KR102351463B1 - 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 및 후방 레이저 빔으로 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법 - Google Patents

제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 및 후방 레이저 빔으로 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 이러한 방법은,
- 제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트 (4) 를 제공하는 단계;
- 용접 방향을 따라 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 용접하는 단계를 포함하고,
상기 맞대기 용접 단계는: - 제 1 금속 시트 (2) 와의 교차부에서 제 1 전방 스폿 (18) 을 생성하고, 제 1 전방 스폿 (18) 에서 제 1 금속 시트 (2) 에 제 2 전방 키홀 (19) 을 생성하는 제 1 전방 레이저 빔 (12); - 제 2 금속 시트와의 교차부에서 제 2 전방 스폿 (20) 을 생성하고, 제 2 전방 스폿 (20) 에서 제 2 금속 시트 (4) 에 제 2 전방 키홀을 생성하는 제 2 전방 레이저 빔 (14); - 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 에서 후방 스폿 (22) 을 생성하고, 후방 스폿 (22) 에서 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 에 후방 키홀 (23A) 을 생성하는 후방 레이저 빔 (16) 을 포함하고; 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 은 매 순간에, 금속 시트들 (2, 4) 의 고체 상 영역 (25) 및/또는 액체 상 영역 (13, 23B) 이 제 1 전방 키홀 (19) 과 후방 키홀 (23A) 사이에 그리고 제 2 전방 키홀과 후방 키홀 (23A) 사이에 유지되는 방식으로 구성된다.

Description

제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 및 후방 레이저 빔으로 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법
본 발명은 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법에 관한 것이다.
용접을 위해 사용되는 금속 시트들은 일반적으로 슬리팅, 전단 가공, 프레스 커팅, 레이저 커팅 또는 워터 젯 커팅과 같은 커팅 방법을 사용하여 금속 스트릴들 또는 보다 큰 금속 시트들로부터 커팅에 의해 얻어진다.
이들 커팅 방법들은 전형적으로 릴리프 또는 클리어런스 각도에 의해 에지 프로파일을 생성하고, 이는 이들 금속 시트들이 맞대기 용접의 관점에서 에지 투 에지로 (edge to edge) 배열될 때에 금속 시트들 사이에 갭을 발생시킨다. 이러한 갭은 금속 시트들의 두께의 적어도 일부에 걸친 에지의 전체 길이에 걸쳐 접촉부의 부재 또는 금속 시트들의 마주보는 에지에서 단지 일부 포인트들에서의 접촉부의 부재를 발생시킬 수 있다. 이러한 초기 갭은 자체 용접 프로세스 중 열적 응력들로부터 기인하는 금속 시트들의 변형들로 인해 추가로 넓어질 수 있다.
일부 경우들에서, 예를 들면 용접 재료가 용접 욕에 첨가된다면, 시트들 사이의 최소 용접 갭을 유지하고 부과하는 것이 추가로 바람직할 수 있다. 이러한 경우에, 용접 갭은 전형적으로 금속 시트들의 마주보는 에지들의 전체 두께 및 길이에 걸쳐 연장되어서, 서로 용접되어야 하는 두개의 금속 시트들 사이에 접촉부가 존재하지 않는다.
본 발명의 본 발명자는 표준 레이저 빔을 사용하는 종래의 레이저 용접 방법들이 금속 시트들 사이의 이러한 갭의 존재로 인해 그러한 금속 시트들과 함께 맞대기 용접하는 데 전체적으로 만족스럽지 않다는 것을 발견했다. 실제로, 레이저 빔의 에너지의 중요한 부분은 낭비되는 데, 왜냐하면 그것이 갭을 통해 통과하고 따라서 시트들과 상호 작용하지 않기 때문이다. 실제로, 본 발명자는 전형적으로, 단지 레이저 빔의 에너지의 10% 내지 20% 만이 시트들을 용접하는 데 실제적으로 사용되는 한편, 나머지 80 내지 90% 가 낭비된다는 것을 발견하였다.
WO 2017/103149 는 아연-합금 또는 알루미늄-합금 사전코팅을 갖는 두개의 금속 시트들 사이에서 균일한 재료 특성들을 갖는 용접 조인트를 얻는 문제점에 관한 것이다. 이를 위해, WO 2017/103149 는 필러 와이어 및 세개의 레이저 빔들을 사용하여 두개의 그러한 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법을 개시하고, 제 1 레이저 빔은 필러 와이어를 용융시키기 위해 의도되고, 두개의 추가의 레이저 빔들은 금속 시트들을 용융하기 위해 그리고 생성된 용접 풀을 혼합하기 위해 의도된다. 도 1c 에 도시된 바와 같이, 세개의 레이저 빔들은 Gibbs-Marangoni 효과를 사용하여 단일 용접 풀에서 재료들의 양호한 혼합을 얻기 위해 단일한 용접 풀을 형성하도록 협동한다. 그러나, 이러한 방법은 전체적으로 만족스럽지 못하다. 특히, 그것은 상대적으로 낮은 에너지 효율을 갖고 따라서 그들 사이에 갭을 갖는 두개의 금속 시트들을 용접하기 위해 적합하지 않다.
두개의 금속 시트들을 함께 결합하기 위한 레이저 브레이징이 또한 공지되어 있다. 그러나, 이러한 결합 방법은 베이스 재료의 기계적 특성들에 대해 적어도 동등한 기계적 특성들을 결합 영역에서 얻는 데 적합하지 않다.
본 발명의 목적들 중 하나는 최종 제품의 품질을 개선시키는 에지 투 에지로 배열된 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법을 제안함으로써 상기 단점들을 극복하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법에 관한 것이고, 방법은 다음의 단계들:
- 제 1 금속 시트 및 제 2 금속 시트를 제공하는 단계로서, 각각의 금속 시트는 두개의 메인 면들 및 두개의 메인 면들을 결합하는 측방향 면을 각각 갖는, 상기 제공하는 단계;
- 측방향 면들이 서로 마주보도록 제 1 금속 시트 및 제 2 금속 시트를 위치설정하는 단계로서, 제 1 금속 시트 및 제 2 금속 시트를 위치설정하는 단계는 제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트의 메인 면들에 직각인 중앙 평면을 규정하는, 상기 위치설정하는 단계; 및
- 용접 방향을 따르는 제 1 및 제 2 금속 시트들의 맞대기 용접 단계를 포함하고,
상기 맞대기 용접 단계는:
- 제 1 전방 방출 축선을 따르는 제 1 전방 레이저 빔으로서, 제 1 전방 방출 축선은 제 1 금속 시트의 메인 면들 중 하나와 교차하고, 제 1 전방 레이저 빔은 제 1 금속 시트의 상기 메인 면과의 교차부에서 제 1 전방 스폿을 생성하고, 제 1 전방 레이저 빔의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이고, 제 1 전방 레이저 빔은 제 1 전방 스폿에서 제 1 금속 시트에 제 1 전방 키홀을 생성하는, 상기 제 1 전방 레이저 빔;
- 제 2 전방 방출 축선을 따르는 제 2 전방 레이저 빔으로서, 제 2 전방 방출 축선은 제 2 금속 시트의 메인 면들 중 하나와 교차하고, 제 2 전방 레이저 빔은 제 2 금속 시트의 상기 메인 면과의 교차부에서 제 2 전방 스폿을 생성하고, 제 2 전방 레이저 빔의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이고, 제 2 전방 레이저 빔은 제 2 전방 스폿에서 제 2 금속 시트에 제 2 전방 키홀을 생성하는, 상기 제 2 전방 레이저 빔을 동시에 방출하는 것을 포함하고;
제 1 전방 스폿 및 제 2 전방 스폿의 각각의 센터는 각각, 제 1 금속 시트 및 제 2 금속 시트의 측방향 면으로부터 2.5 mm 이하의 거리에 위치되고, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들의 센터들 사이에서 용접 방향을 따라 취해진 거리는 5 mm 이하이고; 그리고
상기 맞대기 용접 단계는:
- 후방 레이저 빔으로서, 후방 레이저 빔은 제 1 금속 시트 및 제 2 금속 시트의 인접한 메인 면들과 교차하고 메인 면들 상에 후방 스폿을 생성하고, 후방 레이저 빔의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이고, 후방 스폿의 표면적은 상기 제 1 전방 스폿 및 제 2 전방 스폿의 각각의 표면적보다 크고, 후방 레이저 빔은 후방 스폿에서 제 1 금속 시트 및 제 2 금속 시트에 후방 키홀을 생성하는 후방 레이저 빔을 동시에 방출하는 것을 추가로 포함하고;
제 1 전방 레이저 빔 및 제 2 전방 레이저 빔 및 후방 레이저 빔은:
- 제 1 전방 스폿 및 제 2 전방 스폿이 상기 후방 스폿의 전방에 위치되고; 그리고 따라서:
- 매 순간에, 금속 시트들의 고체 상 영역 및/또는 액체 상 영역이 제 1 전방 키홀과 후방 키홀 사이에 그리고 제 2 전방 키홀과 후방 키홀 (23A) 사이에 유지되는 방식으로 구성된다.
