KR100507499B1 - A laser head for brazing - Google Patents
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Abstract
브레이징 접합을 위하여 Nd:YAG 레이저의 고밀도 열원에 이어 후행하는 다이오드 레이저의 높은 에너지 흡수률을 복합 적용하여 필러 와이어가 그 접합부에 빠르고 깊숙이 침투되도록 하여 생산성 향상과 열변형의 감소 및 용접강도의 향상을 추구할 수 있도록;For the brazing joint, the high energy absorption rate of the diode laser which is followed by the high density heat source of the Nd: YAG laser is combined, allowing the filler wire to penetrate into the joint quickly and deeply, thereby improving productivity, reducing heat deformation and improving welding strength. To do so;
작업 로봇의 아암 선단에 장착되어 2장의 패널부품의 접합부에 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 이용하여 필러 와이어를 용융 침투시켜 브레이징 접합하기 위한 브레이징 접합용 레이저 헤드장치에서, In the laser head device for brazing joining, which is attached to the arm tip of the working robot and melt-penetrates the filler wire using the laser beam oscillated from the laser oscillator to the joining portion of the two panel parts,
상기 로봇의 아암 선단에 장착되어 Nd:YAG 레이저 빔을 상기 패널부품의 접합선을 따라 조사하는 Nd:YAG 옵틱헤드와, 상기 Nd:YAG 옵틱헤드의 일측에 브라켓을 통하여 설치되어 필러 와이어를 공급하는 와이어 피더로 구성하되, Nd: YAG optical head mounted on the arm tip of the robot to irradiate a Nd: YAG laser beam along the joining line of the panel component, and a wire provided on one side of the Nd: YAG optical head through a bracket to supply a filler wire. Configured as a feeder,
상기 Nd:YAG 옵틱헤드의 타측에 브라켓을 통하여 장착되어 상기 Nd:YAG 레이저 빔에 의해 1차 용융된 필러 와이어에 대하여 다이오드 레이저 빔을 조사하는 다이오드 옵틱헤드를 더 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 브레이징 접합용 레이저 헤드장치를 제공한다. Brazing junction further comprises a diode optical head mounted on the other side of the Nd: YAG optical head through a bracket to irradiate a diode laser beam to the filler wire primary melted by the Nd: YAG laser beam It provides a laser head device for.
Description
본 발명은 브레이징 접합용 레이저 헤드장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 브레이징 접합을 위하여 연속파 Nd:YAG 레이저의 고밀도 열원에 이어 후행하는 다이오드 레이저의 높은 에너지 흡수률을 복합 적용하여 필러 와이어가 그 접합부에 빠르고 깊숙이 침투되도록 하여 생산성 향상과 열변형의 감소 및 용접강도의 향상을 추구할 수 있도록 하는 브레이징 접합용 레이저 헤드장치에 관한 것이다. The present invention relates to a laser head device for brazing bonding, and more particularly, a filler wire is fastened to the junction by applying a high energy absorption rate of a diode laser following the high density heat source of the continuous wave Nd: YAG laser for the brazing bonding. The present invention relates to a laser head device for brazing bonding that allows deep penetration to pursue productivity improvement, thermal deformation reduction, and welding strength.
일반적으로 레이저 브레이징 접합은 레이저 열원에 의해 용융된 삽입금속(즉, 필러 와이어)이 모재인 패널부품의 표면에 젖은 후, 두 패널부품 사이로 모세관 현상에 의해 유입됨에 의해서 접합되는 용접법으로서, 브레이징 접합되는 패널과 레이저 초점, 공급되는 필러 와이어의 끝단이 일치되어야 양호한 브레이징 접합부를 얻을 수 있다. In general, laser brazing bonding is a welding method in which a molten insertion metal (i.e., filler wire) melted by a laser heat source is wetted on the surface of a base panel, and then joined by entering a capillary phenomenon between two panel components. The panel and laser focus and the ends of the filler wire supplied must match to achieve a good brazing joint.
