KR20090053077A - Laser welding method for galvanized steel sheet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 상호 용접할 각각의 아연도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 전도용접구간의 레이저빔으로 선행하여 아연도금층을 제거한 후, 키홀용접구간의 레이저빔으로 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접작업을 이루도록 하여 양호한 용접품질을 보장하는 아연도금강판의 레이저 용접방법을 제공한다. In the present invention, when overlapping laser welding of galvanized steel sheet, the galvanized layer is removed prior to the laser beam of the conduction welding section along the welding pattern on each of the galvanized steel sheets to be welded to each other, and then the zinc is laser beam of the keyhole welding section. It provides a laser welding method of galvanized steel sheet to ensure a good welding quality by making a superimposed laser welding operation of the plated steel sheet.
레이저 용접방법, 전도용접, 아연도금강판, 아연도금층, 도금제거면 Laser welding method, conduction welding, galvanized steel sheet, galvanized layer, plating removal surface
Description
본 발명은 아연도금강판의 레이저 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 상호 용접할 각각의 아연도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 전도용접구간의 레이저빔으로 선행하여 아연도금층을 제거한 후, 키홀용접구간의 레이저빔으로 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접작업을 이루는 아연도금강판의 레이저 용접방법에 관한 것이다. The present invention relates to a laser welding method of a galvanized steel sheet, and more particularly, in the case of overlap laser welding of galvanized steel sheet, preceded by a laser beam of a conduction welding section along the welding pattern on each galvanized steel sheet to be welded to each other. The present invention relates to a laser welding method of a galvanized steel sheet which performs a lamination laser welding operation on a galvanized steel sheet with a laser beam between the keyhole welding sections.
일반적으로 레이저 용접은 레이저빔의 초점구간에서 에너지 다중반사 및 흡수를 이용한 키홀용접(KEYHOLE WELDING)과, 레이저빔의 비초점구간에서 열전도를 이용한 전도용접(CONDUCTION WELDING)으로 구분될 수 있다. In general, laser welding may be classified into keyhole welding using energy multi-reflection and absorption in a focus section of a laser beam, and conduction welding using heat conduction in a non-focus section of a laser beam.
상기한 키홀용접과 전도용접을 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저, 도 1에서 도시한 바와 같이, 레이저빔(LB)이 렌즈에 의해 집적되어 소재에 대하여 에너지 다중반사 및 다중흡수가 일어나는 약 2mm 이내의 초점구간을 키홀용접구간(T1)이라고 명명하고, 상기 레이저빔이 키홀용접구간(T1)을 벗어난 비초점구간에서 소재에 대하여 열전도에 의한 용접이 가능한 일정구간을 전도용접구간(T2)이라고 명명한다. Looking at the key hole welding and conduction welding in more detail, first, as shown in Figure 1, the laser beam (LB) is integrated by a lens focusing within about 2mm in which energy multi-reflection and multiple absorption of the material occurs The section is referred to as a keyhole welding section T1, and a certain section in which the laser beam can be welded by heat conduction to a material in a non-focus section out of the keyhole welding section T1 is referred to as a conduction welding section T2.
즉, 상기 키홀용접구간(T1)에서 용접이 이루어지는 키홀용접의 경우에는 레이저빔의 전자기파 에너지가 집적된 초점위치에서 소재의 표면에 충돌하고, 그 충돌에너지는 열에너지를 발산하면서 전자기파의 연속적인 현상인 키홀현상을 유지한다. 이러한 키홀현상을 과학적으로 서술하면, 고출력 레이저 용접에서 용융 풀에 증기압 등의 작용으로 작은 구멍을 만들면서 용접이 이루어지는 상태를 말한다.That is, in the case of keyhole welding in which the welding is performed in the keyhole welding section T1, the surface of the material collides with the surface of the material at the focal point where the electromagnetic wave energy of the laser beam is integrated, and the collision energy is a continuous phenomenon of electromagnetic waves while dissipating thermal energy. Maintain a keyhole phenomenon. When the keyhole phenomenon is described scientifically, it refers to a state where welding is performed while making a small hole through the action of vapor pressure or the like in the high power laser welding.
반면, 상기 전도용접구간(T2)에서 용접이 이루어지는 전도용접은 레이저빔의 비초점 위치에서 이루어지는 것으로, 키홀용접구간(T1)의 초점 사이즈보다 몇 배의 레이저빔 면적을 차지한다. 따라서 레이저빔의 밀도는 초점위치보다 훨씬 낮으나, 레이저빔이 알루미늄 합금 등의 소재 표면에 충돌하는 순간 소량의 금속증기가 발생하고 용융되면서 용접이 가능해지고 용접패턴 또한 반달형상으로, 키홀과는 다른 형상으로 나타난다. On the other hand, the conduction welding in which the welding is performed in the conduction welding section T2 is performed at the non-focused position of the laser beam, and occupies several times the laser beam area than the focal size of the keyhole welding section T1. Therefore, the density of the laser beam is much lower than the focal position, but when the laser beam collides with the surface of the material such as aluminum alloy, a small amount of metal vapor is generated and melted, and welding is possible. The welding pattern is also half-moon shaped, which is different from the keyhole. Appears.
