KR20050023271A - Laser welding with beam oscillation - Google Patents

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KR20050023271A
KR20050023271A KR10-2004-7019007A KR20047019007A KR20050023271A KR 20050023271 A KR20050023271 A KR 20050023271A KR 20047019007 A KR20047019007 A KR 20047019007A KR 20050023271 A KR20050023271 A KR 20050023271A
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welding
laser beam
keyhole
metal
welding method
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KR10-2004-7019007A
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스톨이스라엘
마르투카니츠리차드피
Original Assignee
알코아 인코포레이티드
더 펜 스테이트 리서치 파운데이션
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Abstract

금속 구성요소를 서로 용접하는 방법으로서, 한 쌍의 금속 구성요소(24, 26) 사이의 경계면(22)을 따라서 제 1 방향(A)으로 레이저 빔(20)을 이동시켜서 초점이 맞추어진 레이저 빔(20)의 부근에서 용융 금속 풀(30)에 키홀(28)을 만들도록 각 금속 구성요소가 기화되는 단계를 포함하고 있다. 상기 레이저 빔(20)은, 키홀(28)의 위치가 변화함에 따라 키홀(28)이 용융 금속 풀(30)의 전구역에 걸쳐서 진동하여 용융 금속이 키홀(28)을 채우도록 제 1 방향과 상이한 (예를 들면 제 1 방향을 가로지르는) 방향(B)으로 진동된다.A method of welding metal components to each other, the laser beam focused by moving the laser beam 20 in the first direction A along the interface 22 between the pair of metal components 24 and 26. Vaporizing each metal component to create a keyhole 28 in the molten metal pool 30 in the vicinity of 20. The laser beam 20 is different from the first direction so that as the position of the keyhole 28 changes, the keyhole 28 vibrates over the entire region of the molten metal pool 30 so that the molten metal fills the keyhole 28. It vibrates in the direction B (for example, across the first direction).

Description

레이저 빔 진동을 이용한 레이저 용접 방법{LASER WELDING WITH BEAM OSCILLATION}Laser welding method using laser beam vibration {LASER WELDING WITH BEAM OSCILLATION}

본 발명은 레이저 용접에 관한 것이며, 보다 상세하게는 이동하고 다시 채워지는 키홀을 생성하기 위하여 레이저 빔을 진동시켜 용접하는 것에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to laser welding, and more particularly, to vibration welding of a laser beam to produce a keyhole that moves and refills.

통상적인 용접 이음은 맞대기 이음, 겹치기-용입 이음, 그리고 겹치기-필릿 이음을 포함한다. 레이저 용접은 코히어런트 광(coherent light)의 초점이 맞추어진 빔을 이용하여 인접한 금속 구성요소를 용융시키고 이 용융된 금속을 이음부로 응고시켜서 금속 구성요소를 접합하는 방법이다. 맞대기 이음은 레이저 용접에 의해 만들어질 수는 있지만, 항공 산업, 자동차 산업 및 선박 산업에 있어서 언제나 적합한 것은 아니다. 겹치기-용입 이음 및 겹치기-필릿 이음의 레이저 용접은 실행하기가 더 어렵다. 도 1 및 도 2는 레이저 빔이 구성요소(4)와 구성요소(5) 사이의 경계면(2)의 구역으로 향하고 있는 겹치기-용입 이음의 레이저 용접 결과를 도시하고 있다. 레이저 빔과 구성요소들의 조립체 사이에 경계면(2)을 따라서 상대적인 이동이 이루어진다. 이 레이저 빔은 경계면의 금속의 일부분을 휘발시켜서 용융 금속(10)으로 경계지워진 키홀(8)을 만들 수 있다. 이 키홀(8)은 화살표(A)의 방향으로 레이저 빔의 이동과 함께 전진한다. 용융 금속(10)은 전진하는 키홀(8)의 후방에서 응고되어서 구성요소들 사이에 접합부를 만든다.Typical welded joints include butt joints, overlap-penetration joints, and overlap-fillet joints. Laser welding uses a focused beam of coherent light to melt adjacent metal components and solidify the molten metal to the seam to join the metal components. Butt joints can be made by laser welding, but are not always suitable for the aerospace, automotive and marine industries. Laser welding of overlap-injection joints and overlap-fillet joints is more difficult to implement. 1 and 2 show the results of laser welding of overlap-welded joints where the laser beam is directed to the region of the interface 2 between the component 4 and the component 5. Relative movement is made along the interface 2 between the laser beam and the assembly of components. This laser beam may volatilize a portion of the metal at the interface to create a keyhole 8 bounded by molten metal 10. This keyhole 8 is advanced with movement of the laser beam in the direction of the arrow A. FIG. Molten metal 10 solidifies at the rear of the advancing keyhole 8 to make a joint between the components.

