KR20130122691A

KR20130122691A - 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법

Info

Publication number: KR20130122691A
Application number: KR1020137024707A
Authority: KR
Inventors: 슈헤이 오구라; 아츠시 가와키타; 도시키 유이
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-11-07
Also published as: BR112013027441A2; US9815142B2; CN107160037A; US10005156B2; JP5902400B2; WO2012146965A1; CN107160037B; JP2012228715A; KR101520566B1; US20180029162A1; BR112013027441B1; CN103492117B; BR112013027441B8; EP2701875B1; CN103492117A; EP2701875A1; US20140048518A1

Abstract

레이저 용접 장치는 레이저 발진기에 의해 레이저를 발생시키고 집광 렌즈에 의해 레이저를 집속시키며, 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 레이저를 적용하여 상판 (101) 과 하판 (102) 을 서로에 용접한다. 이러한 장치에 따라, 레이저 조사에 의해, 용융지 (Y) 가 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 형성된다. 게다가, 레이저 조사에 의해, 용융지 (Y) 는 유동하게 되어, 상판 (101) 과 하판 (102) 은 함께 용접된다.

Description

레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법{LASER WELDING APPARATUS AND LASER WELDING METHOD}

본 발명은 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 관련되는 기술에 관한 것이다.

레이저 용접은, 레이저 발진기에 의해 발생되는 레이저를 집광 렌즈에 의해 집속시키고 중첩된 강판에 적용하여 그 강판을 용접하는 용접 방법이다. 하지만, 레이저 용접에 있어서, 함께 중첩되는 강판 사이의 판 간격이 큰 경우에 접합 강도는 저하된다. 예를 들어, 판 사이 (inter-sheet) 의 간격이 0.3 ㎜ 이상인 경우, 용접 비드 표면이 때로는 내려앉게 되어 접합 강도가 저하될 수 있다. 게다가, 때로는, 판 사이의 간격이 0.5 ㎜ 초과인 경우, 관통 홀이 형성하여 접합 강도가 저하되는 것이 발생한다.

삼차원 형상의 물체, 예를 들어 자동차 보디 등의 용접에 있어서, 판 사이의 간격이 예를 들어 0.3 ㎜ 이하로 적절하게 조절하는 것은 어렵다. 한편, 자동차 보디 등을 제조하는 경우, 실제로 약 1 ㎜ 의 판 사이의 간격이 허용된다. 따라서, 접합 강도의 저하 없이 약 1 ㎜ 의 판 사이의 간격을 갖는 강판을 용접하는 것이 문제이다. 오늘날, 큰 판 사이의 간격의 레이저 용접의 접합 강도의 저하에 대한 일부 조치가 실제로 이루어지고 있다.

일본 특허 출원 공보 제 2004-025219 호 (JP 2004-025219 A) 는 판 사이의 간격이 심 롤러 (shim roller) 를 이용함으로써 용접되는 방법을 개시한다. 하지만, 자동차 보디 등이 용접되는 경우에, 때로는 두 개 또는 세 개의 강판이 용접된다. 따라서, JP 2004-025219 A 에 의해 개시된 용접 방법에 있어서, 심의 교체 등을 빈번하게 실시할 필요가 있고, 따라서 생산성이 저하된다.

일본 특허 출원 공보 제 2005-131707 호 (JP 2005-131707 A) 는 클램프를 이용하여 용접 사이트와 교대로 레이저 가용접 (tack welding) 을 실시하는 방법을 개시한다. 하지만, JP 2005-131707 A 에 의해 개시된 방법에 있어서, 자동차 보디 등의 용접을 위하여 전용의 대형 클램프가 필요하다. 게다가, JP 2005-131707 A 에 개시된 용접 방법에 있어서, 아연 도금 강이 용접되어야 하는 경우, 레이저 가용접은 도금 증기 블로우에 의해 야기된 용접 불량을 초래한다.

일본 특허 출원 공보 제 2010-023047 호 (JP 2010-023047 A) 에서, 제 1 레이저 조사는 초점이 흐려진 상태에서 상판을 용융하기 위해 실시되고, 그 결과 돌출부는 하판 측을 향해 형성되며, 따라서 간격이 감소하고, 제 2 레이저 조사가 그 후 관통한 용접을 달성하기 위하여 실시된다. 하지만, JP 2010-023047 A 에 개시된 용접 방법에 따르면, 제 1 레이저 조사가 낮은 에너지 조사이므로, 제 1 레이저 조사는 키홀 (keyhole) 용융 대신에 상판에서 열전도 용융을 달성한다. 그러므로, 처리 시간은 길어지고, 생산성은 감소한다.

