KR20190109282A - Component assembly with fiber laser welded joint and method for this - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파이버 레이저 용접 조인트를 포함한 부품 조립체, 상기 부품 조립체를 포함한 인젝터, 특히 연료 인젝터 및 파이버 레이저 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a component assembly comprising a fiber laser weld joint, an injector comprising said component assembly, in particular a fuel injector and a method of manufacturing a fiber laser weld joint.
종래 기술에서 2 개의 부품들 사이의 용접 조인트들은 상이한 형태로 알려져 있다. 예컨대 연료 인젝터의 제조시 2 개의 부품들, 즉 내부 폴 및 연결 슬리브가 용접 조인트에 의해 서로 연결된다. 이 경우, 단일 용접 시임이 디스크 레이저에 의해 제조된다. 내연 기관에서 지속적으로 높아지는 환경 기준으로 인해 디젤 및 가솔린 내연 기관에서 특히 지속적으로 분사 압력도 증가한다. 차량용 내연 기관에서 나타나는 바와 같은 진동 하중시 그리고 800 x 105 Pa를 초과하는 범위의 매우 높은 압력으로 인해 이전에 사용된 용접 조인트들에서의 과부하로 인한 시임 파손이 발생할 수 있다는 것이 조사에서 밝혀졌다. 따라서 특히 매우 높은 압력에서 사용될 인젝터들의 경우 이러한 용접 조인트들을 개선할 필요가 있다.In the prior art, welded joints between two parts are known in different forms. In the manufacture of a fuel injector, for example, two parts are connected to each other by a weld joint, ie the inner pawl and the connecting sleeve. In this case, a single weld seam is produced by the disc laser. Due to the ever-increasing environmental standards in internal combustion engines, the injection pressure also increases continuously, especially in diesel and gasoline internal combustion engines. Investigations have shown that under vibration loads as seen in automotive internal combustion engines and due to very high pressures in the range exceeding 800 x 10 5 Pa, seam failures may occur due to overload in previously used weld joints. There is therefore a need to improve these weld joints, especially for injectors to be used at very high pressures.
본 발명의 과제는 어려운 조건 하에서도 매우 높은 강도를 가진 두 부품들 간의 파이버 레이저 용접 조인트를 포함한 부품 조립체, 상기 부품 조립체를 구비한 인젝터, 및 상기 파이버 레이저 용접 조인트의 제조 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a part assembly comprising a fiber laser weld joint between two parts having very high strength even under difficult conditions, an injector with the part assembly, and a method of manufacturing the fiber laser weld joint.
상기 과제는 독립 청구항들의 특징들을 가진 대상들에 의해 해결된다.The problem is solved by the objects having the features of the independent claims.
청구항 제 1 항의 특징들을 가진 본 발명에 따른 부품 조립체는 2 개의 부품들 간의 용접 조인트가 심하며 어려운 조건에서도 매우 높은 강도를 갖는다는 장점을 갖는다. 특히 예컨대 차량의 내연 기관 내 인젝터에서와 같이 연속 하중이 있는 경우에 진동 하중 및 높은 압력으로 인한 특히 용접 시임의 시임 손상이 방지될 수 있다. 부품 조립체는 제 1 및 제 2 부품, 그리고 이들 2 개의 부품들 사이의 파이버 레이저 용접 조인트를 포함한다. 파이버 레이저 용접 조인트는 부품들 사이의 조인트 갭에서 제 1 부품을 제 2 부품과 연결한다. 제 1 및 제 2 부품 사이의 조인트 갭은 서로 연결될 부품들이 서로 맞닿는 위치이다. 파이버 레이저 용접 조인트는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 용접 시임을 포함한다. 적어도 2 개의 용접 시임들이 서로 직접적으로 나란히 배치되고, 용접 시임들이 접촉되며, 적어도 하나의 용접 시임이 결합될 부품들 사이의 조인트 갭에 걸쳐서 놓인다. 용접 시임들은 모든 파이버 레이저 용접 시임들이므로 용접 시임의 완성 후에 연속 용접 시임의 느낌이 난다.The part assembly according to the invention with the features of
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시한다.The dependent claims present preferred embodiments of the invention.
더욱 바람직하게는 제 1 용접 시임이 부분적으로 제 1 및 제 2 부품 사이의 조인트 갭에 걸쳐서 배치된다. 특히 바람직하게는 제 2 용접 시임이 2 개의 부품들 사이의 조인트 갭에 걸쳐서 배치된다. 제 1 용접 시임 및 제 2 용접 시임이 부품들 사이의 조인트 갭에 걸쳐서 배치되는 것이 특히 바람직하다. 이로써, 제 1 및 제 2 용접 시임의 부분적 중첩이 조인트 갭에 걸쳐서 이루어지고 바람직하게는 이러한 중첩이 가능한 한 작다.More preferably, the first weld seam is partially disposed over the joint gap between the first and second parts. Particularly preferably a second welding seam is arranged over the joint gap between the two parts. It is particularly preferred that the first weld seam and the second weld seam are arranged over the joint gap between the parts. Thereby, a partial overlap of the first and second weld seams is made over the joint gap and preferably this overlap is as small as possible.
