KR20210089680A

KR20210089680A - 스플래시 없는, 특히 고체 레이저를 이용하는 용접 방법

Info

Publication number: KR20210089680A
Application number: KR1020217015240A
Authority: KR
Inventors: 파트리크 하우그; 니콜라이 스페커; 마르코 오피츠; 팀 헤쎄
Original assignee: 트룸프 레이저-운트 시스템테크닉 게엠베하
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-07-16
Also published as: DE102018219280A1; JP7412428B2; JP2022517713A; US11786989B2; WO2020099326A1; EP3880398A1; US20210260690A1; CN112969547A

Abstract

본 발명은 가공물(3)을 레이저 빔으로 용접하는 방법에 관한 것으로서, 가공물(3) 상에 적어도 제1 레이저 빔(1)으로 제1 빔 영역(4), 제2 레이저 빔(2)로 제2 빔 영역(5)이 생성되어, 가공물(3)에 대해 전진 방향 VR을 따라서 이동되고, 제1 빔 영역(4)과 제2 빔 영역(5)의 초점(4a, 5a)은 서로 일치하지 않으며, 제1 빔 영역(4)은 제2 빔 영역(5)에 선행하고, 제1 빔 영역(4)의 종방향 길이 LE₁은, 전진 방향 VR에 가로지르는 방향에서 측정하면, 제2 빔 영역(5)의 종방향 길이 LE₂보다 크거나 또는 동일하고, 제1 빔 영역(4)의 표면적은 제2 빔 영역(5)의 표면적보다 크고, 제1 빔 영역(4)의 횡방향 길이 BE₁은, 전진 방향(VR)을 따라 측정하면, 제2 빔 영역(5)의 횡방향 길이 BE₂보다 크거나 또는 동일하고, 제1 레이저 빔(1)의 레이저 출력은 제2 레이저 빔(2)의 레이저 출력보다 크고, 그리고 제2 레이저 빔(2)이 제1 레이저 빔(2)에 의하여 생성되는 용융조(7)를 향하여 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법에 관한 것이다. 본 발명은 가공물이 빠른 전진 속도로 이동할 때 그 전체의 두께에 걸쳐서 우수한 용접 이음선을 가질 수 있도록 하는 용접 방법을 제안한다.

Description

스플래시 없는, 특히 고체 레이저를 이용하는 용접 방법

본 발명은 가공물을 레이저 빔으로 용접하는 방법에 관한 것으로서, 가공물 상에 적어도 제1 레이저 빔으로 제1 빔 영역, 제2 레이저 빔으로 제2 빔 영역이 생성되어 가공물에 대해 전진 방향을 따라서 이동되고, 제1 빔 영역과 제2 빔 영역의 초점은 일치하지 않으며, 제1 빔 영역은 제2 빔 영역에 선행하고, 제1 빔 영역의 종방향 길이 LE₁은, 전진 방향에 가로지르는 방향에서 측정하면, 제2 빔 영역의 종방향 길이 LE₂보다 크거나 또는 동일하다.

그런 종류의 방법이 DE 10 2015 112 537 A1에 개시되어 있다.

레이저 용접은 신속한 용접 속도, 좁고 가는 용접선의 형상, 경미한 열 손실이 요구되는 가공 부재에 사용된다. 레이저 빔을 통하여 접합되어야 하는 가공물의 맞닿는 부위에 유동성의 용융조가 생성된다. 용융조가 식어서 경화된 상태된 다음 가공 부재는 견고하게 서로 결합된다. 레이저 용접에 널리 사용되는 레이저 형식은 특히 CO₂-레이저, 고체 레이저 및 다이오드 레이저이다.

