KR20150112509A - 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접 대상물의 용접 대상 영역에 레이저 빔을 출사하는 빔 출사부와; 상기 빔 출사부를 이동시키는 이동부; 및 상기 용접 대상 영역에 상기 용접 대상 영역의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨에서 균일한 수준의 비드량을 형성하도록 상기 이동부를 사용하여 상기 레이저 빔의 출사 경로를 제어하는 패턴 제어부를 포함하는 용접 장치를 제공한다.

Description

용접 장치 및 이를 사용한 용접 방법{WELDING APPARATUS}

본 발명은 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비드 품질을 향상시킬 수 있는 용접 장치 및 이를 사용한 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 높은 에너지 밀도를 갖는 일종의 빛으로 재료를 비접촉으로 용접, 절단 및 가열이 가능하다.

통상, 레이저를 사용하여 필렛 용접을 실시하는 경우, 레이저의 출사 경로에 따라 비드가 형성된다.

여기서, 출사 경로가 일부 겹치거나 균일한 패턴을 이루지 못하는 경우 비드는 함몰 되거나 상방으로 볼록한 형사의 비 정상적인 비드가 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2011-0073793호(2011.06.30)가 있으며, 상기 선행문헌에는 레이저 용접장치에 대한 기술이 언급된다.

본 발명의 목적은, 용접 비드의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨에서 균일한 수준의 용접 비드를 형성하는 비드 패턴을 구현할 수 있는 용접 장지 및 용접 방법을 제공함에 있다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 용접 대상물의 용접 대상 영역에 레이저 빔을 출사하는 빔 출사부와; 상기 빔 출사부를 이동시키는 이동부; 및 상기 용접 대상 영역에 상기 용접 대상 영역의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨에서 균일한 수준의 비드량을 형성하도록 상기 이동부를 사용하여 상기 레이저 빔의 출사 경로를 제어하는 패턴 제어부를 포함하는 용접 장치를 제공한다.

상기 패턴 제어부는, 상기 용접 대상 영역에서, 상기 출사 경로를 지그 재그 패턴으로 형성하도록 상기 이동부의 구동을 제어하는 것이 바람직하다.

상기 레이저 빔의 상기 출사 경로를 통해, 상기 용접 대상 영역에는 상기 출사 경로와 일치되는 비드 패턴이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 비드 패턴에서, 상기 비드 패턴의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨은 상기 비드 패턴의 폭 방향을 따라 서로 동일 간격을 이루는 것이 바람직하다.

상기 서로 다른 레벨에 위치되는 상기 비드 패턴의 비드 형성 포인트들은 상기 비드 패턴의 폭 방향을 따라 동일 선 상에 위치되는 것이 바람직하다.

상기 패턴 제어부는, 상기 출사 경로를, 직각을 이루는 지그 재그 패턴 또는 곡선을 이루는 지그 재그 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 용접 대상물은, 하판 소재와, 상기 하판 소재의 상단에 갭을 이루어 배치되는 상판 소재를 구비한다.

상기 용접 대상 영역은, 상기 상판 소재에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 패턴 제어부는, 상기 빔 출사부를 사용하여 상기 레이저 빔의 출력값을 제어하는 것이 바람직하다.

상기 출사 경로의 종료전 길이 범위 내에서, 상기 출사 경로의 종료전 이외의 레이저 빔의 출력값보다 낮게 제어하는 것이 바람직하다.

다른 양태에 있어서, 본 발명은 두 개의 판재가 겹친 상태로 배치되는 용접 대상물의 상면에 용접 대상 영역을 설정하는 제 1단계와; 상기 용접 대상 영역을 따라 지그 재그 패턴을 이루도록 빔 출사부를 사용하여 레이저 빔의 출사 경로를 설정하는 제 2단계와; 이동부를 사용하여, 상기 빔 출사부를 설정된 출사 경로를 이루도록 상기 빔 출사부를 이동시켜, 상기 지그 재그 패턴을 이루어 상기 용접 대상 영역의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨에서 균일한 수준의 비드량을 갖는 용접 비드를 형성하는 제 3단계를 포함하는 용접 장치를 사용한 용접 방법을 제공한다.

상기 레이저 빔의 상기 출사 경로를 통해, 상기 용접 대상 영역에 상기 출사 경로와 일치되는 비드 패턴이 형성하는 것이 바람직하다.

상기 비드 패턴에서, 상기 비드 패턴의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨은 상기 비드 패턴의 폭 방향을 따라 서로 동일 간격을 이루게 하는 것이 바람직하다.

