KR20200005806A

KR20200005806A - 레이저 용접용 지그

Info

Publication number: KR20200005806A
Application number: KR1020180079233A
Authority: KR
Inventors: 박청수; 임충만; 박준길
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2020-01-17
Also published as: KR102462732B1

Abstract

본 발명은 레이저 용접 시 용접부의 산화 및 이에 따른 부식을 방지함으로써 용접 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 레이저 용접용 지그를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 레이저 용접용 지그는, 레이저 빔를 이용한 레이저 용접 시, 제1용접대상물과 제2용접대상물의 용접부에 산화방지가스를 공급하기 위한 레이저 용접용 지그로서, 상기 산화방지가스가 주입되는 가스주입구를 구비한 제1플레이트; 상기 제1플레이트에 적층되며, 상기 가스주입구에 연통되어 상기 산화방지가스를 상기 용접부가 수용되며 측면 둘레가 밀폐된 공간으로 토출하는 가스토출구를 상기 제1플레이트와 사이에 형성하는 제2플레이트;를 포함하되, 상기 제1플레이트와 제2플레이트는 상기 용접부를 기준으로 상측으로 이격된 위치에 원주방향을 따라 구비된다.

Description

레이저 용접용 지그{Laser welding jig}

본 발명은 레이저 용접용 지그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 용접 시 용접부의 산화 및 이에 따른 부식을 방지함으로써 용접 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 레이저 용접용 지그에 관한 것이다.

종래에는 복수의 모재를 용접하는 방식으로 비소모성 텅스텐 용접봉과 모재 간의 아크열에 의해 모재를 용접하는 티그(TIG) 용접을 이용하였으나, 근래에는 용접부위를 높은 정밀도로 정확하고 신속하게 용접하는 레이저 용접이 널리 이용되고 있다. 레이저 용접 시, 용접부는 주변의 산화물에 의해 산화될 수 있으며, 산화에 따른 부식의 문제가 발생할 수 있다.

이와 같이 레이저 용접 시 용접부의 산화 및 부식을 방지하기 위한 방안으로, 용접부에 산화방지가스를 공급하여 용접부 주변을 산화방지 분위기로 조성하여 외부 공기와 같은 주변의 산화물이 용접부로 유입되는 것을 차단하는 방법을 적용하고 있다.

일례로, 레이저 용접 시 용접노즐에 산화방지가스를 투입 및 분사하여 용접부의 산화를 방지하는 방법을 사용했으나, 레이저 용접은 용접속도가 티그 용접에 비해 3배 이상 빨라 산화방지가스가 산란되는 현상이 발생하게 된다.

이와 같이 용접노즐에 산화방지가스를 주입하는 방법을 사용하는 경우, 용접노즐이 용접부가 형성될 위치를 따라서 이동하게 되는데, 용접재료의 형상에 따라서는 용접노즐이 용접재료와 간섭될 경우 산화방지가스를 용접부로 공급할 수 없게 되는 문제점이 있다.

또한, 용접노즐 방식이 아닌 스캐너 방식의 레이저 용접의 경우, 용접부에 산화방지가스를 공급하여 산화방지 분위기를 조성하기 위하여 별도의 차폐룸 등을 적용하게 되는데, 상기 차폐룸은 레이저 프로텍션 글라스와 같은 고가의 부품을 구비함에 따라 레이저 용접 장치의 설비 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1256430호 대한민국 공개특허 제10-2010-0036930호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저 용접 시 용접부의 산화 및 이에 따른 부식을 방지함으로써 용접 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 레이저 용접용 지그를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 레이저 용접용 지그는, 레이저 빔를 이용한 레이저 용접 시, 제1용접대상물과 제2용접대상물의 용접부에 산화방지가스를 공급하기 위한 레이저 용접용 지그로서, 상기 산화방지가스가 주입되는 가스주입구를 구비한 제1플레이트; 상기 제1플레이트에 적층되며, 상기 가스주입구에 연통되어 상기 용접부가 수용되며 측면 둘레가 밀폐된 공간으로 상기 산화방지가스를 토출하는 가스토출구를 상기 제1플레이트와 사이에 형성하는 제2플레이트;를 포함하되, 상기 제1플레이트와 제2플레이트는 상기 용접부를 기준으로 상측으로 이격된 위치에 둘레방향을 따라 구비된다.

