KR20100035451A - 도금강판의 레이저 용접방법 - Google Patents

Abstract

도금강판을 겹치기 레이저 용접 시, 용접할 하나의 도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 가스 배출홈을 미리 형성하여 도금강판의 용접 중, 그 용접가스가 쉽게 배출되도록 하여 용접품질을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 도금강판의 레이저 용접방법을 제공한다.

레이저 용접방법, 도금강판, 도금층, 가스 배출홈

Description

도금강판의 레이저 용접방법{LASER WELDING METHOD FOR PLATING STEEL SHEET}

본 발명은 도금강판의 레이저 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크롬, 니켈 또는 아연 등의 도금강판을 겹치기 레이저 용접하는 경우, 용접할 하나의 도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 가스 배출홈을 미리 형성하여 도금강판의 용접가스가 쉽게 배출되도록 하는 도금강판의 레이저 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 용접은 레이저빔의 초점구간에서 에너지 다중반사 및 흡수를 이용한 키홀용접(KEYHOLE WELDING)으로 진행된다.

즉, 상기 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.

이와 같이, 레이저빔(LB)의 특성을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재에 대하여 레이저 용접작업을 진행하게 된다.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의한 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.

여기서, 상기 레이저빔의 특성을 이용하여 용접하기 위한 강판 중에서도 특히 크롬, 니켈 또는 아연 등의 도금강판은 철의 최대 단점인 녹을 방지하고, 철의 장점인 강성과 경제성을 최대한 살릴 수 있다는 측면에서 사용이 늘어나는 추세이다.

그런데, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기한 레이저빔의 특성을 이용하여 상기한 도금강판(11)을 서로 겹치기 용접하는 과정에서, 2장의 겹쳐진 도금강판(11) 사이에 일정한 갭(GAP)이 없는 경우에는, 그 용접부(W)에 도금층(13)의 증발로 인한 용접가스의 영향으로 기공이 발생하거나, 폭발성 기공을 동반하는 양상을 보인다.

이에 따라, 2장의 도금강판(11)을 겹치기 레이저 용접하기 위해서는 지그장치를 통하여 도금강판(11) 사이에 0.1mm 정도의 갭을 유지하여 용접가스가 배출되도록 하는 것이 중요하다.

그러나 상기한 지그장치를 이용하여 도금강판 사이에 일정한 갭을 유지하기 위해서는 지그장치를 도금강판 별로 전용으로 사용하도록 전용 지그장치로 구성하 여야 하며, 이에 따라 비도금강판 등에는 공유할 수 없는 단점이 있다.

또한, 전용 지그장치를 이용하는 경우에도 도금강판 사이의 갭이 일정하지 않아 폭발성 기공 등의 종래 용접불량의 원인은 여전히 존재하는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 도금강판을 겹치기 레이저 용접 시, 용접할 하나의 도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 가스 배출홈을 미리 형성하여 도금강판의 용접 중, 그 용접가스가 쉽게 배출되도록 하여 용접품질을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 도금강판의 레이저 용접방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 도금강판의 레이저 용접방법은 상호 겹치기 용접할 도금강판 중, 하나의 도금강판 상의 용접패턴을 따라 그 접합면에 가스 배출홈을 형성하는 제1단계; 상기 제1단계에서, 상기 용접패턴을 따라 가스 배출홈을 형성한 도금강판의 접합면에 대응하여 용접할 다른 도금강판을 겹쳐서 지그 상에 로딩하는 제2단계; 상기 제2단계에서, 상호 겹쳐진 각 도금강판의 그 용접패턴을 따라 레이저빔을 통한 레이저 용접작업을 진행하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 가스 배출홈은 상기 도금강판의 접합면 상에 용접패턴을 따라 단부까지 연결되는 톱니모양의 요부로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 가스 배출홈은 상기 도금강판의 접합면 상에 용접패턴을 따라 단부까지 연결되는 평평한 사각의 요부로 형성되는 것으로 할 수 있다.

상기 가스 배출홈은 그 깊이가 0.2mm 이내로 형성되는 것으로 할 수 있다.

상기 제1단계의 공정은 프레스 성형공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 제1단계의 공정은 핫 스템핑 성형공정으로 이루어지는 것으로 할 수 있다.

상기 레이저빔은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 도금강판의 레이저 용접방법에 의하면, 크롬, 니켈, 아연 등의 도금강판을 겹치기 레이저 용접하는 경우, 용접할 하나의 도금강판 상에 그 용접패턴을 따라 가스 배출홈을 미리 형성하여 도금강판의 용접 중, 그 용접가스가 쉽게 외부로 배출되도록 함으로써 도금강판의 용접품질을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 종래 도금강판의 겹치기 용접을 위하여 도금강판 사이에 갭을 유지하기 위한 별도의 전용 지그장치 없이도 비도금강판용 지그장치를 공용화하여 사용할 수 있는 이점도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

단, 본 발명의 구성을 설명함에 있어, 종래 구성과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법에 따른 공정도이다.

본 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 먼저, 상호 겹치기 용접할 2장의 도금강판(11) 중, 하나의 도금강판(11)에 대하여 용접패턴(P)을 따라 그 접합면에 가스 배출홈(G)을 성형한다.(S1)

이러한 가스 배출홈(G)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 도금강판(11)의 접합면(F) 상에 용접패턴(P)을 따라 단부까지 연결되는 톱니모양의 요부로 형성하거나, 다른 실시예로, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 용접패턴을(P) 따라 단부까지 연결되는 평평한 사각의 요부로 형성할 수도 있다.

