KR100669939B1 - Method and apparatus for calmping steel sheet in laser welding - Google Patents

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Abstract

An apparatus for clamping a steel sheet for laser welding and a method thereof are provided to stabilize the bonded surface of the welded part by minimizing the gap of the bonded surface of the two steel sheets. An apparatus for clamping steel sheets(6) with various shapes on a lower bed for laser welding comprises a steel sheet layer on which the steel sheet is laid; an electromagnet layer installed only in the proximity containing a welding wire(8) at the lower part of the steel sheet layer; a groove formed with a predetermined width and depth at the upper part of the steel sheet layer along with the welding wire; and a groove defense apparatus installed in the groove and formed with a groove with a predetermined depth to prevent the steel sheet from being deformed due to the high temperature welding when laser-welding. Gas discharging apparatuses are installed at the groove of the steel sheet and at the groove defense apparatus.

Description

레이저 용접용 강판 클램핑 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR CALMPING STEEL SHEET IN LASER WELDING}Steel clamping device and method for laser welding {METHOD AND APPARATUS FOR CALMPING STEEL SHEET IN LASER WELDING}

도 1은 종래 기술에 따른 레이저 용접에서 두 강판의 간극에 대한 개념을 도시한 개략도,1 is a schematic diagram showing the concept of the gap between the two steel plates in the laser welding according to the prior art,

도 2는 본 발명에 따른 강판을 전자석을 이용해 클램핑 하는 방법 및 장치의 개략도,2 is a schematic view of a method and apparatus for clamping a steel sheet according to the present invention using an electromagnet,

도 3은 본 발명에 따른 하부 전자석 베드의 형상,3 is a shape of the lower electromagnet bed according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 전자석 베드의 홈에 설치되는 홈 방어장치의 구조를 도시한 도면,4 is a view showing a structure of a groove defense device installed in the groove of the electromagnet bed according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 전자석 베드에 적용되는 배기 가스의 흡입 장치를 개략적으로 도시한 도면, 및5 is a view schematically showing an intake apparatus of exhaust gas applied to an electromagnet bed according to the present invention, and

도 6은 본 발명에 따른 새로운 형상의 강판을 용접하기 위한 과정을 도시한 도면.6 is a view showing a process for welding a steel plate of a new shape according to the present invention.

본 발명은 레이저 용접용 클램프 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 각종 산업구조물에 사용되는 테일러드 블랭크를 포함한 다양한 형상의 강판 용접시 그 형상에 따라 접합면의 갭(Gap)을 최소화 시킴으로써 용접부의 접합면이 더욱 안정화되어 용접이 보다 신속,용이하고 동시에 접합부의 품질을 극대화시켜 구조물의 전체 신뢰성을 향상시킬 수 있는 레이저 용접용 강판 클램핑 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a clamp device for laser welding, and more particularly, to joining the weld by minimizing the gap (gap) of the joint surface according to the shape when welding the steel sheet of various shapes including the tailored blank used in various industrial structures The present invention relates to a steel sheet clamping device and method for laser welding, in which the surface is more stabilized, so that welding is faster and easier and at the same time maximize the quality of the joint to improve the overall reliability of the structure.

일반적으로, 테일러드 블랭크(Tailored Blank)라 함은 이종 두께 또는 이종 재료로 구성된 강판(박판)을 레이저 용접으로 맞대기 용접하여 제작된 부재를 의미한다. 이러한 테일러드 블랭크는 프레스 또는 롤 성형수단에 의해 성형되며, 자동차의 차체, 도어, 및 범퍼 등에 사용되는 부재로서 고품질이 요구되며 대량 수요에 따른 대량생산이 절박한 시점이다.Generally, a tailored blank refers to a member manufactured by butt welding a steel sheet (thin plate) composed of different thicknesses or different materials by laser welding. These tailored blanks are molded by press or roll forming means, and are used for automobile bodies, doors, bumpers, and the like, and require high quality, and mass production is in desperate need for mass demand.

