KR101277858B1 - 테일러 웰디드 블랭크 제조방법 및 이를 위한 용접 이음부 재도금 장치 - Google Patents

Abstract

테일러 웰디드 블랭크를 이용한 열간 프레스 성형 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테일러 웰디드 블랭크의 블랭크 용접 이음부를 재도금하는 방법 및 장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 이종 소재 또는 이종 두께를 가지는 블랭크를 마련하는 블랭크 마련 단계; 상기 블랭크를 용접 이음부가 맞닿은 상태로 이송하는 블랭크 이송 단계; 상기 용접 이음부를 레이저로 용접하는 레이저 용접 단계; 및 용접된 용접이음부에 도금액을 도포하며 전기를 인가하여 전기도금하는 용접 이음부 재도금 단계;를 포함하는 테일러 웰디드 블랭크 제조방법을 제공한다.

Description

테일러 웰디드 블랭크 제조방법 및 이를 위한 용접 이음부 재도금 장치 {TAILOR WELDED BLANK MANUFACTURING METHOD AND WELDED PART RE-PLATING DEVICE FOR THE SAME}

본 발명은 테일러 웰디드 블랭크를 이용한 열간 프레스 성형 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테일러 웰디드 블랭크의 블랭크 용접 이음부를 재도금하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

한장의 판넬 상태에서 프레스 성형이 가능하도록 두께나 강도가 다른 두 장의 강판을 레이저 용접하는 공법을 테일러 웰디드 블랭크(Tailor Welded Blank, TWB)라 한다.

또한, 블랭크를 특정온도 이상 가열 후, 열간 프레스 성형과 동시에 냉각하여 성형 전 낮은 강도에서 성형을 용이하게 하고, 성형 후 고강도를 갖게 하는 두가지 이점을 동시에 취하는 기술을 열간 프레스 성형(Hot Press Forming, HPF) 공법이라 한다. HPF용 강판은 높은 온도에서 가열되는 공정을 거치는데 이때 강판 표면의 산화를 방지하는 목적으로 도금층을 입히게 된다. 이 용도의 가장 일반적인 도금은 Al-Si으로 이루어진다.

최근 차체 경량화 및 안전강화 기준충족을 위해 TWB와 HPF의 하이브리드 공법이 개발되었다. 이 공법은 HPF 공정 전에 TWB를 실시하여 블랭크의 용도에 맞게 강판 두께 및 강판 강도의 조합을 가능하게 한다.

그런데, 이 공정에서의 문제점은 TWB 공정 시 Al-Si 도금층이 용접부에 침투하여 용접효율을 급격히 낮추게 된다는 것이다.

관련선행기술로는 대한민국 등록특허 10-0757650호(공고일자 2007년 9월 10일)가 있다.

본 발명의 목적은 테일러 웰디드 블랭크 제조시 용접효율이 저하되지 않도록 하는 테일러 웰디드 블랭크 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 테일러 웰디드 블랭크의 용접 이음부에 도금층을 형성하여 용접 이음부의 산화를 방지할 수 있는 재도금 장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 용접 이음부가 맞닿은 상태의 블랭크 소재를 이송하는 이송롤러; 상기 용접 이음부를 용접하는 레이저 용접기; 상기 레이저 용접기의 후방에 형성되어 용접 이음부의 양면에 접촉하는 도금펜; 상기 도금펜에 도금액을 공급하는 도금액 공급부; 및 상기 도금펜과 상기 블랭크 소재에 전원을 인가하여 도금액이 용접 이음부 표면에 전기도금될 수 있도록 하는 전원공급부;를 포함하는 용접부 재도금 장치를 제공한다.

상기 레이저 용접기와 상기 도금펜 사이에 용접시 발생하는 이물질을 제거하는 세척부;를 더 포함할 수 있다.

상기 도금펜은 함수성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 도금액 공급부는, 도금액을 저장하는 도금액 저장조와, 상기 도금액을 상기 도금펜으로 압송하는 펌프를 포함한다.