실제로, 레이저 용접에 의한 겹치기-용입 이음 및 겹치기-필릿 이음은 제한된다. 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 겹치기-용입 이음에 있어서, 용접부의 폭(W)이 접합될 구성요소들 중 가장 얇은 쪽의 두께(t) 이상이 되어야 한다는 사실은 잘 알려져 있다. 용접 프로세스는 부분적인 고압으로 저용점 성분(예를 들면 Mg)의 휘발 및/또는 키홀에서의 불안정에 의해 야기되는 용접부의 보이드 생성을 최소화하도록 제어되어야 한다. 게다가, 레이저 용접은 상대적으로 비용이 많이 든다. 일반적으로, 레이저 빔은 106 W/㎠ 이상에서 작동되고, 이러한 파워 수준에서 적어도 분당 80 인치의 속도로 용접하는 효율성을 요구한다. 0.1 인치 두께의 구성요소를 용접할 때, 분당 120 인치를 초과하는 속도에서 필요한 0.1 인치 용접 폭(W)을 만드는 것이 가능하다. 보이드의 생성은 초점이 맞춰지지 않은 빔 또는 두 초점 광학 시스템을 사용하므로써 적절하게 제어될 수 있다. 그러나, 재료가 두꺼워질수록 용인할 수 있는 용접 품질과 진행 속도을 유지하면서 필요한 용접 폭을 성취하는 것은 점차적으로 더욱 어렵다.In practice, overlap-splice joints and overlap-fillet joints by laser welding are limited. For example, it is well known that in overlap-welding joints as shown in FIGS. 1 and 2, the width W of the weld should be greater than or equal to the thickness t of the thinnest side of the components to be joined. have. The welding process should be controlled to minimize the void generation of the weld caused by volatilization of the low melting point component (eg Mg) and / or instability in the keyhole at partial high pressure. In addition, laser welding is relatively expensive. Generally, the laser beam is operated at 10 6 W / cm 2 or more and requires an efficiency of welding at a speed of at least 80 inches per minute at this power level. When welding a 0.1 inch thick component, it is possible to make the required 0.1 inch weld width W at speeds in excess of 120 inches per minute. The generation of voids can be properly controlled by using an out of focus beam or a bifocal optical system. However, the thicker the material, the more difficult it is to achieve the required weld width while maintaining acceptable weld quality and travel speed.

겹치기-필릿 이음을 레이저 용접할 때, 용접 시스템은 비용이 많이 드는 레이저 용접 시스템을 사용하기 위하여 적당한 속도에서 가스 금속 아크 용접(GMAW)으로 만들어진 용착금속과 대등한 성능을 달성하기 위하여 구성요소 사이의 갭과 접합 에지에 대한 레이저 빔의 측방향 위치의 변화를 수용하여야 한다.When laser welding overlap-fillet joints, the welding system is used to achieve performance comparable to that of weld metal produced by gas metal arc welding (GMAW) at a suitable speed for use in costly laser welding systems. The change in the lateral position of the laser beam with respect to the gap and the junction edge must be accommodated.