본 발명은 큰 판 사이의 간격이 존재하는 경우에도 접합 강도의 저하 없이 복수의 판을 용접할 수 있는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태는 함께 중첩된 복수의 판을 용접하는 레이저 용접 장치이고, 레이저 용접 장치는: 레이저를 발생시키는 레이저 발진기; 및 레이저를 집속시키는 집광 렌즈를 포함하고, 레이저 용접 장치는, 함께 중첩된 복수의 판에 레이저를 조사하여 복수의 판에 용융지를 형성하고 그리고 용융지에 레이저를 조사하여 용융지를 유동시키는 것에 의해, 함께 중첩된 상기 복수의 판를 용접하도록 구성된다.

본 발명의 제 1 양태에서, 레이저 용접 장치는 용융지에 조사된 레이저를 집광 렌즈의 구동에 의해 주사함으로써 용융지를 유동시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에서, 레이저 용접 장치는 복수의 판을 홀딩하면서 구동가능한 지그를 추가로 포함할 수 있고, 레이저 용접 장치는 용융지에 조사된 레이저를 지그의 구동에 의해 주사함으로써 용융지를 유동시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에서, 레이저 용접 장치는, 용융지에 조사된 레이저를 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 주사함으로써, 용융지를 용융지를 관통하는 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 유동시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에서, 레이저 용접 장치는, 용융지를 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 유동시킨 후에, 용융지의 외부 가장자리부를 따라 미리 정해진 회전 방향으로 레이저를 주사함으로써 용융지를 유동시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에서, 레이저 용접 장치는, 주사가 미리 정해진 축에 수속하도록 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 레이저를 주사함으로써 용융지를 관통하는 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 용융지를 유동시키고 미리 정해진 축을 향해 수속시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제 2 양태는 함께 중첩된 복수의 판을 용접하는 레이저 용접 방법이고, 레이저 용접 방법은: 레이저 발진기에 의해 레이저를 발생시키는 단계; 집광 렌즈에 의해 레이저를 집속시키는 단계; 레이저를 복수의 판에 조사함으로써, 함께 중첩된 복수의 판에 용융지를 형성하는 단계; 및 레이저를 용융지에 조사함으로써 용융지를 유동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 2 양태에서, 용융지를 유동시키는 때, 용융지에 조사된 레이저를 집광 렌즈의 구동에 의해 주사시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에서, 용융지를 유동시키는 때, 용융지에 조사된 레이저를 복수의 판을 홀딩하는 지그의 구동에 의해 주사시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에서, 용융지를 유동시키는 때, 용융지에 조사된 레이저를 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 주사함으로써, 용융지를 용융지를 관통하는 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 유동시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에서, 용융지를 유동시키는 때, 용융지를 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 유동시킨 후에, 용융지의 외부 가장자리부를 따라 미리 정해진 회전 방향으로 레이저를 주사함으로써 용융지를 유동시키고 확대시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에서, 용융지를 유동시키는 때, 주사가 미리 정해진 축에 수속하도록 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 레이저를 주사함으로써 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 용융지를 유동시켜 미리 정해진 축을 향해 수속시킬 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 따라, 비록 판 사이의 간격이 클지라도, 접합 강도의 저하 없이 복수의 판을 용접할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성은 동일한 숫자가 동일한 요소를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 용접 장치의 구성을 보여주는 구성도이다.
도 2 는 제 1 실시형태에 따른 용접 방법의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b 는 라인 B-B 를 따라 각각 취해진 개략적인 사시도 및 그의 대응하는 단면도를 각각 도시하여, 제 1 실시형태의 용접 방법의 작동을 보여준다.
도 4 는 제 2 실시형태에 따라 용접 방법의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b 는 라인 B-B 를 따라 각각 취해진 개략적인 사시도 및 그의 대응하는 단면도를 각각 도시하여, 제 2 실시형태의 용접 방법의 작동을 보여준다.
도 6 은 제 3 실시형태에 따른 용접 방법의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b 는 라인 B-B 를 따라 각각 취해진 개략적인 사시도 및 그의 대응하는 단면도를 각각 도시하여, 제 3 실시형태의 용접 방법의 작동을 보여준다.
도 8 은 제 4 실시형태에 따른 용접 방법의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 9a 및 도 9b 는 라인 B-B 를 따라 각각 취해진 개략적인 사시도 및 그의 대응하는 단면도를 각각 도시하여, 제 4 실시형태의 용접 방법의 작동을 보여준다.

