KR101850298B1 - 도금강판의 레이저 용접 방법 - Google Patents

도금강판의 레이저 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 도금강판의 레이저 용접 방법은 용접위치에 강판의 용융점보다 높은 온도로 레이저를 조사하여 적어도 하나 이상의 도금강판이 관통되도록 용융시키는 제1용융단계, 강판의 용융점보다 낮고 이종소재의 용융점보다 높은 온도로 레이저를 용접위치에 조사하여 이종소재를 증발시켜 블로우홀을 제거하는 블로우홀제거단계 및 강판의 용융점보다 높은 온도로 레이저를 용접위치에 조사하여 용접을 완료하는 제2용융단계를 포함하고, 제1용융단계, 블로우홀제거단계 및 제2용융단계는 연속적으로 수행된다.

Description

도금강판의 레이저 용접 방법{LASER BEAM WELDING METHOD FOR GALVANIZED SHEET IRON}
본 발명은 도금강판을 레이저 용접하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 용접이 수행된 용착부에 기체로 인해 형성되는 블로우홀(blowhole)을 최소화 하는 레이저 용접 방법에 관한 것이다.
일반적으로 양면에 얇은 막으로 이종소재가 도금되어 있는 강판으로서 도금강판이 다양한 산업분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 도금강판을 접합시키기 위해 용접을 수행함에 있어, 용접을 위해 겹쳐져 배치되는 도금강판을 용융시키는 방법이 수행되며, 표면에 도금처리 되어 있는 이종소재와 강판의 용융점이 상이함에 따라 용착부에 이종소재가 증발되어 형성되는 기포가 잔존하여 블로우홀이 발생 된다는 단점을 지니고 있었다.
블로우홀은 용착부 내측에 형성되는 빈공간으로서 용접부위의 강성을 저하시키며 이에따라 용접품질을 떨어트리는 결과를 갖게 한다.
특히, 자동차의 부품으로서 강판의 양면이 아연으로 도금된 아연도금강판의 경우 차량의 강성을 유지하면서도 부식등의 변형을 방지하기 위한 목적 등으로 사용되고 있으며, 이러한 아연도금강판은 레이저 용접장치로 용접부위를 최소화 하면서 견고하게 결합되도록 가공되고 있다.
하지만, 레이저를 통해 용접이 수행되기 위해서는 강판이 용융될 수 있을 정도의 충분한 열량이 입열되어야 하고 이 과정에서 상대적으로 용융점이 낮은 아연도금층은 증발이 된다.
이 과정에서 아연도금층이 증발할 수 있는 충분한 시간을 들여 용접을 수행하기에는 용착부의 깊이가 설계보다 깊어지는 결과를 초래할 수가 있었고, 필연적으로 미처 증발되지 못한 아연증기로 인해 발생되는 기포가 용착부의 내측에 블로우홀로 존재하게 되는 문제점이 있었다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 이종소재로 양면이 도금된 강판을 덧놓아 용접으로 접합함에 있어서 기포로 인해 발생될 수 있는 용착부의 블로우홀을 최소화 하여 용접품질을 높이고 상대적으로 견고한 용착부의 품질을 얻을 수 있도록 한 레이저 용접 방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도금강판의 레이저 용접 방법은 용접위치에 강판의 용융점보다 높은 온도로 레이저를 조사하여 적어도 하나 이상의 도금강판이 관통되도록 용융시키는 제1용융단계, 강판의 용융점보다 낮고 이종소재의 용융점보다 높은 온도로 레이저를 용접위치에 조사하여 이종소재를 증발시켜 블로우홀을 제거하는 블로우홀제거단계 및 강판의 용융점보다 높은 온도로 레이저를 용접위치에 조사하여 용접을 완료하는 제2용융단계를 포함하고, 제1용융단계, 블로우홀제거단계 및 제2용융단계는 연속적으로 수행된다.
그리고, 용접위치는 도금강판의 일면에 위치한 제1위치 및 제2위치를 잇도록 형성된다.
또는, 레이저는 제1용융단계에서 제1위치로부터 제2위치로 이동하며 조사되고, 블로우홀제거단계에서 제2위치로부터 제1위치로 이동하며 조사되며, 제2용융단계에서 제1위치로부터 제2위치로 이동하며 조사된다.
그리고, 레이저는 제1용융단계 및 제2용융단계에서 이동되는 속도가 블로우홀제거단계에서 이동되는 속도보다 느리게 설정된다.