금속에 적용하는 레이저 빔 용접은 전형적으로 심층 용접 방식으로 수행된다. 레이저 빔 용접 심층 용접에 있어서 레이저 빔과 가공물 사이에 상대적인 운동을 통하여 키홀(Keyhole)은 액상의 용융조를 통하여 움직이게 된다. 빠른 속도로 가공물이 전진하게 될 때, 많은 용융 스플래시가 발생하게 되고, 이는 그루브를 형성하게 됨으로써 용접 이음선의 품질이 저하된다. 따라서, 증가하는 흡수 에너지와 더불어 용융의 역동성이 증가하게 된다는 사실 및 이것이 심각한 수치에 도달하게 되면, 이음선의 질량 감소 및/또는 점차로 발생하는 순환적인 용융 행태를 야기하는 전술한 부정적 효과가 나타난다는 사실이 근본적으로 고려되어야 한다.

높은 선속(線束)과 작은 초점 직경을 갖는 고체 레이저의 레이저 빔이 사용되는 경우, CO₂-레이저에 비해 한층 증가한 출력 밀도로 인하여, 스플래시가 거의 발생하지 않을 정도의 용접 이음선의 품질이 보장되기 위해, [C0₂-레이저가 사용되는 경우] 보다 낮은 수준의 전진 속도가 요구된다. 용융 속도와 용융조 역동성(교란/난류)이 증가하게 되고, 이는 심각할 정도로 용접 이음선의 오류를 야기한다.

용접 이음선이 가공물의 전체 두께로 신장되는 관통 용접 프로세스를 위하여, 예컨대 맞대기 이음 용접에 있어서, 통상 CO₂-레이저가 사용된다. 그럼에도 불구하고, 에너지 비용을 절감하기 위하여, CO₂-레이저 대신에 고체 레이저가 사용되는 것이 바람직하다.

겹치기 이음 용접에 있어서, 큰 초점 직경을 가지는 제1 레이저 빔이 그보다 작은 초점 직경을 가지는 제2 레이저 빔과 동축상으로 중첩하는 구조를 이루고 있을 때, 용융조로부터 위로 향하여 분출되는 스플래시의 생성이 현저히 저하될 수 있다는 사실이 알려져 있다. 이에 관하여 DE 10 2016 222 357 A1 또는 WO 2018/011456 A1를 참고하라.

이러한 심층 용접 또는 관통 용접을 위한 방법을 적용하려는 시도들에 있어서, 두 번째 레이저(코어 레이저)의 작은 직경이 이음선 하부에 스플래시를 만들어 준다는 점과, 그 결과 이러한 방법은 이음선의 상부면과 하부면에 요구되는 높은 수준의 품질을 동반하는 관통 용접을 위해서 적합치 않다는 것을, 본 발명의 발명자들은 인지하게 되었다.

용융조 역학에 관하여 종래의 기술분야에 다양한 방법들이 제안되어 있다.

DE 102 61 422 A1에, 레이저 빔이 적어도 2개의 이격되어 초점이 맞춰질 수 있는 부분 빔으로 나누어지고, 강도의 분배와 부분 레이저 빔의 충돌 지점이 가변적인 광학적 배치를 통하여 조절될 수 있는 레이저 용접 방법 및 레이저 땜납 방법이 개시되어 있다.

EP 1 007 267 B1, JP 2004 358 521 A 및 JP 2004 154 813 A에 다양한 레이저 빔 또는 레이저 빔의 부분 빔들이, 그들의 초점 위치가 가공물 안쪽에서 레이저 광선의 확장 방향에서 서로 위치가 바뀌어 배열되도록, 가공물에 초점을 맞추는 기술이 개시되어 있다. 이때, 레이저 빔 또는 부분 레이저 빔의 빔 축은 서로 바뀌어 배열되고, 따라서 비동심을 이루는 형태를 갖는다.

DE 10 2015 207 279 A1로부터, 평행하게 나란히 배열되는 다양한 직경의 섬유 코어를 가지는 다중 코어 섬유가 레이저 빔의 전송 섬유로서 사용되는데, 그 결과 가공물의 표면에 하나의 넓은 초점면(주 스폿)에 선행하는, 작은 레이저 출력을 가지는 2개의 좁은 초점면(부 스폿)이 형성되는 기술이 개시되어 있다.

