KR101249398B1 - 시편 제작용 지그유닛 - Google Patents

Abstract

시편 제작용 지그유닛이 개시된다. 본 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛은 베이스 상에서, 상면에 하나의 도금시편이 안착되는 하부 안착홈을 형성하는 하부 규제블록; 상기 하부 규제블록의 상면 양측에 각각 구성되는 안내봉; 상기 하부 규제블록에 대하여 상하로 이동 가능하도록 상기 양측 안내봉에 양 측단의 안내블록을 통하여 설치되며, 하면에는 다른 하나의 도금시편이 안착되는 상부 안착홈이 형성되고, 상기 상부 안착홈의 중앙에는 관통홀이 형성되는 상부 규제블록; 상기 하부 규제블록의 하부 안착홈 내측에 설치되어 상기 하나의 도금시편을 하부 안착홈 내에 고정하는 고정수단; 및 상기 상부 규제블록의 양측에 구성되어 전자기력을 이용하여 상기 다른 하나의 도금시편을 상부 안착홈에 고정하는 부착수단을 포함한다.

Description

시편 제작용 지그유닛{JIG UNIT FOR FABRICATING A SAMPLE}

본 발명은 시편 제작용 지그유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시에 아연 도금층의 연소로 발생하는 용접가스의 원활한 배출을 위하여 이상적인 가스배출용 갭의 규격을 측정할 수 있도록 하는 시편 제작용 지그유닛에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 용접은 레이저빔의 초점구간에서 에너지 다중반사 및 흡수를 이용한 키홀용접(KEYHOLE WELDING)과, 레이저빔의 비초점구간에서 열전도를 이용한 전도용접(CONDUCTION WELDING)으로 구분될 수 있다.

상기한 키홀용접과 전도용접을 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저, 도 1에서 도시한 바와 같이, 레이저빔(LB)이 렌즈에 의해 집적되어 소재에 대하여 에너지 다중반사 및 다중흡수가 일어나는 약 2mm 이내의 초점구간을 키홀용접구간(T1)이라고 명명하고, 상기 레이저빔이 키홀용접구간(T1)을 벗어난 비초점구간에서 소재에 대하여 열전도에 의한 용접이 가능한 일정구간을 전도용접구간(T2)이라고 명명한다.

즉, 상기 키홀용접구간(T1)에서 용접이 이루어지는 키홀용접의 경우에는 레이저빔의 전자기파 에너지가 집적된 초점위치에서 소재의 표면에 충돌하고, 그 충돌에너지는 열에너지를 발산하면서 전자기파의 연속적인 현상인 키홀현상을 유지한다.

이러한 키홀현상을 과학적으로 서술하면, 고출력 레이저 용접에서 용융 풀에 증기압 등의 작용으로 작은 구멍을 만들면서 용접이 이루어지는 상태를 말한다.

반면, 상기 전도용접구간(T2)에서 용접이 이루어지는 전도용접은 레이저빔의 비초점 위치에서 이루어지는 것으로, 키홀용접구간(T1)의 초점 사이즈보다 몇 배의 레이저빔 면적을 차지한다.

따라서 레이저빔의 밀도는 초점위치보다 훨씬 낮으나, 레이저빔이 알루미늄 합금 등의 소재 표면에 충돌하는 순간 소량의 금속증기가 발생하고 용융되면서 용접이 가능해지고 용접패턴 또한 반달형상으로, 키홀과는 다른 형상으로 나타난다.

이와 같이, 레이저빔(LB)의 특성을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재에 대하여 레이저 용접작업을 진행하게 된다.

도 2에서는 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도로써, 상기한 레이저빔(LB)을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재를 용접하기 위해서는 로봇(1)의 아암(3) 선단에 레이저 헤드(5)를 설치하고, 이 레이저 헤드(5)는 레이저 발진기(7)와 연결되는 레이저 용접 시스템을 구비하여, 로봇 제어기(C)를 통하여 거동하는 로봇(1)에 의해 상기 레이저 헤드(5)가 소재(9)의 용접패턴을 따라 이동하면서 레이저빔(LB)을 조사하여 용접작업을 진행하게 된다.

