KR101017256B1 - 판재의 미세크랙 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 공정에서 판재 상에 국부적으로 발생되는 미세크랙을 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)이 갖는 열전도 및 대류 특성을 이용하여 별도의 용접 주재료를 첨가하지 않으면서도 판재 표면의 장력을 낮게 하여 부풀어오르는 볼록 비드 현상을 유도하여 미려하게 용접하는 판재의 미세크랙 용접방법을 제공한다.

전도용접구간, 레이저빔, 미세크랙, 용접방법

Description

판재의 미세크랙 용접방법{WELDING METHOD FOR MINUTE CRACK OF PANEL}

본 발명은 판재의 미세크랙 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프레스 공정에서 판재 상에 국부적으로 발생되는 미세크랙을 전도구간의 레이저빔을 이용하여 미려하게 용접하는 판재의 미세크랙 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 메이커에서 자동차를 생산하기까지는 2 내지 3만 여개의 부품을 수차례의 조립공정을 통하여 이루어진다.

특히, 차체는 자동차 제조과정의 첫 단계로서, 여러 종류의 프레스 장치를 통하여 제품패널을 생산한 후, 차체공장으로 옮겨와서 제품패널의 각 부분이 조립되어 화이트 보디(B.I.W) 상태의 차체를 이루게 된다.

이와 같이 소재패널을 제품패널로 성형하기 위해서는 여러 종류의 프레스 장비를 통하여 일정한 형태로 가압 성형하는 포밍(FORMING) 성형공정 후, 트리밍(TRIMMING)과 피어싱(PIECING) 및 플랜징(FLANGING) 등의 프레스 공정에서 절단, 홀 가공, 절곡 등의 가공작업을 거치게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 프레스 공정을 거치는 과정에서 성형상의 문제점으로 인해, 도 1에서 도시한 바와 같이, 도어 패널(100)의 절곡부 등에 국부적으로 미세크 랙(C)이 발생되는 경우에는 박판의 용접이 가능한 TIG 용접이나 GMAW 용접을 통하여 미세크랙을 수정하게 된다.

여기서, 상기 TIG용접(Tungsen Inert Gas welding)은 텅스텐 불활성 아크용접이라고도 하며, 이너트 가스(헬륨이나 알곤 가스 등의 불활성 가스)로 아크를 덮듯이 하여 산화, 질화를 방지하는 용접방법으로, 일반적으로 비철금속의 용접에 사용되며, 용착부는 아름다운 금속면을 얻을 수 있다.

한편, 상기 GMAW 용접(Gas Metal Arc Welding)은 가스 메탈 아크용접으로 기본적으로 용가재로써 작용하는 소모성Wire을 일정한 속도로 용융지에 송급하면서 전류을 통하여 Wire와 모재사이에 Arc을 일으켜 용접하는 방법이며, 용융부위는 가스노즐을 통하여 공급되는 보호가스에 의하여 대기로 보호된다.

이때, Ar과 같은 불활성 가스로부터 보호되는 것을 MIG용접이라 하고 순수한 탄산가스만으로 사용하는 탄산가스 아크용접(Co2용접)과 탄산가스와 Ar을 혼합하여 용접하는 MAG용접으로 분류된다.

그러나 상기한 바와 같은 TIG 용접과 GMAW 용접은 용가봉(溶加棒) 또는 와이어 등의 용접 주재료를 용접부에 공급하여 용착시킴으로써 용접열에 의해 모재의 성질을 잃어버리는 경우가 대부분이며, 상기한 도어 패널(100) 상의 미세크랙(C)의 경우에는 특히 제어하기가 어렵고, 표면을 미려하게 하기 위해서는 용접 후에 후처리 공정이 필요한 단점이 있다.

