KR19990052508A - 판재의 맞대기이음 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저빔을 사용하여 판재의 맞대기이음 용접을 행하는 장치의 개선에 관한 것으로, 특히 용접대상 판재를 정확히 정렬이송시키면서 용접을 행하도록 함으로써 용접부의 품질을 크게 개선할 수 있도록 된 판재의 맞대기이음 용접장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 장치는 용접대상 판재(11)가 테이퍼형태의 하부롤(22) 상에 얹혀져 이송되게 하고, 상기 판재(11)의 상면은 수평 상부롤(21)에 의해, 그리고 판재(11)의 측부적소는 측부롤(31)에 의해 지지되도록 하는 판재 안내수단을 구비함으로써 양 판재(11)의 용접선이 항시 정확히 일직선으로 정렬된 상태에서 용접이 이루어지도록 할 수 있고, 이로써 용접품위를 크게 높힐 수 있는 효과를 제공한다.

Description

판재의 맞대기이음 용접장치

본 발명은 레이저빔을 사용하여 판재를 맞대기이음 용접하기 위한 장치의 개선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 판재를 정확히 정렬 및 안내이동시키면서 용접을 행하도록 함으로써 더욱 정밀하고 우수한 품질의 용접이 얻어지도록 구성된 판재의 맞대기이음 용접장치에 관한 것이다.

자동차에 있어서 차체의 무게를 감소시키면 한편으로는 재료비가 절감되어 제조원가가 낮아짐과 동시에 연비가 향상되어 유지비가 절감되고 유해가스 배출량이 적어 환경오염이 줄어드는 이점이 얻어지는 반면, 다른 한편으로는 차체의 강도가 감소되어 안전도가 낮아지는 단점이 초래된다. 이러한 단점을 해소하기 위하여 차체제작에 고장력강을 사용하여 안전도를 유지함과 동시에 차체의 전체 무게를 감소시키도록 하는 방법이 강구되고 있다. 그러나 이러한 방법에는 한계가 있을 뿐만 아니라 자동차의 제작원가가 높아지는 단점이 있다. 따라서, 최근에는 이종강종 혹은 이종두께의 강판을 용접하여 일체화함으로써 차체의 강성을 향상시킴과 동시에 무게를 획기적으로 감소시키도록 하는 방법이 제안되고 있다. 이러한 기술에 적용되는 용접으로는 전기저항매쉬시임용접, 레이저용접, 가스텅스텐아크용접, 유도가열 용접, 전자빔용접 등이 있으나, 현재 일반적으로 사용되고 있는 것은 전기저항매쉬시임용접법 및 레이저용접법이다.

전기저항매쉬시임용접법은 이음대상 강판들을 서로 겹친 후 상하 전극롤을 통하여 압력을 가한 상태에서 전기에너지를 가하여 발생되는 주울열을 이용하여 강판을 이음하는 방법으로, 생산성이 높아 널리 사용되고 있다. 그러나 이 전기저항매쉬시임용접법은 자동차 차체에 많이 사용되는 도금강판의 용접에는 채용하기 곤란하며 또 곡선용접이 불가능하기 때문에 그러한 단점이 극복될 수 있는 레이저용접법의 사용이 급증하고 있는 추세이다.