레이저 용접 겹치기-용입 이음 및 겹치기-필릿 이음의 문제를 극복하기 위한 한가지 선택사항은 빔 적산기, 긴 초점 길이를 갖는 초점 광학장치(미러 또는 렌즈) 또는 초점이 맞춰지지 않은 빔을 사용하는 것이다. 그러나, 접합될 구성요소와 레이저 사이의 신뢰할 수 있고 일관된 광학적인 결합을 보장하고 접합부에서의 국부적인 용융을 달성하기 위하여, 레이저 시스템의 파워 출력은 출력 밀도의 감소를 보상하도록 증가되어야 한다. 파워 출력이 충분하면, 키홀 모드보다 오히려 더욱 차분한 전도 모드에서 넓은 용접부가 만들어질 수 있다. 접합 구역을 따라 캐비티(또는 키홀)의 병진운동을 수반하는 키홀 모드와 달리, 전도 모드는 접합 구역을 따라 금속의 용융풀을 병진운동 시킴으로써 달성된다. 키홀내의 금속의 격렬한 휘발을 최소화함으로써, 더욱 차분한 전도 모드는 키홀 모드 본래의 불안정을 제거할 수 있다. 결과적으로, 전도 모드는 레이저 용접부에 보이드의 형성을 최소화한다. 그러나, 이러한 방안을 실현하기 위해서는 매우 강력한 레이저 및 비용이 많이 드는 레이저 발생 시스템을 사용하는 것이 필요하고, 많은 공업적인 응용을 위해 비현실적이다.One option to overcome the problems of laser welding overlap-injection joints and overlap-fillet joints is to use a beam integrator, a focal optic (mirror or lens) with a long focal length, or an unfocused beam. However, in order to ensure reliable and consistent optical coupling between the component to be bonded and the laser and to achieve local melting at the joint, the power output of the laser system must be increased to compensate for the reduction in power density. If the power output is sufficient, a wider weld can be made in a quieter conduction mode rather than a keyhole mode. Unlike the keyhole mode, which involves the translation of the cavity (or keyhole) along the junction zone, the conduction mode is achieved by translating the molten pool of metal along the junction zone. By minimizing the intense volatilization of the metal in the keyhole, a more calm conduction mode can eliminate the instability of the keyhole mode. As a result, the conduction mode minimizes the formation of voids in the laser weld. However, the realization of this approach requires the use of very powerful lasers and costly laser generation systems, which is impractical for many industrial applications.

1000 ㎐ 이상의 진동수에서 레이저 빔을 진동시킴으로써 레이저 용접의 유효성을 증가시키는 다른 방안이 미국특허 제4,369,348에 개시되어 있다. 이와 같이 레이저의 매우 빠른 운동은 금속의 열적 응답 시간보다 큰 진동수에서 레이저의 강도를 평균적으로 분배한다. 이 방식에서, 접합되는 금속 구성요소 사이 특정 위치의 경계면에서 받게되는 평균적인 열의 강도는 진동없이 받게되는 열의 강도보다 크다. 그러나, 1000 ㎐ 이상의 진동 진동수에서 레이저 빔의 작동은 어렵고 비용이 많이 든다. 게다가, 이러한 방안을 실현하는 유일한 방법은 연속적인 용융풀이 유지되는 전도 모드에서 용접하는 것이다.Another approach to increasing the effectiveness of laser welding by vibrating a laser beam at frequencies above 1000 Hz is disclosed in US Pat. No. 4,369,348. This very fast movement of the laser distributes the laser's intensity on average at frequencies greater than the thermal response time of the metal. In this way, the average heat intensity received at the interface of a particular location between the joined metal components is greater than that received without vibration. However, operation of the laser beam at vibration frequencies of 1000 Hz or more is difficult and expensive. In addition, the only way to realize this approach is to weld in a conduction mode where a continuous melt pool is maintained.

따라서, 저비용의 효과적인 레이저 용접 방법에 대한 요구가 여전히 존재한다.Therefore, there is still a need for a low cost effective laser welding method.

도 1 은 종래기술에 따라 키홀을 형성하도록 레이저 용접되는 한쌍의 금속 구성요소의 개략적인 단면도;1 is a schematic cross-sectional view of a pair of metal components laser welded to form a keyhole according to the prior art;

도 2 는 종래기술에 따라 작동되는 도 1에 도시된 적층된 금속 구성요소의 평면도;2 is a plan view of the laminated metal component shown in FIG. 1 operated according to the prior art;

도 3 은 본 발명의 방법에 따라 레이저 용접되는 한쌍의 금속 구성요소의 사시도;3 is a perspective view of a pair of metal components laser welded according to the method of the present invention;

도 4 는 도 3에 도시된 적층된 금속 구성요소의 평면도; 및4 is a plan view of the stacked metal components shown in FIG. 3; And

도 5 는 도 4에 도시된 금속 구성요소의 개략적인 단면도.5 is a schematic cross-sectional view of the metal component shown in FIG. 4.

