KR100735616B1 - 레이저를 이용한 강판 강화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판모재에 조밀한 레이저 열처리선을 형성하여 강판을 강화시키는 레이저를 이용한 강판 강화 방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 강화시키고자 하는 강판 모재에 레이저를 조밀하게 조사하여 열처리선을 형성함으로써 적은 입열량을 사용하여 부품의 변형을 최소화하여 강판모재를 강화시키고 경량화를 꾀할 수 있으며, 손쉽게 다양한 강판모재에 적용할 수 있는 레이저를 이용한 연철 강화 방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 강판모재의 강성이 강화되도록 강판모재의 표면에 레이저조사부를 통하여 조사되는 레이저에 의해 용입되는 선형의 용입패턴을 형성시키되, 상기 용입패턴은 강판모재의 조밀한 강성부여를 위해 '

'형상을 가지며, 상기 레이저조사부에 의해 조사되는 레이저는 CO2레이저를 채택한다.

레이저, CO2레이저, 용입패턴

Description

레이저를 이용한 강판 강화 방법{Reinforcing Method of Steel Plate Using Laser}

도 1은 본 발명에 따른 레이저조사부에 의해 용입패턴이 형성되는 모습을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따라 강판모재에 형성된 용입패턴을 나타내는 도면.

도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용입패턴을 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 강판 모재 20 : 레이저조사부

30 : 용입패턴 40 : 지지대

본 발명은 강판모재에 조밀한 레이저 열처리선을 형성하여 강판을 강화시키는 레이저를 이용한 강판 강화 방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 강화시키고자 하는 강판 모재에 레이저를 조밀하게 조사하여 열처리선을 형성함으로써 적은 입열량을 사용하여 부품의 변형을 최소화하여 강판모재를 강화시키고 경량화를 꾀할 수 있으며, 손쉽게 다양한 강판모재에 적용할 수 있는 레이저를 이용한 연철 강 화 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고장력강판의 강도를 강화시키기 위해서는 강판의 조성을 조절하거나 또는 고온가열이 필요한 열처리 방법을 이용한다.

그 중, 열처리 방법으로는 간접가열법과 직접가열법이 있다. 이들 중, 우선 간접가열법은 노(furnace)를 이용하는 방법으로써 노내 분위기 온도를 높여줌으로써 피가열체를 고온으로 만들어주는 방법으로 주로 1회에 대량으로 열처리를 실시할 수 있는 장점이 있으나, 여전히 노내 위치에 따른 온도불균일, 승온에 필요한 시간이 많이 소요되는 문제점이 있어 왔다.

또한, 직접가열법은 고주파를 열원을 이용하는 방법으로써, 국부적인 가열 및 순간가열이 가능하고 정밀한 온도제어가 가능하기 때문에 품질이 비교적 균일한 장점이 있다.

이러한 고주파를 열원으로 이용한 직접가열법의 경우는 고체의 자기유도현상을 응용한 기술로서 부품형상에 맞는 특별한 코일 제작이 요구되며 그 자체가 노하우로서 최종 열처리 물성에 큰 영향을 미치는 문제점이 있으며, 또한 재료에 따라 매우 높은 고주파 대역을 필요로 하기 때문에 고주파를 발진시키기 위한 대규모의 설비가 요구되는 문제점도 있어 왔다.

또한 고주파를 이용한 직접가열법의 경우 입열량이 크기 때문에 미리 강판의 변형량을 예측하여 그 변형량에 따른 열변형을 보상해 주어야 하며, 별도의 열변형을 방지하기 위한 수냉장치를 갖추어야 하는 문제가 발생되며, 코일을 감은 고주파장치를 사용하여야 함으로 표면처리강판, 복잡한 형상에는 적용하기가 어려운 문제 점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 강화시키고자 하는 강판 모재에 레이저를 조밀하게 조사하여 열처리선을 형성함으로써 적은 입열량을 사용하여 부품의 변형을 최소화하여 강판모재를 강화시키고 경량화를 꾀할 수 있으며, 손쉽게 다양한 강판모재에 적용할 수 있는 레이저를 이용한 연철 강화 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 강판모재의 강성이 강화되도록 강판모재의 표면에 레이저조사부를 통하여 조사되는 레이저에 의해 용입되는 선형의 용입패턴을 형성시키되, 상기 용입패턴은 강판모재의 조밀한 강성부여를 위해 '