레이저용접법은 고밀도로 집속된 레이저빔을 이용하여 재료를 순간적으로 용융시켜 이음하는 방법으로, 용접소재의 제한이 적고 용접품질이 우수하며 자동화에 용이하여 그 사용이 급격하게 증가하고 있는 용접법이다. 그러나, 이러한 레이저빔을 사용한 용접에 있어서도 레이저빔의 직경이 작아 자동차 차체용 소재와 같은 두게가 얇은 판재를 장거리 용접하는 경우에는 용접열에 의한 판변형 및 절단면의 정밀관리 등에 많은 어려움이 따른다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국특허 제 4733815 호에서는 안내롤을 기울여 설치하여 이 안내롤상에 얹혀진 이음대상 강판이 서로 마주치도록 하여 엇갈린 상태로 용접위치로 진입하도록 하는 장치가 제안된 바 있다. 또 다른 종래의 기술에서는 전자석을 이용하여 판재를 고정시킨 후 푸셔(pusher)를 사용하여 판재를 서로 밀어주거나 롤을 사용하여 강판의 가장자리 부분을 누른 상태에서 용접을 행하도록 하였으며, 이음대상 판재를 정밀절단하여 상기의 문제점을 해소하고자 한 기술도 제안된 바 있다. 그러나 이러한 종래의 기술들은 모두 판재의 용접부 주위에 흠 발생, 용접부 변형, 판재의 가공경화 등의 단점이 있으며, 용접시 용접열에 의한 판 변형에 따른 이음부의 변형문제는 여전히 해결하지 못하고 있다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여 용접선 추적장치 및 용접거리 제어장치 등을 부가하여 사용하는 기술도 제안된 바 있으나, 이 경우는 제작원가의 상승을 초래할 뿐만 아니라 이러한 장치의 구성 정밀도에 따라 구조적인 오차가 발생하기 쉬워 상기의 문제를 근본적으로 해결하지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점들을 해소하기 위하여 연구발명된 것으로서, 테이퍼형태의 롤을 사용하여 이음대상 판재의 완전한 접속상태를 이루고 또 상기 판재를 상하양쪽에서 누른 상태로 용접이 진행되게 함으로서 용접선이 항상 일정하도록 하여 정밀하고 우수한 품질의 용접부 확보가 가능한 판재의 맞대기이음 용접장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 레이저빔에 의해 양 판재를 맞대기이음 용접하기 위한 장치로서, 용접대상 판재의 하면을 지지하는 테이퍼형태의 하부롤들과, 판재의 상부를 지지하는 수평 상부롤들과, 판재의 측부를 지지하는 수직의 측부롤들로 이루어진 판재의 안내수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 맞대기 이음 용접장치를 제공한다.

도 1 은 종래의 장치에 의한 판재의 맞대기 용접을 보여주는 발췌사시도,

도 2 는 종래의 장치를 사용한 용접에서 레이저빔의 초점위치가 이탈한 경우의 용접부 파단면 사진,

도 3 은 종래의 장치를 사용한 용접에서 판재가 상하로 어긋나 있는 경우의 용접부 파단면 사진,

도 4 는 종래의 장치를 사용한 용접에서 판재가 서로 벌어져 있는 경우의 용접부 파단면 사진,

도 5 는 종래의 장치를 사용한 용접에서 레이저빔이 용접선에서 이탈한 경우는 용접부 파단면 사진,

도 6 은 본 발명에 따른 용접장치의 구성개요도,

도 7 은본 발명의 장치에서 하부 테이퍼롤의 배열을 보여주는 평면도,

도 8 은 본 발명에 따른 장치의 도식적인 측면도,

도 9 는 본발명의 장치로 용접된 판재의 용접부 파단면 사진.

*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명*

11 : 판재 21 : 상부롤 22 : 하부롤

31 : 측부롤 32 : 고정롤 41 : 교정롤

42 : 이송롤 43 : 적재함

이하, 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1 은 종래의 한 전형적인 레이저 용접장치의 구성개요를 보여 준다. 이 장치는 판재(11)를 지지판 (12)상에 놓고 그 위를 유압 혹은 공압 피스톤(14)으로 가압되는 누름판(13)으로 눌러 지지한 상태에서 레이저빔(15)을 조사하여 양 판재(11) 사이를 맞대기이음 용접하도록 되어 있으며, 이때 발생하는 불꽂 등은 아래 지지판(12)상의 홈(16)으로 배출된다.

도 2 는 위 종래의 장치를 사용한레이저 용접에서 레이저빔의 초점위치가 이탈한 경우의 용접부를 보여준다. 이는, 판재를 장거리 용접하는 경우 용접열에 의한 변형에 의하여 사진과 같이 판재의 절반가량만 용접되었으며, 레이저빔이 집중되지 못하여 용접부 폭이 넓어진 경우이다.

도 3 은 위 종래의 장치를 사용한 레이저 용접에서 판재가 상하로 어긋나 있는 경우의 용접부를 보여준다. 이는, 용접열에 의하여 판재가 상부 혹은 하부로 변형되는 경우 사진과 같이 일부 용접이 이루어지기는 하였으나 판재 두께의 1/3 가량만이 용접되어 용접부강도가 부족하고 형상이 불량하여 후가공이 곤란하게 된 경우 이다.

도 4 는 위 종래의 장치를 사용한 레이저 용접에서 판재가 서로 벌어져 있는 경우의 용접부를 보여준다. 금속판재를 기계적으로 절단하는 경우 완전한 일직선의 절단면을 얻는 것을 사실상 거의 불가능하다. 일반적으로 길이가 긴 판재의 절단면을 맞붙이면 서로 벌어지는 곳이 생기기도 하며, 판재의 고정이 불량한 경우 용접열에 의한 변형에 의하여 벌어지기도 한다. 판재의 결합선이 벌어지는 경우 사진과 같이 용접이 불량하게 되며, 심한 경우에는 전혀 용접이 이루어지지 않기도 한다.

