KR102524452B1 - 쿼츠 용접 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보다 두꺼운 쿼츠 판재가 보다 견고하게 용접되어 형성된 쿼츠 용접 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 형태에 따르면, 쿼츠 재질로 이루어진 소정 두께의 벽체가 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통형상을 이루며, 상기 벽체의 일부에 길이방향으로 개구부가 형성된 튜브 본체; 상기 튜브 본체에 용접되어 접합되며, 상기 튜브 본체의 외주면으로부터 돌출되어 상기 개구부 외측을 덮도록 형성되는 돌출부;를 포함하며, 상기 돌출부는, 쿼츠 재질로 이루어지고, 상기 튜브 본체와 동일한 곡률을 가지며, 상기 개구부로부터 상기 튜브 본체의 직경방향 외측으로 일정거리 이격되어 위치되는 쉘; 쿼츠 재질로 이루어지고, 일단이 상기 쉘의 양 측면에 각각 용접되며, 타단은 상기 튜브 본체의 개구부 테두리에 용접되는 한 쌍의 사이드 플레이트;를 포함하고, 상기 쉘과 플레이트의 사이에는, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트 및 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 용접부;가 형성되며, 상기 용접부의 상기 튜브 본체의 외측을 향하는 외면은, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 모서리보다 더 바깥에 위치되도록 형성되며 곡면을 형성하는, 쿼츠 용접 구조물이 개시된다.

Description

쿼츠 용접 구조물 및 그 제조방법{Quartz Welding Structure and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 쿼츠 용접 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 보다 두꺼운 쿼츠 판재가 보다 견고하게 용접되어 형성된 쿼츠 용접 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

쿼츠(Quartz)는 석영재질로 이루어져 고온환경에서 다른 소재와 반응하지 않는 불활성 소재가 필요한 공정에 주로 사용되고 있다.

이러한 쿼츠는 요구되는 형상에 따라 원통형 및 박스형 등 여러 가지 형태로 제조되어야 하는데, 필요에 따라 두 석영 판재가 서로 접합되어야 할 수 있다.

일반적으로 산업현장에서 사용되고 있는 용접기법은 융접, 압접, 납접 등으로 분류되고 있다. 용접의 종류에는 다양한 종류가 개발되어 산업현장에서 시행되고 있는 실정이다.

한편, 쿼츠의 용접에 있어서는, 일반적으로 토치를 이용하여 서로 맞접된 두 모재를 가열하는 방식이 사용되고 있다.

즉, 두 모재의 측면을 맞접하거나 또는 겹치도록 배치한 뒤에 토치를 이용하여 모재를 가열하여 용접하였다.

그러나, 만들고자 하는 제품의 형상에 따라 절곡된 형상으로 용접해야 하는 경우도 있고, 특히 모재의 두께가 두꺼운 부분품을 용접해야 하는 경우도 있는데, 이러한 경우 기존이 토치를 이용하는 방법은 효과적이지 못하여, 두께가 두꺼운 쿼츠 부품을 양호한 품질로 생산하기에 걸림돌이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 견고하게 용접된 쿼츠 용접 구조물을 제공하는 것이 과제이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 쿼츠 재질로 이루어진 소정 두께의 벽체가 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통형상을 이루며, 상기 벽체의 일부에 길이방향으로 개구부가 형성된 튜브 본체; 상기 튜브 본체에 용접되어 접합되며, 상기 튜브 본체의 외주면으로부터 돌출되어 상기 개구부 외측을 덮도록 형성되는 돌출부;를 포함하며, 상기 돌출부는, 쿼츠 재질로 이루어지고, 상기 튜브 본체와 동일한 곡률을 가지며, 상기 개구부로부터 상기 튜브 본체의 직경방향 외측으로 일정거리 이격되어 위치되는 쉘; 쿼츠 재질로 이루어지고, 일단이 상기 쉘의 양 측면에 각각 용접되며, 타단은 상기 튜브 본체의 개구부 테두리에 용접되는 한 쌍의 사이드 플레이트;를 포함하고, 상기 쉘과 플레이트의 사이에는, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트 및 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 용접부;가 형성되며, 상기 용접부의 상기 튜브 본체의 외측을 향하는 외면은, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 모서리보다 더 바깥에 위치되도록 형성되며, 곡면을 형성하는, 쿼츠 용접 구조물이 개시된다.

상기 용접부의 중앙지점의 두께는, 상기 쉘 또는 상기 사이드 플레이트의 두께의 80%이상일 수 있다.

상기 쉘과 상기 사이드 플레이트는 서로 80도에서 120도 이내의 각도를 형성하도록 배치될 수 있다.

상기 쉘의 상기 사이드 플레이트측을 향하는 외측 모서리와, 상기 사이드 플레이트의 상기 쉘측을 향하는 외측 모서리의 간격은 6mm 이내일 수 있다.

상기 쉘의 상기 사이드 플레이트측을 향하는 내측 모서리와, 상기 사이드 플레이트의 상기 쉘측을 향하는 내측 모서리이의 간격은 0~1mm 범위일 수 있다.

상기 용접부의 상기 튜브 본체를 향하는 내측면은 0.3~0.7mm의 곡률반경을 형성할 수 있다.

상기 쉘과 상기 사이드 플레이트는 1~6mm이내의 두께를 가질 수 있다.

상기 사이드 플레이트의 두께는 상기 쉘의 두께와 같거나 두꺼울 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 쿼츠 재질로 이루어진 소정 두께의 벽체가 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통형상을 이루는 아우터 림; 상기 아우터 림의 일측단으로부터 상기 림의 직경 내측방향으로 연장되도록 형성되는 플랜지;를 포함하며, 상기 아우터 림과 플랜지의 사이에는, 상기 아우터 림과 상기 플랜지 및 상기 아우터 림과 상기 플랜지 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 제1용접부;가 형성되며, 상기 제1용접부의 상기 아우터 림의 외측을 향하는 외면은, 상기 아우터 림과 상기 플랜지의 모서리보다 더 바깥에 위치되도록 형성되며, 곡면을 형성하는, 쿼츠 용접 구조물이 개시된다.

상기 플랜지의 내측에 상기 아우터 림과 같은 방향으로 연장되는 인너림이 더 구비되며, 인너 림과 상기 플랜지의 사이에는, 상기 인너 림과 상기 플랜지 및 상기 인너 림과 상기 플랜지 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 제2용접부;가 형성되고, 상기 제2용접부의 상기 인너 림의 외측을 향하는 외면은, 상기 인너 림과 상기 플랜지의 모서리보다 더 바깥에 위치되도록 형성되며, 곡면을 형성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 일측방향으로 길이방향을 갖는 쿼츠 재질의 튜브 본체의 벽체 일부를 절단하여 쉘을 채취하는 쉘 채취단계; 상기 쉘 채취단계에서 채취된 쉘의 양 측면에 사이드 플레이트를 각각 레이저와 용접봉으로서 용접하여 돌출부를 형성하는 돌출부 제조단계; 상기 돌출부 제조단계에서 제조된 돌출부를 상기 튜브 본체의 상기 쉘을 채취하여 형성된 개구부 테두리에 용접하는 돌출부 부착단계;를 포함하는, 쿼츠 용접 구조물 제조방법이 개시된다.