이와 같이, 레이저빔(LB)의 특성을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재에 대하여 레이저 용접작업을 진행하게 된다. As described above, the laser welding operation is performed on a material such as a steel sheet or an aluminum alloy sheet using the characteristics of the laser beam LB.
도 2에서는 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도로써, 상기한 레이저빔(LB)을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재를 용접하기 위해서는 로봇(1)의 아암(3) 선단에 레이저 헤드(5)를 설치하고, 이 레이저 헤드(5)는 레이저 발진기(7)와 연결되는 레이저 용접 시스템을 구비하여, 로봇 제어기(C)를 통하여 거동하는 로봇(1)에 의해 상기 레이저 헤드(5)가 소재(9)의 용접패턴을 따라 이동하면서 레이저빔(LB)을 조사하여 용접작업을 진행하게 된다. In FIG. 2, a laser welding process diagram is performed by a general laser welding system. In order to weld a material such as steel sheet or an aluminum alloy sheet using the laser beam LB, a laser head (at the tip of the
여기서, 상기 레이저빔의 특성을 이용하여 용접하기 위한 강판 중에서도 특 히 아연도금강판(Galvanized Steel Sheet)은 아연을 도금한 강판 전체를 총칭하는 것으로, 그 제조방법에 따라 용융아연도금강판(Hot Dipped Galvanized Iron)과 전기도금아연강판(Electrolytic Galvanized Iron)으로 대별되는데, 이러한 아연도금강판은 철의 최대 단점인 녹을 방지하고, 철의 장점인 강성과 경제성을 최대한 살릴 수 있다는 측면에서 사용이 늘어나는 추세이다.Here, among galvanized steel sheets for welding using the characteristics of the laser beam, a galvanized steel sheet is a generic term for an entire galvanized steel sheet, and hot dipped galvanized steel sheet according to the manufacturing method. Iron) and electrolytic galvanized iron (galvanized iron) are roughly classified. These galvanized steel sheets are increasingly used in terms of preventing rust, which is the biggest disadvantage of iron, and maximizing the strength and economic efficiency of iron.
그런데, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기한 레이저빔의 특성을 이용하여 상기한 아연도금강판(11)을 서로 겹치기 용접하는 과정에서, 2장의 겹쳐진 아연도금강판(11) 사이에 일정한 갭(GAP)이 없는 경우에는 그 용접부(W)에 아연도금층(13)의 증발로 인한 아연증기의 영향으로 기공이 발생하거나, 폭발성 기공을 동반하는 양상을 보인다.However, as shown in FIG. 3, in the process of overlapping welding the galvanized
이에 따라, 2장의 아연도금강판(11)을 겹치기 레이저 용접하기 위해서는 지그장치를 통하여 아연도금강판(11) 사이에 0.1mm 정도의 갭을 유지하여 아연증기가 배출되도록 하는 것이 중요하다. Accordingly, in order to overlap laser welding the two galvanized
그러나 상기한 지그장치를 이용하여 아연도금강판 사이에 일정한 갭을 유지하기 위해서는 지그장치를 아연도금강판 별로 전용으로 사용하도록 전용 지그장치로 구성하여야 하며, 이에 따라 비도금강판 등에는 공유할 수 없는 단점이 있다. However, in order to maintain a constant gap between the galvanized steel sheet using the jig device described above, the jig device must be configured as a dedicated jig device to be used exclusively for each galvanized steel sheet, and thus cannot be shared among non-plated steel sheets. There is this.
또한, 전용 지그장치를 이용하는 경우에도 아연도금강판 사이의 갭이 일정하지 않아 폭발성 기공 등의 종래 용접불량의 원인은 여전히 존재하는 단점이 있다. In addition, even when using a dedicated jig device there is a disadvantage that the gap between the galvanized steel sheet is not constant, the cause of conventional welding failure such as explosive pores still exist.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 상호 용접할 각각의 아연도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 전도용접구간의 레이저빔으로 선행하여 아연도금층을 제거한 후, 키홀용접구간의 레이저빔으로 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접작업을 이루도록 하여 양호한 용접품질을 보장하는 아연도금강판의 레이저 용접방법을 제공하는 것이다. Therefore, the present invention has been invented to solve the disadvantages of the prior art as described above, and an object of the present invention is to conduct along the welding pattern on each galvanized steel sheet to be welded to each other when overlapping laser welding of the galvanized steel sheet. The present invention provides a laser welding method of a galvanized steel sheet which ensures good welding quality by removing the galvanized layer prior to the laser beam of the welding section and then performing overlapping laser welding of the galvanized steel sheet with the laser beam between the keyhole welding sections.
