KR20190032774A - Laser vibration arc hybrid tandem welding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아크 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 과다한 갭을 지닌 후판의 모재를 접합하기 위한 레이저 진동 아크 하이브리드 탄뎀 용접장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an arc welding apparatus, and more particularly, to a laser oscillating arc hybrid tandem welding apparatus for welding a base material of a thick plate having an excessive gap.
레이저 용접 또는 레이저 아크 하이브리드 용접에 일반적으로 사용하는 레이저의 스폿 사이즈(spot size)는 0.3mm 이다. 모재의 루트 간격(root gap)이 0.3mm 초과시 레이저 빔이 모재 사이로 새기 때문에 용접이 불가능하다. 빠른 용접속도, 우수한 용접 품질, 미려한 비드 등의 장점에 더하여 루트 간격이 있어도 용접이 가능하도록 레이저 아크 하이브리드 용접이 활용되기도 한다. 이는 아크 선행시 용접재료가 녹은 용착금속이 루트 간격을 채워주는 갭 브릿지 효과(gap bridge effect)를 실현하는 방식이다.The spot size of a laser which is generally used for laser welding or laser arc hybrid welding is 0.3 mm. When the root gap of the base material is more than 0.3 mm, welding is impossible because the laser beam is leaked between the base materials. In addition to the advantages of fast welding speed, good weld quality and beautiful beads, laser arc hybrid welding is also used to enable welding even with root gaps. This is a method of realizing a gap bridge effect in which weld metal melted at the time of arc precedes the root gap.
이와 관련되는 특허출원번호 제2016-0103483호는 진동 토치가 구비된 레이저 아크 하이브리드 용접장치를 제공한다. 이는 갭 센싱을 통한 실시간 진동폭 조절이 가능하나 후판의 경우 1패스 용접이 곤란한 한계성을 보인다.Related patent application No. 2016-0103483 provides a laser arc hybrid welding apparatus equipped with a vibrating torch. It is possible to control the real-time vibration width through gap sensing, but it is difficult to weld 1-pass in the case of a thick plate.
하기의 한국 등록특허공보 제0656682호는 갭 브릿지 효과를 얻기 위하여 회전 아크 토치를 이용한 방법을 요지로 한다. 그러나 이는 회전폭이 고정되어 있어 실시간 진동폭 조절이 불가능하다.The following Korean Patent Publication No. 0656682 describes a method using a rotary arc torch to obtain a gap bridge effect. However, it is impossible to control the real-time amplitude because the rotation width is fixed.
하기의 한국 등록특허공보 제1492143호는 회전축의 타단에 편심고정되어 편심회전되는 작동롤을 이용하여 토치몸체를 상하 유동시킨다. 이는 용접 패스수 저감을 기대하지만 모재의 갭이 커지는 경우에 실시간으로 대응하기 미흡하다.Korean Patent Registration No. 1492143 discloses a torch body which is eccentrically fixed to the other end of a rotating shaft and eccentrically rotated to vertically flow the torch body. This is expected to reduce the number of welding passes, but it is insufficient to respond in real time when the gap of the base material becomes large.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 과도한 갭을 지닌 주판의 용접 과정에서 갭 브릿징 방식을 적용하면서 실시간 갭 센싱을 통한 진동폭 및 아크/레이저의 출력 조정으로 고품질의 고속 1패스 용접을 도모하는 레이저 진동 아크 하이브리드 탄뎀 용접장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems of the related art by providing a gap bridging method in a welding process of an abacus having an excessive gap, adjusting a vibration width and an arc / laser output through real- Welded arc-hybrid tandem welding apparatus for welding pass welding.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레이저 진동 아크 하이브리드 방식으로 용접하는 장치에 있어서: 본체; 상기 본체의 중앙에 설치되는 레이저용접기; 상기 본체의 일측과 타측에 선행아크용접토치와 후행아크용접토치를 구비하는 아크용접수단; 및 상기 레이저용접기, 선행아크용접토치, 후행아크용접토치를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for welding by a laser oscillating arc hybrid method, comprising: a main body; A laser welder installed at the center of the main body; An arc welding means having a preceding arc welding torch and a following arc welding torch on one side and the other side of the main body; And control means for controlling the laser welder, the preceding arc welding torch, and the following arc welding torch with an established algorithm.