KR101438782B1 - 레이저 용접 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 용접시 용접부에 그을음을 발생되는 것을 최소화할 수 있도록, 집광렌즈를 구비하여 레이저빔을 대상물의 용접부에 조사하는 헤드부의 하우징에 연결되어 용접부에 보호가스를 공급하는 보호가스 공급관과, 상기 하우징 선단에 연결 설치되고 용접부를 감싸 보호가스를 가두는 커버를 포함하는 레이저 용접 장치를 제공한다.

Description

레이저 용접 장치{LASER WELDING DEVICE}

본 발명은 레이저 용접 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 그을음을 방지할 수 있도록 된 레이저 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 용접은 기존의 용접에 비해 고속 용접이 가능하고, 저입열이기 때문에 용접 변형이 적어 정밀 접합에 적압하며, 비접촉 가공이기 때문에 깨끗한 용접이 가능하여 다양한 산업분야에서 활용되고 있다.

레이저 용접은 집광렌즈를 통해 레이저 빔을 가공 대상물의 표면에 고밀도 에너지로써 집광시킴으로써 이루어진다. 레이저 빔의 고밀도 에너지가 아주 짧은 시간에 가공 대상물의 표면에 흡수되면서 융점 및 증발점 이상으로 온도가 상승되어 대상물이 접합된다.

최근들어, 용접 접합부에 있어서 보다 높은 정밀도와 후 공정을 위한 수준 높은 깨끗한 접합부가 요구되고 있다.

그런데, 종래의 레이저 용접의 경우 용접시 그을음이 발생하여 접합부 주변에 부착되는 문제가 있다. 그을음은 고온의 금속증기가 증발하면서 차가운 공기와 만나 급속 냉각에 따른 응축현상으로 미세한 고체입자를 형성함과 동시에 공기 중의 산소와 반응하여 산화하면서 발생된다. 접합부의 그을음은 부품의 표면 품질을 저하시키는 요인일 뿐만 아니라 접합부의 물성 특성, 즉 인장강도나 내구성 등을 감소시킬 수 있다. 또한, 후 공정의 가공이 성형 프레스 공정인 경우 접합부의 그을음은 후 공정에서 접합부의 균열을 야기시킬 수 있다.

이에, 레이저 용접시 용접부에 그을음을 발생되는 것을 최소화할 수 있도록 된 레이저 용접 장치를 제공한다.

본 장치는 집광렌즈를 구비하여 레이저빔을 대상물의 용접부에 조사하는 헤드부의 하우징에 연결되어 용접부에 보호가스를 공급하는 보호가스 공급관과, 상기 하우징 선단에 연결 설치되고 용접부를 감싸 보호가스를 가두는 커버를 포함할 수 있다.

본 장치는 상기 커버 일측면에 연결되어 커버 내부의 그을음을 외부로 배출시키는 흡입관을 포함할 수 있다.

상기 커버는 반구형태를 이룰 수 있다.

상기 커버는 용접선을 따라 길게 연장된 타원형태를 이룰 수 있다.

본 장치는 상기 흡입관에 연결되어 흡입압을 제공하는 흡입팬을 더 포함할 수 있다.

상기 공급관 내에 회전가능하게 설치되어 보호가스의 흐름을 와류로 전환하는 회전부를 더 포함할 수 있다.

본 장치는 상기 커버를 하우징 선단에 탈부착시키기 위한 착탈부를 더 포함할 수 있다.

상기 착탈부는 상기 하우징 선단에 형성되는 가이드레일과, 상기 커버 상단에 형성되어 상기 가이드레일을 따라 슬라이딩되어 결합되는 슬라이딩부재를 포함할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 커버에 의해 보호가스가 용접부에 보다 장시간 머물수 있게 되어 용접시 발생하는 금속증기와 산소의 반응량을 줄여 그을음의 발생을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 레이저 용접시 그을음 발생을 줄여 접합부의 표면 품질을 향상시킬 수 있고 접합 강도 및 내구성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 레이저 용접 장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 레이저 용접 장치의 커버 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 레이저 용접 장치의 커버 착탈 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 레이저 용접 장치의 보호가스 공급 구조를 도시한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 레이저 용접 장치를 도시한 개략적인 도면이다.

도시된 바와 같이, 레이저 용접 장치는 레이저빔을 집광하여 용접 대상물(P)의 용접부에 조사하는 헤드부(10)를 포함하며, 상기 헤드부(10)를 이루는 하우징(12)의 내부에는 레이저빔을 집광하는 집광 렌즈(14)가 구비된다. 상기 하우징(12)의 일측에는 용접부로 보호가스를 공급하는 공급관(16)이 연통 설치된다. 보호가스는 질소나 아르곤 또는 헬륨 등의 불활성 가스가 사용될 수 있다.