특정한 실시형태들에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 다음의 특징들 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다:
맞대기 용접 단계의 매 순간에, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔에 의해 생성된 상기 용융 욕의 체적은 후방 레이저 빔에 의해 생성된 용융 욕의 체적과 별개이고;
제 1 전방 스폿 및/또는 제 2 전방 스폿의 가장 큰 치수는 50 ㎛ 내지 250 ㎛ 이고;
후방 스폿의 가장 큰 치수는 200 ㎛ 내지 1800 ㎛, 바람직하게 600 ㎛ 내지 1200 ㎛ 이고;
제 1 금속 시트 및 상기 제 2 금속 시트는 0.15 mm 내지 5 mm 의 두께를 각각 갖고;
제 1 전방 스폿 및 제 2 전방 스폿의 센터들은 제 1 금속 시트와 상기 제 2 금속 시트 사이의 중앙 평면으로부터 동등한 거리에 위치되고:
제 1 및 제 2 전방 스폿들의 센터들은 용접 방향에 직각인 방향을 따라 정렬되고:
제 1 및 제 2 전방 스폿들의 센터들은 용접 방향을 따라 서로로부터 거리를 갖고서 배열되고;
후방 스폿은 제 1 금속 시트와 상기 제 2 금속 시트 사이의 중앙 평면에서 센터링되고;
후방 스폿의 센터는 제 1 금속 시트와 제 2 금속 시트 사이의 중앙 평면에 대해 측방향으로 오프셋되고;
후방 스폿의 센터는 용접 방향을 따라 취해질 때에, 제 1 및 제 2 전방 스폿 중 최후방의 센터로부터 0.5 mm 내지 8 mm 의 거리, 바람직하게 1 mm 내지 5 mm 의 거리로 연장되고;
제 1 전방 스폿 및/또는 제 2 전방 스폿은 가우시안 또는 톱 햇 에너지 분포를 갖고, 바람직하게, 원형 윤곽을 갖고;
- 후방 스폿은 가우시안 또는 톱 햇 에너지 분포를 갖고;
- 후방 스폿은 링-형상이고;
- 용접 방향에 직각으로 취해진 후방 스폿의 외부 치수는 용접 방향에 평행하게 취해진 후방 스폿의 외부 치수보다 작고;
- 후방 스폿은 두개의 금속 시트들 사이에서 중앙 평면에 평행한 평면에 대해 대칭이고,
- 후방 스폿의 가장 큰 외부 치수는 200 ㎛ 내지 1800 ㎛, 바람직하게 600 ㎛ 내지 1200 ㎛ 이고;
- 후방 스폿의 큰 내부 치수 당 가장 큰 외부 치수의 비는 1.2 내지 3.2, 바람직하게 1.3 내지 2 이고;
- 후방 스폿은 용접 방향에 평행한 신장 방향을 따라 원형 윤곽 또는 세장형 형상을 갖고;
- 방법은, 제 1 전방 레이저 빔, 제 2 전방 레이저 빔 및 후방 레이저 빔을 방출하는 단계와 동시에, 2차 후방 레이저 빔을 방출하는 단계로서, 2차 후방 레이저 빔은 상기 제 1 금속 시트 및 상기 제 2 금속 시트의 인접한 메인 면들과 교차하여 인접한 메인 면들 상에 2차 후방 스폿을 생성하는, 상기 2차 후방 레이저 빔을 방출하는 단계를 추가로 포함하고, 2차 후방 레이저 빔은 2차 후방 스폿이 후방 스폿 뒤에 위치되는 방식으로 구성되고;
- 2차 후방 스폿은 링-형상이거나 또는 가우시안 또는 톱 햇 에너지 분포를 갖고;
- 후방 스폿의 가장 큰 외부 치수는 2차 후방 스폿의 가장 큰 외부 치수보다 크고;
- 상기 방법은 맞대기 용접 단계 중에 용접 재료, 예를 들면 용접 와이어 또는 파우더를 제공하는 단계를 추가로 포함하고;
- 제 1 제 2 금속 시트 및/또는 제 2 금속 시는 메인 면들의 적어도 하나에 아연-합금 또는 알루미늄-합금 사전코팅을 갖는 강 기재를 포함하고;
- 제 1 전방 레이저 빔, 및/또는 제 2 전방 레이저 빔, 및/또는 후방 레이저 빔은 커먼 레이저 헤드에 의해 생성되고;
- 각각의 레이저 빔은 전용의 레이저 헤드에 의해 생성되고;
- 제 1 금속 시트 또는 제 2 금속 시트의 적어도 하나의 강 기재는 프레스-경화가능한 강이고;
- 제 1 금속 시트 또는 상기 제 2 금속 시트의 적어도 하나는 아연-함유 또는 알루미늄-함유 사전 코팅을 포함한다.
본 발명의 다른 양상들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 그리고 예로써 주어진 다음의 설명을 정독한다면 명백해질 것이다.
- 도 1 은 두개의 금속 시트들을 맞대기 용접하기 위한 방법의 제 1 실시형태에 따라 위치설정된 두개의 금속 시트들이 개략적인 단면도이고;
- 도 2 는 제 1 실시형태에 따른 방법의 맞대기 용접 단계 중에 도 1 의 두개의 금속 시트들의 개략적인 평면도이고;
- 도 3 은 도 2 의 평면 III-III 에 따른 도 2 의 두개의 금속 시트들의 하나의 개략적인 단면도이고;
- 도 4 내지 도 8 은 각각, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 실시형태에 따른 두개의 금속 시트들을 맞대기 용접하기 위한 방법의 맞대기 용접 단계 중에 두개의 금속 시트들의 개략적인 평면도들이다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따른 두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법은 도 1 내지 도 3 의 도면에서 설명될 것이다.
방법은 제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트 (4) 를 제공하는 단계를 포함한다.
각각의 금속 시트 (2, 4) 는 각각 두개의 메인 면들 (6, 7) 및 두개의 메인 면들 (6, 7) 을 결합하는 측방향 면 (8) 을 갖는다.
메인 면들 (6, 7) 은 상부 면 (6) 및 하부 면 (7) 이다. 용어들 "상부" 및 "하부" 는 상기 메인 면들 (6, 7) 에 직각인 축선에 대해 의도된다.
각각의 금속 시트 (2, 4) 의 측방향 면 (8) 은 예를 들면 금속 시트 (2, 4) 의 메인 면들 (6, 7) 에 직각으로 연장된다. 대안적으로, 적어도 하나의 금속 시트 (2, 4) 의 측방향 면 (8) 은 메인 면들 (6, 7) 에 직각으로 연장되지 않는다. 예를 들면, 적어도 하나의 금속 시트 (2, 4) 의 측방향 면 (8) 은 이러한 금속 시트 (2, 4) 의 메인 면들 (6, 7) 에 대해 경사지고 90° 의 현저한 각도, 및 예를 들면 45° 이상의 각도, 보다 구체적으로 60° 이상의 각도를 메인 면들 (6, 7) 중 하나와 형성한다.
제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트 (4) 는 0.15 mm 내지 5 mm 의 두께를 각각 갖는다. "금속 시트의 두께" 란, 상기 메인 면들 (6, 7) 에 직각으로 취해질 때에 금속 시트 (2, 4) 의 메인 면들 (6, 7) 사이의 거리를 의미한다
바람직하게, 제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트 (4) 는 일정한 두께를 각각 갖는다. 대안적으로, 제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트 (4) 의 적어도 하나는 가변성 두께를 갖는다.