또는, 레이저는 제1용융단계 및 제2용융단계에서 용접위치에 조사되는 광량이 블로우홀제거단계에서 용접위치에 조사되는 광량보다 크게 설정된다.
그리고, 용접위치는 복수 개가 일정한 간격을 지니며 일렬로 배치되고, 레이저의 출력이 정지된 채로 레이저가 용접위치 사이를 이동되는 이동단계를 포함하고, 제1용융단계, 블로우홀제거단계, 제2용융단계 및 이동단계가 순차적으로 수행된다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 도금강판의 레이저 용접 방법은 강판의 양면에 도금되어 있는 이종소재가 용접 수행시 증발될 수 있는 충분한 시간을 확보하여 용착부에 발생될 수 있는 블로우홀을 감소시키는 효과가 있고, 이로인해 용접부의 용접품질을 향상시킬 수 있을뿐만 아니라, 스티치 용접(stitch welding)과 같은 반복적인 용접작업의 수행시 용접에 사용되는 레이저 출력장치의 이동경로를 간략하게 하여 공정의 수행속도 또한 단축 시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법으로 레이저 용접이 수행되는 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법의 제1용융단계 및 블로우홀제거단계에서의 용착부를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법의 제2용융단계를 거쳐 용접이 완료된 용착부를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법에서 시간에 따른 레이저의 조사위치 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 도금강판의 레이저 용접방법은 하기 되는 것과 같이 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접 방법은 강판(110)의 양면이 이종소재(120)로 도금되어 있는 도금강판(100)을 덧놓아 접합하는 용접 방법으로서, 용접위치(130)에 강판(110)의 용융점보다 높은 온도로 레이저(210)를 조사하여 적어도 하나 이상의 도금강판(100)이 관통되도록 용융시키는 제1용융단계(S10)인 제 1)단계, 강판(110)의 용융점보다 낮고 이종소재(120)의 용융점보다 높은 온도로 레이저(210)를 용접위치(130)에 조사하여 이종소재(120)를 증발시켜 블로우홀(150)을 제거하는 블로우홀제거단계(S20)인 제 2)단계, 강판(110)의 용융점보다 높은 온도로 레이저(210)를 용접위치(130)에 조사하여 용접을 완료하는 제2용융단계(S30)인 제 3)단계를 포함하고, 제 1)단계 내지 제 3)단계는 연속적으로 수행된다.
아래에서는 상기된 각각의 단계를 구체적으로 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법으로 레이저 용접이 수행되는 상태를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법의 제1용융단계 및 블로우홀제거단계에서의 용착부를 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법의 제2용융단계를 거쳐 용접이 완료된 용착부를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접 방법은 양면이 이종소재(120)로 도금되어 도금층이 형성되어 있는 강판(110)을 덧대어 결합하는 용접에서 구현될 수 있으며, 일정한 간격을 두고 점용접이 반복 수행되는 스티치 용접에 적용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서 도금강판(100)은 강판(110)의 양면이 아연(zinc)으로 도금된 도금층이 형성되는 아연도금강판으로 구현될 수 있다.
도금강판(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 강판(100)의 양면이 이종소재(120)인 아연으로 도금층이 형성되어 있고, 이러한 도금강판(100)을 덧대거나 겹치도록 하여 용접을 수행하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 레이저출력장치(200)를 통하여 조사되는 레이저(210)를 통해 모재의 용융이 수행된다.
제 1)단계로서 제1용융단계(s10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1위치(132)의 상부에 레이저출력장치(200)가 위치하여 레이저(210)를 제1위치(132)로 조사하고, 레이저출력장치(200)가 제2위치(134)로 일정한 속도로 이동하며 레이저(210)를 동일한 광량으로 조사하게 된다.
상세하게는, 일정한 광량 및 일정한 속도로 레이저(210)가 제1위치(132)로부터 제2위치(134)까지의 경로를 이동하며 조사하게 되는 것으로, 레이저(210)를 통해 용접위치(130)로 입열되는 입열온도는 강판(110)의 용융점보다 높게 설정된다.
제 2)단계로서 블로우홀제거단계(S20)는 제 1)단계의 이동경로와 반대로 레이저(210)가 조사되고, 제2위치(134)로부터 제1위치(132)로 일정한 광량 및 일정한 속도로 이동하며 조사하게 되며, 레이저(210)를 통하여 용접위치(130)에 입열되는 입열온도는 강판(110)의 용융점보다 낮고 이종소재(120) 본 발명의 일 실시예에서는 아연의 용융점보다 높게 설정된다.