상기 공급관(16)은 보호가스를 공급하는 별도의 공급장치(18)와 연결되어 있어, 용접 작업 동안 필요한 양을 계속 공급받는다. 상기 공급관(16)을 통해 하우징(12) 내부로 공급된 보호가스는 레이저빔의 집광점인 용접부 영역에 머물며 용접부의 산화를 방지하게 된다.

여기서 본 장치는 상기 헤드부(10)의 하우징(12) 선단에 설치되어 용접부를 감싸 보호가스를 가두는 커버(20)를 더 포함한다. 이에, 보호가스가 커버(20)에 의해 용접부 영역 내에 가두어져, 보다 오랜 시간 용접부에 머물게 된다.

본 실시예에서, 상기 커버(20)는 반구 형태로 이루어지며, 하우징(12)의 선단에 연통 설치되도록 상단이 개방되고 하단은 원형인 구조일 수 있다. 상기 커버(20)의 하단은 용접대상물(P) 표면까지 근접하도록 내려뜨려져 보호가스의 유출이 최소화될 수 있도록 한다.

이와 같이 커버(20)가 하우징(12) 선단과 용접 대상물(P) 사이에서 용접부를 외부와 차단시킴으로써, 용접부로 유입된 보호가스가 용접부의 응고시까지 계속 용접부에 머물게 되어 그을음 발생을 줄이게 된다.

그을음은 고온의 금속증기가 증발하면서 차가운 공기와 만나 급속 냉각되고 공기 중의 산소와 반응하여 산화되면서 발생된다. 이에, 상기와 같이 커버(20)를 통해 보호가스를 용접부 내에 가두어 용접부에 머물도록 함으로써, 용접시 발생된 금속증기가 산소와 반응하는 양을 원천적으로 줄여 결과적으로 그을음 발생을 최소화할 수 있는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 커버(20)는 하단이 원형인 구조 외에 또 다른 실시예로, 하단이 용접대상물(P)의 용접라인(L)을 따라 길게 연장된 타원형태로 이루어질 수 있다.

대부분의 용접이 용접부의 용접라인을 따라 이동하면서 이루어진다는 점을 고려할 때, 상기와 같이 커버(20)가 용접라인(L)의 진행방향을 따라 뒤쪽으로 길게 연장된 타원형인 구조의 경우 용접 이후 헤드부(10)가 이동된 후에도 지속적으로 보호가스를 용접부에 머물게 할 수 있어 그을음 방지에 보다 유리하다.

또한, 본 실시예에서 상기 커버(20)는 일측면에 내부와 연통되어 커버(20) 내부에서 발생된 그을음을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입관(30)을 더 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 흡입관(30)에는 별도의 흡입팬(32)이 연결될 수 있다. 상기 흡입팬(32)의 구동에 따라 흡입관(30)에 부압이 걸려 커버(20) 내부의 그을음을 강제로 배출시킬 수 있게 된다. 그을음 배출시 보호가스 일부가 그을음과 같이 흡입관을 통해 배출될 수 있다. 보호가스가 흡입관을 통해 배출되더라도 공급관을 통해 계속해서 보호가스가 용접부로 공급되므로, 용접부는 보호가스에 의해 충분히 보호된다.

이에, 커버(20) 내부에서 용접시 그을음이 발생하더라도, 흡입관(30)을 통해 그을음을 용이하게 제거할 수 있게 되어 용접대상물의 표면에 그을음이 부착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서 상기 커버(20)는 하우징(12)에 대해 착탈가능하게 결합되는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 본 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(12) 선단에 가이드레일(40)이 형성되고, 상기 커버(20) 상단에는 상기 가이드레일(40)을 따라 슬라이딩되어 결합되는 슬라이딩부재(42)가 형성된 구조로 되어 있다.

상기 가이드레일(40)은 서로 마주보는 내측면에 걸림턱을 이루는 홈이 형성된 구조이고, 상기 슬라이딩부재(42)는 커버(20) 상단에서 양 측 선단이 외측으로 돌출되고 상기 홈에 대응되는 크기로 이루어진 플랜지 구조를 이룬다. 이에, 커버(20)의 슬라이딩부재(42)를 하우징(12)의 가이드레일(40)을 따라 이동시키게 되면 슬라이딩부재(42)가 가이드레일(40)의 홈에 끼워지면서 하우징(12)에 커버(20)가 결합된다. 분리시에는 상기와 반대로 가이드레일(40)에서 슬라이딩부재(42)를 이동시키는 것으로 하우징(12)에서 커버(20)를 간단히 분리시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 커버(20)를 하우징(12)에 대해 착탈 가능하게 설치할 수 있게 되어, 필요시 커버(20)만을 교체하여 사용할 수 있게 된다.