도 1 을 참조하여, 레이저 용접 장치 (10) 가 설명될 것이다. 레이저 용접 장치 (10) 는 본 발명의 레이저 용접 장치의 실시형태이다. 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 용접을 실행하는 장치이다. 레이저 용접은, 레이저 광이 열원으로서 금속 피스에 적용되는 동안 금속 피스에 초점이 맞춰져, 금속 피스가 국부적으로 용융되고 응고되어 함께 접합되는 용접 방법이다.

후술되는 실시형태에서, 자동차 보디를 구성하기 위하여, 두 개의 중첩된 강판, 즉 상판 (101) 과 하판 (102) 이 레이저 용접 장치 (10) 를 이용하는 레이저 용접에 의해 함께 용접된다고 가정된다. 또한, 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 이 1 ㎜ 의 판 사이 (inter-sheet) 의 간격을 갖는다고 가정된다.

레이저 용접 장치 (10) 의 구성이 설명될 것이다. 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 발진기 (11), 광로 (12), 레이저 조사 헤드 (13), 및 집광 렌즈 (14) 를 포함한다. 레이저 발진기 (11) 는 용접 열원으로서 YAG 레이저 또는 CO₂ 레이저를 발생시킨다. 광로 (12) 는 발진기에 의해 발생되는 레이저를 레이저 조사 헤드 (13) 로 안내한다. 광로 (12) 는 거울을 통해 레이저를 밴딩 (bending) 하여 전송하거나, 광섬유를 통해 레이저를 자유롭게 만곡시켜 레이저를 전송한다.

레이저 조사 헤드 (13) 는 광로 (12) 를 통해 전송된 레이저를 상판 (101) 의 상방에서 상기 상판 (101) 과 하판 (102) 에 조사한다. 레이저 조사 헤드 (13) 는 로봇 (미도시) 에 의해 상판 (101) 의 위쪽의 위치로 이동된다. 집광 렌즈 (14) 는 광로 (12) 를 통해 전송된 레이저를 조사를 위한 적절한 크기로 집속시키고, 용접될 물체에 레이저를 주사한다. 집광 렌즈 (14) 는 레이저 조사 헤드 (13) 내에 수용된다.

레이저 용접 장치 (10) 의 작동이 설명될 것이다. 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 발진기 (11) 에 의해 레이저를 발생시키고, 레이저 발진기 (11) 에 의해 생성된 레이저를 집광 렌즈 (14) 의 사용을 통해 집속시키며, 집광 렌즈 (14) 에 의해 집속된 레이저를 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 조사하며, 따라서 상판 (101) 과 하판 (102) 을 함께 용접한다.

도 2 및 도 3 을 참조하여, 레이저 용접 방법 S100 이 설명될 것이다. 레이저 용접 방법 S100 은 본 발명의 레이저 용접 장치를 사용하는 레이저 용접 방법의 제 1 실시형태이다. 부수적으로, 도 2 의 단계들은 도 3a 및 도 3b 의 단계들에 해당한다. 게다가, 도 3b 는 도 3a 의 라인 B-B 를 따라 각각 취해진 단면도를 도시한다.

도 2 를 참조하여, 레이저 용접 방법 S100 의 흐름이 설명될 것이다. 단계 S110 에서, 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 빔을 상판 (101) 의 상방으로부터 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 조사한다. 이때에, 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 빔을 이용한 조사의 궤적에 의해 차지된 구역이 평면에서 직사각형을 형성하도록, 조사된 레이저 빔을 주사하고, 이로 인해 용융지 (Y) 는 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 내에 형성된다. 부수적으로, 이 실시형태에서 레이저를 이용한 조사의 궤적이 직사각형을 형성할지라도, 조사의 궤적의 형상이 원, 타원형 등과 같은 상이한 형상일 수도 있다.