더욱 바람직하게는 제 1 및 제 2 부품이 각각 둘레가 폐쇄된 부품들로서 제공되고 파이버 레이저 용접 조인트도 둘레가 폐쇄되게 형성된다. 제 1 및 제 2 부품들은 특히 바람직하게는 원통형, 특히 중공 원통형 결합 파트너들로서 제공된다.More preferably, the first and second parts are provided as closed parts, respectively, and the fiber laser weld joint is also formed so that the circumference is closed. The first and second parts are particularly preferably provided as cylindrical, in particular hollow cylindrical coupling partners.
더욱 바람직하게는 파이버 레이저 용접 조인트가 원통형 또는 중공 원통형 결합 파트너들의 외주 상에 형성된다.More preferably, the fiber laser weld joint is formed on the outer circumference of the cylindrical or hollow cylindrical coupling partners.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 둘레가 폐쇄된 부품들의 경우 상이한 용접 시임들의 시작점과 끝점이 길이 방향 또는 원주 방향으로 서로 오프셋된다. 이로써 다양한 용접 시임들의 시작점과 끝점이 원주 방향으로 동일한 높이에 놓이는 것이 방지된다.According to another preferred embodiment of the present invention, in the case of parts with a closed circumference, the start point and the end point of different welding seams are offset from each other in the longitudinal direction or the circumferential direction. This prevents the start and end points of the various weld seams from being at the same height in the circumferential direction.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 파이버 레이저 용접 조인트는 제 1 및 제 2 부품의 침투가 완전하지 않고, 특히 부품들의 벽 두께의 90%보다 작은 범위에서 주어지도록 제공된다. 침투는 특히 바람직하게는 부품들의 벽 두께의 80% 이하 및 50% 이상이다.According to another preferred embodiment of the invention, the fiber laser weld joint is provided such that the penetration of the first and second parts is not complete, in particular given in a range less than 90% of the wall thickness of the parts. The penetration is particularly preferably at most 80% and at least 50% of the wall thickness of the parts.
더욱 바람직하게는 용접 시임들의 종횡비가 가능한 크게 선택된다. 종횡비는 용접 시임의 가장 큰 폭에 대한 부품 내 용접 시임의 깊이의 비율이다. 용접 시임의 가장 큰 폭은 결합될 부품들의 표면 상에 있다. 종횡비는 바람직하게는 5보다 크고, 특히 8보다 크다.More preferably the aspect ratio of the weld seams is chosen as large as possible. Aspect ratio is the ratio of the depth of the weld seam in the part to the largest width of the weld seam. The largest width of the weld seam is on the surface of the parts to be joined. The aspect ratio is preferably greater than 5, in particular greater than 8.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 파이버 레이저 용접 조인트는 적어도 하나의 제 3 용접 시임을 포함한다. 용접 시임들의 위치 설정은 제 2 용접 시임 및 제 3 용접 시임이 제 1 용접 시임 바로 옆에 그리고 그와 접촉하여 배치되도록 이루어진다. 제 2 용접 시임은 제 1 용접 시임의 제 1 측면과 접촉하고 제 3 용접 시임은 제 1 용접 시임의 제 2 측면과 접촉한다. 제 1 용접 시임은 바람직하게는 제 2와 제 3 용접 시임 사이의 중간에 놓인다.According to another preferred embodiment of the present invention, the fiber laser welding joint includes at least one third welding seam. The positioning of the weld seams is such that the second weld seam and the third weld seam are disposed next to and in contact with the first weld seam. The second weld seam is in contact with the first side of the first weld seam and the third weld seam is in contact with the second side of the first weld seam. The first weld seam preferably lies in the middle between the second and third weld seams.
바람직하게는 4 개의 용접 시임이 제공될 수도 있거나 또는 더욱 바람직하게는 5 개의 용접 시임이 제공될 수도 있다. 배치는 부품들의 조인트 갭에 걸친 용접 시임의 수에 따라 선택되어야 한다. 용접 시임이 4 개인 경우, 2 개의 중간 용접 시임들 사이에 조인트 갭이 배치되고 2 개의 외부 용접 시임들은 각각 2 개의 중간 용접 시임들 중 하나의 용접 시임에 접촉한다. 용접 시임이 5 개인 경우, 중간 용접 시임이 직접 부품들의 조인트 갭에 걸쳐 배치되고 중간 용접 시임의 양 측면에 각각 서로 접촉하는 2 개의 추가 용접 시임들이 각각 제공된다. 따라서 4 개 또는 5 개의 용접 시임이 제공되는 경우에도 단일 용접 시임의 느낌이 난다.Preferably four weld seams may be provided or more preferably five weld seams may be provided. The layout should be chosen according to the number of weld seams across the joint gap of the parts. In the case of four weld seams, a joint gap is disposed between the two intermediate weld seams and the two outer weld seams each contact the weld seam of one of the two intermediate weld seams. In the case of five weld seams, two additional weld seams are provided, each of which is placed directly over the joint gap of the parts and in contact with each other on both sides of the intermediate weld seam. Thus a single weld seam is felt even when four or five weld seams are provided.
