KR101274876B1 - 보호층이 피복된 시트들을 레이저 투과 용접에 의해접합하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개 이상의 시트(1, 2, 6)를 레이저 투과 용접에 의해 접합하는 방법에 관한 것으로서, 상기 시트들 중 적어도 하나의 시트(2, 6)에는 금속 보호층이 피복되어 있다. 본 발명의 방법은, 용접 대상 시트들 중 적어도 하나의 시트(2, 6)에 소정의 경로를 따라 위치되는 별개의 변형을 발생시켜, 이렇게 변형된 시트의 일면 상에 돌기(3)를 형성하는 단계와; 변형된 시트(2, 6)의 돌기(3)가 용접될 다른 시트를 향해 돌출하도록 용접 대상 시트(1, 2, 6)를 중첩하는 단계로서, 상기 변형된 시트에는 금속층이 피복되어 있는 단계와; 용접 대상 시트(1, 2, 6)를 소정 경로의 양측에 위치되는 파지 수단(4)에 의해 함께 클램핑된 상태로 유지하여, 시트들을 별개의 돌기(3) 주위에서 접촉시키는 단계와; 각 별개의 변형 주위에서 소정의 길이(L)에 걸쳐 불연속적으로 레이저 투과 용접에 의한 레이저 빔에 의해 시트들을 함께 용접하는 용접 단계를 포함한다.

Description

보호층이 피복된 시트들을 레이저 투과 용접에 의해 접합하는 방법{METHOD OF JOINING SHEETS COVERED WITH A PROTECTIVE LAYER BY LASER THROUGH-WELDING}

본 발명은 보호층이 피복된 시트들을 레이저 투과 용접에 의해 접합하는 방법에 관한 것이다.

레이저 투과 용접법은 용융 및 이에 따른 용착을 보장하기 위하여 용접 대상 시트가 함께 파지되는 방식을 제어하는 것이 필요하다. 더욱이, 보호층, 예컨대 아연층이 피복된 시트의 레이저 투과 용접 중에, 시트들을 용융하고 융합시키기 위해 도달된 온도는 보호층이 증발되게 한다. 시트들이 용착점에 근접하면, 이에 따라 형성된 가스는 용융지를 통해서만 방출될 수 있어, 용접 품질을 떨어뜨린다.

증발된 층으로부터 나오는 증기를 배출하기 위한 몇가지 해법이 존재한다.

독일 특허 제10 042 538호에서, 2개의 다른 시트들 사이에 위치된 시트는 다른 시트들과의 접촉시에 형성된 가스가 방출될 수 있는 공동이 생성되도록 불규칙적인 표면을 갖고 있다. 그러나, 이 해법에서는 주름을 형성하기 위해 시트의 표면에 특별한 처리를 필요로 한다.

독일 특허 제10 053 789호에서는, 시트들 사이에 소정의 구조체, 예컨대 오리피스를 갖는 가요성 필름을 증착시킴으로써, 함께 접합될 2개의 시트 사이에 공 간을 형성하고 있다. 이 해법에서는 다른 재료의 제조 및 증착을 필요로 함으로써, 시간이 길어지고 고가인 것으로 입증되었다.

유럽 특허 제337 182호에 설명된 것과 같은 다른 방법에서는, 함께 접합될 시트들 중 하나를 그 전체 길이에 걸쳐 스탬핑 가공함으로써 변형시키고 있다. 이 종방향 변형은 형성된 가스의 배출과 연속적인 레이저 빔의 안내를 가능하게 한다. 그러나, 이 해법에서는 시트에 실질적인 충격을 가하는 것을 필요로 하여, 시트의 기계적 강도에 바람직하지 못하다. 더욱이, 연속적인 레이저 빔의 사용은 고가인 것으로 입증되었다.

다른 타입의 레이저 투과 용접 방법은 함께 접합될 시트들이 특정한 거리를 떨어져서 유지되는 독일 특허 제44 43 826호에 설명되어 있다. 보호층에 의해 형성되는 가능한 가스를 배출하는 문제가 일어나지 않는다. 시트들 사이의 간극은 시트들을 함께 가져와 용접되게 하도록 시트들 중 하나를 별개로 스탬핑하는 것을 필요로 한다. 그러나, 이 방법에서는 스탬핑 및 용접 작업 중에 2개의 시트를 예정된 거리만큼 떨어뜨려 유지하는 것이 요구된다.