상기 돌출부 제조단계는, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트를 지그에 위치시키는 모재 준비 단계; 상기 모재 준비 단계에서 위치된 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 용접봉을 위치시키고, 레이저를 상기 용접봉과 상기 쉘 및 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 조사하여 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트를 용접하는 용접단계;를 포함할 수 있다.

상기 지그에 위치된 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위를 가접합 시키는 가접합 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 용접단계에서, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 조사되는 레이저의 초점은 상기 접합부위로부터 외측으로 이격된 지점에 형성될 수 있다.

상기 용접단계는, 상기 모재 준비 단계에서 위치된 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 용접봉을 위치시키고, 레이저를 상기 용접봉과 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 조사하여 상기 접합부위에 걸쳐 상기 접합부위의 목표두께의 일부를 형성하는 제1용접단계; 상기 제1용접단계에 의해 용접이 이루어진 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 용접봉을 위치시키고, 레이저를 상기 용접봉과 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 조사하여 상기 접합부위에 걸쳐 상기 접합부위의 목표두께를 이루도록 나머지를 용접하는 제2용접단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 쿼츠 용접 구조물에 따르면, 서로 경사지게 배치된 쿼츠 재질의 쉘과 사이드 플레이트의 용접부가 두번에 걸쳐 용접되므로, 보다 더 두꺼운 쉘과 사이드 플레이트를 사용할 수 있어, 보다 견고한 쿼츠 용접 구조물을 제조할 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.

아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 쿼츠 용접 구조물의 일 실시예에 따른 인너 튜브쉘을 도시한 사시도;
도 2는 도 1의 인너 튜브쉘의 돌출부의 단면을 도시한 도면;
도 3은 도 1의 인너 튜브쉘의 튜브 본체를 도시한 사시도;
도 4의 (a)는 도 3의 튜브 본체에서 일부를 절단하여 개구를 형성한 상태를 도시한 사시도;
도 4의 (b)는 도 3의 튜브 본체에서 채취한 쉘을 도시한 도면;
도 5는 도 3의 튜브 본체에서 채취한 쉘에 사이드 플레이트를 용접한 돌출부를 도시한 사시도;
도 6은 본 발명의 쿼츠 용접 구조물을 제조 하기 위한 레이저 용접장치를 도시한 사시도;
도 7은 도 6의 레이저 용접장치에 의해 용접이 이루어지는 돌출부의 접합부위를 확대하여 도시한 단면도;
도 8 및 도 9는 본 실시예의 쿼츠 용접 구조물의 돌출부의 접합부위에 레이저 용접장치의 레이저가 조사되는 모습을 도시한 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예의 쿼츠 용접 구조물의 돌출부의 용접부가 1차 용접되었을 때의 상태를 도시한 단면도;
도 11은 본 발명의 일 실시예의 쿼츠 용접 구조물의 돌출부의 용접부가 2차 용접되었을 때의 상태를 도시한 단면도;
도 12는 용접이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물의 돌출부의 용접부를 확대하여 도시한 사진;
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물의 제조방법을 도시한 순서도;
도 14는 도 13의 쿼츠 용접 구조물의 제조방법 중 돌출부 제조단계의 세부 제조방법을 도시한 순서도;
도 15는 도 14의 돌출부 제조단계 중 모재 준비 단계 및 가접합단계일 때의 상태를 도시한 도면;
도 16은 도 14의 제1용접단계 및 제2용접단계일 때의 용접되는 모습을 도시한 도면;
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물을 도시한 도면;
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물을 도시한 도면 이다.

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.

이하, 본 발명의 쿼츠 용접 구조물의 일 실시예에 대해서 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물은 도 1에 도시된 바와 같이, 튜브 본체(40)와 돌출부(90)를 포함하는 이너 튜브쉘 구조체(30)일 수 있다.

상기 튜브 본체(40)는 쿼츠 재질로 이루어진 소정 두께의 벽체가 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통 형상을 이루며, 상기 벽체의 일부에 길이방향으로 개구부(42)가 형성될 수 있다.

또한, 상기 돌출부(90)는 상기 튜브 본체(40)의 외주면으로부터 돌출되어 상기 개구부(42)의 외측을 덮도록, 상기 튜브 본체(40)에 용접되어 접합될 수 있다.

상기 돌출부(90)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)를 포함할 수 있다.

상기 쉘(10)은 상기 튜브 본체(40)와 동일한 곡률을 가지며, 상기 개구부(42)와 대응되는 크기와 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 쉘(10)은 쿼츠 재질로 이루어지고, 상기 튜브 본체(40)와 동일한 곡률을 가지며, 상기 개구부(42)로부터 상기 튜브 본체(40)의 직경방향 외측으로 일정거리 이격되어 위치될 수 있다.

상기 사이드 플레이트(20)는 쿼츠 재질로 이루어지고, 일단이 상기 쉘(10)의 양 측면에 각각 용접되고, 타단은 상기 튜브 본체(40)의 개구부(42) 테두리에 용접될 수 있다.

한편, 쉘과 플레이트(20)의 사이에는, 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20) 및 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20) 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 용접부(60)가 형성될 수 있다.

상기 용접부(60)의 상기 튜브 본체(40)의 외측을 향하는 외면은, 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)의 모서리보다 더 바깥에 위치되도록 형성되며, 곡면을 형성할 수 있다.

이 때, 상기 용접부(60)의 중앙부위의 두께는, 상기 쉘(10) 또는 상기 사이드 플레이트(20) 두께의 80% 이상이고, 120% 이내일 수 있다. 물론, 상기 용접부(60)의 두께가 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 두께와 동일한 것이 바람직하나, 전술한 바와 같이, 80%~120% 범위 사이에서 유지될 수 있다. 예를 들어 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 두께가 3.5mm 일 때, 상기 용접부의 두께는 2.8mm 이상일 수 있다.

또한, 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)는 서로 평행하지 않고 경사지게 배치될 수 있다.

이때, 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)는 서로 80도에서 120도 이내의 각도를 형성할 수 있다. 본 실시예의 설명에서, 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)는 상호 직각을 이루는 것을 예로 들어 설명하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요한 형상에 따라 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 각도는 적절히 변경될 수 있다.

또한, 상기 용접부(60)의 상기 레이저(132)가 입사되는 측을 향하는 외측면(62)은, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리(a)와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리(b)의 위치보다 상기 튜브 본체 기준 바깥쪽 위치에 형성될 수 있다.

이 때, 전술한 바와 같이, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리(a)와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리의(b) 간격은 6mm 이내일 수 있다.

또한, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 내측 모서리(d)와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 내측 모서리(e)의 간격은 0~1mm 범위일 수 있다.

즉, 상기 용접부(60)의 외측면(62)은 상기 쉘(10)과 연결되는 지점(a)부터 상기 사이드 플레이트(20)와 연결되는 지점(b)에 걸쳐, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)보다 바깥쪽에 위치되도록 형성될 수 있다.

상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리(a)부터 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리(b)까지 완만하게 곡면을 형성할 수 있다. 물론, 실 제조상에서는 여러가지 이유로 연속적이고 매끄러운 곡면을 형성하지 아니하고 요철이 형성되어 조도가 발생되거나 곡률이 일률적이지 않고 변화될 수도 있을 것이다.

