KR20060010966A

KR20060010966A - 전자빔 용접장치

Info

Publication number: KR20060010966A
Application number: KR1020040059585A
Authority: KR
Inventors: 정종주
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-03

Abstract

본 발명은 전자빔 용접장치에 관한 것으로서, 정격 전압부와, 필라멘트 전압부와, 가속 전압부와, 바이어스 전압부와, 음극부와, 양극부와, 전자빔이 통과되는 다수개의 렌즈를 구비하여, 정격 전압과 필라멘트 전압과의 차이로 발생된 열에 의해 음극을 가열하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 장치에 관한 것으로서, 전자빔이 통과되는 관통부가 형성되는 금속패널과, 금속패널의 원주방향을 따라 감기며, 전류가 흐르도록 장착되어 상기 금속패널에 자기장이 형성되도록 하는 코일과, 코일에 연결되어 상기 코일에 흐르는 전류의 양을 조절하도록 장착되는 다수개의 정류기와, 다수개의 정류기의 선택적인 작동 온/오프 제어를 통해, 상기 관통부를 통과하는 상기 전자빔의 주사각도를 제어하는 제어부를 구비한다.

전자빔, 용접, 정류기, 코일

Description

전자빔 용접장치{WELDING APPARATUS USING LASER BEAM}

도 1은 종래 기술에 따른 전자빔 용접장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 용접장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 도 2의 요부도면.

본 발명은 전자빔 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피가공재의 원형 용접에 따른 온도차 발생을 최소화하여 용접변형을 최소화 할 수 있도록 하는 전자빔 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자빔을 이용한 용접은 고속의 전자에서 나오는 집중 전자빔이 피가공재의 표면에 충돌하면서 얻어지는 열에 의해 피가공재의 결합을 달성한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자빔 용접장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전자빔 용접장치(1)는, 정격전압부(3) 전압과 필라멘트부(5) 전압의 전압차에 의해 대략 2500℃의 열이 발생된다.

이어서, 이러한 2500℃의 열에 의하여 전자(7)가 방출된다.

다음, 양극(ANODE)(9)과, 필라멘트부(5) 전압의 전압차에 의해 전자빔(BEAM)(2)이 발생된다.

다음, 고온의 빔의 속도를 이용하여 피가공재의 용접을 실시한다. 여기서, 바이어스부(BIAS)(4) 전압을 이용하여 전자빔(2)의 전하량을 조정한다. 즉, 바이어스부(4) 전압은 음극에서 발생한 전자빔 전하량을 조정하고, 비용접시 전하량을 차단하도록 하는 가변전압을 말하는 것으로서, 전자빔(2)의 전하량 조정 및 용접 중단시 전하량을 차단하도록 하여, 전자빔 용접을 컨트롤할 수 있도록 한다. 참조번호 8은 가속전압부 전압을 말하는 것으로서, 용접시 가해지는 전압을 말한다.

그러나 전술한 종래 전자빔 용접장치는 전자빔의 위치 고정상태에서 가공물을 회전하여 용접을 실시한다. 이에 따라, 가공물의 원형으로 용접 진행시 용접부분과 떨어져 있는 부분에서는 온도차이에 의해 용접 변형이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 피가공재의 원형 용접에 따른 온도차 발생을 최소화하여 용접변형을 최소화 할 수 있도록 하는 전자빔 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자빔 용접장치는, 정격 전압부와, 필라멘트 전압부와, 가속 전압부와, 바이어스 전압부와, 음극부와, 양극부와, 전자 빔이 통과되는 다수개의 렌즈를 구비하여, 정격 전압과 필라멘트 전압과의 차이로 발생된 열에 의해 음극을 가열하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 장치에 있어서, 상기 전자빔이 통과되는 관통부가 형성되는 금속패널; 상기 금속패널의 원주방향을 따라 감기며, 전류가 흐르도록 장착되어 상기 금속패널에 자기장이 형성되도록 하는 코일; 상기 코일에 연결되어 상기 코일에 흐르는 전류의 양을 조절하도록 장착되는 다수개의 정류기; 및 상기 다수개의 정류기의 선택적인 작동 온/오프 제어를 통해, 상기 관통부를 통과하는 상기 전자빔의 주사각도를 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 정류기는, 상기 코일에 방사상의 등간격으로 3개로 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 용접장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔 용접장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 요부도면이고, 도 4는 금속패널에의 정류기 장착을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자빔 용접장치()는, 정격 전압부(11)와, 필라멘트 전압부(13)와, 가속 전압부(15)와, 바이어스 전압부 (17)와, 음극부(19)와, 양극부(12)와, 전자빔(14)이 통과되는 다수개의 렌즈(16,16')를 구비하여, 정격 전압과 필라멘트 전압과의 차이로 발생된 열에 의해 음극을 가열하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 장치에 관한 것으로서, 전자빔(14)이 통과되는 관통부가 형성되는 금속패널(10)과, 금속패널(10)의 원주방향을 따라 감기며 전류가 흐르도록 장착되어 금속패널(10)에 자기장이 형성되도록 하는 코일(20)과, 코일(20)에 연결되어 코일(20)에 흐르는 전류의 양을 조절하도록 장착되는 다수개의 정류기(30)와, 다수개의 정류기(30)의 선택적인 작동 온/오프 제어를 통해 관통부(21)를 통과하는 전자빔의 주사각도를 제어하는 제어부(40)를 구비한다.