제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트 (4) 는 예를 들면 동일한 두께를 갖는다. 대안적으로, 그것들은 상이한 두께들을 갖는다.
제 1 및/또는 제 2 금속 시트들 (2, 4) 은 강 기재 (9A) 을 포함한다.
강 기재 (9A) 는 보다 구체적으로 페리토-펄라이트 미세조직을 갖는 강이다.
바람직하게, 기재 (9A) 는 열적 처리를 위해 의도된 강, 보다 구체적으로 프레스-경화가능한 강, 및 22MnB5 타입 강과 같은 예를 들면 망간-붕소 강으로 제조된다.
대안적으로, 강 기재 (9A) 의 미세조직은 베이나이트 및/또는 페라이트 및/또는 잔류 오스테나이트를 포함한다.
기재는 열간 롤링에 의해 및/또는 냉간-롤링에 이어지는 어닐링에 의해, 또는 임의의 다른 적절한 방법에 의해 그 원하는 두께에 따라 얻어질 수 있다.
시트 (2, 4) 는 예를 들면 기재 (9A) 의 메인 면들의 적어도 하나에서, 및 예를 들면 그 메인 면들의 양쪽에서 아연-함유 또는 알루미늄-함유 사전코팅 (9B) 을 포함한다.
방법은 맞대기 레이저 용접을 위해 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 을 위치설정하는 단계를 추가로 포함한다.
도 1 에 예시된 바와 같이, 위치설정은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 측방향 면들 (8) 이 서로 마주보게 되어 있다.
도 2 에 예시된 예에서, 서로 마주보는 측방향 면들 (8) 이 서로로부터 이격되어 위치설정되는 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 적어도 하나의 영역이 존재한다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 은 예를 들면 그들의 측방향 면들 (8) 의 전체 면적에 걸쳐 접촉된다. 또 다른 대안예에서, 측방향 면들 (8) 이 단지 그들의 두께들의 일부에 걸쳐 서로 접촉하는 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 적어도 하나의 영역이 존재한다.
메인 면들 (6, 7) 은 실질적으로 서로 평행하게 위치설정된다. "실질적으로 평행한" 이란, 메인 면들 (6, 7) 이 제 1 및 제 2 평면들을 각각 규정하고, 상기 제 1 평면 및 제 2 평면이 1° 미만의 그들 사이에서 각도를 규정한다는 것을 의미한다.
위치설정은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 메인 면들 (6, 7) 에 직각인 중앙 평면 (10) 을 규정한다. 중앙 평면 (10) 은 특히 측방향 면들 (8) 사이의 중앙 평면이다. 중앙 평면 (10) 은 바람직하게 수직이다.
방법은 그후 용접 방향을 따라 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 용접하는 단계를 포함한다. 용접 방향은 특히 중앙 평면 (10) 을 따라 연장된다. 도 2 에서, 화살표 11 은 용접 방향을 나타낸다.
맞대기 용접의 이러한 단계는 제 1 전방 레이저 빔 (12), 제 2 전방 레이저 빔 (14) 및 후방 레이저 빔 (16) 을 동시에 방출하는 단계를 포함한다.
레이저 빔들 (12, 14, 16) 은 예를 들면 CO2 레이저들, YAG-Nd 레이저, Fiber 레이저, Disk 레이저 또는 Direct Diode 레이저에 의해 생성된다. 상이한 레이저 빔들 (12, 14, 및 16) 은 동일한 타입의 레이저 또는 상이한 타입들의 레이저들에 의해 생성될 수 있다.
하나의 실시형태에서, 제 1 전방 레이저 빔 (12), 및 제 2 전방 레이저 빔 (14), 및/또는 상기 후방 레이저 빔 (16) 은 커먼 레이저 헤드에 의해 생성된다.
대안예에 따르면, 각각의 레이저 빔 (12, 14, 16) 은 전용의 레이저 헤드에 의해 생성된다.
추가의 대안예로서, 두개의 레이저 빔들, 예를 들면 두개의 전방 레이저 빔들 (12, 14) 은 커먼 레이저 헤드에 의해 생성되고 제 3 레이저 빔, 예를 들면 후방 레이저 빔 (16) 은 상이한 레이저 헤드에 의해 생성된다.
용접 방향은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 과 레이저 빔들 (12, 14, 및 16) 사이의 상대적인 변위로부터 기인된다.
제 1 전방 레이저 빔 (12) 은 제 1 전방 방출 축선 (E1) 을 따라 방출된다. 제 1 전방 방출 축선 (E1) 은 제 1 금속 시트 (2) 의 메인 면들 (6, 7) 중 하나와 교차한다. 도 2 에 예시된 예에서, 상기 메인 면은 제 1 금속 시트 (2) 의 상부 면 (6) 이다. 대안적으로, 상기 메인 면은 제 1 금속 시트 (2) 의 하부 면 (7) 이다.
예를 들면, 제 1 전방 방출 축선 (E1) 은 제 1 금속 시트 (2) 의 메인 면들 (6, 7) 에 직각으로 연장된다.
도 2 에 예시된 바와 같이, 제 1 전방 레이저 빔 (12) 은 상기 제 1 금속 시트 (2) 의 메인 면 (6, 7) 과의 교차부에서 제 1 전방 스폿 (18) 을 생성한다.
특히, 제 1 전방 레이저 빔 (12) 은 제 1 전방 레이저 빔 (12) 의 전체 횡단면에 걸쳐 제 1 금속 시트 (2) 의 상기 메인 면 (6, 7) 과 교차한다. 따라서, 제 1 전방 레이저 빔 (12) 의 모든 에너지는 제 1 금속 시트 (2) 로 전달된다.
제 1 전방 레이저 빔 (12) 의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이다. 그 결과로서, 제 1 전방 레이저 빔 (12) 은 제 1 전방 스폿 (18) 에서 제 1 금속 시트 (2) 에 제 1 전방 키홀 (19) 을 생성한다 (도 3 을 참조). 도 3 에서, 레이저 빔들은 도시 생략된다.
이러한 문맥에서 키홀은 금속 시트와 레이저 빔의 임팩트로부터 기인하는 증기화된 재료를 포함하고 금속 시트의 두께로 연장되는 공동이다. 키홀은 금속 시트 내로 연관된 레이저 빔의 에너지의 직접 전달을 허용한다.
도 3 에 예시된 바와 같이, 맞대기 용접 단계 중에, 제 1 전방 레이저 빔 (12) 은 제 1 전방 스폿 (18) 의 위치에서 제 1 용융 욕 (13) 을 생성한다.
제 1 전방 키홀 (19) 은 제 1 용융 욕 (13) 에 의해 둘러싸인다.
맞대기 용접 단계 중에, 제 1 전방 키홀 (19) 내에 포함된 증기의 압력은 제 1 용융 욕 (13) 의 용융된 재료가 키홀에 의해 형성된 공동 내에서 붕괴되는 것을 방지한다.
도 3 의 예에서, 제 1 키홀 (19) 은 단지 간략성을 위해 메인 면들 (6, 8) 에 직각으로 연장되는 원통형 공동으로서 도시된다. 실제로, 제 1 키홀 (19) 은 용접 속도에 비례하는 각도로 메인 면들 (6, 8) 의 법선에 대해 경사질 수 있다. 추가로, 제 1 키홀 (19) 은 시트 두께를 통해 가변성 횡단면을 가질 수 있다.
제 2 전방 레이저 빔 (14) 은 제 2 전방 방출 축선 (E2) 을 따라 방출된다.
제 2 전방 방출 축선 (E2) 은 제 2 금속 시트 (4) 의 메인 면들 (6, 7) 중 하나와 교차한다. 도 2 에 예시된 예에서, 상기 메인 면은 제 2 금속 시트 (2) 의 상부 면 (6) 이다. 대안적으로, 상기 메인 면은 제 2 금속 시트 (4) 의 하부 면 (7) 이다.
예를 들면, 제 2 전방 방출 축선 (E2) 은 제 2 금속 시트 (4) 의 메인 면들 (6, 7) 에 직각으로 연장된다.
