KR102021481B1 - 알루미늄 레이저 용접 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

알루미늄 레이저 용접 장치 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 열원만을 이용하여 복수의 알루미늄 합금을 용접하는 알루미늄 레이저 용접 장치는, 로봇의 아암 선단에 설치되는 레이저 헤드, 상기 레이저 헤드에 레이저 광원을 공급하는 레이저 발진기 및 상기 로봇의 자세제어를 통해 상기 레이저 헤드가 이동하면서 레이저빔을 조사하도록 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 하판의 일면에 상기 레이저빔을 조사하여 볼록한 오버필 비드부를 형성하는 전처리 공정의 수행 후 상기 오버필 비드부 위에 겹쳐진 상판의 이음부에 상기 레이저빔을 조사하는 본 용접 공정을 수행한다.

Description

알루미늄 레이저 용접 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR LASER WELDING OF ALUMINUM}

본 발명은 알루미늄 레이저 용접 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 열원만을 이용하여 두 장의 알루미늄 합금을 신뢰성 있게 용접할 수 있는 알루미늄 레이저 용접 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 연비와 환경문제에 대응하여 차체를 경량화하기 위한 소재로 고강도강(High Strength Steel)과 알루미늄 합금의 사용이 증가하고 있다. 이 중에서도 알루미늄 합금은 비강도가 우수하고 내 식성이 우수한 특성을 가지고 있어 자동차에서의 사용량이 점차 증가하고 있는 추세에 있다.

통상 차체 제작을 위해 두 장의 스틸 강판을 상호 겹치기 접합하는 경우 스폿 용접기를 이용한 전기저항 용접이나 레이저빔을 이용한 레이저 용접 방식이 주로 적용되지만, 알루미늄 합금의 경우에는 스틸 대비 용접이 난해하여 작업이 어려움 문제가 있다.

예를 들어, 저항 용접의 경우 알루미늄은 높은 열전도율로 인해 스틸대비 고전류 긴 통전시간 등의 과도한 용접조건이 요구되어 장치 내구성이 열화 되고, 알루미늄 산화물의 전극 고착으로 인해 연속타점 저하 및 전극 소모가 심해 적용상의 어려움이 있다. 또한, 스폿 용접기의 용접 부위에 넓은 좌면이 요구되어 제품을 디자인하는데 한계가 있는 단점이 있다.

이로 인해 최근에는 고밀도에너지를 이용하는 레이저 용접에 대한 관심이 높아지고 있으나 단순 레이저 열원만을 사용하여 알루미늄 합금을 용접하는 경우, 특히 마그네슘(Mg)을 포함한 5000, 6000계열에서는 균열과 내부 기공과 같은 용접결함을 제어하기 어려운 문제가 있다.

한편, 종래에 보편적으로 사용되며 검증된 알루미늄 합금의 레이저 용접방법으로는 필러 와이어를 공급하면서 모재와 동시에 용접하는 방식이 존재한다. 여기서 상기 와이어는 단순 레이저 열원만 사용했을 때 발생되는 균열, 기공 및 마그네슘 원소의 선택적 증발로 인한 용접강도 저하를 보완하는 역할을 한다.

그러나, 종래의 와이어를 사용한 레이저 용접 방식은 지속적으로 와이어를 공급해야 하고 헬륨(He)과 같은 고가의 보호가스를 소모해야 하는 문제가 있다. 또한 상기 와이어의 공급으로 인한 광범위한 용접변수와 간섭으로 인해 적용 범위가 제한적이라 단점이 있고 레이저빔과 와이어 간의 정렬을 위해 기구가 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 소재적인 측면에서는 알루미늄 소재에 별도의 Al-Si층을 클래딩하여 용접성과 융융지의 거동을 개선한 사례가 있으나 일반적인 소재가 아닌 고가의 소재를 추가해야 하는 점과 이로 인한 수급 및 추가 비용이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 보다 알루미늄 합금에 적합하고 신뢰성 있는 용접 방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 종래의 와이어 공급이나 접합을 위한 클래딩 소재의 추가 없이 레이저 열원만을 이용하여 복수의 알루미늄 합금을 신뢰성 있게 용접할 수 있는 알루미늄 레이저 용접 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 열원만을 이용하여 복수의 알루미늄 합금을 용접하는 알루미늄 레이저 용접 장치는, 로봇의 아암 선단에 설치되는 레이저 헤드; 상기 레이저 헤드에 레이저 광원을 공급하는 레이저 발진기; 및 상기 로봇의 자세제어를 통해 상기 레이저 헤드가 이동하면서 레이저빔을 조사하도록 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 하판의 일면에 상기 레이저빔을 조사하여 볼록한 오버필 비드부를 형성하는 전처리 공정의 수행 후 상기 오버필 비드부 위에 겹쳐진 상판의 용접 이음부에 상기 레이저빔을 조사하는 본 용접 공정을 수행한다.