상기 가스주입구는 상기 제1플레이트에 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 가스토출구는 상기 용접부를 기준으로 상측으로 이격된 위치에 둘레방향을 따라 슬릿 형태로 이루어질 수 있다.

상기 가스토출구는 둘레방향을 따라 연결된 슬릿 형태로 이루어질 수 있다.

상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에는, 상기 가스주입구를 통해 주입된 산화방지가스가 상기 가스토출구를 통해 토출되기 전에 충전되어 안정화 되도록 하기 위해 상기 가스토출구에 비해 상대적으로 큰 부피를 갖는 안정화 공간이 마련될 수 있다.

상기 제1플레이트와 제2플레이트를 지지하며 상기 용접부의 둘레를 에워싸는 측면관을 더 포함할 수 있다.

상기 용접부는 소정 간격으로 상호 이격되어 복수의 위치에 형성되고, 상기 복수의 용접부 사이 공간을 차단하도록 구비되어 상기 용접부 측으로의 공기 유입을 차단하기 위한 산화방지 플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 산화방지 플레이트에는 레이저 빔이 통과하여 상기 용접부에 조사되도록 상기 용접부를 노출되도록 하는 관통구가 형성될 수 있다.

상기 산화방지 플레이트에는 상기 레이저 빔이 간섭 없이 상기 용접부에 조사되도록 상기 관통구가 형성된 측면이 수직면을 기준으로 일측으로 경사진 챔퍼가 형성될 수 있다.

상기 용접부가 수용되며 측면 둘레가 밀폐된 공간을 향하여 상기 산화방지가스를 상향으로 공급하도록 상기 용접부의 하측에 구비되는 하부 지그를 더 포함할 수 있다.

상기 하부 지그는, 가스유입구를 통해 유입된 산화방지가스를 방사상으로 균분하기 위한 가스유입 플레이트를 포함할 수 있다.

상기 가스유입구는 상기 가스유입 플레이트의 일측에 구비되고, 상기 가스유입 플레이트에는, 상기 가스유입구를 통해 유입된 산화방지가스를 상기 가스유입 플레이트의 중앙부로 유도하기 위한 가스유입유로와, 상기 가스유입유로에 연결되며 상기 중앙부로부터 방사상으로 연결된 복수의 제1분배홈이 형성될 수 있다.

상기 가스유입 플레이트에는, 상기 제1분배홈에 연결되며 원주방향으로 소정 길이를 갖는 제2분배홈이 형성될 수 있다.

상기 하부 지그는, 상기 가스유입 플레이트 상에 적층되며 상기 제2분배홈과 상하로 대응되는 위치에 복수의 가스배출홀이 형성된 가스배출 플레이트가 적층될 수 있다.

상기 하부 지그는, 상기 가스배출 플레이트 상에 적층되며 상기 가스배출홀을 통과한 산화방지가스를 균분하여 상기 용접부에 공급하기 위한 타공판이 적층될 수 있다.

