KR101653077B1

KR101653077B1 - 가상의 폐곡선을 따라 배열된 적어도 3 개의 레이저 용접된 너겟들을 가진 용접 구조체, 및 대응하는 레이저 용접 방법

Info

Publication number: KR101653077B1
Application number: KR1020147017725A
Authority: KR
Inventors: 고헤이 히사다; 슈헤이 오구라; 아츠시 가와키타; 다모츠 이케다; 히데노리 고스기
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2016-08-31
Also published as: JP2013132686A; EP2797711A1; CN104023900A; US20140377578A1; KR20140099298A; BR112014016160A2; BR112014016160A8; CA2861874C; BR112014016160B1; CA2861874A1; EP2797711B1; JP5880032B2; WO2013098621A1; CN104023900B

Abstract

다수의 강판들 (10) 사이의 접합부에 형성된 용접부 (1) 는 가상의 폐곡선 (12) 을 따라서 배열된 다수의 너겟들 (11) 로 형성되고, 강판들 (10) 중 가장 얇은 강판 (10) 의 두께를 t 라고 하면, 각각의 너겟 (11) 의 직경 (d) 은 3√t 이하이고, 인접한 너겟들 사이의 피치 (p) 는 2d 이상 5d 이하이며, 너겟들의 개수는 3 개 이상이다.

Description

가상의 폐곡선을 따라 배열된 적어도 3 개의 레이저 용접된 너겟들을 가진 용접 구조체, 및 대응하는 레이저 용접 방법 {WELDED STRUCTURE WITH AT LEAST THREE LASER WELDED NUGGETS ARRANGED ALONG A VIRTUAL CLOSED CURVE, AND CORRESPONDING LASER WELDING METHOD}

본원은, 레이저 용접에 의해 접합된 다수의 강판을 구비하는 용접 구조체 및 레이저 용접의 방법 (레이저 용접 방법) 의 기술에 관한 것이다.

중첩된 강판들을 접합하는 용접 방법들 중 하나로서, 레이저를 이용하는 용접 방법 (레이저 용접 방법) 이 그의 이점으로 인해 널리 이용되고 있다. 예를 들어, 레이저 용접은 변형 (distortion) 을 유발할 가능성이 적고, 고속 용접을 가능하게 하고, 적은 잔류 열영향 영역도 유발한다. 상기 레이저 용접 방법은, 일반적으로, 직선을 따라서 레이저 빔을 배향시킴으로써 용접부를 형성한다.

이러한 방법에 대해서 문제점들이 지적되었다. 예를 들어, 상기 방법에 의해 용접부가 선형으로 형성되면, 용접부의 양단부에서 응력 집중이 발생하여 결손 (deficiency) 을 유발하기 쉬워, 용접부에 대한 안정적인 품질을 보장하기가 어렵게 된다. 이러한 문제점들을 개선하기 위해서, 다양한 형상들로 용접부들을 형성하는 레이저 용접 방법들이 제안되었다.

이러한 방법들 중 하나로는, 용접부를 C 형상 (이하, "C 형 용접부" 라고 함) 으로 형성하는 레이저 용접 방법을 들 수 있다. 이러한 레이저 용접 방법이 사용되면, 응력이 집중하기 쉬운 용접 범위의 양단부에 용접부의 곡선부가 배치되어 외력의 영향을 덜 받는 (즉, 용접 강도의 향상에 덜 기여함) 양단부 사이의 중간부에 용접부의 양단부가 위치되도록 C 형 용접부를 형성함으로써 응력 집중이 완화될 수 있다. 하지만, 그에 따라 형성된 C 형 용접부의 강도는, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 C 형 용접부와 유사한 직경을 가진 원주 또는 원형 형상으로 형성된 용접부의 강도 이하이다.

다른 예에 대하여, 용접부를 루프형상 (이하, "루프형 용접부" 라고 함) 으로, 또는 나선형상 (이하, "나선형 용접부" 라고 함) 으로 형성하는 레이저 용접 방법을 들 수 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 제 2000－145450 호 (JP 2000-145450 A) 및 일본 공개특허공보 제 2004－98122 호 (JP 2004－98122 A) 참조). 이러한 유형의 레이저 용접 방법은 또한 C 형 용접부에서와 동일한 방식으로, 형성된 루프형 또는 나선형 용접부에서의 응력 집중을 완화시킨다. 하지만, 전술한 C 형 용접부와 마찬가지로, 루프형 또는 나선형 용접부의 강도는 종래의 레이저 용접 방법에 의해 상기 루프형 용접부 또는 나선형 용접부와 유사한 직경을 가진 원주 또는 원형 형상으로 형성된 용접부의 강도 이하이다.

다른 예에 대하여, 서로 대향 배치된 2 개의 C 로 구성되는 형상으로 용접부 (이하, "이중 C 형 용접부" 라고 함) 를 형성하는 레이저 용접 방법을 들 수 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 제 2009－233712 호 (JP 2009－233712 A) 참조). 이러한 유형의 레이저 용접 방법은 또한 전술한 C 형 용접부에서와 같이 동일한 방식으로 이중 C 형상으로 형성되는 용접부에서 응력 집중을 완화시킨다. 더욱이, 이러한 레이저 용접 방법에 있어서, 서로 대향 배치된 2 개의 C 로 구성되는 형상으로 용접부를 형성하여, 외력의 영향을 덜 받는 (즉, 용접 강도의 향상에 덜 기여함) 중간부의 용접을 생략하게 되어, 생산성을 증가시킨다. 하지만, 이러한 이중 C 형 용접부의 강도는, 전술한 C 형 용접부와 마찬가지로, 종래의 레이저 용접 방법에 의해, 상기 이중 C 형 용접부와 유사한 직경의 원주 또는 원형 형상으로 형성된 용접부의 강도 이하이다.

또 다른 예에 대하여, 가상의 폐곡선 원을 따라서 일정한 피치로 배열된 다수의 너겟들로 형성되는 용접부 (이하, "너겟 용접부" 라고 함) 를 형성하는 레이저 용접 방법을 들 수 있다 (일본 공개특허공보 제 2001－62575 호 (JP 2001－62575 A) 참조). 이러한 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부에서, 너겟들은 이 너겟들의 일부에 응력 집중하지 않고 외력의 영향을 받는다. 따라서, 상기 너겟 용접부는 안정적인 품질을 제공한다. JP 2001－62575 A 에 개시된 레이저 용접 방법에 있어서, 너겟들의 피치에 대한 직경의 비가 규정되었더라도, 직경 및 피치의 구체적인 값은 규정되지 않았다. 종래의 레이저 용접 방법에 의해, 상기 너겟 용접부의 폐곡선과 유사한 직경의 원주 또는 원형 형상으로 용접부를 형성하는 것과 비교하여, 너겟 용접부는 항상은 아니지만 종종 동일하거나 더 높은 강도를 제공한다.

본 발명은, 레이저 용접에 의해 접합된 다수의 강판을 구비하는 용접 구조체, 및 레이저 용접을 위한 용접 방법 (레이저 용접 방법) 을 제공한다. 가상의 폐곡선에서 일정한 피치로 배열된 다수의 너겟들로 형성된 용접부는, 이 용접부가 종래의 레이저 용접 방법에 의해 상기 폐곡선과 유사한 직경으로 원주 또는 원형 형상을 갖도록 형성된 용접부와 동일하거나 또는 그 보다 높은 강도를 항상 가지도록 형성된다.

본 발명의 제 1 양태는 용접 구조체에 관한 것이다. 용접 구조체는 레이저 용접에 의해 강판들 중 적어도 다른 하나의 강판에 각각 접합되는 다수의 강판들을 포함한다. 상기 다수의 강판들은 용접부를 포함한다. 상기 용접부는 상기 강판을 다른 강판에 접합시키는 접합부에 형성된다. 상기 용접부는 다수의 너겟들로 형성된다. 상기 다수의 너겟들은 가상의 폐곡선을 따라서 배열된다. 상기 다수의 강판들 중 가장 얇은 강판의 두께를 t 로 나타내고, 상기 너겟들의 직경을 d 로 나타내며, 인접한 상기 너겟들 사이의 피치를 p 로 나타내면, d 는 3√t 이하이고, p 는 2d 이상 5d 이하이며, 상기 너겟들의 개수는 3 개 이상이다.

전술한 용접 구조체에 있어서, 상기 용접부를 형성하는 모든 상기 너겟들을 포함하는 영역은 용융 처리될 수 있고, 상기 영역은, 상기 가상의 폐곡선의 내부측에서 상기 가상의 폐곡선을 따라서 형성된 가상의 내부 곡선에 의해 그리고 상기 가상의 폐곡선의 외부측에서 상기 가상의 폐곡선을 따라서 형성된 가상의 외부 곡선에 의해 둘러싸일 수 있다.

전술한 용접 구조체에 있어서, 상기 다수의 강판들은 서로 중첩될 수 있다.

본 발명의 제 2 양태는 서로 중첩된 다수의 강판들을 접합하는 레이저 용접 방법에 관한 것이다. 이 레이저 용접 방법은 강판들 각각을 적어도 다른 하나의 강판에 접합시키는 접합부에 용접부를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 용접부는 다수의 너겟들로 형성된다. 상기 다수의 너겟들은 가상의 폐곡선을 따라서 배열된다. 상기 다수의 강판들 중 가장 얇은 강판의 두께를 t 로 나타내고, 상기 너겟들의 직경을 d 로 나타내며, 인접한 상기 너겟들 사이의 피치를 p 로 나타내면, d 는 3√t 이하이고, p 는 2d 이상 5d 이하이다. 상기 너겟들의 개수는 3 개 이상이다.