또한, 상기 도금액 공급부는 도금액을 저장하며, 상기 도금펜 보다 높은 곳에 배치되는 도금액 저장조와, 상기 도금액 저장조와 상기 도금펜을 연결하는 이송관과, 상기 이송관으로 흐르는 도금액의 유량을 조절하는 유량조절 밸브를 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고, 본 발명은 이종 소재 또는 이종 두께를 가지는 블랭크를 마련하는 블랭크 마련 단계; 상기 블랭크를 용접 이음부가 맞닿은 상태로 이송하는 블랭크 이송 단계; 상기 용접 이음부를 레이저로 용접하는 레이저 용접 단계; 및 용접된 용접이음부에 도금액을 도포하며 전기를 인가하여 전기도금하는 용접 이음부 재도금 단계;를 포함하는 테일러 웰디드 블랭크 제조방법을 제공한다.

이 때, 상기 블랭크 마련 단계에서는 블랭크를 절단하고, 용접 이음부의 도금층을 제거하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 레이저 용접 단계와 상기 용접 이음부 도금 단계 사이에, 용접 이음부 표면의 이물질을 제거하는 용접 이음부 세척단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 테일러 웰디드 블랭크를 제조함에 있어서, 용접 이음부에 도금층을 미리 제거한 후 레이저 용접을 수행하도록 함으로써 용접 효율을 향상시키는 효과를 가져온다. 또한, 레이저 용접후 용접 이음부 표면을 다시 도금할 수 있도록 함으로써 열간 프레스 가공시 소재의 표면이 산화되는 것을 방지하는 효과도 가져온다.

그리고, 본 발명에 따른 재도금 장치는 레이저 용접기의 후단에 도금펜을 구비하여 전해질 도금액을 용접 이음부 표면에 도포하여 전기도금함으로써 용접 이음부 표면이 열간 성형 과정에서 산화되는 것을 방지하는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열간 프레스 성형용 테일러 웰디드 블랭크 제조방법을 나타낸 공정 순서도,
도 2는 각 공정에서의 블랭크 소재의 상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용접 이음부 재도금 장치를 나타낸 구성도임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 열간 프레스 성형용 테일러 웰디드 블랭크 제조방법 및 이를 위한 용접 이음부 재도금 장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열간 프레스 성형용 테일러 웰디드 블랭크 제조방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 각 공정에서의 블랭크의 상태를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 테일러 웰디드 블랭크 제조방법은, 이종 소재 또는 이종 두께를 가지는 블랭크를 마련하는 블랭크 마련 단계(S-12)와, 상기 블랭크를 용접 이음부가 맞닿은 상태로 이송하는 블랭크 이송 단계(S-14)와, 상기 용접 이음부를 레이저로 용접하는 레이저 용접 단계(S-16)와, 용접된 용접이음부에 도금액을 도포하며 전기를 인가하여 전기도금하는 용접 이음부 재도금 단계(S-18)을 포함한다.

이하 각각의 단계에 관하여 상세하게 살펴본다.

블랭크 마련 단계(S-12)는 성형 대상 부품의 특성에 따라 이종의 강판, 또는 이종 두께의 강판을 절단하여 블랭크를 마련하는 단계이다. 도 2에서는 (a)와 (b)의 상태가 블랭크 마련 단계(S-12)에 해당한다. 예를 들어 차량의 B필러 부품의 경우 상부는 전복시의 지지를 위해 고강도가 요구되고, 하부는 측면 충돌시의 충격흡수를 위해 상대적으로 낮은 강도가 요구된다. 충격흡수부의 경우 강도가 지나치게 높으면 충격을 흡수하지 못하고 그대로 전달해버리기 때문에 탑승자에게 더 큰 부상을 가져올 수 있기 때문이다.

이러한 경우, B필러의 상부에 해당하는 부분은 상대적으로 높은 강도를 가지는 강판 소재를 사용해야 하고, B필러의 하부에 해당하는 부분은 상대적으로 낮은 강도를 가지는 강판 소재를 사용해야 한다.

이렇게 부품별로 요구되는 강도가 다른 경우, 그에 맞는 강판 소재를 절단하여 블랭크를 마련하는 것이다.

또한, 블랭크 마련 단계(S-12)에서는 블랭크의 절단과, 절단된 블랭크의 용접 이음부의 도금층 제거가 이루어진다. 도금층은 고온 프레스 성형시에 표면에 산화층 발생을 방지하는 것으로 제품의 측면에서는 유리하다.

그러나, 용접 이음부의 도금층은 레이저 용접 과정에서 도금층이 용접부로 침투하여 용접효율을 저하시키게 된다. 따라서 용접 이음부의 도금층은 레이저 용접 이전에 제거되는 것이 바람직하다.