상기 하부 지그는, 상기 타공판을 통과한 산화방지가스가 통과하는 개구부가 형성되며 상기 제1용접대상물과 제2용접대상물을 지지하기 위한 지지플레이트를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 용접용 지그에 의하면, 용접부의 상측 둘레에 구비된 제1플레이트와 제2플레이트를 통하여 산화방지가스를 용접부 위치까지 유입시켜 용접부 주변을 산화방지 분위기로 조성함으로써 레이저 용접 시 발생하는 용접부의 산화 및 이에 따른 부식을 효과적으로 방지하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 산화방지 플레이트를 구비함으로써 레이저 용접 시 관판의 온도 상승에 의한 대류 현상에 의해 외부의 공기가 용접부로 유입되는 현상을 차단함으로써 용접부의 산화를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 용접부의 하측에 하부 지그를 구비하여 산화방지가스를 균분하여 용접부가 수용되는 공간을 향하여 상향으로 공급함으로써, 복수의 용접부 전체 영역에 산화방지가스가 균일한 유량으로 고르게 분배될 수 있어 산화방지가스의 소모량을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 레이저 용접 방식의 종류에 관계 없이 용접부를 산화방지 분위기로 조성하는데 널리 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 용접대상물의 일실시예로서 관체형 열교환기의 사시도,
도 2는 도 1의 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 용접용 지그가 용접대상물에 결합된 모습을 보여주는 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 레이저 용접용 지그와 용접대상물의 분해 사시도,
도 5는 도 3의 평면도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 용접용 지그를 이용한 레이저 용접 상태를 보여주는 도 5의 A-A 선을 따르는 단면도,
도 7은 용접부의 부분 확대도,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 용접용 지그가 용접대상물에 결합된 모습을 보여주는 사시도,
도 9는 도 8에 도시된 레이저 용접용 지그와 용접대상물의 분해 사시도,
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 용접용 지그가 용접대상물에 결합된 모습을 보여주는 사시도,
도 11은 도 10에 도시된 레이저 용접용 지그와 용접대상물의 분해 사시도,
도 12(a)는 용접대상물 상에 산화방지플레이트가 안착된 모습을 보여주는 부분 확대도, 도 12(b)는 도 12(a)의 B-B 선을 따르는 단면도,
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 용접용 지그가 용접대상물에 결합된 모습을 보여주는 사시도,
도 14는 도 13에 도시된 레이저 용접용 지그와 용접대상물의 분해 사시도,
도 15는 도 14에 도시된 하부 지그의 분해 사시도,
도 16은 도 13의 평면도,
도 17은 도 16의 C-C 선을 따르는 단면도,
도 18은 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 용접용 지그를 이용한 레이저 용접 상태를 보여주는 도 16의 D-D 선을 따르는 단면도,
도 19는 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 용접용 지그를 이용한 경우에 산화방지가스가 용접부로 공급되는 유동 경로를 보여주는 투시 사시도,
도 20은 본 발명의 제5실시예에 따른 레이저 용접용 지그가 용접대상물에 결합된 모습을 보여주는 사시도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명이 적용되는 용접대상물의 일실시예로서 관체형 열교환기의 구조를 설명한다.

본 발명이 적용되는 관체형 열교환기(1)는, 열매체가 유입 및 유출되는 외부 자켓(10), 상기 외부 자켓(10)의 내측에 구비되어 연소가스가 내부를 통과하는 복수의 튜브(20), 상기 외부 자켓(10)의 상부에 결합되어 연소실 공간을 형성하는 상관판(30), 및 상기 외부 자켓(10)의 하부에 결합되는 하관판(40)을 포함한다.

상기 외부 자켓(10)의 하부 일측에는 열매체 유입구(11)가 형성되고, 외부 자켓(10)의 상부 일측에는 열매체 배출구(12)가 형성된다. 상기 열매체 유입구(11)를 통해 외부 자켓(10)의 내부로 유입된 열매체는 외부 자켓(10)의 내측면과 튜브(20)의 외측면 사이의 공간을 통과하며 튜브(20)의 내부를 통과하는 연소가스와 열교환 된 후에 열매체 배출구(12)를 통해 배출된다.

상기 상관판(30)은, 바닥부(31)와, 바닥부(31)에 형성되어 튜브 상단(21)이 삽입되는 복수의 튜브 삽입구(32)와, 바닥부(31)의 외측단에서 상측으로 연장된 측면부(33)와, 측면부(33)의 상단에 형성되어 외부 자켓(10)의 상단부에 결합되는 플랜지부(34)로 구성된다.

상기 하관판(40)은, 바닥부(41)와, 바닥부(41)에 형성되어 튜브 하단(22)이 삽입되는 복수의 튜브 삽입구(42)와, 바닥부(41)의 외측단에서 상측으로 연장되어 외부 자켓(10)의 하단부에 결합되는 측면부(43)로 구성된다.