전술한 레이저 용접 방법은, 상기 가상의 폐곡선의 내부측에서 상기 가상의 폐곡선을 따라서 형성된 가상의 내부 곡선에 의해 그리고 상기 가상의 폐곡선의 외부측에서 상기 가상의 폐곡선을 따라서 형성된 가상의 외부 곡선에 의해 둘러싸이고 그리고 상기 용접부를 형성하는 모든 상기 너겟들을 구비하는 영역을 용융 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본원은 후술되는 바와 같은 장점을 제공한다. 본원의 양태들에 따른 용접 구조체 및 레이저 용접 방법에 의하여, 가상의 폐곡선에 일정한 피치로 배열된 다수의 너겟들로 형성되는 용접부를 형성할 수 있고, 상기 용접부는, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 상기 폐곡선과 유사한 직경을 가진 원주 또는 원형 형상을 가지도록 형성된 용접부와 동일하거나 더 높은 강도를 항상 가진다.

본원의 예시적인 실시형태들의 특징, 장점, 기술적 및 산업적 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 이하 설명되고, 동일한 요소에 대해서는 동일한 도면부호로 나타낸다.

도 1a 은 본원의 일 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군을 나타내는 평면도이다.
도 1b 는 도 1a 의 화살표 A1-A1 의 방향에서 본, 본원의 일 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군을 나타내는 단면도이다.
도 2a 는 너겟들을 형성하는 방법을 나타내는 사시도로서, 정점식 (fixed-point) 형성 방법에 의해 너겟들이 형성되는 상태를 도시한다.
도 2b 는 너겟들을 형성하는 방법을 나타내는 사시도로서, 주사식 (scanning) 형성 방법에 의해 너겟들이 형성되는 상태를 도시한다.
도 2c 는 너겟들을 형성하는 방법을 나타내는 사시도로서, 충전식 형성 방법에 의해 너겟들이 형성되는 상태를 도시한다.
도 2d 는 너겟들을 형성하는 방법을 나타내는 사시도로서, 나선형 형성 방법에 의해 너겟들이 형성되는 상태를 도시한다.
도 3 은 본원의 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 너겟들의 반경과 경도 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프이다.
도 4 는 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 용접 피치와 이 너겟들의 군이 형성된 영역에서의 불량 ED 의 백분율 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프이다.
도 5 는 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 용접 피치와 이 너겟들의 군과 유사한 직경을 갖도록 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟의 박리 강도에 대한 박리 강도의 비 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프이다.
도 6 은 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 직경과 강도 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프이다.
도 7a 는 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군에 가해진 충격 하중 또는 충격 하중의 가속도와 경과 시간 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 충격 하중은 전단 방향 (보다 자세하게는, 강판들의 두께 방향에 수직한 방향으로; 이후에도 동일하게 적용) 으로 가해진다.
도 7b 는 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군에 가해진 충격 하중 또는 충격 하중의 가속도와 경과 시간 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 충격 하중은 박리 방향 (보다 자세하게는, 강판들의 두께 방향으로; 이후에도 동일하게 적용) 으로 가해진다.
도 8a 는 도 7 에서의 너겟들의 군과 유사한 직경을 가지도록, 레이저 용접 방법에 의해 형성된 단일의 원형 너겟에 가해진 충격 하중 또는 충격 하중의 가속도와 경과 시간 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 충격 하중은 전단 방향으로 가해진다.
도 8b 는 도 7 에서의 너겟들의 군과 유사한 직경을 가지도록, 레이저 용접 방법에 의해 형성된 단일의 원형 너겟에 가해진 충격 하중 또는 충격 하중의 가속도와 경과 시간 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 충격 하중은 박리 방향으로 가해진다.
도 9a 는 도 7 에서의 너겟들의 군과 유사한 직경을 가지도록, 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 단일의 원형 너겟에 가해진 충격 하중 또는 충격 하중의 가속도와 경과 시간 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 충격 하중은 전단 방향으로 가해진다.
도 9b 는 도 7 에서의 너겟들의 군과 유사한 직경을 가지도록, 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 단일의 원형 너겟에 가해진 충격 하중 또는 충격 하중의 가속도와 경과 시간 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 충격 하중은 박리 방향으로 가해진다.
도 10a 는 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 하중에 대한 강도 및 너겟들의 개수 사이의 관계를, 이 너겟들의 군의 배열 방향별로 (즉, 너겟들의 군이 배열되는 방향별로) 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 하중은 전단 방향으로 가해진다.
도 10b 는 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 하중에 대한 강도 및 너겟들의 개수 사이의 관계를, 이 너겟들의 군의 배열 방향별로 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 하중은 박리 방향으로 가해진다.
도 11a 는 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 하중에 대한 강도 및 직경 사이의 관계를, 이 너겟들의 군의 배열 방향별로 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 하중은 전단 방향으로 가해진다.
도 11b 는 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 하중에 대한 강도 및 직경 사이의 관계를, 이 너겟들의 군의 배열 방향별로 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 하중은 박리 방향으로 가해진다.
도 12a 는 하중이 전단 방향으로 가해질 때, 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군에 대한 하중과 이 너겟들의 군과 용접된 다수의 금속판들의 이동 거리 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프이다.
도 12b 는 하중이 박리 방향으로 가해질 때, 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군에 대한 하중과 이 너겟들의 군과 용접된 다수의 금속판들의 이동 거리 사이의 관계를, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프이다.
도 13a 는 본원의 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 너겟들의 군을 나타내는 평면도이다.
도 13b 는 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 너겟들의 군을 나타내는 평면도로서, 너겟들은 도 13a 에서의 너겟들과 다른 형상을 가진다.
도 14a 는 본원의 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 순서를 나타내는 선도 중 하나로서, 스팟-대향 처리 (spot-facing processing) 를 실시하기 직전의 너겟들의 군의 상태를 나타내는 평면도이다.
도 14b 는 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 순서를 나타내는 선도 중 하나로서, 도 14a 에서 화살표 A2-A2 방향에서 본 너겟들의 군의 단면도이다.
도 15a 는 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 순서를 나타내는 선도 중 하나로서, 스팟-대향 처리 중의 너겟들의 군을 나타내는 평면도이다.
도 15b 는 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 순서를 나타내는 선도 중 하나로서, 도 15a 에서 화살표 A3-A3 방향에서 본 너겟들의 군의 단면도이다.
도 16a 는 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 순서를 나타내는 선도 중 하나로서, 스팟-대향 처리 후의 너겟들의 군을 나타내는 평면도이다.
도 16b 는 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 순서를 나타내는 선도 중 하나로서, 도 16a 에서 화살표 A4-A4 방향에서 본 너겟들의 군의 단면도이다.
도 17a 는 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 하중에 대한 강도 및 직경 사이의 관계를, 스팟-대향 처리를 실시할 때 및 스팟-대향 처리를 실시하지 않을 때의 경우들에 대하여, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 하중은 전단 방향으로 가해진다.
도 17b 는 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 하중에 대한 강도 및 직경 사이의 관계를, 스팟-대향 처리를 실시할 때 및 스팟-대향 처리를 실시하지 않을 때의 경우들에 대하여, 점선 및 연속선으로 나타내는 그래프로서, 하중은 박리 방향으로 가해진다.
도 18a 는 본원의 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 너겟들의 군을 나타내는 선도로서, 제 1 변형예에 따른 너겟들의 군을 나타내는 평면도이다.
도 18b 는 본원의 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 너겟들의 군을 나타내는 선도로서, 제 2 변형예에 따른 너겟들의 군을 나타내는 평면도이다.
도 19 는 제５ 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군을 나타내는 평면도이다.
도 20a 는 제５ 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군을 용접 구조체의 플랜지에 사용한 용접 구조체의 구체예를 나타내는 사시도이다.
도 20b 는 제５ 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 원형 너겟들의 군의 배열의 구체예를 나타내는 평면도이다.

본원의 예시적인 실시형태를 설명한다.

(제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법)

본원의 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은 도 1a 내지 도 9b 를 참조하여 설명한다. 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 서로 중첩된 다수의 강판들을 접합하는 레이저 용접 방법이다. 이 용접 방법은 종래의 레이저 용접 방법이나 스팟 용접 방법에 의해 형성된 용접부의 강도와 비교하여, 강판들의 용접부 (접합부) 에 더 높은 강도 특성을 부여하는 것을 목적으로 개량되었다. 전술한 레이저 용접 방법에서, 중첩된 강판들의 표면과 교차하는 방향으로 레이저 빔을 가함으로써 다수의 강판들이 접합된다.

