KR101537070B1

KR101537070B1 - Apparatus for laser welding and method of laser welding by using the same

Info

Publication number: KR101537070B1
Application number: KR1020080130363A
Authority: KR
Inventors: 장웅성; 박서정
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2015-07-16
Also published as: KR20100071588A

Abstract

본 발명은 레이저 용접 직후에 용접부를 상하 진동 롤을 이용하여 가압하여 용접부의 특성을 향상 시키는 것에 관한 것이다. 레이저 용접부는 급가열, 급냉에 의해 조직이 조대화 되기 쉽고, 용접 열영향부에서 균열이 발생하기도 한다. 이에 본 발명의 시스템을 이용하면 레이저 용접 직후의 적절한 고온에서 롤의 가압 및 진동에 의해 금속 조직을 미세화 하여 용접부의 기계적 성질을 향상 시키거나 균열과 같은 결함 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.The present invention relates to a technique for improving the characteristics of a welded portion by pressing a welded portion using an up and down vibration roll immediately after laser welding. In the laser welding part, the structure is likely to be coarsened by rapid heating and quenching, and cracks may occur in the weld heat affected zone. Therefore, by using the system of the present invention, it is possible to miniaturize the metal structure by pressing and vibrating the roll at a suitable high temperature immediately after the laser welding, thereby improving the mechanical properties of the welded portion or significantly reducing the occurrence of defects such as cracks.

용접, 레이저 빔, 진동 롤, 용접부, 용접속도 Welding, laser beam, vibration roll, welding part, welding speed

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser welding apparatus,

본 발명은 레이저 용접 장치 및 이를 이용한 레이저 용접 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 용접부의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 레이저 용접 장치 및 이를 이용한 레이저 용접 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method using the same. More particularly, the present invention relates to a laser welding apparatus capable of improving the mechanical characteristics of a welded portion and a laser welding method using the same.

최근, 산업 분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가 절감, 공장 자동화 및 품질 향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저 빔이 적용되고 있는 추세이며, 이러한 레이저 빔의 적용에 있어 요구되는 몇가지 목표는 레이저 빔의 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력 제어, 생산성과 품질을 충죽시킬 수 있는 최적 레이저 빔의 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화, 용접부의 특성 등을 들 수있다.In recent years, cutting, welding, and heat treatment of metal materials in the industrial field are being applied to laser beams having excellent effects in terms of cost reduction, factory automation and quality improvement. The uniformity of the energy distribution of the laser beam, the control of the laser output to maintain a constant heat treatment temperature, the irradiation speed of the optimal laser beam to maximize the productivity and quality, the maximization of the energy absorption rate, and the characteristics of the welded part.

즉, 이러한 목표들이 충족되어 질때 제품 개발에 있어 원가 절감 및 품질 향상의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다. 특히 제품의 용정 특성을 향상시키기 위하여 용접부의 기계적 특성은 중요한 요소로 대두되고 있으며 따라서 용접부의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 새로운 레이저 용접 방법이 다양하게 개발되고 있 다.In other words, when these goals are met, cost reduction and quality improvement in product development can be expected. In particular, the mechanical properties of the welded part are becoming important factors to improve the characteristics of the product, and thus various new laser welding methods have been developed to improve the mechanical properties of the welded part.

본 발명의 제1 목적은 용접부의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 레이저 용접 장치를 제공하는 것이다.A first object of the present invention is to provide a laser welding apparatus capable of improving the mechanical characteristics of a welded portion.

본 발명의 제2 목적은 상술한 레이저 용접 장치를 사용하는 레이저 용접 방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a laser welding method using the laser welding apparatus described above.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 용접 장치는 용접에 필요한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부, 상기 레이저를 용접대상으로 집광하여 제공하여 예비 용접부를 형성하는 집광렌즈 및 상기 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 수행하여 용접부로 형성하는 진동롤을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laser welding apparatus including a laser generating unit generating a laser required for welding, a condensing lens forming a pre-welded portion by condensing the laser to be welded, And a vibration roll formed by performing vibration striking and pressing on the pre-welded portion to form a welded portion.