상기 상관판(30)의 튜브 삽입구(32)를 관통한 튜브 상단(21)과, 튜브 상단(21) 둘레의 상관판(30)의 바닥부(31)는 레이저 용접에 의해 결합된다. 또한, 상기 하관판(40)의 튜브 삽입구(42)를 관통한 튜브 하단(22)과, 튜브 하단(22) 둘레의 하관판(40)의 바닥부(41)는 레이저 용접에 의해 결합된다.

이하, 상기 튜브(20)의 상하 양단(21,22)을‘제1용접대상물’이라 지칭하고, 상기 상관판(30)과 하관판(40)을 관판(30,40)이라 통칭하며‘제2용접대상물’이라 지칭하여 설명한다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-1)는, 상관판(30)의 플랜지부(34) 상에 거치되며 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120)가 적층되어 링 형태로 이루어지며 내부에 산화방지가스가 공급되는 유로가 형성된 챔버 구조로 이루어진다. 일실시예로, 상기 산화방지가스는 아르곤(Ar) 가스가 사용될 수 있으나, 산화방지가스의 종류는 이에 한정되는 것은 아니며 용접부의 산화방지를 위한 다른 종류의 가스로 대체될 수도 있다.

상기 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120)는 용접부(P)를 기준으로 상측으로 이격된 위치에 둘레방향을 따라 구비된다.

본 실시예에서, 상기 용접부(P)는 도 7에 도시된 바와 같이 튜브 상단(21)과, 튜브 삽입구(32)를 관통한 튜브 상단(21) 둘레에 위치하는 상관판(30)의 바닥부(31)에 형성된다.

상기 제1플레이트(110)는 레이저 용접용 지그(100-1)의 상부를 이루는 것으로, 상부에는 산화방지가스 공급부(미도시됨)로부터 공급되는 산화방지가스가 주입되는 적어도 하나 이상의 가스주입구(111)가 형성된다. 즉, 상기 가스주입구(111)는 단수로 형성되거나, 2개 이상 복수로 형성될 수 있다.

상기 제2플레이트(120)는 레이저 용접용 지그(100-1)의 하부를 이루는 것으로, 상기 제1플레이트(110)의 하부에 적층되며 상관판(30)의 플랜지부(34) 상에 안착된다.

도 6을 참조하면, 상기 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120) 사이에는, 상기 가스주입구(111)에 연결되는 안정화 공간(112)과 가스토출구(113)가 형성된다.

상기 안정화 공간(112)은, 상기 가스주입구(111)에 연결되고, 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120) 사이에 둘레방향을 따라 연통되도록 형성되며, 상기 가스주입구(111)를 통해 주입된 산화방지가스가 상기 가스토출구(113)를 통해 토출되기 전에 충전되어 안정화 되도록 하기 위해 상기 가스토출구(113)에 비해 상대적으로 큰 부피를 갖도록 마련된다. 즉, 상대적으로 큰 부피의 유로를 갖는 안정화 공간(112)에 산화방지가스가 충전된 후에 상대적으로 작은 부피의 유로를 갖는 가스토출구(113)를 통하여 산화방지가스가 토출되도록 구성함으로써, 산화방지가스는 가스토출구(113)를 통하여 끊김 없이 연속적으로 토출될 수 있다.

상기 가스토출구(113)는, 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120) 간의 틈새에 의해 형성되는 것으로, 상기 용접부(P)를 기준으로 상측으로 이격된 위치에 둘레방향을 따라 슬릿 형태로 이루어질 수 있다. 상기 가스토출구(113)의 슬릿 형태는 용접부(P)의 전체 영역에 걸쳐 산화방지가스가 균일하게 분배되어 공급될 수 있도록 둘레방향을 따라 연속적으로 연결된 형태로 구비되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 가스토출구(113)의 슬릿 형태는 둘레방향을 따라 일정 간격을 두고 복수로 구비될 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 용접부(P)의 둘레는 상관판(30)의 측면부(33)에 의해 둘러싸여 용접부(P)의 측면 둘레에는 밀폐된 산화방지공간(S)이 형성되며, 상기 산화방지공간(S)으로 산화방지가스가 공급된다. 상기 산화방지공간(S)의 상부는 레이저 유닛(200)으로부터 조사된 레이저 빔(LB)이 통과하도록 개방된 구조로 이루어지고, 산화방지가스로 아르곤 가스를 사용하는 경우, 공기보다 비중이 큰 아르곤 가스는 상기 산화방지공간(S) 내에 가라앉아 잔류하게 된다. 실험예로, 아르곤 가스의 투입량이 1초(sec) 당 100리터(L)로 공급되는 경우, 상기 산화방지공간(S)은 아르곤 가스의 투입 후 약 7초 후에 아르곤 가스의 비율이 90%로 안정화 되어 산화방지 분위기가 조성되었다.