또한, 상기 오버필 비드부는 상기 하판과 상판이 겹쳐 서로 마주하는 겹침부 사이에 일정 높이의 간극을 형성할 수 있다.

또한, 상기 오버필 비드부는 상기 용접 이음부와 동일선상의 위치에 형성될 수 있다.

또한, 상기 오버필 비드부는 상기 레이저빔 조사에 따른 용융현상을 동반한 크기와 길이의 스티치 형상 또는 딤플 형상일 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 하판과 상판의 종류, 소재, 형상 및 두께에 따른 상기 용접 이음부의 용접위치와 그 용접위치에 레이저 헤드를 위치시키기 위한 상기 로봇의 기구학적 자세제어정보를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 하판과 상판 중 적어도 하나의 소재와 두께를 고려한 열에너지 조사를 위해 상기 레이저 헤드의 이동속도를 조절하거나 상기 레이저빔이 조사되는 초점구간의 에너지 밀도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 용접 이음부에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드의 이동 경로를 상기 전처리 공정에서의 상기 레이저빔 조사 경로와 동일하게 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 레이저 열원만을 이용하여 복수의 알루미늄 합금을 용접하는 알루미늄 레이저 용접 방법은, a) 하판이 로딩되면, 상면 일측에 레이저빔을 조사하여 볼록한 오버필 비드부를 형성하는 단계; b) 상기 하판에 접합할 상판을 로딩하여 상기 하판의 오버필 비드부에 의해 하판과 상판 사이에 일정 간극이 형성 되도록 하여 겹치는 단계; c) 상기 오버필 비드부에 대응하여 하판 상에 겹쳐진 상판의 용접 이음부에 레이저빔을 조사하여 상판 내부의 용융부가 상기 하판의 오버필 비드부와 함께 열전도에 의해 용융되면서 각 용융부 내부의 기공이 상기 간극을 통해 배출되도록 하는 단계; 및 d) 상기 상판과 하판의 각 용융부가 냉각되면서 접합되어 용접부를 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 a) 단계는, 상기 하판의 소재와 두께를 고려한 열에너지를 전달을 위해 상기 레이저 헤드의 이동속도를 조절하거나 상기 레이저빔이 조사되는 초점구간의 에너지 밀도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 상판의 용접 이음부에 레이저빔을 조사하는 상기 레이저 헤드의 용접경로는 상기 하판에 오버필 비드부를 형성하는 레이저 헤드의 이동경로와 동일할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 레이저를 이용한 전처리 공정으로 볼록한 오버필 비드부가 생성된 겹침부 사이에 간극(G)을 형성하고, 상기 간극을 통해 본 용접 공정 시 발생되는 기공이 배출되도록 함으로써 단순 레이저 열원만을 사용한 용접부(W)의 용접강도 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전처리 공정을 통해 활성화된 상기 오버필 비드부에 다시 레이저빔(LB)을 조사하여 본 레이저 용접 공정에 투입되는 레이저빔(LB)의 입열을 최소화함으로써 본 레이저 용접 공정에서 추가적으로 발생될 수 있는 결함을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 종래의 레이저 용접품질을 보완하기 위해 사용된 와이어나 소재 클래딩을 생략하고 레이저 열원만을 이용하여 두 장의 알루미늄 합금을 신뢰성 있게 용접할 수 있어 용접변수, 적용 범위의 제한 및 추가비용 없이 다양한 용접을 수행할 수 있으며 넓은 좌면의 요구 없이도 스폿 용접이 가능하여 제품 디자인의 한계를 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접을 위한 전처리 공정 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 공정에 의해 형성된 오버필 비드부의 예시를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 방법에 따른 공정도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 공정으로 생성된 오버필 비드부의 단면 사진을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접만으로 생성된 용접부(W)의 단면 사진을 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 레이저 용접 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 다른 레이저 용접 장치(10)는 로봇(11)의 아암(12) 선단에 설치되는 레이저 헤드(13), 상기 레이저 헤드(13)에 레이저 광원을 공급하는 레이저 발진기(14) 및 로봇(11)의 자세제어를 통해 레이저 헤드(13)가 모재(Panel)의 용접 이음부(용접경로)를 따라 이동하면서 레이저빔(LB)을 조사하도록 제어하는 제어기(15)를 포함한다.