이러한 레이저 브레이징 접합을 위한 장치로는 일반적으로 연속파 Nd:YAG 레이저를 사용하고 있는데, 종래 브레이징 접합 시스템의 구성은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 컨트롤러(1)에 의해 제어되는 레이저 발진기(3)로부터 연속파 Nd:YAG 레이저 빔(B)을 발진하여 작업 로봇(5)에 의해 접합선(S)을 따라 이동하는 레이저 헤드장치(7)를 통하여 전방패널(9)과 후방패널(11)로 구성되는 패널부품(10)에 상기 연속파 Nd:YAG 레이저 빔(B)을 조사하여 필러 와이어(13)를 용융시켜 브레이징 접합하도록 구성된다. In general, a continuous wave Nd: YAG laser is used as the device for the laser brazing bonding. In the conventional brazing bonding system, as shown in FIG. 1, the laser oscillator 3 controlled by the controller 1 is shown. Which consists of the front panel 9 and the rear panel 11 through the laser head device 7 which oscillates the continuous wave Nd: YAG laser beam B from the movable robot 5 and moves along the joining line S by the working robot 5. The panel component 10 is configured to irradiate the continuous wave Nd: YAG laser beam B to melt the filler wire 13 to be brazed.
여기서, 상기 레이저 헤드장치(7)는 상기 로봇(5)의 아암 선단에 장착되어 상기 연속파 Nd:YAG 레이저 빔(B)을 상기 패널부품(10)의 접합선(S)을 따라 조사하는 Nd:YAG 옵틱헤드(15)와, 상기 Nd:YAG 옵틱헤드(15)의 일측에 브라켓(17)을 통하여 설치되어 필러 와이어(13)를 공급하는 와이어 피더(19)로 구성된다. Here, the laser head device 7 is mounted on the arm tip of the robot 5 to irradiate the continuous wave Nd: YAG laser beam B along the joint line S of the panel part 10. It is composed of an optical head 15 and a wire feeder 19 which is installed on one side of the Nd: YAG optical head 15 through a bracket 17 to supply a filler wire 13.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 브레이징 접합용 레이저 헤드장치(7)에 의한 패널부품(10)의 브레이징 접합은 고밀도 에너지의 연속파 Nd:YAG 레이저로서 필러 와이어(13)를 1차에 걸쳐 용융시킴으로써, 도 2에서 도시한 바와 같이, 용융된 필러 와이어(13;Filler Wire)가 브레이징 접합부(20)에 깊숙히 침투하지 못하고 공간부(21)를 형성하는 단점이 있으며, 이에 따른 브레이징 접합되는 속도가 느려 브레이징 효율을 저하시키게 된다. However, the brazing bonding of the panel component 10 by the conventional brazing bonding laser head device 7 as described above is performed by melting the filler wire 13 firstly as a continuous wave Nd: YAG laser of high density energy. As shown in FIG. 2, the molten filler wire 13 does not penetrate deeply into the brazing junction 20 and forms a space portion 21. Accordingly, the brazing efficiency is low, and thus the brazing efficiency is low. Will lower.
또한, 상기 필러 와이어(13)의 용융에 의한 브레이징을 고밀도 에너지의 Nd;YAG 레이저에만 의존함에 따라 패널부품(10)의 접합부(20)에 열변형이 발생하여 브레이징 중에 불량이 발생할 가능성이 높다는 문제점을 내포하고 있다.In addition, since the brazing caused by melting of the filler wire 13 depends only on the high density energy Nd; YAG laser, thermal deformation occurs at the junction 20 of the panel part 10, so that a defect may occur during brazing. It implies
따라서, 본 발명은 상기와 같은 단점 및 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 브레이징 접합을 위하여 연속파 Nd:YAG 레이저의 고밀도 열원에 이어 후행하는 다이오드 레이저의 높은 에너지 흡수률을 복합 적용하여 필러 와이어가 그 접합부에 빠르고 깊숙이 침투되도록 하여 생산성 향상과 열변형의 감소 및 용접강도의 향상을 추구할 수 있도록 하는 브레이징 접합용 레이저 헤드장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention was created to solve the above disadvantages and problems, and an object of the present invention is to apply a high energy absorption rate of a diode laser followed by a high density heat source of a continuous wave Nd: YAG laser for brazing bonding. It is to provide a laser head device for brazing welding that allows the filler wire to penetrate into the joint quickly and deeply, thereby improving productivity, reducing heat deformation, and improving welding strength.
