뉴스 - 레이저 용접: 신에너지 산업의 핵심 제조 기술

1.1 레이저 용접은 절단 및 마킹보다 더 나은 성장 전망을 가진 산업의 중간 부문을 차지하고 있습니다.

레이저 용접 장비레이저 산업은 산업 사슬의 중간 단계에 위치합니다. 레이저 산업 사슬의 상류에는 광학 재료, 광학 부품 및 장치, 기계 부품 등이 포함됩니다. 중간 단계는 레이저 및 레이저 장비로 구성됩니다. 레이저는 레이저 장비의 핵심 부품이며, 레이저 가공 장비는 주로 레이저 절단, 레이저 용접 및 레이저 마킹 장비를 포함합니다. 하류 분야는 주로 리튬 배터리, 반도체, 태양광 발전, 가전제품 등을 포함합니다.

레이저 시장은 막대한 잠재력을 지니고 있으며, 파이버 레이저가 주요 응용 분야를 주도하는 반면, 고체 레이저는 정밀 마이크로 가공에 적합합니다. Laser Focus World의 통계에 따르면, 전 세계 레이저 시장 규모는 2017년 130억 7천만 달러에서 2020년 160억 1천만 달러로 연평균 13.37% 성장했습니다. 중국의 레이저 시장은 2017년 69억 5천만 달러에서 2020년 109억 1천만 달러로 연평균 16.22% 성장했습니다. 2017년부터 2020년까지 중국의 세계 레이저 시장 점유율은 53.2%에서 68.1%로 증가했습니다. 2020년에는 산업용 레이저가 전 세계 레이저 시장의 32.2%를 차지하며 산업 부문이 주요 하위 응용 분야로 자리 잡았습니다. 레이저는 이득 매질에 따라 파이버 레이저, 고체 레이저(파이버 레이저 제외), 액체 레이저, 가스 레이저 등으로 분류됩니다. 2020년에는 광섬유 레이저가 52.7%, 고체 레이저가 16.7%를 차지했습니다.산업용 레이저 응용 분야각각 고체 레이저와 광전 레이저로 나뉘며, 산업 분야에서는 광전 레이저가 주로 사용됩니다. 광전 레이저에 비해 고체 레이저는 높은 최대 출력과 작은 열영향부 등의 장점을 가지고 있어 정밀 마이크로 가공에 적합합니다.

YAG 레이저와 파이버 레이저는 각각 장점이 있습니다. YAG 레이저는 YAG 결정 매트릭스를 사용하는 고체 레이저입니다. YAG 레이저의 장점은 다음과 같습니다. ① 동시 또는 시간 분할 방식의 다점 용접 가능, ② 높은 피크 출력으로 점 용접에 적합, ③ 저렴한 비용으로 비용 경쟁력 제공 등. 파이버 레이저와 비교했을 때, YAG 레이저는 빔 품질과 광전 변환 효율 면에서 다소 부족한 점이 있습니다. 하지만 파이버 레이저의 낮은 피크 출력 때문에 용접 성능 면에서는 YAG 레이저에 비해 큰 차이가 없습니다. 특정 적용 시나리오에 따라 YAG 레이저와 파이버 레이저 모두 배터리 용접에 사용될 수 있습니다.

절단, 용접 및 마킹은 산업용 레이저의 주요 하위 응용 분야입니다. 2020년에는 절단, 용접 및 마킹이 레이저 응용 시장에서 각각 40.62%, 13.52%, 12.6%를 차지했습니다. 2014년부터 2017년까지 급속한 성장을 경험한 레이저 절단 장비는 현재 경쟁업체 증가로 인해 치열한 가격 경쟁에 직면해 있습니다. 마킹은 비교적 안정적인 시장을 가진 성숙한 레이저 응용 분야입니다.휴대용 레이저 용접하류 전력 배터리의 높은 성장세에 힘입어 용접 응용 분야는 향후 몇 년간 높은 성장세를 유지할 것으로 예상됩니다.

레이저 절단 및 마킹과 비교했을 때, 레이저 용접은 더 높은 기술적 요구 조건을 필요로 합니다. 레이저 용접은 레이저 절단 및 마킹에 비해 개발 역사가 짧고, 공정 난이도 또한 더 높습니다. 레이저 절단 및 마킹은 레이저를 사용하여 재료의 표면 또는 전체 구조를 파괴하는 반면, 레이저 용접은 레이저를 사용하여 재료를 녹이고 구조를 재구성합니다. 단순한 구조 파괴와 달리, 재료 재구성은 레이저 및 가공 기술에 더 높은 기준을 요구합니다.