본 발명의 목적은 시트 상의 보호층의 증발에 의해 형성되는 가스의 배출을 가능하게 하고 실행이 간단하며 저렴한 레이저 투과 용접을 이용하는 접합 방법을 제안함으로써 전술한 단점들을 경감시키는 것이다. 본 발명에 따른 방법은 또한 시트의 기계적 강도에 영향을 미치지 않거나 거의 미치지 않도록 시트의 큰 변형을 필요로 하지 않는 이점을 갖는다.

이를 위하여, 본 발명의 주제는, 2개 이상의 시트를 레이저 투과 용접에 의해 접합하는 시트 접합 방법에 있어서, 상기 시트들 중 적어도 하나의 시트에는 금속 보호층이 피복되어 있고, 상기 시트 접합 방법은,

-용접 대상 시트들 중 적어도 하나의 시트에 소정의 경로를 따라 위치되는 별개의 변형을 발생시켜, 이렇게 변형된 시트의 일면 상에 돌기를 형성하는 단계와,

-변형된 시트의 돌기가 용접될 다른 시트를 향해 돌출하도록 용접 대상 시트를 중첩하는 단계로서, 상기 변형된 시트에는 금속층이 피복되어 있는 단계와,

-용접 대상 시트를 소정 경로의 양측에 위치되는 파지 수단에 의해 함께 클램핑된 상태로 유지하여, 시트들을 별개의 돌기 주위에서 접촉시키는 단계와,

-각 별개의 변형 주위에서 소정의 길이에 걸쳐 불연속적으로 레이저 투과 용접에 의한 레이저 빔에 의해 시트들을 함께 용접하는 용접 단계를 포함하는 시트 접합 방법이다.

일실시예에 있어서, 변형된 시트의 돌기와 접촉하는 시트에도 금속 보호층이 피복되어 있다.

다른 실시예에 있어서, 변형된 시트의 돌기와 접촉하는 시트에만 금속 보호층이 피복되어 있다.

모든 경우에 있어서, 파지 수단이 시트들을 함께 클램핑하는 동안에는, 돌기 주위에서 용접 대상 시트들 사이에 공동이 형성된다. 이들 공동은 용접의 품질을 떨어뜨리지 않으면서 보호층의 증발에 의해 형성된 가스를 수용 및/또는 방출하기에 충분하다. 또한, 돌기 주위에만 레이저 빔을 불연속적으로 가하기 때문에 연속적인 레이저 빔을 이용하는 방법에 비해 비용을 절감시킬 수 있다.

구형 돌기를 형성하는 별개의 변형이 발생되는 것이 바람직하다. 그러한 구형 오목부는 예컨대 스탬핑에 의해 생성하기가 용이하고, 동일한 방식으로 쉽게 재생될 수 있어, 용접의 재생력 및 그 자동화를 향상시킨다.

용접 단계 중에, 레이저 빔은 각 돌기 주위에서 소정의 길이의 선형 세그먼트를 따라 가해지는 것이 바람직하다.

각 세그먼트는 시트들 사이의 접촉점을 통과하거나 그 근처를 지나가는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 각 세그먼트는 시트들 사이의 접촉점에서 실질적으로 중앙에 위치된다.

특정예에 따르면, 세그먼트는 돌기 경로에 대해 실질적으로 수직이거나, 실질적으로 돌기 경로를 따라 놓일 수 있다.

파지 수단은 돌기 경로의 양측에서 동일한 소정의 거리에 배치되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 비제한적인 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 일실시예에 의해 함께 용접되는 2개의 시트의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 방법의 변경예에 의해 함께 용접되는 3개의 시트의 단면도.

도 3은 변형된 시트의 돌기에 관한 레이저 빔 세그먼트를 보여주는 접합된 시트의 평면도.

도 4는 돌기, 시트 파지 수단 및 변형된 시트의 돌기를 보여주는 평면도.

도 5는 두께 e의 시트에 형성된 반경 r의 구형 돌기를 보여주는 사시도.

도 1은 레이저 투과 용접에 의해 함께 접합될 2개의 금속 시트(1, 2)를 도시하고 있다. 시트들 중 한쪽 또는 양쪽에는 아연층 등의 금속 보호층이 피복되어 있다.