또한, 상기 용접부(60)의 상기 튜브 본체(40) 내측을 향하는 내측면(64)은 0.3~0.7mm의 곡률반경을 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 용접부(60)의 내측면의 곡률반경은 0.5mm인 것을 예로 들기로 하나 반드시 이에 한정될 필요는 없다.

한편, 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)는 1~6mm이내의 두께를 가질 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)는 2.0~5.0mm일 수 있다.

또한, 사이드 플레이트(20)의 두께는 상기 쉘(10)의 두께와 같거나 두꺼울 수 있다. 또한, 상기 쉘(10)과 상기 튜브 본체(40)의 벽체 두께는 동일할 수 있다.

이와 같은 이너 튜브쉘 구조체(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 쿼츠 재질로 이루어지고 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통 형상의 튜브 본체(40)가 준비되고, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 튜브 본체(40)의 벽체의 일부가 절개되어 개구부(42)가 형성될 수 있다. 이 때, 절개된 부분은 버려지지 아니하고, 채취되어 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 쉘(10)을 형성할 수 있다.

상기 쉘(10)을 절단할 때, 레이저를 사용할 수 있으며, 이 때, 상기 개구부(42) 또는 상기 쉘(10)의 모서리 부분이나 절단면에 칩핑(Chipping)이나 크랙(Crack)이 발생되지 않도록 주의하여야 한다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 채취된 상기 쉘(10)의 양 측에 상기 쉘(10)과 같은 길이를 가지는 판재 형태의 사이드 플레이트(20)를 용접하여 상기 돌출부(90)를 형성할 수 있다.

이렇게 형성된 상기 돌출부(90)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 튜브의 개구부(42)에 용접되어 상기 이너 튜브쉘 구조체(30)가 제조될 수 있다.

상기 돌출부(90)의 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)를 용접할 때, 레이저 용접이 적용될 수 있는데, 이하, 상기 돌출부(90)의 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)를 레이저 용접하기 위한 레이저 용접장치에 대해서 설명하기로 한다.

상기 레이저 용접장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 지그(110), 용접봉(120), 레이저 조사부(130), 송급장치(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.

상기 지그(110)는 서로 용접될 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 거치되며, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 상호 경사를 이루면서 서로 마주보는 측면이 접촉되도록 지지할 수 있다.

이 때, 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)는 쿼츠(Quartz)재질로 이루어지며, 평판 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 측면은 평판과 수직한 측면을 형성할 수 있다.

이를 위해, 상기 지그(110)는 상기 쉘(10)이 거치되는 제1지지면(112)과 상기 사이드 플레이트(20)가 거치되는 제2지지면(114)을 형성할 수 있다.

상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)를 서로 경사지게 거치하도록 상기 제1지지면(112)과 제2지지면(114)은 상호 경사를 이룰 수 있다.

상기 제1지지면(112)에 거치되는 상기 쉘(10)과, 상기 제2지지면(114)에 거치되는 사이드 플레이트(20)가 서로 180도 이내의 각도를 형성하도록, 상기 제1지지면(112)과 제2지지면(114)은 서로 경사지게 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)는 90도의 각도를 이루며 상기 제1지지면(112) 및 제2지지면(114)도 90도의 각도를 이루는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20), 제1지지면(112)과 제2지지면(114)이 이루는 각도에 한정되지 아니한다.

상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 사이의 각도는 80도~120도 사이의 범위일 수 있으며, 각도가 너무 작으면 상기 쉘(10), 사이드 플레이트(20) 및 상기 용접봉(120)이 레이저(132)에 의해 녹은 용융물의 침투가 어렵고, 각도가 너무 크면 용융물이 넓게 퍼져 용접두께가 부족한 현상이 발생될 수 있다.

상기 용접봉(120)은, 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)와 동일한 쿼츠 재질로 형성되며, 원형단면의 봉형태로 형성될 수 있다. 상기 용접봉(120)은 후술하는 레이저(132) 등에 의해 용융되어 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 사이의 접합부위에서 용융된 후 고화되어 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위를 용접하여 용접부(60)를 형성할 수 있다.

상기 레이저 조사부(130)는 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20) 및 상기 용접봉(120)을 용융시키도록 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위에 레이저(132)를 조사하는 구성요소이다.

또한, 상기 송급장치(140)는 상기 용접봉(120)을 공급하는 장치이다.

용접이 진행됨에 따라 상기 레이저(132)가 조사되는 지점 및 상기 용접봉(120)은 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위를 따라 이동된다. 따라서, 상기 레이저 조사부(130) 및 상기 송급장치(140)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위를 따라 이동될 수 있다.

또는, 상기 레이저 조사부(130) 및 상기 송급장치(140)는 고정된 상태에서 상기 지그(110)가 이송되어 상기 레이저 조사부(130)에 의해 용접이 이루어지는 지점이 이동될 수 있다.

상기 제어부(150)는 상기 레이저 조사부(130)와 상기 송급장치(140)를 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부(150)는 센서(미도시) 등을 통해 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 용접되는 접합부위의 온도를 측정하며, 그에 따라 상기 레이저(132)의 초점 및 조사위치나 출력 등을 제어하며, 상기 송급장치(140)의 용접봉(120) 공급량 및 이동을 제어할 수 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 지그(110)의 상기 제1지지면(112)과 상기 제2지지면(114)에 거치된 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)의 측단면이 평면과 직각을 이루고 있으므로, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 사이는 이격될 수 있다.

이 때, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리의 간격을 W1 이라 칭하기로 한다.

상기 용접봉(120)의 끝단은 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리의 사이에 위치될 수 있다.

상기 용접봉(120)의 끝단이 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 사이에 위치된 상태에서, 레이저(132)가 조사되어 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 및 상기 용접봉(120)을 동시에 용융시킨 후, 용융된 용탕이 냉각 및 고화되면서 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 용접될 수 있다.

이 때, 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20)는 1~6mm 사이의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 용접봉(120)은 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 두께와 같거나 작은 직경을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 두께가 3.5mm 인 경우, 상기 용접봉(120)의 직경은 3.5mm 이거나 이보다 작은 3mm인 것이 적당할 수 있다.

또한, 상기 용접봉(120)의 끝단이 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 사이에 위치되어 야 하므로, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리의 간격을 W1 이라 할 때, 상기 용접봉(120)의 직경은 상기 W1보다 작을 수 있다.

또한, 상기 용접봉(120)의 끝단은 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리보다 상기 튜브 본체(40)의 내측으로 더 가깝게에 위치될 수 있다. 이는, 상기 용접봉(120)의 끝단이 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 사이에 위치되어야 하기 때문이다.

한편, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)에 조사되는 레이저(132)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부 및 상기 용접봉(120)을 모두 한번에 가열할 수 있도록, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리와 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리의 간격을 W1 이라 할 때, 상기 제어부(150)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부에 조사되는 레이저(132) 빔의 직경을 W1보다 크도록 제어할 수 있다.

즉, 예를 들어 상기 W1의 간격이 4.95mm 인 경우, 상기 레이저(132)빔의 직경은 상기 W1 보다 큰 6mm 일 수 있다.