단계 S120 에서, 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 빔을 전술한 바와 같이 형성된 용융지 (Y) 에 조사하고, 레이저 빔을 주사하여, 레이저 빔을 이용한 조사의 궤적이 라인 비드가 되고, 이로 인해 상판 (101) 과 하판 (102) 사이에 형성된 용융지 (Y) 의 내부가 유동하게 된다. 레이저 조사의 궤적이 이 경우에 라인 비드이지만, 레이저 조사의 임의의 다른 궤적은 용융지 (Y) 를 유동하게 하는 레이저 조사의 궤적인 한은 적절하다.

도 3 을 참조하여, 레이저 용접 방법 S100 의 작동이 설명될 것이다. 단계 S100 에서, 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 빔을 상방으로부터 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 조사하여, 용융지 (Y) 는 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 형성된다. 이 경우에, 관통 홀 또는 별개의 비드가 형성된 용융지 (Y) 에 형성된다고 하여도 이는 중요하지 않다.

단계 S120 에서, 레이저 용접 장치 (10) 에 의한 레이저 조사의 주사는 전술한 바와 같이 형성된 용융지 (Y) 의 유동을 야기한다. 이때에, 파동 (undulation) 이 유동하는 용융지 (Y) 내에 발생한다. 파동이 발생하는 용융지 (Y) 는 표면 장력으로 인해 모이고, 관통 홀 또는 별개의 비드 없이 접합부를 형성한다.

레이저 용접 방법 S100 의 효과가 설명될 것이다. 자동차 보디 등과 같은 삼차원 형상의 물체의 용접 분야에서, 판 사이의 간격이 예를 들어 0.3 ㎜ 이하가 되도록 판 사이의 간격을 적절하게 관리하는 것은 힘들다. 다른 한편으로는, 자동차 보디 등이 제조되어야 하는 때에, 약 1 ㎜ 의 판 사이의 간격이 실제로 허용되었다. 그러므로, 접합 강도의 저하 없이 약 1 ㎜ 의 판 사이의 간격으로 용접을 수행하는 것이 문제이다. 레이저 용접 방법 S100 에 따라, 1 ㎜ 의 판 사이의 간격을 갖는 상판 (101) 과 하판 (102) 은 접합 강도의 저하 없이 함께 용접될 수 있다.

도 4, 5a 및 도 5b 를 참조하여, 레이저 용접 방법 S200 이 설명될 것이다. 레이저 용접 방법 S200 은 본 발명의 레이저 용접 장치를 이용하는 레이저 용접 방법의 제 2 실시형태이다. 부수적으로, 도 4 의 단계들은 도 5a 및 도 5b 의 단계들에 해당한다. 게다가, 도 5b 는 도 5a 의 라인 B-B 에서 각각 취해진 단면도를 도시한다.

도 4 를 참조하여, 레이저 용접 방법 S200 의 흐름이 설명될 것이다. 단계 S210 에서, 레이저 조사 헤드 (13) 를 이용하는 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 빔을 상방으로부터 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 조사한다. 이때에, 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 조사의 궤적에 의해 차지된 구역이 평면에서 원형을 형성도록 주사된 레이저 빔을 주사하고, 이로 인해 용융지 (Y) 는 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 형성된다. 부수적으로, 이 실시형태에서, 레이저 조사의 궤적은 원형을 형성하지만, 레이저 조사의 궤적의 형상은 타원형 등과 같은 동심원 형상이어도 된다.

단계 S220 에서, 레이저 용접 장치 (10) 는 상판 (101) 과 하판 (102) 에 형성된 용융지 (Y) 의 유동을 야기하기 위하여 레이저 조사를 주사한다. 여기에서, 평면에서 용융지 (Y) 의 중앙을 통해 수직 방향으로 연장하는 축은 축 P 로서 정의된다. 단계 S220 에서, 레이저 조사는 축 (P) 을 중심으로 미리 정해진 방향 (도 5a 및 도 5b 의 화살표 R 의 방향) 으로 회전하도록 주사된다.

도 5a 및 도 5b 를 참조하여, 레이저 용접 방법 S200 의 작동이 설명될 것이다. 단계 S210 에서, 레이저 용접 장치 (10) 는 레이저 빔을 상방으로부터 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 조사하여, 평면에서 원형인 용융지 (Y) 는 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 사이에 형성된다. 이 경우, 관통 홀 또는 별개의 비드가 전술한 바와 같이 형성된 용융지 (Y) 내에 형성되더라도, 이는 중요하지 않다.