상술한 강판은 소정의 레이저 용접 헤드에 의해서 용접되기 전에 소정의 클램핑 장치에 의해 고정되고 각 강판을 서로 맞대어 진다. 상기 클램핑 장치는 소재의 절삭, 판금, 용접 등의 가공 작업시에 소재물이 움직이지 않도록 고정시켜주기 위한 장치로서, 각 가공 작업마다 클램핑력이나 클램핑 부위 등이 상이하며 클램핑 장치의 구조 또한 상이하다.The steel sheet described above is fixed by a predetermined clamping device and welded to each steel sheet before being welded by a predetermined laser welding head. The clamping device is a device for fixing the material so that it does not move during the cutting operations, such as cutting, sheet metal, welding, etc., the clamping force or the clamping portion is different for each machining operation and the structure of the clamping device is also different. .

두 종류의 강판을 레이저 빔에 의해 맞대기 심용접(butt welding)을 용접하는 방법은 공지되어 있는데, 공개 번호 특허 제2000-0014798호, 특허 제2000-0001442호, 특허 제1999-0084593호, 특허 제2000-0001442호, 특허 제1999-0060941 호, 특허 제2001-0093277호, 특허 제2003-99098호, 및 특허 제2004-83798호 등은 두 종류의 강판을 레이저 용접 하는 방법및 장치를 보여주고 있다.A method of welding butt welding of two kinds of steel sheets by a laser beam is known. Publication No. 2000-0014798, Patent No. 2000-0001442, Patent No. 1999-0084593, and Patent No. 2000-0001442, Patent No. 1999-0060941, Patent No. 2001-0093277, Patent No. 2003-99098, and Patent No. 2004-83798 show methods and apparatus for laser welding two kinds of steel sheets. .

레이저 용접에서는 두 판이 맞대기로 만나는 부위의 정렬이 매우 중요하다. 상술한 기존의 장치는 직선 부위에는 유리한 면이 있으나, 다양한 형상의 강판을 맞대기로 용접하기에는 무리가 있다. 강판의 용접시에는 두 강판의 형상에 따라 여러 문제점이 발생한다. 전형적인 문제점으로는 도 1에 도시한 바와 같이, 두 강판(1, 2) 사이에 발생하는 간극(4)과 도 2에 도시된 두 강판의 미스매치(5)가 있으며, 이러한 두 강판간의 문제가 레이저(3)로 용접하는 경우에 기공등의 결함을 유발시키는 문제점이 발생하게 된다.In laser welding, the alignment of the areas where the two plates meet butt is very important. The conventional apparatus described above has an advantageous surface in the straight portion, but it is difficult to weld steel sheets of various shapes by butt. When welding the steel sheet, various problems occur depending on the shape of the two steel sheets. As a typical problem, as shown in Figure 1, there is a gap (4) occurring between the two steel sheets (1, 2) and the mismatch (5) of the two steel sheets shown in Figure 2, the problem between these two steel sheets When welding with the laser (3), a problem that causes defects such as pores occurs.

