KR20120050213A - 강판의 접합방법 - Google Patents

Abstract

강판의 접합방법이 개시된다. 본 실시예에 따른 강판의 접합방법은 상호 겹치기 용접할 2장의 강판 중, 하나의 강판 단면상의 용접라인에 이웃하여 일정간격으로 접착패드를 부착하는 제1단계; 상기 제1단계에서, 상기 접착패드가 부착된 강판에 용접할 다른 강판을 겹쳐서 상기 접착패드를 통하여 상호 접착된 상태로 지그 상에 로딩하는 제2단계; 상기 제2단계에서, 상기 접착패드를 통하여 상호 접착되어 겹쳐진 각 강판의 그 용접라인을 따라 용접패턴을 형성하며 용접작업을 진행하는 제3단계; 및 상기 접착패드가 부착된 부분의 상기 다른 강판의 외표면에 대하여 비초점구간의 레이저빔을 조사하여 일정온도범위 내의 순간적인 표면 열처리를 통하여 상기 접착패드를 경화시키는 제4단계를 포함한다.

Description

강판의 접합방법{WELDING METHOD FOR STEEL SHEETS}

본 발명은 강판의 접합방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2장의 도금강판을 테이프형 접착패드와 레이저 용접을 통하여 접합하는 강판의 접합방법에 관한 것이다.

일반적으로 두 강판을 상호 겹치기 접합하기 위해서는 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저빔을 이용한 레이저 용접이나, 스폿 용접기를 이용한 전기저항 용접이 주로 적용된다.

도 1에서는 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도로써, 레이저빔(LB)을 이용하여 강판 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, 니켈, 크롬, 아연 등이 도금되는 도금강판(Plating Steel Sheet)은 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 0.1 내지 0.2mm 정도의 갭을 유지하여 용접가스가 배출되도록 하는 것이 중요하다.

이를 위해서는 상기한 지그장치를 도금강판 별로 전용으로 사용하도록 전용 지그장치로 구성하여야 하며, 이에 따라 비도금강판 등에는 공유할 수 없는 단점이 있으며, 또한, 전용 지그장치를 이용하는 경우에도 도금강판 사이의 갭이 일정하지 않아 폭발성 기공 등의 종래 용접불량의 원인은 여전히 존재하는 단점을 내포하고 있다.

한편, 최근에는 강판의 접합강성을 향상시키기 위하여 상기한 레이저 용접과 동시에, 접합면에 접착제를 도포함으로써 접착제의 응력 분산작용을 이용하여 강판의 접합강성을 더욱 향상시키는 추세이다.

그러나 상기와 같이, 도금강판(11)을 접착제에 의한 접착과 동시에, 겹치기 레이저 용접하는 경우에도 용접부에 도포된 접착제가 레이저빔(LB)의 열에 의해 연소되어 연소가스를 발생시키게 되며, 이로 인해 접착제에 의한 접착과 레이저 용접을 병행하여 적용하는 것이 어려운 단점이 있다.

본 발명의 실시예는 도금강판의 겹치기 용접 시, 2장의 도금강판 사이에 일정두께의 테이프형 접착패드를 먼저 부착하여 도금강판 사이에 용접가스가 배출되도록 갭을 형성한 후, 용접패턴을 따라 레이저 용접함으로써, 접착패드에 의한 응력의 분산과 용접에 의한 접합 강도를 향상시켜 도금강판의 접합 품질을 확보할 수 있도록 하는 강판의 접합방법을 제공하는 것이다.

또한, 도금강판의 레이저 용접이 후, 비초점구간(전도구간)의 레이저빔을 이용하여 테이프형 접착패드가 부착된 부분의 도금강판에 대하여 순간적으로 열처리함으로써 접착패드를 경화시키는 공정을 용접공정에서 동시에 진행할 수 있도록 하는 강판의 접합방법을 제공하는 것이다.