제 3)단계로서 제2용융단계(S30)는 제 1)단계에서와 레이저(210)가 이동하며 조사하는 경로가 동일하게 수행되며, 제1위치(132)로부터 제2위치(134)로 레이저(210)가 이동하며 조사하되, 일정한 광량 및 일정한 속도로 레이저(210)가 이동된다.
또한, 레이저(210)를 통하여 용접위치(130)로 입열되는 입열온도는 강판(110)의 용융점보다 높게 설정된다.
상술한 제 1)단계, 제 2)단계 및 제 3)단계는 레이저출력장치(200)를 통해 조사되는 레이저(210)가 한번의 출력을 통해 연속적으로 수행되며, 레이저출력장치(200)가 상술하였던 제1위치(132) 및 제2위치(134)간을 이동하며 레이저(210)를 모재의 상부에서 수직하게 조사함으로 수행될 수 있고, 이는 예시적인 것으로서 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양한 방법으로 구현될 수 있다.
제 1)단계 내지 제 3)단계를 통하여 점용접(spot welding)이 수행되는 것으로 제 1)단계에서는 도 3을 참조하여 d의 깊이 만큼 모재의 용융이 발생되도록 레이저(210)의 광량 및 이동속도가 설정된다.
또한, 제 1)단계 내지 제 3)단계를 수행함에 있어 용접위치(130)가 용융된 상태를 유지하여야 하며, 제 1)단계 내지 제 3)단계를 수행중 용접위치(130)의 일부가 용착되지 않고 용융상태를 유지 할 수 있도록 제1위치(132) 및 제2위치(134)의 간격을 설정한다.
d는 도 3에서와 같이 두 개의 도금강판(100)이 겹쳐져 용접될 경우 용접강판(100)하나의 두께 및 도금강판(100)의 한쪽면에 형성되는 도금층의 두께를 더한 값으로 결정되며, 온전히 하나의 도금강판(100)을 관통할 수 있을 정도의 두께로 설정될 수 있다.
제 2)단계에서는 모재가 d의 깊이만큼 용융된 상태를 유지하며 이종소재(120)가 기화되어 용착부(140)에서 배출될 수 있도록 레이저(210)의 광량 및 이동속도가 설정된다.
제 3)단계에서는 도 4에 도시된 바와 같이 D의 깊이만큼 용융이 되도록 레이저(210)의 광량 및 이동속도가 설정되고 제 3)단계를 통하여 도금강판(100)의 접합이 완료되는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에서는 두 개의 도금강판(100)을 겹쳐 접합하는 용접을 예시하고 있으나, 세 개 이상의 도금강판(100) 또는 다수 개의 도금강판(100)이 다양한 형태로 결합되도록 본 발명을 적용할 수 있을 것이며, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 용접위치(130)는 'C'자형, 'L'자형, 'S'자형, 'N'자형등의 다양한 경로를 지니도록 구현될 수 있다.
점용접을 다수 회에 걸쳐 일정한 간격을 두고 수행하게 되는 스티치 용접의 경우 상술하였던 제 1)단계 내지 제 3)단계에 레이저(210)의 출력이 정지된 채로 레이저(210)가 용접위치(130)와 용접위치(130)의 사이를 이동하는 이동단계(S40)인 제 4)단계를 더 포함할 수 있다.
다수 개의 용접위치(130)가 모재에 결정되고, 각각의 용접위치(130)는 용접이 시작되는 제1위치(132)와 용접이 완료되는 제2위치(134)로 나누어 질 수 있다.
이동단계(S40)에서는 하나의 용접위치(130)에서 상술하였던 제 1) 내지 제 3)단계를 수행하여 점용접을 완료한 후 레이저출력장치(200)를 통한 레이저(210)의 출력이 정지되고, 레이저출력장치(200)가 다음 용접 대상이 되는 용접위치(130)로 이동하는 단계이다.
제 1)단계로부터 제 2)단계, 제 3)단계 및 제 4)단계를 반복수행함으로 스티치용접이 수행되며, 모재인 도금강판(100)의 접합이 완료될 수 있다.
이때, 제 1)단계 내지 제 3)단계에서 레이저(210)를 통하여 모재인 도금강판(100)에 입열되는 입열온도는 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조사되는 레이저(210)의 광량을 조절함으로 설정될 수 있다.
또는, 레이저출력장치(200)를 통하여 조사되는 레이저(210)가 제1위치(132) 및 제2위치(134)의 사이를 이동하는 속도를 조절하여 설정될 수도 있다.
