KR100222579B1 - 이종두께의 판넬을 연결하는 레이저 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 두께가 다른 두개의 판넬을 연결하는 용접방법에 관한 것으로, 용접 후에 생긴 날카로운 모서리로 인해 이어지는 프레스 성형공정 시에 금형이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 두개의 용접헤드를 사용하여 두개의 레이져빔을 두 판넬이 인접하는 용접부위에 일정한 시간차를 두고 주사함으로써, 용접된 부분의 상부표면이 완만한 곡선형태를 이루도록 하는 레이져 용접방법에 관한 기술이다.

Description

이종 두께의 판넬을 연결하는 레이져 용접방법

본 발명은 두개의 판넬(panel)을 용접하는 방법에 관한 것으로 특히, 서로 다른 두께를 갖는 판넬 간의 레이져(laser) 용접공정에서 용접된 부분에 날카로운 모서리가 생기지 않도록 이중의 용접헤드를 이용하여 용접된 부분의 상부표면을 완만한 곡선 형태로 처리하는 용접방법에 관한 것이다.

최근에 자동차 경량화의 방안으로, 차체를 구성하는 금속판의 무게를 감소시키고 경도를 증가시키며 그 항복비(yield ratio)를 향상시키는 레이져 용접을 이용한 판넬의 일체화 성형이 증가하고 있는데, 상기 일체화 성형방법은 서로 다른 두께를 갖는 판넬을 적정한 크기로 절단하는 공정과, 절단된 두 판넬을 서로 인접시키는 클램핑(clamping)공정과, 두 판넬이 접속된 부분을 레이져 용접하는 공정과, 금형을 사용하여 용접된 판넬을 프레스(press) 성형하는 공정으로 이루어진다.

상기 일체화 성형방법에서의 레이져 용접공정은 클램핑 공정에서 인접하게된 두 판넬의 경계부분을 레이져빔의 강한 열을 이용하여 녹임으로써 이루어진다.

제1도는 종래의 레이져 용접방법을 이용하여 용접한 판넬의 단면을 도시한 것으로, 제1, 2 판넬(1, 2)이 인접하는 경계부분에 두 판넬(1,2)의 표면과는 수직방향으로 레이져빔(laser beam)이 주사되어 제1 판넬(1)과 제2 판넬(2)의 일부를 녹임으로써 용접비드(bead)(3)가 형성된 것이다.

그러나, 종래의 방법에서는 하나의 용접헤드를 사용하여 레이져빔을 공급하므로 두꺼운 제2 판넬(2)의 상부표면과 용접비드(3)가 만나는 부분에 날카로운 모서리(4)가 생기게 된다.

상기와 같이 용접비드(3) 상부에 날카로운 모서리(4)가 생기게 되면 제2도에 도시된 바와 같이, 금형(5A, 5B)을 이용한 프레스 성형공정에서 두꺼운 제2 판넬(2)이 제1 판넬(1) 쪽으로 이동하여 금형의 상형(5A)을 지속적으로 마모시키므로 일체화 성형방법에 의해 생산된 제품의 정밀도를 떨어뜨리고 금형을 파손시키기도 한다.

이에 따라, 상기 금형에서 발생하는 변형이나 파손을 방지하기 위하여, 용접공정 후에 날카로운 모서리 부분을 제거하는 그라인드(grind)공정을 수행하기도 하는데, 이 또한 제조공정의 증가와 제조단가의 증가, 지나친 그라인딩으로 인해 판넬의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 새로운 공정을 추가하지 않고 용접공정시에 두 개의 용접헤드를 사용하여 날카롭게 형성된 모서리를 둥글게 처리하여줌으로써, 종래 기술로 인한 상기의 문제점들을 제거하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 종래의 레이져 용접이 하나의 용접헤드를 사용하여 이루어지던 것과는 달리, 각도를 서로 달리하는 두개의 용접혜드를 사용하여 두개의 레이져빔이 두개의 판넬이 인접된 용접부위에 일정한 시간차를 두고 가해지도록 하였다.

제1도는 종래의 방법에 의해 용접된 판넬의 단면도.

제2도는 종래의 방법에 의해 용접된 판넬의 프레스 성형시 판넬의 이동방향을 도시한 단면도.

제3도는 본 발명에서의 용접기 구조를 도시한 단면도.

제4(a)도 내지 제4(b)도는 본 발명에 의한 판넬 용접공정을 도시한 단면도.

제5도는 본 발명에 의한 용접기의 작동방향을 도시한 측면도.