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 아크용접수단은 레이저용접기를 중심으로 전방의 선행아크용접토치와 후방의 후행아크용접토치를 구비하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the arc welding means is characterized by comprising a preceding arc welding torch in front of the laser welding machine and a rear arc welding torch in the rear thereof.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선행아크용접토치와 후행아크용접토치는 각각의 자세 변동을 유발하기 위한 각도조절부에 연결되는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the preceding arc welding torch and the following arc welding torch are connected to an angle adjusting unit for inducing the respective attitude variations.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선행아크용접토치와 후행아크용접토치는 각각의 토치의 위빙 모션을 유발하기 위한 진동부에 연결되는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the preceding arc welding torch and the following arc welding torch are connected to a vibrating part for inducing the weaving motion of each torch.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후행아크용접토치와 레이저 조사점 간의 거리는 1~3㎜로 유지하고, 후행아크용접토치의 각도는 수직선에 대하여 45˚를 유지하는 것을 특징으로 한다.In the detailed configuration of the present invention, the distance between the trailing arc welding torch and the laser irradiation point is maintained at 1 to 3 mm, and the angle of the trailing arc welding torch is maintained at 45 degrees with respect to the vertical line.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 레이저와 진동폭 조절이 가능한 토치를 기반으로 하여 과도한 갭을 지닌 주판을 용접하면서 갭 센싱을 통한 진동폭 및 아크/레이저 출력 조절을 병행하는 갭 브릿지 방식을 적용하여 용접 품질 향상, 변형량 감소, 용접속도 증가, V 개선 적용에 의한 절단 및 가공 시수 절감을 도모하는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to improve the welding quality by applying the gap bridge method in which the oscillation width and the arc / laser power are adjusted by gap sensing while welding the abacus having an excessive gap based on the laser and the torch capable of controlling the oscillation width , The deformation amount is decreased, the welding speed is increased, and the cutting and machining time is reduced by applying the V improvement.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 주요부를 개략적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요부를 측면에서 나타내는 구성도
도 3은 종래와 본 발명의 장치에 의한 맞대기 용접을 대비하는 도표1 schematically shows a main part of an apparatus according to the invention;
Fig. 2 is a schematic view showing the main part of the device according to the invention in a side view
Fig. 3 is a graph showing the preparation for butt welding by the apparatus of the present invention,
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 레이저 진동 아크 하이브리드 방식으로 용접하는 장치에 관하여 제안한다. 과다한 갭을 지닌 모재를 접합하기 위한 레이저 아크 하이브리드 용접을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 과다한 갭은 모재의 루트 간격이 1.0mm를 초과하는 경우로 가정할 수 있다.The present invention relates to an apparatus for welding by a laser oscillating arc hybrid method. Laser arc hybrid welding for joining a base material having an excessive gap, but is not limited thereto. The excessive gap can be assumed to be a case where the root interval of the base material exceeds 1.0 mm.
본 발명에 따른 본체(10)는 하이브리드 방식의 용접을 수행하기 적합한 형태로 구성된다. 특히 선박 건조 현장에서 후판 또는 박판 모재의 맞대기 용접을 위한 이동식 구조의 본체(10)가 선호되지만 이에 한정되지 않는다.The
본 발명에 따르면 레이저용접기(20)가 상기 본체(10)의 중앙에 설치되는 구조이다. 도 1에서 레이저용접기(20)가 본체(10)의 중앙에 수직으로 설치된 상태를 예시한다. 레이저용접기(20)는 생성된 레이저광을 레이저조사부(25)로 조사하도록 구성되고, 설정된 규격의 레이저를 모재의 맞대기 개선부(15)에 조사한다. 레이저용접기(20)의 스폿 사이즈(spot size)는 0.3mm로 설정한다.According to the present invention, a laser welder (20) is installed at the center of the main body (10). 1 illustrates a state in which the
