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KR20100071588A - 레이저 용접 장치 및 이를 이용한 레이저 용접 방법 - Google Patents

레이저 용접 장치 및 이를 이용한 레이저 용접 방법 Download PDF

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KR20100071588A
KR20100071588A KR1020080130363A KR20080130363A KR20100071588A KR 20100071588 A KR20100071588 A KR 20100071588A KR 1020080130363 A KR1020080130363 A KR 1020080130363A KR 20080130363 A KR20080130363 A KR 20080130363A KR 20100071588 A KR20100071588 A KR 20100071588A
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Abstract

본 발명은 레이저 용접 직후에 용접부를 상하 진동 롤을 이용하여 가압하여 용접부의 특성을 향상 시키는 것에 관한 것이다. 레이저 용접부는 급가열, 급냉에 의해 조직이 조대화 되기 쉽고, 용접 열영향부에서 균열이 발생하기도 한다. 이에 본 발명의 시스템을 이용하면 레이저 용접 직후의 적절한 고온에서 롤의 가압 및 진동에 의해 금속 조직을 미세화 하여 용접부의 기계적 성질을 향상 시키거나 균열과 같은 결함 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.
용접, 레이저 빔, 진동 롤, 용접부, 용접속도

Description

레이저 용접 장치 및 이를 이용한 레이저 용접 방법{APPARATUS FOR LASER WELDING AND METHOD OF LASER WELDING BY USING THE SAME}
본 발명은 레이저 용접 장치 및 이를 이용한 레이저 용접 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 용접부의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 레이저 용접 장치 및 이를 이용한 레이저 용접 방법에 관한 것이다.
최근, 산업 분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가 절감, 공장 자동화 및 품질 향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저 빔이 적용되고 있는 추세이며, 이러한 레이저 빔의 적용에 있어 요구되는 몇가지 목표는 레이저 빔의 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력 제어, 생산성과 품질을 충죽시킬 수 있는 최적 레이저 빔의 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화, 용접부의 특성 등을 들 수있다.
즉, 이러한 목표들이 충족되어 질때 제품 개발에 있어 원가 절감 및 품질 향상의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다. 특히 제품의 용정 특성을 향상시키기 위하여 용접부의 기계적 특성은 중요한 요소로 대두되고 있으며 따라서 용접부의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 새로운 레이저 용접 방법이 다양하게 개발되고 있 다.
본 발명의 제1 목적은 용접부의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 레이저 용접 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 상술한 레이저 용접 장치를 사용하는 레이저 용접 방법을 제공하는 것이다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 용접 장치는 용접에 필요한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부, 상기 레이저를 용접대상으로 집광하여 제공하여 예비 용접부를 형성하는 집광렌즈 및 상기 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 수행하여 용접부로 형성하는 진동롤을 포함한다.
상기 진동롤의 회전 및 상하 진동을 제어하는 진동롤 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 진동롤의 외면은 실질적으로 균일할 수 있다. 이와 다르게 상기 진동롤의 외면에는 다수의 돌출부들이 형성될 수 있다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 용접 방법은 레이저를 용접 대상에 제공하여 예비 용접부를 형성하는 단계 및 상기 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 실시하여 용접부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 진동롤의 표면은 실질적으로 균일할 수 있다. 이와 다르게 상기 진동롤의 표면에는 다수의 돌출부들이 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 용접 직후의 적절한 고온에서 롤의 가압 및 진동에 의해 금속 조직을 미세화 하여 용접부의 기계적 성질을 향상 시키거나 균열과 같은 결함 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 레이저 용접 장치 및 이를 사용한 레이저 용접 방법의 실시예들을 설명한다. 여기서 i) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수, 동작 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. ii) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. iii) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다. iv) '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. v) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. vi) 수치, 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약', '실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다. vii) '~후', '~전', '이어서', '그리고', '여기서', '후속하여' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. viii) '제1', '제2' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다. ix) '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 개재될 수도 있다. x) 부분들이 '~또는'으로 연결되는 경우 부분들 단독 뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나 '~또는 ~중 하나'로 연결되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.
