KR20000013260U

KR20000013260U - 용접용 레이저합성기

Info

Publication number: KR20000013260U
Application number: KR2019980026417U
Authority: KR
Inventors: 김승섭
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-15

Abstract

본 고안은 복수개의 저출력레이저를 용입깊이가 깊은 용접용 고출력레이저로 합성할 수 있는 용접용 레이저합성기에 관한 것으로서, 레이저 출력장치에서 출력되어 광화이버를 통해서 전송되는 복수의 Nd:YAG 레이저를 합성하여 재료를 용접하는 용접장치에 있어서, 상기 광화이버를 통해서 전송되는 복수의 Nd:YAG 레이저를 집속렌즈에 의해서 집속되어 합성된 Nd:YAG레이저가 입사되는 입사면은 넓고 하부로는 접차 좁게 형성된 입사부와, 상기 입사부의 단부에 설치된 전송용 광화이버에 의해서 연결되며 크기가 작아진 Nd:YAG레이저를 재료의 표면에 조사하는 용접헤드로 이루어진 것이다.

Description

용접용 레이저합성기

본 고안은 복수개의 저출력레이저를 용입깊이가 깊은 용접용 고출력레이저로 합성할 수 있는 용접용 레이저합성기에 관한 것이다.

일반적으로 단위에너지당 용입깊이가 깊은 용접 또는 알루미늄이나 구리등 난용접성 재료를 용접할 때에는 CO₂레이저(파장 : 10.6㎛)에 비하여 파장이 짧고 광화이버로 전송하여 3차원형상이나 복잡한 형상으로 이루어진 재료의 용접이 가능한 Nd:YAG 레이저(파장 : 1.06㎛)를 사용하고 있는바, 상기 Nd:YAG 레이저는 최대출력이 4kw로서, 두꺼운 재료를 용접할 수 있도록 Nd:YAG 레이저를 합성할 수 있는 장치가 요구되고 있는 실정이다.

종래에는 도 1에 도시된 바와같이 출력되는 Nd:YAG 레이저의 파장이 각각 1044mm와 1064mm인 한쌍의 레이저 발생장치(1)(1a)를 병렬로 설치하고 일측의 레이저 발생장치(1)에서 출력되는 Nd:YAG 레이저(2)는 광학필터(3)를 통과하여 집속렌즈(4)로 집속시키고 타측의 레이저 발생장치(1a)에서 출력되는 Nd:YAG 레이저(2a)가 반사거울(5)과 광학필터(3)로 반사되어 집속렌즈(4)로 집속되도록 하여 고출력의 Nd:YAG레이저(6)로 합성한 후 이를 광화이버(7)로 입사시킨다.

따라서 상기 광화이버(7)의 단부에 용접헤드를 설치하여 재료를 용접하고 있지만 Nd:YAG 레이저를 합성하기 위해서는 광학필터(3)를 사용하게 되므로 동일한 파장의 Nd:YAG 레이저는 합성할 수 없었음은 물론 Nd:YAG 레이저를 합성하기 위한 장치가 커지게 되는 문제점이 있었다.

또는 도 2에 도시된 바와같이 용접하기위한 재료(8)의 용접면(9) 상부에 Nd:YAG 레이저(7a)(7b)(7c)가 조사되는 복수의 용접헤드(9a)(9b)(9c)를 설치하여 용접하는 방법이 사용되고 있지만 이때에는 도 3에 도시된 바와같이 용접면(8a)의 비드폭(W1)이 넓고 비드의 형상이 불규칙하게 형성되며 출력을 얻기위한 만큼의 용접헤드(9a)(9b)(9c)가 반드시 설치되어야 하므로 부피가 커지고 무게가 고중량으로서, 로봇이나 CNC등의 자동화장비에 탑재할 수 없게 되어 설비 자동화에 많은 제약이 따르게 되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 동일 파장을 갖는 복수개의 Nd:YAG 레이저를 하나의 광화이버로 합성하여 용접헤드를 통하여 재료에 조사함에 따라 고출력의 Nd:YAG 레이저용접을 가능하게 할 수 있는 Nd:YAG 레이저합성용 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기위한 본 고안은 레이저 출력장치에서 출력되어 광화이버를 통해서 전송되는 복수의 Nd:YAG 레이저를 합성하여 재료를 용접하는 용접장치에 있어서, 상기 광화이버를 통해서 전송되는 복수의 Nd:YAG 레이저를 집속렌즈에 의해서 집속되어 합성된 Nd:YAG레이저가 입사되는 입사면은 넓고 하부로는 접차 좁게 형성된 입사부와, 상기 입사부의 단부에 설치된 전송용 광화이버에 의해서 연결되며 크기가 작아진 Nd:YAG레이저를 재료의 표면에 조사하는 용접헤드로 이루어진 것이다.