또한, 본 발명에 따르면 아크용접수단이 상기 본체(10)의 일측과 타측에 선행아크용접토치(30)와 후행아크용접토치(40)를 구비한다. 통상 1개의 토치가 구비된 레이저 아크 하이브리드 용접장치의 본체(10)에 토치 1개를 추가로 장착한다. 선행아크용접기와 후행아크용접기에서 각각의 토치(30)(40)를 비롯하여 용접봉 송급부, 가스 공급부 등은 주요 구성적 측면에서 동일성을 유지한다. 선행과 후행은 개선부(15)를 따라서 본체(10)가 이동하는 방향을 기준으로 결정된다.In addition, according to the present invention, arc welding means includes a preceding
한편, 도 1에서 미설명 부호 32 및 42는 실드가스의 노즐을 의미한다.In FIG. 1,
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 아크용접수단은 레이저용접기(20)를 중심으로 전방의 선행아크용접토치(30)와 후방의 후행아크용접토치(40)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 1에서 레이저용접기(20)의 전방과 후방으로 각각 선행아크용접토치(30)와 후행아크용접토치(40)가 V자형을 이루도록 설치된 상태를 예시한다. 이와 같은 선행아크용접토치(30), 레이저용접기(20), 후행아크용접토치(40)의 배치는 레이저용접기(20)의 한계(스폿 사이즈 0.3mm)를 극복하여 과다한 갭(0.3mm 이상)을 지닌 모재의 맞대기 용접을 구현하는 기술적 요체이다. 이러한 구성과 관련된 작용효과는 후술하는 도 3의 설명을 참조한다.The arc welding means is characterized in that it comprises a preceding
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선행아크용접토치(30)와 후행아크용접토치(40)는 각각의 자세 변동을 유발하기 위한 각도조절부(34)(44)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 후행아크용접기의 각도조절부(44)는 후행아크용접토치(40)의 각도가 수직선에 대하여 대략 45˚를 벗어나지 않도록 구성된다. 후행아크용접토치(40)의 각도가 45˚일 때 미려한 표면 비드를 얻을 수 있는 것으로 나타난다. 반면 선행아크용접기의 각도조절부(34)는 선행아크용접토치(30)가 수직선에 대하여 30~45˚의 변동 범위를 갖도록 구성된다. 후행아크용접기의 후행아크용접토치(40)와 레이저 조사점 간의 거리(LD)는 1~3㎜로 유지한다. 선행아크토치(30)와 레이저 조사점 간의 거리도 1~3mm가 적합하다. 이에, 하나의 용탕에 레이저와 아크가 같이 존재하기 때문에 동일 입열에서 보다 깊은 용입을 확보 할 수 있다.As a detailed configuration of the present invention, the preceding
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선행아크용접토치(30)와 후행아크용접토치(40)는 각각의 위빙 모션을 유발하기 위한 진동부(36)(46)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 진동부(36)(46)는 전술한 한국 등록특허공보 제1492143호의 구성을 적용할 수 있다. 다만 선행아크용접토치(30)보다 후행아크용접토치(40)에서 위빙 모션을 위한 진동폭이 상대적으로 넓게 변동되도록 구성하는 것이 좋다. 후행아크용접토치(40)에 대한 진동 효과로 융합불량(lack of fusion)없이 건전한 용접부를 얻을 수 있다. 경우에 따라 선행아크용접기의 진동부(36)는 배제될 수 있다. As a detailed configuration of the present invention, the preceding
또한, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 레이저용접기(20), 선행아크용접토치, 후행아크용접토치를 설정된 알고리즘으로 제어한다. 제어수단(50)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 제어기(52)를 기반으로 한다. 제어 알고리즘은 메모리에 프로그램과 데이터 형태로 저장되고 실행된다. 입력인터페이스에 레이저 갭 방식의 검출기(54) 등이 연결된다. 출력인터페이스에 레이저용접기(20), 선행아크용접기, 후행아크용접기 등이 구동기(56)를 개재하여 연결된다.Further, according to the present invention, the control means 50 controls the
이때, 레이저용접기(20), 선행아크용접기, 후행아크용접기는 개별적 가동이 가능하여 판재의 두께에 따라 레이저 용접, 레이저 진동 아크 하이브리드 용접, 레이저 진동 아크 하이브리드 탄뎀 용접을 선택할 수 있다.At this time, the
한편, 상기 제어수단(50)은 1~3㎜의 갭을 지닌 개선부(15)에 대한 1패스 용접이 가능하도록 레이저/아크의 출력과 아크용접수단의 진동폭을 조절한다. 제어기(52)는 검출기(54)의 갭 센싱 신호를 입력하고 구동기(56)를 개재하여 토치(30)(40)의 진동폭, 아크 및 레이저 출력 등을 실시간으로 조정한다. 이에 따라, 1~3㎜의 갭을 지닌 개선부(15)에 대한 1패스 용접이 가능하다. 그리고, 개선부(15)는 추가 절단 및 가공이 필요한 Y 또는 U 개선이 아닌 V 개선을 적용할 수 있다.On the other hand, the control means 50 adjusts the output of the laser / arc and the oscillation width of the arc welding means so that one-pass welding can be performed on the
도 3을 참조하면, 박판과 후판 모재의 개선부(15)를 4가지 경우로 구분하여 본 발명에 의한 맞대기 용접의 개선 효과를 정리한다. 선행아크용접토치(30)는 "Leading torch", 후행아크용접토치(40)는 "Trailing torch"로 나타내고, L/F는 용접결함의 하나인 융합불량(Lack of fusion)을 의미한다.Referring to FIG. 3, the improvement effect of the butt welding according to the present invention is summarized by dividing the
갭 0~1㎜의 박판의 경우 종래의 방식으로 1패스 용접이 가능하고, 본 발명의 방식에 의하면 선행아크용접기의 선행아크용접토치(30)는 진동없이 후행아크용접기는 오프 상태로 1패스 용접이 가능하다.In the case of a thin plate having a gap of 0 to 1 mm, one-pass welding is possible in a conventional manner, and according to the method of the present invention, the preceding
