KR20010021981A - 중첩 부품의 레이저 용접용 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 2개의 중첩되는 금속 부품(4, 5)을 레이저 용접하기 위한 장치(laser welding installation)에 관한 것으로, 레이저 발생장치(laser source; 16), 중첩 구역에서 초점을 맞추기 위한 헤드(head; 18), 레이저 발생장치에 의해 방출되는 레이저 빔(laser beam), 그 중첩 구역(6; 89)에서 함께 눌려서 용접 부품들을 지지하도록 다른 부품(5) 지지 수단(26)과 협력하면서 제1 부품(4)을 누르는 누름 메커니즘(24), 및 용접 부품의 중첩 구역에 대해 헤드를 상대적으로 이동시키는(relative displacement) 수단(10, 14)을 포함한다. 누름 메커니즘(24)은 중첩 구역에 평행한 헤드의 이동에 종속된다. 누름 메커니즘(24)은 제1 부품(4)을 따라 구르는 롤링 수단을 누르기 위한 부재(44)를 포함한다. 이 부재는 축을 중심으로 자유롭게 회전한다. 롤링 수단은 이 부재의 회전에 의해 중첩 구역(6)에 평행한 헤드(18)의 이동 방향으로 자동으로 배치된다.

본 발명은 철도 차량 본체를 덮는 외판 패널에 대한 금속 강판 용접용으로 사용된다.

Description

중첩 부품의 레이저 용접용 장치 {INSTALLATION FOR LASER WELDING OF OVERLAPPING PARTS}

레이저 투과-용접은 금속 부품들이 중첩 구역에서 서로 대향하는 표면에서 함께 용접될 수 있도록 해준다.

접근이 불가능한 상기 중첩 구역 내의 대향 표면들 사이의 용접을 위해서, 상기 부품들 중 하나와 조사되는(impinge) 레이저 빔은 그 부품을 그대로 통과하여 다른 부품을 용융시킨다. 상기 용융된 금속은 상기 레이저 빔이 통과된 후에 응고되어 용접 시임(seam)을 형성한다.

이 투과-용접 기술을 사용하려면 용접 부품의 대향 표면들 사이의 간격(clearance)이 전체 중첩 구역 두께의 10% 이하일 것을 요구한다.

이러한 간격의 제약은 이 용접 기술을 철도 차량용 외판 패널 용접에 적용할 때 필요 이상의 긴 길이 때문에 문제점을 드러내는데, 이들 길이는 통상적으로 30m 정도에 달한다.

다른 분야 및 길이가 작은 부품에 대해, 중첩 구역의 용접될 전체 길이를 따라 2개의 부품을 서로 고정시키는 균일하게 일정 거리가 유지되는 램(rams)이 이러한 간격의 제약을 해결하기 위해 사용된다.

하지만, 이러한 해결책은 비교적 긴 길이에 걸쳐 중첩 부품들을 함께 용접하는데는 상기 램 수의 급증(proliferation) 때문에 매우 많은 비용이 소요될 것이다.

본 발명은 적어도 2개의 중첩되는 금속 부품을 레이저 용접하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 레이저 용접 장치는 레이저 발생장치(laser source), 중첩 구역에서 초점을 맞추기 위한 헤드(head), 상기 레이저 발생장치에 의해 방출되는 레이저 빔(laser beam), 그 중첩 구역 근처에서 함께 눌려서 용접되는 부품들을 지지하도록 다른 부품 지지 수단과 협력하면서 제1 부품을 누르는 메커니즘, 및 용접 부품의 중첩 구역에 대해 상기 헤드를 상대적으로 이동시키는(relative displacement) 수단을 포함한다.

본 발명은 특히 철도 차량용 강판(steel sheet)으로 이루어지는 외판 패널(external body skin panel)의 투과-용접(transparency-welding)에 적용된다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 용접 장치의 상승 동작을 개략적으로 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 라인을 따라 절개되는 단면을 개략적으로 나타내는 확대 단면도.