레이저 용접 장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 장치를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면 레이저 용접 장치(100)는 레이저 발생부(1), 집광렌즈(2), 진동롤(3) 및 진동롤 제어장치(4)을 포함한다.
레이저 발생부(1)는 용접에 필요한 레이저(L)를 발생시켜 용접대상(5)으로 제공하는 역활을 한다. 구체적으로 레이저 발생부(1)는 레이저를 출력하는 발진기와 이를 전송하는 광 전송 파이버(beam delivery fiber)를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
레이저 발생부(1)의 하부에는 집광렌즈(2)가 위치한다. 집광렌즈(2)는 레이저 발생부(1)로부터 발생한 레이저(L)를 용접대상(5)에 집중시켜 용접대상(5)을 용점 이상 상승시켜 키 홀등을 형성함으로서 예비 용접부(5a)를 형성한다. 여기서 레이저 발생부(1) 및 집광렌즈(2)에 의한 레이저의 출력 조건, 용접 속도 등에 의해서 예비 용접부의 용입 깊이, 폭 등이 결정될 수 있다.
진동롤 제어장치(4)는 진동롤(3)과 연결되어 진동롤(3)의 회전 속도 및 상하 진동의 횟수 및 주기 등을 제어하는 역활을 하여 기계적 특성에 가장 적합한 환경으로 진동롤(3)을 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 발생부(1) 및 집광렌즈(2)는 고정되 어 있을 수 있다. 이 경우, 용접대상(5)이 이동되어 레이저(L)에 의해서 예비 용접부(5a)가 형성된다.
이어서, 예비 용접부(5a)는 진동롤(3)을 거쳐 용접부(4b)로 형성된다. 진동롤(3)은 회전 운동 및 상한 진동 운동을 하도록 구성된다. 진동롤(3)에 의해서 예비 용접부(5a)를 기계적 특성이 향상된 용접부(5b)로 형성할 수 있다.
보다 구체적으로 진동롤(3)로 예비 용접부(5a)에 진동 타격 및 가압을 실시함으로서 우선, 균열, 기공 발생, 언더 컷 등을 방지하여 용접부의 결함 억제할 수 있다. 즉, 비용접부와 용접부 간의 경도 차이를 감소시켜 균열, 기공 발생, 언더 컷 등을 방지할 수 있는 효과가 있다. 그리고 용접부의 내구성 및 내 충격성을 향상시키며 용접부의 피로 특성을 개선시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동롤을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 진동롤(3)은 상대적으로 균일한 외면을 갖으나 본 실시예에 따른 진동롤(6)은 외면에 다수의 돌출부(6a)들이 형성되어 있다. 돌출부(6a)들은 예비 용접부(5a)에 진동 타격 및 가압을 효과적으로 전달할 수 있다.
레이저 용접 방법
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 레이저를 용접 대상에 제공하여 예비 용접부를 형성한 다(S100). 구체적으로 레이저를 용접 대상에 집중시켜 용접 대상을 용점 이상 상승시켜 키 홀등을 형성함으로서 예비 용접부를 형성한다.
이어서, 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 실시하여 용접부를 형성한다(S200). 진동 타격 및 가압은 예비 용접부를 진동롤을 통과시킴으로서 수행될 수 있으며 이러한 진동롤의 표면은 실질적으로 균일할 수 있다. 그러나 이와 다르게 진동롤의 표편은 다수의 돌출부들이 형성될 수 있다. 이 경우, 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.
진동롤에 의해서 예비 용접부가 기계적 특성이 향상된 용접부로 형성된다. 보다 구체적으로 진동롤로 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 실시함으로서 우선, 균열, 기공 발생, 언더 컷 등을 방지하여 용접부의 결함 억제할 수 있다. 즉, 비용접부와 용접부 간의 경도 차이를 감소시켜 균열, 기공 발생, 언더 컷 등을 방지할 수 있는 효과가 있다. 그리고 용접부의 내구성 및 내 충격성을 향상시키며 용접부의 피로 특성을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동롤을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (7)

  1. 용접에 필요한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부;
    상기 레이저를 용접대상으로 집광하여 제공하여 예비 용접부를 형성하는 집광렌즈; 및
    상기 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 수행하여 용접부로 형성하는 진동롤을 포함하는 레이저 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진동롤의 회전 및 상하 진동을 제어하는 진동롤 제어부를 더 포함하는 레이저 용접 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 진동롤의 외면은 실질적으로 균일한 레이저 용접 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 진동롤의 외면에는 다수의 돌출부들이 형성된 레이저 용접 장치.
  5. 레이저를 용접 대상에 제공하여 예비 용접부를 형성하는 단계; 및
    상기 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 실시하여 용접부를 형성하는 단계를 포함하는 레이저 용접 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 진동롤의 표면은 실질적으로 균일한 레이저 용접 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 진동롤의 표면에는 다수의 돌출부들이 형성된 레이저 용접 방법.
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