'형상을 가지며, 상기 레이저조사부에 의해 조사되는 레이저는 CO2레이저인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 강판모재는 자동차용 강판, 선박용 강판인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 용입패턴은 메쉬형상 또는 '

'형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기 목적을 실현 할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저조사부에 의해 용입패턴이 형성되는 모습을 나 타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 강판모재에 형성된 용입패턴을 나타내는 도면이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용입패턴을 나타내는 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 강판 강화 방법은 강판모재(10)의 표면에 레이저조사부(20)를 통하여 조사되는 레이저에 의해 용입되는 선형의 용입패턴을 형성시킴으로써 달성된다.

상기 강판모재(10)는 피가공물로서 선박 또는 자동차 등의 외관을 형성하는데 이용되며, 상기 강판모재(10)의 표면에 레이저에 의한 열처리가 이루어지게 된다.

상기 강판모재(10)는 선박 또는 자동차의 외관이 형성되기 위한 최소단위가 될 수 있으며, 다수개의 최소단위 강판이 용접되어 이루어진 보다 큰 강판 또한 포함될 수 있으며, 하나의 외관이 완전히 형성된 선박 또는 자동차가 될 수도 있음은 물론이다.

이러한 강판모재(10)를 별도로 설치될 수 있는 지지대(40)에 올려놓고 레이저조사부(20)에서 출사되는 레이저 빔을 강판모재(10) 표면에 집광하면 그 표면은 가열 용융되어 용입패턴(30)이 형성된다.

상기 레이저조사부(20)는 강판모재(10)에 '

'형상이 다수열로 연장 반복된 용입패턴(30)을 형성시키기 위해 타원 곡선을 형성하는 궤적을 따라 이동하며 레이저를 조사하게 되며, 상기 강판모재(10)를 지지하는 지지대(40)는 일측 방향으로 직선이동하게 된다.

물론 상기 레이저조사부(20)의 조사선 이동 궤적을 일측방향으로 진행하는 타원형태로 구성하여 지지대(40)의 이동 없이 소기의 용입패턴(30) 형성을 달성할 수 있다.

또한 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 조밀한 강성부여를 위한 용입패턴(30)의 형성은 메쉬형상을 나타내도록 형성될 수 있으며 '

'형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 각 용입패턴(30)의 다양한 패턴은 강판모재(10)에 조밀하게 용입패턴(30)을 형성시킴으로써 강성을 부여하게 되는 것이다.

여기서 상기 레이저조사부(20)에 조사되는 레이저는 레이저의 작동을 위해 혼합된 기체가 헬륨, 질소 및 이산화탄소를 포함하는 CO2 레이저인 것이 바람직하다.

상기의 CO2 레이저는 CO2 분자의 진동준위 사이에서 10.6um의 적외선이 발진되며 효율이 높아서 용이하게 고출력을 얻을 수 있으며, 이런 이점으로 강한 열작용을 이용하여 강판모재(10)에 용입패턴(30)을 형성시킬 수 있게 된다.

이러한 상기 CO2 레이저는 약 1m 길이의 유리(pryex)관에 CO2,He,N2를 일정비로 흘리면서 10kV 정도의 직류전압을 가하면 글로우 방전이 일어나며, 밀도반전은 방전시 전자와 N2 와의 충돌로 N2분자가 V"=0 에서 V"=1 의 진동준위로 들뜨게 되는데, 이 들뜬 준위는 CO2 분자의 001 진동준위와 에너지 차가 작은 준위로서 두 분 자사이의 충돌로 N2 분자는 에너지를 CO2 분자에 제공하고 아래로 떨어진다.