도 3은 도 1의 장치를 일 사용례를 개략적으로 예시하는 2개의 중첩 강판의 부분 평면도.

도 4는 도 1의 누름 메커니즘(pressing mechanism)의 대안적 형태를 하부로부터 개략적으로 예시하는 도면.

도 5는 함께 용접되는 2개의 중첩 강판(overlapping sheet) 단면을 구비하는 부분 사시도.

도 6은 도 5의 강판을 용접하기 위한 도 1의 장치 사용을 예시하는, 도 5의 Ⅳ-Ⅳ 라인을 따라 절개되는 단면을 개략적으로 나타내는 단면도.

도 7은 철도 차량 본체를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 8은 도 7의 링(ring) 부분인 Ⅷ의 상세 단면도.

본 발명의 목적은 비교적 긴 길이에 대해 중첩되는 부품들을 투과-용접할 수 있는 저-비용의 레이저-용접 장치를 제공함으로써 상기 문제점을 해결하기 위한 것이다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은 적어도 2개의 중첩되는 금속 부품을 레이저 용접하기 위한 장치로서, 레이저 발생장치, 중첩 구역에서 초점을 맞추기 위한 헤드, 상기 레이저 발생장치에 의해 방출되는 레이저 빔, 그 중첩 구역 근처에서 함께 눌려서용접되는 부품들을 지지하도록 다른 부품 지지 수단과 협력하면서 제1 금속 부품을 누르는 누름 메커니즘, 및 용접 부품의 중첩 구역에 대해 상기 헤드를 상대적으로 이동시키는(relative displacement) 수단을 포함하며, 상기 누름 메커니즘은 상기 중첩 구역에서 상기 레이저 빔의 조사 지역에 인접하게 함께 눌려서 용접되는 상기 부품을 지지하기 위해 용접 부품들의 중첩 구역과 평행한 상기 헤드의 이동에 종속된다.

특정 실시예에 따라, 상기 장치는 각각 별도로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합을 취하는 다음과 같은 하나 이상의 특징부를 구비할 수 있다:

- 상기 누름 메커니즘은 용접 부품들의 중첩 구역에서 조사 지역의 이동 감지에 대해 상기 레이저 빔의 조사 지역 앞에 배치된 지역에서 상기 제1 부품을 누르는 수단을 포함한다;

- 상기 누름 메커니즘은 상기 제1 부품을 따라 구르기 위한 롤링 수단을 포함한다;

- 상기 장치는 용접 부품의 중첩 구역에 대해 직각으로 상기 헤드 및 누름 메커니즘의 상대적인 병진 이동을 위한 수단을 포함한다;

- 상기 장치는 상기 헤드 및 누름 메커니즘을 지지하는 공용 이동 구조―여기서 공용 이동 구조는 용접 위치로 상기 헤드를 이동시키고 상기 누름 메커니즘을 통해 그 중첩 구역에서 용접 부품 상에 누르는 힘을 인가하도록 설계됨―를 포함한다;

- 상기 메커니즘은 튜브(tube)를 포함하며, 상기 튜브의 일 단부 면에는 상기 제1 부품을 따라 구르기 위한 롤링 수단이 마련된다;

- 상기 장치는 상기 롤링 수단이 중첩 구역에 평행한 상기 헤드의 선택된 이동 방향에 배치되도록 그 축을 중심으로 상기 튜브를 회전시키는 수단을 포함한다;

- 상기 튜브는 자신의 축을 중심으로 자유롭게 회전하며, 상기 롤링 수단은 상기 튜브의 축에 대한 회전에 의해 상기 중첩 구역에 평행한 상기 헤드의 이동 방향에 자동으로 배치된다;

- 상기 롤링 수단은 상기 튜브의 축을 중심으로 회전되는 경우에 이동할 수 있는 볼(ball)을 포함한다;

- 상기 롤링 수단은 상기 튜브의 축을 중심으로 회전이 제한되는 여러 개의 볼을 포함한다.

본 발명은 단지 예를 드는 방식으로 주어지며 첨부되는 도면을 참조하여 이루어지는 이하의 설명을 통해 양호하게 이해될 것이다.

