KR20070068011A - 아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접방법 및이의 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접방법 및 이의 용접장치에 관한 것으로, 복수의 아연강판을 용접 위치로 정렬한 후 상기 아연강판의 용접부위에 대해 레이저-아크 하이브리드 용접장치를 이용하여 아크방전을 선행하고, 이에 연속하여 레이저 용접을 후행하는 것으로, 아크방전에 의해 아연을 증발시킨 후 레이저 용접을 수행함으로써 스패터의 발생 및 기공과 블로우 홀의 발생을 방지할 수 있게 된다.

레이저, 아크, 하이브리드, 용접

Description

아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접방법 및 이의 용접장치 { LASER-ARC HYBRID WELDING METHOD AND SYSTEM FOR ZINC GALVANIZING SHEET STEEL }

도 1a 및 도 1b는, 종래 아연도금강판에 대한 레이저 단독 용접상태를 나타낸 사진이다.

도 2는, 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치를 나타낸 도면이다.

도 3은, 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접방법을 공정별로 나타낸 흐름도이다.

도 4a 및 도 4b는, 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접방법에 의한 용접상태를 나타낸 사진이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 ; 레이저발생부 3 : 이송롤러

4 : 아크방전부 24 : 레이저조사기

44 : TIG 토치 100 : 모재

본 발명은 아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아연 도금 강판의 용접시 스패터의 발생과 블로우 홀의 형성을 방지할 수 있는 아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접방법 및 이의 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 차체에 많이 쓰이는 아연도금 강판은 철판위에 아연을 도금한 것으로, 이러한 아연도금강판을 2장 이상 용접하는 경우 아연의 비등점(910℃)이 철의 융점(1540℃) 보다 낮기 때문에 레이저 용접을 실행하면 아연도금강판의 용접부위의 철판이 용융되기 전에 도금된 아연이 먼저 기화된다.

이에 따라 철판이 용융되는 순간 아연증기가 폭발하면서 스패터를 발생시키고, 내부 기공과 표면에 블로우 홀(blow hole)이 형성되어 용접상태가 불량하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 첨부된 도 1a의 평면 사진에 나타낸 바와 같이, 레이저 단독으로 용접을 할때는 표면에 블로우 홀(blow hole)이 형성되어 비드가 매우 불량한 상태가 되고, 또한 도 1b의 단면 사진에 나타낸 바와 같이, 내부에 기공이 형성되는 문제점이 발생되었다.

따라서, 현재는 두 판을 150 마이크로미터(㎛) 정도 이격시켜 소정의 틈새가 형성되게 한 후 용접을 수행함으로써 상기 틈새로 아연증기가 빠져나가면서 용접되도록 하는 방법이 가장 산업적으로 많이 쓰이고 있으나 전술한 틈새의 적정한 간격을 조성하고 유지하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 아연도금강판의 용접시 도금된 아연의 증발을 선행함으로써, 스패터의 발생을 억제할 수 있어 용접부에 내부 기공 및 블로우 홀의 형성을 방지할 수 있어 고품질의 용접을 수행할 수 있도록 한 아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접방법 및 이의 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 레이저-아크 하이브리드 용접방법은, 복수의 아연강판을 용접 위치로 정렬하는 단계와; 상기 아연강판의 용접부위에 대해 아크방전을 수행하면서 용접선을 따라 진행하고, 이에 후속하여 레이저 용접을 수행하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기한 용접방법을 달성하기 위해 본 발명의 레이저-아크 하이브리드 용접장치는, 레이저를 조사하는 레이저발생부와; 상기 레이저발생부의 일측에 설치된 이송롤러와; 상기 레이저발생부보다 용접진행방향으로 앞쪽에 조사점이 형성되도록 설치되는 아크방전부;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치를 나타낸 도면이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치는,

레이저를 조사하는 레이저발생부(2)와; 상기 레이저발생부(2)의 일측에 설치된 이송롤러(3)와; 상기 레이저발생부(2)의 타측에 설치되어 아크를 방전하는 아크방전부(4);를 포함하여 구성된다.

상기 레이저발생부(2)는 레이저를 조사하여 용접하는 장치로써, 소정의 브라켓(22)에 레이저조사기(24)가 수직되게 설치되어 구성된다.

레이저 용접은 상대적으로 고속의 용접이 가능하고, 키홀모드의 용접법이므로 두꺼운 철판의 용접도 한 패스(1 pass)에 가능하게 된다. 또한 국부적인 입열에 의해 열변형이 적다는 장점이 있다.

상기 레이저발생부(2), 특히, 레이저조사기(24)의 하단에는 이송롤러(3)가 설치됨으로써, 상기 이송롤러(3)의 구동에 의해 본 발명의 용접장치(A)의 이동이 자유로울 뿐만 아니라 상기 이송롤러(3)가 이동하면서 모재(100)를 눌러줌으로써 아연증기가 모재(100)의 갭(gap)을 통해 배출될 수 있도록 하는 역할도 수행하게 된다.