여기서, 상기 레이저빔의 특성을 이용하여 용접하기 위한 강판 중에서도 특히 아연도금강판(Galvanized Steel Sheet)은 아연을 도금한 강판 전체를 총칭하는 것으로, 그 제조방법에 따라 용융아연도금강판(Hot Dipped Galvanized Iron)과 전기도금아연강판(Electrolytic Galvanized Iron)으로 대별되는데, 이러한 아연도금강판은 철의 최대 단점인 녹을 방지하고, 철의 장점인 강성과 경제성을 최대한 살릴 수 있다는 측면에서 사용이 늘어나는 추세이다.

그런데, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기한 레이저빔의 특성을 이용하여 상기한 아연도금강판(11)을 서로 겹치기 용접하는 과정에서, 2장의 겹쳐진 아연도금강판(11) 사이에 일정한 가스배출용 갭(GAP)이 없는 경우에는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 그 용접부(W)에 아연 도금층(13)의 증발로 인한 용접가스(아연증기)의 영향으로 기공이 발생하거나, 폭발성 기공을 동반하는 양상을 보인다.

이에 따라, 2장의 아연도금강판(11)을 겹치기 레이저 용접하기 위해서는 지그장치를 통하여 아연도금강판(11) 사이에 일정범위의 갭을 유지하여 용접가스가 배출되도록 하는 것이 중요하다.

그런데, 종래에는 이러한 아연도금강판(11)의 겹치기 레이저 용접 시, 양호한 용접품질을 얻을 수 있도록 정확하게 설정된 가스배출용 갭의 규격이 알려진바 없어, 통상은 0.5mm 내지 3.0mm 사이의 범위에서 설계자가 임의로 설정하여 용접용 지그를 제작하였다.

이에 따라, 공정 현장에서, 아연도금강판(11)의 겹치기 레이저 용접공정 중에, 용접불량이 빈번하게 발생하고, 이런 경우, 임의로 가스 배출용 갭을 조정하여 왔다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 의해 발명된 것으로써, 본 발명이 해결하려는 과제는 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시에 아연 도금층의 연소로 발생하는 용접가스의 원활한 배출을 유도하여 양호한 용접품질을 얻기 위해 각 도금강판 사이에 설정되는 가스배출용 갭의 규격을 시편을 통하여 정확하게 측정할 수 있도록 하는 시편 제작용 지그유닛을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 시편 제작용 지그유닛은 베이스 상에서, 상면에 하나의 도금시편이 안착되는 하부 안착홈을 형성하는 하부 규제블록; 상기 하부 규제블록의 상면 양측에 각각 구성되는 안내봉; 상기 하부 규제블록에 대하여 상하로 이동 가능하도록 상기 양측 안내봉에 양 측단의 안내블록을 통하여 설치되며, 하면에는 다른 하나의 도금시편이 안착되는 상부 안착홈이 형성되고, 상기 상부 안착홈의 중앙에는 관통홀이 형성되는 상부 규제블록; 상기 하부 규제블록의 하부 안착홈 내측에 설치되어 상기 하나의 도금시편을 하부 안착홈 내에 고정하는 고정수단; 및 상기 상부 규제블록의 양측에 구성되어 전자기력을 이용하여 상기 다른 하나의 도금시편을 상부 안착홈에 고정하는 부착수단을 포함한다.

상기 양측 안내봉은 각 상단에 스톱퍼가 일체로 구성되고, 각 하부에는 일정간격으로 눈금이 형성될 수 있다.

또한, 상기 각 안내블록의 외측단에는 상기 각 안내봉에 체결되어 상기 상부 규제블록의 상하 위치를 고정하기 위한 체결볼트가 구성될 수 있다.

또한, 상기 고정수단은 상기 하부 규제블록의 하부 안착홈 내측에 설치되는 고정 바; 및 상기 하부 규제블록의 일 측면에 설치되어 상기 고정 바에 작용하는 고정볼트로 구성될 수 있다.

또한, 상기 부착수단은 상기 상부 규제블록의 양측에서 상기 상부 안착홈의 내면으로 설치되어 전기적 신호에 따라 전자기력을 발생시키는 전자석으로 구성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛에 의하면, 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시에 아연 도금층의 연소로 발생하는 용접가스의 원활한 배출을 유도하여 양호한 용접품질을 얻기 위해 각 도금강판 사이에 설정되는 가스배출용 갭의 규격을 시편을 통하여 정확하게 측정할 수 있다.