도금층의 제거는 그라인딩과 같은 물리적이나 방법이나, 에칭과 같은 화학적인 방법을 사용하여 이루어질 수 있다.

도 2를 참조하여 설명하며, 블랭크 마련 단계는 이종 두께의 강판을 절단하여 블랭크(10,20)를 마련한다. 열간 프레스 가공을 위해서는 도시된 바와 같이 코팅층(12,22)이 구비된 강판을 절단하여 블랭크 소재를 마련하는 것이 바람직하다.

마련된 블랭크(10,20)는 (b)에 도시된 바와 같이 용접 이음부(13,23)의 도금층을 제거하여, 이음 용접시 도금층이 내부로 침투하는 것을 방지한다.

블랭크 이송 단계(S-14)는 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 강판을 절단하여 제조된 블랭크를, 용접 이음부가 맞닿은 상태(도 2의 (c)와 같은 상태)로 레이저 용접기로 이송하는 단계이다. 블랭크 이송 단계(S-14)는 용접 이음부가 맞닿은 상태를 유지하도록 하는 것이 중요하며, 블랭크의 두께가 서로 다른 경우 소재 간의 상대적인 높이차가 전체적으로 균일하게 유지한 상태에서 이송하는 것이 중요하다. 또한, 블랭크 이송 단계(S-14)의 이송속도는 레이저 용접기의 용접 속도에 대응해야 한다.

레이저 용접 단계(S-16)에서는 맞닿은 상태로 이송되는 용접 이음부에 레이저 빔을 조사하여 용접 이음부가 용접된다(도 2의 (d)). 즉, 이종 소재 또는 이종 두께를 가진 2장의 블랭크가 하나의 판넬로 연결되는 것이다. 본 발명에서 용접 이음부는 레이저 용접 이전에 도금층이 제거된 상태로 이송되므로 용접시 도금층이 침투하지 않으므로 효율적인 용접이 가능하다.

용접 이음부 재도금 단계(S-18)는, 레이저 용접으로 용착된 용접 이음부에 전기 도금을 재차 도금막을 형성하는 단계이다(도 2의 (e)). 용접 이음부 재도금 단계에서 사용되는 도금액은 용융된 금속 용액이 아니라, 금속 이온을 포함하는 전해액이다. Al 이온과 Si 이온을 포함하는 용액을 사용하면, Al-Si 도금층(도 2의 34)을 형성할 수 있다.

용접 이음부 재도금 단계(S-18)는 전해액을 용접 이음부 표면에 도포하면서, 전해액과 블랭크에 전원을 공급하여 금속 이온이 용접 이음부 표면에 도금층을 형성하도록 한다. 이러한 방법을 통해 도금층이 제거된 용접 이음부 표면에 다시 도금층을 생성함으로써 판넬 전체가 도금된 상태가 되는 것이다.

이후, 가열 과정과 프레스 성형 과정을 거쳐 완성된 부품으로 제조된다.

레이저 용접 단계(S-16)와, 용접 이음부 재도금 단계(S-18)의 사이에 용접 이음부 표면의 이물질을 제거하는 용접 이음부 세척단계를 더 포함할 수 있다.

용접 이음부 세척단계는 용접 이음부의 표면을 청정하게 하여 재도금층이 균일하게 형성될 수 있도록 하기 위한 것으로, 브러쉬를 이용하여 용접 이음부 표면의 이물질을 털어내거나, 스패터 흡입기를 이용하여 용접시에 발생하는 이물질들을 흡입하는 방식으로 제거하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용접 이음부 재도금 장치를 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용접 이음부 재도금 장치(100)는 용접 이음부가 맞닿은 상태의 블랭크 소재(50)를 이송하는 이송롤러(110)와, 상기 용접 이음부를 용접하는 레이저 용접기(120)와, 상기 레이저 용접기(120)의 후방에 형성되어 용접 이음부의 양면에 접촉하는 도금펜(140)과, 상기 도금펜(140)에 도금액을 공급하는 도금액 공급부(150)와, 상기 도금펜(140)과 상기 블랭크 소재(50)에 전원을 인가하여 도금액이 용접부 표면이 전기도금될 수 있도록 하는 전원공급부(160)를 포함한다.

