중국상인증권의 전망에 따르면, 레이저 용접 장비 산업은 30년까지 시장 가치가 2025억 위안을 돌파할 것으로 예상되며, 이는 주로 전력 배터리 부문의 수요에 힘입은 것으로, 이 성장에 약 20억 위안이 기여할 것으로 예상됩니다.
지난 몇 년 동안 레이저 기술, 특히 반도체 레이저와 파이버 레이저의 발전은 용접 성능을 크게 향상시키고 비용을 절감해 왔습니다. 이러한 발전은 기존의 기술 장벽을 허물고 레이저 용접의 새로운 응용 분야와 시장을 개척했습니다.
레이저 용접 시장의 주요 기업으로는 독일 IPG와 같은 글로벌 기업과 Han's Laser, HGTech, Hymson, United Winners Laser와 같은 중국 유수의 장비 공급업체가 있습니다. 또한 Raycus, Maxphotonics, Feibo Laser와 같은 전문 레이저 제조업체도 핸드헬드 레이저 용접기를 포함한 레이저 용접 제품을 출시했습니다. 그중에서도 STRONGEST LASER는 중국 시장의 핵심 혁신 기업이자 선두주자로 두각을 나타내고 있습니다.
1. 레이저 용접의 뚜렷한 장점으로 시장 침투 확대
레이저 용접은 레이저 가공 기술 발전의 차세대 핵심 방향으로 자리매김할 것으로 예상됩니다. 신흥 기술의 대표적인 분야인 레이저 산업은 지난 10년간 눈부신 성장세를 보여왔습니다. 중국 레이저 산업 발전 보고서 에 따르면 , 전 세계 레이저 장비 판매액은 2021년 210억 달러에 달했으며, 이후 매년 꾸준히 증가해 왔습니다. 레이저 용접 시장만 해도 2025년까지 300억 위안을 넘어설 것으로 전망됩니다. 첨단 혁신 가공 방식인 레이저 용접은 급속한 발전을 거듭하며 ‘황금기’를 맞이하고 있습니다.
모든 레이저 장비 중 약 60%가 산업 가공에 사용됩니다. 용접은 레이저 산업의 핵심 응용 분야 중 하나로, 고에너지 밀도 레이저 빔을 열원으로 활용하여 효율적이고 정밀한 접합을 구현합니다. 기술 발전 측면에서 중국의 레이저 장비 산업은 마킹, 판금 절단, 용접, 마이크로나노 가공 분야에서 지속적인 발전을 이루어 왔습니다. 현재 마킹 및 판금 절단 기술은 비교적 성숙 단계에 있으며, 혁신 주기는 정체기에 접어들고 있습니다. 반면, 용접과 마이크로나노 가공은 레이저 가공 분야의 차세대 기술 발전을 주도할 것으로 예상됩니다.
통계에 따르면 12년 기준 중국 산업용 레이저의 2019%만이 용접에 사용되었는데, 이는 절단에 사용되는 39%보다 훨씬 낮은 수치입니다. 그러나 용접에 사용되는 레이저의 비중은 향후 몇 년 안에 약 20%까지 증가할 것으로 예상됩니다. 이러한 예측은 다음과 같은 몇 가지 주요 요인을 기반으로 합니다.
2. 레이저 용접은 정밀도, 효율성 및 적응성 측면에서 기존 용접 기술에 비해 상당한 이점을 제공합니다.
용접은 재료를 접합하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 기본 메커니즘에 따라 용접은 융접, 가압 용접, 브레이징의 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다.
융합 용접: 이 방법은 모재의 일부를 녹여 용접 풀을 형성하고, 이 용접 풀이 굳어져 용접 이음매를 만드는 방식입니다. 열원으로는 아세틸렌과 같은 연소 가스, 전기 아크, 레이저, 전자빔 등이 사용됩니다. 예를 들어 리튬 배터리 제조에 사용되는 레이저 용접은 융합 용접의 한 종류입니다.
브레이징: 이 방법은 모재보다 녹는점이 낮은 용가재와 모재를 모두 가열하여 용가재는 녹지만 모재는 녹지 않는 온도까지 가열함으로써 금속을 접합하는 방법입니다. 액체 상태의 용가재는 접합 부위로 흘러 들어가 냉각되면서 굳어집니다. 용가재의 녹는점에 따라 브레이징은 연질 브레이징(450°C 미만)과 경질 브레이징(450°C 이상)으로 분류됩니다. 용접 열원을 비롯하여 열풍 가열, 고주파 유도 가열 등 다양한 열원을 브레이징에 사용할 수 있습니다.
압력 용접: 이 기술은 공작물에 압력을 가하여 접합면에서 소성 변형을 일으켜 고체 결합을 형성하는 방식입니다. 일반적인 유형으로는 저항 용접, 마찰 용접, 확산 용접 및 초음파 용접이 있습니다.