상기 서로 다른 레벨에 위치되는 상기 비드 패턴의 비드 형성 포인트들을 상기 비드 패턴의 폭 방향을 따라 동일 선 상에 위치되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 용접 비드의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨에서 균일한 수준의 용접 비드를 형성하는 비드 패턴을 구현할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 냉연 강판 및 아연도금강판등의 겹치지(Lap joint) 용접시 강판 간 틈이 상판 소재의 두께 대비 50%정도까지의 갭이 발생되더라도 비드의 함몰없이 용접이 가능한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 비드 패턴을 형성하는 경우 출사 경로를 제어하여 비드폭을 제어할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 비드 패턴을 형성하는 경우 균일한 피치를 형성하도록 하여 용접 대상 영역에서의 용융금속의 유동에 의한 기공층 형성을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 용접 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따르는 용접 대상물을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 비드 패턴의 제 1예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따르는 비드 패턴의 제 2예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르는 비드 패턴의 종료전에 레이저 빔의 출력값이 낮게 제어되는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따르는 용접 장치를 사용한 용접 방법을 통해 얻은 용접 비드를 보여주는 사진들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 용접 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 용접 장치를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따르는 용접 대상물을 보여주는 사시도이다.

도 1을 참조 하면, 본 발명의 용접 장치는 크게 빔 출사부(100)와, 이동부(200)와, 패턴 제어부(300)로 구성된다.

상기 빔 출사부(100)는 용접에 사용되는 레이저 빔을 출사하는 장치이다.

도면에 도시되지 않았지만, 상기 이동부(200)는 XY겐트리와, 구동 모터로 구성될 수 있다. 상기 빔 출사부는 상기 XY겐트리에 연결되어 XY축을 따라 이동 가능하고, 구동 모터는 XY겐트리의 XY방향을 따라 구동시킨다.

상기 패턴 제어부(300)는 상기 이동부(200)의 구동 모터의 구동을 제어한다.

또한, 도 2를 참조 하면, 본 발명에 따르는 용접 대상물(1)은 두 개의 강판과 같은 소재(10,20)로 구성된다.

즉, 용접 대상물(1)은 하판 소재(20)와, 하판 소재(20)의 상단에 겹치도록 배치되는 상판 소재(10)로 구성된다. 여기서, 하판 소재(20)와 상판 소재(10)의 사이에는 갭이 형성된다.

본 발명에서의 겹치기 용접은 랩 조인트(Lap joint) 방식이다.

도 3은 본 발명에 따르는 비드 패턴의 제 1예를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따르는 비드 패턴의 제 2예를 보여주는 도면이다.

이하, 상기 용접 장치를 사용한 용접 방법을 설명한다. 그리고, 용접 장치의 구성은 도 1을 참조 하기로 한다.

먼저, 두 개의 소재(10,20)가 겹친 상태로 배치되는 용접 대상물(1)의 상면에 용접 대상 영역(WA)을 설정한다.(제 1단계)

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 상판 소재(20) 및 하판 소재(10)는 서로 상하로 겹친 상태를 이룬다.

이어, 패턴 제어부(300)를 사용하여 상기 용접 대상 영역(WA)을 따라 지그 재그 패턴을 이루도록 빔 출사부(100)를 통한 레이저 빔의 출사 경로를 설정한다.(제 2단계)

본 발명에서의 레이저 빔의 출사 경로는 패턴 제어부(300)에 미리 설정할 수 있다.

도 3을 참조 하면, 패턴 제어부(300)에는 지그 재그 패턴을 이루는 비드 패턴(이하, 제 1비드 패턴(BP1)이라함.)을 형성하기 위한 레이저 빔의 출사 경로가 설정된다.

상기 제 1비드 패턴(BP1)은 용접 대상 영역(WA)에 형성된다.

여기서, 용접 대상 영역(WA)에는 용접 대상 영역(WA)의 길이 방향을 따라 서로 다른 레벨을 이룰 수 있다.

상기 서로 다른 레벨은 용접 대상 영역(WA)의 폭 방향을 따라 균등 간격을 이룬다.

상기 레벨은, 상기 용접 대상 영역(WA)의 상단 및 하단을 따르는 제 1,2레벨(L1,L2)과, 상기 제 1,2레벨(L1,L2)의 사이에 형성되는 제 3레벨(L3)로 구성된다.

상기 제 1비드 패턴(BP1)을 설명한다.

상기 제 1비드 패턴(BP1)은 다수의 제 1,2패턴(P1,P2)과, 제 3패턴(P3)으로 형성된다.