도 1은 중첩 구역(6)을 따라 중첩되는 2개의 강판(4, 5)을 함께 용접하기 위한 레이저 용접 장치(2)를 나타내고 있다. 상기 강판(4)은 중첩 구역(6)에서 상기 강판(5) 상부(도 1의 상부)에 배치된다. 상기 강판(4)의 하부(7)(도 1의 하부)는 상기 중첩 구역(6)의 상기 강판(5)의 상부면(8)에 접한다. 상기 강판(4, 5)은 도시되지는 않은 수단에 의해 서로에 대해 움직일 수 없게 된다.

상기 장치(2)는 필수적으로 다음과 같은 구성요소를 포함한다:

- 지면(12)에 고정되고 그 뒷부분(the latter)이 세워지는 스탠드(10);

- 상기 스탠드(10) 상에 장착되는 지지 구조물(14);

- 상기 스탠드(10) 상에 장착되는 레이저 발생장치(16);

- 레이저 빔의 초점을 맞추기 위한 헤드(18)―여기서 헤드(18)는 광-결합 수단(optical-coupling means; 19)(일점쇄선으로 도시됨)에 의해 상기 레이저 발생장치(16)에 광적으로 결합됨―;

- 불활성 가스(inert gas)의 소스(20);

- 불활성 가스를 분사하기 위한 노즐(22)―여기서 노즐(22)은 상기 헤드에 의해 제공되며 연결 수단(이점쇄선으로 도시됨)에 의해 불활성 가스의 소스(20)에 연결됨―;

- 상기 지지 구조물(14)에 의해 제공되는 누름 메커니즘(24); 및

- 상기 제2 강판(5)을 지지하며, 상기 지면(12)에 고정되고 상기 스탠드(10) 보다 낮은 위치에 배치되는 베이스(26).

상기 지지 구조물(14)은 2개의 상호 거의 수직인 로드(rod; 28, 30), 캐리지(carriage; 32) 및 마운트(mount; 34)를 포함한다.

거의 수평인 상기 로드(28)는 도 1의 평면에 직교하는 수평 방향으로 활주할 수 있도록 상기 스탠드(10) 상에 장착된다. 상기 캐리지(32)는 화살표(36)로 도식적으로 나타내는 바와 같이 상기 로드(28)를 따라 수평으로 활주할 수 있도록 장착된다.

상기 로드(30)는 상기 캐리지(32)로부터 아래 방향으로 및 상기 중첩 구역(6) 쪽으로 거의 수직으로 연장된다. 상기 로드(30)는 화살표(38)로 도식적으로 나타내는 바와 같이 상기 캐리지(32)를 따라 수직으로 활주할 수 있도록 장착된다.

상기 마운트(34)는 상기 로드(30) 아래 방향으로 연장된다. 이 마운트(34)는 화살표(40)로 도식적으로 나타내는 바와 같이 상기 로드(30)의 Ⅹ-Ⅹ 축을 중심으로 상기 로드(30) 상에서 회전할 수 있도록 장착된다.

상기 지지 구조물(14)은 상기 광-결합 수단(19) 및 상기 연결 수단(21)을 제공한다.

상기 헤드(18) 및 이 헤드를 둘러싸는 노즐(22)은 상기 로드(30) 및 상기 마운트(30)에 대해 동축(coaxial)이다. 상기 로드(30)의 Ⅹ-Ⅹ 축은 상기 중첩 구역(6)에 거의 직교하며, 상기 헤드 및 상기 노즐(22)은 이 중첩 구역(6) 쪽에 배치된다.

상기 헤드(18) 및 상기 노즐(22)은 화살표(42)로 도식적으로 나타내는 바와 같이 상기 마운트(34) 사에 수직으로 활주할 수 있도록 장착되며, 상기 누름 메커니즘(24)은 상기 마운트(34)에 고정된다. 따라서, 상기 헤드 및 상기 노즐(22)은 상기 누름 메커니즘(24)에 무관하게 중첩 구역(6) 상부에 인접하도록 이동할 수 있다.