갭 1~3㎜의 박판의 경우 종래의 방식으로 용접이 불가능하지만, 본 발명의 방식에 의하면 선행아크용접기의 선행아크용접토치(30)는 진동을 인가하고 후행아크용접기는 오프 상태로 1패스 용접이 가능하다.In the case of a thin plate having a gap of 1 to 3 mm, welding is not possible in a conventional manner, but according to the method of the present invention, the preceding
갭 0~1㎜의 후판의 경우 종래의 방식으로 패스간 L/F가 발생되기 쉽고 멀티 패스 용접이 필요하지만, 본 발명의 방식에 의하면 선행아크용접기의 선행아크용접토치(30)는 필요에 따라 진동을 부가하고 후행아크용접기의 후행아크용접토치(40)는 진동을 부가하여 L/F가 없는 1패스 용접이 가능하다.In the case of a thick plate having a gap of 0 to 1 mm, the L / F between paths is easily generated in the conventional method and multi-pass welding is required. However, according to the method of the present invention, the preceding
갭 1~3㎜의 후판의 경우 종래의 방식으로 용접이 불가능하지만, 본 발명의 방식에 의하면 선행아크용접기와 후행아크용접기의 토치(30)(40)에 모두 진동을 부가하면서 L/F가 없는 1패스 용접이 가능하다. 그리고 추가 절단 및 가공이 배제되는 V 개선의 적용이 가능하다.Although it is impossible to weld in the conventional manner in the case of a plate having a gap of 1 to 3 mm, according to the method of the present invention, vibration is added to the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
10: 본체
15: 개선부
20: 레이저용접기
25: 레이저조사부
30: 선행아크용접토치
32: 노즐
34: 각도조절부
36: 진동부
40: 후행아크용접토치
42: 노즐
44: 각도조절부
46: 진동부
50: 제어수단
52: 제어기
54: 검출기
56: 구동기10: main body 15: improvement section
20: laser welding machine 25: laser irradiation part
30: preceding arc welding torch 32: nozzle
34: angle adjusting section 36:
40: Trailing arc welding torch 42: Nozzle
44: Angle adjusting part 46:
50: control means 52:
54: detector 56: actuator
Claims (5)
본체(10);
상기 본체(10)의 중앙에 설치되는 레이저용접기(20);
상기 본체(10)의 일측과 타측에 선행아크용접토치(30)와 후행아크용접토치(40)를 구비하는 아크용접수단; 및
상기 레이저용접기(20), 선행아크용접토치, 후행아크용접토치를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 진동 아크 하이브리드 탄뎀 용접장치.What is claimed is: 1. An apparatus for welding by a laser oscillating arc hybrid method comprising:
A main body 10;
A laser welder 20 installed at the center of the main body 10;
Arc welding means comprising a preceding arc welding torch (30) and a trailing arc welding torch (40) on one side and the other side of the body (10); And
And a control means (50) for controlling the laser welder (20), the preceding arc welding torch and the following arc welding torch with a set algorithm.
상기 아크용접수단은 레이저용접기(20)를 중심으로 전방의 선행아크용접토치(30)와 후방의 후행아크용접토치(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 진동 아크 하이브리드 탄뎀 용접장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the arc welding means comprises a preceding arc welding torch (30) at the front and a rear trailing arc welding torch (40) at the front about the laser welder (20).
상기 선행아크용접토치(30)와 후행아크용접토치(40)는 각각의 자세 변동을 유발하기 위한 각도조절부(34)(44)에 연결되는 것을 특징으로 하는 레이저 진동 아크 하이브리드 탄뎀 용접장치.The method of claim 2,
Wherein the leading arc welding torch (30) and the trailing arc welding torch (40) are connected to angle adjusting portions (34) and (44) for inducing respective attitude variations.
상기 선행아크용접토치(30)와 후행아크용접토치(40)는 각각의 위빙 모션을 유발하기 위한 진동부(36)(46)에 연결되는 것을 특징으로 하는 레이저 진동 아크 하이브리드 탄뎀 용접장치.The method of claim 2,
Characterized in that said leading arc welding torch (30) and trailing arc welding torch (40) are connected to vibrating portions (36) and (46) for inducing respective weaving motions.
상기 후행아크용접토치(40)와 레이저 조사점 간의 거리(LD)는 1~3㎜로 유지하고, 후행아크용접토치(40)의 각도는 수직선에 대하여 45˚를 유지하는 것을 특징으로 하는 레이저 진동 아크 하이브리드 탄뎀 용접장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the distance (LD) between the trailing arc welding torch (40) and the laser irradiation point is maintained at 1 to 3 mm and the angle of the trailing arc welding torch (40) Arc hybrid tandem welding device.
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