DE 10 2015 112 537 A1에 가공물 상에 원형 또는 사각형상의 주 스폿 및 이를 가로질러 선행하는 라인 초점 또는 이보다 작은 크기의 두 개의 부 스폿이 형성되는 레이저 용접 방법이 개시되어 있다. 주 스폿과 부 스폿 간의 레이저 출력의 배분은 빔을 형성하는 광학 모듈의 전위 운동을 통하여 조절된다.

또한, 다수로 병렬 배열되는 원형의 부 스폿들의 조합으로 이루어지는 선행 라인 초점이 DE 10 2016 218 938 A1에 개시되어 있다.

US 2017 0368638 A1과 US 2018 0217408 A1에 선행하는 활모양의 스폿이 개시되어 있다.

WO 2018/099851 A1과 DE 10 2016 105 214 A1에 회절 또는 굴절 광학 부재들을 이용하여 용접 또는 납땜하기 위한 주 스폿 및 부 스폿을 생성하는 방법이 개시되어 있다. WO 2018/054858 A1로부터 초점면에서 원하고자 하는 에너지의 분배를 이루기 위하여 스캐너-광학을 수단으로 하는 빔의 생성을 시도하는 기술이 알려져 있다.

본 발명의 과제는, 가공물이 빠른 전진 속도로 이동됨에도 불구하고, 가공물 전체의 두께에 걸쳐서 뛰어난 품질의 용접 이음선이 만들어 질 수 있도록 용접할 수 있는 방법을 제안하는 데 있다.

이러한 본 발명의 과제는, 제1 빔 영역의 표면적은 제2 빔 영역의 표면적보다 크고, 제1 빔 영역의 횡방향 길이 BE₁은, 전진 방향을 따라서 측정하면, 제2 빔 영역의 횡방향 길이 BE₂보다 크거나 또는 동일하고, 제1 레이저 빔의 레이저 출력은 제2 레이저 빔의 레이저 출력보다 크고, 및 제2 레이저 빔은 제1 레이저 빔에 의하여 생성되는 용융조를 향하여 조사(照射)되는 것을 특징하는 전술한 방법을 통하여 해결된다.

제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔은 서로 무관하게 생성될 수 있고, 또는 공통의 원천-레이저 빔의 분배를 통하여도 이루어질 수 있다(즉 원천 레이저 빔이 부분 빔들로 분배됨).

본 발명은 선행하는 큰 크기의 제1 빔 영역(선행 스폿) 및 후행하는 작은 크기의 제2 빔 영역(후행 스폿)이 가공물 상에 생성되는 것을 제안한다. 이때, 제1 빔 영역과 제2 빔 영역의 중심(표면의 초점들)은 서로 일치하지 않고, 선행하는 스폿의 (전진 방향을 가로지르는 방향에서의) 길이 및 (전진 방향을 따라 형성되는) 넓이는 후행하는 스폿의 직경 또는 그에 상응하는 넓이와 적어도 동일하며, 선행하는 레이저 빔의 레이저 출력은 후행하는 레이저 빔의 출력보다 높게 설정된다.

가공물이 빠른 속도로 전진할 때, 용접 이음선의 상부면과 하부면에 우수한 품질의 이음선이 얻어지기 위하여, 선행하는 스폿이 (전진 방향을 따라서 및 전진 방향을 가로질러서) 충분히 큰 직경을 구비하거나 또는 충분히 큰 면을 구비하는 용융조의 형성을 발기하는 것이 필수적이라는 점을 본 발명의 발명자들은 인식하게 되었다. 가공물의 표면에 용융막을 형성하기 위하여, 선행하는 빔은 그 밖에도 충분히 높은 레이저 출력을 가져야 한다. 그렇게 형성되는 용융조를 향하여 제1 레이저 빔이 초점을 맞추게 된다.

