KR20110073792A - 레이저 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 방법은, 용가재를 사용하여 피용접재의 맞대기 이음부를 레이저 용접하기 위한 것으로서, 상기 맞대기 이음부에 박막 형태의 용가재를 삽입하고, 레이저 용접 헤드로부터 출사되는 레이저 빔으로서 상기 맞대기 이음부를 용접하는 것을 특징으로 한다.

레이저, 용접, 용가재, 박막

Description

레이저 용접 방법 {LASER WELDING METHOD}

본 발명의 예시적인 실시예는 레이저 용접 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용가재를 사용하여 피용접재의 맞대기 이음부를 레이저 용접하기 위한 레이저 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 용접법은 에너지 밀도가 높은 집속된 레이저 빔을 용접 열원으로 사용하는 용접법으로서, 에너지 밀도가 키홀이 형성될 정도로 높은 경우에는 용입비, 즉 용접부의 폭과 깊이의 비가 매우 큰 용접부를 얻을 수 있다.

최근에 들어서는 레이저 발진, 광학계 등 레이저 용접과 관련한 기술의 발전으로 대출력 레이저 용접기의 현장 적용이 증가 추세에 있다.

이러한 레이저 용접법은 전자빔 용접과 마찬가지로 고밀도로 집속된 레이저 빔을 이용하므로, 열 영향부가 매우 적고, 생산성이 높다는 장점이 있으며, 단점으로는 집속된 레이저 빔의 직경이 매우 작으므로 그에 상응한 정렬 오차의 정도 관리가 필요하다는 것이다.

한편, 레이저 용접은 경우에 따라 용접부의 야금학적, 기계적 열화를 보완하고 용접부의 물성을 개선하기 위하여 용접 와이어 등의 용가재가 사용되는 경우도 있는데, 이 경우는 단순 용가재를 공급하는 형태일 수 있고, 아크 용접과 혼합하여 레이저-아크 하이브리드 용접의 형태로 적용될 수도 있다.

이와 같이 용가재를 사용하는 종래 기술의 레이저 용접 방법은 도 1에서와 같이, 레이저 용접 헤드를 통하여 레이저 빔(LB)을 피용접재(W)의 맞대기 이음부(C)로 조사하고, 그 레이저 빔(LB)에 의해 형성된 용융지에 용가재 공급장치(2)를 통해 와이어 형태의 용가재(1)를 공급하여 용융풀을 형성함으로써 맞대기 이음부(C)의 용접이 이루어진다.

그런데, 종래 기술에서는 레이저 빔(LB)의 출력이 커서 용입비가 커지고, 표면에서부터의 용융지 깊이가 깊은 경우, 용가재(1)가 용융지 전체에서 골고루 희석 및 교반되지 못하고 상부에만 머무는 문제가 발생한다.

이는 레이저 용접 시, 키홀 및 용융지의 유동 특성에 기인하며, 레이저 용접 특유의 고속 용접에 따른 급냉과 용융지의 체적이 적은 것에도 기인하는데, 결과적으로 용가재(1)를 이용한 용접부의 물성 개선 효과가 용융지의 상부에만 한정되면서 용접 품질이 저하된다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 피용접재의 맞대기 이음부에 박막 형태의 용가재를 개재시킨 상태로 레이저 용접을 함으로써 용접부 상하부의 물성 편차를 감소시킬 수 있도록 한 레이저 용접 방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 방법은, 용가재를 사용하여 피용접재의 맞대기 이음부를 레이저 용접하기 위한 것으로서, 상기 맞대기 이음부에 박막 형태의 용가재를 삽입하고, 레이저 용접 헤드로부터 출사되는 레이저 빔으로서 상기 맞대기 이음부를 용접하는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 용접 방법은, 상기 용가재로서 1mm 이하의 두께를 지닌 박막을 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 박막 형태의 용가재가 맞대기 이음부의 루트면 전체 또는 일부에 걸쳐 샌드위치 형태로서 서로 밀착된 상태에서 레이저 용접이 이루어지므로, 레이저 빔의 출력이 커서 용입비가 크고, 용접부 표면에서의 용융지 깊이가 깊더라도 용가재가 용융지 하부까지 충분히 교반 및 희석되며 응고됨으로써 용접부 상하부의 물성 편차를 감소시킬 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 용접부의 야금학적/기계적 열화를 보완하고 용접부 의 물성을 개선하기 위해 사용되는 용가재가 용융지 전체에서 골고루 희석 및 교반되며 용접부의 상부와 하부의 물성 편차를 줄일 수 있게 되므로, 피용접재의 용접 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예는 대출력 광섬유 레이저를 이용하여 피용접재(W)의 맞대기 이음부(C)를 레이저 용접하는 공정에 적용된다.

