KR20120073954A - 미세 튜브의 제조 장치 - Google Patents

Abstract

미세 튜브의 제조 장치가 개시된다. 개시된 미세 튜브의 제조 장치는 금속 박판을 소구경의 튜브 형태로 성형하고, 튜브의 이음매 부분을 레이저 용접 헤드를 통해 레이저 용접하는 것으로서, 일정 형태로 1차 성형되어지는 금속 박판을 상하측에서 지지하는 제1 지지롤과, 원형의 단면으로 성형되어지는 튜브를 상하측에서 지지하는 제2 지지롤을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세 튜브의 제조 장치 {SYSTEM OF MANUFACTURING MICRO TUBE}

본 발명의 예시적인 실시예는 미세 튜브의 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 박판의 이음매 부분을 레이저를 이용하여 연속적으로 용접하여 이음매 부분이 보이지 않는 관 형태를 갖도록 한 미세 튜브의 제조 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 직경이 작은 금속관을 제조할 때 사용되는 용접 공정으로는 고주파 용접, 전기저항 용접, 플라즈마 용접 등이 있다.

이 중에서 고주파 용접의 경우, 소구경의 금속관을 용접할 때 고주파 용접시 발생하는 전자력에 의해 용접 결함이 발생할 수 있다.

즉, 종래의 고주파 용접에서는 상기와 같은 용접부의 결함으로 인하여, 후 공정에서 용접된 관을 신선 또는 인발할 때 금속관의 직경이 줄어들면서 접합된 부분에 균열이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래 기술에서는 여러 방법을 이용한 고주파 용접을 제안하고 있으나, 이러한 고주파 제조 방법은 장치 제작에 많은 비용이 들고 생산성이 높지 않다는 문제점이 있다.

또한, 전기저항 용접이나 플라즈마 용접의 경우에는 용접 속도가 현저히 느려 생산성이 떨어지는 문제가 있었으며, 생산성을 올리기 위해서 용접 속도를 올리게 되면 표면이 불규칙한 험핑 비드(humping bead), 언더컷 비드(undercut bead)가 발생하는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 상술한 바와 같은 종래의 용접 방법으로 용접을 하게 되면, 제조하고자 하는 금속관 와이어(튜브)가 더욱 더 작은 구경이 되면 될수록 단선이 빈번하게 발생하는 문제가 있었으며, 충분하지 못한 용접 속도로 인해서 생산성이 떨어지는 문제도 발생된다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 금속관의 이음매 부분을 고밀도 열원인 레이저 빔을 통해 연속적으로 용접하여 고속 생산이 가능한 미세 튜브의 제조 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 예시적인 실시예들은 금속관의 비틀림, 진동 및 유동 등에 따른 레이저 조사 위치의 이동 편차를 최소화하여 레이저 용접에서의 접합 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 미세 튜브의 제조 장치를 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 장치는, 금속 박판을 소구경의 튜브 형태로 성형하고, 상기 튜브의 이음매 부분을 레이저 용접 헤드를 통해 레이저 용접하는 것으로서, 일정 형태로 1차 성형되어지는 상기 금속 박판을 상하측에서 지지하는 제1 지지롤과, 원형의 단면으로 성형되어지는 상기 튜브를 상하측에서 지지하는 제2 지지롤을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 미세 튜브의 제조 장치는, 상기 제1 및 제2 지지롤이 상기 레이저 용접 헤드의 전단 측에 구성될 수 있다.

상기 미세 튜브의 제조 장치는, 상기 제1 및 제2 지지롤을 통해 상기 튜브의 진동 및 유동을 억제한 상태로 상기 레이저 용접 헤드를 통해 상기 튜브의 이음매 부분을 레이저 용접할 수 있다.

상기 미세 튜브의 제조 장치에 있어서, 상기 제1 지지롤은 유(U)자 형태로 성형되어지는 상기 금속 박판을 하측에서 지지하는 제1 지지홈을 지닌 제1 하부롤과, 상기 금속 박판을 상측에서 가압 지지하는 제1 상부롤을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 미세 튜브의 제조 장치에 있어서, 상기 제2 지지롤은 원형으로 성형되어지는 상기 튜브를 하측에서 지지하는 제2 지지홈을 지닌 제2 하부롤과, 상기 튜브를 상측에서 가압 지지하는 제2 상부롤을 포함하여 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 소구경 튜브의 이음매 부분을 고밀도 열원인 레이저 빔을 통해 연속적으로 용접하여 고속 생산이 가능하다는 잇점이 있다.