본 발명의 테두리 안에서 살펴볼 때, 가공물 또는 용접되어야 하는 가공물 부품으로의 에너지 공급은 경미한 수준으로 이루어지고, 용융조의 역동적인 상태가 진정되는 국면에 도달될 수 있다. 특히 용접 이음선의 하부면에 형성되는 스플래시가 최소한으로 줄어들 수 있다.

이러한 방식으로 본 발명에 따른 방법은 심층 용접 또는 관통 용접으로서 수행될 수 있다. 즉 가공물은 용접 프로세스가 진행되는 동안, 가공물 하부면에 이르기까지 용융이 된다. 본 발명에 따른 방법은 심층 용접 체제로 수행되는데, 즉 용융조에 키홀이 생성된다. 바람직하게는, 레이저 빔은 가공물의 하부면에서 가공물 밖으로 벗어나지 않고, 키홀은 가공물 하부면에서 폐쇄되어 있다.

가공물을 향해 레이저 빔이 이동하는 가운데 레이저 빔 및/또는 가공물이 움직여질 수 있다.

제1 빔 영역은 전형적으로 사각 형상 또는 환형의 단면 형태로 만들어지거나 또는, 전형적으로 사각 형상 또는 환형의 단면 형태로 형성되는, 다수의 부분 빔 영역들의 조합으로 이루어진다. 제1 빔 영역이 서로 분리된 부분 빔 영역들로 이루어진다면, 본 발명에 따르는, 제1 빔 영역의 조건들은 부분 빔 영역들의 총계를 위해서도 타당하다. 제2 빔 영역은 전형적으로 원형 또는 정사각형 형상으로 구성된다. 제1 빔 영역과 제2 빔 영역은, 전진 방향을 포함하는 평면에서 전형적으로 두 개 모두가 좌우대칭적으로 형성된다.

제1 빔 영역의 표면 초점이 전진 방향과 관련하여 제2 빔 영역의 표면 초점 앞에 놓여 있게 된다면, 제1 빔 영역은 제2 빔 영역에 대하여 선행하는 것으로 간주된다. 이 두 개의 빔 영역은, 본 발명의 사상에 따르면, 완전히 또는 부분적으로 중첩되어 배치되거나 또는 바람직하게는 서로 떨어져서 배치될 수 있다.

제1 레이저 빔의 빔 발산도(beam divergence)와 제2 레이저 빔의 빔 발산도는 서로 동일하거나 또는 제2 레이저 빔의 빔 발산도는 제1 레이저 빔의 빔 발산도 보다 적다. 이러한 구성은 제2 빔의 에너지가 비로소 키홀의 하부 영역에서 흡수되는데 기여한다.

빔 영역의 종방향 길이는 LE₁≥1,5^*LE₂이 되는 것이 바람직하고, 특히 바람직한 것은 LE₁≥2^*LE₂이다. 더 나아가, 빔 영역의 횡방향 길이는 BE₁≥1,5^*BE₂이 되는 것이 바람직하다. 제1 레이저 빔의 레이저 출력 LL₁(경우에 따라서 모든 부분 빔 영역들이 합계됨)과 제2 레이저 빔의 레이저 출력 LL₂은 LL₁≥1,2^*LL₂가 되는 것이 또한 바람직하고, 특히 LL₁≥1,5^*LL₂가 되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 빔 영역의 표면적 FI₁(경우에 따라 합계됨)과 제2 빔 영역의 표면적 FI₂에 대하여, FI₁≥2^*FI₂가 되는 것이 바람직하고, 특히 바람직한 것은FI₁≥3^*FI₂이고, 더 바람직한 것은 FI₁≥5^*FI₂인 경우이다.