즉, 2장의 도금시편을 하부 및 상부 규제블록의 각 안착홈 내에 투입하여 각 규제블록에 설치된 고정수단 및 부착수단을 통하여 고정한 상태로, 각 도금시편 사이의 갭을 임의로 조정할 수 있도록 하여 갭 치수별로 레이저 용접품질을 확보할 수 있다.

도 1은 일반적인 레이저빔의 초점구간 개념도이다.
도 2는 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다.
도 3은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 키홀용접구간의 레이저빔을 이용한 아연도금강판의 레이저 용접 상태도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 아연도금강판의 레이저 용접방법에 의해 용접된 용접부의 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 측 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 단계별 사용 상태도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛을 통하여 레이저 용접작업이 완료된 도금시편의 사시도이다.

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

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 측 단면도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛을 통하여 레이저 용접작업이 완료된 도금시편의 사시도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 시편 제작용 지그유닛을 통하여 제작되는 시편(T)은 2장의 도금시편(T1,T2; 도 7참조)이 일정갭(G)을 가지며 상호 겹친 상태로, 그 일측을 따라 레이저 용접을 통하여 레이저 용접부(W)를 형성하여 구성된다.

이러한 시편 제작용 지그유닛(30)은, 도 5와 도 6에서 도시한 바와 같이, 베이스(31) 상에 하부 규제블록(B1)이 설치된다.

상기 하부 규제블록(B1)은 상면에 하부 도금시편(T1; 도 7참조)이 안착되는 하부 안착홈(L1)을 형성한다.

상기 하부 안착홈(L1)의 중앙에는 하부 안착홈(L1)을 따라 간섭방지 홀(H1)을 형성하여 레이저 용접 시, 용접간섭을 피하도록 한다.

상기 하부 규제블록(B1)의 상면 양측에는 각각 안내봉(R)이 수직방향으로 설치된다.

그리고 상기 하부 규제블록(B1)의 상부에는 상부 규제블록(B2)이 구성되는데, 상기 상부 규제블록(B2)은 양 측단에 안내블록(33)을 구성하며, 각 안내블록(33)을 통하여 상기 양측 안내봉(R)에 각각 상하로 이동 가능하도록 설치된다.

이때, 상기 양측 안내봉(R)은 각 상단에 스톱퍼(35)가 일체로 구성되고, 각 하부에는 일정간격으로 눈금(37)이 형성된다.

또한, 상기 각 안내블록(33)의 외측단에는 상기 각 안내봉(R)에 체결되어 상기 상부 규제블록(B2)의 상하 위치를 고정하기 위한 체결볼트(39)가 구성된다.

또한, 상기 상부 규제블록(B2)은 그 하면에 상부 도금시편(T2; 도 7참조)이 안착되는 상부 안착홈(L2)이 형성되고, 상기 상부 안착홈(L2)의 중앙에는 관통홀(H2)이 형성된다.

그리고 상기 하부 규제블록(B1)의 하부 안착홈(L1) 내측에는 하부 도금시편(T1)을 고정하기 위한 고정수단(41)이 설치되어 상기 하부 도금시편(T1)을 하부 안착홈(L1) 내에 고정한다.

상기 고정수단(41)은 하부 규제블록(B1)의 하부 안착홈(L1) 내측에 고정 바(41a)가 설치되고, 상기 하부 규제블록(B1)의 일 측면에는 상기 고정 바(41a)에 작용하는 고정볼트(41b)가 설치된다.

즉, 상기 하부 규제블록(B1)의 하부 안착홈(L1)에 하부 도금시편(T1)이 투입되면, 상기 고정볼트(41b)를 체결하여 고정 바(41a)를 통하여 하부 안착홈(L1) 내에 하부 도금시편(T1)을 고정하게 된다.

그리고 상기 상부 규제블록(B2)의 양측에는 전자기력을 이용하여 상부 도금시편(T2)을 상부 안착홈(L2)에 고정하는 부착수단이 구성된다.

상기 부착수단은 상기 상부 규제블록(B2)의 양측에서 상기 상부 안착홈(L2)의 내면으로 설치되어 전기적 신호에 따라 전자기력을 발생시키는 전자석(M)으로 구성된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 시편 제작용 지그유닛(30)을 이용하여 상기 도 10에서 도시한 바와 같은 레이저 용접부(W)를 갖는 도금시편(T)을 제작하기 위해서는, 도 7에서 도시한 바와 같이, 먼저, 상부 규제블록(B2)을 양측 안내봉(R)의 상단에 위치시킨 상태로, 각 체결볼트(39)를 체결하여 고정하고, 상기 전자석(M)에 전원을 공급하여 전자기력을 발생시킨다.