단계 S220 에서, 레이저 용접 장치 (10) 에 의한 레이저 조사의 주사는 전술한 바와 같이 형성된 용융지 (Y) 의 회전을 야기한다. 특히, 레이저 용접 장치 (10) 에 의한 레이저 조사의 주사는 형성된 용융지 (Y) 를 원주 방향으로 유동시켜 뒤섞는다. 이때에, 선회하는 용융지 (Y) 는 사발 또는 막자사발 형상으로 형성되도록 원주 방향으로 유동한다. 동시에, 파동이 유동하는 용융지 (Y) 에 발생한다. 파동이 발생하는 용융지 (Y) 는 표면 장력으로 인해 모이고, 관통 구멍 또는 별개의 비드 없이 접합부를 형성한다.

레이저 용접 방법 S200 의 효과는 설명될 것이다. 레이저 용접 방법 S200 에 따라, 그 사이에 1 ㎜ 의 판 사이의 간격을 갖는 상판 (101) 과 하판 (102) 은 접합 강도의 저하 없이 함께 용접될 수 있다.

도 6, 도 7a 및 도 7b 를 참조하여, 레이저 용접 방법 S300 은 설명될 것이다. 레이저 용접 방법 S300 은 본 발명의 레이저 용접 장치를 이용하는 레이저 용접 방법의 제 3 실시형태이다. 부수적으로, 도 6 의 단계들은 도 7a 및 도 7b 의 단계들에 해당한다. 게다가, 도 7b 는 도 7a 의 라인 B-B 에서 각각 취해진 단면도를 도시한다.

도 6 을 참조하여, 레이저 용접 방법 S300 의 흐름이 설명될 것이다. 단계 S310 으로부터 단계 S320 까지의 흐름은 제 2 실시형태의 단계 S210 으로부터 단계 S220 까지의 흐름과 실질적으로 동일하고, 따라서 설명되지 않을 것이다.

단계 S330 에서, 레이저 용접 장치 (10) 는 단계 S320 의 막자사발 형상으로 형성된 용융지 (Y) 의 외부 가장자리부를 따라 레이저 빔을 주사한다. 이때에, 단계 S320 에서와 같이, 레이저 조사의 주사는 축 (P) 을 중심으로 미리 정해진 방향 (도 7a 및 도 7b 에서 화살표 R1 의 방향) 으로 회전하도록 실시된다.

도 7a 및 도 7b 를 참조하여, 레이저 용접 방법 S300 의 작동이 설명될 것이다. 단계 S310 에서 단계 S320 까지의 공정은 제 2 실시형태의 단계 S210 에서 S220 까지의 공정과 실질적으로 같은 방식으로 작동하고, 다시 설명되지 않을 것이다.

단계 S330 에서, 레이저 용접 장치 (10) 에 의한 레이저 조사의 주사는 형성된 용융지 (Y) 의 직경을 확대한다. 이때에, 용융지 (Y) 의 반경 방향 팽창은 단계 S320 에서 매스 (mass) 로서 전적으로 유동하는 용융지 (Y) 를 베이스로서 이용하여 실시되고, 따라서 관통 홀은 용융지 (Y) 내에 형성되지 않는다. 처음부터 반경 방향으로 팽창되는 용융지 (Y) 를 형성하고자 하는 경우에, 큰 직경을 갖는 용융지 (Y) 를 처음부터 형성하고, 따라서 관통 홀의 형성의 확률은 높다. 하지만, 단계 S330 에서, 용융지 (Y) 의 직경은 매스로서 전적으로 유동하는 용융지 (Y) 를 베이스로서 이용함으로써 증가되고, 따라서 관통 홀의 형성의 확률은 낮다.

레이저 용접 방법 S300 의 효과가 설명될 것이다. 레이저 용접 방법 S300 에 따라, 1 ㎜ 의 판 사이의 간격을 갖는 상판 (101) 과 하판 (102) 이 접합 강도의 저하 없이 함께 용접될 수 있다.

도 8, 9a 및 9b 를 참조하여, 레이저 용접 방법 S400 이 설명될 것이다. 레이저 용접 방법 S400 은 본 발명의 레이저 용접 장치를 이용하는 레이저 용접 방법의 제 4 실시형태이다. 부수적으로, 도 8 의 단계들은 도 9a 및 도 9b 의 단계들에 해당한다. 게다가, 도 9b 는 도 9a 의 라인 B-B 에서 각각 취해진 단면도를 도시한다.

