KR102069838B1 - 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 분말과 수용성 고분자화합물이 혼합된 분말혼합 페이스트를 준비하는 단계, 상호 용접할 프레스 금형제품 중 하나의 프레스 금형제품 상의 용접라인을 따라 분말혼합 페이스트를 도포하는 단계, 분말혼합 페이스트를 도포한 프레스 금형제품에 대응하여 용접할 다른 프레스 금형제품을 배치한 후, 분말혼합 페이스트가 도포된 부분으로 레이저빔을 조사하면서 용접작업을 수행하는 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법을 제공한다.

Description

프레스 금형 제품용 레이저 용접방법{Laser welding method for press die products}

본 발명은 프레스 금형으로 제조된 제품의 용접 부위를 레이저 용접을 통해 결합되게 하는 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 제조시, 차체, 배기관, 샤시의 부분 부품은 프레스로 성형한 후, 각각의 부품들을 용접하여 전체 차체가 형성하게 되며, 각각의 부품들을 용접하는 용접법으로는 저항점용접(Resistant spot welding), 불활성 가스용접(Metal-inert gas welding), 아크용접(ARC welding), CO₂용접, 레이저용접(Laser Welding)이 사용되고 있다. 특히, 레이저용접은 자동차 차체의 용접품질이 우수하고, 용접속도가 빨라 생산성이 우수한 이유로 점차 많아지고 있는 추세이다.

그러나, 프레스 금형을 통해 성형된 부품은, 스프링백 현상으로 인하여 용접하고자 하는 부품 사이의 간격이 발생하게 되고, 이러한, 부품 사이의 간격이 레이저 용접의 권장 공차(일반적으로 부품 소재두께의 10%, 자동차 산업에서는 0.1mm이내)를 벗어날 경우, 용접이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

이러한, 종래의 레이저 용접방법에 대한 기술은, 대한민국공개특허공보 제2011-0067979호(2011.06.22)에 제시된다.

본 발명은, 프레스 성형된 제품의 스프링백 현상으로 인한 부품 사이 간격에 상관없이 레이저 용접을 가능하게 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 분말과 수용성 고분자화합물이 혼합된 분말혼합 페이스트를 준비하는 단계, 상호 용접할 프레스 금형제품 중 하나의 프레스 금형제품 상의 용접라인을 따라 상기 분말혼합 페이스트를 도포하는 단계, 상기 분말혼합 페이스트를 도포한 상기 프레스 금형제품에 대응하여 용접할 다른 프레스 금형제품을 배치한 후, 상기 분말혼합 페이스트가 도포된 부분으로 레이저빔을 조사하면서 용접작업을 수행하는 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법을 제공한다.

또한, 상기 분말혼합 페이스트는, 분말과 수용성 고분자화합물을 0.5~1.5:1의 부피비로 혼합 형성할 수 있다.

또한, 상기 분말은, 상기 프레스 금형제품과 동일한 소재이며, 상기 수용성 고분자화합물은 수용성 폴리에틸렌, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중 어느 하나 일 수 있다.