상기와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-1)를 적용할 경우, 도 6에서 화살표로 도시된 바와 같이 용접부(P)를 에워싼 산화방지공간(S)에는 가스토출구(113)를 통해 토출된 산화방지가스가 하방향으로 공급되어 용접부(P)의 주변에 잔류하게 되므로, 종래기술에서 설명한 고가의 차폐룸과 같은 별도의 장치를 구비하지 않더라도, 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120)로 이루어진 간단한 구성의 레이저 용접용 지그(100-1)를 이용하여 레이저 용접 시 용접부(P)의 산화 및 이에 따른 부식의 발생을 최소화 할 수 있다.

상기 제1실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-1)는, 튜브 상단(21)과 상관판(30)을 용접하는 경우에 상관판(30)의 측면부(33)에 의해 상기 산화방지공간(S)이 형성된 구조에서 적용 가능한 구성이다.

이하에서는 도 8과 도 9를 참조하여 튜브 하단(22)과 하관판(40)을 용접하는 경우에 적용되는 실시예를 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-2)는, 전술한 제1실시예의 구성을 모두 포함하고, 상기 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120)를 지지하며 외부 자켓(10)의 상단에 안착되어 상기 용접부(P)의 둘레를 에워싸는 측면관(130)을 더 포함하여 구성된다. 제2실시예에서는 제1실시예와 비교하여 관체형 열교환기(1)가 상하 반전된 상태에서 레이저 용접이 진행된다.

상기 측면관(130)은, 상기 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120)를 용접부(P)의 상측으로 이격된 위치에서 지지하는 기능과, 상기 용접부(P)의 둘레에 구비되어 용접부(P)의 측면 둘레에 밀폐된 산화방지공간(S)을 형성함으로써 상기 산화방지공간(S)으로 공급된 산화방지가스가 측방향 외측으로 유동하여 유실되는 것을 차단하는 기능을 한다.

이하, 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-3)의 구성을 설명한다. 본 실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-3)는, 전술한 제1실시예의 구성을 모두 포함하고, 상기 용접부(P)에 외부의 공기가 유입되는 것을 차단하기 위한 산화방지 플레이트(140)가 추가로 구비된다.

레이저 용접 시, 용접부(P)와 그 주변의 관판(20,30)은 레이저 빔(LB)이 조사됨에 따라서 온도가 상승하여 상기 산화방지공간(S)에서 대류 현상이 발생하게 되며, 이에 따라 외부의 공기가 용접부(P)로 유입될 수 있는데, 상기 산화방지 플레이트(140)는 이와 같은 대류 현상에 의해 외부 공기가 용접부(P)를 향해 유동하는 것을 물리적으로 차단하기 위한 구성이다. 이를 위한 구성으로, 상기 용접부(P)는 소정 간격으로 상호 이격되어 복수의 위치에 형성되고, 상기 산화방지 플레이트(140)는 복수의 용접부(P) 사이 공간을 차단하도록 구비된다. 상기 산화방지 플레이트(140)에는 레이저 빔(LB)이 통과하여 용접부(P)에 조사되도록 상기 용접부(P)를 상측으로 노출되도록 하는 복수의 관통구(141)가 형성된다.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 산화방지 플레이트(140)에는 레이저 빔(LB)이 간섭 없이 용접부(P)에 조사되도록 상기 관통구(141)가 형성된 측면(L)이 수직면(V)을 기준으로 일측으로 소정 각도(θ) 경사진 챔퍼(142)가 형성된다.