이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 브레이징 접합용 레이저 헤드장치는 작업 로봇의 아암 선단에 장착되어 2장의 패널부품의 접합부에 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 이용하여 필러 와이어를 용융 침투시켜 브레이징 접합하기 위한 브레이징 접합용 레이저 헤드장치에서, In order to realize this, the laser head device for brazing bonding according to the present invention is mounted on the arm tip of the working robot and uses the laser beam oscillated from the laser oscillator to join the two panel parts to melt-penetrate the filler wire for brazing bonding. In the laser head device for brazing joining,
상기 로봇의 아암 선단에 장착되어 연속파 Nd:YAG 레이저 빔을 상기 패널부품의 접합선을 따라 조사하는 Nd:YAG 옵틱헤드와, 상기 Nd:YAG 옵틱헤드의 일측에 브라켓을 통하여 설치되어 필러 와이어를 공급하는 와이어 피더로 구성하되, Nd: YAG optical head mounted on the arm tip of the robot and irradiating a continuous wave Nd: YAG laser beam along the joint line of the panel component, and installed on one side of the Nd: YAG optical head through a bracket to supply filler wire. Configured as a wire feeder,
상기 Nd:YAG 옵틱헤드의 타측에 브라켓을 통하여 장착되어 상기 연속파 Nd:YAG 레이저 빔에 의해 1차 용융된 필러 와이어에 대하여 다이오드 레이저 빔을 조사하는 다이오드 옵틱헤드를 더 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. A diode optical head is mounted on the other side of the Nd: YAG optical head through a bracket to irradiate a diode laser beam to the filler wire primarily melted by the continuous wave Nd: YAG laser beam.
이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described in detail.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 헤드장치가 적용된 브레이징 접한 시스템의 전체 사시도이다. 3 is an overall perspective view of a brazing contact system to which a laser head device according to an embodiment of the present invention is applied.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 브레이징 접합용 레이저 헤드장치의 측면의 작동 상태도이다. 4 is an operational state diagram of the side of the laser head device for brazing bonding according to the embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명이 적용되는 브레이징 접합 시스템의 구성은, 컨트롤러(101)에 의해 제어되는 레이저 발진기(103)로부터 레이저 빔을 발진하여 작업 로봇(105)에 의해 접합선을 따라 이동하는 본 발명의 레이저 헤드장치(107)를 통하여 전방패널(109)과 후방패널(111)로 구성되는 패널부품(110)에 레이저 빔을 조사하여 필러 와이어(113)를 용융 침투시켜 브레이징 접합하도록 구성된다. First, the configuration of the brazing bonding system to which the present invention is applied is the laser head of the present invention which oscillates a laser beam from the laser oscillator 103 controlled by the controller 101 and moves along the joining line by the work robot 105. The apparatus 107 is configured to irradiate a laser beam to the panel component 110, which is composed of the front panel 109 and the rear panel 111, to melt-penetrate the filler wire 113 to braze bond.
본 발명에 따른 상기 레이저 헤드장치(107)의 구성은 상기 로봇(105)의 아암 선단에 장착되어 상기 연속파 Nd:YAG 레이저 빔(B1)을 상기 패널부품(110)의 접합선(S)을 따라 조사하는 Nd:YAG 옵틱헤드(115)와, 상기 Nd:YAG 옵틱헤드(115)의 일측에 브라켓(117)을 통하여 설치되어 필러 와이어(113)를 공급하는 와이어 피더(119)가 구성된다.The configuration of the laser head device 107 according to the present invention is mounted on the arm tip of the robot 105 to irradiate the continuous wave Nd: YAG laser beam B1 along the joint line S of the panel component 110. The Nd: YAG optical head 115 and the wire feeder 119 is installed at one side of the Nd: YAG optical head 115 through the bracket 117 to supply the filler wire 113.
동시에, 상기 Nd:YAG 옵틱헤드(115)의 타측에는 상기 브라켓(117)을 통하여 다이오드 옵틱헤드(121)가 장착되어 상기 연속파 Nd:YAG 레이저 빔(B1)에 후행하여 1차 용융된 필러 와이어(113)에 대하여 다이오드 레이저 빔(B2)을 조사하도록 구성된다. At the same time, the diode optical head 121 is mounted on the other side of the Nd: YAG optical head 115 through the bracket 117 to be followed by the continuous wave Nd: YAG laser beam B1 to be primarily melted filler wire ( And irradiates diode laser beam B2 with respect to 113.
여기서, 상기 연속파 Nd:YAG 레이저 빔(B1)은 그 스폿의 직경이 0.4 mm ~ 0.8mm 이내로 설정되는 것이 바람직하며, 상기 다이오드 레이저 빔(B2)의 빔 크기는 1.1 mm×1.1mm 이상의 사각형 형상으로 조사되는 것이 바람직하다.Here, the continuous wave Nd: YAG laser beam (B1) is preferably set to the diameter of the spot within 0.4 mm ~ 0.8mm, the beam size of the diode laser beam (B2) has a square shape of 1.1 mm × 1.1mm or more. It is preferable to investigate.