이는 높은 입열량을 위하여 높은 광량으로 레이저(210)를 조사한다거나, 높은 입열량을 위해 레이저(210)의 이동속도를 낮추어 전달되는 열에너지의 양을 증가시키는 등의 방법으로 구현될 수 있다.
상기와 같은 단계에 근거하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접 방법의 작용을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법에서 시간에 따른 레이저의 조사위치 변화를 나타낸 그래프이다.
레이저출력장치(200)를 통하여 조사되는 레이저(210)의 이동변위를 시간에 따라 도식화하여 보면 도 5에 도시된 바와 같은 그래프로 나타낼 수 있으며, 레이저출력장치(200)를 통하여 출력되는 레이저(210)가 연속적으로 제1위치(132) 및 제2위치(134)간을 왕복함으로 하나의 점용접이 수행될 수 있다.
이는 제 1)단계를 통하여 모재인 도금강팡(100)의 용융되는 부분에 포함된 이종소재(120)를 모두 용융시키게 되며, 제 2)단계를 통하여 용착부(140)의 용융된 상태를 유지하며 강판(110)의 용융점보다 낮은 온도로 레이저(210)를 조사함으로 용착부(140)의 내측에 잔존하고 있는 이종소재(120)의 기화된 기체가 외부로 배출되는 시간을 확보할 수 있게 된다.
제 1)단계 및 제 2)단계를 거치며 용착부(140)에는 블로우홀(150)의 원인이 되는 이종소재(120)의 증기를 외부로 배출시킨 후, 제 3)단계를 수행하여 용접을 완료하게 된다.
이는 레이저출력장치(200)를 통한 레이저(210)의 출력을 1회 수행하는 동안 레이저 출력장치(200)로부터 출력되는 레이저(210)가 제1위치(132) 및 제2위치(134)간을 왕복하며 블로우홀(150)의 발생을 감소함과 함께 용접을 완료할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 도금강판 110: 강판
120: 이종소재 130: 용접위치
132: 제1위치 134: 제2위치
140: 용착부 150: 블로우홀
200: 레이저출력부 210: 레이저

Claims (6)

  1. 강판의 양면이 이종소재로 도금된 복수 개의 도금강판을 용접하는 방법으로서,
    1) 용접위치에 강판의 용융점보다 높은 온도로 레이저를 조사하여 적어도 하나 이상의 상기 도금강판이 관통되도록 용융시키는 제1용융단계;
    2) 상기 강판의 용융점보다 낮고 상기 이종소재의 용융점보다 높은 온도로 상기 레이저를 상기 용접위치에 조사하여 상기 이종소재를 증발시켜 블로우홀을 제거하는 블로우홀제거단계;
    3) 상기 강판의 용융점보다 높은 온도로 상기 레이저를 상기 용접위치에 조사하여 용접을 완료하는 제2용융단계; 및
    4) 상기 용접위치는 복수 개가 일정한 간격을 지니며 일렬로 배치되고, 상기 레이저의 출력이 정지된 채로 상기 레이저가 상기 용접위치 사이를 이동되는 이동단계;를 포함하되,
    상기 용접위치는 상기 도금강판의 일면에 위치한 제1위치 및 제2위치를 잇도록 형성되며,
    상기 레이저는 상기 제 1)단계에서 상기 제1위치로부터 상기 제2위치로 이동하며 조사되고, 상기 제 2)단계에서 상기 제2위치로부터 상기 제1위치로 이동하며 조사되며, 상기 제 3)단계에서 상기 제1위치로부터 상기 제2위치로 이동하며 조사되며, 상기 제 1)단계 및 상기 제 3)단계에서 이동되는 상기 레이저의 속도가 상기 제 2)단계에서 이동되는 속도보다 느리고,
    상기 제 1) 단계, 상기 제 2) 단계, 상기 제 3) 단계 및 상기 제 4) 단계가 순차적으로 반복 수행되며 상기 도금강판에 스티치 용접하되, 상기 제 1) 단계 내지 상기 제 3) 단계는 1회의 상기 레이저 출력에 의해 연속적으로 수행되는 도금강판의 레이저 용접방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저는,
    상기 제 1)단계 및 상기 제 3)단계에서 상기 용접위치에 조사되는 광량이 상기 제 2)단계에서 상기 용접위치에 조사되는 광량보다 큰 도금강판의 레이저 용접방법.


  6. 삭제
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