상기 제 1패턴(P1)은 제 1레벨(L1)을 따르고, 제 2패턴(P2)은 제 2레벨(L2)을 따르고, 제 3패턴(P3)은 제 1,2레벨(L1,L2)과 수직을 이루며, 용접 대상 영역(WA)의 폭 방향을 따라 제 1,2패턴(P1,P2)의 단부를 잇도록 형성된다.

따라서, 도 3에 도시되는 바와 같이, 제 1비드 패턴(BP1)은 상기 제 3패턴(P3)-제 2패턴(P2)-제 3패턴(P3)-제 1패턴(P1)을 하나의 사이클로 하여 지그 재그 패턴을 이루도록 상기 용접 대상 영역(WA)의 길이 방향을 따라 형성된다.

여기서, 상기 제 1,2패턴(P1,P2)은 서로 동일한 피치를 이룬다.

서로 연결되는 제1,2,3패턴(P1,P2,P3)은 직각을 이루도록 형성된다.

이에 따라, 레이저 빔의 상기 출사 경로를 통해, 상기 용접 대상 영역(WA)에는 상기 출사 경로와 일치되는 제 1비드 패턴(BP1)이 형성된다.

상기 제 1비드 패턴(BP1)에서, 상기 제 1비드 패턴(BP1)의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨은 상기 제 1비드 패턴(BP1)의 폭 방향을 따라 서로 동일 간격을 이룬다.

또한, 상기 서로 다른 레벨에 위치되는 상기 제 1비드 패턴(BP1)의 비드 형성 포인트들(P)은 상기 제 1비드 패턴(BP1)의 폭 방향을 따라 동일 선 상에 위치된다.

따라서, 패턴 제어부(300)에는 상기와 같은 제 1비드 패턴(BP1)을 형성할 수 있는 레이저 빔의 출사 경로가 설정될 수 있다.

다음은, 본 발명에 따르는 제 2비드 패턴(BP2)의 예를 설명한다.

도 4는 본 발명에 따르는 비드 패턴의 제 2예를 보여주는 도면이다.

도 4를 참조 하면, 상기 제 2비드 패턴(BP2)은 지그 재그 패턴을 이루되, 제 3패턴(P3)-제 2패턴(P2)-제3패턴(P3), 및 제 3패턴(P3)-제 1패턴(P1)-제 3패턴(P3)을 연결하는 모서리부는 곡선 구간을 이루도록 형성된다.

이에 따라, 패턴 제어부(300)에는 상기와 같은 제 2비드 패턴(BP2)을 형성할 수 있는 레이저 빔의 출사 경로가 설정될 수 있다.

이어, 이동부(200)를 사용하여, 상기 빔 출사부(100)를 설정된 출사 경로를 이루도록 상기 빔 출사부(100)를 이동시켜, 상기 지그 재그 패턴을 이루어 상기 용접 대상 영역(WA)의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨에서 균일한 수준의 비드량을 갖는 용접 비드를 형성한다.(제 3단계)

본 발명에 따르는 패턴 제어부(300)는 제 1,2비드 패턴(BP1,BP2)을 형성하는 출사 경로들 중, 어느 하나를 설정하고, 설정한 출사 경로를 이루도록 이동부(200) 및 빔 출사부(100)의 구동을 제어한다.

예컨대, 제 1비드 패턴(BP1)을 이루기 위한 출사 경로가 설정되는 예로 설명한다.

패턴 제어부(300)는 이동부(200) 및 빔을 출사하도록 빔 출사부(100)의 구동을 제어한다.

상기 이동부(200)는 빔 출사부(100)를 설정된 출사 경로를 이루도록 이동시킨다.

따라서, 빔 출사부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 출사 경로를 형성하여, 도 3에 도시되는 바와 같은, 지그 재그 패턴을 이루는 제 1비드 패턴(BP1)을 용접 대상 영역(WA)에 형성한다.

이와 같이 형성되는 용접 비드는 도 6에 도시된다. 이를 참조 하면, 용접 대상 영역에서 길이 방향을 따라 일정 피치를 이루면서 용접 비드가 균일한 비드량을 형성하는 것을 볼 수 있다.

한편, 도 5를 참조 하면, 패턴 제어부(300)는 출사 경로의 종료전 길이 범위 내에서, 상기 출사 경로의 종료전 이외의 레이저 빔의 출력값보다 낮게 제어할 수 있다.

여기서, 패턴 제어부(300)는 빔 출사부(100)의 레이저 빔 출력값을 가변적으로 조절할 수 있다.