제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부 (접합부) 의 상기 "강도 특성" 은, 주로 정적 강도와 동적 (충격) 강도에 대하여 평가된다 (후술되는 제 2 실시형태 내지 제 ５ 실시형태에도 동일하게 적용됨). 상기 "정적 강도" 라는 용어는, 하중이 박리 방향 (보다 자세하게는, 강판들의 두께방향으로; 이후에도 동일하게 적용됨) 으로 점점 증가하도록 용접된 강판들에 인장 하중이 가해질 때 박리없이 용접된 강판들이 견딜 수 있는 최대 인장 하중으로 나타내어진 "정적 박리 강도" 를 의미한다. 상기 "동적 (충격) 강도" 라는 용어는, 용접된 강판들에 전단 방향 (보다 구체적으로는, 강판들의 두께 방향에 수직한 방향으로: 이후에도 동일하게 적용됨) 또는 박리 방향으로 인장 하중이 순간적으로 가해질 때 흡수될 수 있는 에너지량 (흡수된 에너지량) 및 강판들이 견딜 수 있는 최대 인장 하중에 대응하는 강판들의 용접부들의 최대 강도로 나타내어지는 "충격 전단 강도" 또는 "충격 박리 강도" 를 의미한다.

도 1a 에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에서, 중첩된 다수의 (예를 들어, 본 실시형태에서는 2 개) 강판들 (10) 을 접합하기 위해서 형성되는 용접부 (1) 는, 주로 가상의 폐곡선 (12) 에 배열되고 그리고 평면에서 볼 때 원형 형상을 가진 다수의 너겟들 (11) 로 형성된다 (이하, "다수의 너겟들 (11)" 은 필요에 따라 "너겟들의 군 (11A)" 이라고 집합적으로 기재함). 상기 폐곡선 (12) 은 강판에 위치된다.

상기 폐곡선 (12) 의 형상은, 본 실시형태에 있어서의 원형 형상으로 한정되는 것이 아니고, 타원형 또는 어떠한 다른 곡선 형상일 수 있거나 다각형일 수도 있다. 본 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 표면 처리 유무와 무관하게 어떠한 유형의 강판들 (10) 에 적용가능하다. 본 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 접합될 강판들 (10) 의 개수는, 본 실시형태에서와 같이 2 개로 한정되는 것은 아니고, 3 개 이상일 수도 있다.

너겟들 (11) 이 후술되는 바와 같이 다양한 방법에 의해 형성될 수 있지만, 본 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 어떠한 방법을 사용할 수 있다.

특히, 도 2a 에 도시된 바와 같이, 너겟들 (11) 은, 예를 들어, 강판 (10) 의 평면부에서 미리 정해진 지점에 레이저 빔 (16) 을 어떠한 시간 동안 배향시킴으로써 각각의 원형 너겟 (11a) 을 형성하는 "정점식 형성 방법" 에 의해 형성될 수 있다.

도 2b 에 도시된 바와 같이, 너겟들 (11) 은, 강판 (10) 의 평면부에서 원형 궤적 (도 1a 에 도시된 너겟들 (11) 의 원주와 동일한 형상을 가진 궤적) 을 따라서 레이저 빔 (16) 을 배향시킴으로써 각각의 환형 너겟 (11b) 을 형성하는 "주사식 형성 방법" 에 의해 형성될 수 있다.

도 2c 에 도시된 바와 같이, 너겟들 (11) 은, 강판 (10) 의 평면부에서 원형 궤적을 따라서 레이저 빔 (16A) 을 배향시킴으로써 환형 너겟 (11b) 을 형성한 후 이 환형 너겟 (11b) 내부를 충전하도록 레이저 빔 (16B) 을 배향시킴으로써 각각의 원형 너겟 (11c) 을 형성하는 "충전식 형성 방법" 에 의해 형성될 수 있다.

도 2d 에 도시된 바와 같이, 너겟들 (11) 은, 강판 (10) 의 평면부에서 나선형 궤적을 따라서 레이저 빔 (16) 을 배향시킴으로써 각각의 원형 너겟 (11d) 을 형성하는 "나선형 형성 방법" 에 의해 형성될 수 있다.

본원의 발명자들은, 전술한 형성 방법에 의해 형성된 다수의 너겟들 (11) 로 형성된 용접부들 (1) 에 대해, 다양한 검증 실험 (verification experiments) 및 강도 높은 연구를 실시하였고, 너겟들 (11) 의 직경 (도 1b 에서 치수 d) 및 너겟 (11) 간의 피치 (도 1b 에서 치수 p) 에 대한 특정 값 범위들을 발견하여, 발명자들은 본원에 따른 레이저 용접 방법을 구현하기 위한 제 1 실시형태를 완성시키기에 이르렀다.

구체적으로는, 발명자들은, 너겟 (11) 의 직경 (d) 이 증가함에 따라 이 너겟 (11) 내에 취약부들이 보다 발생하기 쉬운 경향에 주목하여, 다양한 직경 (d) 을 가진 너겟들 (11) 내부측의 경도를 측정함으로써 제 1 검증 실험들을 실시하였다.

제 1 검증 실험들의 결과들에 대해서는 도 3 을 참조하여 설명한다. 도 3 에서, 세로축은 너겟들 (11) 의 경도 (Hv) 를 나타내는 반면, 가로축은 너겟들 (11) 의 중심으로부터의 거리 (㎜) 를 나타낸다. 경도는, 너겟 (11) 의 중심으로부터 반경 방향 외부측 쪽으로 순차적으로 각각의 너겟 (11) 에 대하여 측정 및 도시되었다. 도 3 에서는, 상이한 직경들 (d) (d = 2√t, 3√t, 4√t) 을 가진 3 가지 유형의 너겟들 (11) 에 대한 측정 결과들을 나타내고, 여기에서 "t" 는 중첩된 강판들 (10) 중 가장 얇은 강판 (10) 의 두께를 나타낸다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 직경 d = 2√t 를 가진 너겟 (11) 의 경도 (도 3에서의 라인 L1) 는, 이 너겟 (11) 의 외부측에서부터 중심 쪽으로 (즉, 도 3 에서 우측 쪽으로; 이후 동일하게 적용됨) 점점 증가하고, 이 너겟 (11) 의 외주부 근방 (즉, 도 3 에서의 영역 X1) 에서 최대값이 된다. 너겟의 외주부 근방에서 최대값에 도달하는 너트 (11) 의 경도는, 이 너겟 (11) 내의 모든 영역에서 실질적으로 변화하지 않고 유지된다.

마찬가지로, 직경 d = 3√t 를 가진 너겟 (11) 의 경도 (도 3 에서의 라인 L2) 는, 이 너겟 (11) 의 외부측에서부터 중심 쪽으로 점점 증가하고, 이 너겟 (11) 의 외주부 근방 (즉, 도 3 에서의 영역 X2) 에서 최대값이 된다. 너겟의 외주부 근방에서 최대값이 되는 너트 (11) 의 경도는, 이 너겟 (11) 내의 모든 영역에서 실질적으로 변화하지 않고 유지된다.

직경 d = 4√t 를 또한 가진 너겟 (11) 의 경도 (도 3 에서의 라인 L3) 는, 이 너겟 (11) 의 외부측에서부터 중심 쪽으로 점점 증가하고, 이 너겟 (11) 의 외주부 근방 (즉, 도 3 에서의 영역 X3) 에서 최대값이 되지만, 그 후 이 경도는 이 너겟 (11) 의 내부에 이르자마자 급격하게 감소한다. 너겟 (11) 내의 외주부 근방에서 감소한 경도는, 그 후 이 너겟 (11) 내부의 모든 영역에서 낮은 값으로 실질적으로 변화하지 않고 유지된다.

전술한 제 1 검증 실험들의 결과들에 기초하여, 발명자들은, 너겟 (11) 의 직경 (d) 이 3√t 이하 (d ≤ 3√t) 의 범위로 설정되어야 함을 발견하였다.

다음으로, 발명자들은, 용접부 (1) 에서 접합된 다수의 강판들 (10) 에 전착 도장 (ED：electrodeposition coating) 을 하는 경우, 상기 용접부 (1) 를 형성하는 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 너무 좁으면, 너겟들의 군 (11A) 내부에 에어 포켓이 발생하기 쉬워져, 상기 강판들 (10) 의 불량 ED 의 백분율이 증가하기 쉽다는 것에 주목하여, 제 2 검증 실험들을 실시하였다. 그리하여, 제 2 검증 실험들에서, 상이한 피치 치수 (p) 를 가진 다양한 용접부 (1) 에서 접합된 강판들 (10) 에 대해, ED 의 불량율을 측정하였다.

제 2 검증 실험들의 결과들에 대해서는 도 4 를 참조하여 설명한다. 도 4 는, 세로축에 도시된 강판 (10) 의 불량 ED 의 백분율 (%) 과, 가로축에 도시된 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) (㎜) 와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4 에서 문자 "d" 는 너겟 (11) 의 직경 (d) 을 나타낸다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 d (㎜) 를 초과하면, 강판들 (10) 의 불량 ED 의 백분율은, 상기 피치 (p) 가 증가함에 따라 100% 에서부터 점점 감소한다. 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 2d (㎜) 에 도달하면, 강판들 (10) 의 불량 ED 의 백분율은 0% 가 되고, 그 후에 상기 피치 (p) 의 값이 얼마 증가해도 상기 불량율은 0% 에 있다.

전술한 제 2 검증 실험들의 결과들에 기초하여, 발명자들은, 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 2d 이상 (p ≥ 2d) 으로 되어야 함을 발견하였다.

다음으로, 발명자들은, 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 너무 넓어지면, 전술한 정적 박리 강도가 낮아지는 경향에 주목하여, 제 ３ 검증 실험들을 실시하였다. 상이한 피치 (p) 를 가진 다양한 용접부들 (1) 에 의해 접합된 강판들 (10) 에 대하여 각각의 용접부 (1) 의 정적 박리 강도를 측정하였다.