제 2 전방 레이저 빔 (14) 은 상기 제 2 금속 시트 (4) 의 상기 메인 면 (6, 7) 과의 교차부에서 제 2 전방 스폿 (20) 을 생성한다.
도 2 에 예시된 예에서, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 인접한 메인 면들 (6, 7) 에 생성된다.
"인접한 메인 면들" 은 제 1 금속 시트 (2) 의 하나의 메인 면 및 제 2 금속 시트 (4) 의 하나의 메인 면을 칭하고 이는 레이저 빔들의 방출 방향에 대해 금속 시트들 (2, 4) 의 동일한 측에 위치된다. 따라서, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 은 예를 들면 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 상부 면들 (6), 또는 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 하부 면들 (7) 에서 생성된다.
특히, 제 2 전방 레이저 빔 (14) 은 제 2 전방 레이저 빔 (14) 의 전체 횡단면에 걸쳐 제 2 금속 시트 (4) 의 상기 메인 면 (6, 7) 과 교차한다. 따라서, 제 2 전방 레이저 빔 (14) 의 모든 에너지는 제 2 금속 시트 (4) 로 전달된다.
제 2 전방 레이저 빔 (14) 의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이다. 그 결과로서, 제 2 전방 레이저 빔 (14) 은 제 2 전방 스폿 (20) 에서 제 2 금속 시트 (4) 상에 제 2 전방 키홀 (도시 생략) 을 생성한다.
맞대기 용접 단계 중에, 제 2 전방 레이저 빔 (14) 은 제 2 전방 스폿 (20) 의 위치에서 제 2 용융 욕을 생성한다. 제 2 용융 욕은 제 2 전방 키홀을 둘러싼다.
예를 들면, 제 1 용융 욕 (13) 의 체적은 제 2 용융 욕의 체적으로부터 분리되고, 맞대기 용접 단계 시에 적어도 일순간에 또는 각각의 순간에, 제 1 용융 욕 (13) 및 제 2 용융 욕은 서로로부터 이격된다.
대안적으로, 제 1 용융 욕 (13) 의 체적은 제 2 용융 욕의 체적으로부터 분리되고, 맞대기 용접 단계 시에 적어도 일순간에 또는 각각의 순간에, 금속 시트들 (2, 4) 의 고체 상 영역은 제 1 용융 욕 (13) 과 제 2 용융 욕 사이에서 유지된다.
대안적으로, 제 1 및 제 2 용융 욕들은 맞대기 용접 단계의 적어도 일순간에 단일 용융 욕을 형성하도록 결합된다.
제 1 전방 스폿 및/또는 제 2 전방 스폿 (18, 20) 의 가장 큰 치수는 50 ㎛ 내지 250 ㎛ 이다. 따라서, 레이저 빔들 (12, 14) 의 에너지는 가장 높은 효율로 금속 시트들 (2, 4) 로 전달된다. 뿐만 아니라, 이들 치수들은 심지어 제 1 및 제 2 레이저 빔들 (14, 16) 에 대해 비교적 낮은 파워 입력으로 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 에서 제 1 키홀 (19) 및 제 2 키홀을 생성하는 것을 허용한다.
상기 제 1 전방 스폿 (18) 및/또는 상기 제 2 전방 스폿 (20) 은 가우시안 또는 톱 햇 에너지 분포를 갖고, 바람직하게, 원형 윤곽을 갖다.
용접 방향을 따라 취해진, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 의 센터들 사이의 거리는 5 mm 이하이다.
특히, 도 2 에 예시된 방법에서, 상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 의 센터들은 용접 방향에 직각인 방향을 따라 정렬된다.
각각의 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 의 센터는 각각, 제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트 (4) 의 측방향 면 (8) 으로부터 2.5 mm 이하의 거리에 위치된다.
특히, 도 2 에 예시된 방법에서, 제 1 전방 스폿 (18) 및 제 2 전방 스폿 (20) 의 센터들은 제 1 금속 시트 (2) 와 제 2 금속 시트 (4) 사이의 중앙 평면 (10) 으로부터 동등한 거리에 위치된다.
맞대기 용접 중에, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 은 서로로부터 이격된다. 환언하면, 맞대기 용접 중에, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 은 오버랩되지 않는다.
후방 레이저 빔 (16) 은 후방 방출 축선 (E3) 을 따라 방출된다.
후방 레이저 빔 (16) 은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 인접한 메인 면들 (6, 7) 과 교차한다. 후방 레이저 빔 (16) 에 의해 교차되는 이들 인접한 메인 면들 (6, 7) 은 예를 들면 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 두개의 상부 면들 (6) 또는 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 두개의 하부 면들 (7) 이다.
예를 들면, 후방 방출 축선 (E3) 은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 메인 면들 (6, 7) 에 직각으로 연장된다.
후방 레이저 빔 (16) 은 상기 인접한 메인 면들 (6, 7) 에서 후방 스폿 (22) 을 생성한다.
도 2 에 예시된 예에서, 후방 스폿 (22) 은 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 이 생성된 것과 동일한 메인 면들 (6, 7) 에 생성된다. 대안적으로, 후방 스폿 (22) 은 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 이 생성되는 것과 상이한 메인 면들 (6, 7) 에 생성된다.
후방 레이저 빔 (16) 의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이다. 그 결과로서, 후방 레이저 빔 (16) 은 후방 스폿 (22) 에서 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 에 후방 키홀 (23A) 을 생성한다 (도 3 을 참조).
도 3 에 예시된 바와 같이, 맞대기 용접 단계 중에, 후방 레이저 빔 (16) 은 후방 스폿 (22) 의 위치에서 후방 용융 욕 (23B) 을 생성한다. 후방 용융 욕 (23B) 은 후방 키홀 (23A) 을 둘러싼다.
실시형태에서, 후방 레이저 빔 (16) 의 에너지는 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (14, 16) 의 각각의 에너지보다 크다. 예를 들면, 후방 레이저 빔 (16) 의 에너지는 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (14, 16) 의 각각의 에너지의 적어도 2 배이다.
제 1 실시형태에 따르면, 후방 스폿 (22) 은 가우시안 또는 톱 햇 에너지 분포를 갖는다.
도 2 에 예시된 예에서, 그것은 원형 윤곽을 갖는다.
도시된 바와 같이 후방 스폿 (22) 은 제 1 금속 시트 (2) 와 제 2 금속 시트 (4) 사이의 중앙 평면 (10) 에서 센터링된다.
후방 스폿 (22) 의 가장 큰 치수는 예를 들면 200 ㎛ 내지 1800 ㎛, 바람직하게 600 ㎛ 내지 1200 ㎛ 이다.
도 2 에 예시된 바와 같이, 후방 스폿 (22) 의 표면적은 각각의 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 의 표면적보다 크다. 후방 레이저 빔 (16) 에 의해 생성된 후방 키홀 (23A) 의 체적은 각각 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 에 의해 생성된 제 1 및 제 2 전방 키홀들의 체적보다 크다. 뿐만 아니라, 맞대기 용접 중에, 후방 용융 욕 (23B) 의 체적은 각각 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 에 의해 생성된 제 1 및 제 2 용융 욕들의 체적보다 크다.
맞대기 용접 중에, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 에 대해 상대적인 이동하여 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 및 후방 스폿 (22) 은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 에 대해 용접 방향을 따라 변위된다.
예를 들면, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 이 제위치에 고정되면서 함께 이동된다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 은 제위치에 고정되고 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 함께 이동된다.
레이저 용접은 두개의 금속 시트들 (2, 4) 의 접합부에서 용접 조인트 (24) 를 생성한다. 용접 방향은 용접 조인트 (24) 가 이미 생성된 영역으로부터 시트들 (2, 4) 이 아직 용접 조인트 (24) 에 의해 결합되지 않은 영역을 향해 중앙 평면을 따라 연장되는 방향을 규정한다.
제 1 및 제 2 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 은 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 이 후방 스폿 (22) 의 전방에 위치되는 방식으로 구성된다.