즉, 본 실시예는 두 개 이상의 모재들이 평면 방향으로 서로 맞대어 이음되는 피용접재(W)의 이음부(C)를 레이저 용접하기 위한 것으로서, 용접부의 야금학적/기계적 열화를 보완하고 용접부의 물성을 개선하기 위해 용가재(10)를 사용하여 피용접재(W)의 맞대기 이음부(C)를 레이저 용접하는 방법을 제공한다.

이러한 레이저 용접 방법은, 박막 형태의 용가재(10)를 사용하여 맞대기 이음부(C)의 레이저 용접을 수행하는 바, 이는 레이저 빔의 출력이 커서 용입비가 크고, 용접부 표면에서의 용융지 깊이가 깊은 경우, 용가재(10)가 용융지 하부까지 충분히 교반 및 희석되도록 하여 용접부의 물성 편차를 감소시키기 위한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 용접 방법을 보다 상세하게 설명하면, 우선 본 실시예에서는 피용접재(W)의 맞대기 이음부(C) 즉, 모재와 모재 사이에 박막 형태의 용가재(10)를 위치시킨다.

즉, 상기 용가재(10)는 피용접재(W)의 모재와 모재 사이에 삽입되며, 맞대기 이음부(C)의 루트면 전체 또는 일부에 걸쳐 샌드위치 형태로서 서로 밀착되게 배치된다.

여기서, 상기 용가재(10)는 레이저 빔에 의해 용융지에서 용이하게 용융될 수 있도록 1mm 이하의 두께를 지닌 금속 박판으로서 이루어진다.

상기와 같이 맞대기 이음부(C)에 용가재(10)가 개재된 상태로, 레이저 용접 헤드를 통해 피용접재(W)의 맞대기 이음부(C)로 레이저 빔(LB)을 조사한다.

그러면, 레이저 빔(LB)의 전자기파 에너지가 초점 위치에서 이음부(C)에 충돌하고, 그 충돌에너지에 의해 열에너지를 발산하게 되는데, 그 이음부(C)에서 상 기 열에너지에 의해 용가재(10)와 함께 용융풀을 형성하며 응고됨으로써 맞대기 이음부(C)의 용접이 이루어진다.

따라서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 방법은 박막 형태의 용가재(10)가 맞대기 이음부(C)의 루트면 전체 또는 일부에 걸쳐 샌드위치 형태로서 서로 밀착된 상태에서 레이저 용접이 이루어지므로, 레이저 빔(LB)의 출력이 커서 용입비가 크고, 용접부 표면에서의 용융지 깊이가 깊더라도 용가재(10)가 용융지 하부까지 충분히 교반 및 희석되며 응고됨으로써 용접부의 물성 편차를 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

즉, 본 실시예에서는 용접부의 야금학적/기계적 열화를 보완하고 용접부의 물성을 개선하기 위해 사용되는 용가재(10)가 용융지 전체에서 골고루 희석/교반되며 용접부의 상부와 하부의 물성 편차를 줄일 수 있게 되므로, 피용접재의 용접 품질을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 실시예는 도 3에서와 같이, 피용접재(W)의 이음면 상부가 일정 각도로서 컷팅된 형태의 맞대기 이음부(C)에도 적용 가능한 바, 그 맞대기 이음부(C)에 박막 형태의 용가재(10)를 개재시킨 상태로, 앞서 설명한 바와 같은 방법으로서 레이저 용접할 수도 있다.

따라서, 이 경우는 레이저 빔을 통한 피용접재(W)의 맞대기 이음 접합 후, 아크 용접 시 모재들의 다층 용접이 가능해진다.

이러한 응용예의 나머지 구성 및 작용은 앞서 설명한 바와 같으므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저 용접 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 방법이 적용 가능한 응용예를 나타내 보인 도면이다.

Claims (2)

1. 용가재를 사용하여 피용접재의 맞대기 이음부를 레이저 용접하는 레이저 용접 방법에 있어서,

   상기 맞대기 이음부에 박막 형태의 용가재를 삽입하고, 레이저 용접 헤드로부터 출사되는 레이저 빔으로서 상기 맞대기 이음부를 용접하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 용가재로서 1mm 이하의 두께를 지닌 박막을 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.

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