본 실시예에 따르는 강판의 접합방법은 상호 겹치기 용접할 2장의 강판 중, 하나의 강판 단면상의 용접라인에 이웃하여 일정간격으로 접착패드를 부착하는 제1단계; 상기 제1단계에서, 상기 접착패드가 부착된 강판에 용접할 다른 강판을 겹쳐서 상기 접착패드를 통하여 상호 접착된 상태로 지그 상에 로딩하는 제2단계; 상기 제2단계에서, 상기 접착패드를 통하여 상호 접착되어 겹쳐진 각 강판의 그 용접라인을 따라 용접패턴을 형성하며 용접작업을 진행하는 제3단계; 및 상기 접착패드가 부착된 부분의 상기 다른 강판의 외표면에 대하여 비초점구간의 레이저빔을 조사하여 일정온도범위 내의 순간적인 표면 열처리를 통하여 상기 접착패드를 경화시키는 제4단계를 포함한다.

여기서, 상기 접착패드는 그 두께가 0.1mm ~ 0.2mm 범위 내의 테이프형 패드로 구성될 수 있다.

또한, 상기 접착패드는 에폭시 접착패드로 구성될 수 있다.

그리고 상기 제3단계의 용접작업은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔을 이용한 레이저 용접인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제4단계의 일정온도범위는 150℃ 내지 200℃ 사이인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 강판은 아연도금강판일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 강판의 접합방법에 의하면, 도금강판의 겹치기 용접 시, 2장의 도금강판 사이에 일정두께의 테이프형 접착패드를 먼저 부착하여 도금강판 사이에 용접가스가 배출되도록 갭을 형성한 후, 용접패턴을 따라 레이저 용접함으로써, 접착패드에 의한 응력의 분산과 용접에 의한 접합 강도를 향상시켜 도금강판의 접합 품질을 확보할 수 있다.

또한, 도금강판의 레이저 용접이 후, 비초점구간(전도구간)의 레이저빔을 이용하여 테이프형 접착패드가 부착된 부분의 도금강판에 대하여 순간적으로 열처리함으로써 접착패드를 경화시키는 공정을 용접공정에서 동시에 진행할 수 있도록 하는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다.
도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 키홀용접구간의 레이저빔을 이용한 아연도금강판의 레이저 용접 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아연도금강판의 접합방법에 따른 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강판의 접합방법에 적용되는 레이저 용접용 접착 테이프의 접합 공정도이다.

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

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

단, 본 발명의 강판의 접합방법을 설명함에 있어, 적용되는 소재를 아연도금강판으로 하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아연도금강판의 접합방법에 따른 공정도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 강판의 접합방법은 상호 겹치기 용접할 2장의 아연도금강판(11) 중, 하나의 아연도금강판(11)의 단면상에 그 용접라인을 따라 일정간격으로 접착패드(15)를 먼저 부착한다.(S1)

여기서, 상기 접착패드(15)는 그 두께가 0.1mm ~ 0.2mm 의 범위 내에서 설정되는 테이프형 패드로 구성된다. 즉, 이는 상호 용접될 각 아연도금강판(11) 사이에 그 정도의 갭(G)을 형성하여 용접과정에서, 아연 도금층(13)이 증발하여 발생되는 용접가스인 아연증기가 외부로 빠져나가도록 하기 위함이다.

또한, 상기 접착패드는 에폭시소재로 된 에폭시 접착패드로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 상태로, 상기 접착패드(15)가 부착된 아연도금강판(11)에 용접할 다른 아연도금강판(11)을 겹쳐서 상기 접착패드(15)를 통하여 상호 접착된 상태로 지그(17) 상에 로딩한다.(S2)

이어서, 상기 접착패드(15)를 통하여 상호 접착되어 겹쳐진 2장의 아연도금강판(11)의 용접라인을 따라 초점구간(즉, 키홀용접구간)의 레이저빔(LB)으로 용접패턴(WP)을 형성하며, 용접작업을 진행한다.(S3)

즉, 상호 겹쳐진 2장의 아연도금강판(11)을 레이저 용접하기 위해서는 아연도금강판(11)의 상면에 용접할 용접라인을 따라 로봇(1)을 거동하여 레이저 헤드(5)를 이동시키면서 상기 초점구간의 레이저빔(LB)을 조사하여 용접이 이루어지게 된다.

이때에는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 레이저빔(LB)에 의해 용접되는 용접부(W)는 각각의 접착패드(15) 사이사이에 배치된다.