상기와 같은 요구는 한 쌍의 금속 구성요소 사이의 접합 구역에 레이점 빔의 초점을 맞추어서 연속적인 금속 용융 풀을 형성하는 단계와 이 금속 용융 풀에 키홀을 만드는 단계를 포함하는 본 발명의 방법에 의해 충족된다. 상기 금속 용융 풀은 각 금속 구성요소의 혼합물이다. 상기 접합 구역을 따라서 초점이 맞추어진 레이저 빔을 제 1 방향으로 이동시키면서 레이저 빔을 용융 금속 풀에 대하여 제 1 방향과 상이한 방향으로 진동시킴으로써, 키홀이 연속적으로 이동되고 인접한 용융 금속에 의해 즉시 다시 채워진다. 키홀이 용융 금속 풀을 통과하면서 경계면에서 용접될 금속 구성요소를 용융시킴에 따라 용접이 이루어진다. 초점이 맞추어진 레이저 빔의 부근에서는, 진동하는 레이저 빔에 의해 이동되는 키홀을 만들도록 용융 금속 풀이 기화된다. 레이저 빔이 제 1 방향과 상이한 방향(예를 들면, 제 1 방향에 대해 가로지르는 방향)으로 진동함에 따라, 키홀이 용융 금속 풀을 통과하여 진동하고 키홀이 진동함에 따라 용융 금속이 키홀 속으로 채워진다. 이러한 방식으로, 연속적으로 키홀이 만들어진 다음 용접이 이루어지도록 응고되는 용융 금속으로 다시 채워진다. Such a need relates to a method of the present invention comprising focusing a ray point beam at a junction area between a pair of metal components to form a continuous metal melt pool and creating a keyhole in the metal melt pool. Are satisfied by The metal melt pool is a mixture of each metal component. By vibrating the laser beam in a direction different from the first direction with respect to the molten metal pool while moving the focused laser beam along the joining zone in the first direction, the keyhole is continuously moved and immediately refilled by the adjacent molten metal. . Welding occurs as the keyhole passes through the molten metal pool to melt the metal component to be welded at the interface. In the vicinity of the focused laser beam, the molten metal pool is vaporized to create a keyhole that is moved by the vibrating laser beam. As the laser beam vibrates in a direction different from the first direction (eg, the direction transverse to the first direction), the keyhole vibrates through the molten metal pool and the molten metal is filled into the keyhole as the keyhole vibrates. . In this way, keyholes are continuously made and then refilled with molten metal which solidifies to make a weld.

상기 용접은 겹치기-용입 용접, 맞대기 용접, 또는 겹치기-필릿 용접이 될 수 있다. 이음 방식, 두께 조합, 그리고 용접 위치에 따라서, 레이저 빔이 약 5 내지 약 120Hz의 진동수로 진동하고 분당 약 5 내지 400 인치의 속도로 제 1 방향으로 전진한다. 본 명세서에 진동수 또는 치수의 범위를 말할 때, 이 범위는 모든 중간값을 포함하는 바, 예를 들어 제 1 방향의 속도는 분당 약 5 에서 약 400 인치에 이르기까지의 모든 값을 포함한다. 상기 진동은 직선, 원형, 타원형, 또는 이들의 조합, 또는 키홀을 이동하게 하는 임의의 다른 형상으로 될 수 있다. 금속 구성요소들 중에서 보다 얇은 쪽의 두께는 0.1 인치 이상이 될 수 있다. 본 발명은 레이저를 이용하여 약 0.50 인치 폭에 이르기까지 주문 용접 치수(예를 들면, 0.25 인치의 두께를 가진 구성요소들 사이의 0.25 인치의 경계면 용접 폭)를 가진 다양한 타입의 이음 방식을 가능하게 한다.The welding can be overlap-infusion welding, butt welding, or overlap-fillet welding. Depending on the joint, thickness combination, and welding position, the laser beam vibrates at a frequency of about 5 to about 120 Hz and advances in the first direction at a speed of about 5 to 400 inches per minute. When referring to the range of frequencies or dimensions herein, this range includes all intermediate values, for example the speed in the first direction includes all values ranging from about 5 to about 400 inches per minute. The vibration can be straight, circular, elliptical, or a combination thereof, or any other shape that causes the keyhole to move. The thinner side of the metal components may be at least 0.1 inch thick. The present invention enables various types of jointing methods with lasers having custom weld dimensions (e.g., 0.25 inch interface weld width between components having a thickness of 0.25 inch) using lasers. do.

