KR101116639B1 - 금형의 육성용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금형의 성형 표면상의 파손부위에 금속파우더를 일정높이로 공급함과 동시에, 상기 파손부위에 고속 스캐너를 통한 저입열의 레이저빔을 일정한 조사패턴을 따라 고속으로 조사하여 급속 가열함으로써 용융부를 생성함과 동시에, 냉각에어로 상기 용융부를 급속 냉각시키는 과정을 반복하여 상기 금형의 파손부위를 합금화하여 고강도로 재생하는 금형의 육성용접방법을 제공한다.

레이저, 저입열, 조사패턴, 육성용접, 금형, 금속파우더

Description

금형의 육성용접방법{METHOD FOR OVERLAY WELDING OF PRESSING DIE}

본 발명은 금형의 육성용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금형의 성형 표면상의 파손부위에 금속파우더를 공급함과 동시에 저입열의 레이저빔을 일정한 조사패턴을 따라 고속으로 조사하여 급속 가열함과 동시에, 냉각에어로 급속 냉각시켜 상기 금형의 파손부위를 고강도로 재생하는 금형의 육성용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 차체 부품의 제조과정은 여러 종류의 프레스 금형을 통하여 제품패널을 성형한 후, 차체공장에서 조립되어 화이트 바디(B.I.W) 상태의 차체를 제작하게 된다.

즉, 상기한 프레스 금형은 차체의 각 부분을 이루는 부품패널의 성형과정에서, 최초로 코일소재를 부품패널의 사이즈에 맞게 적당한 크기로 절단하는 블랭킹(BLANKING) 공정을 이루는 블랭킹 프레스 금형과, 부품패널의 형태로 다수회 가압 성형하는 드로우(DRAW) 공정을 이루는 드로우 프레스 금형, 부품패널에서 불필요한 부분을 절단하거나 홀 등을 가공하는 트림(TRIM) 또는 피어싱(PIECING) 프레스 금형 등으로 구분된다.

이러한 각 종 프레스 금형은 반복되는 부품패널의 성형과정에서, 그 성형 표면에 많은 부하와 피로가 누적되며, 특히 금형의 에지부나 국부적으로 응력이 집중되는 부위가 파손되는 현상이 발생한다.

이와 같이, 금형의 성형 표면상의 일측이 부분적으로 파손되는 경우, 통상은 용접봉 등을 이용한 아크용접을 통하여 육성용접을 실시하여 그 파손부위의 형상을 재생하여 사용하는 것이 일반적이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 육성용접에 의해 그 형상이 재생된 금형의 육성부는 그 강도가 금형 모재 보다도 약하기 때문에 다시 파손되기 쉬우며, 이에 육성용접 작업을 반복적으로 진행해야 하며, 이로 인한 생산성 저하의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 금형 파손부위에 대한 육성용접의 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 금형의 성형 표면상의 파손부위에 금속파우더를 일정높이로 공급함과 동시에, 상기 파손부위에 고속 스캐너를 통한 저입열의 레이저빔을 일정한 조사패턴을 따라 고속으로 조사하여 급속 가열함으로써 용융부를 생성함과 동시에, 냉각에어로 상기 용융부를 급속 냉각시키는 과정을 반복하여 상기 금형의 파손부위를 합금화하여 고강도로 재생하는 금형의 육성용접방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 금형의 육성용접방법은 금형의 성형 표면상에 발생되는 파손부위를 재생하기 위한 금형의 육성용접방법에 있어서, 금형의 파손부위에 금속파우더를 일정 적층 높이로 공급하여 적층하고, 상기 파손부위에 고속 스캐너를 통한 저입열의 레이저빔을 일정한 지그재그 모양의 조사패턴을 따라 일정 용접속도로 조사하여 상기 금속파우더와 함께 금형의 파손부위의 일부가 용융되는 용융부를 생성함과 동시에, 상기 용융부에 에어노즐을 통하여 냉각에어를 공급하여 급속 냉각하는 과정을 상기 파손부위의 깊이에 따라 수회 반복하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저빔은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저빔의 출력은 3.2㎾ 내지 3.8㎾의 범위 내에서 설정되는 것을 특 징으로 한다.