현재까지는 JIG 시스템을 이용하여 기계적으로 강판을 고정시키는 방법이 주를 이루었으며 그 대표적인 특허가 특허 제2003-99098호등이다. 기존의 지그 시스템은 두 강판사이의 간극(4) 및 미스매치(5)를 조절하기위해 강판의 끝단부를 고정시키는 장치를 사용하고 있으나, 전체 판의 굴곡도를 맞추기가 상당히 어려워 미스매치 발생이 발생하기 쉽다는 단점을 가지고 있다. 또한 지그 시스템은 다양한 형상의 강판을 용접하는데 어려움이 있었으며 특히 강판을 고정시키기 위한 클램핑 장치가 레이저 용접빔이 나오는 헤드와 간섭이 많이 발생할 수밖에 없다. 이러한 문제 이외에도 지그 시스템은 다른형상의 강판을 용접하는 경우 그 형상에 맞는 지그를 새로 제작해야 한다는 단점을 갖고 있다.Until now, a method of mechanically fixing a steel sheet using a JIG system has been mainly used, and a representative patent thereof is Patent No. 2003-99098. Conventional jig system uses the device to fix the end of the steel plate to adjust the gap (4) and the mismatch (5) between the two steel plates, but it is difficult to match the degree of curvature of the whole plate, the mismatch occurs It has the disadvantage of being easy to do. In addition, the jig system has difficulty in welding steel sheets of various shapes, and especially, the clamping device for fixing the steel sheet has a lot of interference with the head from which the laser welding beam comes out. In addition to these problems, the jig system has a disadvantage in that, when welding steel sheets of different shapes, a new jig corresponding to the shape must be manufactured.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 표면 처리된 2장의 다양한 형상을 갖는 강판을 별도의 기계적 클램핑 수단 없이 레이저 용접을 수행할 수 있도록 구성되는 레이저 용접용 강판 클램핑 장치 및 방법을 제공하는데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is a steel sheet clamping device for laser welding is configured to perform laser welding without having a separate mechanical clamping means for a steel sheet having a variety of surface-treated two sheets and To provide a method.

본 발명의 다른 목적은 각종 산업구조물에 사용되는 테일러드 블랭크의 용접시 다양한 형상을 갖는 두 강판간의 접합면의 갭(Gap)을 최소화 시킴으로써 용접부의 접합면이 더욱 안정화되어 용접이 보다 신속,용이하고 동시에 접합부의 품질을 극대화시켜 구조물의 전체 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 레이저 용접용 강판 클램핑 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to minimize the gap of the joint surface between the two steel plates having various shapes during welding of tailored blanks used in various industrial structures to further stabilize the joint surface of the weld, so that the welding is faster, easier and at the same time It is to provide a steel sheet clamping device and method for laser welding is configured to maximize the quality of the joint to improve the overall reliability of the structure.

본 발명의 또 다른 목적은 강판의 저부에 전자석을 구비하여 클램핑함으로써, 레이저 용접기의 용접 동작을 방해하지 않도록 구성되는 레이저 용접용 강판 클램핑 장치 및 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a steel sheet clamping device and method for laser welding, which is configured not to interfere with the welding operation of the laser welder by clamping the electromagnet at the bottom of the steel sheet.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 레이저 용접을 위하여 다양한 형상의 강판을 하부 베드상에 고정하기 위한 방법 및 장치에 있어서, 상기 박판이 놓여지는 하부 베드를 소정의 전원이 인가되는 전자석으로 설치하고, 상기 강판 용접선을 따라 상기 철판에 일정폭과 일정 깊이의 홈을 형성시키고, 상기 홈에 용접시 철판의 변형을 방지하기 위한 구리 재질의 홈 방어장치를 더 설치하여 전자석을 이용한 원활한 용접이 수행되도록 함을 특징으로 한다.In order to solve the above object, the present invention provides a method and apparatus for fixing steel sheets of various shapes on a lower bed for laser welding, wherein the lower bed on which the thin plate is placed has a predetermined power source. Install the electromagnet by applying an electromagnet applied, forming grooves of a certain width and a predetermined depth in the iron plate along the weld plate of the steel sheet, and further installing a groove defense device made of copper to prevent deformation of the iron plate when welding the groove. It is characterized in that the smooth welding using is performed.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the case where it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 다양한 형태의 강판의 형상(6, 7) 및 이와 같은 다양한 형태의 강판을 용접하기 위해 두 강판을 맞대기로 정렬하기 위한 전자석을 이용한 방법이다. 기존의 지그 시스템에서 발생하는 간극과 미스매치를 없애기 위해 하부베드를 전자석으로 하게 되면 넓은 강판을 강한 전자장의 힘으로 고정시키게 되며, 상부에는 어떠한 클램핑 장치도 필요없게 되어 공간의 자유도가 발생한다. 특히 중요한 것은 상부의 클램핑 장치에 제거는 용접 헤드의 이동을 자유스럽게 하여 작업의 용이성이 증가하며 용접시 헤드의 충돌발생을 방지할 수 있다. FIG. 2 is a method using electromagnets for aligning two steel plates butt to weld the steel plates of various shapes, such as shapes 6 and 7 of various shapes. When the lower bed is made of electromagnet to eliminate gaps and mismatches that occur in the existing jig system, the wide steel sheet is fixed by the force of the strong electromagnetic field, and the upper part does not need any clamping device, thereby creating a freedom of space. Especially important is that the removal of the upper clamping device frees the movement of the welding head, thereby increasing the ease of operation and preventing the head from colliding during welding.