도 5 는 위 종래의 장치를 사용한 레이저용접에서 레이저빔이 용접선에서 이탈된 경우의 용접부를 보여준다. 길이가 긴 판재를 레이저 용접할 때 용접선정렬이 불량하거나 용접열에 의한 변형으로 용접선이 레이저빔의 중심에서 이탈하는 경우 사진과 같이 레이저빔이 엉뚱한 곳에 조사되어 용접이 제대로 이루어지지 않게 된다.

도 6 - 도 8 은 위와 같이 종래의 문제를 해결할 수 있도록 구성된 본 발명의 구성개요를 보여 준다. 여기에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장치는 용접대상 판재(11)를 상부롤(21)과 하부롤(22) 사이로 통과시키면서 레이저 헤드(23)로부터 빔을 조사시켜 상기 판재(11)의 서로 마주보는 단부를 용접하도록 되어 있다. 이를 좀더 상세하게 설명하면, 판재(11)는 테이퍼형태의 하부롤(22)상에 얹혀져 지지되고, 그 상부는 수평의 상부롤(21)에 의해 눌리어 지지된다. 상기 하부롤(22)은 도 6에 예시된 바와 같이 직경이 작은 쪽이 용접위치로 향하게 하여 일방향으로 회전작동되도록 설치된다. 이때, 롤의 원주속도 V=V_R×2πR(V_R:롤의 회전속도)이 되므로 직경이 클수록 원주속도가 증가하게 된다. 따라서, 상기 하부롤(22)상에 얹혀져 이송되는 판재(11)는 하부롤(22)상에 얹혀진 부분중 바깥쪽 부분이 안쪽부분보다 빠르게 이동되려는 경향에 있게 되므로 양 판재(11)의 용접단부가 서로 밀착되는 상태로 판재(11)의 안내이동이 이루어지게 된다. 레이저 헤드(23)로부터의 레이저빔에 의한 용접점 직전에서는 측부롤(31)이 판재의 양끝을 중앙으로 밀어줌으로써 판재(11) 사이의 간극을 최대한 감소시키고, 고정롤(32)은 두판재를 동시에 누름으로써 용접면의 수직방향의 어긋남을 방지한다. 또한, 상기 하부롤(22) 및 상부롤(21)들은 한 열에 속한 롤들이 그 반대측 열에 속한 롤들과 서로 엇갈리게 배치되게 하여 판재를 평탄하게 함과 동시에 절단면이 서로 마찰되어 절단시 발생한 버(burr)를 제거하여 판재가 서로 완전하게 밀착되도록 한다. 도 8에서 보는 바와 같이, 하부롤(22)의 전/후에 상부롤(21)를 위치시킴으로써 판재(11)를 굴곡시키며, 이때 좌우의 판재(11)는 도 7 로부터 파악되는 바와 같이 굴곡위치가 서로 대칭되도록 하여 절단면을 마찰시켜 절단 버를 제거함으로서 판재를 완전하게 밀착시킨다. 용접후에는 교정롤(41)에 의하여 용접 판재의 굽힘을 교정하고, 이 교정롤(41)을 거친 용접 판재는 중력에 의하여 이송롤(42)을 따라 적재함(43)으로 이동된다.

도 9 는 상기와 같은 본 발명의 장치를 통해 양호한 상태로 정확하게 용접되어진 판재의 용접부를 보여준다.

본 발명은 상술한 바와 같은 구성, 작용에 의해 레이저빔을 사용한 판재의 맞대기이음 용접의 품질을 가일층 높혀 관련제품의 품질향상 및 불량감소를 가져올 수 있게 된 신규유용한 효과를 제공하는 것이다.

Claims (3)

1. 레이저빔을 사용하여 판재를 맞대기이음 용접하기 위한 장치로서, 용접대상 판재(11)의 하면을 지지하는 테이퍼형태의 하부롤(22)과, 상기 판재(11)의 상면을 지지하는 수평 상부롤(21)과, 상기 판재(11)의 측부를 지지하는 측부롤(31)로 이루어진 판재 안내수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 맞대기 이음 용접장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 장치가 용접점 직전에 배치된 고정롤(32)과 용접점 직후에 배치된 교정롤(41)을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 맞대기 이음용접장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부롤(21) 및 하부롤(22)들이 서로 엇갈리게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 판재의 맞대기이음 용접장치.