이러한 문맥에서 "전방에서" 란 용접 방향에 대해 전방이라는 것을 의미한다. 따라서, 후방 스폿 (22) 은 용접 방향을 따라 용접 조인트 (24) 와 전방 스폿들 (18, 20) 사이에 위치된다. 환언하면, 맞대기 용접 단계 중에, 중앙 평면 (10) 에 센터링된 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 주어진 영역은 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 에 의해 항상 처음 교차되고 그후 후방 스폿 (22) 에 의해 보다 나중에 교차된다.
맞대기 용접 중에, 후방 스폿 (22) 은 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 의 각각으로부터 이격된다. 환언하면, 맞대기 용접 중에, 후방 스폿 (22) 은 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 의 각각을 오버랩하지 않는다.
맞대기 용접 중에, 후방 키홀 (23A) 은 제 1 전방 키홀 (19) 및 제 2 전방 키홀로부터 이격된다. 환언하면, 맞대기 용접 중에, 후방 키홀 (23A) 은 제 1 및 제 2 전방 키홀들의 각각을 오버랩하지 않는다.
예를 들면, 맞대기 용접 중에 키홀들의 상대적인 지오메트리 디포지션은 2D 비젼 센서를 통해 레이저-재료 상호작용 구역을 시각화함으로써 모니터링될 수 있다. 적외선 2D 비젼 센서로, 상호작용 구역의 2D 온도 맵이 확립될 수 있다. 특히, 키홀들, 용융 욕들, 및 고체 상 영역들은 명백히 식별된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 용접 레이저과 상이한 전용의 광 파장으로 레이저-재료 상호작용 구역을 조사함으로써, 그리고 비젼 센서의 전방에 상응하는 패스 밴드 (pass band) 필터를 사용함으로써 2D 퓨어 비젼 센서로 키홀들 형성들을 시각화하는 것이 가능하다.
제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 은 맞대기 용접 단계 중에 각각의 순간에, 금속 시트들 (2, 4) 의 고체 상 영역 (25) 및/또는 액체 상 영역 (13, 23B) 이 제 1 전방 키홀 (19) 과 후방 키홀 (23A) 사이에 그리고 제 2 전방 키홀과 후방 키홀 (23A) 사이에 유지되는 방식으로 구성된다.
보다 구체적으로, 스폿들 (18, 20, 22) 의 치수들, 스폿들 (18, 20, 22) 사이의 거리들, 제 1 과 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 과 금속 시트들 (2, 4) 사이의 상대적인 변위 속도들, 및 빔들 (12, 14, 16) 의 파워 밀도들은 맞대기 용접 단계 중에 각각의 순간에, 금속 시트들 (2, 4) 의 고체 상 영역 (25) 및/또는 액체 상 영역 (13, 23B) 이 제 1 전방 키홀 (19) 과 후방 키홀 (23A) 사이 그리고 제 2 전방 키홀과 후방 키홀 (23A) 사이에서 유지되도록 구성된다.
도 3 에 도시된 예에서, 금속 시트들 (2, 4) 의 고체 상 영역 (25) 및/또는 액체 상 영역 (13, 23B) 이 상기 제 1 전방 키홀 (19) 과 상기 후방 키홀 (23A) 사이에 그리고 상기 제 2 전방 키홀과 상기 후방 키홀 (23A) 사이에 유지되는 방식으로 구성된다. 대안적으로 단지 금속 시트들 (2, 4) 의 액체 상 영역 (13, 23B) 이 상기 제 1 전방 키홀 (19) 과 상기 후방 키홀 (23A) 사이에 그리고 상기 제 2 전방 키홀과 상기 후방 키홀 (23A) 사이에 유지되는 방식으로 구성된다.
하나의 실시형태에서, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 은 맞대기 용접 단계 중에 각각의 순간에, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 에 의해 생성된 맬트 욕의 체적이 후방 레이저 빔 (16) 에 의해 생성된 용융 욕의 체적으로부터 이격되는 방식으로 구성된다. 이러한 실시형태는 단일 용융 풀이 전방 레이저 빔들 및 후방 레이저 빔에 의해 형성되는 경우와 비교하여 용접의 가변성을 감소시키고 그 수치 시뮬레이션을 용이하게 한다.
후방 스폿 (22) 의 센터는 용접 방향을 따라 취해질 때에, 제 1 전방 스폿 (18) 및 제 2 전방 스폿 (20) 중 최후방의 센터로부터 0.5 mm 내지 8 mm 의 거리로 연장된다. 이러한 거리는 바람직하게 1 mm 내지 5 mm 이다.
제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 및 후방 레이저 빔 (16) 의 변위 속도들은 바람직하게 동일하고 2 m/min 내지 20 m/min, 바람직하게 4 m/min 내지 12 m/min 이다.
스폿들 치수들, 스폿들 사이의 거리들, 금속 시트들 (2, 4) 에서 스폿들의 상대적인 변위 속도들, 및 빔들의 파워 밀도들의 예들은 아래에 상세하게 설명될 것이다.
제 1 예에 따르면,
- 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 은 각각 1 mm 의 두께를 갖고 그것들이 용접 방향을 따라 서로 접촉되고 80 ㎛ 미만의 거리만큼 서로로부터 이격되도록 위치설정되고;
- 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 은 150 ㎛ 와 동등한 직경 및 500 W 의 에너지를 각각 갖고, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 은 커먼 레이저 용접 헤드에 의해 생성되고, 이러한 커먼 레이저 용접 헤드는 1kW 의 파워 및 1㎛ 의 파장을 갖는 Disk 레이저 발전기에 의해 동력공급되고;
- 후방 스폿 (22) 은 600 ㎛ 와 동등한 직경 및 4 kW 의 에너지를 갖고, 후방 스폿 (22) 은 전용의 레이저 용접 헤드에 의해 생성되고, 이러한 전용의 레이저 용접 헤드는 4kW 의 파워 및 1㎛ 의 파장을 갖는 YAG 레이저에 의해 동력공급되고;
- 전방 스폿들 (18, 20) 및 후방 스폿 (22) 은 등변 삼각형으로 배열되어서, 등변 삼각형은 1.2 mm 의 변 길이를 갖고, 후방 스폿 (22) 은 중앙 평면에 센터링되고 전방 스폿들 (18, 20) 은 중앙 평면으로부터 동등한 거리에 위치되고;
- 용접 속도는 16 m/min 이다.
제 2 예에 따르면,
- 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 은 각각 1 mm 의 두께를 갖고 그것들이 용접 방향을 따라 서로 접촉되고 80 ㎛ 미만의 거리만큼 서로로부터 이격되도록 위치설정되고;
- 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 은 각각 150 ㎛ 와 동등한 직경 및 500 W 의 에너지를 갖고, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 은 커먼 레이저 용접 헤드에 의해 생성되고, 이러한 커먼 레이저 용접 헤드는 1000 W 의 파워 및 1㎛ 의 파장을 갖는 Disk 레이저에 의해 동력공급되고;
- 후방 스폿 (22) 은 600 ㎛ 와 동등한 직경 및 4 kW 의 에너지를 갖고, 후방 스폿 (22) 은 전용의 레이저 용접 헤드에 의해 생성되고, 이러한 전용의 레이저 용접 헤드는 4kW 의 파워 및 1㎛ 의 파장을 갖는 YAG 레이저에 의해 동력공급되고;
- 전방 스폿들 (18, 20) 은 중앙 평면으로부터 동등한 거리로 그리고, 0.6 mm 의 거리로 위치되고, 후방 스폿 (22) 은 중앙 평면에 센터링되고 전방 스폿들 (18, 20) 뒤에서 1.2 mm 의 거리로 위치되고;
- 용접 속도는 16 m/min 이다.
본 발명에 따른 두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법에서, 제 1 및 제 2 전방 키홀들은 높은 형상 비를 갖고, 형상 비는 키홀의 직경에서 키홀이 높이의 비로서 규정된다. 높은 형상 비를 갖는 키홀은 키홀에서 레이저 빔의 다중 반사에 의해 최대 레이저 빔 에너지를 흡수한다.
