높아 일반적인 1064nm 적외선 레이저의 경우 반사율이 90%에 달합니다. 둘째, 구리의 우수한 열전도율로 인해 열이 빠르게 발산되어 원하는 가공 효과를 얻기 어렵습니다. 셋째, 가공에는 더 높은 출력의 레이저가 필요하며, 이는 구리의 변형을 초래할 수 있습니다. 용접이 완료되더라도 결함이나 불완전한 용접이 흔히 발생합니다.

수년간의 연구 끝에 녹색 및 청색 레이저와 같이 파장이 짧은 레이저가 구리 용접에 더 적합하다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 녹색 및 청색 레이저 기술 개발을 촉진하는 원동력이 되었습니다.

적외선 레이저에서 532nm 파장의 녹색 레이저로 전환하면 반사율이 크게 감소합니다. 532nm 파장의 레이저는 레이저 빔이 구리 소재에 지속적으로 접촉하도록 하여 용접 공정을 안정화합니다. 532nm 레이저를 사용한 구리 용접 효과는 1064nm 레이저를 사용한 강철 용접 효과와 유사합니다.

중국에서 상용화된 녹색 레이저의 출력은 500와트에 달하며, 국제적으로는 3000와트에 이릅니다. 녹색 레이저 용접은 특히 리튬 배터리 부품에서 뛰어난 효과를 발휘합니다. 최근에는 구리 녹색 레이저 용접, 특히 신에너지 산업 분야에서 주목받고 있습니다.

최근 한 중국 기업이 1000와트 출력의 완전 광섬유 결합형 녹색 레이저를 개발하는 데 성공하여 구리 용접 분야의 잠재적 응용 범위를 크게 확장했습니다. 이 제품은 시장에서 좋은 반응을 얻고 있습니다.

지난 3년간 새로운 청색 레이저 기술이 업계의 주목을 받았습니다. 파장이 약 450nm인 청색 레이저는 자외선과 녹색 레이저의 중간에 위치합니다. 청색 레이저는 구리 표면에서 녹색 레이저보다 흡수율이 높아 반사율을 35% 미만으로 낮출 수 있습니다.

청색 레이저 용접은 열전도 용접과 심층 침투 용접 모두에 사용할 수 있으며, "스패터 없는 용접"을 구현하고 용접 기공을 줄입니다. 품질 향상 외에도, 구리 청색 레이저 용접은 적외선 레이저 용접보다 최소 5배 빠른 속도라는 상당한 이점을 제공합니다. 3000와트 적외선 레이저로 얻을 수 있는 효과를 500와트 청색 레이저로 구현할 수 있어 에너지와 전력 소비를 크게 절감할 수 있습니다.

청색 레이저를 개발하는 레이저 제조업체

주요 청색 레이저 제조업체로는 Laserline, Nuburu, United Winners, BWT, Han's Laser 등이 있습니다. 현재 청색 레이저는 광섬유 결합 반도체 기술을 사용하고 있는데, 이는 에너지 밀도가 다소 떨어지는 단점이 있습니다. 따라서 일부 기업에서는 더 나은 구리 용접 효과를 얻기 위해 이중 빔 복합 용접 기술을 개발했습니다. 이중 빔 용접은 청색 레이저 빔과 적외선 레이저 빔을 동시에 사용하여 구리를 용접하는 기술로, 두 빔의 상대적인 위치를 정밀하게 조정하여 높은 반사율 문제를 해결하면서 충분한 에너지 밀도를 확보합니다.

레이저 기술을 적용하거나 개발할 때 재료의 특성을 이해하는 것은 매우 중요합니다. 청색 레이저든 녹색 레이저든 모두 구리의 레이저 흡수율을 높일 수 있지만, 현재 고출력 청색 및 녹색 레이저는 가격이 비쌉니다. 가공 기술이 발전하고 청색 또는 녹색 레이저의 운영 비용이 적절히 감소하면 시장 수요가 크게 증가할 것으로 예상됩니다.

청색 및 녹색 레이저를 위한 효율적인 냉각

청색 및 녹색 레이저는 작동 중 상당한 열을 발생시키므로 강력한 냉각 솔루션이 필수적입니다. TEYU 칠러(Chiller)는 22년의 경험을 가진 선도적인 칠러 제조업체 로서 다양한 산업 및 레이저 응용 분야에 맞춤형 냉각 솔루션을 제공합니다. 당사의 CWFL 시리즈 수냉식 칠러는 청색 및 녹색 레이저 공정에 사용되는 파이버 레이저 시스템을 포함하여 정밀하고 효율적인 냉각을 제공하도록 특별히 설계되었습니다. 레이저 장비의 고유한 냉각 요구 사항을 이해함으로써 생산성을 향상시키고 장비를 보호하는 강력하고 신뢰할 수 있는 칠러를 제공합니다.

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