시트들 중 하나에는, 예컨대 스탬핑에 의해 별개의 변형이 발생되어, 시트(2)의 동일면으로부터 모두 돌출하는 돌기(3)를 형성한다. 이들 변형은 소정의 경로를 따라 발생된다. 이 경로는 2개의 시트를 함께 용접하기를 원하는 경로에 대응한다.

변형은 구형 돌기(도 5)를 형성하도록 발생되어 쉽게 재생될 수 있다. 다른 돌기 형태도 생성될 수 있음은 물론이다.

2개의 시트를 함께 접합하기 위하여, 시트들은 변형된 시트(2)의 돌기(3)가 다른 시트(1)를 향하여 돌출하도록 중첩되어 있다.

2개의 시트는 변형된 시트(2)가 각 돌기(3) 주위에서 다른 시트(1)와 접촉하도록 파지 수단(4)에 의해 함께 클램핑된 상태로 유지된다. 이를 위해, 파지 수단(4)은 각 돌기(3)의 양측에 위치되는 것이 바람직하다. 파지 수단은 돌기 경로 의 전체 길이에 걸쳐 연속적인 방식으로 연장될 수 있거나, 그렇지 않으면 파지 수단이 각 돌기 근처에서 별개의 지점에 위치될 수도 있다.

돌기의 존재로 인해, 시트(1, 2)가 함께 클램핑되는 경우, 돌기의 주변 근처에 공동(5)이 형성된다. 이 공동(5)은 시트(1, 2)의 대향면 상의 금속 보호층의 증발 중에 형성되는 가스를 수용할 수 있다.

유사하게, 도 2는 중첩된 3개의 금속 시트(1, 2, 6)의 접합을 도시하고 있다. 이 경우에는, 2개의 외측 시트(2, 6)가 돌기(3)를 갖도록 변형된다. 이들 돌기(3)는 바람직하게는 실질적으로 동일하여 동일한 경로를 따라 생성된다. 이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 시트(1, 2, 6)가 중첩되어 각 변형된 시트의 돌기(3)가 놓이는 경로가 중첩된다.

마찬가지로, 2개의 시트를 함께 접합하는 경우와 같이, 3개의 시트는 중첩 상태로 유지되고 파지 수단(4)에 의해 함께 클램핑됨으로써, 변형된 시트(2, 6)의 돌기(3)는 중앙 시트(1)를 향해 돌출하고, 돌기(3)가 중첩된다. 이 때에, 중앙 시트(1)의 양측에서 각 돌기 주위에 공동(5)이 형성되어, 시트들의 대향면 상의 금속 보호층의 증발에 의해 형성된 가스가 수용되게 된다.

양자의 경우에, 시트들이 파지 수단(4)에 의해 함께 클램핑된 상태로 유지될 때, 각 돌기(3) 주위에는 불연속 투과 용접에 의한 레이저 빔(도시 생략)에 의해 용착이 발생된다.

이 레이저 빔은 도 3 및 도 4에 도시된 선형 세그먼트(7)를 따라 가해지는 것이 바람직하다.

도시된 실시예에 있어서, 이 세그먼트(7)는 돌기(3)의 경로에 대해 실질적으로 수직으로 놓이고 파지 수단(4)과 정렬된다(도 4).

세그먼트(9)는 각 돌기(3)를 통과하거나 그 근처를 지나간다. 따라서, 세그먼트(9)는 용접의 품질을 손상시키는 일없이 거리(dt)만큼 횡방향으로 또는 거리(dl)만큼 종방향으로 약간 오프셋될 수도 있다(도 3). 세그먼트는 돌기(3)의 중앙에 위치되는 것이 바람직하다.

이하의 파라미터가 정의된다. L: 세그먼트의 길이, D: 세그먼트의 각 단부와 대응하는 파지 수단(4) 사이의 거리(도 4), p: 돌기의 높이(도 5).

세그먼트(7)의 길이에 따라 (접합된 시트 사이의 간극에 대응하는) 공동(5)의 원하는 치수는 파지 수단(4)과 당해의 돌기 사이의 거리(D + L/2)를 변경시키고 돌기의 높이(p)를 변경시킴으로써 얻어진다.