레이저 용접은 주로 용융 용접에 사용되며, 경우에 따라 브레이징의 열원으로도 사용될 수 있지만, 가압 용접에는 거의 사용되지 않습니다. 기존 용접 공정과 비교하여 레이저 용접은 다음과 같은 특징과 장점을 제공합니다(STRONGEST LASER를 예로 들어 설명하겠습니다).
폭넓은 소재 호환성: 레이저 용접은 탄소강뿐만 아니라 알루미늄, 구리와 같은 비철금속 용접에도 적합합니다. 특히 얇은 알루미늄 판재와 같이 높은 정밀도가 요구되는 소재에 효과적입니다. 예를 들어, STRONGEST LASER STR-HW200 시리즈는 0.2mm만큼 정밀한 용접이 가능합니다.
더 큰 깊이 대 폭 비율: 레이저 용접은 더 높은 출력 밀도를 가지고 있어, 가장 강력한 레이저는 10배 이상의 깊이 대 폭 비율을 달성할 수 있습니다. 이러한 고출력 레이저는 저항 용접에 비해 두꺼운 판재에 탁월한 용접 강도를 제공합니다.
열 변형 감소: 레이저 용접은 높은 출력 밀도로 인해 용접 폭이 좁아지고 열영향부가 작아집니다. 또한 레이저 용접은 비접촉식 공정이므로 용접 중 열 변형이 최소화됩니다.
더 높은 용접 품질: 적절한 가스 차폐 조건에서 레이저 용접은 아크 용접이나 저항 용접보다 훨씬 더 높은 품질과 강력한 접합 강도를 보여줍니다.
3. 레이저 용접의 비용 효율성이 점차 향상되고 있습니다.
비용 측면에서 레이저 용접 장비에 필요한 초기 투자 비용이 높기 때문에 레이저 용접의 광범위한 도입을 저해하는 주요 요인이었습니다. Electric Welding Machine 잡지의 보고서에 따르면, 메르세데스-벤츠 C-클래스 자동차 생산 시 레이저 용접과 저항 용접 비용을 비교했습니다. 해당 공장에는 저항 스팟 용접기 205대와 가장 강력한 레이저 용접 장비 2대가 설치되어 있습니다. 비교 결과는 다음과 같습니다.
용접 효율: 레이저 용접은 속도 면에서 저항 용접을 크게 능가합니다. 가장 강력한 레이저 용접 속도는 분당 2미터에 달하는 반면, 저항 용접은 분당 0.2미터에 불과합니다. 이상적으로는 레이저 용접 로봇 한 대가 저항 용접 로봇 10대와 동일한 효율을 달성할 수 있습니다.
소모품 비용: 저항 용접의 소모품 비용은 레이저 용접에 비해 상당히 높습니다. 저항 용접에는 서보 모터, 전극봉, 버스바, 공구 등의 소모품이 필요하며, 1만 개의 스폿 용접당 평균 12달러의 소모품 비용이 발생합니다. 반면 레이저 용접은 보호 렌즈를 비롯한 소모품 사용량이 매우 적습니다. 자동차 차체 제조의 경우 약 1,000~5,000개의 용접점이 필요합니다. 공장에서 연간 6만 대의 차체를 생산하고 차량 한 대당 3,000개의 용접점이 필요하다고 가정하면 총 용접점은 1억 8천만 개가 됩니다. 이 모든 용접점을 저항 용접으로 용접할 경우 연간 소모품 비용은 20만 달러에 달합니다. 이는 저항 용접 로봇 한 대당 연평균 약 976달러의 소모품 비용이 발생한다는 것을 의미합니다.
초기 구매 비용: 레이저 용접 장비의 초기 구매 비용은 저항 용접 장비보다 훨씬 높습니다. 국제 시장에서 레이저 용접 로봇의 평균 가격은 대당 196,000달러로, 저항 용접 로봇의 약 3배, 아크 용접 로봇의 약 2배에 달합니다. 실제로 레이저 용접 로봇의 설치 비용 또한 더 높습니다. 10년 감가상각 기간을 가정할 때, 레이저 용접 로봇과 저항 용접 로봇의 연간 감가상각비는 각각 19,600달러와 6,300달러로, 연간 13,300달러의 차이가 발생합니다. 이 차이는 저항 용접 로봇의 연간 소모품비인 976달러보다 훨씬 큽니다.
요약하자면, 레이저 용접 장비의 초기 구매 비용은 높지만, 시간이 지남에 따라 효율성이 높아지고 소모품 비용이 낮아지기 때문에 레이저 용접의 전반적인 비용 효율성은 향상됩니다.