또한, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 내측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 내측 모서리의 간격을 W2 이라 할 때, 상기 W2는 0~1mm 범위일 수 있다. 즉, 상기 쉘(10)의 내측 모서리와 상기 사이드 플레이트(20)의 내측 모서리는 서로 연접되도록 배치되거나 또는 1mm 이하의 간격을 이루도록 배치될 수 있다.

이 때, 상기 레이저(132)의 출력은 200~800W일 수 있다. 상기 레이저(132)의 출력이 너무 낮은 경우 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 및 상기 용접봉(120)이 제대로 용접되지 아니하여 용접불량이 발생되거나 또는 용접에 소요되는 시간이 지나치게 길어질 수 있다.

또한, 상기 레이저(132)의 출력이 너무 강한 경우, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 및 상기 용접봉(120)이 지나치게 빠르게 용융되어 용접되기 보다는 절단되는 현상이 발생될 수 있다.

물론, 본 발명은 상기 레이저(132)의 출력에 한정되는 것은 아니며, 보다 폭 넓은 범위의 출력을 발휘할 수 있다.

한편, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 용접봉(120)은 상기 쉘(10)과 상기 쉘(10)의 접합부위에 대해서 0~45도 기울기로 경사지게 위치될 수 있다. 바람직하게는 10~45도 기울기일 수 있는데, 이는 레이저(132)와 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20) 사이에 용접봉(120)을 투입하면서도 상기 레이저(132)장비 또는 송급장치(140)의 충돌을 발생하지 않는 범위인 것이다.

또한, 용접이 진행됨에 따라 상기 레이저(132)가 조사되는 지점 및 상기 용접봉(120)을 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위를 따라 이동시키는데, 이 때, 상기 용접봉(120)은 상기 용접봉(120)의 진행방향과 평행하도록 배치되며, 또한, 상기 용접봉(120)의 운봉속도는 1~600mm/min 일 수 있다. 상기 레이저(132)가 조사되는 지점의 이동속도 또한 상기 운봉속도와 동일할 수 있다.

상기 레이저(132)가 조사되는 지점의 이동속도가 지나치게 느릴 경우 에너지가 집중되어 과용융 상태가 되고, 이동속도가 지나치게 빠를 경우 충분하게 용융되지 못하여 용접불량이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 레이저(132)가 조사되는 지점의 이동속도 및 상기 용접봉(120)의 운봉속도는 바람직하게는 50~200mm/min 일 수 있다.

또한, 상기 용접봉(120)이 공급되는 속도가 지나치게 느릴 경우 용착이 부족하여 용접불량이 발생될 수 있으며, 지나치게 빠를 경우엔 용접봉(120)이 충분하게 용융되지 못하여 용접불량이 발생될 수 있다. 따라서 상기 용접봉(120)의 공급속도는 0-10mm/sec 일 수 있다. 물론, 이는 상기 레이저(132)의 출력에 따라 달라질 수 있을 것이다.

따라서, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 사이에 상기 용접봉(120)이 위치된 상태에서 레이저(132)가 조사되어 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 및 상기 용접봉(120)이 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 사이에서 용융 및 고화되어 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 용접될 수 있다. 또한, 상기 용접봉(120)이 녹아 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 사이의 공간을 메꾸므로, 용접부(60)의 두께가 균일하게 유지될 수 있다.

도 8은 상기 레이저 조사부(130)에서 접합부위에 조사되는 레이저(132)를 도시한 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 조사부(130)는, 레이저(132)가 출력되는 헤드(134) 및 상기 헤드(134)에서 출력되는 레이저(132)의 초점이 맺히는 위치를 조절하는 렌즈부(136)를 포함할 수 있다.

따라서, 상기 헤드(134)에서 출력되는 레이저(132)는 상기 렌즈부(136)를 투과하면서 그 초점이 맺히는 위치가 조절될 수 있다.

즉, 상기 레이저 조사부(130)에서 출력되는 레이저(132)는 상기 렌즈부(136)를 거치면서 초점이 맺히는 위치가 조절되며, 초점이 맺히기 전 까지는 초점을 향해 직경이 수렴되다가 초점이 맺히는 영역을 지난 후에는 확산될 수 있다.

이 때, 상기 레이저(132)는 상기 초점이 맺히는 지점에 가까워질수록 에너지 밀도가 증가하다가 초점이 맺히는 지점에서 에너지 밀도가 최대가 되며, 초점이 맺히는 지점을 지난 후에는 레이저(132)가 확산되면서 에너지 밀도가 감소될 수 있다.

한편, 상기 접합부위에 조사되는 레이저(132)의 에너지 밀도가 높을수록 온도가 높아져 용융에 유리한데, 상기 접합부위상에 레이저(132)의 초점이 맺히면, 조사되는 레이저(132)의 에너지 밀도가 높아 모재의 용융성이 지나치게 높아져 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 용접되지 아니하고 절단되는 경우가 발생될 수 있다.

또한, 상기 접합부위에 조사되는 레이저(132)의 에너지 밀도가 낮으면 용융성이 부족하여 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 용접이 불량해질 수도 있다.

한편, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)에 조사되는 레이저(132)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부 및 상기 용접봉(120)을 모두 한번에 가열할 수 있도록 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리의 간격을 W1 이라 할 때, 상기 제어부(150)는, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부에 조사되는 레이저(132) 빔의 직경(D2)을 W1보다 크도록 상기 레이저 조사부(130)를 제어할 수 있다.

상기 접합부위에 조사되는 레이저(132)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위 전체에 균일하게 조사되어야 하는데, 상기 접합부위상에 레이저(132)의 초점이 맺히면, 레이저의 직경(D2)이 접합부위의 너비(W1)보다 좁아 균일한 용융 및 용접을 기대하기 어려울 수 있다.

따라서, 상기 접합부위에 조사되는 레이저(132)는 상기 접합부위의 너비(W1)보다 크며, 적당한 에너지 밀도를 가져야 한다.

이를 위해서, 상기 제어부(150)는, 상기 레이저(132)가 초점이 맺히는 위치가 아닌 수렴되거나 확산되는 상태에서 상기 접합부위에 조사되도록 상기 레이저 조사부(130)를 제어할 수 있다.

특히, 상기 레이저(132)가 초점이 맺힌 후에 확산되는 상태에서 상기 접합부위에 조사되도록 상기 레이저 조사부(130)를 제어할 수 있다.

상기 레이저(132)가 초점이 맺히기 전에 수렴되는 상태에서 상기 접합부위에 조사되도록 제어된다면, 상기 레이저 조사부(130)의 헤드(134)와 상기 쉘(10), 사이드 플레이트(20) 및 용접봉(120)의 간격이 극히 좁아져 충돌이 발생할 우려가 있다.

따라서, 상기 접합부위에 조사되는 레이저(132)의 초점이 맺히는 위치가 상기 레이저(132)가 상기 접합부위를 만나기 전에 형성되도록 상기 레이저 조사부(130)를 제어하여, 상기 헤드(134)와 피용접물간의 간격을 최대한으로 확보할 수 있다.