그리고 상기 연속파 Nd:YAG 레이저 빔(B1)과 다이오드 레이저 빔(B2)의 간격(G)은 1.5mm ~ 2.0mm의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다. In addition, the distance G between the continuous wave Nd: YAG laser beam B1 and the diode laser beam B2 is preferably set within a range of 1.5 mm to 2.0 mm.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 브레이징 접합용 레이저 헤드장치(107)에 의하면, 에너지 흡수률이 높은 다이오드 레이저 빔(B1)을 고밀도 열원을 갖는 상기 연속파 Nd:YAG 레이저 빔(B1)에 의해 1차로 용융되어 도 5에서와 같이, 상기 전방패널(109)과 후방패널(111)로 구성되는 패널부품(110)의 접합부(130)에 대하여 침투되는 필러 와이어(113)에 후행하여 조사함으로써, 고밀도 열원과 높은 에너지 흡수성을 복합 적용하여, 전방패널(109) 및 후방패널(111) 사이의 접합부(130)에 공간부가 형성되지 않도록 상기 필러 와이어(113)의 높은 침투성을 유도하며, 상기 패널부품(110)에 대한 레이저 브레이징 접합의 작업속도를 높여 생산성을 향상시킴과 동시에, 상기 패널부품9110)에 대한 작업속도의 향상으로 저입열을 유도하여 열변형을 감소시킨다.Therefore, according to the brazing bonding laser head device 107 having the above-described configuration, the diode laser beam B1 having a high energy absorption rate is primarily melted by the continuous wave Nd: YAG laser beam B1 having a high density heat source. As shown in FIG. 5, the filler wire 113 penetrated into the joint portion 130 of the panel component 110 constituted by the front panel 109 and the rear panel 111 is irradiated with a high density heat source. By applying a combination of high energy absorbency, inducing high penetration of the filler wire 113 so as not to form a space portion at the junction 130 between the front panel 109 and the rear panel 111, the panel component 110 Increasing the work speed of the laser brazing bonding to the to improve the productivity, and at the same time to improve the working speed for the panel component 9110 to induce low heat input to reduce thermal deformation.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 브레이징 접합용 레이저 헤드장치에 의하면, 브레이징 접합을 위하여 연속파 Nd:YAG 레이저의 고밀도 열원에 이어 후행하는 다이오드 레이저의 높은 에너지 흡수률을 복합 적용하여 필러 와이어가 2차에 결쳐 그 접합부에 빠르고 깊숙이 침투되도록 하여 이에 따른 브레이징 접합되는 속도가 빨라져 생산성 향상과 열변형의 감소 및 깊은 브레이징 접합부 형성으로 인한 접합부 강도의 개선으로 용접강도 향상 등의 효과가 있다.According to the laser head device for brazing bonding according to the present invention as described above, the filler wire is secondary to the secondary energy by applying the high energy absorption rate of the diode laser following the high density heat source of the continuous wave Nd: YAG laser for the brazing bonding. The fastening and deep penetration of the joint is fastened, thereby speeding up the brazing joint, thereby improving productivity, reducing heat deformation, and improving joint strength due to the formation of deep brazing joints.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 헤드장치가 적용된 브레이징 접합 시스템의 전체 구성 사시도이다. 1 is a perspective view of an overall configuration of a brazing bonding system to which a laser head device according to the prior art is applied.
도 2는 종래 레이저 헤드장치에 의해 접합된 두 패널부품의 브레이징 접합 상태도이다. 2 is a brazing bonding state diagram of two panel parts joined by a conventional laser head device.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 헤드장치가 적용된 브레이징 접한 시스템의 전체 사시도이다. 3 is an overall perspective view of a brazing contact system to which a laser head device according to an embodiment of the present invention is applied.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 브레이징 접합용 레이저 헤드장치의 측면 작동 상태도이다. 4 is a side operation state diagram of the laser head device for brazing bonding according to the embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 레이저 헤드장치에 의해 접합된 두 패널부품의 브레이징 접합 상태도이다. 5 is a brazing bonding state diagram of two panel parts joined by the laser head device of the present invention.
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