도 2에 보다 구체적으로 예시되는 바와 같이, 상기 누름 메커니즘(24)은 원주형 베이스를 갖는 중공의 튜브(hollow tube; 44)를 포함하며, 상기 튜브(44)는 상기 로드(30)와 동축이며 상기 헤드(18) 및 노즐(22)을 둘러싼다. 상기 마운트(34)에 의해 제공되는 이 튜브(44)는 자신의 뒷부분이 아래 방향으로 및 이에 따른 중첩 구역(6) 쪽으로 연장된다.

이 튜브(44)의 하부 단부면(46)에는 볼(50)이 지지되는 개방 면을 갖는 환형의 경사로(open-faced annular runway; 48)가 마련된다. 상기 볼(50)은 이 경사로(48)에서 자유롭게 이동할 수 있다. 상기 볼(50)의 하부 부분은 상기 단부면(46)으로부터 아래 방향으로 돌출되어 있다.

상기 튜브(44)의 단부면(46) 및 상기 경사로(48)는 상기 튜브(44)의 Ⅹ-Ⅹ 축을 가로지르는 면에 대해 경사져 있으며, 따라서 상기 중첩 구역(6)에 대해 경사져 있다.

상기 볼(50)은 상기 튜브(44) 및 상기 지지 구조물(14)에 의해 상기 중첩 구역(6) 근처에서 상기 강판(4)에 대향하여 눌리게 된다.

상기 강판(5)은 도 1의 평면에 직각으로 제공되도록 직선의 용접 시임(51) 전체 길이를 따라 상기 강판(5)의 하부에서 실질적으로 연장되는 베이스(26) 상에 얹혀져 있다.

상기 강판(4, 5)을 상기 중첩 구역(6) 내의 그 표면(7, 8)에서 함께 용접하기 위해, 상기 헤드(18)는 상기 중첩 구역(6)에서 상기 레이저 발생장치(16)에 의해 방출되는 레이저 빔(52)의 초점을 맞춘다. 이 레이저 빔(52)은 조사 지역(53)에서 거의 직각으로 중첩 구역(6)에 조사한다. 상기 레이저 빔(52)은 상기 강판(4)을 통과하면서 상기 강판(4)을 용융시키고, 이후 강판(5)에 도달하는데, 상기 레이저 빔(52)은 상기 강판(5)을 통과하지 않고 상기 강판을 국부적으로 용융시키게 된다.

전체가 관통되지 않는 직선의 용접 시임(51)을 형성하도록, 상기 헤드(18)를 제공하는 상기 지지 구조물(14)도 2 내의 화살표(D)로 도식적으로 나타내는 바와 같이, 다시 말하면 도 1의 평면에 직각으로 상기 강판(4, 5)의 단부를 따라 수평으로 배치된다.

상기 헤드(18), 상기 노즐(22) 및 상기 누름 메커니즘(24)은 이러한 이동 중에 상기 중첩 구역(6)에 평행하게 상기 지지 구조물(14)에 고정된다. 상기 레이저 빔(52) 및 이에 따른 조사 지역(53)은 화살표(D)의 감지 및 방향으로 배치된다. 상기 레이저 빔이 통과된 후, 용융된 금속이 응고되어 상기 용접 시임(51)을 형성하게 된다.

상기 지지 구조물(14)이 직선(rectilinear)으로 위치를 변동하는 동안, 상기 볼(50)은 상기 헤드의 위치 변동에 따라 상기 강판(4)을 따라 구르고 상기 조사 지역(53)의 위치 변동 감지에 대해 상기 조사 지역(53)의 앞에 유지된다. 따라서, 상기 볼(50)은 도 2의 조사 지역(53)의 오른 쪽에 놓인다. 상기 강판(4)을 따라 구르는 볼(50)은 상기 강판(5)―여기서 강판(5)은 상기 베이스(26)에 의해 지지됨―의 표면(8) 상으로 상기 강판(4)의 표면(7)을 누르게 된다. 따라서, 상기 중첩 구역(6) 내의 상기 부품들(4, 5) 사이의 간격에 대한 제약이 해결되며 상기 용접 시임(51)을 형성하는 것이 가능해진다.