더욱 바람직하게는 용접 시임들의 폭이 각각 동일하게 선택된다. 이로써 부품들 내로 규정된 열 도입이 보장되고, 모든 용접 시임들이 파이버 레이저의 설정을 변경할 필요 없이 동일한 파이버 레이저에 의해 제조될 수 있다. 이로써 연결될 두 부품들 내로 너무 높은 열이 도입되지 않는 것이 보장된다. 바람직하게는 부품들의 표면 상의 용접 시임들의 폭이 250 내지 350㎛의 범위에 있고, 특히 바람직하게는 260 내지 320㎛의 범위에 있다. 바람직하게는 용접 시임의 내부 단부 상의 시임 폭이 70 내지 140㎛의 범위에 있고, 특히 바람직하게는 80 내지 130㎛의 범위에 있다. 이로써, 횡단면으로 볼 때 좁아지는 용접 시임이 형성된다. 따라서 용접 시임들이 부품들의 표면 상에서는 접촉 또는 중첩되고, 용접 시임들이 부품들의 내부에서는 서로 이격된다. 따라서, 결합될 부품들 내로 열 도입이 의도적으로 감소될 수 있다.More preferably the widths of the welding seams are each chosen equally. This ensures a defined heat introduction into the parts and all welding seams can be produced by the same fiber laser without having to change the setting of the fiber laser. This ensures that too high heat is not introduced into the two parts to be connected. Preferably the width of the weld seams on the surface of the parts is in the range of 250 to 350 μm, particularly preferably in the range of 260 to 320 μm. Preferably the seam width on the inner end of the weld seam is in the range of 70 to 140 μm, particularly preferably in the range of 80 to 130 μm. Thereby, the welding seam which narrows in a cross section is formed. Thus, the welding seams are contacted or overlapped on the surfaces of the parts, and the welding seams are spaced from each other inside the parts. Thus, heat introduction into the parts to be joined can be intentionally reduced.
용접 시임들이 3 개인 경우, 특히 바람직하게는 중간 용접 시임의 중심이 결합될 부품들 사이의 조인트 위에 배치된다. 더욱 바람직하게는, 폐쇄된 외주를 가진 부품들, 예컨대 결합될 부품들이 원통형인 경우, 용접 시임들의 시작점들 및 끝점들이 원주 방향으로 서로 오프셋되게 배치된다. 오프셋은 특히 시작점들 및 끝점들이 360°를 용접 시임들의 수로 나눈 각으로 오프셋되도록 이루어진다. 예컨대 용접 시임이 3 개인 경우 시작점들 및 끝점들이 원주를 따라 120°의 각으로 서로 오프셋되게 배치된다.In the case of three welding seams, particularly preferably the center of the intermediate welding seam is arranged above the joint between the parts to be joined. More preferably, when the parts with closed outer periphery, for example the parts to be joined, are cylindrical, the starting and ending points of the welding seams are arranged offset from one another in the circumferential direction. The offset is in particular made such that the start and end points are offset by an angle divided by 360 ° by the number of weld seams. For example, when there are three weld seams, the starting points and the end points are arranged offset from each other at an angle of 120 ° along the circumference.
더욱 바람직하게는 3 개의 용접 시임들이 제공되는 경우, 제 1, 중간 용접 시임의 제 1 중심선과 제 2 용접 시임의 제 2 중심선 간의 제 1 거리는 제 1 용접 시임의 제 1 중심선과 제 3 용접 시임의 제 3 중심선 간의 제 2 거리와 동일하다. 이로써 제 1 용접 시임에 대한 제 2 및 제 3 용접 시임의 대칭 배치가 달성된다. 더욱 바람직하게는 적어도 3 개의 용접 시임들의 중심선들 간의 제 1 거리 및/또는 제 2 거리가 20㎛ 내지 100㎛의 범위, 특히 40㎛ 내지 80㎛의 범위에 있다.More preferably, if three weld seams are provided, the first distance between the first center line of the first and intermediate weld seams and the second center line of the second weld seams is equal to that of the first and third weld seams. Is equal to the second distance between the third centerline. This achieves a symmetrical arrangement of the second and third weld seams relative to the first weld seam. More preferably the first and / or second distance between the centerlines of the at least three weld seams is in the range from 20 μm to 100 μm, in particular in the range from 40 μm to 80 μm.
더욱 바람직하게는 제 1 및 제 2 부품이 금속 재료로 제조된다. 더욱 바람직하게는 2 개의 결합 파트너들이 조인트 갭 상에서 서로 평행하는 벽 영역들을 갖는다.More preferably the first and second parts are made of metallic material. More preferably the two coupling partners have wall regions parallel to each other on the joint gap.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 부품 조립체를 포함한 인젝터, 특히 연료 인젝터에 관한 것이다. 특히 바람직하게는 인젝터가 마그네틱 인젝터이고 제 1 부품이 인젝터의 내부 폴이고 제 2 부품이 슬리브, 특히 인젝터의 유압 연결을 위한 연결 슬리브이다.The invention also relates to an injector, in particular a fuel injector, comprising a component assembly according to the invention. Particularly preferably the injector is a magnetic injector, the first part is an inner pole of the injector and the second part is a sleeve, in particular a connecting sleeve for hydraulic connection of the injector.