제 ３ 검증 실험들의 결과들에 대해서는 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 5 는, 세로축에 도시된 정적 박리 강도비와 가로축에 도시된 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) (㎜) 와의 관계를 나타내는 그래프이다. 상기 "정적 박리 강도비" 는, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성되고 그리고 측정될 용접부 (1) 의 폐곡선 (12) (도 1a 참조) 과 유사한 직경을 가진 원형 너겟의 정적 박리 강도에 대한, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부의 정적 박리 강도의 비이고 그리고 1 로서 규정된 값에 대한 상대 값으로 표시된다. 도 5 에 도시된 문자 "d" 는 너겟 (11) 의 직경 (d) 을 나타낸다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 정적 박리 강도비는, 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 3d (p = 3d) 일 때 2 의 최대값으로 된 후, 피치 (p) 가 증가함에 따라 점점 감소한다. 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 5d (㎜) 를 초과하면, 정적 박리 강도비는 1 보다 작게 된다.

전술한 제 ３ 검증 실험들의 결과들에 기초하여, 발명자들은 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 5d 이하 (p ≤ 5d) 가 되어야 함을 발견하였다.

그리하여, 발명자들은, 제 1 검증 실험 내지 제３ 검증 실험의 결과들에 근거하여, 다수의 너겟들 (11) 로 형성되는 용접부 (1) 에 대하여, (1) 각각의 너겟 (11) 의 직경 (d) 이 3√t 이하 (d ≤ 3√t) 이어야 하는 것, (2) 인접한 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 2d 이상 5d 이하 (2d ≤ p ≤ 5d) 이어야 하는 것, (3) 너겟들 (11) 의 개수가 3 개 이상이어야 하고, 이들 너겟들 (11) 을 연결하는 가상선은 직선이 되어야 하는 것은 아니지만 항상 다각형을 형성하는 것을 발견하였다. 그리하여, 본원의 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은 이러한 발견들에 기초하여 완성되었다. 상기 설명에 사용된 문자 "t" 는, 다수의 강판들 (10) 중 가장 얇은 강판 (10) 의 두께를 나타낸다.

제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 효과를 확인하기 위해서, 발명자들에 의해 실시된 확인 실험들 (confirmatory experiments) 에 대해 설명한다. 먼저, 정적 강도에 대한 효과를 확인하기 위해서, 발명자들에 의해 실시된 확인 실험에 대해 설명한다.

발명자들은, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성되어, 각각의 용접부 (1) 의 폐곡선 (12) 이 원형에 의해 규정되고 (도 1a 참조) 그리고 4 ㎜, 6 ㎜, 8 ㎜ 각각의 직경 (D) 을 가지는 3 가지 상이한 종류의 용접부들 (1) (이하, "본원의 정적 강도 시험 샘플들" 이라고 함) 을 준비하였다. 추가로, 발명자들은, 본원의 정적 강도 시험 샘플들의 비교 대상으로서, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성되고 그리고 본원의 정적 강도 시험 샘플들의 폐곡선들 (12) 과 유사한 직경들을 가진 3 가지 상이한 종류의 원형 너겟들과 원주 너겟들로 형성되는 용접부들 (이하, "제 1 정적 강도 시험 비교 샘플들" 이라고 함) 를 준비하였다. 게다가, 발명자들은, 본원의 정적 강도 시험 샘플들의 비교 대상으로서, 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성되고 그리고 6.5 ㎜ 의 직경을 각각 가진 너겟들로 형성되는 용접부 (이하, "제 2 정적 강도 시험 비교 샘플" 이라고 함) 를 준비하였다.

본원의 다수의 정적 강도 시험 샘플들, 제 1 정적 강도 시험 비교 샘플들, 및 제 2 정적 강도 시험 비교 샘플에 대해 정적 박리 강도를 측정하였고, 그 결과들을 비교하였다.

정적 강도에 대한 효과를 확인하기 위해서 이렇게 실시된 확인 실험들의 결과들에 대해서는 도 6 을 참조하여 설명한다. 도 6 은, 세로축을 따라서 정적 박리 강도 (kN) 를 나타내고 가로축을 따라서 샘플들을 배열함으로써, 본원의 정적 강도 시험 샘플들과 제 1 및 제 2 정적 강도 시험 비교 샘플들의 정적 박리 강도를 나타내는 그래프이다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 4 ㎜, 6 ㎜ 및 8 ㎜ 의 직경들 (D) 을 가진 폐곡선들 (12) 을 형성하도록, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 본원의 모든 정적 강도 시험 샘플들은, 유사한 직경들을 가진 제 1 정적 강도 시험 비교 샘플들보다 높은 정적 박리 강도를 나타낸다. 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 이 6 ㎜ 인 본원의 정적 강도 시험 샘플과 너겟의 직경이 6.5 ㎜ 인 제 2 정적 강도 시험 비교 샘플을 비교하면, 본원의 정적 강도 시험 샘플이 더 높은 정적 박리 강도를 나타낸다. 더욱이, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성된 제 1 정적 강도 시험 비교 샘플의 정적 박리 강도는, 너겟들의 직경이 변하더라도 실질적으로 동일하지만, 본원의 정적 강도 시험 샘플들의 정적 박리 강도는 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 이 증가함에 따라 증가하였다. 이는, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법이 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 의 값을 변화시킴으로써 용접부 (1) 에 어떠한 원하는 정적 박리 강도를 제공할 수 있음을 의미한다.

다음으로, 동적 (충격) 강도에 관한 효과를 확인하기 위해서 발명자들이 실시한 확인 실험들에 대해 설명한다.

발명자들은, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성되어 용접부 (1) 의 폐곡선 (12) (도 1a 참조) 이 6 ㎜ 직경의 원형에 의해 규정되고 그리고 각각의 너겟 (11) 이 1.4 ㎜ 의 직경을 가진 용접부 (1) (이하, "본원의 동적 강도 시험 샘플" 이라고 함) 를 준비하였다. 추가로, 발명자들은, 본원의 동적 강도 시험 샘플의 비교 대상으로서, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성되고 그리고 본원의 동적 강도 시험 샘플의 폐곡선 (12) 과 유사한 직경 (6 ㎜) 을 갖는 원형 너겟으로 형성되는 용접부 (이하, "제 1 동적 강도 시험 비교 샘플" 이라고 함) 를 준비하였다. 더욱이, 발명자들은, 본원의 동적 강도 시험 샘플의 비교 대상으로서, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성되고 그리고 5 ㎜ 직경을 가진 너겟들로 형성되는 용접부 (이하, "제 2 동적 강도 시험 비교 샘플" 이라고 함) 를 준비하였다.

본원의 동적 강도 시험 샘플, 제 1 동적 강도 시험 비교 샘플, 및 제 2 동적 강도 시험 비교 샘플에 대해, 충격 전단 강도 및 충격 박리 강도를 측정하였고, 측정 결과들을 비교하였다.

동적 강도에 관한 효과들을 확인하기 위해서, 이렇게 실시된 확인 실험들의 결과들에 대해서는 도 7a 내지 도 9b 를 참조하여 설명한다. 도 7a 내지 도 9b 는, 충격 하중 및 충격 하중의 가속도의 시간에 따른 변화를 각각 나타내는 그래프들이다. 도 7a 내지 도 9b 에서, 세로축에는 충격 하중 (kN) 및 이 충격 하중의 가속도 (G) 를 나타내는 반면, 가로축에는 경과 시간 (msec) 을 나타낸다.

도 7a 내지 도 9b 에서는, 본원의 동적 강도 시험 샘플, 제 1 동적 강도 시험 비교 샘플, 및 제 2 동적 강도 시험 비교 샘플의 측정 결과들을 순차적으로 도시한다. 도 7a 내지 도 9b 에서, 접미사 a 를 가진 도면들은 전단 방향으로 가해진 충격 하중의 측정 결과들을 나타내고, 접미사 b 를 가진 도면들은 박리 방향으로 가해진 충격 하중의 측정 결과들을 나타낸다. 게다가, 도 7a 내지 도 9b 에서, 충격 하중의 변화에 대해서는, 연속 실선으로 나타내는 반면, 충격 하중의 가속도의 변화에 대해서는, 연속 파선으로 나타낸다.

도 7a 내지 도 9b 에서, 전술한 바와 같이, "충격 전단 강도" 또는 "충격 박리 강도" 를 의미하는 흡수된 에너지량은, 충격 하중의 변화 정도를 나타내는 연속선과 세로축 및 가로축에 의해 규정된 영역의 면적에 의해 나타내어진다.

도 7a 에 도시되고 그리고 본원의 동적 강도 시험 샘플의 흡수된 에너지량을 나타내는 영역 (Sa1) 의 면적은, 도 8a 에 도시되고 그리고 제 1 동적 강도 시험 비교 샘플의 흡수된 에너지량을 나타내는 영역 (Sa2) 의 면적보다 크다. 그리하여, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 본원의 동적 강도 시험 샘플은, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성된 제 1 동적 강도 시험 비교 샘플보다 더 높은 충격 전단 강도를 우위적으로 가짐을 확인하였다. 도 7b 에 도시되고 그리고 본원의 동적 강도 시험 샘플의 흡수된 에너지량을 나타내는 영역 (Sb1) 의 면적은, 도 8b 에 도시되고 그리고 제 1 동적 강도 시험 비교 샘플의 흡수된 에너지량을 나타내는 영역 (Sb2) 의 면적 보다 크다. 그리하여, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 본원의 동적 강도 시험 샘플은, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성된 제 1 동적 강도 시험 비교 샘플보다 더 높은 충격 박리 강도를 우위적으로 가짐을 확인하였다.