이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 아연도금강판의 레이저 용접방법은 상호 겹치기 용접할 각각의 아연도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 전도용접구간의 레이저빔으로 아연도금층을 태워서 제거하여 도금제거면을 형성하는 제1단계; 상기 각 아연도금강판의 도금제거면이 서로 대응하도록 각각의 아연도금강판을 겹쳐서 지그상에 로딩하는 제2단계; 상기 제2단계에서 서로 겹쳐진 아연도금강판의 그 용접패턴을 따라 키홀용접구간의 레이저빔으로 레이저 용접작업을 진행하는 제3단계 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to realize this, the laser welding method of galvanized steel sheet according to the present invention forms a plating removal surface by burning a galvanized layer with a laser beam of conduction welding section along the welding pattern on each galvanized steel sheet to be welded together. The first step to do; A second step of overlapping each galvanized steel sheet and loading it on a jig so that the plating removal surfaces of the galvanized steel sheets correspond to each other; And a third step of performing a laser welding operation with a laser beam between the keyhole welding sections along the welding pattern of the galvanized steel sheets superimposed on each other in the second step.
여기서, 상기 레이저빔은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Here, the laser beam is characterized in that consisting of the Nd: YAG laser beam oscillated from the Nd: YAG laser oscillator.
또한, 상기 도금제거면은 상기 아연도금강판 상에 레이저빔에 의한 형성되는 용접패턴을 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the plating removing surface is formed to include a welding pattern formed by a laser beam on the galvanized steel sheet.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 아연도금강판의 레이저 용접방법에 의하면, 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 상호 용접할 각각의 아연도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 전도용접구간의 레이저빔으로 선행하여 아연도금층을 제거한 후에 각 아연도금강판을 서로 겹친 상태로, 키홀용접구간의 레이저빔으로 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접작업을 이루어 종래 아연증기에 의한 기공의 발생을 방지하여 양호한 용접품질을 보장하는 효과가 있다.According to the laser welding method of the galvanized steel sheet according to the present invention as described above, when overlapping laser welding of the galvanized steel sheet, the laser beam of the conduction welding section along the welding pattern on each galvanized steel sheet to be welded to each other After the galvanized layer is removed, the galvanized steel sheets are overlapped with each other, and laser welding of the galvanized steel sheet is performed by the laser beam in the keyhole welding section to prevent the generation of pores by the conventional zinc vapor to ensure good welding quality. It works.
또한, 종래 아연도금강판의 겹치기 용접을 위하여 아연도금강판 사이에 갭을 유지할 필요가 없어 지그장치의 공용화가 가능하도록 하는 이점도 있다.In addition, there is also an advantage that the jig device can be used in common since there is no need to maintain a gap between the galvanized steel sheets for overlap welding of the conventional galvanized steel sheet.
이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described in detail.
단, 본 발명의 구성을 설명함에 있어, 종래 구성과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.However, in describing the configuration of the present invention, the same components as the conventional configurations will be described with the same reference numerals.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아연도금강판의 레이저 용접방법에 따른 공 정도이고, 도 5는 도 4의 제1단계(S1)에서 아연도금강판의 아연도금층을 제거하기 위한 세부 공정도이다.4 is a view of a ball according to the laser welding method of the galvanized steel sheet according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a detailed process diagram for removing the galvanized layer of the galvanized steel sheet in the first step (S1) of FIG.
본 실시예에 따른 아연도금강판의 레이저 용접방법은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 먼저 상호 겹치기 용접할 각각의 아연도금강판(11) 상에 그 용접패턴을 따라 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)으로 아연도금층(13)이 제거된 도금제거면(15)을 형성한다.(S1)In the laser welding method of the galvanized steel sheet according to the present embodiment, as shown in Fig. 4, on each of the galvanized
즉, 상기 도 5에서 도시한 바와 같이, 해당 아연도금강판(11)의 단면에 도금제거면(15)을 형성하기 위해서는 아연도금강판(11)의 단면상에 용접할 용접패턴을 따라 로봇(1)을 거동하여 레이저 헤드(5)를 이동시키면서 상기 전도용접구간(T2)의 레이저빔(LB)을 조사하여 아연도금층(13)을 태워서 제거하게 된다. That is, as shown in FIG. 5, in order to form the
이때, 상기 도금제거면(15)은 상호 용접할 각 아연도금강판(11)의 접합면에 형성하게 되며, 상기 레이저빔(LB)의 출력, 조사속도, 조사시간 등의 조건은 시험에 의해 아연도금층(13)만 태워서 제거할 수 있는 범위내에서 설정되는 것이 바람직할 것이다.At this time, the
그리고 상기에서 사용되는 레이저빔(LB)은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the laser beam LB used above is preferably made of an Nd: YAG laser beam oscillated from an Nd: YAG laser oscillator.