여기서, 상기 용접작업은 Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔을 이용한 레이저 용접일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 레이저 용접작업이 완료된 후에는 접착패드(15)가 부착된 부분의 아연도금강판(11)의 외표면(F)에 대하여 비초점구간(전도용접구간)의 레이저빔(LB)을 조사하여 일정온도범위 내로 순간적인 표면 열처리를 통하여 상기 접착패드(15)를 경화시킨다.(S4)

이때, 상기 일정온도범위는 에폭시 접착패드의 경화온도 범위인 150℃ 내지 200℃ 사이인 것이 바람직하다.

또한, 상기 비초점구간의 레이저빔(LB)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 아연도금강판(11) 상에 상기 접착패드(15)의 폭 만큼의 조사 폭으로 조사되어 한번에 접착패드(15)를 경화시키기 위한 열원을 제공하게 된다.

따라서 상기한 바와 같은 강판의 접합방법에 의해 아연도금강판(11)의 겹치기 레이저 용접을 진행하게 되면, 도 4에서 도시한 바와 같이, 용접할 하나의 아연도금강판(11) 상에 그 용접라인을 따라 접착되는 접착패드(15)에 의해 서로 용접할 각 아연도금강판(11) 사이에는 레이저 용접에 의해 아연 도금층(13)이 증발하여 발생되는 용접가스인 아연증기가 외부로 빠져나가도록 갭(G; Gap)이 형성된다.

이러한 상태로 초점구간의 레이저빔(LB)으로 아연도금강판(11)의 겹치기 레이저 용접작업을 이루게 되면, 아연증기가 쉽게 제거되어 아연증기에 의한 기공의 발생을 방지하여 양호한 용접품질을 얻게 된다.

또한, 종래 아연도금강판(11) 사이의 갭(G)을 형성해주기 위한 별도의 전용 지그장치를 제작이나 수정하지 않고도 비도금 강판과 동일한 지그장치를 공용으로 사용할 수 있다.

또한, 이러한 강판의 접합방법에 접합된 두 강판 또는 아연도금강판(11)은 접착패드(15)의 두께에 의해 최적의 강판 접착 두께를 유지하고, 접착패드(15)에 의한 응력의 분산과 용접에 의한 접합 강도를 향상시키는 이점이 있다.

또한, 접착패드를 별도의 경화공정을 통하여 경화시키지 않아도, 레이저 용접공정에서 경화작업을 가능하게 하여 공정상의 이점도 있다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

11: 아연도금강판
13: 아연 도금층
15: 접착패드
17: 지그
G: 갭
LB: 레이저빔
F: 외표면

Claims (6)

1. 강판의 접합방법에 있어서,
   상호 겹치기 용접할 2장의 강판 중, 하나의 강판 단면상의 용접라인에 이웃하여 일정간격으로 접착패드를 부착하는 제1단계;
   상기 제1단계에서, 상기 접착패드가 부착된 강판에 용접할 다른 강판을 겹쳐서 상기 접착패드를 통하여 상호 접착된 상태로 지그 상에 로딩하는 제2단계;
   상기 제2단계에서, 상기 접착패드를 통하여 상호 접착되어 겹쳐진 각 강판의 그 용접라인을 따라 용접패턴을 형성하며 용접작업을 진행하는 제3단계; 및
   상기 접착패드가 부착된 부분의 상기 다른 강판의 외표면에 대하여 비초점구간의 레이저빔을 조사하여 일정온도범위 내의 순간적인 표면 열처리를 통하여 상기 접착패드를 경화시키는 제4단계를 포함하는 강판의 접합방법.
2. 제1항에서,
   상기 접착패드는
   그 두께가 0.1mm ~ 0.2mm 범위 내의 테이프형 패드로 구성되는 강판의 접합방법.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 접착패드는
   에폭시 접착패드로 구성되는 강판의 접합방법.
4. 제1항에서,
   상기 제3단계의 용접작업은
   Nd:YAG 레이저발진기로부터 발진되는 Nd:YAG 레이저빔을 이용한 레이저 용접인 것을 특징으로 하는 강판의 접합방법.
5. 제1항에서,
   상기 제4단계의 일정온도범위는
   150℃ 내지 200℃ 사이인 것을 특징으로 하는 강판의 접합방법.
6. 제1항에서,
   상기 강판은
   아연도금강판인 것을 특징으로 하는 강판의 접합방법.

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