한편, 본 장치는 상기 공급관(16) 내에 회전가능하게 설치되어 공급관(16)을 통해 용접부로 공급되는 보호가스의 흐름을 와류로 전환하는 회전부(50)를 더 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전부(50)는 공급관(16) 내측에 설치된 지지부재(52)에 회전축(54)이 회전가능하게 설치되고, 회전축에는 축방향에 대해 소정각도로 비틀어져 배치된 복수개의 회전날개(56)가 설치되어 보호가스의 흐름을 와류로 전환시키게 된다. 본 실시예에서 상기 회전부의 회전날개는 별도의 동력 공급 없이 보호가스의 흐름에 의해 회전하게 된다.

상기 공급관(16)을 따라 흐르는 보호가스의 흐름에 의해 회전날개(56)가 회전되고, 회전날개(56)가 회전됨에 따라 보호가스의 흐름은 와류 형태로 바뀌게 된다. 직진하는 기체의 흐름과 달리 와류 형태의 기체 흐름은 주위의 기체를 밀어내는 성질을 가지고 있다. 이에, 보호가스가 직진 형태로 공급되는 경우 주위의 산소가 보호가스에 혼입되어 섞이는 반면, 본 실시예의 회전부는 와류 형태로 공급되는 보호가스에 의해 보호가스 주변의 산소가 용접부로 혼입되는 것이 방지된다. 따라서, 산소에 의한 용접부의 산화를 방지하여 그을음 발생을 보다 억제할 수 있게 된다.

이하, 본 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

헤드부(10)를 통해 조사된 레이저빔이 용접대상물의 용접부에 조사되어 용접이 이루어진다. 레이저빔 조사와 더불어 공급관(16)을 통해 헤드부(10)의 하우징(12) 내부로 공급된 보호가스는 용접부 주위를 감싸게 된다.

그리고, 상기 하우징(12) 선단에 설치된 커버(20)는 용접부를 감싸 용접부로 공급된 보호가스를 오래도록 용접부에 머물게 한다.

이와 같이 커버(20)에 의해 용접부는 응고가 완료될 때까지 보호가스에 의해 둘러쌓여진 상태가 지속된다. 따라서 보호가스가 용접부 주변에 장시간 동안 머물면서 용접시 발생한 금속증기와 산소의 반응을 억제하여 그을음 발생을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 상기 과정에서 커버(20) 내부에서 발생된 그을음은 흡입관(30)을 통해 제거함으로써, 그을음이 발생하더라도 용접대상물의 표면에 그을음이 부착되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 헤드부 12 : 하우징
14 : 집광렌즈 16 : 공급관
20 : 커버 30 : 흡입관
32 : 흡입팬 40 : 가이드레일
42 : 슬라이딩부재 50 : 회전부
54 : 회전축 56 : 회전날개

Claims (8)

1. 집광렌즈를 구비하여 레이저빔을 용접대상물의 용접부에 조사하는 헤드부의 하우징에 연결되어 용접부에 보호가스를 공급하는 보호가스 공급관과, 상기 하우징 선단에 연결 설치되고 용접부를 감싸 보호가스를 가두는 커버, 상기 커버 일측면에 연결되어 커버 내부의 그을음을 외부로 배출시키는 흡입관, 상기 공급관 내에 회전가능하게 설치되어 보호가스의 흐름을 와류로 전환하는 회전부, 상기 커버를 하우징 선단에 탈부착시키기 위한 착탈부를 포함하고,
   상기 회전부는 상기 공급관 내측에 설치된 지지부재에 회전축이 회전가능하게 설치되고, 회전축에는 축방향에 대해 소정각도로 비틀어져 배치된 복수개의 회전날개가 설치된 구조이고, 상기 착탈부는 상기 하우징 선단에 형성되는 가이드레일과, 상기 커버 상단에 형성되어 상기 가이드레일을 따라 슬라이딩되어 결합되는 슬라이딩부재를 포함하며,
   상기 커버는 용접라인의 진행방향을 따라 뒤쪽으로 길게 연장된 타원형태를 이루는 레이저 용접 장치.
   
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