본 발명의 방법에서, 강 또는 알루미늄 합금 등의 금속 구성요소가 레이저 용접된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔과 같은 방사선(20)이 한쌍의 금속 구성요소(24,26) 사이의 경계면(22)에 초점이 맞춰진다. 도 3의 금속 구성요소(24,26)는 겹치기-용입 용접부를 형성하도록 서로 적층된다. 이것으로 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 방법에 따라 맞대기 용접부 및 겹치기-필릿 용접부 등의 다른 용접 이음이 생산될 수 있다. 레이저 빔(20)은 직선 경로 또는 다른 형태의 경로가 될 수 있는 화살표(A)의 방향으로 진행한다. 화살표(A)의 경로는 구성요소(24,26) 사이의 이음 위치를 결정한다. In the method of the invention, metal components such as steel or aluminum alloy are laser welded. As shown in FIG. 3, radiation 20, such as a laser beam, is focused on the interface 22 between a pair of metal components 24, 26. The metal components 24, 26 of FIG. 3 are stacked together to form overlap-intrusion welds. Without being limited to this, other welded joints, such as butt welds and overlap-fillet welds, may be produced in accordance with the method of the present invention. The laser beam 20 travels in the direction of arrow A, which can be a straight path or other type of path. The path of arrow A determines the joint position between components 24 and 26.

레이저 빔(20)이 화살표(A)의 방향으로 진행하는 동안, 레이저 빔은 또한 이중 화살표(B)의 방향으로 진동된다. 이중 화살표(B)는 화살표(A)의 방향을 가로질려 화살표(A)에 대하여 각을 이루고 있다. 도 3에서, 레이저 빔(20)은 화살표(A)에 수직인 직선 경로에서 진동하는 것으로 도시되어 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 레이저 빔(20)은 원형, 타원형, 사인파형 등의 다른 경로로 진행할 수 있다. 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 초점이 맞춰진 레이저 빔(20)의 근처에서 구성요소(24,26)의 금속은 용융 금속(30)에 의해 둘러싸인 키홀(28)을 만들도록 기화한다. 레이저 빔(20)의 진동은 키홀(30)에 용융 금속(30)을 채우고 인접한 곳에 새로운 키홀(28)을 다시 형성하도록 한다. 키홀(28)이 화살표(A)의 경로를 가로질로 연속적으로 한 위치로부터 다른 위치로 이동하고 용융 금속(30)의 풀에서 이전의 위치를 비울 때, 비워진 키홀(28)은 채워지고 새로운 키홀(28)이 다시 형성된다. 이 프로세스는 비워진 키홀(28)을 계속적으로 용융 금속(30)이 회복시키도록 작용하면서 용융 금속(30)을 통하여 가로지르는 키홀의 이동 형태를 나타낸다. 이 방식에서, 종래기술의 용접부보다 상당히 넓은 폭(W1)을 가진 용접부가 만들어진다. 예를 들면, 겹치기-용입 이음의 용접시 본 발명은 용접되는 부분중 얇은 부분의 두께와 동일하거나 또는 더 넓은 경계면을 갖는 용접부를 갖도록 접합할 수 있다. 이 방법을 사용하여 생산된 용접부는 종래의 방법을 사용하여 생산된 레이저 빔 용접부 폭의 2 내지 5배의 폭을 갖는다. 보다 넓은 용접부는 두꺼운 구성요소 즉, 0.1 인치 이상 약 0.25까지의 두꺼운 구성요소의 겹치기-용입 용접부를 생산하는데 특히 유용하다.While the laser beam 20 proceeds in the direction of the arrow A, the laser beam is also vibrated in the direction of the double arrow B. The double arrow B crosses the direction of the arrow A to form an angle with respect to the arrow A. FIG. In FIG. 3, the laser beam 20 is shown oscillating in a straight path perpendicular to the arrow A, but is not limited to this. The laser beam 20 may travel in other paths, such as circular, elliptical, sinusoidal, or the like. As shown in FIGS. 4 and 5, the metal of the components 24, 26 in the vicinity of the focused laser beam 20 vaporizes to create a keyhole 28 surrounded by molten metal 30. Vibration of the laser beam 20 causes the keyhole 30 to fill the molten metal 30 and to form a new keyhole 28 adjacent thereto. When the keyhole 28 moves from one position to another in succession across the path of arrow A and empties the previous position in the pool of molten metal 30, the empty keyhole 28 is filled and a new keyhole ( 28) is formed again. This process represents the type of movement of the keyhole across the molten metal 30 while acting to continually recover the emptied keyhole 28. In this way, welds with a significantly wider width W 1 are made than prior art welds. For example, in welding overlap-welded joints, the present invention can be joined to have welds having interfaces that are equal to or greater than the thickness of the thinner portion of the welded portion. The welds produced using this method have a width of 2 to 5 times the width of the laser beam welds produced using conventional methods. Wider welds are particularly useful for producing thick components, ie, overlap-welding welds of thick components from 0.1 inch up to about 0.25.