상기 조사패턴은 반복되는 "V"자 형상의 지그재그 모양으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 일정 용접속도는 150mm/sec 내지 250mm/sec의 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속파우더의 1회 적층 높이는 0.8mm 내지 1.2mm 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 한다.

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상술한 바와 같이 본 발명에 따른 금형의 육성용접방법에 의하면, 금형의 성형 표면상의 파손부위에 금속파우더를 일정 적층 높이로 공급함과 적층함과 동시에, 상기 파손부위에 고속 스캐너를 통해 저입열의 레이저빔을 일정한 조사패턴을 따라 고속으로 조사하여 급속 가열함으로써 용융부를 생성하고, 상기 용융부에 냉각에어를 공급하여 급속 냉각시키는 과정을 반복함으로써 상기 금형의 파손부위를 합금화하여 금형의 모재 보다 강도가 향상된 고강도의 재생층을 형성하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 금형의 육성용접방법은 종전의 용접봉을 이용한 아크용접과 같이 용접봉을 용융시켜 육성하여 금형의 파손부위에 대한 재생을 진행하는 시간에 비하여 넓은 파손부위에 대해서도 금속파우더를 고르게 적층시켜 고속 스캐너를 이 용한 레이저 용접을 신속하게 진행할 수 있어 육성용접시간을 단축할 수 있는 효과도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금형의 육성용접방법의 공정 사시도 및 작업도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금형의 육성용접방법에 따른 공정 블록도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금형의 육성용접방법에 적용되는 레이저빔의 조사 패턴도이다.

본 실시예에 따른 금형의 육성용접방법은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 금형(10)의 성형 표면(F)상에 많은 부하와 피로가 누적되어 금형(10)의 에지부나 국부적으로 응력이 집중되는 부위가 파손되는 경우, 그 파손부위(B)를 파우더 노즐(9)을 통한 금속파우더(30)의 공급과 로봇(1)의 아암(3) 선단에 장착되는 고속 스캐너(5)로부터 조사되는 레이저빔(LB)을 이용한 레이저 용접을 통하여 재생하기 위한 것으로, 상기 파손부위(B)의 깊이에 따라 반복적으로 진행된다.

즉, 상기한 금형의 육성용접방법은 먼저, 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 금형(10)의 성형 표면(F)상의 파손부위(B)에 금속파우더(30)를 일정 적층 높이(H)로 공급하여 적층하게 된다(S1).

이때, 상기 금속파우더(30)는 도 1에서 도시한 바와 같이, 파우더 노즐(9)을 통하여 파손부위(B)에 고르게 공급되며, 상기 금속파우더(30)의 1회 공급에 의한 적층 높이(H)는 0.8mm 내지 1.2mm 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 금속파우더(30)가 공급된 상기 금형(10)의 파손부위(B)에 고속 스캐너(5)를 통한 저입열의 레이저빔(LB)을 일정한 지그재그 모양의 조사패턴(20)을 따라 일정 용접속도로 조사하여 상기 금속파우더(30)와 함께 금형(10)의 파손부위(B)의 일부가 용융되도록 하여 용융부(40)를 생성한다.(S2)

이러한 용융부(40)의 생성과 동시에, 상기 용융부(40)에 대하여 상기 고속 스캐너(5)의 일측에 장착되는 에어노즐(7)을 통하여 냉각에어(AIR)를 공급하여 상기 용융부(40)를 급속 냉각함으로써 육성용접을 진행하게 된다.(S3)

상기에서, 레이저빔(LB)의 조사패턴(20)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 반복되는 "V"자 형상으로 지그재그 모양을 형성하며, 그 피치(P)는 1mm 이하의 간격으로 설정되는 것이 실험적으로 바람직하였다.

여기서, 상기 레이저빔(LB)은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 금형의 육성용접방법에서, 상기 저입열의 레이저빔(LB)이 갖는 출력은 3.2㎾ 내지 3.8㎾의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하고, 그 용접속도는 150mm/sec 내지 250mm/sec의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하며, 이러한 수치는 수회에 걸친 시험결과를 통하여 확인할 수 있었다.