레이저 용접 장치(10)는 두 모재(P1, P2)의 겹쳐진 용접 이음부에 레이저빔(LB)을 조사하여 용접하는 장비로써 차체의 생산을 위한 공정라인에 배치될 수 있다.

모재(P)는 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 구성될 수 있으며, 예컨대 차체에 적용되는 알루미늄 합금으로 Al-Mg계 합금인 5000계열과 Al-Mg-Si계 합금인 6000계열의 소재가 적용될 수 있다.

모재(P)는 하판(P1)과 그 위에 겹쳐지는 상판(P2)을 포함하되, 레이저 헤드(13)의 용접 위치를 기준으로 거리가 먼 것을 하판(P1)이라 하고, 하판(P1)에 겹쳐져 상대적으로 거리가 가까운 것을 상판(P2)이라 정의한다. 이는 레이저 헤드(13)가 도 1과 같이 하측 방향뿐 아니라 상측 방향으로 용접할 수 있기 때문에 하판(P1)과 상판(P2)이 오인될 수 있으므로 정의한 것이다.

로봇(11)은 다관절 매니퓰레이터(Manipulator)로 구성될 수 있으며, 6자유도구현을 통해 모재(P)의 다양한 용접위치 및 용접방향에 대한 레이저 헤드(13)의 자세를 변경할 수 있다.

레이저 헤드(13)는 레이저 용접 방식에 따른 레이저빔(LB)의 에너지의 밀도를 조절하기 위한 초점렌즈 등의 광학계를 포함한다.

제어기(15)는 레이저 용접 장치(10)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 프로그램 및 데이터를 저장하고 이를 토대로 로봇(11)의 자세제어를 수행하여 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 열원만을 이용한 레이저 용접을 제어한다.

이때, 제어기(15)는 상기 저장된 정보에서 용접을 위해 로딩된 두 모재(P1, P2)의 종류에 따라 겹치기 용접 이음부에 용접작업을 수행하기 위한 용접정보를 파악할 수 있다. 여기서, 상기 용접정보는 상기 두 모재(P1, P2)의 소재(예; 알루미늄 합금종류), 형상 및 두께에 따른 상기 용접 이음부의 용접위치와 그 용접위치에 레이저 헤드(13)를 위치시키기 위한 기구학적 자세제어정보를 포함한다.

제어기(15)는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 알고리즘에 따른 전처리 공정을 수행한 후 본 레이저 용접 공정을 수행한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접을 위한 전처리 공정 방법을 나타낸다.

첨부된 도 2를 참조하면, 제어기(15)는 본 레이저 용접 이전에 모재(P1, P2)가 마주하는 겹침부 사이의 일면에 레이저빔(LB)을 조사하여 오버필 비드부(Overfill Bead, OB)를 형성하는 전처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 전처리 공정에 따른 오버필 비드부(OB)는 내부에 증발가스에 의한 기공이 발생되며 볼록해진다.

이후, 제어기(15)는 본 레이저 용접 공정으로 겹쳐진 두 모재의 용접 이음부에 레이저빔(LB)을 조사하여 용융되는 용접부(W)를 형성한다(후술되는 도 4를 통해 자세히 설명함). 이때, 상기 겹침부 사이에 형성된 오버필 비드부는 상기 용접 이음부와 동일선상에 위치한다. 그리고, 상기 오버필 비드부는 하판(P1)에 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 공정에 의해 형성된 오버필 비드부의 예시를 나타낸다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(15)가 레이저빔(LB)을 조사하여 볼록한 오버필 비드부를 형성한 예시로써 스티치(Stitches) 형상과 크기가 다르게 볼록한 딤플 형상의 예를 보여준다.