상기 진동롤의 회전 및 상하 진동을 제어하는 진동롤 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 진동롤의 외면은 실질적으로 균일할 수 있다. 이와 다르게 상기 진동롤의 외면에는 다수의 돌출부들이 형성될 수 있다.And a vibration roll control unit for controlling the rotation and the vertical vibration of the vibration roll. The outer surface of the vibrating roll can be substantially uniform. Alternatively, a plurality of protrusions may be formed on the outer surface of the vibration roll.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 용접 방법은 레이저를 용접 대상에 제공하여 예비 용접부를 형성하는 단계 및 상기 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 실시하여 용접부를 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laser welding method comprising: forming a preliminary welded portion by providing a laser to a welding object; forming a welded portion by applying vibration and pressure to the preliminary welded portion; .

상기 진동롤의 표면은 실질적으로 균일할 수 있다. 이와 다르게 상기 진동롤의 표면에는 다수의 돌출부들이 형성될 수 있다.The surface of the vibrating roll can be substantially uniform. Alternatively, a plurality of protrusions may be formed on the surface of the vibration roll.

본 발명에 따르면, 레이저 용접 직후의 적절한 고온에서 롤의 가압 및 진동에 의해 금속 조직을 미세화 하여 용접부의 기계적 성질을 향상 시키거나 균열과 같은 결함 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the mechanical properties of a welded portion or significantly reduce the occurrence of defects such as cracks by finely grasping a metal structure by pressing and vibrating the roll at a suitable high temperature immediately after laser welding.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 레이저 용접 장치 및 이를 사용한 레이저 용접 방법의 실시예들을 설명한다. 여기서 i) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수, 동작 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. ii) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. iii) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다. iv) '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. v) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. vi) 수치, 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약', '실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다. vii) '~후', '~전', '이어서', '그리고', '여기서', '후속하여' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. viii) '제1', '제2' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다. ix) '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 개재될 수도 있다. x) 부분들이 '~또는'으로 연결되는 경우 부분들 단독 뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나 '~또는 ~중 하나'로 연결되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.Hereinafter, embodiments of a laser welding apparatus and a laser welding method using the same will be described with reference to the accompanying drawings. Here, i) the shape, size, ratio, angle, number, operation, etc. shown in the accompanying drawings are schematic and may be modified somewhat. ii) Since the figure is shown by the observer's line of sight, the direction and position of the figure can be variously changed depending on the position of the observer. iii) The same reference numerals can be used for the same parts even if the drawing numbers are different. iv) If 'include', 'have', 'done', etc. are used, other parts may be added unless '~ only' is used. v) can be interpreted in a plurality of cases as described in the singular. vi) Comparison of numerical values, shapes, sizes, and positional relationships are interpreted to include normal error ranges even if they are not described as 'weak' or 'substantial'. vii) The term 'after', 'before', 'after', 'and', 'here', 'following', etc. are used, but are not used to limit the temporal position. viii) The terms 'first', 'second', etc. are used selectively, interchangeably or repeatedly for the sake of simplicity and are not construed in a limiting sense. ix) If the positional relationship between two parts is explained by 'on', 'on top', 'under', 'next to', etc. Other parts may be intervening. x) parts are referred to as '~ or', the parts are interpreted to include not only singles but also combinations, but only parts are interpreted only if they are connected to one of '~ or ~'.

레이저 용접 장치Laser welding equipment

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 장치를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 레이저 용접 장치(100)는 레이저 발생부(1), 집광렌즈(2), 진동롤(3) 및 진동롤 제어장치(4)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a laser welding apparatus 100 includes a laser generating unit 1, a condensing lens 2, a vibration roll 3, and a vibration roll control unit 4.