또한 본 발명은 제 1 부품과 제 2 부품 사이에 파이버 레이저 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다. 방법은 용접에 의한 결합 단계를 위해 제 1 및 제 2 부품을 위치 설정하는 단계, 파이버 레이저에 의해 조인트 갭의 영역에서 제 1 및 제 2 부품 사이에 제 1 용접 시임을 제조하는 단계, 및 파이버 레이저에 의해 제 1 용접 시임의 제 1 측면 상에 직접 인접하게 놓이는 제 2 용접 시임을 제조하는 단계를 포함한다.The invention also relates to a method of manufacturing a fiber laser weld joint between a first part and a second part. The method includes positioning the first and second components for joining by welding, manufacturing a first welding seam between the first and second components in the region of the joint gap by a fiber laser, and a fiber laser Manufacturing a second welding seam that lies directly adjacent to the first side of the first welding seam.
더욱 바람직하게는 상기 방법이 제 3 용접 시임을 제조하는 단계도 포함한다. 이 경우, 용접 시임들은 제 3 용접 시임이 제 1 용접 시임의 제 2 측면 상에서 제 1 용접 시임에 직접 인접하게 그리고 그와 접촉하게 놓인다.More preferably, the method also includes producing a third welding seam. In this case, the weld seams are placed such that the third weld seam is directly adjacent and in contact with the first weld seam on the second side of the first weld seam.
바람직하게는 추가로 제 4 용접 시임 또는 더욱 바람직하게는 제 5 용접 시임도 제공된다. 용접 시임들은 파이버 레이저 용접 조인트의 형성 후 단일 시임의 느낌이 나도록 항상 서로 세팅된다.Preferably further a fourth welding seam or more preferably a fifth welding seam is also provided. The weld seams are always set to each other to feel a single seam after the formation of the fiber laser weld joint.
바람직하게는 용접 시임들이 3 개인 경우, 먼저 제 1 용접 시임이 완전히 제조되고 그 후 제 2 용접 시임이 완전히 제조되고 이어서 바람직하게는 제 3 용접 시임이 완전히 제조된다. 그러나 예컨대 제 1 용접 시임이 시작되고 바람직하게는 일정 시간 후 제 2 용접 시임이 시작되고 그 후 추가 일정 시간 후 제 3 용접 시임이 시작되는 경우, 용접 시임들이 시간적으로 중첩되게 제조될 수도 있다. 3 개의 용접 시임들이 연속적으로 제조되는 것이 바람직한데, 그 이유는 파이버 레이저에 대한 비용이 현저히 감소하기 때문이다. Preferably, when there are three weld seams, first the first weld seam is completely manufactured, and then the second weld seam is completely manufactured, and then preferably the third weld seam is fully manufactured. However, for example, when the first welding seam starts and preferably after a certain time the second welding seam starts and after a further some time the third welding seam starts, the welding seams may be made to overlap in time. It is desirable that three weld seams be manufactured in series because the cost for the fiber laser is significantly reduced.
바람직하게는 용접 시임들이 3 개인 경우, 제 1 용접 시임이 직접 제 1 및 제 2 부품 사이의 조인트 갭에 걸쳐 세팅된다. 이 경우, 바람직하게는 제 1 용접 시임의 중심이 조인트 갭 위에 세팅된다. 그러나 바람직하게는 제 1 용접 시임이 조인트 갭에 대해 약간 오프셋되게 세팅되지만 조인트 갭을 덮고, 그 후 다른 용접 시임의 중심이 조인트 갭 위에 세팅되는 것도 가능하다. 즉, 파이버 레이저 용접 조인트에서도 먼저 하나 또는 2 개의 외부 용접 시임들이 세팅되고 그 후 중간 용접 시임이 세팅되는 것도 가능하다. Preferably, when there are three weld seams, the first weld seam is set directly over the joint gap between the first and second parts. In this case, preferably the center of the first welding seam is set above the joint gap. Preferably, however, it is also possible for the first weld seam to be set slightly offset relative to the joint gap, but to cover the joint gap, and then the center of the other weld seam to be set above the joint gap. In other words, it is also possible for one or two external welding seams to be set first and then an intermediate welding seam to be set in the fiber laser weld joint as well.
더욱 바람직하게는 파이버 레이저가 제 1 및 제 2 부품들 사이의 결합 지점 상으로 수직으로 향한다. 따라서 결합 지점을 따라 정확히 파이버 레이저 용접 시임이 배치될 수 있다.More preferably the fiber laser is directed vertically onto the joining point between the first and second parts. Thus, exactly the fiber laser welding seam can be placed along the joining point.
특히 제 1 및 제 2 부품이 둘레가 폐쇄된 부품, 특히 원통형 부품, 특히 원통형 중공 부품인 경우, 특히 바람직하게는 적어도 3 개의 용접 시임들의 시작점들 및/또는 끝점들이 용접 시임의 방향으로 오프셋되게 배치된다.In particular when the first and second parts are closed-circuit parts, in particular cylindrical parts, in particular cylindrical hollow parts, particularly preferably the starting and / or end points of at least three welding seams are arranged so as to be offset in the direction of the welding seam. do.