상기 이동(D)의 감지에 대해 상기 조사 지역(53) 뒤, 다시 말하면 도 2의 왼 쪽에서, 상기 강판(4, 5)은 상기 용접 시임(51)에 의해 함께 눌려서 유지된다.

상기 노즐(22)은 상기 레이저 빔(52) 주위에 불활성 가스의 스트림(stream; 58)을 형성한다. 이 스트림은 상기 강판(4)의 상부 표면에 부딪혀서 기형성된 용접 풀(weld pool)을 보호하게 된다.

상기 지지 구조물(14)은 상기 헤드(18) 및 상기 누름 메커니즘(24)을 기설정된 용접 위치로 이동시킬 수 있으며, 이후 상기 헤드(18) 및 상기 누름 메커니즘(24)을 기설정된 용접 경로를 따라 위치 변동시키는 특징이 있다. 상기 누름 메커니즘(24)은 상기 중첩 구역(6)에 평행한 방향으로 상기 헤드(18), 결국 상기 조사 지역(53)의 이동에 따라 좌우된다.

상기 중첩 구역(6)에 직교하는 방향에서 상기 헤드(18)의 위치는 화살표(42)로 나타내는 바와 같이 상기 누름 메커니즘(24)의 위치와 무관하게 변경될 수 있다.

상기 경사로(48)의 경사가 상기 볼(50)에게 바람직한 위치를 제공하는데, 그 이유는 이 볼(50)이 상기 경사로(48) 상에서 최하단 지점, 다시 말하면 도 2의 오른 쪽에 위치하려는 성질이 있기 때문이다. 따라서, 도 1에서 화살표(40)로 도식적으로 나타내는 바와 같이 상기 튜브(44)를 상기 로드(30)의 Ⅹ-Ⅹ 축을 중심으로 피봇(pivot)시킴으로써, 상기 볼(50)은 형성될 용접 시임(51)의 외형과 무관하게 항상 상기 레이저 빔(52)의 조사 지역(53) 앞에 배치될 수 있다.

예를 들면, 도 3은 오른 쪽 모서리를 갖는 용접 시임(51)의 형성을 예시한다.

상기 누름 메커니즘(24)은 상기 용접 시임(51)의 제1 직선부(51A)가 형성된 후 상기 제1 직선부(51A)에 직교하는 상기 용접 시임(51)의 제2 직선부(51B)가 형성되기 전에 이 오른 쪽 모서리에서 굵은 선으로 도시된다. 도 3의 시계 방향으로 화살표(59)로 도식적으로 나타내는 바와 같이 상기 튜브(44)가 1/4 바퀴 회전하면 상기 볼(50)이 (도 3의 하부에서) 적합한 위치로 이동되어 상기 용접 시임(51)의 제2 직선부(51B)(파선으로 도시됨)를 형성하게 된다. 상기 누름 메커니즘(24)은 상기 용접 시임의 직선부(51A, 51B) 형성에 각각 대응하는 양측 위치에서 일점쇄선으로 도시된다.

따라서 상기 장치(2)는 투과-용접에 의해 비교적 긴 길이에 대해 중첩되는 강판 상에서 다양한 외형으로 레이저-용접 시임을 제공할 수 있다. 상기 누름 메커니즘(24)은 상기 부품들(4, 5)을 고정시키기 위해 다수의 램(ram)을 사용하지 않고도 상기 용접 시임을 비교적 경제적으로 제공할 수 있다.

본 발명을 이루는 여러 구성요소 중 상기 지지 구조물(14)의 이동 및 상기 헤드(18)의 이동은 램 및/또는 전자 모터와 같은 종래 수단에 의해 이루어질 수 있다.