이때, 전처리 공정으로 볼록한 오버필 비드부를 생성하는 목적은 두 모재(P1, P2)의 겹침부에 일정 간극(Gap)을 확보하기 위한 것이다. 또한 상기 스티치 형상 및 딤플 형상에 한정되지 않으며 어떤 형태로든 레이저빔(LB) 조사에 따른 용융현상을 동반한 다양한 형상, 패턴, 크기 및 길이의 오버필 비드부(OB)를 구현할 수 있다.

가령, 상기 딤플 형상과 같이 스크류 방식으로 레이저빔을 조사하는 경우 종래의 전기저항 용접 시 넓은 좌면이 요구되는 스폿 용접의 한계를 극복할 수 있으며 인접 부위에 연이어 딤플 형상의 용접부(W)를 형성하는 것이 가능하기 때문에 용접강도 또한 보강할 수 있는 이점이 있다.

또한, 앞서 발명의 배경이 되는 기술에 설명한 것과 같이, 와이어를 생략한 단순 레이저 열원만을 사용하여 알루미늄 합금을 용접하는 경우 용접부(W) 내부에 기공이 발생하여 용접강도가 저하되는 문제점을 지적하였다.

이에 대하여, 본원발명의 레이저 용접 방법은 상기 전처리 공정으로 볼록한 오버필 비드부 생성하여 겹침부 사이에 일정 높이(예; 약 0.1mm)의 간극(G)을 형성하고, 이를 통해 본격적인 겹치기 용접 공정 시 발생되는 기공이 배출되도록 함으로써 단순 레이저 열원만을 사용한 용접부(W)의 용접강도 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 전술한 레이저 용접 장치(10)의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 열원만을 이용하여 복수의 알루미늄 합금을 신뢰성 있게 용접할 수 있는 알루미늄 레이저 용접 방법을 설명한다. 다만, 앞서 설명된 레이저 용접 장치(10)의 구성은 해당 기능별로 더 세분화되거나 통합될 수 있으므로, 이하 알루미늄 레이저 용접 방법을 설명함에 있어서 그 주체는 레이저 용접 장치(10)로하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 방법에 따른 공정도를 나타낸다.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 장치(10)는 하판(P1)이 로딩되면, 용접 이음부와 동일선상인 상면에 레이저빔(LB)을 조사하여 오버필 비드부를 형성하는 전처리 공정을 수행한다(S1).

이때, 상기 오버필 비드부(OB)는 하판(P1)과 상판(P2)의 종류와 그에 따른 겹치기 이음 용접 방식에 따라 반복된 스티치 형상 또는 스폿 용접을 위한 복수의 딤플 형상이 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 공정으로 생성된 오버필 비드부의 단면 사진을 나타낸다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 합금의 하판(P1)의 상면에 레이저빔을 조사하여 내측에 기공이 형성되고 볼록하게 부풀어 오른 오버필 비드부(OB)의 단면상태를 보여준다. 이러한 단면상태를 구현하기 위해서는 전처리 공정에서 하판(P1)에 조사되는 레이저빔(LB)의 열에너지가 적절히 조절되어야 한다.

이를 위한 방법으로, 레이저 용접 장치(10)는 로딩된 하판(P1)의 종류에 따른 소재, 형상, 두께 그리고 용접을 위해 레이저빔(LB)이 조사되는 용접 이음부를 파악한다. 그리고 상기 용접 이음부와 동일선상에 있는 하판(P1) 상의 용접경로를 따라 레이저 헤드(13)를 이동시키면서 레이저빔(LB)을 조사할 수 있다.

이때, 레이저 용접 장치(10)는 하판(P1)의 소재와 두께를 고려한 열에너지를 조사하기 위하여 레이저 헤드(13)의 이동속도를 조절하거나 레이저빔(LB)이 조사되는 초점구간의 에너지 밀도를 조절할 수 있다. 상기 조절은 다양한 소재와 두께에 대한 레이저빔(LB)의 조사량을 학습한 프로그램이나 확률모델을 참조할 수 있다.

다시, 도 4를 참조하면, 상기 전처리 공정을 마친 하판(P1)에 접합할 상판(P2)을 로딩하여 상기 하판(P1)의 오버필 비드부(OB)에 의해 하판(P1)과 상판(P2) 사이에 일정 간극(G)이 형성 되도록 하여 겹친다. 즉, 상기 전처리 공정으로 오버필 비드부(OB)가 형성된 하판(P1)에 상판(P2)이 겹쳐지면, 상기 오버필 비드부가 형성된 상판(P2)의 용접 이음부에 레이저빔(LB)을 조사하여 본 레이저 용접 공정을 시작한다(S2).