도 8 을 참조하여, 레이저 용접 방법 S400 의 흐름이 설명될 것이다. 단계 S410 에서 단계 S420 까지의 흐름은 제 2 실시형태의 단계 S210 에서 S220 까지의 흐름과 실질적으로 같고, 따라서 설명되지 않을 것이다.

단계 S430 에서, 레이저 용접 장치 (10) 는 주사가 단계 S320 에서 막자사발로 형성된 용융지 (Y) 의 중앙을 향해 수속하도록 레이저 빔을 주사한다. 즉, 레이저 조사는 축 (P) 을 향해 수속하도록 주사된다. 이때에, 단계 S320 에서와 같이, 레이저 조사의 주사는 축 (P) 을 중심으로 미리 정해진 방향 (도 9a 및 도 9b 에서 화살표 R2 의 방향) 으로 회전하도록 실시된다. 즉, 레이저는 축 (P) 을 중심으로 나선형으로 주사된다.

도 9a 및 도 9b 를 참조하여, 레이저 용접 방법 S400 의 작동이 설명될 것이다. 단계 S410 에서 단계 S420 까지의 공정은 제 2 실시형태의 단계 S210 에서 S220 까지의 공정과 실질적으로 동일한 방식으로 작동하고, 이하에서 설명되지 않을 것이다.

단계 S430 에서, 레이저 용접 장치 (10) 에 의한 레이저 조사의 주사는 형성된 용융지 (Y) 의 중앙부를 하향으로 연장하게 한다. 이때에, 단계 S420 에서 매스로서 전적으로 유동하는 용융지 (Y) 는 하향으로 연장하여, 하판 (102) 은 더 높은 강도로 용접된다.

레이저 용접 방법 S400 의 효과는 설명될 것이다. 레이저 용접 방법 S400 에 따라, 1 ㎜ 의 판 사이의 간격을 갖는 상판 (101) 과 하판 (102) 이 접합 강도의 저하 없이 함께 용접될 수 있다.

전술한 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태에서, 레이저가 상방으로부터 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) (두 개의 강판) 에 조사되지만, 본 발명은 이러한 구성에 제한되지 않는다. 심지어 레이저가 위에서부터 함께 중첩된 3 개 이상의 강판에 조사되는 구성에서도, 실질적으로 동일한 효과가 달성될 수 있다.

제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태에서, 용접될 물체가 강판이지만, 이는 본 발명을 제한하지 않는다. 예를 들어, 용접될 물체가 알루미늄 판인 구성에서도, 실질적으로 동일한 효과가 달성될 수 있다.

제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태에서, 레이저가 위에서부터 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 에 조사되지만, 본 발명은 여기에 제한되지 않는다. 심지어 레이저가 함께 중첩된 상판 (101) 과 하판 (102) 의 측면 (단부면) 에 조사되는 구성에서도, 실질적으로 동일한 효과가 달성될 수 있다.

부수적으로, 레이저의 주사는, 예를 들어 전술한 실시형태들에서와 같이 집광 렌즈의 구동을 통해 레이저의 초점 위치를 변경함으로써 이행될 수 있거나, 복수의 판을 홀딩하는 지그 (미도시) 의 구동을 통해 복수의 판을 레이저에 대해 이동시킴으로써 이행될 수 있다. 즉, 레이저 및 복수의 판은 용융지가 유동하게 되도록 서로에 대해 상대적으로 이동하는 것으로 충분하다. 하지만, 용접될 복수의 판이 커서 판을 이동시키기 어려운 경우에는, 예를 들어 집광 렌즈의 구동을 통해 레이저의 초점 위치를 변경함으로써 레이저를 주사하는 것이 바람직하다.

게다가, 본 발명에서 사용하기 위한 지그의 예는 판들이 서로에 관하여 이동 불가능하게 고정되도록 복수의 판을 클램프 고정하는 클램프, 복수의 판이 위치되는 테이블, 이러한 지그들의 조합을 포함한다.

본 발명은 설명적인 목적을 위해 예시적인 실시형태를 참조하여 설명되었다. 이러한 설명은 소모적이고 본 발명의 형태를 제한하는 것으로 의도되지 않았으며, 본 발명은 다른 시스템 및 적용에서 사용하기에 적합할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 본 발명의 범위는 당업자에 의해 상정될 수 있는 다양한 변형예 및 등가예를 포함한다.