한편, 하부의 전자석 베드는 용접선에 필요한 부분크기로 만들어져 있으며, 나머지 부분은 지지대를 이용하여 만들어졌다는 것이다. 즉 전체 크기의 전자석 베드를 만드는 것은 매우 어려운 일이나 용접선 크기에 맞추어 작은 전자석 베드의 제작은 용이하게 되어 있으며 형상 변화시 교체 및 변경이 가능하다. On the other hand, the lower electromagnet bed is made of the size required for the welding line, the rest is made by using the support. That is, it is very difficult to make a full size electromagnet bed, but it is easy to manufacture a small electromagnet bed according to the size of the welding line.

그리고 난 다음에는 용접선(8)의 형상에 맞추어 두 판의 용접시 빔이 떨어지는 부위와 용접시 발생되는 가스 등을 배출하기 위한 구조(11)가 있게 된다.Then, there is a structure 11 for discharging gas generated during welding and a portion where the beam falls when welding two plates according to the shape of the welding line 8.

도 3은 도 2에 도시한 전자석 베드(9, 12)를 보다 자세히 도시한 도면이다. 각각의 베드(9, 12)는 철판(9)과 하부 전자석(12)으로 구성된다. 그리고 용접선이 지나는 위치는 철판 부분에 홈(11)을 제작함으로써 용접선이 투과하며 이 홈을 따라 배기가스가 배출되게 된다. 그러나, 레이저 빔이 매우 높은 에너지 밀도를 갖고 있어, 빔에 의한 손상이 발생하며 배기가스가 배출이 용이하지 않게 된다.3 shows the electromagnet beds 9 and 12 shown in FIG. 2 in more detail. Each bed 9, 12 consists of an iron plate 9 and a lower electromagnet 12. The welding line passes through the welding line through the groove 11 and the exhaust gas is discharged along the groove. However, the laser beam has a very high energy density, which causes damage by the beam and the exhaust gas is not easy to discharge.

도 4는 도 3에서 용접선이 지나는 홈에 대한 구조이다. 레이저 빔에 의한 손상을 방지하기 위해서는 내부에 구리로 만든 홈 방어 장치(13)가 제작된다. 내부 구조는 용접에 의한 변형을 억제하기 위해 사각이 아닌 곡률을 주는 방식으로 만든다. 즉 구리로 만들어지 홈 방어 장치(13)에 의해 레이저 빔에 의한 손상을 억제할 수 있다. 한편, 용접에 의한 배기가스의 배출이 없으면 용접불량이 발생한다.4 is a structure of a groove through which the weld line passes in FIG. 3. In order to prevent damage by the laser beam, a groove defense device 13 made of copper is manufactured therein. The internal structure is made in such a way as to give curvature rather than square to suppress deformation by welding. That is, the damage by the laser beam can be suppressed by the groove | channel defense apparatus 13 made from copper. On the other hand, if there is no discharge of exhaust gas by welding, welding failure occurs.