도시되지 않은 대안적인 형태에 따르면, 상기 마운트(34) 및 튜브(44)는 상기 로드(30)의 Ⅹ-Ⅹ 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 장착될 수 있다. 이 경우에, 상기 볼(50)은 상기 중첩 구역(6)에 평행한 방향으로 상기 헤드(18)의 이동 감지에 대해 상기 조사 지역(53) 뒤에 자동으로 배치된다. 따라서, 상기 볼(50)은 그 방향이 어느 쪽이든지 상기 헤드(18)의 이동 방향으로 상기 조사 지역(53) 뒤에 자동적으로 배치될 수 있고, 상기 마운트(34)를 상기 Ⅹ-Ⅹ 축을 중심으로 회전시키는 수단을 필요로 하지 않고도 자동적으로 배치될 수 있다. 이러한 결과는 상기 헤드(18) 이동의 감지 및/또는 방향이 변화하는 경우 그 Ⅹ-Ⅹ 축을 중심으로 상기 튜브(44)의 자동 회전에 의해 얻어진다.

도 4에 예시되는 다른 대안적인 형태에 따르면, 상기 튜브(44)의 하부 단부 표면(46)은 상기 튜브(44)의 Ⅹ-Ⅹ 축에 거의 직교한다. 이 하부 단부 표면(46)에 3개의 하우징(60A, 60B, 60C)이 형성된다. 이들 하우징 각각은 볼(50A, 50B, 50C)을 유지하며, 대응하는 볼의 외형과 부합된다. 이들 볼은 도 1 내지 도 3의 볼(50)과 같이, 상기 조사 지역(53)의 앞에서 상기 강판(4)을 따라 회전할 수 있도록 되어 있다.

상기 하우징(60A, 60B, 60C)은 각도(α)로 정해지는 상기 튜브(44)의 단부 표면(46) 영역에 일정하게 형성된다. 이러한 대안적 형태에 의해 상기 강판(4, 5)의 표면(7, 8)이 상기 레이저 빔(52)의 조사 지역(53) 앞에서 보다 넓은 영역에 대해 함께 눌리게 된다.

상기 하우징(60A, 60B, 60C)의 외형에 의해 상기 볼(50A, 50B, 50C)이 상기 조사 지역(53) 앞에 정확하게 배치된다.

도시되지 않은 대안적 형태에서, 구르는 볼의 수는 여럿 일 수 있으며, 상기 정해진 각도(α)는 또한 360°까지 커질 수 있다. 이 마지막 예에서, 볼들은 상기 튜브(44)의 전체 단부 표면(46)에 대해 일정하게 분포되며, 상기 누름 메커니즘(24)은 상기 레이저 빔(52)의 조사 지역(53) 주변에 상기 강판(4) 오른 쪽을 누른다.

도시되지 않은 다른 실시예에서, 상기 지지 구조물(14)은 램이 장착되는 관절 암 시스템(articulated arm system)으로 이루어짐으로써, 여러 위치에서 보다 자유롭게 중첩 금속 부품을 함께 용접할 수 있다.

도 5 및 도 6은 그 각각의 전면 단부(64, 65)가 중첩되는 중첩 구역(6)을 따라 함께 용접되는 2개의 강판(4, 5) 군(collection; 62)을 예시한다.

전체 모양이 사각형인 상기 강판(4, 5)은 2개의 U-섹션(70, 72)에 용접 시임(66 내지 69)을 갖는 각각의 수평 단부를 따라 이미 용접되어 있다.

예를 들면, 이들 U-섹션(70, 72)은 철도 차량 본체의 뼈대(framework)의 구성요소이며, 상기 강판(4, 5)은 이 본체의 외판을 형성하기 위한 것이다. 예를 들면, 상기 용접 시임(66 내지 69)은 도 1 내지 도 3의 장치(2)를 사용하여 투과-용접함으로써 형성되며, 따라서 상기 U-섹션(70, 72)은 상기 베이스(26)에 의해서하기 보다는 전술한 뼈대의 나머지 부분들에 의해 지지된다.