특히, 키홀들 사이에서 고체 상 영역 (25) 및/또는 액체 상 영역 (13, 23B) 를 갖는 것은 제 1 및 제 2 전방 키홀들이 후방 키홀 (23A) 내에서 외부로 개방되는 것을 방지한다. 전방 및 후방 키홀들 사이에 그러한 소통은 전방 키홀들의 각각의 형상 비들의 높은 감소를 발생시키고 따라서 맞대기 용접 단계의 에너지 효율에 영향을 준다.
뿐만 아니라, 맞대기 용접 중에, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 은 이들 면적들이 후방 스폿 (22) 에 의해 용융되기 전에 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 고려된 면적들을 각각 사전 가열한다.
이러한 사전 가열은 맞대기 용접의 에너지 효율을 증가시키기 때문에 유리하다. 뿐만 아니라, 그것은 또 후방 용융 욕 (23B) 을 길게만든다. 후방 용융 욕 (23B) 을 길게 만드는 것은 용접 조인트 (24) 의 지오메트리를 개선하고, 맞대기 용접의 속도 제한을 증가시킨다.
뿐만 아니라, 코팅이 강 시트들 (2, 4) 에 존재하는 경우에, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 은 다음의 방식으로 코팅에 작용한다: 낮은 증기화 온도를 갖는 코팅들, 예를 들면 아연-계 코팅은 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 의 작용에 의해 증기화되는 한편, 높은 증기화 온도를 갖는 코팅들, 예를 들면 알루미늄-계 코팅들, 및 예를 들면 알루미늄-규소 코팅들은 사전-용융되고 융합 구역에서 부분적으로 통합된다.
제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 의 각각의 에너지 밀도들은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 매우 효율적으로 사전가열을 허용한다. 이러한 효율은 높은 형상 비를 갖는 제 1 및 제 2 전방 키홀들로 인한 것이다.
추가로, 맞대기 용접 중에, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 은 제 1 과 제 2 금속 시트들 (2, 4) 사이의 갭을 감소시키는 경향을 갖는다. 보다 정확하게, 제 1 과 제 2 금속 시트들 (2, 4) 사이의 갭의 폭은 측방향 면들 (8) 의 에지 프로파일을 만곡하고 중앙 평면 (10) 에 더 가깝게 그것을 이동시키는 경향을 갖는, 측방향 면들 (8) 에서 표면 인장력들 뿐만 아니라 강 기재 (9A) 의 열적 팽창으로 인해 감소된다. 갭 폭에서 이러한 감소는 후방 레이저 빔 (16) 의 에너지 효율을 개선시킨다.
제 1 실시형태에 따른 방법의 대안예에서, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 의 센터들은 용접 방향을 따라 서로 거리를 갖고서 배열된다.
제 1 실시형태에 따른 방법의 또 다른 대안예에서, 방법은 맞대기 용접 단계 중에 용접 재료, 예를 들면 용접 와이어 또는 파우더를 제공하는 것을 포함한다.
용접 재료는 바람직하게 제 1 과 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 사이에 삽입됨으로써 후방 레이저 빔 (16) 에 제공된다. 대안적으로 첨가된 용접 재료는 후방 레이저 빔 (16) 의 후방 위치에 또는 측방향으로 제공될 수 있다.
제 1 과 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 사이에 용접 재료의 삽입은 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 의 센터들이 용접 방향을 따라 서로 거리를 갖고서 배열되는 경우에 용이하게 된다.
용접 재료가 용접 와이어인 경우에, 와이어는 예를 들면 중앙 평면 (10) 에 대해 실질적으로 평행한 제 1 과 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 사이로 삽입된다.
제 1 과 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 사이에 삽입될 때에, 용접 재료는 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 에 의해 사전가열된다. 용접 재료가 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 사이로 삽입될 때에, 용접 재료의 20% 미만의 체적이 이들 레이저 빔들 (12, 14) 에 의해 용융된다. 바람직하게, 제 1 및 제 2 전방 레이저 빔들 (12, 14) 은 용접 재료가 그들 사이에 삽입될 때에 용접 재료를 용융하지 않는다.
이러한 대안예에서, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 에 의한 금속 시트들 (2, 4) 의 사전 가열로 인한 후방 용융 욕 (23B) 의 길어짐은 금속 시트들 (2, 4) 의 재료와 용접 재료의 혼합을 개선하는 데 기여한다.
제 1 실시형태에 따른 방법에 대안적으로, 제 1 및 제 2 전방 스폿들 (18, 20) 의 센터들은 중앙 평면 (10) 로부터 상이한 거리에 위치된다.
제 1 실시형태에 따른 방법의 추가의 대안예에서, 후방 스폿 (22) 의 센터는 제 1 과 제 2 금속 시트들 (2, 4) 사이의 중앙 평면 (10) 에 대해 측방향으로 오프셋된다. 이러한 대안예는 금속 시트들 (2, 4) 이 상이한 두께들을 갖는 경우에 특히 적절하다.
제 1 실시형태에 따른 방법의 또 다른 대안예에 따르면, 후방 스폿 (22) 은 세장형 외부 윤곽, 예를 들면 장방형 윤곽, 타원형 윤곽, 직사각형 윤곽, 티어 드롭 윤곽 또는 난형 윤곽을 갖는다. 장방형, 티어 드롭 및 난형 윤곽들은 각각 도 5, 도 6, 도 7 을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
제 2 실시형태에 따른 두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법은 도 4 의 도면에서 설명된다.
이러한 방법은 후방 스폿 (22) 이 링-형상이라는 점에서 제 1 실시형태에 따른 방법과 상이하다.
후방 레이저 빔 (16) 의 에너지는 그 센터 부분에서보다 오히려 외부 환상의 부분에서 주로 집중된다. 그러한 형상은 106 W/cm2 의 에너지 밀도에 도달하는 것을 용이하게 한다.
특히, "링-형상의" 이란, 후방 스폿 (22) 이 외부 윤곽 (26) 및 내부 윤곽 (28) 을 갖는다는 것을 의미한다. 내부 윤곽 (28) 은 외부 윤곽 (26) 에 대한 실질적인 상사 확대이다.
특히, 후방 스폿 (22) 은 두개의 금속 시트들 (2, 4) 사이에서 중앙 평면 (10) 에 평행한 평면에 대해 대칭이다.
도 4 에 예시된 바와 같이, 후방 스폿 (22) 은 원형이다. 보다 정확하게, 후방 스폿 (22) 의 외부 윤곽 (26) 및 내부 윤곽 (28) 은 원형이다.
후방 스폿 (22) 의 가장 큰 외부 치수는 200 ㎛ 내지 1800 ㎛, 바람직하게 600 ㎛ 내지 1200 ㎛ 이다. 제 2 실시형태에 따른 방법에서, 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 외부 치수는 그 외부 윤곽 (26) 의 직경에 상응한다.
후방 스폿 (22) 의 가장 큰 내부 치수 당 가장 큰 외부 치수의 비는 1.2 내지 3.2, 바람직하게 1.3 내지 2 이다. 제 2 실시형태에 따른 방법에서, 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 내부 치수는 그 내부 윤곽 (28) 의 직경에 상응한다.
도 4 에 예시된 바와 같이, 내부 윤곽 (28) 의 적어도 하나의 부분은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 과 각각 교차한다.
후방 레이저 빔 (16) 의 환상의 형상은 방법의 에너지 효율을 증가시키는 데, 왜냐하면 측방향 면들 (8) 사이의 갭으로 통과함으로써 낭비되는 후방 레이저 빔 (16) 의 에너지의 부분이 감소되기 때문이다.
제 3 실시형태에 따른 두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법은 도 5 의 도면에서 설명된다.
제 3 실시형태에 따른 이러한 방법은 후방 스폿 (22) 이 용접 방향에 평행하게 신장 방향을 따라 세장형 형상을 갖는다는 점에서 제 2 실시형태에 따른 방법과 상이하다. 이러한 경우에, 용접 방향에 직각으로 취해진 상기 후방 스폿 (22) 의 외부 치수는 용접 방향에 평행하게 취해진 후방 스폿 (22) 의 외부 치수보다 작다.
도 5 에 예시된 예에서, 후방 스폿 (22) 은 장방형 형상을 갖는다. 보다 정확하게, 후방 스폿 (22) 의 외부 윤곽 (26) 및 내부 윤곽 (28) 은 링-형상의 후방 스폿 (22) 의 경우에 장방형-형상이다.