이 과정으로 CO2 분자가 001 준위로 들뜨게 된다. 들뜬 CO2 분자의 001 진동 준위와 이보다 아래에너지의 100 진동준위 사이에 밀도반전이 형성되어 레이저 조사가 가능하게 된다. 따라서 레이저 빔 조사는 CO2 분자에서 일어나지만 N2를 첨가함으로서 001준위로의 효율적인 여기가 가능하다.

또한 He 가스의 혼합으로 아래준위인 001 준위를 쉽사리 없앨 수 있기 때문에 밀도반전이 쉽게 일어날 수 있으므로 효율이 증대된다.

따라서 N2, He을 혼합하면 순수 CO2 만이 있을 때의 출력에 비해 매우 큰 출력을 얻을 수 있게 되며, 일반적으로 1 m 길이의 방전관은 최적 조건에서 100W까지의 출력을 얻을 수 있다.

한편 상기 레이저조사부(20)에 의해 형성되는 용입패턴은 강판모재(10)의 표면에 '

'형상이 다수열로 연장 반복된 형태를 가지는데, 이에 따라 용입선의 밀도가 증가하는 패턴이 형성됨에 따라 일반 직선형 패턴에 비해 월등히 높은 강성 강화 효과를 가지게 된다.

필요에 따라서는 상기 레이저조사부(20)를 다수개 구비하여 다수열을 하나의 진행으로 형성시킬 수 있음은 물론이며, 이러한 구성은 완전한 외관을 가지는 선박 또는 자동차의 외면 강판에 용입패턴을 형성시키거나 대면적 강판모재(10)에 용입패턴을 형성시킬 경우에 보다 더 효과적이다.

여기서 상기 다수개의 레이저조사부(20)는 하나의 지지봉에 체결되어 강판모재(10)에 레이저를 조사하도록 구성할 수 있으며, 이에 따라 지지봉의 이동궤적을 일측방향으로 진행하는 타원형태로 구성하여 각각의 레이저조사부(20)가 각각의 구동수단에 의해 이동궤적을 형성함 없이 지지봉 하나만을 구동하여 소기의 용입패턴 을 형성시킬 수 있다.

상기에서 기술된 바와 같이 본 발명은 강화시키고자 하는 강판 모재에 레이저를 조밀하게 조사하여 열처리선을 형성함으로써 적은 입열량을 사용하여 부품의 변형을 최소화하여 강판모재를 강화시키고 경량화를 꾀할 수 있으며, 손쉽게 다양한 강판모재에 적용할 수 있다.

또한 조립된 자동차 또는 선박 표면에 레이저 조사부를 통하여 용입패턴을 형성시킴으로써 조립되기 전 강판모재별로 일일이 열처리 하지 않고 하나의 공정으로 소기의 목적을 달성할 수 있다.

또한 본 발명은 종래의 강판의 국부 강화시 필요했던 보강재 및 공정을 줄일 수 있어 강판의 경량화를 이룰 수 있고 원가도 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 사용환경이 청정하여 환경친화적이며, 고주파 가열방법의 경우와 달리 별도의 가열코일이 필요치 않아 설비 또한 간단하고 경제적이다.

Claims (5)

1. 강판모재의 강성이 강화되도록 강판모재의 표면에 레이저조사부를 통하여 조사되는 레이저에 의해 용입되는 선형의 용입패턴을 형성시키되, 상기 용입패턴은 강판모재의 조밀한 강성부여를 위해 '

   

   '형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강판 강화 방법.
2. 삭제
3. 강판모재의 강성이 강화되도록 강판모재의 표면에 레이저조사부를 통하여 조사되는 레이저에 의해 용입되는 선형의 용입패턴을 형성시키되, 상기 용입패턴은 강판모재의 조밀한 강성부여를 위해 '

   

   '형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강판 강화 방법.
4. 삭제
5. 삭제

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