상기 아크방전부(4)는 아크용접을 수행하는 TIG 토치(44)가 소정의 브라켓(42)에 설치되어 구성된 것으로, 상기 TIG 토치(44)는 전술한 레이저조사기(24) 보다 앞쪽 즉, 용접진행방향을 향해 앞쪽으로 설치되되 비스듬하게 기울어져 설치된다.

전술한 TIG는 tungsten inert gas의 약자로써, 텅스텐 불활성 가스, TIG 라고 하고, 현장에서 아르곤 용접 또는 알곤 용접 용접이라 일컫는 것으로, TIG 용접은 용융점이 가장 높은 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 일으키고 용접중 산화,질화를 막기위해 아르곤(Ar)가스나 헬륨(He)가스를 보호가스로 이용하여 용접부를 보호하는 용접이다.

TIG 용접에서 보호 가스의 역활은 전기용접에서 슬래그의 역활과 비슷하다. 텅스텐의 용융점은 3387℃로 금속중 가장 높은 용융점을 가지고 있다.

전술한 TIG 토치(44)로부터 발생된 아크에 의해 모재(100)인 아연도금강판의 용접부를 가열함으로써 표면에 도금된 아연을 증발시키게 되고, 후속되는 레이저 조사에 의해 용접을 수행함으로써 용접부 내의 기공 및 블로우 홀의 발생을 방지할 수 있게 된다.

상기 레이저발생부(2)와 아크방전부(4)는 도시되지 않은 로봇아암과 같은 이동장치에 설치되어 동시에 이동될 수 있도록 하였고, 상기 레이저발생부(2)와 아크방전부(4)의 조사점의 이격 거리는 약 5 mm 이며, 용접진행방향을 향해 아크방전부(4)의 조사점이 레이저발생부(2)의 조사점보다 앞쪽에 설치된다.

따라서, 아크방전에 의한 아연의 증발이 선행되고, 레이저 조사가 후행되도록 한다.

그런데, 상기 아크방전과 레이저 조사의 간격(5 mm)과 시차(약 0.1초)는 매우 미세하므로 실제로는 전술한 2개의 열원이 거의 하나의 용융풀을 형성한다고 볼 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 레이저-아크 하이브리드 용접장치(A)를 이용한 용접방법에 대해 도 3을 토대로 설명하기로 한다.

첨부된 도 3은 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치를 이용한 용접방법을 공정별로 나타낸 흐름도이다.

이를 참조하면, 1단계(S1)에서는 모재가 되는 두 장의 아연강판을 용접될 위치로 정렬하는데, 이때 두 장의 아연강판 사이에 갭(gap)이 존재할 수도 있고, 갭이 전혀 없더라도 상관은 없다.

이후, 2단계(S2)에서는 상기 아연강판의 용접될 부위에 대해 아크방전부(4)에 의해 아크방전을 선행함으로써 용접부에 도금된 아연을 증발시키게 되고, 후속되는 레이저발생부(2)에 의한 레이저 조사가 수행되며, 용접선을 따라 상기 이송롤러(3)를 이용하여 이동하므로 전술한 바와 같이, 이송롤러(3)에 모재인 아연도금강판이 가압됨으로써 아연증기가 모재간의 갭을 통해 배출될 수 있다.

이렇게 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치를 이용한 용접에 의한 용접상태는 첨부된 도 4a 및 도 4b에서 확인할 수 있다.

즉, 첨부된 도 4a는 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치에 의해 형성된 용접표면에 대한 평면 사진으로써, 비드가 균일하게 양호한 상태로 형성됨을 알 수 있다.

또한, 첨부된 도 4b는, 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치에 의한 용접된 부위에 대한 단면 사진으로써, 내부에 기공이나 블로우 홀이 전혀 발견되지 않아 매우 양호한 용접이 이루어졌음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접방법 및 이의 용접장치에 따르면, 아연도금강판의 용접시 용접부에 도금된 아연의 증발이 선행됨으로써 스패터의 발생을 억제할 수 있고, 용접후에도 용접부 내에 기공 및 블로우 홀의 형성이 방지될 수 있는 효과가 발현된다.

Claims (2)

1. 복수의 아연강판을 용접 위치로 정렬하는 단계와;

   상기 아연강판의 용접부위에 대해 아크방전을 선행하고, 이에 연속하여 레이저 용접을 후행하는 단계;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접방법.
2. 소정의 브라켓에 레이저조사기가 수직되게 설치되며, 레이저를 조사하는 레이저발생부와;

   상기 레이저조사기의 하단에 설치된 이송롤러와;

   상기 레이저발생부보다 용접진행방향을 향해 앞쪽에 조사점이 형성되도록 설치되는 아크방전부;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아연도금강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접장치.

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