KR20180023551A - 레이저 용접 장치 - Google Patents

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KR20180023551A KR1020160109091A KR20160109091A KR20180023551A KR 20180023551 A KR20180023551 A KR 20180023551A KR 1020160109091 A KR1020160109091 A KR 1020160109091A KR 20160109091 A KR20160109091 A KR 20160109091A KR 20180023551 A KR20180023551 A KR 20180023551A
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곽명섭
윤광희
박금기
박현래
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

본 발명은 레이저 용접 장치에 관한 것으로서, 용접할 모재의 갭에 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드 및 상기 갭에 와이어를 송급하는 아크 토치(110) 또는 와이어 송급 장치 그리고, 상기 갭의 간격을 센싱하는 갭 센서(120)와, 상기 갭 센서(120)에서 센싱된 갭의 간격 크기에 따라 용접 속도, 와이어 송급 속도 또는 레이저 출력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하는 작동 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 레이저 용접에 의한 변형 저감 효과가 있고, 갭을 없애기 위한 밀링 등의 추가 공정 및 시수 절감 효과가 있으며, 언더컷, 스패터 등의 발생 감소 효과가 있다.

Description

레이저 용접 장치{LASER WELDING DEVICE}
본 발명은 레이저 용접 장치에 관한 것으로서, 특히 안정적인 갭 브릿지 효과 및 용접 품질 확보 효과를 얻을 수 있는 레이저 용접 장치에 관한 것이다.
레이저 용접에 일반적으로 사용하는 레이저의 spot size는 0.3mm이고, 모재의 갭(root gap)이 0.3mm 초과시 레이저 빔이 모재 사이로 새어 용접이 불가능하다. 레이저 용접시 갭을 없애기 위하여 밀링 가공을 하여 갭이 없도록 하는 것이 일반적이다. 어느 정도의 갭이 있어도 용접을 할 수 있도록 하기 위하여 레이저 아크 하이브리드 용접을 수행한다. 아크 선행시 용접재료가 녹은 용착금속이 갭을 채워준다(갭 브릿지 효과(gap bridge effect)). 갭 브릿지 효과를 더 크게 하기 위하여 회전 아크 토치를 이용한 방법이 특허로 출원되었다(특허문헌 1 참조).
한편, 박판 용접시 레이저 아크 하이브리드 용접은 변형이 레이저 용접보다 심하다. 기본적으로 와이어 직경에 해당하는 갭에 대하여 갭 브릿지가 가능하나, 용접심의 갭이 달라질 경우 안정적인 갭 브릿지 효과와 용접 품질 확보가 필요할시 갭 센서로 갭을 센싱한 후 갭에 따라 와이어 송급 속도와 레이저 출력 조절이 필요하다. 또한 레이저 용접을 위하여 밀링시 추가 작업 및 시수가 필요하다. 레이저 아크 하이브리드 용접시 아크 용접 장치가 추가로 필요하며 레이저 단독 용접 시 보다 큰 변형이 발생하고 언더컷, 스패터의 발생 우려가 있다.
종래 관련 분야 특허 기술로서, 용가재를 사용하여 피용접재의 맞대기 이음부를 레이저 용접하는 레이저 용접 장치에 있어서, 상기 맞대기 이음부에 박막 형태의 용가재를 삽입하고, 레이저 용접 헤드로부터 출사되는 레이저 빔으로서 상기 맞대기 이음부를 용접하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
또한, 2장의 강판을 겹치기 레이저 용접하기 위한 레이저 용접방법에 있어서, 상호 겹쳐진 상부 강판과 하부 강판의 용접부에 대하여 일정한 메인패턴을 따라 초점구간의 레이저빔을 조사하여 상기 상부 강판과 하부 강판 사이에 용융 풀을 형성하여 용접하는 메인패턴 용접단계; 상기 메인패턴 용접단계의 메인패턴의 끝단에서, 미세패턴을 따라 상기 초점구간의 레이저빔을 고속으로 조사하여 상기 메인패턴의 끝단부를 주변을 용융시켜 용융 풀을 넓게 형성하는 미세패턴 용접단계; 상기 미세패턴 용접단계의 미세패턴의 중앙을 중심으로 하는 원형패턴을 따라 상기 초점구간의 레이저빔을 고속으로 조사하여 상기 미세패턴으로 형성되는 용융 풀의 주변부를 용융시켜 용융 풀을 더 넓게 형성하는 원형패턴 용접단계를 포함하는 레이저 용접 장치가 제안되어 있다(특허문헌 3 참조).
국내등록특허 10=0656682 국내공개특허 10-2011-0073792 국내공개특허 10=2015-0074404
본 발명은 슬래그가 적은 솔리드 와이어를 삽입하여 갭 브릿지 효과를 얻을 수 있고, 용접심의 갭이 달라질 경우, 안정적인 갭 브릿지 효과 및 용접 품질의 확보가 필요할 시 갭 센서를 이용하여 갭을 센싱하고 그 갭에 따라 용접 속도, 와이어 송급 속도 및 레이저 출력을 조절할 수 있는 레이저 용접 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 용접 장치는, 용접할 모재의 갭에 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드 및 상기 갭에 와이어를 송급하는 아크 토치 또는 와이어 송급 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 갭의 간격을 센싱하는 갭 센서와, 상기 갭 센서에서 센싱된 갭의 간격 크기에 따라 용접 속도, 와이어 송급 속도 또는 레이저 출력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하는 작동 제어부를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 용접에 의한 변형 저감 효과가 있고, 갭을 없애기 위한 밀링 등의 추가 공정 및 시수 절감 효과가 있으며, 언더컷, 스패터 등의 발생 감소 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 용접 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2,3은 본 발명에 따른 맞대기 용접 조건 예시.