레이저 발생부(1)는 용접에 필요한 레이저(L)를 발생시켜 용접대상(5)으로 제공하는 역활을 한다. 구체적으로 레이저 발생부(1)는 레이저를 출력하는 발진기와 이를 전송하는 광 전송 파이버(beam delivery fiber)를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The laser generating portion 1 serves to generate a laser L necessary for welding and provide it to the object 5 to be welded. Specifically, the laser generating unit 1 may include, but is not limited to, an oscillator for outputting a laser and a beam delivery fiber for transmitting the oscillator.

레이저 발생부(1)의 하부에는 집광렌즈(2)가 위치한다. 집광렌즈(2)는 레이저 발생부(1)로부터 발생한 레이저(L)를 용접대상(5)에 집중시켜 용접대상(5)을 용점 이상 상승시켜 키 홀등을 형성함으로서 예비 용접부(5a)를 형성한다. 여기서 레이저 발생부(1) 및 집광렌즈(2)에 의한 레이저의 출력 조건, 용접 속도 등에 의해서 예비 용접부의 용입 깊이, 폭 등이 결정될 수 있다. A condenser lens 2 is located below the laser generating portion 1. [ The condensing lens 2 forms the preliminary welding portion 5a by concentrating the laser L generated from the laser generating portion 1 on the welding object 5 and raising the welding object 5 beyond the melting point to form a keyhole or the like . Here, the penetration depth, width, etc. of the preliminary welded portion can be determined depending on the output conditions of the laser and the welding speed by the laser generation portion 1 and the condenser lens 2.

진동롤 제어장치(4)는 진동롤(3)과 연결되어 진동롤(3)의 회전 속도 및 상하 진동의 횟수 및 주기 등을 제어하는 역활을 하여 기계적 특성에 가장 적합한 환경으로 진동롤(3)을 제어한다.The vibration roll control device 4 is connected to the vibration roll 3 to control the rotation speed of the vibration roll 3 and the number and cycle of the vibration of the vibration roll 3. The vibration roll control device 4 is the most suitable environment for the mechanical characteristics, .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 발생부(1) 및 집광렌즈(2)는 고정되 어 있을 수 있다. 이 경우, 용접대상(5)이 이동되어 레이저(L)에 의해서 예비 용접부(5a)가 형성된다.According to one embodiment of the present invention, the laser generation unit 1 and the condenser lens 2 may be fixed. In this case, the welding target 5 is moved and the pre-welded portion 5a is formed by the laser L.

이어서, 예비 용접부(5a)는 진동롤(3)을 거쳐 용접부(4b)로 형성된다. 진동롤(3)은 회전 운동 및 상한 진동 운동을 하도록 구성된다. 진동롤(3)에 의해서 예비 용접부(5a)를 기계적 특성이 향상된 용접부(5b)로 형성할 수 있다.Next, the preliminary welded portion 5a is formed as the welded portion 4b via the vibrating roll 3. The vibrating roll 3 is configured to perform rotational motion and upper-limit vibration motion. The preliminary welded portion 5a can be formed by the vibration roll 3 as the welded portion 5b having improved mechanical properties.

보다 구체적으로 진동롤(3)로 예비 용접부(5a)에 진동 타격 및 가압을 실시함으로서 우선, 균열, 기공 발생, 언더 컷 등을 방지하여 용접부의 결함 억제할 수 있다. 즉, 비용접부와 용접부 간의 경도 차이를 감소시켜 균열, 기공 발생, 언더 컷 등을 방지할 수 있는 효과가 있다. 그리고 용접부의 내구성 및 내 충격성을 향상시키며 용접부의 피로 특성을 개선시킬 수 있다. More specifically, by performing vibration striking and pressing on the pre-welded portion 5a with the vibration roll 3, it is possible to prevent cracks, pore generation, undercut, and the like, thereby suppressing defects in the welded portion. That is, the difference in hardness between the non-welded portion and the welded portion is reduced to prevent cracks, pore generation, undercut, and the like. The durability and the impact resistance of the welded portion can be improved and the fatigue property of the welded portion can be improved.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동롤을 설명하기 위한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a vibration roll according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 진동롤(3)은 상대적으로 균일한 외면을 갖으나 본 실시예에 따른 진동롤(6)은 외면에 다수의 돌출부(6a)들이 형성되어 있다. 돌출부(6a)들은 예비 용접부(5a)에 진동 타격 및 가압을 효과적으로 전달할 수 있다.Referring to FIG. 2, the vibration roll 3 shown in FIG. 1 has a relatively uniform outer surface, but the vibration roll 6 according to the present embodiment has a plurality of protrusions 6a formed on the outer surface thereof. The protrusions 6a can effectively transmit vibration striking and pressing to the pre-welded portion 5a.