여기서, 상기 용접패턴은 레이저빔(LB)에 의해 용접되는 아연도금강판(11) 상의 용접흔적의 형태, 그 용접위치 및 용접구간 등의 의미를 포함하며, 이 용접패턴이 상기 도금제거면(15) 내에 형성되도록, 상기 도금제거면(15)은 상기 아연도금강판(11) 상에 레이저빔(LB)에 의한 형성될 용접패턴을 완전히 포함하도록 그 면적 이 설정되어 형성되는 것이 바람직하다.Here, the welding pattern includes the meaning of the shape of the welding trace on the galvanized
이와 같이, 상기 각 아연도금강판(11)의 접합면에 용접패턴을 따라 도금제거면(15)이 형성되면, 상기 각 아연도금강판(11)은 그 접합면을 서로 겹쳐서 지그(17)상에 로딩하게 된다.(S2)As described above, when the
이때도, 상기 각 아연도금강판(11)은 각 도금제거면(15)이 서로 일치하도록 겹쳐서 로딩하는 것이 중요하다.In this case, it is important that the respective galvanized
이어서, 상기와 같이, 서로 겹쳐진 아연도금강판(11)은 그 용접패턴을 따라 키홀용접구간(T1)의 레이저빔(LB)으로 레이저 용접작업을 진행된다.(S3)Subsequently, as described above, the galvanized
즉, 상호 겹쳐진 2장의 아연도금강판(11)을 레이저 용접하기 위해서는 아연도금강판(11)의 상면에 용접할 용접패턴을 따라 로봇(1)을 거동하여 레이저 헤드(5)를 이동시키면서 상기 키홀용접구간(T1)의 레이저빔(LB)을 조사하여 도금제거면(15) 내에서 용융되어 용접이 이루어지게 된다.That is, in order to laser weld two overlapping galvanized
이때도, 상기 레이저빔(LB)은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, the laser beam LB is preferably made of an Nd: YAG laser beam oscillated from an Nd: YAG laser oscillator.
따라서 상기한 바와 같은 레이저 용접방법에 의해 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접을 진행하게 되면, 상호 용접할 각각의 아연도금강판(11) 상의 그 용접패턴을 따라 국부적으로 아연도금층(13)의 제거를 선행한 상태로, 그 도금제거면(15)을 통하여 레이저빔(LB)에 의한 키홀용접을 진행하게 되어 양호한 용접품질을 보장하게 된다. Therefore, when the overlap laser welding of the galvanized steel sheet is performed by the laser welding method as described above, the removal of the galvanized
즉, 상기 도금제거면(15)을 통하여 키홀용접을 진행하게 되면, 상호 용접되 는 아연도금강판(11) 사이에 아연증기가 발생되지 않게 됨으로, 그 용접부(W)에 종래의 폭발성 기공이 형성되지 않게 됨으로 양호한 상태의 용접품질을 얻게 된다. That is, when the keyhole welding proceeds through the
또한, 종래 아연도금강판(11) 사이의 갭을 형성해주기 위한 별도의 전용 지그장치를 제작이나 수정하지 않고도 비도금강판과 동일한 지그장치를 이용하여 레이저 용접이 가능하게 된다. In addition, laser welding is possible using the same jig apparatus as the non-plated steel sheet without making or modifying a separate dedicated jig apparatus for forming a gap between the conventional galvanized
도 1은 일반적인 레이저빔의 초점구간 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a focus section of a general laser beam.
도 2는 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다.2 is a laser welding process diagram by a general laser welding system.
도 3은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 키홀용접구간의 레이저빔을 이용한 아연도금강판의 레이저 용접 상태도이다.3 is a laser welding state diagram of a galvanized steel sheet using a laser beam between keyhole welding sections for explaining the problems of the prior art.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아연도금강판의 레이저 용접방법에 따른 공정도이다. Figure 4 is a process chart according to the laser welding method of galvanized steel sheet according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 제1단계(S1)에서 아연도금강판의 아연도금층을 제거하기 위한 세부 공정도이다.5 is a detailed process diagram for removing the galvanized layer of the galvanized steel sheet in the first step (S1) of FIG.
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