더욱 바람직하게는 파이버 레이저의 레이저 포인트가 결합될 부품들의 표면 상에서, 레이저 포인트가 10㎛ 내지 60㎛의 직경, 특히 15㎛ 내지 40㎛의 범위의 직경을 갖도록 선택된다. More preferably, on the surface of the parts to which the laser point of the fiber laser is to be joined, the laser point is selected to have a diameter in the range of 10 μm to 60 μm, in particular in the range of 15 μm to 40 μm.
더욱 바람직하게는 용접 시임이 3 개인 경우, 중간 제 1 용접 시임의 중심선이 제 2 용접 시임의 중심선에 대해 제 1 거리를 갖고, 상기 제 1 거리는 제 3 용접 시임의 제 3 중심선에 대한 제 1 중심선의 제 2 거리와 동일하다.More preferably, when there are three weld seams, the centerline of the intermediate first weld seam has a first distance with respect to the centerline of the second weld seam, and the first distance is a first centerline with respect to the third centerline of the third weld seam. Is equal to the second distance.
바람직하게는 제 1, 제 2 및 제 3 용접 시임이 형성되는 속도는 3.0m/min 내지 8.0m/min, 특히 4.3m/min 내지 5.3m/min의 범위로 제공되고, 특히 약 4.8m/min이다.Preferably the speed at which the first, second and third weld seams are formed is provided in the range of 3.0 m / min to 8.0 m / min, in particular 4.3 m / min to 5.3 m / min, in particular about 4.8 m / min. to be.
또한 파이버 레이저 용접 조인트를 제조하기 위해, 파이버 레이저가 이동될 수 있거나 또는 두 부품들이 이동될 수 있거나, 또는 파이버 레이저 및 두 부품들 모두 이동될 수 있다. 그러나 두 부품들이 이동, 특히 회전되는 실시 예가 바람직하다.Also to manufacture a fiber laser weld joint, the fiber laser can be moved or both parts can be moved, or the fiber laser and both parts can be moved. However, the embodiment in which the two parts are moved, in particular rotated, is preferred.
파이버 레이저에 의한 용접 과정은 바람직하게는 질소 분위기에서 실시된다. 더욱 바람직하게는 제 1 및 제 2 부품이 결합 지점 상에서 사전에 정해진 힘으로 서로 가압된다. 사전에 정해진 힘은 바람직하게는 200Nm 내지 350Nm의 범위에 있고, 바람직하게는 300Nm이다. 본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 둘레가 폐쇄된 부품의 경우 3 개의 용접 시임들이 원주 방향으로 각 오프셋으로 각각 시작되고 끝나며, 각 오프셋은 바람직하게는 120°이다. The welding process by the fiber laser is preferably carried out in a nitrogen atmosphere. More preferably the first and second parts are pressed against each other with a predetermined force on the joining point. The predetermined force is preferably in the range of 200 Nm to 350 Nm, preferably 300 Nm. According to another preferred embodiment of the invention, in the case of a part with a closed circumference, three weld seams start and end at each offset in the circumferential direction, each offset being preferably 120 °.
이하에서, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예들이 상세히 설명된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 제 1 실시 예에 따른 부품 조립체를 포함한 인젝터의 개략도이고,
도 2는 파이버 레이저 용접 조인트를 포함한 도 1의 부품 조립체의 확대 상세도이고,
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 부품 조립체의 확대도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 방법에 따른 도 3의 파이버 레이저 용접 조인트의 제조시 중간 단계들의 개략도들이고,
도 6은 제 2 실시 예에 따른 용접 시임들의 시작점들 및 끝점들의 위치 설정을 설명하기 위한 용점 시임들의 개략도이다. 1 is a schematic view of an injector including a parts assembly according to a first embodiment,
2 is an enlarged detail view of the component assembly of FIG. 1 including a fiber laser weld joint,
3 is an enlarged view of a component assembly according to a second embodiment of the present invention;
4 and 5 are schematic diagrams of intermediate steps in the manufacture of the fiber laser weld joint of FIG. 3 according to the method according to the invention,
6 is a schematic view of melting seams for explaining the positioning of start points and end points of welding seams according to a second embodiment.