한편, 도 7a 도시되고 그리고 본원의 동적 강도 시험 샘플의 흡수된 에너지량을 나타내는 영역 (Sa1) 의 면적은, 도 9a 에 도시되고 그리고 제 2 동적 강도 시험 비교 샘플의 흡수된 에너지량을 나타내는 영역 (Sa3) 의 면적과 실질적으로 동일하다. 그리하여, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 본원의 동적 강도 시험 샘플은, 스팟 용접 방법에 의해 형성된 제 2 동적 강도 시험 비교 샘플과 실질적으로 동일한 충격 전단 강도를 가짐을 확인하였다. 더욱이, 도 7b 에 도시되고 그리고 본원의 동적 강도 시험 샘플의 흡수된 에너지량을 나타내는 영역 (Sb1) 의 면적은, 도 9b 에 도시되고 그리고 제 2 동적 강도 시험 비교 샘플의 흡수된 에너지량을 나타내는 영역 (Sb3) 의 면적과 실질적으로 동일하다. 그리하여, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 본원의 동적 강도 시험 샘플은, 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 제 2 동적 강도 시험 비교 샘플과 실질적으로 동일한 충격 박리 강도를 가짐을 확인하였다.

이러한 확인 실험들의 결과들에 기초하여, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의하여, 종래의 레이저 용접 방법이나 스팟 용접 방법과 비교하여 동일한 정도 또는 우수한 정도의 정적 강도 및 동적 (충격) 강도를 제공할 수 있음을 확인할 수 있었다.

(제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법)

본원의 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법을 도 10a 내지 도 12b 를 참조하여 설명한다. 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 서로 중첩된 다수의 강판들을 접합하는 레이저 용접 방법이고, 그리고 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 용접부 (접합부) 와 실질적으로 동일한 강도 특성을 가진 강판들 사이에 용접부를 제공할 목적으로 개량되었다.

제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성되는 용접부는, 전술한 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성되는 용접부 (1) 와 실질적으로 동일한 방식으로 구성된다. 그리하여, 이하의 설명은 제 1 실시형태와의 상이한 특징에 대해 주로 기재한다.

제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법을 검사하기 위해서, 발명자들은, 용접부 (1) (도 1a 및 도 1b 참조) 를 형성하는 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 주목하여, 후술되는 다양한 검증 실험들을 실시하였다. 발명자들은, 너겟들 (11) 의 개수에 따라서 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 대한 영향 정도가 상이하다는 것에 주목하여, 제 ４ 검증 실험들을 실시하였다. 특히, 다양한 다수의 너겟들로 형성된 너겟들의 군 (11A) 으로 형성되는 용접부들 (1) 의 전단 강도 및 박리 강도는 상이한 배향으로 배열된다. "박리 강도" 라는 용어는 정적 박리 강도와 동일한 의미를 가진다. "전단 강도" 라는 용어는, 전단 방향 쪽으로 점점 증가하도록 인장 하중이 가해질 때 용접부 (1) 가 파괴되지 않고 견딜 수 있는 최대 인장 하중으로 나타내어지는 정적 전단 강도를 의미한다.

제 ４ 검증 실험들에 관한 결과들을 도 10a 및 도 10b 를 참조하여 설명한다. 도 10a 는, 세로축을 따라서 전단 강도 (kN) 를 나타내는 반면 상하 가로축을 따라서 너겟들의 군 (11A) 의 형성을 너겟들 (11) 의 개수별로 나타냄으로써 너겟들의 군 (11A) 의 전단 강도를 나타낸 그래프이다. 상기 너겟들의 군 (11A) 의 형성들은, 상측의 가로축을 따라서 도시된 너겟들의 군 (11A) 이 하측의 가로축을 따라서 도시된 너겟들의 군과 상이한 배향을 갖도록, 너겟들의 군의 방향 특성들에 기초하여 상측의 가로축 및 하측의 가로축을 따른 너겟들의 군으로 분류된다. 도 10b 는, 세로축을 따라서 박리 강도 (kN) 를 나타내는 반면 상하 가로축을 따라서 너겟들의 군 (11A) 의 형성을 너겟들 (11) 개수별로 나타냄으로써 너겟들의 군 (11A) 의 박리 강도를 나타낸 그래프이다. 상기 너겟들의 군 (11A) 의 형성들은, 상측의 가로축을 따라서 도시된 너겟들의 군 (11A) 이 하측의 가로축을 따라서 도시된 너겟들의 군과 상이한 배향을 갖도록, 너겟들의 군의 방향 특성들에 기초하여 상측의 가로축 및 하측의 가로축을 따른 너겟들의 군으로 분류된다.

도 10a 에 도시된 바와 같이, 전단 강도에 있어서 상당한 차이는, 동일한 개수의 너겟들 (11A) 을 갖지만 상이한 배향을 가진 너겟들의 군 (11A) 의 각 쌍들 사이에서 관찰되지 않았다. 그리하여, 너겟들의 군 (11A) 의 배향 영향 정도가 크지 않았다. 배향의 영향 정도는 너겟들의 군 (11A) 의 너겟들 (11) 의 개수에 따라 크게 상이하지 않다. 너겟들 (11) 의 개수가 3 개 이상 내지 약 6 개 이하일 때, 너겟들의 군 (11A) 의 배향과는 무관하게, 너겟들 (11) 의 개수가 증가함에 따라 전단 강도도 증가하였다. 도 10b 에 도시된 바와 같이, 너겟들 (11) 의 개수가 3 개이면, 박리 강도는 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 따라서 크게 상이해진다. 그리하여, 너겟들의 군 (11A) 의 배향의 영향 정도는 크다. 너겟들 (11) 의 개수가 4 개이면, 전단 강도는 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 따라서 크게 상이하지 않고, 그리하여 너겟들의 군 (11A) 의 배향의 영향 정도는 작았다.

전술한 제 ４ 검증 실험들의 결과들에 기초하여, 발명자들은, 너겟들의 군 (11A) 의 배향의 영향 정도를 가능한 많이 최소화하기 위해서, 너겟들 (11) 의 개수를 적어도 4 개 이상으로 해야함을 도출하였다.

그 후, 발명자들은, 가상의 폐곡선 (12) (도 1a 참조) 의 직경 (d) 과 너겟들의 군 (11A) 의 배향과의 관계에 대해 주목하여, 상이한 직경 (D) (D = 6 ㎜, 8 ㎜, 10 ㎜) 을 가진 용접부들 (1) 의 샘플을 준비하고 그리고 너겟들의 군 (11A) 의 배향별로 샘플들의 전단 강도 및 박리 강도를 측정함으로써 제 ５ 검증 실험들을 실시하였다. 한편, 종래의 스팟 용접 방법에 의해, 각각의 너겟이 6.5 ㎜ 의 직경을 가지도록 용접부를 형성함으로써 비교 샘플을 준비하였고, 이 비교 샘플의 전단 강도 및 박리 강도는 동시에 측정되었다. 비교 샘플의 용접부의 너겟 (11) 의 개수는 6 개이었다.

제 ５ 검증 실험들의 결과들에 대해서는 도 11 을 사용하여 설명한다. 도 11a 는, 세로축을 따라서 전단 강도 (kN) 를 나타내는 반면 가로축을 따라서 폐곡선 (12) (도 1a 참조) 의 직경 (D) 및 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 너겟들의 직경을 나타냄으로써, 배향별로 샘플들 및 비교 샘플의 전단 강도를 나타낸 그래프이다. 도 11b 는, 세로축을 따라서 박리 강도 (kN) 를 나타내는 반면 가로축을 따라서 폐곡선 (12) (도 1a 참조) 의 직경 (D) 및 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 너겟들의 직경을 나타냄으로써, 배향별로 샘플들 및 비교 샘플의 박리 강도를 나타낸 그래프이다.

도 11a 에 도시된 바와 같이, 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 의 값이 커짐에 따라 전단 강도는 점점 증가하는 반면, 직경 (D) (D = 6 ㎜, 8 ㎜, 10 ㎜) 에 대한 전단 강도는, 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 의해 크게 영향을 받지 않고 실질적으로 동일한 값으로 되었다. 6 ㎜ 의 직경 (D) 을 가진 폐곡선 (12) 으로 형성된 너겟들의 군 (11A) 이 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 너겟 (직경 6.5 ㎜ 임) 의 전단 강도보다 상당히 더 높은 전단 강도를 나타냄을 확인하였다.

도 11b 에 도시된 바와 같이, 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 의 값이 더 크게 됨에 따라 박리 강도가 점점 증가되는 반면, 직경 (D) (D = 6 ㎜, 8 ㎜, 10 ㎜) 에 대한 박리 강도는, 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 의해 상당히 영향을 받지 않고 실질적으로 동일한 값이 되었다. 6 ㎜ 의 직경 (D) 을 가진 폐곡선 (12) 으로 형성된 너겟들의 군 (11A) 이 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 너겟 (직경 6.5 ㎜ 임) 의 박리 강도보다 상당히 더 높은 박리 강도를 나타냄을 확인하였다.