즉, 상기 제어부(150)는, 상기 레이저 조사부(130)부터 상기 레이저(132)가 상기 접합부위에 조사되는 거리(L1)가 상기 레이저 조사부(130)부터 상기 레이저의 초점이 맺히는 거리(L2)보다 더 길도록 상기 레이저 조사부(130)를 제어하는 것이다.

한편, 상기 레이저(132)의 초점이 맺히는 위치가 상기 레이저 조사부(130)와 상기 접합부위 사이의 거리(L1)의 40~70% 위치에서 형성되도록 제어할 수 있다.

즉, 상기 헤드(134)와 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 접합부위간의 간격이 100mm일 때, 상기 레이저(132)의 초점이 맺히는 위치는 상기 헤드(134)로부터 50mm 이격된 곳에 형성될 수 있다. 물론, 이는 상기 접합부위의 너비(W1)나 피용접물의 용접온도 및 레이저의 출력에 따라 달라질 수도 있다.

한편, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 재질인 쿼츠의 경우 섭씨 1700도~2000도 부근이 용접에 적합한 온도일 수 있다.

따라서, 상기 제어부(150)는 상기 피용접물의 접합부위의 온도가 섭씨 1700도~2000도 사이가 되도록 상기 레이저의 출력 및 상기 레이저의 초점위치를 제어할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(150)는 용접이 진행됨에 따라 상기 레이저(132)가 조사되는 지점 및 상기 용접봉(120)이 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위를 따라 이동되도록, 상기 송급장치(140) 및 레이저 조사부(130)를 제어한다, 이 때, 상기 용접봉(120)의 운봉속도는 1~600mm/min 일 수 있다. 상기 레이저(132)가 조사되는 지점의 이동속도 또한 상기 운봉속도와 동일할 수 있다.

상기 레이저(132)가 조사되는 지점의 이동속도가 지나치게 느릴 경우 에너지가 집중되어 과용융 상태가 되고, 이동속도가 지나치게 빠를 경우 충분하게 용융되지 못하여 용접불량이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 레이저(132)가 조사되는 지점의 이동속도 및 상기 용접봉(120)의 운봉속도는 바람직하게는 50~200mm/min 일 수 있다.

또한, 레이저(132)가 조사되는 지점의 이송속도가 지나치게 느릴 경우, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 및 용접봉(120)이 과용융되어 용접불량이 발생될 수 있으며, 지나치게 빠를 경우엔 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 및 용접봉(120)이 적게 용융되어 용접불량이 발생될 수 있다. 물론, 이는 상기 레이저(132)의 출력에 따라 달라질 수 있을 것이다.

따라서, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 사이에 상기 용접봉(120)이 위치된 상태에서 레이저(132)가 조사되어 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 및 상기 용접봉(120)이 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 사이에서 용융 및 고화되어 용접부(60)를 형성하면서, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 용접될 수 있다. 또한, 상기 용접봉(120)이 녹아 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20) 사이의 공간을 메꾸므로, 용접부위의 두께가 균일하게 유지될 수 있다.

한편, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 용접되는 접합부위(50)는 목표하는 목표두께(Tg)가 설정될 수 있다. 일반적으로, 상기 목표두께(Tg)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 두께와 동일하거나 유사한 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 목표두께(Tg)는 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 두께의 80~120% 범위의 두께인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 목표두께(Tg)가 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 두께보다 너무 얇으면 접합부위(50)의 강도가 약해지고, 너무 두꺼우면 용접비용이 비싸지며 외관이 불량해지는 문제가 있다.

따라서, 본 실시예에서는, 상기 접합부위(50)의 목표두께(Tg)가 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 80~120% 범위인 것을 예로 들기로 한다. 다만 이에 한정된 것은 아니며 필요에 따라 상기 접합부위(50)의 두께는 더 얇거나 두껍게 형성할 수 있다.

한편, 한 번의 용접으로서 상기 접합부위(50)의 두께를 목표두께로 형성하기 위해서는 레이저(132)가 장시간 조사되어 상기 쉘(10), 사이드 플레이트(20) 및 용접봉(120)이 충분히 용융되어야 한다. 그런데, 이렇게 장시간 레이저(132)가 조사될 경우, 상기 쉘(10), 사이드 플레이트(20) 및 용접봉(120)이 과용융되어 용접이 이루어지기보다 절단되는 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 레이저(132)로서 복수회 용접하면서 상기 접합부위(50)의 상기 접합부위(50)가 목표두께를 이루도록 할 수 있다.

이를 위하여, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(150)는, 상기 접합부위(50)에 걸쳐 상기 접합부위(50)의 목표두께(Tg)의 일부를 형성하도록 1차 용접하고, 상기 1차 용접 후, 1차 용접된 상기 접합부위(50)의 상에 상기 접합부위(50)에 걸쳐 상기 접합부위(50)의 목표두께(Tg)를 이루도록 나머지를 2차 용접하도록 상기 레이저 조사부(130)를 제어할 수 있다.

본 실시예에서는 1차용접 및 2차용접으로 두번에 걸쳐 용접하는 것을 예로 들었으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 3회 이상 복수회 용접하도록 제어할 수도 있을 것이다. 이는 상기 목표두께(Tg)의 두께 및 상기 레이저의 출력 등에 따라 변할 수 있다.

즉, 1차 용접시 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위(50)의 일단부터 타단까지 그 길이방향에 걸쳐 이동하면서 상기 접합부위(50) 전체를 용접하고, 2차 용접시 상기 1차용접할 때와 동일한 경로를 따르면서 1차용접이 이루어진 부분 위에 다시 2차용접하면서 상기 용접부(60)의 목표두께(Tg)를 형성하는 것이다.

이 때, 상기 1차 용접시에는 상기 접합부위(50)의 목표두께(Tg)의 40~70%를 용접하고, 상기 2차 용접시에 상기 접합부위(50)의 목표두께(Tg)의 80~120%를 달성하도록 용접할 수 있다.

상기 1차용접과 2차용접시 상기 레이저(132)의 출력 및 이동속도는 동일하며, 상기 1차용접 이후 별다른 열처리 없이 바로 2차 용접을 진행할 수 있다.

도 10의 (a)는 1차 용접이 이루어진 상태의 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 결합체를 도시한 도면이고, 도 10의 (b)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 용접된 부위를 확대한 사진이다.

상기 1차 용접이 이루어진 상태의 상기 접합부위(50)는 도 10의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 접합부위(50)의 목표두께(Tg)의 40~70%를 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)는 3mm의 두께를 이루며, 상기 접합부위의 목표 두께 또한 3mm일 수 있다. 그리고, 1차 용접이 이루어진 접합부위(50)의 두께(t1)는 1.64mm로서, 대략 목표두께의 50%임을 알 수 있다.

도 11의 (a)는 2차 용접이 이루어진 상태의 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 결합체를 도시한 도면이고, 도 11의 (b)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 용접된 부위를 확대한 사진이다.

또한, 상기 2차 용접이 이루어진 상태의 상기 접합부위(50)는 도 11의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 접합부위(50)의 목표두께(Tg)의 80~120%를 형성할 수 있는데, 본 실시예에서 상기 2차 용접이 이루어진 접합부위(50)의 두께(t2)는 2.91mm로서, 대략 목표두께(Tg)의 97%임을 알 수 있다.