도 1은 종래의 레이저 합성방법을 도시한 개략도,

도 2는 종래에 다수개의 용접헤드로 용접하는 상태를 도시한 평면도,

도 3은 도 2의 A - A선 단면도,

도 4는 본 고안에 따른 합성헤드를 도시한 사시도,

도 5는 본 고안에 따른 합성헤드로 레이저를 합성하는 상태를 도시한 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10a, 10b, 10c : 광화이버

20, 20a, 20b, 20c : Nd:YAG 레이저

30 : 집속렌즈 40 : 입사부

41 : 입사면 50 : 전송용 광화이버

이하 본 고안을 도시한 첨부도면 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 고안에 따른 합성헤드를 도시한 사시도로서, 복수개의 광화이버(10a)(10b)(10c)를 통하여 전송되는 Nd:YAG 레이저(20a)(20b)(20c)가 등간격으로 입사되며 타측으로는 고출력의 Nd:YAG레이저가 투과되는 집속렌즈(30)의 하부에 일정거리 이격되어 상부의 입사면(41)보다 하부가 점차 좁아지도록 테이퍼 가공된 입사부(40)가 설치되어 있고 상기 입사부(40)의 단부에는 고출력의 Nd:YAG레이저(10)를 전송하기 위한 전송용 광화이버(50)가 설치되어 있으며 이의 단부에는 고출력의 Nd:YAG레이저(10)를 재료(70)에 조사하여 용접시킬 수 있는 용접헤드(60)가 설치되어 있다.

이와같이 구성된 본 고안은 동일 파장을 갖는 복수개의 광화이버(10a)(10b)(10c)을 통하여 전송되는 Nd:YAG 레이저(20a)(20b)(20c)는 발산각을 가지면서 퍼지게되므로 상기 광화이버(10a)(10b)(10c)와 일정거리 유지하도록 집속렌즈(30)를 설치하여 각 Nd:YAG레이저(20a)(20b)(20c)를 집속시키되, 상기 각 Nd:YAG 레이저(20a)(20b)(20c)가 중첩되지 않으면서 중심에 근접된 상태로 조사되도록 집속렌즈(30)또는 광화이버(10a)(10b)(10c)의 위치를 조절한다.

상기 집속렌즈(30)에 의해서 집속된 고출력의 Nd:YAG레이저(20)는 집속렌즈(30)에서 일정거리 이격되어 있는 입사부(40)의 입사면(41)으로 입사되어 상기 입사부(40)의 테이퍼형상을 따라 이동하면서 에너지 손실을 최소화한 상태에서 크기가 점차줄어들어 전송용 광화이버(50)를 통하여 용접헤드(60)로 전송되며 상기 용접헤드(60)의 단부를 통하여 조사된다.

따라서 상기 용접헤드(60)의 단부를 재료(70)의 용접면(71)에 근접시키면 상기 재료(70)는 용접이 가능하게 되며 상기 용접면(71)의 폭(W2)은 작게되며 Nd:YAG레이저(20)의 출력이 고출력으로서 용입깊이가 깊게되므로 두꺼운 재료의 용접이 가능하게 된다.

이상에서와 같이 본 고안은 동일한 파장을 갖는 복수의 Nd:YAG레이저를 고출력의 Nd:YAG레이저로 합성함과 동시에 고출력 Nd:YAG레이저의 크기를 작게한 상태에서 재료를 용접하게 되므로 용접면의 폭을 최소화함과 동시에 용입깊이가 깊게 되므로 두꺼운 재료의 용접은 물론 부피가 작고 무게가 가벼워지게 되므로 로봇이나 CNC등의 자동화장비에 설치가 가능하게 되는 매우 유용한 고안이다.

Claims

레이저 출력장치에서 출력되어 광화이버를 통해서 전송되는 복수의 Nd:YAG 레이저를 합성하여 재료를 용접하는 용접장치에 있어서,

상기 광화이버(10a)(10b)(10c)를 통해서 전송되는 복수의 Nd:YAG 레이저(20a)(20b)(20c)를 집속렌즈(30)에 의해서 집속되어 합성된 Nd:YAG레이저(10)가 입사되는 입사면(41)은 넓고 하부로는 접차 좁게 형성된 입사부(40)와, 상기 입사부(40)의 단부에 설치된 전송용 광화이버(50)에 의해서 연결되며 크기가 작아진 Nd:YAG레이저(20)를 재료의 표면에 조사하는 용접헤드(60)로 이루어진 구성을 특징으로하는 용접용 레이저합성기.