레이저 빔(20) 진동의 적합한 진동수는 약 5 내지 약 120 ㎐이며 약 10 ㎐가 될 수 있다. 레이저 빔은 분당 약 5 내지 약 400 인치, 또는 분당 약 40 내지 약 200 인치, 또는 분당 약 80 인치의 속도로 경계면을 따라 전진할 수 있다. Suitable frequencies of vibration of the laser beam 20 are about 5 to about 120 Hz and may be about 10 Hz. The laser beam may advance along the interface at a speed of about 5 to about 400 inches per minute, or about 40 to about 200 inches per minute, or about 80 inches per minute.

어떤 경우에, 용가 와이어와 같은 용가재의 소스를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 용가재는 용접하는 동안에 추가될 수 있고 약 0.030 과 0.062 사이의 직경을 가진 와이어 또는 분말의 형태일 수 있다. 용가재는 확립된 공학적인 원리를 사용하는 용접의 원하는 특성에 기초하여 선택된 합금이 될 수 있다. 용가재는 일반적으로 수평방향 즉 상부 구성요소의 평면으로부터 30 내지 60도 사이의 각도로 용융풀의 전방 또는 후방에 추가될 수 있다. 또한, 용융풀을 보호하고 일반적으로 플라즈마 억제라고 말하는 빔과 재료의 상호작용 구역으로부터 기화된 금속을 멀어지도록 방향을 바꾸기 위하여 처리 가스가 사용될 수 있다. 일반적으로 가스는 수평으로부터 30 내지 60도 사이의 각도로 풀의 후방을 향하는 노즐을 통하여 용접 풀의 전방에 제공된다.In some cases, it may be advantageous to include a source of filler material, such as filler wire. The filler metal may be added during welding and may be in the form of a wire or powder having a diameter between about 0.030 and 0.062. The filler metal can be an alloy selected based on the desired properties of the weld using established engineering principles. The filler metal can generally be added to the front or rear of the melt pool in a horizontal direction, ie at an angle between 30 and 60 degrees from the plane of the upper component. In addition, process gases may be used to protect the molten pool and redirect the vaporized metal away from the beam and material interaction zone, generally referred to as plasma suppression. In general, gas is provided in front of the welding pool through a nozzle facing the rear of the pool at an angle between 30 and 60 degrees from horizontal.

Yes

겹치기-용입 레이저 용접부는 0.196 인치 두께의 한쌍의 알루미늄피복 합금 6013-T6 플레이트를 35°의 공급 각도와 분당 90 인치의 와이어 공급 속도로 0.045 인치 직경의 4047 합금 용가 와이어와 함께 적층 플레이트의 최상부 표면 아래의 0.25 인치에 초점이 맞춰진 분당 80 인치로 진행하는 10㎾ 파워 CO2 레이저(이동하는 전방으로부터 플라즈마 억제 가스로서 헬륨이 시간당 110 입방피트의 유동속도로 제공된다)를 사용하여 생산되었다. 레이저는 분당 400 인치의 속도 및 0.25 인치의 전체 진동 폭(즉, 중심에서 중심까지 0.125 인치)에서 용접 방향에 대하여 가로지르는 방향으로 직선으로 진동되었다. 결과적인 경계면의 용접부 폭은 0.22 인치 보다 약간 컸다.Overlap-welded laser welds are used on a 0.196 inch thick pair of aluminum-coated alloy 6013-T6 plates under the top surface of the laminated plate with a 4047 alloy filler wire of 0.045 inch diameter at a feed angle of 35 ° and a wire feed rate of 90 inches per minute. It was produced using a 10 kW power CO 2 laser running at 80 inches per minute focused at 0.25 inch of a helium as a plasma inhibiting gas from the moving front, provided a flow rate of 110 cubic feet per hour. The laser was vibrated in a straight line in the direction transverse to the welding direction at a speed of 400 inches per minute and an overall vibration width of 0.25 inches (ie, 0.125 inches from center to center). The weld width of the resulting interface was slightly larger than 0.22 inches.