기존 용접 방식과 비교했을 때 레이저 용접은 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 기존의 저항 용접, 아크 용접, 전자빔 용접과 비교하면 레이저 용접은 고속 용접, 작은 변형, 낮은 환경 요구 조건, 높은 출력 밀도, 자기장 영향 없음, 비전도성 재료 적용 가능, 진공 환경 불필요, 용접 중 X선 발생 없음 등의 이점을 제공합니다. 이러한 장점 덕분에 레이저 용접은 첨단 정밀 제조, 특히 신에너지 자동차 및 전력 배터리 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 전력 배터리는 수많은 용접 부위가 있어 높은 정밀도와 난이도를 요구합니다. 레이저 용접의 독보적인 장점은 배터리의 안전성, 신뢰성, 일관성을 크게 향상시키고, 비용을 절감하며, 수명을 연장할 수 있습니다.

레이저 용접 장비 시장은 빠르게 성장하고 있습니다. 2016년부터 2020년까지 중국의 레이저 장비 시장은 382억 위안에서 692억 위안으로 성장했으며, 연평균 성장률(CAGR)은 15.79%에 달했습니다. 이에 비해 중국의 레이저 용접 장비 시장은 41억 7천만 위안에서 110억 5천만 위안으로 확대되었으며, 연평균 성장률은 27.59%로 레이저 장비 전체 시장의 성장률을 앞질렀습니다.

II. 레이저 용접기의 특징

높은 정밀도: 레이저 빔은 매우 작은 스팟을 가지고 있어 다음과 같은 기능을 제공합니다.고정밀 용접이 제품은 전자 부품 및 의료 기기와 같이 높은 용접 정밀도가 요구되는 제품에 이상적입니다.
고속: 레이저 용접은 속도가 빨라 생산 효율을 크게 향상시킵니다. 기존 용접 방식과 비교하여 단시간에 많은 용접 작업을 완료할 수 있습니다.
작은 열영향부: 레이저 용접은 열영향부가 작아 재료의 열 손상을 최소화합니다. 이는 용접 후 재료 특성 변화가 적어 우수한 기계적 성능과 외관 품질을 유지할 수 있음을 의미합니다.
뛰어난 적응성: 레이저 용접기는 금속, 플라스틱, 세라믹 등 다양한 재료를 용접할 수 있습니다. 다른 재료를 용접할 경우 레이저 매개변수만 조정하면 됩니다.
고도의 자동화: 레이저 용접기는 자동화 장비와 통합하여 자동화 생산을 실현할 수 있으며, 이는 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 인건비와 노동 강도를 줄여줍니다.

3.1 레이저 용접의 응용 분야

레이저 용접 기술은 높은 정밀도, 속도 및 유연성 덕분에 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

자동차 산업: 레이저 용접은 자동차 제조, 특히 차체 제작에 널리 사용됩니다. 통계에 따르면 전 세계 자동차 제조업체의 80% 이상이 차체 구조 용접에 레이저 용접을 사용하여 강성과 경량화를 향상시키고 있습니다. 또한 엔진 부품, 배기 시스템 및 에어백 시스템 생산에도 사용됩니다.
항공우주 분야: 항공우주 분야에서 레이저 용접은 고강도 접합을 제공하는 능력으로 높이 평가됩니다. 항공기 동체, 날개 구조물 및 우주선 부품 제조에 사용되어 구조적 무결성과 경량화를 보장합니다. 보고서에 따르면 레이저 용접은 항공기 무게를 20%까지 줄이고 비용을 절감할 수 있습니다.
의료기기: 레이저 용접은 의료기기 제조, 특히 스테인리스강 및 티타늄 합금으로 제작되는 정밀 부품 제조에 핵심적인 역할을 합니다. 레이저 용접은 오염 없는 고정밀 용접을 가능하게 하여 의료기기에 요구되는 엄격한 청결도 및 정확도 기준을 충족합니다.
전자 산업: 전자 분야에서 레이저 용접은 주로 집적 회로, 반도체 소자 및 광전자 소자의 패키징에 사용됩니다. 열영향부가 작아 민감한 전자 부품의 열 손상을 최소화할 수 있으므로 고밀도 전자 조립에 널리 사용됩니다.
정밀 기기: 정밀 기기 제조 분야에서 레이저 용접은 높은 정밀도를 구현할 수 있는 능력 때문에 시계, 보석 및 기타 고급 제품에 사용됩니다.고품질 용접이는 해당 제품의 뛰어난 외관과 장기적인 안정성을 보장합니다.