이러한 도금강판(11)의 접합면(F)에 가스 배출홈(G)을 성형하기 위해서는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 프레스 성형공정을 이용하게 되는데, 하형(21) 상의 성형면(23)에 상기 가스 배출홈(G)과 같은 형상의 홈 성형면(25)을 형성하고, 상기 도금강판(11)의 접합면(F)을 상기 하형(21)의 성형면(23)에 대응하도록 안착시킨 상대로 상형(27)과 하형(21)을 합형하여 성형하게 된다.

여기서, 상기 도금강판(11)의 강성으로 인하여 프레스 성형이 어려운 경우에는 상기 도금강판(11)을 일정온도까지 가열하여 연화시킨 상태로 성형하는 핫 스탬핑(Hot Stamping) 성형공정을 통하여 상기 가스 배출홈(G)을 성형할 수도 있을 것이다.

한편, 상기한 가스 배출홈(G)은 그 깊이를 0.1mm에서 0.2mm 의 범위내로 성형하는 것이 바람직하며, 보통은 0.2mm이내로 형성되어야 한다.

이와 같이, 상기 하나의 도금강판(11)의 접합면에 그 용접라인 상의 용접패턴(P)을 따라 다수개의 가스 배출홈(G)이 형성되면, 이 하나의 도금강판(11)의 접합면(F)에 대응하여 용접할 다른 도금강판(11)을 겹쳐서 지그(15)상에 로딩하게 된다.(S2)

이때, 상기 각 도금강판(11)은 상호간의 용접라인이 일치하도록 겹쳐서 로딩하는 것이 중요하다.

이어서, 상기와 같이, 서로 겹쳐진 도금강판(11)은 용접라인을 따라 그 용접패턴(P)부에 레이저빔(LB)을 조사하여 키홀용접 작업을 진행하게 된다.(S3)

즉, 상호 겹쳐진 2장의 도금강판(11)을 레이저 용접하기 위해서는 도금강판(11)의 상면에 용접할 용접라인을 따라 로봇(1)을 거동하여 레이저 헤드(5)를 이동시키면서 상기 레이저빔(LB)을 조사하여, 도 5와 도 8에서 도시한 바와 같이, 용접이 이루어지게 된다.

이때, 상기 레이저빔(LB)은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서 상기한 바와 같은 레이저 용접방법에 의해 도금강판(11)의 겹치기 레이저 용접을 진행하게 되면, 용접할 하나의 도금강판(11) 상에 그 용접패턴(P)을 따라 접합면(F)에 형성되는 다수개의 가스 배출홈(G)에 의해 상호 용접되는 도금강판(11) 사이에는 용접과정에서, 상기 도 5와 도 6 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 용접(W)에 의한 도금층(13)의 증발로 발생되는 용접가스가 외부로 빠져나가도록 공간을 형성해 주게된다.

이러한 상태로 상기 레이저빔(LB)으로 도금강판(11)의 겹치기 레이저 용접작업을 이루게 되면, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 용접가스가 가스 배출구(G)를 통하여 쉽게 제거되어 용접가스에 의한 기공의 발생을 방지하여 양호한 용접품질을 얻게 된다.

또한, 종래 도금강판(11) 사이의 갭을 형성해주기 위한 별도의 전용 지그장치를 제작이나 수정하지 않고도 비도금강판과 동일한 지그장치를 공용으로 사용할 수 있다.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다.

도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 키홀용접을 통한 도금강판의 레이저 용접 상태도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접방법에 따른 공정도이다.

도 4는 도 3의 제1단계(S1) 공정을 통하여 가스 배출홈을 성형한 도금강판의 사시도이다.

도 5는 도 3의 제3단계(S3) 공정을 통하여 상호 용접된 도금강판의 사시도이다.

도 6은 도 3의 제3단계(S3) 공정을 통하여 상호 용접되는 도금강판 사이의 가스 배출원리를 성명하기 위한 용접부 단면도이다.

도 7은 도 3의 제1단계(S1) 공정을 통하여 다른 실시예에 따른 가스 배출홈을 성형한 도금강판의 사시도이다.

도 8은 도 3의 제3단계(S3) 공정을 통하여 상호 용접된 다른 실시예에 따른 도금강판의 사시도이다.

Claims (7)

1. 도금강판의 레이저 용접방법에 있어서,

   상호 겹치기 용접할 도금강판 중, 하나의 도금강판 상의 용접패턴을 따라 그 접합면에 가스 배출홈을 형성하는 제1단계;

   상기 제1단계에서, 상기 용접패턴을 따라 가스 배출홈을 형성한 도금강판의 접합면에 대응하여 용접할 다른 도금강판을 겹쳐서 지그 상에 로딩하는 제2단계;

   상기 제2단계에서, 상호 겹쳐진 각 도금강판의 그 용접패턴을 따라 레이저빔을 통한 레이저 용접작업을 진행하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접방법.
2. 제1항에서,

   상기 가스 배출홈은

   상기 도금강판의 접합면 상에 용접패턴을 따라 단부까지 연결되는 톱니모양의 요부로 형성되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접방법.
3. 제1항에서,

   상기 가스 배출홈은

   상기 도금강판의 접합면 상에 용접패턴을 따라 단부까지 연결되는 평평한 사각의 요부로 형성되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접방법.
4. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에서,

   상기 가스 배출홈은

   그 깊이가 0.2mm 이내로 형성되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접방법.
5. 제1항에서,

   상기 제1단계의 공정은

   프레스 성형공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접방법.
6. 제1항에서,

   상기 제1단계의 공정은

   핫 스템핑 성형공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접방법.
7. 제1항에서,

   상기 레이저빔은

   Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아연도금강판의 레이저 용접방법.

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