또한, 본 실시예에서는 소구경 튜브를 제조하는 과정에 튜브의 비틀림, 진동 및 유동 등을 억제하기 위한 제1 및 제2 지지롤을 포함하고 있으므로, 튜브의 이음부로 레이저 빔을 정확하게 조사할 수 있게 되고, 이로 인해 소구경 튜브의 이음매 부분에 대한 용접 결함을 줄일 수 있다.

따라서 본 실시예에서는 소구경 튜브의 비틀림, 진동 및 유동 등에 따른 레이저 조사 위치의 이동 편차를 최소화함으로써 레이저 용접에서의 접합 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1의 (a)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1의 (b)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 공정에 따른 금속 박판의 성형 형태를 도시한 단면도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 장치에 적용되는 제1 지지롤을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 장치에 적용되는 제2 지지롤을 개략적으로 도시한 도면이다.

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 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1의 (a)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1의 (b)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 공정에 따른 금속 박판의 성형 형태를 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 적용되는 미세 튜브(200)는 이음매가 없는 소구경의 관 형태로 이루어진다.

즉, 상기 미세 튜브(200)는 금속 박판(1)을 튜브 형태로 성형하고, 길이 방향에 따른 이음매 부분을 용접하여 그 이음매 부분이 보이지 않는 관 형태로서 이루어진다.

본 실시예에서는 상기와 같은 미세 튜브(200)를 제조하는데 있어, 금속 박판(1)의 이음매 부분(이하에서는 편의 상 "이음부" 라고 한다)을 고밀도 열원인 레이저 빔을 통해 연속적으로 용접하여 고속 생산이 가능한 미세 튜브 제조 장치(100)를 제공한다.

이를 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상기 미세 튜브의 제조 장치(100)는 기본적으로, 금속 박판 공급유닛(10)과, 세정유닛(20)과, 제1 성형유닛(30)과, 제2 성형유닛(50)과, 레이저 용접기(60)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

상기 금속 박판 공급유닛(10)은 금속 박판(1)이 감겨 있는 코일(1a)로부터 금속 박판(1)을 풀어내며 그 금속 박판(1)을 소정의 이송 경로로 공급하기 위한 것이다.

상기 세정유닛(20)은 금속 박판(1)에 부착되어 있는 이물질을 세정하는 기능을 하게 되고, 제1 성형유닛(30)은 복수의 성형 롤러 등을 통해 금속 박판(1)을 일정한 형태 예컨대, 유(U)자 형태로 성형하는 기능을 하게 된다.

그리고, 상기 제2 성형유닛(50)은 유(U)자 형태로 성형되어진 금속 박판(1)을 사이드 롤러, 압연 롤러, 가이드 롤러 등을 통해 일정한 형태, 예를 들면 원형 단면을 지닌 소구경의 튜브(T)로서 성형하고, 그 튜브(T)에 맞대기 형태의 이음부(C)를 형성할 수 있는 구성으로 이루어진다.

상기 레이저 용접기(60)는 레이저 발진기(도면에 도시되지 않음)로부터 발진되는 레이저 빔(LB)을 튜브(T)의 이음부(C)에 조사하여 그 이음부(C)를 레이저 용접하기 위한 것이다.

본 실시예에서, 상기 레이저 용접기(60)는 튜브(T)의 이음부(C)로 레이저 빔(LB)을 조사하는 레이저 용접 헤드(61)를 구성하고 있다.

상기 레이저 용접 헤드(61)는 레이저 발진기(도면에 도시되지 않음)로부터 발진되는 레이저 빔을 집속하고, 그 레이저 빔(LB)을 튜브(T)의 이음부(C)로 조사할 수 있는 구조로서 이루어진다.

이러한 레이저 용접 헤드(61)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 레이저 옵틱 헤드로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 장치(100)는 도 2에서와 같이, 레이저 용접 헤드(61)를 통해 튜브(T)의 이음부(C)를 레이저 용접하는 과정에, 튜브(T)의 비틀림, 진동 및 유동을 억제하기 위한 제1 및 제2 지지롤(70, 80)을 포함하고 있다.