이러한 상태로, 하부 규제블록(B1)의 하부 안착홈(L1)과 상부 규제블록(B2)의 상부 안착홈(L2)에 각각 하부 및 상부 도금시편(T1,T2)을 투입한다.

이때, 상기 하부 도금시편(T1)은 상기 고정볼트(41b)를 체결함으로써, 고정 바(41a)에 의해 하부 안착홈(L1) 내에 고정되고, 상기 상부 도금시편(T2)은 상부 안착홈(L2) 내에서, 전자석(M)의 전자기력에 의해 상부 규제블록(B2)에 붙어 있게 된다.

이후, 도 8에서 도시한 바와 같이, 시험자가 상기 양측 체결볼트(39)를 풀고, 상부 규제블록(B2)을 아래로 내려 하부 및 상부 도금시편(T1,T2) 사이에 설정할 규격의 갭(G)을 유지한 상태로, 다시 양측 체결볼트(39)를 체결하여 상부 규제블록(B2)의 위치를 고정한다.

이때, 상기 하부 및 상부 도금시편(T1,T2) 사이에 설정할 규격의 갭(G)은 양측 안내봉(R) 상에 새겨진 눈금(37)을 통하여 확인할 수 있다.

이러한 상태로, 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 하부 및 상부 도금시편(T1,T2)이 설정된 규격의 갭(G)으로 설치된 시편 제작용 지그유닛(30)을 레이저 용접공정 투입하여 레이저 용접작업을 진행한다.

즉, 상기 레이저 용접작업은 상부 규제블록(B2)의 관통홀(H2)을 통하여 상부 도금시편(T2) 상에 키홀용접구간의 레이저빔을 조사하여 이루어진다.

이로써, 시험자는 두장의 도금강판(T1,T2)을 겹치기 용접한 후, 설정된 규격의 갭(G)에 의한 레이저 용접품질을 바로 확인할 수 있으며, 수차례에 걸쳐 갭(G)의 규격을 바꾸어가면서 다수의 도금시편(T)에 대한 레이저 용접작업을 진행하여 용접품질을 확인하여 이상적인 갭의 규격을 찾을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

W: 용접부 T, T1,T2: 시편
G: 갭 30: 시편 제작용 지그유닛
31: 베이스 B1,B2: 규제블록
L1,L2: 안착홈 R: 안내봉
33: 안내블록 35: 스톱퍼
37: 눈금 39: 체결볼트
41: 고정수단 41a: 고정 바
41b: 고정볼트

Claims (5)

1. 베이스 상에서, 상면에 하나의 도금시편이 안착되는 하부 안착홈을 형성하는 하부 규제블록;
   상기 하부 규제블록의 상면 양측에 각각 구성되며, 각 상단에 스톱퍼가 일체로 구성되고, 각 하부에는 일정간격으로 눈금이 형성되는 안내봉;
   상기 하부 규제블록에 대하여 상하로 이동 가능하도록 상기 양측 안내봉에 양 측단의 안내블록을 통하여 설치되며, 상기 각 안내블록의 외측단에는 상기 각 안내봉에 체결되어 상부 규제블록의 상하 위치를 고정하기 위한 체결볼트가 구성되고, 하면에는 다른 하나의 도금시편이 안착되는 상부 안착홈이 형성되며, 상기 상부 안착홈의 중앙에는 관통홀이 형성되는 상부 규제블록;
   상기 하부 규제블록의 하부 안착홈 내측에 고정 바가 설치되고, 상기 하부 규제블록의 일 측면에 설치되어 상기 고정 바에 작용하는 고정볼트로 구성되어 상기 하나의 도금시편을 하부 안착홈 내에 고정하는 고정수단; 및
   상기 상부 규제블록의 양측에서, 상기 상부 안착홈의 내면으로 설치되어 전기적 신호에 따라 전자기력을 발생시켜 상기 다른 하나의 도금시편을 상부 안착홈에 고정하도록 전자석으로 구성되는 부착수단을 포함하는 시편 제작용 지그유닛.
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