제 ５ 검증 실험들의 결과들에 기초하여, 발명자들은, 너겟들 (11) 의 개수가 적어도 6 개 이상이면, 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 을 변경함으로써 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 무관하게 어떠한 원하는 전단 강도 또는 박리 강도를 얻을 수 있음을 도출하였다. 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 이 적어도 6 ㎜ 이상이면, 너겟들의 군 (11A) 은 유사한 직경을 갖도록 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 너겟들의 전단 강도 및 박리 강도 이상의 전단 강도 및 박리 강도를 가진다.

제 4 검증 실험 및 제 ５ 검증 실험의 결과들 및 다양한 다른 연구들의 결과들에 기초하여, 발명자들은, 용접부 (1) 가 다수의 너겟들 (11) 로 형성되면, (1) 각 너겟 (11) 의 직경 (d) 이 √t 이상 3 √t 이하 (√t ≤ d ≤ 3√t) 이어야 하는 것, (2) 인접한 너겟들 (11) 간의 피치 (p) 가 0.8d 이상 3d 이하 (0.8d ≤ p ≤ 3d) 이어야 하는 것, (3) 너겟들 (11) 의 개수는 4 개 이상 12 개 이하이어야 하는 것을 도출하였다. 그리하여, 발명자들은 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법을 완성시키기에 이르렀다. 전술한 문자 "t" 는 서로 중첩된 다수의 강판들 (10) 중 가장 얇은 강판 (10) 의 두께를 나타낸다. 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 은 3√t 이상 10√t 이하 (3√t ≤ D ≤ 10√t) 이어야 한다.

제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 효과를 확인하기 위해서 발명자들이 실시한 확인 실험들에 대해 설명한다. 먼저, 발명자들은, SCGA590 으로 제조되고 그리고 1.4 ㎜ 및 1.2 ㎜ 두께를 각각 가지는 2 개의 강판들 (10) (도 1a 참조) 을 준비하였다. 그 후, 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 이러한 강판들 (10) 을 접합하였다.

발명자들은, 강판들 (10) 사이에 형성된 용접부 (1) 에 대해 레이저 용접을 실시하여, 각각의 너겟 (11) 의 직경 (d) 이 약 1.4 ㎜ (d = 1.4 ㎜) 이었고, 너겟들의 군 (11A) 각각에서 너겟들 (11) 의 개수는 6 개이었으며, 인접한 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 가 3 ㎜ (p = 3 ㎜) 이었다. 0.6 ㎜ 의 집광 직경을 가진 레이저를 사용하여 용접부 (1) 가 형성되어, 6 ㎜ 의 직경 (D) 을 가진 원형에 의해 규정되는 폐곡선 (12) 이 형성되었다.

또한, 발명자들은 비교 대상으로서 종래의 스팟 용접 방법에 의해 형성된 강판들 (10) 과 유사한 2 개의 강판을 준비하였다. 그리하여 형성된 너겟의 직경은, 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 과 유사하였다.

제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법으로 접합된 2 개의 강판들 (10) (이하, "본원의 샘플 강판들" 이라고 함) 과 종래의 스팟 용접 방법으로 접합된 2 개의 강판들 (이하, "비교 샘플 강판들" 이라고 함) 은, 정적 전단 강도를 얻기 위해 전단 방향으로 가해진 인장 하중 및 정적 박리 강도를 얻기 위해 박리 방향으로 가해진 인장 하중을 받았고, 인장 강도들의 측정을 실시하였다.

제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 효과를 확인하기 위해서, 그리하여 실시된 확인 실험들의 결과들에 대해서는 도 12a 및 도 12b 를 참조하여 설명한다. 도 12a 및 도 12b 는, 세로축을 따라서 인장 하중 (kN) 을 나타내는 반면 가로축을 따라서 상대 이동 거리 (㎜) 를 나타냄으로써, 본원의 샘플 강판들과 비교 샘플 강판들에 대한 2 개의 강판들의 인장 하중과 상대 이동 거리 (이동 스트로크) 간의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 12a 는 정적 전단 강도가 얻어질 때 인장 하중과 상대 이동 거리 간의 관계를 나타낸 그래프인 반면, 도 12b 는 정적 박리 강도가 얻어질 때 인장 하중과 상대 이동 거리 간의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 12a 에 도시된 바와 같이, 정적 전단 강도를 얻기 위해 본원의 샘플 강판들에 가해진 인장 하중 및 비교 샘플 강판들에 가해진 인장 하중은, 전체 이동 거리 (이동 스트로크) 의 범위에 있어서 실질적으로 동일함을 확인하였다. 도 12b 에 도시된 바와 같이, 정적 박리 강도를 얻기 위해 본원의 샘플 강판에 가해진 인장 하중 및 비교 샘플 강판에 가해진 인장 하중은, 초기 단계의 이동 거리 (이동 스트로크) 의 범위 (이동 거리가 작은 범위) 에 있어서 실질적으로 동일하였다. 하지만, 이동 거리 (이동 스트로크) 가 어떠한 값을 초과하면, 본원의 샘플 강판들에 가해진 인장 하중이 비교 샘플 강판에 가해진 인장 하중보다 더 커지게 되었다.

전술한 확인 실험들의 결과들에 기초하여, 제 2 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 종래의 스팟 용접 방법의 정적 강도 이상의 정적 강도를 제공함을 확인하였다.

(제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법)

본원의 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 대해서는 도 13 을 참조하여 설명한다. 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 서로 중첩된 다수의 강판들을 접합하는 레이저 용접 방법이다. 이 용접 방법은, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성된 선형의 용접부 (접합부) 보다 높은 박리 강도를 가진, 강판들 사이의 접합부를 제공하도록 개량되었다.

도 13a 에 도시된 바와 같이, 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부 (3A) 는, 예를 들어, 원형에 의해 규정된 가상의 폐곡선 (32A) 에 어떠한 피치로 배열된 다수의 너겟들 (31A) 로 형성된다. 각각의 너겟 (31A) 은, 전술한 주사식 형성 방법에 의해, 완전한 환형 형상이 아니라 준-환형 (quasi-annular) 형상으로 형성되지만 부분적으로 갭 (31a) 이 형성되어 있다. 너겟들 (31A) 은, 이들의 갭들 (31a) 이 폐곡선 (32A) 의 중심에 대향하도록 배열된다. 폐곡선 (32A) 의 직경은, 인접한 너겟 (31A) 이 서로 교차하도록 하는 크기로 결정된다.

대안으로, 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부 (3B) 는, 예를 들어, 도 13b 에 도시된 바와 같이 원형에 의해 규정된 가상의 폐곡선 (32B) 에 어떠한 피치로 배열된 다수의 너겟들의 군 (31B) 으로 형성될 수 있다. 각각의 너겟들의 군 (31B) 은, 작은 직경을 가진 원형 형상을 가진 다수의 너겟들 (31b) 로 형성된다. 이러한 너겟 (31b) 은 너겟들의 군 (31B) 을 형성하는 가상의 폐곡선 (32b) 에 어떠한 피치로 배열된다. 각각의 너겟들의 군 (31B) 에는 폐곡선 (32b) 으로부터 1 개 이상의 너겟들 (31b) (본 실시형태에서는 1 개의 너겟) 이 결핍되고 있는 결핍부 (31c) 가 형성된다. 너겟들의 군 (31B) 은 이들의 결핍부 (31c) 가 폐곡선 (32B) 의 중심에 대향하도록 배열된다. 폐곡선 (32B) 의 직경은, 인접한 너겟들의 군 (31B) (보다 구체적으로는, 너겟들의 군 (31B) 의 폐곡선 (32b)) 이 서로 교차하도록 결정된다.

발명자들은, 전술한 바와 같이 구성된 용접부 (3A) 또는 용접부 (3B) 에 대해, (1) 각각의 너겟 (31A) 또는 각각의 너겟들의 군 (31B) 의 직경 (d) 이 √t 이상 (d ≥ √t) 이어야 하는 것, (2) 폐곡선 (32A) 또는 폐곡선 (32B) 의 형상이 원형 또는 타원이어야 하는 것, (3) 인접한 너겟들 (31A) 또는 인접한 너겟들의 군 (31B) 의 중심축들 사이에 형성된 각도 (θ) 가 120 도 이하 (θ ≤ 120 도) 이어야 하는 것을 발견하였다. 이러한 발견에 기초하여, 발명자들은 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법을 완성하게 되었다. 상기 설명에 사용된 문자 "t" 는, 서로 중첩된 강판들 중 가장 얇은 강판의 두께를 나타낸다.

제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부 (3A) 또는 용접부 (3B) 에 있어서, 용접부의 단부들 (보다 구체적으로는, 너겟들 (31A) 의 갭들 (31a) 또는 너겟들의 군 (31B) 의 결핍부 (31c)) 이 폐곡선 (32A) 또는 폐곡선 (32B) 의 원주의 내부에 위치된다. 종래의 레이저 용접 방법에 의해 형성된 선형 용접부 (접합부) 에서, 예를 들어 양단부에 외력이 집중하기 쉬워, 가능하다면 박리를 유도하게 된다. 이러한 종래의 방법과는 다르게, 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은 안정적인 품질을 보장할 수 있다.