상기 강판(4, 5)은 상기 U-섹션(70, 72) 사이에서 연장된다. 따라서 상기 강판(4, 5)은 서로에 대해 움직일 수 없게 된다.

상기 강판(5)의 전면 단부(65)는 도 5 및 도 6에서 L-섹션 중앙 부분(L-section central part; 74)에 의해 하부로 연장된다. 이 L-섹션 중앙 부분(74)은 중첩 구역(6)으로부터 상기 강판(5)을 바깥 쪽으로 구부려서 형성된다. 이 L-섹션 중앙 부분(74)은 상기 전면 단부(65)로부터 시작하여 상기 강판(5)의 나머지 상기 강판(5)의 나머지에 L 형상의 직교부(L orthogonal)를 형성하는 2개의 연속적인 사각형 패널(76, 78)을 포함한다. 이 L-섹션 중앙 부분(74)은 상기 강판(5)의 전면 단부(65)의 벤딩 강도(bending stiffness)를 증가시킨다.

용접 시임(51)을 형성하기 위해 전술한 뼈대에 의해 지지되는 U-섹션(70, 72)(도 5에서 파선으로 도시됨)으로, 상기 용접 장치(2)의 누름 메커니즘(24)은 상기 중첩 구역(6)의 근처에서 플레이트(4)에 대향하여 눌리게 된다. 상기 강화부(stiffening part; 74)는 상기 강판(4, 5)의 표면(7, 8)이 상기 중첩 구역(6)에서 함께 눌릴 수 있도록 상기 U-섹션(70, 72) 사이에 및 상기 중첩 구역(6)에 놓이는 표면 영역(8)이 상기 벤딩을 견뎌낼 수 있게 해준다.

따라서, 상기 강화부(74)는 상기 U-섹션(70, 72) 사이에서 캔틸레버 형상(cantilever fashion)을 돌출시키는 단부 영역(65) 아래에 지지 부재를 배치하지 않고도 상기 용접 시임(51)을 형성할 수 있게 해준다. 이러한 특징은 보다 용이하게 비교적 긴 길이에 대해 중첩 강판을 투과-용접하게 해준다.

도시되지 않은 대안적인 형태에서, 상기 강화부는 외형이 달라질 수 있으며, 특히 강판의 두꺼운 부분에 의해 형성될 수 있다.

강화부(74)를 갖는 여러 강판을 함께 결합하는 것이 가능하다. 따라서, 단지 전면 단부에 강화부(74)를 갖는 강판들의 경우에, 제1 강판은 자신의 후면 단부 및 제2 강판의 전면 단부 사이의 중첩 구역에 연결되며, 상기 제2 강판의 후면 단부는 제3 강판의 전면 단부에 중첩 연결되며, 나머지도 마찬가지이다.

강화부(74)를 갖는 이러한 강판들은 철도 차량 본체의 뼈대를 덮는데 사용될 수 있다.

도 7은 섀시(chassis; 82), 상부 또는 지붕(83) 및 양측의 벽(84)을 필수적으로 포함하는 철도 차량 본체(81)를 도식적으로 예시한다.

도 8에 보다 구체적으로 예시되는 바와 같이, 상기 지붕(83)은 상기 차량 본체(81)의 전체 길이를 따라서 및 외판(external skin; 86)이 그 상부에 고정되는 서로 일정하게 배열되는 활모양의 횡단 빔(bowed transverse beam; 85)을 구비하는 지지 뼈대(840)를 포함한다.

이 외판(86)은 주름잡힌 강판(corrugated sheets)을 포함하며, 이 주름잡힌 강판 중 2개가 도 8d0 도시된다. 이러한 2개의 강판(87, 88)은 상기 차량 본체(81)에 대해 수직으로, 다시 말하자 도 7 및 도 8의 평면에 직각으로 형성되는 중첩 구역(89)을 따라 용접된다. 상기 강판(87, 88)은 상기 횡단 빔(85) 사이의 공간 각각에서 상기 강판(88) 상에 제공되는 강화부(74)에 의해 함께 용접된다. 전술한 바와 같이, 이들 강화부는 상기 강판(87, 88)이 캔틸레버 형상을 돌출시키는 영역에서 용접될 수 있게 해준다.