레이저 용접 방법Laser welding method

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a laser welding method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 레이저를 용접 대상에 제공하여 예비 용접부를 형성한 다(S100). 구체적으로 레이저를 용접 대상에 집중시켜 용접 대상을 용점 이상 상승시켜 키 홀등을 형성함으로서 예비 용접부를 형성한다.Referring to FIG. 3, a laser is provided to an object to be welded to form a pre-welded portion (S100). Specifically, the laser is focused on the object to be welded, and the object to be welded is raised above the melting point to form a keyhole, thereby forming a preliminary welded portion.

이어서, 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 실시하여 용접부를 형성한다(S200). 진동 타격 및 가압은 예비 용접부를 진동롤을 통과시킴으로서 수행될 수 있으며 이러한 진동롤의 표면은 실질적으로 균일할 수 있다. 그러나 이와 다르게 진동롤의 표편은 다수의 돌출부들이 형성될 수 있다. 이 경우, 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.Subsequently, the pre-welded portion is subjected to vibration striking and pressing to form a welded portion (S200). The vibration striking and pressing can be performed by passing the preliminary weld portion through the vibration roll, and the surface of such vibration roll can be substantially uniform. Alternatively, however, a plurality of protrusions may be formed on the surface of the vibrating roll. In this case, it is possible to more effectively perform vibration striking and pressing on the pre-welded portion.

진동롤에 의해서 예비 용접부가 기계적 특성이 향상된 용접부로 형성된다. 보다 구체적으로 진동롤로 예비 용접부에 진동 타격 및 가압을 실시함으로서 우선, 균열, 기공 발생, 언더 컷 등을 방지하여 용접부의 결함 억제할 수 있다. 즉, 비용접부와 용접부 간의 경도 차이를 감소시켜 균열, 기공 발생, 언더 컷 등을 방지할 수 있는 효과가 있다. 그리고 용접부의 내구성 및 내 충격성을 향상시키며 용접부의 피로 특성을 개선시킬 수 있다. The pre-welded portion is formed by the vibration roll as a welded portion having improved mechanical properties. More specifically, by performing vibration striking and pressing on the pre-welded portion with the vibration roll, cracks, pore generation, undercut, and the like can be prevented and defects in the welded portion can be suppressed first. That is, the difference in hardness between the non-welded portion and the welded portion is reduced to prevent cracks, pore generation, undercut, and the like. The durability and the impact resistance of the welded portion can be improved and the fatigue property of the welded portion can be improved.

Claims

A laser generating part for generating a laser necessary for welding;

A condenser lens for collecting and providing the laser beam as a welding object to form a preliminary welded portion;

A vibrating roll formed by performing vibration striking and pressing on the pre-welded portion to form a welded portion; And

And a vibration roll control unit for controlling the rotation and the vertical vibration of the vibration roll,

Wherein the outer surface of the vibrating roll is substantially uniform and has a plurality of projections.

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Providing a laser to a welding object to form a pre-welded portion; And

And forming a welded portion by subjecting the pre-welded portion to vibration striking and pressing through a vibration roll,

Wherein the surface of the vibration roll is substantially uniform and a plurality of protrusions are formed.

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