세장형 형상은 후방 스폿 (22) 뒤에서 용융된 재료의 유동을 개선시키고, 유동은 보다 덜 난류성이다. 따라서, 세장형 형상은 용접 조인트 (24) 의 지오메트리를 심지어 추가로 개선하고, 맞대기 용접의 속도 제한을 증가시킨다.
대안예에 따르면, 후방 스폿 (22) 은 타원형 형상을 갖는다. 보다 정확하게, 후방 스폿 (22) 의 외부 윤곽 (26) 및 내부 윤곽 (28) 은 링-형상의 후방 스폿 (22) 의 경우에 타원형이다.
또 다른 대안예에 따르면, 후방 스폿 (22) 은 직사각형 윤곽을 갖는다. 보다 정확하게, 후방 스폿 (22) 의 외부 윤곽 (26) 및 내부 윤곽 (28) 은 링-형상의 후방 스폿 (22) 의 경우에 직사각형이다.
제 4 실시형태에 따른 두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법은 도 6 의 도면에서 설명된다.
제 4 실시형태에 따른 방법은 후방 스폿 (22) 이 티어 드롭 형상을 갖는다는 점에서 제 3 실시형태에 따른 방법과 상이하다.
보다 정확하게, 후방 스폿 (22) 의 외부 윤곽 (26) 및 내부 윤곽 (28) 은 링-형상의 후방 스폿 (22) 의 경우에 티어 드롭 형상이다.
보다 구체적으로, 도 6 에 도시된 바와 같이, 각각의 외부 및 내부 윤곽들 (26, 28) 은 라운딩된 에지 (32) 와 반대인 포인트형 단부 (30) 를 갖는다.
도 6 에 예시된 바와 같이, 포인트형 단부 (30) 는 용접 방향을 따라 라운딩된 에지 (32) 뒤에 위치된다.
포인트형 단부 (30) 는 중앙 평면 (10) 에 센터링된다.
티어 드롭 형상은 후방 스폿 (22) 뒤에 용융된 재료의 유동을 심지어 추가로 개선시킨다.
제 5 실시형태에 따른 두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법은 도 7 의 도면에서 설명된다.
제 5 실시형태에 따른 방법은 후방 스폿 (22) 이 난형 형상을 갖는다는 점에서 제 3 실시형태에 따른 방법과 상이하다.
제 6 실시형태에 따른 두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법은 도 8 의 도면에서 설명된다.
제 6 실시형태에 따른 방법은 그것이 제 1 전방 레이저 빔 (12), 제 2 전방 레이저 빔 (14) 및 후방 레이저 빔 (16) 을 방출하는 단계와 동시에 2차 후방 레이저 빔 (34) 을 방출하는 단계를 추가로 포함한다는 점에서 제 3 실시형태에 따른 방법과 상이하다.
2차 후방 레이저 빔 (34) 은 2차 후방 방출 축선 (E4) 을 따라 방출된다.
2차 후방 레이저 빔 (34) 은 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 의 인접한 메인 면들 (6, 7) 과 교차한다.
2차 후방 레이저 빔 (34) 은 상기 인접한 메인 면들 (6, 7) 에서 후방 스폿 (36) 을 생성한다.
도 8 에 예시된 예에서, 2차 후방 스폿 (36) 은 후방 스폿 (22) 이 생성되는 것들과 동일한 메인 면들 (6, 7) 에서 생성된다. 대안적으로, 2차 후방 스폿 (36) 은 후방 스폿 (22) 이 생성되는 것과 상이한 메인 면들 (6, 7) 에서 생성된다.
2차 후방 레이저 빔 (34) 의 에너지 밀도는 바람직하게 106 W/cm² 이상이다. 그 결과로서, 2차 후방 레이저 빔 (34) 은 2차 후방 스폿 (36) 에서 제 1 및 제 2 금속 시트들 (2, 4) 에 2차 후방 키홀을 생성한다.
대안적으로, 2차 후방 레이저 빔 (34) 의 에너지 밀도는 106 W/cm² 보다 낮고, 따라서 비-키홀 (non-keyhole) 가열부를 생성하여 용접 조인트 (24) 의 평탄화를 향상시킨다.
2차 후방 스폿 (36) 은 두개의 금속 시트들 (2, 4) 사이에서 중앙 평면 (10) 에 평행한 평면에 대해 대칭이다.
특히, 2차 후방 스폿 (36) 은 원형이다. 보다 정확하게, 2차 후방 스폿 (36) 의 외부 윤곽 (38) 및 내부 윤곽 (40) 은 원형이다.
후방 스폿 (22) 의 가장 큰 외부 치수는 2차 후방 스폿 (36) 의 가장 큰 외부 치수보다 크다.
2차 후방 스폿 (36) 의 가장 큰 치수는 예를 들면 100 ㎛ 내지 1300 ㎛, 바람직하게 300 ㎛ 내지 1000 ㎛ 이다.
도 8 의 예에서, 2차 후방 스폿 (36) 은 중앙 평면 (10) 에 센터링된다.
맞대기 용접 중에, 2차 후방 레이저 빔 (34) 은 2차 후방 스폿 (36) 이 용접 방향을 따라 후방 스폿 (22) 뒤에 위치되는 방식으로 구성된다. 2차 후방 스폿 (36) 은 특히 용접 방향을 따라 용접 조인트 (24) 와 후방 스폿 (22) 사이에 위치된다.
맞대기 용접 단계 중에, 2차 후방 레이저 빔 (34) 은 2차 후방 용융 욕을 생성하고, 2차 후방 용융 욕은 특히 2차 후방 스폿 (36) 의 위치에서 생성된다.
예를 들면, 후방 용융 욕 (23B) 및 2차 후방 용융 욕은 결합된다. 대안적으로, 후방 용융 욕 (23B) 의 체적은 2차 후방 용융 욕의 체적으로부터 분리되고, 맞대기 용접 단계의 매 순간에, 금속 시트들 (2, 4) 의 고체 상 영역은 후방 용융 욕 (23B) 과 2차 후방 용융 욕 사이에서 유지된다.
도 8 에 예시된 예에서, 2차 후방 스폿 (36) 은 링-형상이다. 2차 후방 스폿 (36) 은 특히 외부 윤곽 (38) 및 내부 윤곽 (40) 을 갖는다. 2차 후방 스폿 (36) 의 내부 윤곽 (40) 은 현저하게 2차 후방 스폿 (36) 의 외부 윤곽 (38) 에 대한 상사 확대이다.
대안예에 따르면, 2차 후방 스폿 (36) 은 가우시안 또는 톱 햇 에너지 분포를 갖는다.
또 다른 대안예에 따르면, 2차 후방 스폿 (36) 은 세장형 형상, 예를 들면 장방형 형상, 난형 형상, 직사각형 형상, 또는 티어 드롭 형상을 갖는다.
추가의 대안예에서, 2차 후방 스폿의 센터는 제 1 금속 시트와 제 2 금속 시트 사이의 상기 중앙 평면에 대해 측방향으로 오프셋된다.
상기 개시된 특징들로 인해, 본 발명에 따른 맞대기 용접 방법은 금속 시트들이 그들 사이에 중요한 갭에 의해 위치설정될지라도 양호한 에너지 효율로 금속 시트들 (2, 4) 을 용접하는 것을 가능하게 한다.