본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 지지롤(70, 80)은 미세 튜브의 제조 공정 라인에서 레이저 용접 헤드(61)의 전단 측에 구성될 수 있다.

상기 제1 지지롤(70)은 유(U)자 형태로 1차 성형되어지는 금속 박판(1)을 상하측에서 지지하는 기능을 하게 되고, 제2 지지롤(80)은 원형의 단면으로 성형되어지는 튜브(T)를 상하측에서 지지하는 기능을 하게 된다.

상기 제1 지지롤(70)은 도 2의 (a)에서와 같이, 유(U)자 형태로 성형되어지는 금속 박판(1)을 하측에서 지지하는 제1 하부롤(71)과, 그 금속 박판(1)을 상측에서 가압 지지하는 제1 상부롤(73)을 포함하여 이루어진다.

이 경우, 상기 제1 하부롤(71)에는 유(U)자 형태의 금속 박판(1)을 지지하는 제1 지지홈(72)을 형성하고 있다.

그리고, 상기 제2 지지롤(80)은 도 2의 (b)에서와 같이, 원형으로 성형되어지는 튜브(T)를 하측에서 지지하는 제2 하부롤(81)과, 그 튜브(T)를 상측에서 가압 지지하는 제2 상부롤(83)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 제2 하부롤(81)에는 원형으로 성형되어지는 튜브(T)를 지지하는 제2 지지홈(82)을 형성하고 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 장치(100)를 이용한 미세 튜브의 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 본 실시예에서는 금속 박판(1)이 감겨 있는 코일(1a)을 풀어내고, 세정유닛(20)을 통과시키면서 금속 박판(1)에 부착되어 있는 이물질을 세정한다.

여기서, 상기 금속 박판(1)은 소구경의 관 형상 튜브를 제조하는데 사용되는 박판으로서, 탄소강, 스테인리스강, 동 합금, 니켈 합금 등의 금속 소재로서 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 국한되지 않고 소구경 튜브의 제조가 가능한 금속은 모두 적용될 수 있다.

이렇게 이물질이 제거된 금속 박판(1)은 이후 제1 성형유닛(30)를 통과하면서 라운드 형태로 오므라지는 성형이 가해지는데, 예를 들면 제1 성형유닛(30)에서는 유(U)자 형태로 성형되어질 수 있다.

상기 과정에서, 유(U)자 형태로 성형되어지는 금속 박판(1)은 제1 지지롤(70)에 의해 좌우로 흔들리지 않게 지지되는데, 이 경우는 제1 하부롤(71)의 제1 지지홈(72)에 금속 박판(1)이 지지된 상태로 제1 상부롤(73)이 금속 박판(1)을 가압 지지하게 된다.

그리고 나서, 상기 금속 박판(1)은 제2 성형유닛(50)을 통과하면서 일정한 형태, 예를 들면 원형의 단면을 지닌 소구경의 튜브(T)로서 성형된다. 이 과정에서는 튜브(T)의 끝단부가 서로 맞대어지는 이음부(C)를 형성하게 된다.

여기서, 상기 튜브(T)의 단면을 원형으로 성형하는 방법에는 크게 겹치기(Over Lap) 형식 및 맞대기 형식이 있는데, 본 실시예에서 제조하고자 하는 튜브(T)의 끝단부가 서로 맞대어진 이음부(C)를 형성하는 맞대기 형태로 제조되는 것이 바람직하지만, 반드시 여기에 국한되지 않고 겹치기 형식으로 제조해도 무방하다.

상기 과정에서, 제2 성형유닛(50)을 통해 원형으로 성형되어지는 튜브(T)는 제2 지지롤(80)에 의해 지지되는데, 이 경우는 제2 하부롤(81)의 제2 지지홈(82)에 튜브(T)가 지지된 상태로 제2 상부롤(83)이 튜브(T)를 가압 지지하게 된다.

이와 같이 상기한 제1 및 제2 지지롤(70, 80)을 통해 튜브(T)의 비틀림, 진동 및 유동을 억제한 상태에서, 본 실시예에서는 다음 공정으로 레이저 용접기(60)의 레이저 용접 헤드(61)를 통해 튜브(T)의 이음부(C)를 연속적으로 레이저 용접한다.