이하에서, 도 1 및 도 2를 참조해서 바람직한 실시 예에 따른 부품 조립체 및 파이버 레이저 용접 조인트의 제조 방법이 상세히 설명된다.Hereinafter, a method of manufacturing a component assembly and a fiber laser welding joint according to a preferred embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1에는 본 발명에 따른 부품 조립체(1)를 포함한 길이 방향 축(X-X)을 가진 인젝터(100)가 도시된다. 부품 조립체(1)는 제 1 부품(10) 및 제 2 부품(20)을 포함한다.1 shows an
본 실시 예에서 제 1 부품(10)은 인젝터(100)의 내부 폴이고 제 2 부품(20)은 인젝터(100)를 유압식으로 연결시키는 연결 슬리브이다.In this embodiment, the
인젝터(100)는 분사 홀들(101) 및 자기 액추에이터(102)를 포함하고, 제 1 부품(10)은 여기에서는 자기 액추에이터(102)의 일부이다. 또한 유압 연결부(103) 및 전기 연결부(104)가 도시된다.The
도 2에는 부품 조립체(10)가 상세하게 도시된다. 파이버 레이저 용접 조인트(2)가 제 1 부품(10)을 제 2 부품(20)과 연결한다. 파이버 레이저 용접 조인트(2)가 제 1 용접 시임(3) 및 제 2 용접 시임(4)을 포함하는 것이 도 2의 상세도에 나타난다.2 shows a detail of the
2 개의 용접 시임들(3, 4)은 부품들 간의 확실한 연결이 달성되도록 결합될 부품들(10, 20) 사이의 조인트 갭(6)에 걸쳐서 배치된다. 제 1 용접 시임(3)은 제 1 용접 시임(3)이 조인트 갭(6)을 적어도 부분적으로 덮도록 조인트 갭(6)에 걸쳐서 배치된다. 그 후 제 2 용접 시임(4)이 제 1 용접 시임(3)의 제 1 측면 상에 세팅된다. 여기서도, 제 2 용접 시임(4)이 부분적으로 조인트 갭(6)을 덮는다. 도 2에 도시되듯이, 제 1 및 제 2 용접 시임(3, 4)의 위치 설정은 바람직하게는 조인트 갭(6)이 제 1 및 제 2 용접 시임(3, 4) 사이에 정확히 중간에 놓이도록 이루어진다.Two
또한 제 1 용접 시임(3)의 폭(B1)이 제 2 용접 시임(4)의 제 2 폭(B2)과 동일하다. 도면 부호 M1은 제 1 용접 시임(3)의 중심선을 나타내고 M2는 제 2 용접 시임(4)의 중심선을 나타낸다. 조인트 갭(6)과 중심선들(M1 및 M2)의 거리들이 동일하므로 조인트 갭(6)에 대해 대칭 파이버 레이저 용접 조인트(2)가 얻어진다.In addition, the width B1 of the
도 2에 더 도시되듯이, 2 개의 용접 시임들(3, 4)의 깊이들(T)도 동일하다. 각각의 용접 시임의 깊이(T)는 서로 연결될 중공 원통형 부품들(10, 20)의 벽 두께(W)의 약 50% 이다. 용접 시임들은 깊이 방향으로 가늘어진다. 제 1 폭(B1) 또는 제 2 폭(B2)에 대한 T의 종횡비는 5보다 크다.As further shown in FIG. 2, the depths T of the two
이로써 용접 시임들(3, 4)은 바람직하게는 파이버 레이저에 의해 동일한 설정 파라미터들로 형성된다. 파이버 레이저는 바람직하게는 서로 연결될 부품들(10, 20)의 표면 상으로 수직으로 향한다.The welding seams 3, 4 are thus formed with the same setting parameters by means of a fiber laser. The fiber laser is preferably directed perpendicularly onto the surface of the
제 1 및 제 2 용접 시임(3, 4)의 제조시 재료 축적을 방지하기 위해 2 개의 용접 시임들(3, 4)의 시작점들 및 끝점들이 원주 방향으로 서로 오프셋된다. 용접 시임들이 2 개인 경우 시작 및 끝점들이 부품들 상에서 바람직하게는 180°만큼 서로 오프셋되게 배치된다.The start and end points of the two
바람직하게는 파이버 레이저의 레이저 포인트는 레이저 포인트가 10 내지 60㎛의 직경, 및 특히 15 내지 40㎛의 직경을 갖도록 선택된다. 결합될 부품들의 회전 또는 파이버 레이저의 회전이 이루어지거나, 또는 부품들 및 파이버 레이저의 회전이 이루어진다. 회전 속도는 바람직하게는 3 rps의 범위에 있다. Preferably the laser point of the fiber laser is selected such that the laser point has a diameter of 10 to 60 μm, and in particular 15 to 40 μm. The rotation of the components to be joined or the rotation of the fiber laser is effected or the rotation of the components and the fiber laser is achieved. The rotational speed is preferably in the range of 3 rps.
서로 연결될 부품들(10, 20)이 바람직하게는 클램핑 장치 내에서 300N의 예비 응력으로 인장된다.The
이하에서, 도 3 내지 도 6을 참조해서 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 부품 조립체가 상세하게 설명된다. 동일 또는 기능상 동일한 부분들은 동일한 도면 부호들을 갖는다.Hereinafter, a component assembly according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6. Identical or functionally identical parts have the same reference numerals.