용접 경로를 따라 실질적으로 동일한 돌기들을 생성함으로써, 레이저 빔을 가하기 전에 각 돌기의 위치를 보다 쉽게 정하게 하여 용접을 자동화시킬 수 있다. 따라서, 레이저 빔이 세그먼트를 따라 가해질 수 있어, 그 위치 및 치수가 각 돌기의 위치에 대해 결정된다.

본 발명에 따른 방법은 자동화 분야에서 이용될 수 있다. 예컨대, 차량의 내측 및 외측 도어 패널의 용접에 적용될 수도 있다.

각 패널은 본 발명의 방법을 이용하여 다른 패널에 접합되는 래빗을 포함한다.

패널들은 다음의 방식으로 함께 접합된다.

-래빗들 중 하나에 돌기를 생성한다.

-이어서, 도어 패널들을 함께 결합하고 소정의 위치에서 파지 수단에 의해 클램핑된 상태로 유지한다.

-각 돌기에서, 파지 수단과 정렬된 길이(L)의 세그먼트를 따라 레이저 빔을 가하고 당해의 돌기를 통과시키거나 그 근처를 지나게 한다. 이 단계를 각 돌기에 대해 반복한다.

Claims (7)

1. 2개 이상의 시트(1, 2, 6)를 레이저 투과 용접에 의해 접합하는 시트 접합 방법에 있어서, 상기 시트들 중 적어도 하나의 시트(2, 6)에는 금속 보호층이 피복되어 있고, 상기 시트 접합 방법은,

   - 용접 대상 시트들 중 적어도 하나의 시트(2, 6)에 소정의 경로를 따라 위치하는 별개의 변형을 발생시켜, 이렇게 변형된 시트의 일면 상에 돌기(3)를 형성하는 단계와,

   - 변형된 시트(2, 6)의 돌기(3)가 용접될 다른 시트를 향해 돌출하도록 용접 대상 시트(1, 2, 6)를 중첩하는 단계로서, 상기 변형된 시트에는 금속 보호층이 피복되어 있는 단계와,

   - 용접 대상 시트(1, 2, 6)를 상기 소정의 경로의 양측에 위치하는 파지 수단(4)에 의해 함께 클램핑된 상태로 유지하여, 시트들을 별개의 돌기(3) 주위에서 접촉시키는 단계와,

   - 각각의 돌기(3)를 통과하거나 그 근처를 지나가는 소정 길이(L)의 세그먼트(7)를 따라 불연속적으로 레이저 투과 용접에 의한 레이저 빔에 의해 시트들(1, 2, 6)을 함께 용접하는 용접 단계

   를 포함하는 시트 접합 방법으로서,

   상기 세그먼트(7)는 선형이고 상기 소정의 경로에 대해 수직이며, 상기 파지 수단(4)은 상기 소정의 경로의 양측에 위치하고, 상기 시트들(1, 2, 6) 사이에는 공동(5)이 형성되어, 이 공동에 상기 금속 보호층의 용접 시의 증발에 의해 형성되는 가스가 수용되고, 세그먼트(7)의 길이(L)의 함수로서의 공동(5)의 치수는 파지 수단(4)과 돌기 사이의 거리(D + L/2)를 변경시키고 돌기의 높이(p)를 변경시킴으로써 얻어지는데, 여기서 D는 세그먼트의 각 단부와 대응하는 파지 수단 사이의 거리를 나타내는 것인 시트 접합 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 변형된 시트(2, 6)의 돌기(3)와 접촉하는 시트(1)에도 금속 보호층이 피복되어 있는 것인 시트 접합 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 변형된 시트(2, 6)의 돌기(3)와 접촉하는 시트(1)에만 금속 보호층이 피복되어 있는 것인 시트 접합 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기(3)는 구형 돌기로 이루어지는 것인 시트 접합 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각 세그먼트(7)는 시트들 사이의 접촉점을 통과하거나 그 근처를 지나가는 것인 시트 접합 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각 세그먼트(7)는 시트들 사이의 접촉점에서 중앙에 위치되는 것인 시트 접합 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파지 수단(4)은 상기 소정의 경로의 양측에서 동일한 소정의 거리에 배치되는 것인 시트 접합 방법.

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