이와 같은 레이저 용접장치에 의해 제조된 돌출부(90)는, 도 7 및 도 12에 도시된 바와 같이, 쿼츠 재질의 판재 형태의 쉘(10)과, 상기 쉘(10)과 경사를 이루면서, 상기 쉘(10)의 일측면에 접합되도록 배치되는 쿼츠 재질의 판재 형태의 사이드 플레이트(20) 및 상기 쉘(10)과 상기 사이드 플레이트(20) 및 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 사이의 접합부위(50)에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉(120)이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 용접부(60)를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 용접부(60)의 두께는, 상기 쉘(10) 또는 사이드 플레이트(20)의 두께의 80% 이상이고, 120% 이내일 수 있다. 물론, 상기 용접부(60)의 두께가 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 두께와 동일한 것이 바람직하나, 전술한 바와 같이, 80%~120% 범위 사이에서 유지될 수 있다. 예를 들어 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 두께가 3.5mm 일 때, 상기 용접부의 두께는 2.8mm 이상일 수 있다.

이 때, 상기 용접부(60)의 두께는 복수회의 레이저 용접이 완료된 상태의 상기 용접부(60)의 중앙지점(c)의 두께가 기준일 수 있다.

또한, 상기 용접부(60)의 상기 레이저(132)가 입사되는 측을 향하는 외측면(62)은, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리(a)와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리(b)의 위치보다 바깥쪽 위치에 형성될 수 있다.

이 때, 전술한 바와 같이, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 상기 레이저(132)가 입사되는 측을 향하는 외측 모서리(a)와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리의(b) 간격은 6mm 이내일 수 있다.

또한, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 상기 레이저(132)가 입사되는 측의 반대편을 향하는 내측 모서리(d)와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 내측 모서리(e)의 간격은 0~1mm 범위일 수 있다.

즉, 상기 용접부(60)의 외측면(62)은 상기 쉘(10)과 연결되는 지점(a)부터 상기 사이드 플레이트(20)와 연결되는 지점(b)에 걸쳐, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)보다 높도록(또는 상기 레이저가 입사되는 측을 향하여 더 돌출되도록) 형성될 수 있다.

상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리(a)부터 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리(b)까지 완만하게 곡면을 형성할 수 있다. 물론, 실 제조상에서는 여러가지 이유로 연속적이고 매끄러운 곡면을 형성하지 아니하고 요철이 형성되어 조도가 발생되거나 곡률이 일률적이지 않고 변화될 수도 있을 것이다.

또는, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 용접부(60)의 중앙지점(c)은 상기 용접부(60) 내측으로 오목하게 홈이 형성될 수도 있을 것이다. 즉, 상기 용접부의 중앙지점(c)보다 그 양 측부 지점(e, f)의 뚜께가 더 두꺼울 수도 있다. 물론 이 때에도 상기 용접부(60)의 중앙지점(c)의 두께는 상기 쉘(10) 및 상기 사이드 플레이트(20)의 두께의 80% 이상일 수 있다.

또한, 상기 용접부(60)의 상기 레이저(132)가 입사되는 측의 반대편에 형성된 내측면(64)은 0.3~0.7mm의 곡률반경을 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 용접부의 내측면의 곡률반경은 0.5mm인 것을 예로 들기로 하나 반드시 이에 한정될 필요는 없다.

이하, 상기 레이저 용접장치로서, 상기 이너 튜브쉘 구조체(30)를 제조하기 위한 쿼츠 용접 구조물 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물의 제조방법은 도 13에 도시된 바와 같이, 쉘 채취단계(S110), 돌출부 제조단계(S120) 및 돌출부 부착단계(S130)를 포함할 수 있다.

상기 쉘 채취단계(S110)는 일측방향으로 길이방향을 갖는 쿼츠 재질의 튜브 본체(40)의 벽체 일부를 절단하여 상기 쉘(10)을 획득하는 단계이다.

상기 쉘 채취단계(S110)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 쿼츠 재질로 이루어지고 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통 형상의 튜브 본체(40)가 준비되고, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 튜브 본체(40)의 벽체의 일부가 절개되어 개구부(42)가 형성될 수 있다. 이 때, 절개된 부분은 버려지지 아니하고, 채취되어 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 쉘(10)을 형성할 수 있다.

상기 쉘(10)을 절단할 때, 레이저를 사용할 수 있으며, 상기 개구부 또는 상기 쉘의 모서리 부분이나 절단면에 칩핑(Chipping)이나 크랙(Crack)이 발생되지 않도록 주의하여야 한다.

상기 돌출부 제조단계(S120)는, 상기 쉘 채취단계(S110)에서 채취된 쉘(10)의 양 측면에 사이드 플레이트(20)를 각각 레이저(132)와 용접봉(120)으로서 용접하여 돌출부(90)를 형성하는 단계이다.

상기 돌출부 제조단계(S120)는, 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 채취된 상기 쉘(10)의 양 측에 상기 쉘(10)과 같은 길이를 가지는 판재 형태의 사이드 플레이트(20)를 용접하여 상기 돌출부(90)를 제조할 수 있다.

상기 돌출부 부착단계(S130)는, 상기 돌출부 제조단계(S120)에서 제조된 돌출부(90)를 상기 튜브 본체(40)의 상기 개구부(42) 테두리에 용접하는 단계로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 돌출부(90)가 상기 튜브 본체(40)의 개구부(42)에 용접되어 상기 이너 튜브쉘 구조체(30)가 제조될 수 있다.

한편, 상기 돌출부 제조단계(S120)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 모재 준비 단계(S121), 가접합 단계(S123) 및 용접단계(S125)를 포함할 수 있다.

상기 모재 준비 단계(S121)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 지그(110)의 제1지지면(112)과 제2지지면(114)에 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)를 안착시키는 단계이다.

이 때, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)는 서로 평행하지 않으며 경사를 이루도록 배치될 수 있다.

이 때, 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 내측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 내측 모서리의 간격을 W2 이라 할 때, 상기 W2는 0~1mm 범위일 수 있다. 즉, 상기 쉘(10)의 내측 모서리와 상기 사이드 플레이트(20)의 내측 모서리는 서로 연접되도록 배치되거나 또는 1mm 이하의 간격을 이루도록 배치될 수 있다.

상기 모재 준비 단계(S121)의 후에는 가접합단계(S123)가 수행될 수 있다. 상기 가접합단계(S123)는 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부를 스팟용접(160)을 통해 가접합 시키는 단계이다.

상기 스팟용접(160)은 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위를 상기 레이저(132)를 이용하여 소정간격 스팟용접(160)함으로써 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)를 가접합 시켜 그 위치를 고정하는 단계이다.

이후, 스팟용접(160)된 부분을 지그(110)로 조정 한 후에 용접단계(S125)가 수행될 수 있다.

상기 용접단계(S125)는 도 7에 도시된 바와 같이, 가접합된 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위에 용접봉(120)을 위치 시키고, 레이저(132)를 상기 용접봉(120)과 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 접합부위에 조사하여 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)를 용접하여 용접부(60)를 형성하는 단계이다.