제 1 실시 예와는 달리 제 2 실시 예의 부품 조립체(2)는 총 3 개의 용접 시임들, 즉 제 1 용접 시임, 제 2 용접 시임(4) 및 제 3 용접 시임(5)을 갖는다.Unlike the first embodiment, the
제 1 용접 시임(3)이 제 2 용접 시임(4)과 제 3 용접 시임(5) 사이의 중간에 배치된다. 제 2 및 제 3 용접 시임(4, 5)은 제 1 용접 시임(3) 바로 옆에 그리고 그와 접촉하게 배치된다.The
제 1 용접 시임(3)의 제 1 폭(B1)이 제 2 용접 시임(4)의 제 2 폭(B2)과 동일하고 제 3 용접 시임(5)의 제 3 폭(B3)과 동일하다. 따라서 용접 시임들은 동일한 폭으로 형성된다.The first width B1 of the
도 3에 더 도시되듯이, 3 개의 용접 시임들(3, 4, 5)의 깊이들(T)도 동일하다.As further shown in FIG. 3, the depths T of the three
본 실시 예에서 제 1 및 제 2 부품(10, 20)도 중공 원통형 부품들이고, 각각의 용접 시임(3, 4, 5)의 깊이(T)는 서로 연결될 2 개의 부품들(10, 20)의 벽 두께(W)의 약 50% 이다.In this embodiment, the first and
파이버 레이저 용접 조인트(2)를 형성하는 3 개의 용접 시임들(3, 4, 5)이 파이버 레이저에 의해 동일한 설정 파라미터들로 형성된다. 파이버 레이저가 서로 연결될 부품들(10, 20)의 표면 상으로 수직으로 향한다.Three
도 3에 도시되듯이, 제 1 용접 시임(3)은 2 개의 부품들(10, 20) 사이의 조인트 갭(6)에 직접 세팅된다. 이 경우 제 1 용접 시임(3)의 중심이 조인트 갭(6) 위에 배치된다.As shown in FIG. 3, the
연결될 2 개의 부품들(10, 20)이 둘레가 폐쇄된 부품들이기 때문에 3 개의 용접 시임들(3, 4, 5)도 완전히 둘레를 둘러싼다. 재료 축적 또는 이미 세팅된 용접 시임의 바람직하지 않은 용해를 막기 위해 3 개의 용접 시임들(3, 4, 5)의 시작점들 및 끝점들(7, 8)이 원주 방향으로 서로 오프셋된다. 바람직하게는 시작점들 및 끝점들(7, 8)이 각각 120°만큼 오프셋되게 배치되고, 이는 도 6에 개략적으로 도시된다.The three
제 1 부품(10)과 제 2 부품(20) 사이의 파이버 레이저 용접 조인트(2)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 먼저 2 개의 부품들(10, 20)이 서로 맞대어 결합되므로, 조인트 갭(6)이 주어진다. 제 1 부품의 외경은 제 2 부품의 외경과 동일하다. 그 후 제 1 용접 시임(3)이 먼저 제조되고, 상기 제 1 용접 시임은 직접 조인트 갭(6)에 걸쳐 그리고 조인트 갭(6)에 대해 대칭으로 형성된다. 다음 단계에서 제 2 용접 시임(4)이 제조되고, 제 2 용접 시임(4)은 제 1 용접 시임(3) 바로 옆에 그리고 제 1 용접 시임(3)과 접촉하게 제조된다. 이는 도 5에 도시된다.In the method according to the invention for manufacturing the fiber laser weld joint 2 between the
다음 단계에서 제 1 용접 시임(3)의 제 2 측면 상에 배치되고 역시 제 1 용접 시임(3) 바로 옆에 그리고 그와 접촉하게 형성되는 제 3 용접 시임(5)이 제조된다. 파이버 레이저는 부품들(10, 20)의 표면 상으로 90°의 각으로 향한다.In a next step a
더욱 바람직하게는 제 1 용접 시임의 중심선(M1)이 제 1 중심선(M1)과 제 3 용접 시임의 제 3 중심선(M3) 간의 거리(A2)와 동일하게 제 2 용접 시임의 제 2 중심선(M2)로부터 떨어져 있도록 3 개의 용접 시임들(3, 4, 5)이 배치된다. 중심선들(M1, M2, M3) 간의 거리(A1, A2)는 바람직하게는 40 내지 80㎛의 범위에 있고, 특히 바람직하게는 약 60㎛이다. More preferably, the second center line M2 of the second welding seam is equal to the distance A2 between the center line M1 of the first welding seam and the third centerline M3 of the third welding seam. Three
파이버 레이저의 적은 포커스 직경으로 인해 설명된 실시 예들에서 용접 시임들이 매우 작은 시임 폭 및 큰 종횡비로 제조될 수 있다. 다른 용접 시스템에 비해 동일한 전력에서 더 높은 이송 속도가 달성된다. 이로써 부품들의 최대 가로 변형이 감소된다. 또한 매우 짧은 처리 시간이 상대적으로 적은 전력 요구 및 부품들의 가열의 감소와 동시에 달성될 수 있다. Due to the low focus diameter of the fiber laser, weld seams can be manufactured with very small seam widths and large aspect ratios in the described embodiments. Higher feed rates are achieved at the same power compared to other welding systems. This reduces the maximum transverse deformation of the parts. Very short processing times can also be achieved simultaneously with relatively low power requirements and reduced heating of the components.