본 발명에 따른 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법은, 상호 용접할 프레스 금형제품 용접라인 사이의 공간으로 분말과 수용성 고분자화합물이 혼합된 분말혼합 페이스트가 채워지도록 도포함으로써, 프레스 금형제품을 레이저빔으로 용접시, 프레스 금형제품 사이의 간격이 레이저 용접의 권장 공차를 벗어나지 않음과 더불어 분말혼합 페이스트의 분말이 용융되면서 안정적인 결합이 가능한 레이저 용접작업을 수행할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 S110 단계의 개략 상태도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 S120 단계의 개략 상태도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법에 관하여 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저, 상호 겹치기 용접할 프레스 금형제품(100,110)과 더불어 상기 프레스 금형제품(100,110) 사이의 용접부위에 형성된 공간을 채우도록 삽입되는 분말혼합 페이스트(200)를 준비한다(S100). 여기서, 상기 프레스 금형제품(100,110)은 용도나 위치에 따라 다양한 금속재질로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 분말혼합 페이스트(200)는 분말과 수용성 고분자화합물을 혼합하여 형성한다. 여기서, 상기 분말은 이후 레이저빔의 조사시 용융되면서 상기 프레스 금형제품(100,110)의 용접이 안정적으로 이루어지도록 상기 프레스 금형제품(100,110)과 동일한 소재를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않고 상기 프레스 금형제품(100,110)보다 용융점이 낮은 소재를 사용할 수도 있음은 물론이다. 이때, 상기 분말은 금속분말을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 분말은 수용성 고분자화합물과 혼합시, 상기 프레스 금형제품(100,110)에 안정적인 부착상태를 유지할 점성을 가지도록 40 내지 200㎛ 입자 크기를 가지는 분말을 사용하나, 바람직하게는 100㎛ 입자 크기를 가지는 분말을 사용한다. 더불어, 상기 수용성 고분자화합물은 이후 레이저빔의 조사에 따른 고온의 열이 가해질 때 바로 증발하지 않도록 하여 상기 분말혼합 페이스트(200)가 상기 프레스 금형제품(100,110)에 안정적으로 부착상태를 유지되게 함과 더불어 레이저빔에 의한 연소시 유해가스의 발생이 적은 수용성 폴리에틸렌, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중 어느 하나를 선택 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않고 2개 이상을 혼합 사용할 수도 있음은 물론이다.

여기서, 상기 분말혼합 페이스트(200)는 분말과 수용성 고분자화합물을 0.5 ~ 1.5:1의 부피비를 가지도록 혼합한다. 이때, 상기 분말이 1.5의 부피비 수치를 초과하여 혼합될 경우, 상기 분말혼합 페이스트(200)가 딱딱해짐에 따라 점성이 낮아지면서 상기 프레스 금형제품(100,110)에 안정적인 부착상태를 유지하기 어렵게 된다. 더불어, 상기 분말이 0.5의 부피비 수치 미만으로 혼합될 경우, 상기 분말혼합 페이스트(200)가 상기 프레스 금형제품(100,110) 상에서 흘러내리면서 상기 프레스 금형제품(100,110) 사이의 공간을 채우도록 용접위치에 상기 분말혼합 페이스트(200)를 정확하게 위치시키기 어려운 바, 레이저빔을 통한 용접작업을 수행하기 어렵게 된다.

이렇게, 상기 분말혼합 페이스트(200)를 준비하면, 도 2와 같이 상호 용접할 프레스 금형제품(100,110) 중 하나의 프레스 금형제품(100) 상의 용접라인을 따라 상기 분말혼합 페이스트(200)를 도포한다(S110). 이때, 상기 분말혼합 페이스트(200)는 상기 프레스 금형제품(100) 표면의 용접라인 상으로 일정한 두께를 가지도록 도포할 수 있게 별도의 자동 분사장비를 통해 분사하면서 도포되는 것이 바람직하다.

이러한, 상기 분말혼합 페이스트(200)는 상기 프레스 금형제품(100,110)의 성형시 발생된 스프링백에 의한 상기 프레스 금형제품(110,110)의 용접라인 사이 간격이 레이저 용접의 권장 공차를 벗어나지 않게 하여, 레이저 용접이 안정적으로 이루어지게 한다.

이후, 도 3과 같이 상기 분말혼합 페이스트(200)를 도포한 상기 프레스 금형제품(100)에 대응하여 용접할 다른 프레스 금형제품(110)을 배치한 후, 상기 분말혼합 페이스트(200)가 도포된 부분으로 레이저빔을 조사하면서 용접작업을 수행한다(S120). 즉, 상기 분말혼합 페이스트(200)가 도포된 상기 프레스 금형제품(100)의 용접라인과 다른 프레스 금형제품(110)의 용접라인이 대응되게 배치되도록 겹쳐, 상기 분말혼합 페이스트(200)가 상기 프레스 금형제품(100,110) 사이의 공간을 채운 상태로 각각 상기 프레스 금형제품(100,110)에 부착되게 한다.