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 용접 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 레이저 용접 장치는 슬래그가 적은 솔리드 와이어를 삽입하여 갭 브릿지 효과를 얻을 수 있고, 또한 용접심의 갭이 달라질 경우, 안정적인 갭 브릿지 효과 및 용접 품질 확보 필요 시 갭 센서를 이용하여 갭을 센싱하고 그 갭에 따라 작동 제어부를 통해 용접 속도, 와이어 송급 속도 및 레이저 출력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절할 수 있는 것을 기술적 요지로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 용접 장치는 레이저 용접 시 갭 브릿지 효과를 얻을 수 있도록 용접할 모재의 갭에 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드 및 상기 갭에 와이어를 송급하는 아크 토치(110) 또는 와이어 송급 장치(미도시)를 구비한다. 이와 같이, 아크 토치(110) 또는 와이어 송급 장치를 구비함으로써 아크 토치(110) 또는 와이어 송급 장치를 이용하여 갭 브릿지 효과를 얻을 수 있도록 슬래그 발생이 적은 솔리드 와이어를 송급하는 것이다.
이때, 상기 아크 토치(110)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 슬라이더 장치(140)에 의해 X,Y,Z축 방향 즉, 상하 전후 좌우 방향으로 위치 이동이 가능하고 또한 각도 조절이 가능하도록 설치된다.
기본적으로 와이어 직경에 해당하는 갭에 대하여 갭 브릿지 가능하다. 도 1은 아크 토치를 이용하여 와이어를 송급하는 것을 예시적으로 보여준다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 용접 장치는 갭의 간격을 센싱하는 갭 센서(120)와, 상기 갭 센서(120)에서 센싱된 갭의 간격 크기에 따라 용접 속도, 와이어 송급 속도 또는 레이저 출력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하는 작동 제어부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 따라서, 용접심의 갭이 달라질 경우, 안정적인 갭 브릿지 효과 및 용접 품질 확보를 위하여 갭 센서(120)를 이용하여 갭의 간격을 센싱하고, 센싱된 갭의 간격 크기에 따라 작동 제어부를 통하여 용접 속도, 와이어 송급 속도 또는 레이저 출력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절할 수 있다.
도 2,3은 본 발명에 따른 맞대기 용접 조건 예시이다.
도 2는 모재 : AH36, 3.5t, 용접재료 : AWS ER70S-6, 1.2Ø, 와이어 송급 각도 : 45도, 레이저 출력 : 4kW, 초점 : -1mm, Wire-laser간 거리 : 2mm, 실드 가스 : 20%CO2+Ar, 루트 간격 : 0mm 인 경우이고, 도 3은 모재 : AH36, 3.5t, 용접재료 : AWS ER70S-6, 1.2Ø, 와이어 송급 각도 : 45도, 레이저 출력 : 3kW, 초점 : -1mm, Wire-laser간 거리 : 2mm, 실드 가스 : 20%CO2+Ar, 루트 간격 : 1mm 인 경우이다.
좀 더 구체적으로는, 일례로 갭이 0mm 일때 와이어 송급 속도는 3m/min, 레이저 출력은 4kW, 용접 속도는 1.5m/min 또는 2m/min이고, 갭이 1mm 일때 와이어 송급 속도는 1.5m/min, 레이저 출력은 3kW, 용접 속도는 1.0m/min 인 경우에 안정적인 용접 품질을 확보할 수 있다.
일반적으로, 갭이 증가하면 레이저 출력은 감소시키고 와이어 송급 속도는 증가시켜야 언더필이나 용락없이 안정적인 용접 품질 확보가 가능하다.
이를 위하여 작동 제어부는 갭 센서(120)를 통해 측정된 신호를 수신하여 용접 속도, 와이어 송급 속도, 레이저 출력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하여 루트 간격에 따른 최적의 용접 조건으로 작업이 진행 될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 실제로 본 발명에 따른 레이저 용접 장치를 적용하게 되면, 레이저 용접에 의한 변형 저감 효과가 있고, 갭을 없애기 위한 밀링 등의 추가 공정 및 시수 절감 효과가 있으며, 언더컷, 스패터 등의 발생 감소 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 레이저 용접 장치를 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 아크 토치
120 : 갭 센서
130 : 레이저 광학계
140 : 슬라이더 장치

Claims (2)

  1. 레이저 용접 장치에 있어서,
    용접할 모재의 갭에 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드 및
    상기 갭에 와이어를 송급하는 아크 토치(110) 또는 와이어 송급 장치를 구비한 레이저 용접 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 갭의 간격을 센싱하는 갭 센서(120)와,
    상기 갭 센서(120)에서 센싱된 갭의 간격 크기에 따라 용접 속도, 와이어 송급 속도 또는 레이저 출력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하는 작동 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
KR1020160109091A 2016-08-26 2016-08-26 레이저 용접 장치 KR20180023551A (ko)

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