도 5는 도 4에 도시된 구리 재질의 홈 방어 장치(13)장치에서 용접시 발생하는 배기가스를 배출하기 위한 흡입 장치이다. 부호 14는 장치 13위에 삽입하는 형태를 만들어져 있으며 부호 15는 구리로 만들어진 홈을 지지한다. 부호 16은 그 사이에 구멍에 삽입이 되고 17은 16과 연결되어 가스 배출장치(17, 18)와 연결된다. 예를 들어, 가스 배출 장치는 홈(13)에 연결되는 배기 파이프 및 상기 배기 파이프를 이용하여 홈 방어 장치(13)에 용접시 발생하는 용접 가스를 배기시키는 배기펌프일 수 있을 것이다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 공지의 여타 가스 배기 수단이 사용되어도 무방할 것이다.5 is a suction device for discharging the exhaust gas generated during welding in the copper groove groove defense device 13 shown in FIG. The sign 14 is designed to be inserted into the device 13 and the sign 15 supports a groove made of copper. Reference numeral 16 is inserted into the hole in between, and 17 is connected to 16 to the gas discharge devices 17 and 18. For example, the gas exhaust device may be an exhaust pipe connected to the groove 13 and an exhaust pump for exhausting the welding gas generated when welding the groove defense device 13 using the exhaust pipe. However, the present invention is not limited thereto, and other known gas exhaust means may be used.

도 6은 도 3에 도시한 강판의 형상(6, 7)에서 새로운 형상의 강판(19, 20)을 용접할 때의 변경 방법이다. 일단 두 강판(6, 7)의 형상에 대응하는 전자석 베드(9)를 제거한다. 그런 다음에는 홈이 파지지 않은 베드(21)를 제작하여 삽입하고 새로운 형상의 강판(14, 15)에 대응하는 홈(22)을 제작하고 그에 상응하는 구리 삽입관(23)을 삽입하고 전자석 베드위치(9)에 새로운 베드(21)를 조립하게 되면 간단하게 새로운 형상의 강판을 용접할 수 있는 장치가 제작되어 두 강판을 용접할 수 있게 된다.FIG. 6 is a change method when welding the steel plates 19 and 20 of a new shape from the shapes 6 and 7 of the steel plate shown in FIG. First, the electromagnet bed 9 corresponding to the shapes of the two steel sheets 6 and 7 is removed. Then, the ungrooved bed 21 is manufactured and inserted, and the groove 22 corresponding to the new shaped steel sheets 14 and 15 is made, and the corresponding copper insert tube 23 is inserted, and the electromagnet bed is inserted. By assembling a new bed 21 in position 9, a device can be manufactured that can simply weld a steel plate of a new shape to weld two steel plates.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.Apparently, there are many ways to modify these embodiments while remaining within the scope of the claims. In other words, there may be many other ways in which the invention may be practiced without departing from the scope of the following claims.

본 발명은 전자석에 의한 다양한 형태의 강판을 고정하여 레이저로 용접할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 이러한 본 발명에 의하면 간단한 방법에 의해 우수한 용접부를 갖는 다양한 형상의 강판을 용접할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a method that can be welded by laser by fixing the steel sheet of various forms by the electromagnet. According to this invention, the method which can weld the steel plate of the various shape which has the outstanding welding part by a simple method can be provided.

Claims (10)