이러한 강화부가 마련되는 강판은 상기 섀시(2)를 형성하는데 사용된다.

본 발명에 따르면 비교적 긴 길이에 대해 중첩되는 부품들을 투과-용접할 수 있는 저-비용의 레이저-용접 장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 적어도 2개의 중첩되는 금속 부품(4, 5; 87, 88)을 레이저 용접하기 위한 장치(laser welding installation)에 있어서,

   a) 레이저 발생장치(laser source; 16);

   b) 중첩 구역에서 초점을 맞추기 위한 헤드(head; 18);

   c) 상기 레이저 발생장치(16)에 의해 방출되는 레이저 빔(laser beam; 52)

   d) 그 중첩 구역(6; 89)에서 서로가 눌려서 용접되는 부품들을 지지하도록 다른 부품(5, 88) 지지 수단(26; 70, 72; 85)과 협력하면서 제1 부품(4, 87)을 누르는 누름 메커니즘(24); 및

   e) 용접 부품의 중첩 구역(6, 89)에 대해 상기 헤드(18)를 상대적으로 이동시키는(relative displacement) 수단(10, 14)

   을 포함하며,

   상기 누름 메커니즘(24)은 용접 부품들의 중첩 구역에 평행한 상기 헤드의 이동에 종속되어, 상기 중첩 구역(6; 89)에서 레이저 빔(52)의 조사 지역(53)에 인접하게 함께 눌려서 용접되는 부품(4, 5; 87, 88)을 유지되며,

   상기 누름 메커니즘(24)은 상기 제1 부품(4; 87)을 따라 구르기 위한 롤링 수단(50), 상기 롤링 수단(50)이 마련되며 상기 제1 부품에 대향하여 상기 롤링 수단을 누르기 위한 부재(44)를 포함하며,

   상기 롤링 수단(50)은 축을 중심으로 자유롭게 회전하며, 상기 롤링 수단(50)은 상기 축(Ⅹ-Ⅹ)을 중심으로 상기 부재(44)를 누르기 위한 상기 롤링 수단의 회전에 의해 중첩 구역(6)에 평행한 상기 헤드(18)의 이동 방향으로 자동적으로 배치되는

   레이저 용접 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 축이 상기 중첩 구역(6)에 거의 직교하는 레이저 용접 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 롤링 수단(rolling means)이 상기 축(Ⅹ-Ⅹ)에 대해 상기 롤링 수단 누름 부재(44)가 회전하는 경우에 움직일 수 있는 볼(ball; 50)을 포함하는 레이저 용접 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 볼(50)이 상기 중첩 구역(6)에 대해 경사진 경사로(runaway) 내에서 움직일 수 있는 레이저 용접 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 롤링 수단(50) 상의 상기 누름용 부재가 튜브(tube; 44)―여기서 튜브(44)의 일 단부면(one edge face)이 상기 롤링 수단에 제공됨―인 레이저 용접 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 롤링 수단 누름 튜브(44)가 상기 초점용 헤드(18)와 동축(coaxial)인 레이저 용접 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 롤링 수단 누름 튜브(44)가 자신의 축(X-X)을 중심으로 자유롭게 회전하는 레이저 용접 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   용접되는 부품들의 중첩 구역(6, 89)에 대해 직각으로 상기 헤드(18) 및 누름 메커니즘(24)의 상대적인 병진 이동(translational displacement)을 위한 수단을 포함하는 레이저 용접 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 헤드(18) 및 누름 메커니즘(24)을 지지하는 공용 이동 구조(14)―여기서 공용 이동 구조(14)는 상기 헤드(18)를 용접 위치로 이동시키고, 상기 누름 메커니즘(24)을 통해 그 중첩 구역(6, 8)에서 용접 부품들에 누르는 힘을 인가하도록 설계됨―를 포함하는 레이저 용접 장치.