본 발명에 따른 용접 방법은 특히, 용접되어야 하는 가공물이 서로 맞닿는 형태로 용접되는 맞대기 이음 용접에 적용된다. 특히 관, 프로파일 및 맞춤식 재단 용접강판(Tailored Weled Blanks) 등이 후처리 작업을 할 필요없이 제작될 수 있다. 특히 0,5 ㎜~3 ㎜의 두께를 갖는 가공물이 용접될 때, 본 발명에 따른 용접 방법은 용접 이음선과 관련하여 매우 우수한 품질을 보여주었다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 일 실시예에 의하면, 하나의 또는 복수의 고체 레이저를 구비하는 레이저 빔이 생성되는 것이 제안된다. 일반적으로 고체 레이저는 비교적 높은 선속과 작은 초점 직경을 가지는 레이저 빔의 생성을 가능케 하는데, 그렇게 함으로써 일반적으로 용접선 상/하부면에 스플래시가 형성될 수 있는 경향이 농후해지고, 따라서 일반적으로 용접 이음선의 오류가 빈번해진다. 그러나, 본 발명에 따른 방법의 큰 테두리 안에서는, 심지어 고체 레이저를 사용하더라도, 빠른 전진 속도로 진행되는 관통 용접 과정에서 우수한 품질의 용접 이음선이 얻어질 수 있다.

제2 레이저 빔의 초점 직경 FD₂가 제1 레이저 빔의 초점 직경 FD₁ 보다 작고, 제2 레이저 빔의 출력 밀도가 제1 레이저 빔의 출력 밀도보다 큰 실시예가 또한 바람직하다. 이러한 출력 밀도의 분배는 용접 이음선의 품질에 유익한 것으로 입증되었다. 제2 레이저 빔의 범위에서 키홀은 가공물 내부로 한층 깊이 생성되고, 가공물 재료의 용융이 가공물의 하부면에 이르기까지 발생한다. 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔은 일반적으로 가공물 표면 상으로 초점이 맞추어지게 된다. 그러나, 초점 위치가 예컨대 가공물 표면 아래에 위치하도록 선택될 수도 있다.

특히, 제2 레이저 빔의 초점 직경 FD₂에 대하여, 적어도 전진 방향을 가로지르는 방향에 있어서, 수식:

그리고

이 적용되는 일 실시예가 바람직한데, 여기서 K_d,Min은 3~30 ㎟/s의 재료에 고유한 상수이고, s는 용접되어야 하는 가공물의 두께, v는 레이저 빔-용접의 전진 속도를 지칭한다.

이러한 조건이 유지됨으로써 용접 이음선에 스플래시가 형성될 수 있는 경향이 특히 감소되는 것이다. 가공물이 두꺼우면 두꺼울수록 (적어도) 제2 레이저 빔의 초점 직경 FD₂는 더욱 크게 선택되어야 한다. 전진 속도 v가 점점 증가할수록 초점 직경 FD₂는 점점 작게 선택되어야 한다. 강철 재료의 경우 K_d,Min은 8~20 ㎟/s, 특수강의 경우 5-20 ㎟/s가 선택된다. 제2 레이저 빔이 초점에서 원형을 이루는 경우, 위의 조건은 일반적으로 유효하고, 레이저 빔이 다양한 방향으로 다양한 직경을 포함하게 된다면, 위에 기술한 조건은 전진 방향을 가로지르는 방향의 제2 레이저 빔의 직경 FD₂에 대하여 타당하다. 전진 방향에서 직경 d_Min은 기준에 미달될 수 있다.

위에서 기술한 실시예들의 효과적인 일 변형예에 의하면, 제1 빔 영역의 종방향 길이 LE₁에 대하여 수식: LE₁≥b_Min, 그리고 b_Min=2^*d_Min이 적용된다. 그럼으로써 용접 이음선의 품질은 한층 더 개선될 수 있다. 가공물이 두꺼우면 두꺼워질수록, (적어도) 종방향 길이 LE₁은 점점 커지도록 선택된다. 전진 속도 v가 증가하면 증가할수록, 종방향 길이 LE₁은 점점 작아지도록 선택된다. 제1 빔 영역이 서로 개개로 분리되는 부분 빔 영역들을 포함할 경우, 종방향 길이 LE₁은 전진 방향을 가로지르는 방향에서 가장 멀리 떨어져 위치하는 부분 빔 영역들의 가장자리 사이에서 정해진다.