레이저 용접을 위하여 다양한 형상의 강판을 하부 베드상에 클램핑 하기 위한 장치에 있어서,An apparatus for clamping steel sheets of various shapes onto a lower bed for laser welding, 상기 하부 베드는,The lower bed, 강판이 놓여지는 철판층;An iron plate layer on which the steel sheet is placed; 상기 철판층의 하부에서 용접선을 포함한 주변에만 설치되는 전자석층;An electromagnet layer disposed only around the weld plate below the iron plate layer; 상기 철판층의 상부에서 용접선을 따라 일정폭과 일정 깊이로 형성되는 홈; 및Grooves formed in a predetermined width and a predetermined depth along the welding line in the upper portion of the iron plate layer; And 상기 홈에 설치되며, 레이저 용접시 고온의 용접에 의한 철판층의 변형을 방지하기 위하여 일정 깊이의 홈을 갖는 홈 방어장치를 포함함을 특징으로 하는 레이저 용접용 강판 클램핑 장치.The steel sheet clamping device for laser welding, characterized in that provided in the groove, a groove defense device having a groove of a predetermined depth in order to prevent deformation of the iron plate layer by high temperature welding during laser welding. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홈 방어장치는 구리로 형성시키되, 홈의 저부는 일정 곡률을 갖는 곡형으로 형성시켜 용접에 의한 변형을 최대한 억제시킴을 특징으로 하는 레이저 용접용 강판 클램핑 장치.The groove defense device is formed of copper, but the bottom of the groove is formed in a curved shape having a certain curvature, the steel sheet clamping device for laser welding, characterized in that to suppress the deformation by welding as much as possible. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 철판의 홈 및 홈 방어장치에는 용접시 발생되는 용접 가스를 강제 배출시키기 위한 가스 배출장치가 더 설치됨을 특징으로 하는 레이저 용접용 강판 클램핑 장치.The steel sheet clamping device for laser welding, characterized in that the groove and the groove defense device of the iron plate is further provided with a gas discharge device for forcibly discharging the welding gas generated during welding. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 배출 장치는 상기 철판의 홈과 홈 방어장치의 선단에 연결되는 배기파이프 및 상기 배기 파이프와 연동되어 설치되는 배기 펌프를 포함함을 특징으로 하 는 레이저 용접용 강판 클램핑 장치.The discharge device is a steel sheet clamping device for laser welding, characterized in that it comprises an exhaust pipe which is connected to the exhaust pipe and the exhaust pipe connected to the tip of the groove and the groove defense device of the iron plate. 레이저 용접을 위하여 다양한 형상의 강판을 하부 베드상에 고정하기 위한 방법에 있어서,In the method for fixing the steel sheet of various shapes on the lower bed for laser welding, 상기 박판이 놓여지는 하부 베드를 소정의 전원이 인가되는 전자석으로 설치하고, 상기 강판 용접선을 따라 상기 철판에 일정폭과 일정 깊이의 홈을 형성시키고, 상기 홈에 용접시 철판의 변형을 방지하기 위한 구리 재질의 홈 방어장치를 더 설치하여 전자석을 이용한 원활한 용접이 수행되도록 함을 특징으로 하는 레이저 용접용 강판 클램핑 방법.The lower bed on which the thin plate is placed is installed as an electromagnet to which a predetermined power is applied, and a groove having a predetermined width and a predetermined depth is formed in the iron plate along the steel plate welding line, and the deformation of the iron plate is prevented when welding the groove. The steel sheet clamping method for laser welding, characterized in that the copper groove groove further protector is installed to perform a smooth welding using an electromagnet. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 강판의 용접시 홈 및 홈 방지 장치에 연결된 배기 장치를 통해 용접 가스를 강제 배기시킴을 특징으로 하는 레이저 용접용 강판 클램핑 방법.The steel sheet clamping method for laser welding, characterized in that for forcibly exhausting the welding gas through the exhaust device connected to the groove and the groove preventing device when welding the steel sheet. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 전자석은 상기 용접라인을 따라 형성된 철판의 홈을 포함한 그 주변만 설치하여 다른 형상의 강판 적용시 홈의 재설계를 용이하게 하도록 함을 특징으로 하는 레이저 용접용 강판 클램핑 방법.The electromagnet is laser clamped steel sheet clamping method characterized in that to install only the periphery including the groove of the iron plate formed along the welding line to facilitate the redesign of the groove when applying a different shape of steel sheet.
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