상기 레이저의 종류로는 튜브(T)의 재료 특성에 따라 달라질 수 있는데, 일반적인 스틸(Steel) 계통의 금속이라면 근적외선 파장을 가진 파이버 레이저(Fiber laser), 엔디야그 레이저(Nd-YAG laser), 다이오드 레이저(Diode laser), 이산화탄소 레이저(CO2 laser) 등이 가능하다. 그러나, 본 실시예에서는 고속 용접에 의한 생산성을 고려할 때 전술한 바와 같은 파이버 레이저가 가장 적당하다.

이러한 레이저 용접은 국부적인 용융 접합이 가능하여 박판 재질의 변형이 적으며, 고속 용접이 가능하여 생산성 향상에 기여하고, 박판 재료의 사양에 따라 레이저 파워, 집점 크기 등 여러 가지 변수들을 정밀하게 제어할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기와 같은 일련의 과정을 거치며 소구경의 단면을 지닌 미세 튜브(200)의 제조를 완료하게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 튜브의 제조 장치(100)에 의하면, 레이저 용접기(60)를 이용하여 튜브(T)의 이음부(C)를 레이저 용접하는 과정에, 튜브(T)의 장력 차이, 전기적 구동 모터의 회전력 차이, 및 성형 공정라인/성형수단의 정밀도 등에 의해 튜브(T)의 이음부(C)에 대한 레이저 용접 위치의 편차가 발생할 수 있다.

특히, 이 경우는 튜브(T)의 비틀림, 진동 및 유동에 의해 레이저 빔(LB)의 조사 위치가 부정확하여 튜브(T)의 이음매 부분에서 용접 결함이 발생할 수 있다.

그러나, 본 실시예에서는 소구경 튜브(T)의 비틀림, 진동 및 유동을 억제하기 위한 제1 및 제2 지지롤(70, 80)을 포함하고 있으므로, 튜브(T)의 이음부(C)로 레이저 빔(LB)을 정확하게 조사할 수 있게 되고, 이로 인해 소구경 튜브(T)의 이음매 부분에 대한 용접 결함을 줄일 수 있다.

이로써 본 실시예에서는 소구경 튜브(T)의 비틀림, 진동 및 유동에 따른 레이저 조사 위치의 이동 편차를 최소화함으로써 레이저 용접에서의 접합 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

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.

1... 금속 박판 T... 튜브
C... 이음부 10... 금속 박판 공급유닛
20... 세정유닛 30... 제1 성형유닛
50... 제2 성형유닛 60... 레이저 용접기
61... 레이저 용접 헤드 70... 제1 지지롤
71... 제1 하부롤 72... 제1 지지홈
80... 제2 지지롤 81... 제2 하부롤
82... 제2 지지홈 83... 제2 상부롤

Claims (5)

1. 금속 박판을 소구경의 튜브 형태로 성형하고, 상기 튜브의 이음매 부분을 레이저 용접 헤드를 통해 레이저 용접하는 미세 튜브의 제조 장치에 관한 것으로서,
   일정 형태로 1차 성형되어지는 상기 금속 박판을 상하측에서 지지하는 제1 지지롤과, 원형의 단면으로 성형되어지는 상기 튜브를 상하측에서 지지하는 제2 지지롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 튜브의 제조 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 지지롤이 상기 레이저 용접 헤드의 전단 측에 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 튜브의 제조 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 지지롤을 통해 상기 튜브의 진동 및 유동을 억제한 상태로 상기 레이저 용접 헤드를 통해 상기 튜브의 이음매 부분을 레이저 용접하는 것을 특징으로 하는 미세 튜브의 제조 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 지지롤은,
   유(U)자 형태로 성형되어지는 상기 금속 박판을 하측에서 지지하는 제1 지지홈을 지닌 제1 하부롤과,
   상기 금속 박판을 상측에서 가압 지지하는 제1 상부롤을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 튜브의 제조 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제2 지지롤은,
   원형으로 성형되어지는 상기 튜브를 하측에서 지지하는 제2 지지홈을 지닌 제2 하부롤과,
   상기 튜브를 상측에서 가압 지지하는 제2 상부롤을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 튜브의 제조 장치.

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