이와 같이 상기 산화방지 플레이트(140)의 관통구(141)에 챔퍼(142)를 형성함으로써, 레이저 용접 시 발생하는 스패터(Spatter)로 인하여 산화방지 플레이트(140)에 용접물이 붙는 현상을 방지할 수 있다.

본 실시예에서는 튜브 상단(21)과 상관판(30)을 레이저 용접하는 경우에 산화방지 플레이트(140)를 상관판(30)의 바닥부(31)에 밀착시킨 상태에서 레이저 용접하는 경우를 설명하였으나, 다른 실시예로 튜브 하단(22)과 하관판(40)을 레이저 용접하는 경우는 전술한 도 8에 도시된 제3실시예의 구성에서 산화방지 플레이트(140)를 하관판(40)의 바닥부(41)에 밀착시킨 상태에서 레이저 용접하게 된다.

이하, 도 13 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-4)의 구성을 설명한다.

본 실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-4)는, 전술한 도 10에 도시된 제3실시예의 구성을 모두 포함하고, 상기 용접부(P)의 하측에 구비되어 산화방지가스를 균분하여 상기 용접부(P)가 수용되는 산화방지공간(S)을 향하여 상향으로 공급하기 위한 하부 지그(190)를 더 포함하여 구성된다.

상기 하부 지그(190)는, 가스유입 플레이트(150)와, 가스배출 플레이트(160)와, 타공판(170) 및 지지플레이트(180)가 하부에서 상부로 적층되어 구성된다.

상기 가스유입 플레이트(150)는, 일측에 형성된 가스유입구(151), 상기 가스유입구(151)를 통해 유입된 산화방지가스를 가스유입 플레이트(150)의 중앙부(153)로 유도하기 위한 가스유입유로(152), 상기 가스유입 플레이트(150)의 중앙부(153)에서 방사상으로 연결된 복수의 제1분배홈(154), 및 상기 제1분배홈(154)의 외측단에서 원주방향으로 소정 길이를 가지며 연결된 제2분배홈(155)을 포함한다.

따라서, 산화방지가스 공급부(미도시됨)로부터 공급되는 산화방지가스는, 가스유입구(151)를 통해 유입되어 상기 가스유입유로(152)를 따라 중앙부(153)로 유동하고, 상기 중앙부(153)에 연결된 복수의 제1분배홈(154)을 따라 방사상으로 분배되는 동시에 상기 제2분배홈(155)을 따라 원주방향으로 분배된다.

상기 가스배출 플레이트(160)에는 상기 가스유입 플레이트(150)의 제2분배홈(155)과 상하로 대응되는 위치에 복수의 가스배출홀(161)이 원주방향으로 소정 간격을 두고 형성된다. 상기 제2분배홈(155)으로 이송된 산화방지가스는 상기 가스배출홀(161)을 통과하여 상측으로 배출된다. 또한, 상기 가스배출 플레이트(160)의 상면에는 타공판(170)이 안착되는 타공판 안착부(162)가 형성된다.

상기 타공판(170)에는 촘촘한 간격으로 다수개의 타공(171)이 형성된다. 상기 가스배출 플레이트(160)의 가스배출홀(161)을 통과하여 상측으로 배출된 산화방지가스는 타공판(170)에 형성된 다수개의 타공(171)을 통과하며 균일한 유량으로 분배되어 상측으로 공급된다.

상기 지지플레이트(180)에는 상기 타공판(170)과 상하로 대응되는 영역에 개구부(181)가 형성되고, 상기 개구부(181)의 둘레에는 하관판(40)이 안착되는 안착부(182)가 형성된다.

도 17 내지 도 19를 참조하면, 레이저 용접 시, 하측에 위치하는 가스유입구(151)를 통해 유입된 산화방지가스는 하부 지그(190)의 가스통로 플레이트(150)와 가스배출 플레이트(160) 및 타공판(170)을 통과하면서 균분된 후에 지지플레이트(180)의 개구부(181)를 통과하여 하관판(40)의 튜브 삽입구(42, 도 2 참조)를 통해 튜브(20)의 내부를 통과하여 상방향으로 공급되고, 튜브(20)를 통과한 산화방지가스는 상관판(30)의 튜브 삽입구(32)를 통과하여 용접부(P)에 공급된다.