또한, 레이저 용접기(120)와 도금펜(140)의 사이에는 용접시 발생하는 이물질을 제거하는 세척부(130)를 더 포함할 수 있다.

세척부(130)는 용접시에 발생하는 이물질을 제거하고 용접 이음부 표면을 청정하게 함으로써, 재도금이 균일하게 이루어질 수 있도록 한다. 구체적으로 세척부(130)는 브러쉬나 스패터 흡입기 등으로 구성될 수 있다.

도금펜(140)은 도금액을 용접 이음부 표면에 균일하게 공급하는 것으로, 함수성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 본원발명에서 사용하는 도금액은 고온의 용융된 금속 용탕이 아니라, 상온의 전해액이기 때문에 도금펜(140)이 내열성 재질일 필요는 없다. 도금펜(140)은 도금액을 저장할 수 있는 복수의 기공을 가지는 다공성 재질이면서, 탄성을 가지는 스폰지나 발포 합성수지 등의 재질로 이루어질 수 있다.

도금펜(140)에 도금액을 공급하는 상기 도금액 공급부(150)는, 전해액인 도금액을 저장하는 도금액 저장조(152)와, 상기 도금액을 상기 도금펜(140)으로 압송하는 펌프(154)를 포함한다. 이 때 펌프(154)는 도금액을 일정량씩 공급하는 정량 펌프인 것이 바람직하다.

도시된 실시예의 경우 도금액 저장조(152)가 도금펜(140)보다 아래쪽에 위치하여 펌프(154)로 압송하는 구조를 가지고 있으나, 도금액 저장조(152)가 도금펜(140)보다 높은 위치에 배치하면, 펌프를 사용하지 않고 도금펜(140)에 도금액을 공급할 수 있다. 이 경우 도금액 저장조와 도금펜을 이송관으로 연결하고, 이송관에 흐르는 도금액의 유량을 조절할 수 있는 유량조절 밸브를 구비하면, 공급되는 도금액의 유량도 조절할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 용접 이음부 재도금 장치
110 : 이송롤러
120 : 레이저 용접기
130 : 세척부
140 : 도금펜
150 : 도금액 공급부
152 : 도금액 저장조
154 : 펌프

Claims (8)

1. 용접 이음부가 맞닿은 상태의 블랭크 소재를 이송하는 이송롤러;
   상기 용접 이음부를 용접하는 레이저 용접기;
   상기 레이저 용접기의 후방에 형성되어 용접 이음부의 양면에 접촉하는 도금펜;
   상기 도금펜에 도금액을 공급하는 도금액 공급부; 및
   상기 도금펜과 상기 블랭크 소재에 전원을 인가하여 도금액이 용접 이음부 표면에 전기도금될 수 있도록 하는 전원공급부;를 포함하는 용접부 재도금 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 레이저 용접기와 상기 도금펜 사이에 용접시 발생하는 이물질을 제거하는 세척부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 재도금 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 도금펜은
   함수성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접부 재도금 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 도금액 공급부는
   도금액을 저장하는 도금액 저장조와,
   상기 도금액을 상기 도금펜으로 압송하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 재도금 장치.
   
5. 제 1 항에 잇어서,
   상기 도금액 공급부는
   도금액을 저장하며, 상기 도금펜 보다 높은 곳에 배치되는 도금액 저장조와,
   상기 도금액 저장조와 상기 도금펜을 연결하는 이송관과,
   상기 이송관으로 흐르는 도금액의 유량을 조절하는 유량조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 재도금 장치.
   
6. 이종 소재 또는 이종 두께를 가지는 블랭크를 마련하는 블랭크 마련 단계;
   상기 블랭크를 용접 이음부가 맞닿은 상태로 이송하는 블랭크 이송 단계;
   상기 용접 이음부를 레이저로 용접하는 레이저 용접 단계; 및
   용접된 용접이음부에 도금액을 도포하며 전기를 인가하여 전기도금하는 용접 이음부 재도금 단계;를 포함하는 테일러 웰디드 블랭크 제조방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 블랭크 마련 단계는
   블랭크를 절단하고, 용접 이음부의 도금층을 제거하는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 제조방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 레이저 용접 단계와 상기 용접 이음부 도금 단계 사이에,
   용접 이음부 표면의 이물질을 제거하는 용접 이음부 세척단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 제조방법.

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