이 때, 상기 용접봉(120)의 끝단은 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리보다 상기 튜브 본체(40)의 내측으로 가깝게 위치되며, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)에 조사되는 레이저(132)는 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부 및 상기 용접봉(120)을 모두 한번에 가열 용융할 수 있도록 상기 사이드 플레이트(20)와 접합되는 측을 향하는 쉘(10)의 외측 모서리와, 상기 쉘(10)과 접합되는 측을 향하는 사이드 플레이트(20)의 외측 모서리의 간격을 W1 이라 할 때, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부에 조사되는 레이저(132) 빔의 직경을 W1보다 크도록 제어될 수 있다.

상기 용접봉(120)은 상기 쉘(10)과 상기 쉘(10)의 접합부위에 대해서 0~45도 기울기로 경사지게 위치될 수 있다.

상기 용접단계(S125)에서 용접이 진행됨에 따라 상기 레이저(132)가 조사되는 지점 및 상기 용접봉(120)을 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위를 따라 이동시키는데, 이 때, 상기 용접봉(120)은 상기 용접봉(120)의 진행방향과 평행하도록 배치되며, 또한, 상기 용접봉(120)의 운봉속도는 1~600mm/min 일 수 있다. 상기 레이저(132)가 조사되는 지점의 이동속도 또한 상기 운봉속도와 동일할 수 있다

이와 같이 용접된 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)는 도 2 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 용접된 용접부(60)의 두께가 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 두께와 유사하게 유지될 수 있다. 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 용접부(60)의 두께는 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 두께의 80%~120%에 해당할 수 있다.

한편, 상기 용접단계(S125)는 전술한 바와 같이, 가접합된 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위에 용접봉(120)을 위치 시키고, 레이저(132)를 상기 용접봉(120)과 상기 쉘(10) 및 사이드 플레이트(20)의 접합부위에 조사하여 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)를 용접하는 단계이다.

상기 용접단계(S125)에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 레이저(132)가 초점이 맺히는 위치가 아닌 초점이 맺힌 후 확산되는 상태에서 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)가 용접되어야 할 접합부위에 조사되도록 제어할 수 있다.

즉, 상기 레이저 조사부(130)부터 상기 레이저(132)가 상기 접합부위에 조사되는 거리(L1)가 상기 레이저 조사부(130)부터 상기 레이저의 초점이 맺히는 거리(L2)보다 더 길도록 상기 레이저 조사부(130)를 제어하는 것이다.

한편, 상기 레이저(132)의 초점이 맺히는 위치가 상기 레이저 조사부(130)와 상기 접합부위 사이의 거리(L1)의 40~70% 위치에서 형성되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 용접단계(S125)는 도 16에 도시된 바와 같이, 제1용접단계(S127) 및 제2용접단계(S129)를 포함할 수 있다.

상기 제1용접단계(S127)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 모재 준비 단계(S121)에서 위치된 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위(50)에 용접봉을 위치시키고, 레이저(132)를 상기 용접봉(120)과 상기 쉘(10) 및 상기 사이드 플레이트(20)의 접합부위(50)에 조사하여 상기 접합부위(50)에 걸쳐 상기 접합부위의 목표두께(Tg)의 일부를 형성하는 단계이다. 여기서, 상기 목표두께(Tg)란, 형성되어야 할 상기 용접부(60)의 두께를 뜻할 수 있다. 상기 목표두께(Tg)는, 상기 쉘(10) 및 상기 사이드 플레이트(20)의 두께와 동일하거나 최대한 유사한 것이 바람직하며, 본 실시예에서는, 상기 쉘(10) 및 상기 사이드 플레이트(20)의 두께의 80%~120%의 두께일 수 있다.

또한, 상기 접합부위(50)는 용접이 이루어져야 할 부분을 뜻할 수 있고, 상기 용접부(60)는 상기 접합부위(50)에 용접이 이루어져 형성된 비드(Bead)를 뜻할 수 있다.

상기 제1용접단계(S127)의 후에는 제2용접단계(S129)가 수행될 수 있다. 상기 제2용접단계(S129)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1용접단계(S127)에 의해 용접이 이루어진 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위(50)에 용접봉(120)을 위치시키고, 레이저(132)를 상기 용접봉(120)과 상기 쉘(10) 및 상기 사이드 플레이트(20)의 접합부위에 조사하여 상기 접합부위(50)에 걸쳐 상기 접합부위(50)의 목표두께(Tg)를 이루도록 나머지를 용접하는 단계이다.

상기 제2용접단계(S129)에서는 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 접합부위(50)의 목표두께(Tg)의 80~120%를 용접할 수 있다.

이 때, 상기 제1용접단계(S125)의 후에 별도의 열처리 과정없이 제2용접단계(S129)를 바로 수행할 수 있다.

또한, 상기 제1용접단계(S125)와 제2용접단계(S129)는, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 상기 접합부위(50)의 길이방향에 걸쳐 용접이 이루어질 수 있다.

상기와 같이, 상기 쉘(10)과 사이드 플레이트(20)의 접합부위(50)를 제1용접단계(S125)와 제2용접단계(S129)로 복수회 나누어 용접을 진행하므로 한번에 많은 양의 용융물을 생성할 필요가 없으므로 용접 품질이 유지될 수 있으며, 두꺼운 두께의 쿼츠 판재의 용접품질을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 16에서는 상기 용접봉(120) 및 레이저 조사지점이 일측방향으로 움직이면서 용접하는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 아니하며, 용접 시작위치 등에 따라 반대방향으로 이동되면서 용접이 이루어질 수도 있을 것이다.

즉, 제1용접단계(S125)에서는 상기 용접봉(120) 및 레이저 조사지점이 일측방향으로 이동하면서 용접되고, 상기 제2용접단계(S129)에서는 상기 제1용접단계(S125)가 끝난 지점에서 바로 반대방향으로 이동하면서 용접을 행할 수도 있을 것이다.

이하, 본 발명의 쿼츠 용접 구조물의 다른 실시예에 대해서 설명하기로 한다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물을 도시한 것으로서, 뚜껑을 형성하는 캡 커버 형상의 쿼츠 용접 구조물(230)일 수 있다.

본 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물(230)은 도 17에 도시된 바와 같이, 아우터 림(231)과 플렌지(232)를 포함할 수 있다.

상기 아우터 림(231)은 쿼츠 재질로 이루어진 소정 두께의 벽체가 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통형상을 이루는 테두리 형태일 수 있다.

그리고, 상기 플렌지(232)는 상기 아우터 림(231)의 일측단으로부터 상기 아우터 림(231)의 직경 내측방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.

상기 아우터 림(231)과 플렌지(232)는 레이저 용접에 의해 용접되는데, 이에 따라 상기 아우터 림(231)과 플렌지(232)의 사이에는, 상기 아우터 림(231)과 상기 플렌지(232) 및 상기 아우터 림(231)과 상기 플렌지(232) 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 제1용접부(233)가 형성될 수 있다.

이 때, 상기 제1용접부(233)는 전술한 실시예의 용접부(60)와 동일한 형상 및 방법으로 제조될 수 있다.