이와 동시에 전술한 바와 같이 제1플레이트(110)와 제2플레이트(120)를 통해 공급되는 산화방지가스 또한 용접부(P)를 향하여 하방향으로 공급되어, 산화방지공간(S)을 단시간 내에 산화방지 분위기로 조성할 수 있게 된다.

또한, 전술한 산화방지 플레이트(140)의 구성에 의하면, 레이저 용접 시 용접부(P)로 외부 공기가 유입되는 것을 차단시켜 용접부(P)의 산화 및 부식을 방지할 수 있다.

도 20을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100-5)는, 전술한 제4실시예의 구성에 측면관(130)을 더 포함하여, 튜브 하단(22)과 하관판(40)의 레이저 용접시 적용된다.

본 발명에 따른 레이저 용접 장치는, 전술한 실시예들에 따른 레이저 용접용 지그(100-1,100-2,100-3,100-4,100-5)와, 상기 용접부(P)에 레이저 빔(LB)을 조사하는 레이저 유닛(200)을 포함하여 구성된다.

일실시예로, 상기 레이저 유닛(200)은 스캐너 용접 방식이 적용되는 유닛으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 레이저 유닛(200)에 장착된 스캐너(미도시됨)가 용접위치로 이동하여 제품을 스캔하고, 스캔한 제품의 위치 정보를 개별 보정하여 레이저 광학계(미도시됨)에 전송한다. 다음으로, 상기 스캐너 내부의 미러(미도시됨)에 의해 레이저빔(LB)이 조사되어 레이저 유닛(200)의 움직임 없이 복수의 튜브(20)의 양단(제1용접부)과 관판(30,40)(제2용접부)을 순차적으로 레이저 용접하게 된다.

다만, 상기 레이저 유닛(200)은 스캐너 용접 방식 이외에도 로봇과 비전 용접 방식, 노즐 용접 방식 등 공지된 다양한 레이저 용접 방식의 유닛으로 구성될 수 있으며, 본 발명의 레이저 용접용 지그는 레이저 용접 방식의 종류에 관계없이 용접부의 산화방지를 위한 용도로 제한 없이 사용될 수 있다.

본 발명의 관체형 열교환기의 제조 방법은, 상기 레이저 용접 장치를 이용하여 관체형 열교환기(1)의 튜브 양단(21,22)과, 관체형 열교환기(1)의 상관판(30) 및 하관판(40)을 레이저 용접하는 것으로 구성된다.

다만, 본 발명의 레이저 용접 장치를 이용한 레이저 용접 대상은 관체형 열교환기 뿐만 아니라 복수의 용접대상물을 산화방지 분위기에서 레이저 용접하는 다양한 기술분야에 널리 적용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1 : 관체형 열교환기 10 : 외부 자켓
20 : 튜브(제1용접대상물) 30,40 : 관판(제2용접대상물)
30 : 상관판 40 : 하관판
100-1,100-2,100-3,100-4,100-5 : 레이저 용접용 지그
110 : 제1플레이트 111 : 가스주입구
112 : 안정화 공간 113 : 가스토출구
120 : 제2플레이트 130 : 측면관
140 : 산화방지 플레이트 141 : 관통구
142 : 챔퍼 150 : 가스통로 플레이트
151 : 가스 유입구 152 : 가스 유입유로
153 : 중앙부 154 : 제1분배홈
155 : 제2분배홈 160 : 가스배출 플레이트
161 : 가스 배출홀 162 : 타공판 안착부
170 : 타공판 171 : 타공
180 : 지지 플레이트 181 : 개구부
182 : 안착부 190 : 하부 지그
200 : 레이저 유닛 LB : 레이저 빔
P : 용접부 S : 산화방지공간