이때, 하판(P1)과 상판(P2)의 겹침부는 오버필 비드부(OB)에 의한 간극(G)이 형성되고, 레이저빔(LB) 조사되는 상판(P2)에도 증발가스에 의한 기공이 발생된다.

또한, 상기 용접 이음부에 레이저빔(LB)을 조사하는 레이저 헤드(13)의 이동 경로는 상기 전처리 공정에서의 레이저빔(LB)조사 경로와 동일할 수 있으며, 상기 오버필 비드부와 마찬가지로 다양한 방식으로 다양한 형상의 용접 비드를 구현할 수 있다.

한편, 레이저 용접 장치(10)는 상기 오버필 비드부(OB)에 대응하여 대응하여 하판(P1) 상에 겹쳐진 상판(P2)의 용접 이음부에 레이저빔(LB)을 조사하여 상판(P2) 내부의 용융부가 하판(P1)의 오버필 비드부(OB)와 함께 열전도에 의해 용융되면서 각 용융부 내부의 기공이 상기 간극(G)을 통해 배출되도록 한다(S3).

그리고, 레이저 용접 장치(10)의 레이저빔(LB) 조사로 형성된 상판(P2)과 하판(P1)의 각 용융부가 냉각되면서 접합되어 용접부를 형성한다(S5).

이때도 레이저 용접 장치(10)는 본 레이저 용접 공정 시에도 상판(P2)과 하판(P1)의 소재 및 두께정보를 참조하여 레이저빔(LB)의 열에너지를 조사량을 조절할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접만으로 생성된 용접부(W)의 단면 사진을 나타낸다.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하판(P1)과 상판(P2)이 접합된 용접부(W) 내부의 기공이 배출되어 견고하게 접합된 상태를 보여준다.

이는 상기 전처리 공정을 통해 활성화된 상기 오버필 비드부에 다시 레이저빔(LB)을 조사함으로써 본 레이저 용접 공정에 투입되는 레이저빔(LB)의 입열을 최소화할 수 있기 때문이며, 그로 인해 본 레이저 용접 공정에서 추가적으로 발생될 수 있는 결함(예; 추가 증발가스로인한 기공발생 최소화)이 최소화된 효과를 증명하는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 레이저를 이용한 전처리 공정으로 볼록한 오버필 비드부가 생성된 겹침부 사이에 간극(G)을 형성하고, 상기 간극을 통해 본 용접 공정 시 발생되는 기공이 배출되도록 함으로써 단순 레이저 열원만을 사용한 용접부(W)의 용접강도 저하를 방지할 수 있다.

또한, 전처리 공정을 통해 활성화된 상기 오버필 비드부에 다시 레이저빔(LB)을 조사하여 본 레이저 용접 공정에 투입되는 레이저빔(LB)의 입열을 최소화함으로써 본 레이저 용접 공정에서 추가적으로 발생될 수 있는 결함을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 종래의 레이저 용접품질을 보완하기 위해 사용된 와이어나 소재 클래딩을 생략하고 레이저 열원만을 이용하여 두 장의 알루미늄 합금을 신뢰성 있게 용접할 수 있어 용접변수, 적용 범위의 제한 및 추가비용 없이 다양한 용접을 수행할 수 있으며 넓은 좌면의 요구 없이도 스폿 용접이 가능하여 제품 디자인의 한계를 해결할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 레이저 용접 장치
11: 로봇
12: 아암
13: 헤드
14: 레이저 발진기
15: 제어기
P: 모재(P1: 하판, P2 상판)
OB: 오버필 비드부

Claims (10)