상기 정격 전압부(11)는 290V의 전압 발생부를 말하는 것으로서 용접준비 전압으로 가속전압이 음극을 가열하기 전 온도를 약 섭씨 500℃로 가열한다. 가속 전압부(15)는 용접시 가해지는 대략 40KV의 전압을 말한다. 상기 필라멘트 전압부(13)는 정격 전압부 전압과 가속 전압부 전압의 차이에 의해 2500℃의 열을 발생시킨다. 또한 바이어스 전압부(17)는 음극부(19)에서 발생한 전자빔 전하량을 조정하고, 비용접시 전하량을 차단하는 가변 전압을 말한다. 이러한 고온의 열에 의하여 음극을 가열하는 전자(19')가 발생되어 전자빔(14)이 발생되며, 바이어스 전압부(17)의 전압과 가속 전압부(15)의 전압에 의해 빔속도가 제어된다. 이러한 전자빔(14)은 다수개의 렌즈(16, 16'))를 통과하여 피가공재(22)를 용접한다. 이러한 구성은 공지된 것으로서 그 작동의 보다 구체적인 설명은 생략한다.

상기 금속패널(10)은 상기 다수개 렌즈(16, 16')의 하단에 장착되는 것으로서, 중앙에는 전자빔(14)이 통과되는 관통부(21)가 형성된다. 상기 금속패널(10)은 다수개의 렌즈(16, 16')를 거친 전자빔(14)이 피가공재(22) 도달전에 통과되도록 장착된다. 상기 금속패널(10)의 원주 방향으로는 코일(20)이 장착된다.

상기 코일(20)은 전류가 통하도록 하여 금속패널(10)에 자기장이 형성되도록 한다. 상기 코일(20)은 금속패널(10)의 원주 방향으로 방사상으로 다수개 바람직하게는 120°등간격으로 3개의 정류기(30)가 장착된다.

상기 정류기(30)는 금속패널(10)의 원주 방향으로 다수개, 바람직하게는 120°등간격으로 3개로 장착된다. 이러한 정류기(30)의 장착 개수는 적어도 3개이상 여러개로 구비가 가능하다. 상기 정류기(30)는 제어부(40)의 선택적인 작동에 따라 온/오프된다.

상기 제어부(40)는 정류기(30)를 전자적으로 선택적인 온/오프가 되도록 구성된다. 즉, 상기 제어부(40)는 NC 프로그램에 따라 정류기(30)의 선택적인 온/오프를 하도록 하여, 금속패널(10)의 관통부(21)를 통과하는 전자빔(14)에 가해지는 전기장의 세기를 변화되도록 한다. 이러한 전자빔(14)에 가해지는 전기장의 세기의 변동을 통해 피가공재(22)에 주사되는 전자빔의 주사각도의 변경이 이루어진다.

상기 전자빔의 주사각도 변경을 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 금속패널(10)의 원주방향으로 방사상으로 장착된 3개의 정류기(30)중 어느 하나의 정류기(30)를 작동 정지되도록 한다. 그러면, 작동되고 있는 두 개의 정류기(30) 방향으로 자기장이 형성되어 전자빔(14)이 두 개의 정류기(30)의 사이 방향으로 편심 이동되어 피가공재(22)의 용접을 실시한다. 이러한 작동이 완료되면, 3개의 정류기(30)중 다른 하나의 정류기(30)의 작동을 오프시키고, 나머지 두 개의 정류기(30)의 작동이 이루어지도록 한다. 이에 따라 전자빔(14)의 주사방향은 120°각도 변경되어 피가공재(22)로 주사되도록 하여 용접이 실시된다. 이러한 3개의 정류기(30)의 선택적인 온/오프 작동에 따라 피가공재(22)의 3방향의 용접이 이루어지도록 한다. 이러한 3개의 정류기(30)의 선택적인 온/오프는 짧은 시간에 이루어지도록 하여, 피가공재(22)의 3부분의 용접이 동시에 이루어지는 효과를 얻는다. 이러한 전자빔(14)의 주사 방향 변경을 통하여 피가공재(22)를 원주 방향의 등간격으로 동시 용접을 할 수 있음으로써, 일방향의 용접에 의한 타방향의 피가공재(22) 비틀림이 발생되지 않도록 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 전자빔 용접장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

주사되는 전자빔이 다수개의 정류기의 선택적인 작동에 따라 주사 방향이 변동되어 피가공재의 원형 용접이 등간격 동시 용접의 효과를 얻을 수 있도록 하여, 피가공재의 용접 변형 발생을 최소화 한다.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

정격 전압부와, 필라멘트 전압부와, 가속 전압부와, 바이어스 전압부와, 음극부와, 양극부와, 전자빔이 통과되는 다수개의 렌즈를 구비하여, 정격 전압과 필라멘트 전압과의 차이로 발생된 열에 의해 음극을 가열하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 장치에 있어서,

상기 전자빔이 통과되는 관통부가 형성되는 금속패널;

상기 금속패널의 원주방향을 따라 감기며, 전류가 흐르도록 장착되어 상기 금속패널에 자기장이 형성되도록 하는 코일;

상기 코일에 연결되어 상기 코일에 흐르는 전류의 양을 조절하도록 장착되는 다수개의 정류기; 및

상기 다수개의 정류기의 선택적인 작동 온/오프 제어를 통해, 상기 관통부를 통과하는 상기 전자빔의 주사각도를 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접장치.
제1항에 있어서,

상기 정류기는,

상기 코일에 방사상의 등간격으로 3개로 구비되는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접장치.