Claims

레이저 빔를 이용한 레이저 용접 시, 제1용접대상물과 제2용접대상물의 용접부에 산화방지가스를 공급하기 위한 레이저 용접용 지그로서,
상기 산화방지가스가 주입되는 가스주입구를 구비한 제1플레이트;
상기 제1플레이트에 적층되며, 상기 가스주입구에 연통되어 상기 용접부가 수용되며 측면 둘레가 밀폐된 공간으로 상기 산화방지가스를 토출하는 가스토출구를 상기 제1플레이트와 사이에 형성하는 제2플레이트;를 포함하되,
상기 제1플레이트와 제2플레이트는 상기 용접부를 기준으로 상측으로 이격된 위치에 둘레방향을 따라 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제1항에 있어서,
상기 가스주입구는 상기 제1플레이트에 적어도 하나 이상 구비되고,
상기 가스토출구는 상기 용접부를 기준으로 상측으로 이격된 위치에 둘레방향을 따라 슬릿 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제2항에 있어서,
상기 가스토출구는 둘레방향을 따라 연결된 슬릿 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제1항에 있어서,
상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에는, 상기 가스주입구를 통해 주입된 산화방지가스가 상기 가스토출구를 통해 토출되기 전에 충전되어 안정화 되도록 하기 위해 상기 가스토출구에 비해 상대적으로 큰 부피를 갖는 안정화 공간이 마련된 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제1항에 있어서,
상기 제1플레이트와 제2플레이트를 지지하며 상기 용접부의 둘레를 에워싸는 측면관을 더 포함하는 레이저 용접용 지그.
제1항에 있어서,
상기 용접부는 소정 간격으로 상호 이격되어 복수의 위치에 형성되고,
상기 복수의 용접부 사이 공간을 차단하도록 구비되어 상기 용접부 측으로의 공기 유입을 차단하기 위한 산화방지 플레이트를 더 포함하는 레이저 용접용 지그.
제6항에 있어서,
상기 산화방지 플레이트에는 레이저 빔이 통과하여 상기 용접부에 조사되도록 상기 용접부를 노출되도록 하는 관통구가 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제7항에 있어서,
상기 산화방지 플레이트에는 상기 레이저 빔이 간섭 없이 상기 용접부에 조사되도록 상기 관통구가 형성된 측면이 수직면을 기준으로 일측으로 경사진 챔퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접부가 수용되며 측면 둘레가 밀폐된 공간을 향하여 상기 산화방지가스를 상향으로 공급하도록 상기 용접부의 하측에 구비되는 하부 지그를 더 포함하는 레이저 용접용 지그.
제9항에 있어서,
상기 하부 지그는, 가스유입구를 통해 유입된 산화방지가스를 방사상으로 균분하기 위한 가스유입 플레이트를 포함하는 레이저 용접용 지그.
제10항에 있어서,
상기 가스유입구는 상기 가스유입 플레이트의 일측에 구비되고,
상기 가스유입 플레이트에는, 상기 가스유입구를 통해 유입된 산화방지가스를 상기 가스유입 플레이트의 중앙부로 유도하기 위한 가스유입유로와, 상기 가스유입유로에 연결되며 상기 중앙부로부터 방사상으로 연결된 복수의 제1분배홈이 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제11항에 있어서,
상기 가스유입 플레이트에는, 상기 제1분배홈에 연결되며 원주방향으로 소정 길이를 갖는 제2분배홈이 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제12항에 있어서,
상기 하부 지그는, 상기 가스유입 플레이트 상에 적층되며 상기 제2분배홈과 상하로 대응되는 위치에 복수의 가스배출홀이 형성된 가스배출 플레이트가 적층된 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제13항에 있어서,
상기 하부 지그는, 상기 가스배출 플레이트 상에 적층되며 상기 가스배출홀을 통과한 산화방지가스를 균분하여 상기 용접부에 공급하기 위한 타공판이 적층된 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.
제14항에 있어서,
상기 하부 지그는, 상기 타공판을 통과한 산화방지가스가 통과하는 개구부가 형성되며 상기 제1용접대상물과 제2용접대상물을 지지하기 위한 지지플레이트를 더 포함하는 레이저 용접용 지그.