또한, 상기 플렌지(232)는 중앙부근에 원형의 중공을 형성하며, 상기 플렌지(232)의 중공 내주면에 상기 아우터 림(231)과 같은 방향으로 연장되는 인너 림(234)이 용접될 수 있다.

그리고, 상기 인너 림(234)과 상기 플렌지(232)의 내주면은 레이저 용접에 의해 용접되는데, 상기 인너 림(234)과 플렌지(232)의 사이에는, 상기 인너 림(234)과 상기 플렌지(232) 및 상기 인너 림(234)과 상기 플렌지(232) 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 제2용접부(235)가 형성될 수 있다.

이 때, 상기 제2용접부(235)는 전술한 실시예의 용접부(60)와 동일한 형상 및 방법으로 제조될 수 있다.

한편, 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물을 도시한 것으로서, 전술한 실시예의 이너튜브 쉘과는 다른 형태의 이너 튜브 형태의 쿼츠 용접 구조물(330)일 수 있다.

본 실시예에 따른 쿼츠 용접 구조물(330)은 도 18에 도시된 바와 같이, 튜브(331)와 플렌지(332)를 포함할 수 있다.

상기 튜브(331)는 쿼츠 재질로 형성된 소정 두께의 벽체가 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통형상을 이루는 원통 형태일 수 있다.

그리고, 상기 튜브(331)의 상단 테두리에 플렌지(332)가 용접될 수 있다. 상기 플렌지(332)는 상기 튜브(331)의 직경방향 내측으로 소정거리 연장될 수 있다.

이때, 상기 튜브(331)와 상기 플렌지(332)는 레이저 용접에 의해 용접되는데, 이에 따라 상기 튜브(331)와 상기 플렌지(332)의 사이에는, 상기 튜브(331)와 상기 플렌지(332) 및 상기 튜브(331)와 상기 플렌지(332) 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 용접부(333)가 형성될 수 있다.

이 때, 상기 용접부(333)는 전술한 실시예의 용접부(60)와 동일한 형상 및 동일한 방법으로 제조될 수 있다.

또한, 본 실시예의 쿼츠 용접 구조물의 튜브(331)는 상기 플렌지(332)가 용접되는 단부에 홈으로 파인 놋치가 형성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 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.

10: 쉘 20: 사이드 플레이트
50: 접합부위 60: 용접부
110: 지그 112: 제1지지면
114: 제2지지면 120: 용접봉
130: 레이저 조사부 132: 레이저
140: 송급장치 150: 제어부

Claims (15)

1. 일측방향으로 길이방향을 갖는 쿼츠 재질의 튜브 본체의 벽체 일부를 절단하여 쉘을 채취하는 쉘 채취단계; 상기 쉘 채취단계에서 채취된 쉘의 양 측면에 사이드 플레이트를 각각 레이저와 용접봉으로서 용접하여 돌출부를 형성하는 돌출부 제조단계; 상기 돌출부 제조단계에서 제조된 돌출부를 상기 튜브 본체의 상기 쉘을 채 취하여 형성된 개구부 테두리에 용접하는 돌출부 부착단계; 를 포함하고
   상기 돌출부 제조단계는, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트를 지그에 위치시키는 모재 준비 단계; 상기 지그에 위치된 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위 중 복수의 이격된 위치에 스팟용접하여 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트를 가접합 시키는 가접합 단계; 상기 모재 준비 단계에서 위치된 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부 위에 용접봉을 위치시키고, 레이저를 상기 용접봉과 상기 쉘 및 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 조사하여 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트를 용접하는 용접단계; 를 포함하는, 쿼츠 용접 구조물 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용접단계에서, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 조사되는 레이저의 초점은 상기 접합부위로부터 외측으로 이격된 지점에 형성되는, 쿼츠 용접 구조물의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 용접단계는, 상기 모재 준비 단계에서 위치된 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부 위에 용접봉을 위치시키고, 레이저를 상기 용접봉과 상기 쉘과 상기 사이드 플레이 트의 접합부위에 조사하여 상기 접합부위에 걸쳐 상기 접합부위의 목표두께의 일부를 형성하는 제1용접단계; 상기 제1용접단계에 의해 용접이 이루어진 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트 의 접합부위에 용접봉을 위치시키고, 레이저를 상기 용접봉과 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 접합부위에 조사하여 상기 접합부위에 걸쳐 상기 접합부위의 목표두께를 이루도록 나머지를 용접하는 제2용접단계; 를 포함하는, 쿼츠 용접 구조물의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 쿼츠 용접 구조물의 제조 방법으로 제조된 쿼츠 용접 구조물로서,
   쿼츠 재질로 이루어진 소정 두께의 벽체가 일측방향으로 길이방향을 가지는 중공의 원통형상을 이루며, 상기 벽체의 일부에 길이방향으로 개구부가 형성된 튜브 본체; 상기 튜브 본체에 용접되어 접합되며, 상기 튜브 본체의 외주면으로부터 돌출되어 상기 개구부 외측을 덮도록 형성되는 돌출부;를 포함하며, 상기 돌출부는, 쿼츠 재질로 이루어지고, 상기 튜브 본체와 동일한 곡률을 가지며, 상기 개구부로부터 상기 튜브 본체의 직경방향 외측으로 일정거리 이격되어 위치되는 쉘; 쿼츠 재질로 이루어지고, 일단이 상기 쉘의 양 측면에 각각 용접되며, 타단 은 상기 튜브 본체의 개구부 테두리에 용접되는 한 쌍의 사이드 플레이트; 를 포함하고, 상기 쉘과 플레이트의 사이에는, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트 및 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트 사이에 위치된 쿼츠 재질의 용접봉이 레이저에 의해 용융되어 형성되는 용접부;가 형성되며, 상기 용접부의 상기 튜브 본체의 외측을 향하는 외면은, 상기 쉘과 상기 사이드 플레이트의 모서리보다 더 바깥에 위치되도록 형성되며, 곡면을 형성하되,
   상기 쉘과 상기 사이드 플레이트는 1~6mm이내의 두께를 가지고,
   상기 용접부의 중앙 지점의 두께는, 상기 쉘 또는 상기 사이드 플레이트의 두께의 80%이상이며,
   상기 용접부의 상기 튜브 본체를 향하는 내측면은 0.3~0.7mm의 곡률반경을 형성하도록 형성되고,
   상기 제조 방법에 의하여 제조시 쉘의 상기 사이드 플레이트측을 향하는 내측 모서리와, 상기 사이드 플레이트의 상기 쉘측을 향하는 내측 모서리의 간격은 0~0.5mm 범위인, 쿼츠 용접 구조물.
5. 제4항에 있어서,
   상기 쉘과 상기 사이드 플레이트는 서로 80도에서 120도 이내의 각도를 형성 하도록 배치되는, 쿼츠 용접 구조물.
6. 제4항에 있어서,
   상기 쉘의 상기 사이드 플레이트측을 향하는 외측 모서리와, 상기 사이드 플 레이트의 상기 쉘측을 향하는 외측 모서리의 간격은 6mm 이내인, 쿼츠 용접 구조물.
7. 제4항에 있어서,
   상기 사이드 플레이트의 두께는 상기 쉘의 두께와 같거나 두꺼운, 쿼츠 용접 구조물.
   
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