파이버 레이저의 비교적 적은 전력 도입은 부품들(10, 20) 둘다 또는 둘 중 하나의 소성 변형을 야기하지 않는다. 또한 약 4.8m/min의 높은 용접 속도에 의해 형성된 용접 시임들의 시임 폭이 감소된다. 따라서, 용접 시임의 외부 영역 상에서 소위 네일 헤드의 감소가 얻어진다. The relatively low power introduction of the fiber laser does not cause plastic deformation of both or both of the
인젝터(100)의 2 개의 중공 원통형 부품들(10, 20)을 연결하기 위해 예컨대 파이버 레이저가 하기와 같이 설정되었다: 최대 전력은 320W 였다. 레이저 포인트의 직경은 25㎛였다. 형성된 용접 시임들은 부품들의 외부 면 상에서 300㎛의 폭을 가졌다. 연결된 부품들의 내부에서 용접 시임들은 120㎛의 폭을 가졌다. 레이저와 부품 간의 이동 속도는 4.8m/min이었고, 용접 과정은 질소 하에서 실시되었다. 용접 시임들은 원주에서 서로 오프셋되어 시작했고 끝났다. 컴퓨터 단층 촬영기에 의한 검사에서 파이버 레이저 용접 조인트에 갭이 없는 것이 확인되었다. 파이버 레이저의 사용에 의해 부품들 내로의 열 도입이 감소된다. 적은 열 도입 및 용접 왜곡의 최소화에 의해서도 용접 조인트의 강도가 증가하고 용접 시임들의 잔류 응력이 감소된다. 따라서 용접 시임들의 기하학적 치수가 개선되고 결합될 부품들 간의 용접 시임 내에 갭 형성이 없어진다.For example, a fiber laser was set up as follows to connect the two hollow
따라서, 본 발명에 따라 2 개의 부품들(10, 20)의 효과적이고 경제적인 연결이 파이버 레이저에 의해 적어도 2 개의 용접 시임들이 세팅됨으로써 달성될 수 있다. 본 발명은 인젝터, 특히 중공 원통형 내부 폴 및 중공 원통형 연결 슬리브의 2 개의 부품들을 연결할 때 특히 적합하고, 상기 두 부품들은 동일한 외경을 갖는다. 적어도 2 개의 용접 시임들이 제공됨에도 불구하고 용접 시간이 종래 기술에 비해 상당히 감소될 수 있다. 이로써 특히 인젝터와 같은 대량 생산 부품들의 제조시 큰 비용 절감이 실현될 수 있다. 부품들이 중공 원통형인 경우 파이버 레이저 용접 조인트(2)가 부품들의 내주 상에도 제조될 수 있다. Thus, in accordance with the present invention, an effective and economical connection of the two
2:
파이버 레이저 용접 조인트
3:
제 1 용접 시임
4:
제 2 용접 시임
5:
제 3 용접 시임
6:
조인트 갭
10:
제 1 부품
20:
제 2 부품
A1:
제 1 거리
A2:
제 2 거리
M1:
제 1 중심선
M2:
제 2 중심선
M3:
제 3 중심선2: fiber laser welding joint
3: first welding seam
4: second welding seam
5: third welding seam
6: joint gap
10: first part
20: second part
A1: 1st street
A2: 2nd street
M1: first center line
M2: second centerline
M3: third centerline
Claims (21)
- 제 2 부품(20), 및
- 상기 제 1 부품(10)과 상기 제 2 부품(20)을 조인트 갭(6)에서 연결하기 위해 상기 제 1 부품(10)과 상기 제 2 부품(20) 사이에 파이버 레이저 용접 조인트(2)를 포함하는 부품 조립체에 있어서,
- 상기 파이버 레이저 용접 조인트(2)는 적어도 하나의 제 1 용접 시임(3) 및 제 2 용접 시임(4)을 포함하고,
- 상기 제 1 용접 시임(3) 및 상기 제 2 용접 시임(4)은 서로 직접적으로 나란히 그리고 서로 접촉하게 배치되는, 부품 조립체.A first part (10),
Second component 20, and
A fiber laser weld joint 2 between the first part 10 and the second part 20 for connecting the first part 10 and the second part 20 in a joint gap 6. In a component assembly comprising a,
The fiber laser welding joint 2 comprises at least one first welding seam 3 and a second welding seam 4,
The first welding seam (3) and the second welding seam (4) are arranged in direct contact with each other and in contact with each other.
- 상기 부품들이 조인트 갭(6)에서 서로 인접하게 놓이도록 상기 제 1 부품(10) 및 상기 제 2 부품(20)을 위치 설정하는 단계,
- 파이버 레이저에 의해 상기 조인트 갭(6)의 영역에서 상기 제 1 부품과 상기 제 2 부품 사이에 제 1 용접 시임(3)을 제조하는 단계, 및
- 제 1 측면 상에서 상기 제 1 용접 시임(3)에 대해 직접 인접하게 놓이고 상기 제 1 용접 시임(3)과 접촉하는 제 2 용접 시임(4)을 제조하는 단계를 포함하는, 제조 방법. As a manufacturing method of the fiber laser welding joint 2 between the first component 10 and the second component 20,
Positioning the first part 10 and the second part 20 such that the parts lie adjacent to one another in the joint gap 6,
Manufacturing a first weld seam 3 between the first part and the second part in the region of the joint gap 6 by means of a fiber laser, and
Manufacturing a second weld seam (4) lying directly adjacent to the first weld seam (3) on the first side and in contact with the first weld seam (3).
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