Claims (34)

  1. 두개의 금속 시트들 (2, 4) 을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은 다음의 단계들:
    - 제 1 금속 시트 (2) 및 제 2 금속 시트 (4) 를 제공하는 단계로서, 각각의 금속 시트는 두개의 메인 면들 (6, 7) 및 상기 두개의 메인 면들 (6, 7) 을 결합하는 측방향 면 (8) 을 각각 갖는, 상기 제공하는 단계;
    - 측방향 면들 (8) 이 서로 마주보도록 상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 를 위치설정하는 단계로서, 상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 를 위치설정하는 단계는 상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 의 상기 메인 면들 (6, 7) 에 직각인 중앙 평면 (10) 을 규정하는, 상기 위치설정하는 단계; 및
    - 용접 방향을 따르는 상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 의 맞대기 용접 단계를 포함하고,
    상기 맞대기 용접 단계는,
    - 제 1 전방 방출 축선 (E1) 을 따르는 제 1 전방 레이저 빔 (12) 으로서, 상기 제 1 전방 방출 축선 (E1) 은 상기 제 1 금속 시트 (2) 의 상기 메인 면들 (6, 7) 중 하나와 교차하고, 상기 제 1 전방 레이저 빔 (12) 은 상기 제 1 금속 시트 (2) 의 메인 면과의 교차부에서 제 1 전방 스폿 (18) 을 생성하고, 상기 제 1 전방 레이저 빔 (12) 의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이고, 상기 제 1 전방 레이저 빔 (12) 은 상기 제 1 전방 스폿 (18) 에서 상기 제 1 금속 시트 (2) 에 제 1 전방 키홀 (19) 을 생성하는, 상기 제 1 전방 레이저 빔 (12);
    - 제 2 전방 방출 축선 (E2) 을 따르는 제 2 전방 레이저 빔 (14) 으로서, 상기 제 2 전방 방출 축선 (E2) 은 상기 제 2 금속 시트의 상기 메인 면들 (6, 7) 중 하나와 교차하고, 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14) 은 상기 제 2 금속 시트의 메인 면과의 교차부에서 제 2 전방 스폿 (20) 을 생성하고, 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14) 의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이고, 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14) 은 상기 제 2 전방 스폿 (20) 에서 상기 제 2 금속 시트 (4) 에 제 2 전방 키홀을 생성하고, 상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 의 각각의 센터는 각각, 상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 의 상기 측방향 면 (8) 으로부터 2.5 mm 이하의 거리에 위치되고, 상기 제 1 전방 레이저 빔 (12) 및 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14) 의 센터들 사이에서 용접 방향을 따라 취해진 거리는 5 mm 이하인, 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14); 및
    - 후방 레이저 빔 (16) 으로서, 상기 후방 레이저 빔 (16) 은 상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 의 인접한 메인 면들 (6, 7) 과 교차하여 상기 메인 면들 상에 후방 스폿 (22) 을 생성하고, 상기 후방 레이저 빔 (16) 의 에너지 밀도는 106 W/cm² 이상이고, 상기 후방 스폿 (22) 의 표면적은 상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 의 각각의 표면적보다 크고, 상기 후방 레이저 빔 (16) 은 상기 후방 스폿 (22) 에서 상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 에 후방 키홀 (23A) 을 생성하는, 상기 후방 레이저 빔 (16)
    을 동시에 방출하는 것을 포함하고;
    상기 제 1 전방 레이저 빔 (12) 및 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14) 및 상기 후방 레이저 빔 (16) 은,
    - 상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 이 상기 후방 스폿 (22) 의 전방에 위치되도록; 그리고
    - 매 순간에, 금속 시트들 (2, 4) 의 고체 상 영역 (25) 및/또는 액체 상 영역 (13, 23B) 이 상기 제 1 전방 키홀 (19) 과 상기 후방 키홀 (23A) 사이에 그리고 상기 제 2 전방 키홀과 상기 후방 키홀 (23A) 사이에 유지되도록
    구성되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 맞대기 용접 단계의 매 순간에, 상기 제 1 전방 레이저 빔 (12) 및 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14) 에 의해 생성된 용융 욕의 체적은 상기 후방 레이저 빔 (16) 에 의해 생성된 용융 욕의 체적과 별개인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 스폿 및/또는 상기 제 2 전방 스폿의 가장 큰 치수는 50 ㎛ 내지 250 ㎛ 인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 치수는 200 ㎛ 내지 1800 ㎛ 인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 치수는 600 ㎛ 내지 1200 ㎛ 인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 는 0.15 mm 내지 5 mm 의 두께를 각각 갖는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 의 센터들은 상기 제 1 금속 시트 (2) 와 상기 제 2 금속 시트 (4) 사이의 중앙 평면 (10) 으로부터 동등한 거리에 위치되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 의 센터들은 용접 방향에 직각인 방향을 따라 정렬되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 의 센터들은 용접 방향을 따라 서로로부터 거리를 갖고서 배열되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 은 상기 제 1 금속 시트 (2) 와 상기 제 2 금속 시트 (4) 사이의 상기 중앙 평면 (10) 에서 센터링되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22)의 센터는 상기 제 1 금속 시트 (2) 와 상기 제 2 금속 시트 (4) 사이의 상기 중앙 평면 (10) 에 대해 측방향으로 오프셋되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 센터는 용접 방향을 따라 취해질 때에, 상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 중 최후방의 센터로부터 0.5 mm 내지 8 mm 의 거리로 연장되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 센터는 용접 방향을 따라 취해질 때에, 상기 제 1 전방 스폿 (18) 및 상기 제 2 전방 스폿 (20) 중 최후방의 센터로부터 1 mm 내지 5 mm 의 거리로 연장되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 스폿 (18) 및/또는 상기 제 2 전방 스폿은 가우시안 (Gaussian) 또는 톱 햇 에너지 분포 (top hat energy distribution) 를 갖는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 스폿 (18) 및/또는 상기 제 2 전방 스폿은 원형 윤곽을 갖는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 은 가우시안 또는 톱 햇 에너지 분포를 갖는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 은 링-형상인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    용접 방향에 직각으로 취해진 상기 후방 스폿 (22) 의 외부 치수는 용접 방향에 평행하게 취해진 상기 후방 스폿 (22) 의 외부 치수보다 작은, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 은 두개의 금속 시트들 (2, 4) 사이에서 상기 중앙 평면 (10) 에 평행한 평면에 대해 대칭인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 외부 치수는 200 ㎛ 내지 1800 ㎛ 인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 외부 치수는 600 ㎛ 내지 1200 ㎛ 인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 내부 치수 당 가장 큰 외부 치수의 비는 1.2 내지 3.2 인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 내부 치수 당 상기 가장 큰 외부 치수의 비는 1.3 내지 2 인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  24. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 은 용접 방향에 평행한 신장 방향을 따라 원형 윤곽 또는 세장형 형상을 갖는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  25. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 제 1 전방 레이저 빔 (12), 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14) 및 상기 후방 레이저 빔 (16) 을 방출하는 단계와 동시에,
    2차 후방 레이저 빔 (34) 을 방출하는 단계로서, 상기 2차 후방 레이저 빔 (34) 은 상기 제 1 금속 시트 (2) 및 상기 제 2 금속 시트 (4) 의 인접한 메인 면들 (6, 7) 과 교차하여 인접한 메인 면들 상에 2차 후방 스폿 (36) 을 생성하는, 상기 2차 후방 레이저 빔 (34) 을 방출하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 2차 후방 레이저 빔 (34) 은 상기 2차 후방 스폿 (36) 이 상기 후방 스폿 (22) 뒤에 위치되는 방식으로 구성되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 2차 후방 스폿 (36) 은 링-형상이거나 또는 가우시안 또는 톱 햇 에너지 분포를 갖는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 후방 스폿 (22) 의 가장 큰 외부 치수는 상기 2차 후방 스폿 (36) 의 가장 큰 외부 치수보다 큰, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  28. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 맞대기 용접 단계 중에 용접 재료를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 용접 재료는 용접 와이어 또는 파우더인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  30. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 시트 (2) 및/또는 상기 제 2 금속 시트 (4) 는 메인 면들 (6, 7) 의 적어도 하나에 아연-합금 또는 알루미늄-합금 사전코팅 (9B) 을 갖는 강 기재 (9A) 를 포함하는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  31. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 레이저 빔 (12), 및/또는 상기 제 2 전방 레이저 빔 (14), 및/또는 상기 후방 레이저 빔 (16) 은 커먼 레이저 헤드에 의해 생성되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  32. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 레이저 빔은 전용의 레이저 헤드에 의해 생성되는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  33. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 시트 (2) 또는 상기 제 2 금속 시트 (4) 의 적어도 하나의 강 기재 (9A) 는 프레스-경화가능한 강인, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
  34. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 시트 (2) 또는 상기 제 2 금속 시트 (4) 의 적어도 하나는 아연-함유 또는 알루미늄-함유 사전코팅을 포함하는, 두개의 금속 시트들을 맞대기 레이저 용접하기 위한 방법.
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