제6도는 본 발명의 방법에 의해 용접된 판넬의 프레스 성형시 판넬의 이동방향을 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1판넬 2 : 제2판넬

3,31 : 용접비드 4 : 날카로운 모서리

5A, 5B : 금형 6A, 6B : 집광렌즈

7A, 7B : 레이져빔 전송장치 8A, 8B : 레이져빔

9 : 제1용접헤드 10 : 제2용접헤드

11 : 용접선 20 : 용접헤드 이동방향

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

제3도는 본 발명에서의 용접기 구조를 도시한 단면도로서, 두개의 레이져빔(8A, 8B)은 두개의 레이져빔 전송장치(7A, 7B)에 의해 반사되어 서로 다른 각도로 설치된 집광렌즈(6A, 6B)를 지나 두개의 판넬(1, 2)이 붙어 있는 용접선(11)에 가해지게 된다.

상기 레이져빔 전송장치(7A, 7B)와 집광렌즈(6A, 6B)로 구성된 두개의 용접헤드는 일정한 시간차를 두고 용접부위에 두개의 레이져빔을 주사하게 되는데, 우선 제1 레이져빔 전달장치(6A, 7A)에 의해 전달된 제1 레이져빔(8A)이 제1판넬(1) 상부표면과 용접선(11)이 만나는 경계부분을 녹이게 되면 용접비드(3)는 제4(a)도에서와 같이 날카로운 모서리(4)를 가지게 되고, 다음으로 제2 레이져빔 전달장치(6B, 7B)에 의해 전달된 제2 레이져빔(8B)이 날카로운 모서리(4) 부분을 녹이게 되면 제4(b)도에 도시된 바와 같이 상부표면이 완만한 곡선형태를 이루는 용접비드(31)가 형성된다.

제5도는 본 발명에 의한 용접기의 작동방향을 도시한 측면도로서, 제1 용접헤드(9)에 의해 출력되는 레이져빔은 얇은 제1 판넬(1)과 두꺼운 제2 패널(2)이 인접하는 경계부분을 따라 헤드(9)가 이동하면서 주사되고, 제1 용접헤드(9)와는 일정한 거리를 두고 뒤따라 이동하는 제2 용접헤드(10)에 의해 출력되는 레이져빔은 상기 제1 용접헤드(9)의 출력에 의해 형성된 용접비드의 날카로운 모서리 부분을 따라 주사된다. 상기 제1 용접헤드(9)와 제2 용접헤드(10)는 모두 용접헤드 이동방향(20)을 따라 이동한다.

상기에서 용접기의 출력은 다음과 같아야 한다.

Pf = PA + PB

PA > PB

여기서 PT는 총 레이져 출력, PA는 제1 용접헤드(9)의 출력, PB는 제2 용접헤드(10)의 출력을 나타낸 것이다.

즉, 제1 용접헤드(9)는 제1 판넬(1)과 제2 판넬(2)이 만나는 경계부분의 상당부분을 용접깊이를 크게 하여 용접해야 하므로 그 출력값이 크고, 제2 용접헤드(10)의 경우는 용접비드의 날카로운 모서리만을 제거하기 위해 레이져빔을 주사하는 것이므로 그 출력값이 상대적으로 작다.

이상, 제3도 내지 제5도를 통해 설명한 본 발명의 용접방법을 이용하여 서로 다른 두께를 갖는 판넬을 용접하게 되면 제6도에 도시된 바와 같이, 금형을 이용한 프레스 성형을 하더라도 용접비드(31)의 상부표면이 완만한 곡선형태를 이루고 있으므로 이동하는 두꺼운 판넬에 의해 금형의 상형(5A)이 마모되는 것을 방지할 수 있어, 용접비드의 날카로운 모서리로 인해 프레스 성형을 거쳐 형성된 제품의 정밀도가 저하되거나 금형이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 상대적으로 두께가 얇은 제1 판넬의 절단부분과 두께가 두꺼운 제2 판넬의 절단부분의 서로 인접한 경계부분에 그와 얼라인된 제1 용접헤드의 출력인 제1 레이져빔을 주사하여 제1 판넬과 제2 판넬을 연결시키는 용접비드를 형성하는 과정; 상기 제1 용접헤드와는 소정 각도를 갖도록 기울어져 상기 경계부분의 상단에 조준된 제2 용접헤드의 출력인 제2 레이져빔을 상기 제1 레이저빔과는 소정 시간차를 갖도록 상기 경계부분의 상단에 주사하여 상기 용접비드의 상부에 형성된 날카로운 모서리 부분을 제거하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이져 용접방법.
2. 제1항에 있어서, 인접한 두 판넬의 경계부분을 용접하기 위한 제1 용접헤드의 출력은 제2 용접헤드의 출력에 비해 그 값이 큰 것을 특징으로 하는 레이져 용접방법.
3. 제1항에 있어서, 제1 용접헤드와 제2 용접헤드는 일정한 거리를 유지한 채로 두 패널의 경계부분을 따라 이동하면서 레이져빔을 주사하는 것을 특징으로 하는 레이져 용접방법.