Claims

함께 중첩된 복수의 판을 용접하는 레이저 용접 장치로서,
- 레이저를 발생시키는 레이저 발진기; 및
- 레이저를 집속시키는 집광 렌즈
를 포함하고,
상기 레이저 용접 장치는, 함께 중첩된 상기 복수의 판에 레이저를 조사하여 상기 복수의 판에 용융지 (melt pool) 를 형성하고 그리고 상기 용융지에 레이저를 조사하여 상기 용융지를 유동시키는 것에 의해, 함께 중첩된 상기 복수의 판을 용접하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 용접 장치는 상기 용융지에 조사된 상기 레이저를 상기 집광 렌즈의 구동에 의해 주사 (scanning) 함으로써 상기 용융지를 유동시키도록 구성되는, 레이저 용접 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 레이저 용접 장치는 상기 복수의 판을 홀딩하면서 구동가능한 지그 (jig) 를 추가로 포함하고,
상기 레이저 용접 장치는 상기 용융지에 조사된 상기 레이저를 상기 지그의 구동에 의해 주사함으로써 상기 용융지를 유동시키도록 구성되는, 레이저 용접 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 용접 장치는, 상기 용융지에 조사된 레이저를 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 주사함으로써, 상기 용융지를 상기 용융지를 관통하는 상기 미리 정해진 축을 중심으로 상기 미리 정해진 회전 방향으로 유동시키도록 구성되는, 레이저 용접 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 레이저 용접 장치는, 상기 용융지를 상기 미리 정해진 축을 중심으로 상기 미리 정해진 회전 방향으로 유동시킨 후에, 상기 용융지의 외부 가장자리부를 따라 상기 미리 정해진 회전 방향으로 상기 레이저를 주사함으로써 상기 용융지를 유동시키고 확대시키도록 구성되는, 레이저 용접 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 레이저 용접 장치는, 주사가 상기 미리 정해진 축에 수속하도록 상기 미리 정해진 축을 중심으로 상기 미리 정해진 회전 방향으로 상기 레이저를 주사함으로써 상기 용융지를 관통하는 상기 미리 정해진 축을 중심으로 상기 미리 정해진 회전 방향으로 상기 용융지를 유동시키고 상기 미리 정해진 축을 향해 수속시키도록 구성되는, 레이저 용접 장치.
함께 중첩된 복수의 판을 용접하는 레이저 용접 방법으로서,
- 레이저 발진기에 의해 레이저를 발생시키는 단계;
- 집광 렌즈에 의해 상기 레이저를 집속시키는 단계;
- 상기 레이저를 상기 복수의 판에 조사함으로써, 함께 중첩된 상기 복수의 판에 용융지를 형성하는 단계; 및
- 상기 레이저를 상기 용융지에 조사함으로써 상기 용융지를 유동시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 용융지를 유동시킬 때, 상기 용융지에 조사된 상기 레이저를 상기 집광 렌즈의 구동에 의해 주사시키는, 레이저 용접 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 용융지를 유동시킬 때, 상기 용융지에 조사된 상기 레이저를 상기 복수의 판을 홀딩하는 지그의 구동에 의해 주사시키는, 레이저 용접 방법.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융지를 유동시킬 때, 상기 용융지에 조사된 상기 레이저를 미리 정해진 축을 중심으로 미리 정해진 회전 방향으로 주사함으로써, 상기 용융지를 상기 용융지를 관통하는 상기 미리 정해진 축을 중심으로 상기 미리 정해진 회전 방향으로 유동시키는, 레이저 용접 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 용융지를 유동시킬 때, 상기 용융지를 상기 미리 정해진 축을 중심으로 상기 미리 정해진 회전 방향으로 유동시킨 후에, 상기 용융지의 외부 가장자리부를 따라 상기 미리 정해진 회전 방향으로 상기 레이저를 주사함으로써 상기 용융지를 유동시키고 확대시키는, 레이저 용접 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 용융지를 유동시킬 때, 주사가 상기 미리 정해진 축에 수속하도록 상기 미리 정해진 축을 중심으로 상기 미리 정해진 회전 방향으로 상기 레이저를 주사함으로써 상기 미리 정해진 축을 중심으로 상기 미리 정해진 회전 방향으로 상기 용융지를 유동시켜 상기 미리 정해진 축을 향해 수속시키는, 레이저 용접 방법.