상기의 구성 및 작용을 참조 하면, 본 발명에 따르는 비드 패턴은 직각 또는 곡선을 형성하여 지그 재그 패턴으로 형성됨으로써, 상,중,하 즉, 상술한 제 1,2,3레벨에서의 패턴의 피치 간격이 일정하여 레이저 빔의 간섭 효과가 동일하게 발생된다.

따라서, 강판인 용접 대상물을 균일하여 용융하여 상판 소재의 두께 대비 50%를 이루는 갭이 존재하더라도 용접을 안정적으로 수행하도록 할 수 있다.

또한, 출사 경로의 종료전 길이 범위 내에서, 상기 출사 경로의 종료전 이외의 레이저 빔의 출력값보다 낮게 제어함으로써, 고출력의 레이저 빔의 출사가 순간적으로 종료되더라도, 응고 수축에 의한 크레이터 및 함몰 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 출사 경로의 종료전 이외의 레이저 빔의 출력값보다 낮게 제어하는 경우, 종료 부분 이외의 레이저 빔 출력값 대비 70%, 40%, 10% 수준으로 낮추어 용접을 실시할 수 있다.

이상, 본 발명의 용접 장치 및 용접 방법에 관한 구체적인 실시예들에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 용접 대상물
10 : 하판 소재
20 : 상판 소재
100 : 빔 출사부
200 : 이동부
300 : 패턴 제어부
BP1 : 제 1비드 패턴
BP2 : 제 2비드 패턴
P1 : 제 1패턴
P2 : 제 2패턴
P3 : 제 3패턴
L1 : 제 1레벨
L2 : 제 2레벨
L3 : 제 3레벨
WA : 용접 대상 영역

Claims (8)

1. 용접 대상물의 용접 대상 영역에 레이저 빔을 출사하는 빔 출사부;
   상기 빔 출사부를 이동시키는 이동부; 및
   상기 용접 대상 영역에 상기 용접 대상 영역의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨에서 균일한 수준의 비드량을 형성하도록 상기 이동부를 사용하여 상기 레이저 빔의 출사 경로를 제어하는 패턴 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 패턴 제어부는,
   상기 용접 대상 영역에서, 상기 출사 경로를 지그 재그 패턴으로 형성하도록 상기 이동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 레이저 빔의 상기 출사 경로를 통해, 상기 용접 대상 영역에는 상기 출사 경로와 일치되는 비드 패턴이 형성되고,
   상기 비드 패턴에서, 상기 비드 패턴의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨은 상기 비드 패턴의 폭 방향을 따라 서로 동일 간격을 이루고,
   상기 서로 다른 레벨에 위치되는 상기 비드 패턴의 비드 형성 포인트들은 상기 비드 패턴의 폭 방향을 따라 동일 선 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 패턴 제어부는,
   상기 출사 경로를, 직각을 이루는 지그 재그 패턴 또는 곡선을 이루는 지그 재그 패턴으로 형성하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 용접 대상물은,
   하판 소재와, 상기 하판 소재의 상단에 갭을 이루어 배치되는 상판 소재를 구비하되,
   상기 용접 대상 영역은, 상기 상판 소재에 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 패턴 제어부는,
   상기 빔 출사부를 사용하여 상기 레이저 빔의 출력값을 제어하고,
   상기 출사 경로의 종료전 길이 범위 내에서, 상기 출사 경로의 종료전 이외의 레이저 빔의 출력값보다 낮게 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
   
7. 두 개의 판재가 겹친 상태로 배치되는 용접 대상물의 상면에 용접 대상 영역을 설정하는 제 1단계;
   상기 용접 대상 영역을 따라 지그 재그 패턴을 이루도록 빔 출사부를 사용하여 레이저 빔의 출사 경로를 설정하는 제 2단계;
   이동부를 사용하여, 상기 빔 출사부를 설정된 출사 경로를 이루도록 상기 빔 출사부를 이동시켜, 상기 지그 재그 패턴을 이루어 상기 용접 대상 영역의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨에서 균일한 수준의 비드량을 갖는 용접 비드를 형성하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치를 사용한 용접 방법.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 레이저 빔의 상기 출사 경로를 통해, 상기 용접 대상 영역에 상기 출사 경로와 일치되는 비드 패턴이 형성하고,
   상기 비드 패턴에서, 상기 비드 패턴의 길이 방향을 따르는 서로 다른 레벨은 상기 비드 패턴의 폭 방향을 따라 서로 동일 간격을 이루게 하고,
   상기 서로 다른 레벨에 위치되는 상기 비드 패턴의 비드 형성 포인트들을 상기 비드 패턴의 폭 방향을 따라 동일 선 상에 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는 용접 장치를 사용한 용접 방법.

Images