이에, 동일 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2007-0099870(출원일; 2007.10.04)에도 소개된 바와 같이, 비초점구간에서 소재에 대하여 열전도에 의한 용접이 가능한 전도용접구간(T2)의 레이저빔을 이용하여 상기 판재의 국부적인 미세크랙(C) 부위를 급속 가열하면, 재료표면의 표면장력이 낮아지면서 볼록 비드형상을 동반함으로써 미세크랙 부위의 채움이 가능한 원리에 착안하여, 이에, 상기 판재의 미세크랙(C)을 수정하기 위하여 레이저빔(LB)을 이용한 새로운 용접방법에 대한 요구가 있다.

한편, 상기한 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB) 특성에 대해서는 상기한 기 출원내용이 충분히 언급된 바, 이에 대한 특징적인 특성에 대하여 간단히 언급하면, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)은 비초점구간의 레이저빔으로, 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 키홀용접구간(T1)의 초점 사이즈보다 몇 배의 빔 면적을 차지한다.

따라서 레이저빔(LB)의 밀도는 초점위치보다 훨씬 낮으나, 레이저빔(LB)이 알루미늄 합금 등의 소재패널(100) 표면에 충돌하는 순간 소량의 금속증기가 발생하고 용융되면서 용접이 가능해지고 용접패턴 또한 반달형상으로, 키홀용접구간(T1)의 레이저빔(LB)과는 다른 형상으로 나타난다.

이에, 상기한 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)이 갖는 열전도 및 대류 현상에 착안하여 상기한 판재의 국부적 미세크랙(C)에 대한 용접을 위하여 상기한 바와 같은 열전도 및 대류를 이용하는 것이 가능할 것이다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 새로운 판재 상의 미세크랙의 용접법에 대한 요구에 의해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 프레스 공정에서 판재 상에 국부적으로 발생되는 미세크랙을 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)이 갖는 열전도 및 대류 특성을 이용하여 별도의 용접 주재료를 첨가하지 않으면서도 판재 표면의 장력을 낮게 하여 부풀어오르는 볼록 비드 현상을 유도하여 미려하게 용접하는 판재의 미세크랙 용접방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 의한 판재의 미세크랙 용접방법은 소재 상의 미세크랙 부위를 상부로 하여 지그에 설치하는 제1공정; 로봇을 거동하여 상기 소재 상의 미세크랙 부위를 따라 레이저 옵틱헤드를 이동시키면서 상기 미세크랙 부위에 전도용접구간의 레이저빔을 조사하여 전도열을 통해 상기 미세크랙 부위를 급속 가열하는 제2공정; 상기 제2공정을 지속하여 전도용접구간의 레이저빔이 조사된 소재 상의 미세크랙 부위가 열원의 대류에 의해 부풀어오르는 볼록 비드 현상을 나타내도록 하는 제3공정; 상기 제3공정에 이어, 상기 용접부를 일정시간 냉각시키는 제4공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 레이저빔은 Nd:YAG 레이저 발진기를 통하여 발진되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 판재의 미세크랙 용접방법에 의하면, 프레스 공정에서 판재 상에 국부적으로 발생되는 미세크랙을 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)이 갖는 열전도 및 대류 특성을 이용하여 판재 표면의 장력을 낮게 하여 부풀어오르는 볼록 비드 현상을 유도하여 미려하게 용접할 수 있다.

이러한 판재의 미세크랙 용접방법에 의하면, 판재 상의 용접부 조직은 변화되나 별도의 용접 주재료를 첨가하지 않음으로 인하여 화학적 변화는 없다는 이점도 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 실현할 수 있는 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 판재의 미세크랙 용접방법의 공정도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 판재의 미세크랙 용접방법의 공정 블록도이다.

단, 본 발명의 방법을 설명함에 있어, 종래 기술의 구성과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

본 실시예에 따른 판재의 미세크랙 용접방법은, 도 5와 도 6에서 도시한 바와 같이, 먼저, 소재인 미세크랙(C)이 발생된 판재(100)를 지그(101) 상에 상기 미세크랙(C) 부위가 상부를 향하도록 설치한다.(S1)

이어서, 로봇(105)을 거동하여 상기 판재(100) 상의 미세크랙(C) 부위를 따라 레이저 옵틱헤드(103)를 이동시키면서 그 미세크랙(C) 부위에 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)을 조사하여 전도열을 통해 상기 미세크랙(C) 부위를 급속 가열하 게 된다.(S2)

즉, 상기 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)을 통한 열전도는 레이저빔(LB)의 비초점 위치에서 이루어지는 것으로, 키홀용접구간(T1)의 초점 사이즈보다 몇 배의 레이저빔 면적을 차지한다.