한편, 상기 에어노즐(7)을 통하여 분사되는 냉각에어(AIR)는 상기 용융부(40)에 대하여 20ℓ/min 만큼 공급되도록 그 분사속도가 설정되어야 이상적이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적인 금속의 급속 냉각 조건에 따라 달라질 수 있 을 것이다.

이러한 금형의 육성용접방법은 상기 금형(10)의 성형 표면(F)상에 발생되는 파손부위(B)의 깊이에 따라 수회 반복하여 상기 파손부위(B)의 육성면(WF)이 금형(10)의 성형 표면(F)과 일치될 때까지 반복적으로 육성용접의 각 단계(S1,S2,S3)를 진행하게 된다.

따라서 상기한 바와 같은 금형의 육성용접방법에 의해 프레스 금형(10)의 성형 표면(F)상에 발생된 파손부위(B)를 재생하는 과정은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 금형(10)의 파손부위(B)에 일정량의 금속파우더(30)를 공급하여 일정높이(H)로 고르게 적층시킨 상태로, 3.2~3.8㎾의 출력을 갖는 저입열의 레이저빔(LB)을 150mm/sec ~ 250mm/sec 범위 사이의 용접속도로, 도 4에서 도시한 바와 같은 1mm 이하의 피치(P)를 갖는 지그재그 모양의 조사패턴(20)을 따라 조사하여 진행된다.

이때, 상기 금형(10)의 성형 표면(F)층에 형성되는 용융부(40)는 한 피치(P)당 적어도 2회 이상 중첩되어 형성될 수 있으며, 상기 에어노즐(7)을 통하여 직접 분사되는 냉각에어(AIR)에 의해 상기 용융부(40)가 급속 냉각되어 상기 육성부의 금속조직이 오스테나이트 조직에서 마르텐사이트 조직으로 변화되어 내마모성은 물론 내피로성을 더욱 유효하게 하여 그 기계적 강도를 높이게 된다.

또한, 상기한 금형의 육성용접방법은 종전의 용접봉을 일용한 아크용접과 같이 장시간에 걸쳐 용접봉을 용융시켜 육성하는 것에 비하여 넓은 파손부위에 대해서도 금속파우더(30)를 고르게 적층시켜 고속 스캐너(5)를 이용한 레이저 용접을 단시간 내에 진행할 수 있어 육성용접시간을 획기적으로 단축시킬 수 있게 된다.

이상에서는 현재로서 실질적이라 고려되는 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것으로 이해되어서는 안되며, 오히려, 전술한 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금형의 육성용접방법의 공정 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금형의 육성용접방법의 작업도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금형의 육성용접방법에 따른 공정 블록도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금형의 육성용접방법에 적용되는 레이저빔의 조사 패턴도이다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 금형의 성형 표면상에 발생되는 파손부위를 재생하기 위한 금형의 육성용접방법에 있어서,

   금형의 파손부위에 금속파우더를 일정 적층 높이로 공급하여 적층하고, 상기 파손부위에 고속 스캐너를 통한 저입열의 레이저빔을 일정한 지그재그 모양의 조사패턴을 따라 일정 용접속도로 조사하여 상기 금속파우더와 함께 금형의 파손부위의 일부가 용융되는 용융부를 생성함과 동시에, 상기 용융부에 에어노즐을 통하여 냉각에어를 공급하여 급속 냉각하는 과정을 상기 파손부위의 깊이에 따라 수회 반복하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금형의 육성용접방법.
9. 제8항에서,

   상기 레이저빔은

   Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금형의 육성용접방법.
10. 제8항에서,

    상기 레이저빔의 출력은

    3.2㎾ 내지 3.8㎾의 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 금형의 육성용접방법.
11. 제8항에서,

    상기 조사패턴은

    반복되는 "V"자 형상의 지그재그 모양으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금형의 육성용접방법.
12. 제8항에서,

    상기 일정 용접속도는

    150mm/sec 내지 250mm/sec의 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 금형의 육성용접방법.
13. 제8항에서,

    상기 금속파우더의 1회 적층 높이는

    0.8mm 내지 1.2mm 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 금형의 육성용접방법.

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