(제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법)

다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 대해서는 도 14a 내지 도 17b 를 참조하여 설명한다. 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 서로 중첩된 다수의 강판들을 접합하는 레이저 용접 방법이고 그리고 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부들 (접합부들) 의 방청 특성을 향상시키는 목적으로 개량되었다.

제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은 후술되는 순서에 따라서 실시된다. 먼저, 도 14a 에 도시된 바와 같이, 서로 중첩된 다수 (본 실시형태에서는 2 개) 의 강판들 (40) 에 대해, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해, 용접부 (4) 가 형성된다.

상기 용접부 (4) 는, 원형에 의해 규정된 가상의 폐곡선 (42) 에 어떠한 피치로 배열된 다수의 너겟들 (41) 로 형성된다. 도 14b 에 단면도로 도시된 바와 같이, 각각의 너겟 (41) 의 양단부면 (서로 접합되는 면들에 대향하는 강판들 (40) 의 표면과 동일한 측의 각각의 너겟의 일부; 이하에서 동일하게 적용) 은, 그 중앙부에서 약간 함몰된 보울 형상으로 형성된다. 강판들 (40) 이 이러한 형상을 가진 다수의 너겟들 (41) 로 형성된 용접부 (4) 를 가지면, 너겟들 (41) 의 함몰된 보울 형상부들에서 물 등이 모이기 쉽고, 그리하여 용접부 (4) 는 녹슬기 쉬운 상태가 된다.

다음으로, 도 15a 에 도시된 바와 같이, 폐곡선 (42) 의 내부측 (내주측) 의 폐곡선 (42) 을 따라서 형성된 내부 곡선 (42a) 및 폐곡선 (42) 의 외부측 (외주측) 의 폐곡선 (42) 을 따라서 형성된 외부 곡선 (42b) 에 의해 둘러싸이고 그리고 용접부 (4) 를 형성하는 모든 너겟들 (41) 을 포함하는 영역 (Z) 에 대해 용융 처리가 실시된다. 특히, 도 15b 에 단면도로 도시된 바와 같이, 상기 영역 (Z) (도 15b 의 2 점 쇄선에 의해 둘러싸인 영역) 내의 너겟들 (41) 의 단면들의 주위 영역에 대해 용융 처리가 실시된다. 내부 곡선 (42a) 및 외부 곡선 (42b) 은 모든 너겟들 (41) 과 접촉하게 된다.

도 16a 에 도시된 바와 같이, 상기 용융 처리가 완료되면, 모든 너겟들 (41) 은 영역 (Z) 의 저면에 위치된다. 즉, 도 16b 에 도시된 바와 같이, 상기 용융 처리에 의해 용융된, 너겟들 (41) 의 단부면들 주위의 영역은, 너겟들 (41) 의 단부면들의 함몰부들로 유입되어, 너겟들 (41) 의 양단부면이 영역 (Z) 의 저면과 동일한 평면상에 있게 된다. 그 결과, 전술한 대로 구성된 다수의 너겟들 (41) 로 형성된 용접부 (4) 에서 강판들 (40) 이 접합되더라도, 너겟들 (41) 의 보울 형상부에 모이는 물의 경향이 제거되고, 용접부 (4) 의 방청 특성이 향상될 수 있다.

영역 (Z) 에 대한 용융 처리를 실시함으로써, 용접부 (4) 에 가능하게 주어질 수 있는 강도에 대한 영향을 확인하기 위해서, 발명자들이 실시한 확인 실험들에 대해 설명한다.

발명자들은, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해, 용접부 (4) 의 폐곡선 (42) (도 16a 참조) 이 원형에 의해 각각 규정되고 그리고 4 ㎜, 6 ㎜, 8 ㎜ 의 직경 (D) 을 각각 가지도록 형성되는 3 개의 상이한 용접부 (4) 를 준비하였다. 이러한 모든 용접부들 (4) 은, 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 용융 처리를 받았다 (이하, "본원의 강도 시험 샘플들" 이라고 함). 또한, 발명자들은, 본원의 강도 시험 샘플들의 비교 대상으로서, 용융 처리를 실시하지 않고 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해, 용접부 (1) 의 폐곡선 (12) (도 1a 참조) 이 원형에 의해 각각 규정되고 또한 4 ㎜, 6 ㎜, 8 ㎜ 의 직경 (D) 을 각각 가지도록 형성된 3 개의 상이한 용접부들 (1) (이하, "강도 시험 비교 샘플" 이라고 함) 을 준비하였다. 용접부 (4) 를 형성하는 너겟들 (41) 의 개수 또는 용접부 (1) 를 형성하는 너겟들 (11) 의 개수는 둘 다 6 개 이었다.

이러한 본원의 강도 시험 샘플들 및 강도 시험 비교 샘플들의 전단 강도 및 박리 강도를 측정하고 비교하였다.

전술한 바와 같이 실시된 확인 실험의 결과들에 대해서는 도 17 을 참조하여 설명한다. 도 17a 는, 세로축을 따라서 전단 강도 (kN) 를 나타내는 반면 가로축을 따라서 본원의 강도 시험 샘플들 및 강도 시험 비교 샘플들의 폐곡선 (12, 42) 의 직경들 (D) 을 나타냄으로써, 본원의 강도 시험 샘플들 및 강도 시험 비교 샘플들의 전단 강도를 나타낸 그래프이다. 도 17b 는, 세로축을 따라서 박리 강도 (kN) 를 나타내는 반면 가로축을 따라서 본원의 강도 시험 샘플들 및 강도 시험 비교 샘플들의 폐곡선들 (12, 42) 의 직경들 (D) 을 나타냄으로써, 본원의 강도 시험 샘플들 및 강도 시험 비교 샘플들의 박리 강도를 나타낸 그래프이다.

도 17a 및 도 17b 에 도시된 바와 같이, 폐곡선 (12, 42) 의 직경 (D) (6 ㎜, 8 ㎜ 또는 10 ㎜) 과는 무관하게 그리고 샘플에 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법의 용융 처리를 가하는 것과 그렇지 않은 것에 무관하게, 용접부 (1) 및 용접부 (4) 는 서로 실질적으로 유사한 전단 강도 및 박리 강도를 나타냄을 확인하였다.

전술한 확인 실험들의 결과들에 기초하여, 제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태 중 어느 것에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부들 (접합부들) 에 대해, 강도 저하를 동반하지 않고, 방청 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

전술한 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태 중 어느 것에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부는 전술한 바와 같이 다양한 다른 패턴들도 될 수 있다.

특히, 도 18a 에 도시된 바와 같이, 원형에 의해 규정된 가상의 폐곡선 (112) 에 어떠한 피치로 배열되는 다수의 너겟들 (111) 로 용접부 (101) 가 형성되면, 폐곡선 (112) 의 내부에 1 개 이상의 너겟 (111) 을 추가함으로써 용접부 (101) 로 변형될 수가 있다. 더욱이, 도 18b 에 도시된 바와 같이, 원형에 의해 규정된 가상의 폐곡선 (212) 에 어떠한 피치로 배열된 다수의 너겟들 (211) 로 용접부 (201) 가 형성되면, 너겟들 (211) 의 일부가 공통으로 사용되면서 용접부 (201) 로서 동일한 배열을 각각 가지는 다수의 용접부 (201) 를 조합함으로써 용접부 (201A) 로 변형될 수 있다.

(제 ５ 실시형태에 따른 레이저 용접 방법)

본원의 제 5 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 대해서는 도 10, 도 19 및 도 20 을 참조하여 설명한다. 제５ 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 서로 중첩된 다수의 강판들을 접합하는 레이저 용접 방법이고 그리고 강판들 사이의 접합부가 전단 강도를 상당히 변화시키지 않으면서 박리 강도만을 변화시키도록 하는 배향을 가지도록 개량되었다.

발명자들은, 제 ５ 실시형태에 따른 레이저 용접 방법을 연구할 시, 제 ４ 검증 실험들의 전술한 결과들에 대해 주목하였다.

제 ４ 검증 실험들의 결과들에 대해 설명한다. 도 10a 에 도시된 바와 같이, 너겟 (11) (도 1 참조) 개수가 3 개이면, 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 따라서 전단 강도가 크게 변하지 않는다. 한편으로는, 도 10b 에 도시된 바와 같이, 너겟들 (11) 의 개수가 3 개이면, 너겟들의 군 (11A) 의 배향에 따라서 박리 강도가 크게 변한다. 보다 구체적으로는, 너겟들 (11) 의 개수가 3 개이면, 1 개의 너겟 (11) 및 그 후의 2 개의 너겟들 (11) 이 외력 방향을 따라서 순차적으로 배열될 때 (즉, 1 개의 너겟 (11) 이 처음 위치에서 외력을 받음) 에는, 2 개의 너겟 (11) 및 그 후의 1 개의 너겟 (11) 이 외력 방향을 따라서 순차적으로 배열될 때 (즉, 2 개의 너겟들 (11) 이 처음 위치에서 외력을 받음) 보다 박리 강도가 더 높아진다.