바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 청구범위의 범위내에서 다른 방법으로 실시될 수 있다. While the preferred embodiment has been described, the invention may be practiced in other ways within the scope of the claims.

Claims (12)

금속 구성요소를 서로 용접하는 방법으로서, A method of welding metal components to each other, 레이저 빔의 부근에서 각각의 금속 구성요소로부터 금속을 용융하고 기화시켜 용융 금속 풀에 키홀을 만들도록 한 쌍의 금속 구성요소 사이의 경계면을 따라서 제 1 방향으로 레이저 빔을 이동시키는 단계; 그리고Moving the laser beam in a first direction along an interface between a pair of metal components to melt and vaporize metal from each metal component in the vicinity of the laser beam to create a keyhole in the molten metal pool; And 키홀이 용융 금속 풀의 전구역에 걸쳐서 진동하여 키홀의 위치가 변화함에 따라 용융 금속이 키홀내에 채워지도록 상기 레이저 빔을 제 1 방향과 상이한 방향으로 진동시키는 단계;Vibrating the laser beam in a direction different from the first direction so that the keyhole vibrates over the entire region of the molten metal pool so that the molten metal is filled in the keyhole as the position of the keyhole changes; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.Welding method comprising a. 제 1 항에 있어서, 레이저 빔이 제 1 방향에 대해 가로지르는 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.The welding method according to claim 1, wherein the laser beam vibrates in a direction transverse to the first direction. 제 1 항에 있어서, 용접 방식이 겹치기-용입 용접인 것을 특징으로 하는 용접 방법.The welding method according to claim 1, wherein the welding method is overlap-welding welding. 제 1 항에 있어서, 용접 방식이 맞대기 용접인 것을 특징으로 하는 용접 방법.The welding method according to claim 1, wherein the welding method is butt welding. 제 1 항에 있어서, 용접 방식이 겹치기-필릿 용접인 것을 특징으로 하는 용접 방법.The welding method according to claim 1, wherein the welding method is overlap-fillet welding. 제 1 항에 있어서, 각각의 금속 구성요소가 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.The method of claim 1, wherein each metal component comprises an aluminum alloy. 제 1 항에 있어서, 레이저 빔이 약 5 내지 약 120Hz의 진동수로 진동하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.The method of claim 1, wherein the laser beam vibrates at a frequency of about 5 to about 120 Hz. 제 7 항에 있어서, 레이저 빔이 분당 약 5 내지 약 400 인치의 속도로 경계면을 따라서 전진하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.8. The method of claim 7, wherein the laser beam advances along the interface at a speed of about 5 to about 400 inches per minute. 제 7 항에 있어서, 용접이 약 0.1 내지 약 0.25 인치의 폭에 걸쳐서 행해지는 것을 특징으로 하는 용접 방법.8. The method of claim 7, wherein the welding is performed over a width of about 0.1 to about 0.25 inches. 제 1 항에 있어서, 레이저 빔이 직선 경로로 진동하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.The welding method according to claim 1, wherein the laser beam vibrates in a straight path. 제 1 항에 있어서, 레이저 빔이 원형 경로, 타원형 경로, 또는 원형 경로와 타원형 경로의 양쪽 경로로 진동하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.The welding method according to claim 1, wherein the laser beam vibrates in a circular path, an elliptical path, or both paths of the circular path and the elliptical path. 제 3 항에 있어서, 금속 구성요소들 중에서 보다 얇은 쪽의 두께가 약 0.1 인치 이상인 것을 특징으로 하는 용접 방법.4. The method of claim 3, wherein the thickness of the thinner of the metal components is at least about 0.1 inches.
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