따라서 레이저빔(LB)의 밀도는 초점위치보다 훨씬 낮으나, 레이저빔(LB)이 판재(100) 표면에 충돌하는 순간 소량의 금속증기가 발생하고 열전도에 의해 용융되면서 용융 금속과 열 영향부의 형성패턴이 반달형상으로 형성된다.

여기서, 상기 레이저빔(LB)은 Nd:YAG 레이저 발진기를 통하여 형성된 레이저빔이 적용되는 것이 바람직하다.

이러한 미세크랙(C) 부위에 대한 레이저빔(LB)에 의한 열원을 전도하는 공정을 일정시간이 지속하면, 상기 판재(100) 상의 미세크랙(C) 부위가 용융된 상태로 열원의 대류에 의해 부풀어오르는 볼록 비드 현상이 나타나게 되며, 이에 따라 상기 판재(100)는 그 미세크랙(C) 부위가 매워져 용접된다.(S3)

이와 같이, 상기 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)을 이용한 판재(100) 상의 미세크랙(C)은 별도의 용접 주재료를 첨가하지 않기 때문에 화학적 성분 변화는 전혀 없게 되고, 재료 표면의 조직만 일부 변환되어 그 물리적 특성은 그대로 유지하게 된다.

이에, 상기 판재(100) 상의 용접부(W)는 일정시간 냉각하여 경화시킴으로써, 상기 판재(100) 상의 국부적 미세크랙(C)의 용접을 완료하게 된다.(S4)

도 1은 일반적인 프레스 공정을 통하여 제조되는 도어 패널의 사시도이다.

도 2는 일반적인 레이저빔의 초점구간의 개념도이다.

도 3은 일반적인 레이저빔에 의한 키홀용접의 개념도이다.

도 4는 일반적인 레이저빔에 의한 전도용접의 개념도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 판재의 미세크랙 용접방법의 공정도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 판재의 미세크랙 용접방법의 공정 블록도이다.

Claims (4)

1. 판재의 미세크랙 용접방법에 있어서,

   소재 상의 미세크랙 부위를 상부로 하여 지그에 설치하는 제1공정;

   로봇을 거동하여 상기 소재 상의 미세크랙 부위를 따라 레이저 옵틱헤드를 이동시키면서 상기 미세크랙 부위에 전도용접구간의 레이저빔을 조사하여 전도열을 통해 상기 미세크랙 부위를 급속 가열하는 제2공정;

   상기 제2공정을 지속하여 전도용접구간의 레이저빔이 조사된 소재 상의 미세크랙 부위가 열원의 대류에 의해 부풀어오르는 볼록 비드 현상을 나타내도록 하는 제3공정;

   상기 제3공정에 이어, 상기 용접부를 일정시간 냉각시키는 제4공정;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판재의 미세크랙 용접방법.
2. 제1항에서,

   상기 레이저빔은

   Nd:YAG 레이저 발진기를 통하여 발진되는 것을 특징으로 하는 판재의 미세크랙 용접방법.
3. 전도용접구간의 레이저빔을 판재 상에 국부적으로 발생되는 미세크랙 부위에 조사하여 열전도 및 대류에 의해 상기 판재 상의 미세크랙 부위의 표면장력을 낮게 하여 부풀어오르게 하여 용접하는 판재의 미세크랙 용접방법.
4. 제3항에서,

   상기 레이저빔은

   Nd:YAG 레이저 발진기를 통하여 발진되는 것을 특징으로 하는 판재의 미세크랙 용접방법.

Images