이후, 상기 프레스 금형제품(100,110)을 가압하는 상태로 용접라인을 따라 레이저 헤드가 이동되게 하면서 레이저빔을 조사하고, 레이저빔에 의해 상기 분말혼합 페이스트(200)의 분말이 용융되면서 상기 프레스 금형제품(100,110)의 용접이 이루어지게 된다. 이때, 레이저빔은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔 또는 다이오드(Diod) 레이저발진기로부터 발진되는 다이오드 레이저빔을 사용하나 이에 한정하지 않음은 물론이다.

여기서, 상기 분말혼합 페이스트(200)는 상기 프레스 금형제품(100,110)의 용접에 사용되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 일반적인 맞대기 용접시, 용접대상물 사이의 상호 맞닿는 부분에 도포되어 용접대상물 사이의 용접성을 좋게하는데 사용할 수도 있음은 물론이다.

상기와 같은 일 실시예의 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법에 따르면, 상호 용접할 프레스 금형제품(100,110) 용접라인 사이의 공간으로 분말과 수용성 고분자화합물이 혼합된 분말혼합 페이스트(200)가 채워지도록 도포함으로써, 상기 프레스 금형제품(100,110)을 레이저빔으로 용접시, 상기 프레스 금형제품(100,110) 사이의 간격이 레이저 용접의 권장 공차를 벗어나지 않음과 더불어 상기 분말혼합 페이스트(200)의 분말이 용융되면서 안정적인 결합이 가능한 레이저 용접작업을 수행할 수 있게 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100,110: 프레스 금형제품 200: 분말혼합 페이스트

Claims (3)

1. 상호 용접할 프레스 금형제품과 동일하거나 용융점이 낮은 금속 소재로 이루어진 분말과 수용성 고분자화합물이 혼합된 분말혼합 페이스트를 준비하는 단계와;
   상호 용접할 프레스 금형제품 중 하나의 프레스 금형제품 상의 용접라인을 따라 프레스 금형제품 사이의 스프링백 현상으로 인하여 용접하고자 하는 용접부위에 형성된 공간을 채우도록 분말혼합 페이스트를 도포하는 단계; 및
   상기 분말혼합 페이스트를 도포한 프레스 금형제품에 대응하여 용접할 다른 프레스 금형제품을 배치한 후, 분말혼합 페이스트가 도포된 부분으로 레이저빔을 조사하면서 용접작업을 수행하는 단계;를 포함하며,
   상기 상호 용접할 프레스 금형제품 중 하나의 프레스 금형제품 상의 용접라인을 따라 프레스 금형제품 사이의 스프링백 현상으로 인하여 용접하고자 하는 용접부위에 형성된 공간을 채우도록 분말혼합 페이스트를 도포하는 단계는, 스프링백에 의한 프레스 금형제품의 용접라인 사이의 간격이 레이저 용접의 권장 공차를 벗어나지 않는 두께를 가지도록 분말혼합 페이스트가 자동분사장비를 통해 용접부위에 형성된 공간에 분사 도포되고,
   상기 분말혼합 페이스트는, 상호 용접할 프레스 금형제품과 동일하거나 용융점이 낮은 금속 소재로 이루어진 분말과 수용성 고분자화합물을 0.5 ~ 1.5:1의 부피비로 혼합 형성되어, 용접위치에 정확하게 위치하도록 프레스 금형제품 사이의 공간을 채운 상태에서 흘러내리지 않는 부착이 이루어지는 점성을 가지게 하는 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 수용성 고분자화합물은 수용성 폴리에틸렌, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중 어느 하나 인 프레스 금형 제품용 레이저 용접방법.

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