제 ４ 검증 실험들의 결과들에 기초하여, 발명자들은, 너겟들 (11) 의 개수를 3 개로 한정함으로써, 전단 강도를 상당히 변화시키지 않고, 박리 강도만을 변화시키도록 하는 배향으로 너겟들의 군 (11A) 을 배열할 수 있음을 발견하였다. 그리하여, 도 19 에 도시된 바와 같이, 제 ５ 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성된 용접부 (5) 는, 예를 들어 원형에 의해 규정된 가상의 폐곡선 (52) 에 피치들 (p, P) 로 배열된 3 개의 너겟들 (51) 로 형성된다.

발명자들은, 다양한 연구 및 실험들을 추가로 실시하였고, 그리고 이러한 결과들에 기초하여, 다수의 너겟들 (51) 로 형성된 용접부 (5) 에 대해, (1) 각각의 너겟 (51) 의 직경 (d) 이 √t 이상 3√t 이하 (√t ≤ d ≤ 3√t) 이어야 하는 것, (2) 인접한 너겟들 (51) 사이의 피치 (p) 가 1.5d 이상 5d 이하 (1.5d ≤ p ≤5d) 인 반면, 피치 (P) 가 0.5p 이상 2p 이하 (0.5p ≤ P ≤ 2p) 이어야 하는 것, (3) 너겟들 (51) 의 개수가 3 개이어야 하는 것을 발견하였다. 이러한 발견에 기초하여, 발명자들은 제 5 실시형태에 따른 레이저 용접 방법을 완성하게 되었다. 상기 설명에 사용된 문자 "t" 는, 서로 중첩된 다수의 강판들 (10) 중 가장 얇은 강판 (10) 의 두께를 나타낸다. 폐곡선 (12) 의 직경 (D) 은, 3√t 이상 10√t 이하 (3√t ≤ D ≤ 10√t) 로 설정된다.

전술한 바와 같이, 제 ５ 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 가장 적게는 3 개의 너겟들 (51) 로 형성된 용접부 (5) 의 배향을 변경하는 것만으로, 이 용접부 (5) 의 전단 강도를 변화시키지 않으면서, 이 용접부 (5) 의 박리 강도를 변화시킬 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 20a 에 도시된 바와 같이, 방향이 미리 정해진 외력 (F) 을 받는 구조체 (55) 에 본원의 레이저 용접 방법이 적용되면, 외력 (F1) 방향에 기초하여 용접부 (5) 의 배향을 특정함으로써, 용접부 (5) 의 개수가 억제될 수 있고, 그리하여 용접부 (5) 를 형성하는 너겟들 (51) 의 개수도 억제될 수 있어서, 경제적인 이득을 제공할 수 있다. 더욱이, 도 20b 에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 외력 (F2) 방향을 따라서 2 개의 너겟들 (51) 및 그 후에 1 개의 너겟 (51) 이 순차적으로 배열됨으로써 형성되는 용접부 (5) 에 1 개 이상의 너겟 (51) 이 추가될 수 있다. 대안으로, 외력 (F3) 방향을 따라서 2 개의 너겟들 (51) 및 그 후에 1 개의 너겟 (51) 을 순차적으로 배열함으로써 형성되는 용접부 (5A) 는, 2 개의 너겟들 (51) 중 하나를 공통으로 사용하면서 외력 (F3) 의 방향을 따라서 2 개의 너겟들 (51) 및 그 후에 1 개의 너겟 (51) 을 순차적으로 배열함으로써 형성되는 용접부 (5B) 와 조합될 수 있다. 이러한 방식으로, 용접부 (5, 5A, 5B) 의 박리 강도를 용이하게 향상시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법은, 서로 중첩된 다수의 강판들 (10) 을 접합하는 레이저 용접 방법이고, 그리고 강판들 (10) 사이의 접합부에 형성되는 용접부 (1) 는 가상의 폐곡선 (12) 을 따라서 배열된 다수의 너겟들 (11) 로 형성된다. 최외부 강판들 (10) 중 더 얇은 강판 (10) 의 두께를 t 로 나타내면, 각각의 너겟 (11) 의 직경 (d) 은 3√t 이하 (d ≤ 3√t) 이고, 인접한 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 는 2d 이상 5d 이하 (2d ≤ p ≤ 5d) 이며, 너겟들 (11) 의 개수는 3개 이상이다.

제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 접합된 다수의 강판들 (10) 을 가진 용접 구조체에서, 강판들 (10) 사이의 접합부에 형성되는 용접부 (1) 는, 가상의 폐곡선 (12) 을 따라 배열된 다수의 너겟들 (11) 로 형성되고, 최외부 강판들 (10) 중 더 얇은 강판 (10) 의 두께를 t 로 나타내면, 각각의 너겟 (11) 의 직경 (d) 은 3√t 이하 (d ≤ 3√t) 이고, 인접한 너겟들 (11) 사이의 피치 (p) 는 2 d 이상 5d 이하 (2d ≤ p ≤ 5d) 이며, 너겟들 (11) 의 개수는 3 개 이상이다.

전술한 바와 같이 구성되는, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법 및 용접 구조체는, 가상의 폐곡선 (12) 에 일정한 피치 (p) 로 배열된 다수의 너겟들 (12, 12, ...) 로 형성되는 용접부 (1) 를 형성할 수 있고, 그리하여 용접부 (1) 는, 종래의 레이저 용접 방법에 의해 폐곡선 (12) 의 직경과 유사한 직경을 가진 원주 또는 원형 형상을 가지도록 형성된 용접부와 유사하거나 또는 더 높은 강도 특성들을 지속적으로 가진다.

"강도 특성들" 은 주로 정적 강도와 동적 (충격) 강도에 근거하여 평가되었다. 정적 강도에 대해서, 도 6 에 도시되고 그리고 발명자들에 의해 실시된 확인 실험의 결과들에 의해 입증하였고, 동적 (충격) 강도에 대해서, 도 7 내지 도 9 에 도시되고 그리고 발명자들에 의해 실시된 확인 실험의 결과들에 의해, 제 1 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 형성되는 용접부 (1) 가 이 용접부 (1) 의 폐곡선 (12) 의 직경과 유사한 직경을 가진 원주 또는 원형 형상의 용접부와 유사하거나 그 이상의 강도 특성을 항상 갖는 것을 입증하였다.

제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 있어서, 폐곡선 (42) 의 내부측 및 외부측에서 각각 폐곡선 (42) 을 따라 형성되는 가상의 내부 곡선 (42a) 및 외부 곡선 (42b) 에 의해 둘러싸이고 그리고 용접부 (4) 를 형성하는 모든 너겟들 (41) 을 포함하는 영역 (Z) 에 대해 용융 처리를 실시한다.

제 4 실시형태에 따른 레이저 용접 방법에 의해 접합된 다수의 강판들 (40) 을 구비하는 용접 구조체에 있어서, 폐곡선 (42) 의 내부측 및 외부측에서 각각 폐곡선 (42) 을 따라서 형성된 가상의 내부 곡선 (42a) 및 외부 곡선 (42b) 에 의해 둘러싸이고 그리고 용접부 (4) 를 형성하는 모든 너겟들 (41) 을 포함하는 영역 (Z) 에 대해 용융 처리를 실시한다.

전술한 바와 같은 구성은, 물 또는 다른 유체가 너겟들 (41) 의 보울 형상의 리세스들내에 정체하지 못하도록 하고 그리고 용접부 (4) 의 방청 특성을 향상시킬 수 있도록 한다.

Claims

레이저 용접에 의해 강판들 중 적어도 다른 하나의 강판에 각각 접합되는 다수의 강판들 (10) 을 포함하는 용접 구조체로서,
상기 다수의 강판들은 용접부 (1) 를 포함하고,
상기 용접부는 상기 강판을 상기 다른 강판에 접합시키는 접합부에 형성되며,
상기 용접부는 다수의 너겟들 (11; nuggets) 로 형성되고,
상기 다수의 너겟들은 가상의 폐곡선 (12) 을 따라서 배열되며,
상기 너겟들의 개수는 3 개 이상이고,
다수의 너겟은 각각 레이저 빔을 주사함으로써 형성되고,
상기 용접부를 형성하는 모든 상기 너겟들을 포함하는 영역 (Z) 은 용융 처리되고,
상기 영역은, 상기 가상의 폐곡선의 내부측에서 상기 가상의 폐곡선을 따라서 형성된 가상의 내부 곡선에 의해 그리고 상기 가상의 폐곡선의 외부측에서 상기 가상의 폐곡선을 따라서 형성된 가상의 외부 곡선에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는, 용접 구조체.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 강판들은 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는, 용접 구조체.
서로 중첩된 다수의 강판들 (10) 을 접합하는 레이저 용접 방법으로서,
상기 다수의 강판들 각각을 적어도 다른 하나의 강판에 접합시키는 접합부에 용접부 (1) 를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 용접부는 다수의 너겟들 (11) 로 형성되고,
상기 다수의 너겟들은 가상의 폐곡선 (12) 을 따라서 배열되고,
상기 너겟들의 개수는 3 개 이상이고,
다수의 너겟은 각각 레이저 빔을 주사함으로써 형성되고,
상기 방법은,
상기 가상의 폐곡선의 내부측에서 상기 가상의 폐곡선을 따라서 형성된 가상의 내부 곡선에 의해 그리고 상기 가상의 폐곡선의 외부측에서 상기 가상의 폐곡선을 따라서 형성된 가상의 외부 곡선에 의해 둘러싸이고 그리고 상기 용접부를 형성하는 모든 상기 너겟들을 구비하는 영역 (Z) 을 용융 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 용접 방법.
삭제