1. 레이저 열원만을 이용하여 복수의 알루미늄 합금을 용접하는 알루미늄 레이저 용접 장치에 있어서,
   로봇의 아암 선단에 설치되는 레이저 헤드;
   상기 레이저 헤드에 레이저 광원을 공급하는 레이저 발진기; 및
   상기 로봇의 자세제어를 통해 상기 레이저 헤드가 이동하면서 레이저빔을 조사하도록 제어하는 제어기를 포함하며,
   상기 제어기는 레이저 용접 알고리즘에 따른 하판의 일면에 상기 레이저빔을 조사하여 볼록한 오버필 비드부를 형성하는 전처리 공정을 제어한 후 상기 오버필 비드부 위에 겹쳐진 상판의 용접 이음부에 상기 레이저빔을 조사하는 본 용접 공정을 제어하되, 상기 하판과 상기 상판의 종류, 알루미늄 합금 소재의 종류, 형상 및 두께에 따른 상기 용접 이음부의 용접위치와 그 용접위치에 상기 레이저 헤드를 위치시키기 위한 상기 로봇의 기구학적 자세제어정보를 포함하고, 상기 본 용접 공정 시 상기 용접 이음부에 레이저빔을 조사하는 상기 레이저 헤드의 이동 경로를 상기 전처리 공정에서의 상기 레이저빔 조사 경로와 동일하게 제어하여 상기 오버필 비드부와 동일한 형상의 용접 비드를 형성하고 상기 본 용접 공정에 투입되는 레이저빔의 입열을 최소화하며, 상기 전처리 공정에서의 상기 레이저빔 조사 경로는 스티치 형상 또는 딤플 형상으로 형성된 상기 오버필 비드부를 형성하는 레이저빔의 조사 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 레이저 용접 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오버필 비드부는
   상기 하판과 상기 상판이 겹쳐 서로 마주하는 겹침부 사이에 일정 높이의 간극을 형성하는 알루미늄 레이저 용접 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 오버필 비드부는
   상기 용접 이음부와 동일선상의 위치에 형성되는 알루미늄 레이저 용접 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 하판과 상기 상판 중 적어도 하나의 소재와 두께를 고려한 열에너지 조사를 위해 상기 레이저 헤드의 이동속도를 조절하거나 상기 레이저빔이 조사되는 초점구간의 에너지 밀도를 조절하는 알루미늄 레이저 용접 장치.
7. 삭제
8. 레이저 열원만을 이용하여 복수의 알루미늄 합금을 용접하는 알루미늄 레이저 용접 방법에 있어서,
   a) 하판이 로딩되면, 용접 이음부와 동일선상에 있는 상기 하판 상의 용접경로를 따라 레이저 헤드를 이동시키면서 상면 일측에 레이저빔을 조사하여 볼록한 오버필 비드부를 형성하는 전처리 공정의 단계;
   b) 상기 하판에 접합할 상판을 로딩하여 상기 하판의 오버필 비드부에 의해 상기 하판과 상기 상판 사이에 일정 간극이 형성 되도록 하여 겹치는 단계;
   c) 상기 오버필 비드부에 대응하여 상기 하판 상에 겹쳐진 상기 상판의 용접 이음부에 상기 레이저 헤드를 통한 레이저빔을 조사하여 상판 내부의 용융부가 상기 하판의 오버필 비드부와 함께 열전도에 의해 용융되면서 각 용융부 내부의 기공이 상기 간극을 통해 배출되도록 하는 본 용접 공정의 단계; 및
   d) 상기 상판과 상기 하판의 각 용융부가 냉각되면서 접합되어 용접부를 형성하는 단계를 포함하되,
   상기 c) 단계는, 상기 하판과 상기 상판의 종류, 알루미늄 합금 소재의 종류, 형상 및 두께에 따른 상기 용접 이음부의 용접위치와 그 용접위치에 상기 레이저 헤드를 위치시키기 위한 로봇의 기구학적 자세제어정보를 통해 상기 본 용접 공정 시 상기 상판의 용접 이음부에 레이저빔을 조사하는 상기 레이저 헤드의 이동경로를 상기 전처리 공정에서의 상기 레이저빔 조사 경로와 동일하게 제어하며 상기 오버필 비드부와 동일한 형상의 용접 비드를 형성하고 상기 본 용접 공정에 투입되는 레이저빔의 입열을 최소화하는 단계를 포함하며,
   상기 전처리 공정에서의 상기 레이저빔 조사 경로는 스티치 형상 또는 딤플 형상으로 형성된 상기 오버필 비드부를 형성하는 레이저빔의 조사 경로를 포함하는 알루미늄 레이저 용접 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 a) 단계는,
   상기 하판의 소재와 두께를 고려한 열에너지를 전달을 위해 상기 레이저 헤드의 이동속도를 조절하거나 상기 레이저빔이 조사되는 초점구간의 에너지 밀도를 조절하는 단계를 포함하는 알루미늄 레이저 용접 방법.
   
   
10. 삭제

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