위에서 기술한 변형예의 또 다른 발전 형태가 마찬가지로 효과적인데, 전진 방향을 따라서 형성되는 제1 빔 영역과 제2 빔 영역 사이의 초점의 간격 a에 대하여 수식

a≥a_Min, 그리고 a_Min=2^*d_Min이 적용된다. 역시 그렇게 함으로써, 용접 이음선의 품질이 한층 더 개선되는 것이다. 가공물의 두께가 두꺼우면 두꺼울수록, 초점의 간격 a는 (최소한) 점점 넓어지도록 선택된다. 전진 속도 v가 빨라지면 빨라질수록, 초점의 간격 a는 점점 좁혀지도록 선택된다. 제1 빔 영역이 서로 개개로 분리되는 부분 빔 영역들을 포함할 경우, 제1 빔 영역의 초점은 부분 빔 영역들의 전체에 대하여 정해지게 된다.

다양한 두께를 가지는 다수의 가공물에 레이저 빔-용접이 수행되고, 전진 방향을 따라서 형성되는 제1 빔 영역과 제2 빔 영역 사이의 초점의 간격 a는 가공물의 두께가 증가할수록 점점 넓게 선택되어지는 것을 제안하는 일 실시예가 효과적이다. 이러한 방식을 통하여 다양한 가공물 또는 가공물의 다양한 두께에 대하여 적합한 용접이 이루어지고, 그럼으로써 최적의 이음선 품질과 최적의 전진 속도가 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예에 의하면, 제1 빔 영역과 제2 빔 영역은 중첩한다.

본 발명에 따른 또 다른 대안적인 실시예에 의하면, 제1 빔 영역과 제2 빔 영역은 서로 분리된다. 제2 빔 영역과 제1 빔 영역 사이의 공간적 간격은 제1 레이저 빔의 작용에서 시작하여 제2 레이저 빔의 작용에 이르기까지 가공물에서 진행되는 열전도 프로세스와 용융 프로세스를 촉진시키고, 그렇게 함으로써 가공물에 있어서 제2 레이저 빔의 작용을 위한 조건들이 최적화될 수 있다. 그 밖에도, 특히 두 개의 레이저 빔의 출력 밀도는 결코 합산되지 않고, 따라서 국부적인 정점 출력 밀도가 감소되기 때문에, 용융조의 역동 프로세스는 대부분 경미한 정도로 진정된다.

제1 빔 영역은 전진 방향을 가로지르는 방향에서 서로 이격되어 배치되는 적어도 2개의 부분 빔 영역을 포함하고, 특히 이 부분 빔 영역들은 원형으로 형성되는 실시예가 특히 바람직하다. 전진 방향을 가로질러서 연장되는 제1 빔 영역의 생성은 줄지어 배치되는 부분 빔 영역을 통하여 특히 간단하게 이루어지는데, 예컨대 개별적인 레이저 빔으로 이루어지는 어레이-제너레이터(Array-Generator)를 통하여 간단하게 이루어진다. 전진 방향을 가로질러 나열되는 부분 빔 영역은 바람직하게는 제2 빔 영역과 대칭을 이룬다.

제1 빔 영역은 전진 방향으로 이격되어 나열되는 적어도 2개의 부분 빔 영역을 포함하고, 특히 이러한 부분 빔 영역들은 사각형상 또는 환형 단면의 형상으로 이루어지는 실시예가 효과적이다. 전진 방향으로 나열되는 부분 빔 영역을 이용함으로써, 에너지 전달 및 용융조의 생성은 제2 빔 영역에 앞서, 특히 가공물의 두께를 고려하는 가운데, 정조준되어 조절될 수 있다. 전진 방향을 향하여 나열되는, 제1 빔 영역의 모든 부분 빔 영역들은, 진행방향으로 볼 때 전형적으로 제2 빔 영역의 전방에 배치된다.

전진 방향을 가로지르는 적어도 하나의 방향에서 제2 빔 영역의 초점 직경 FD₂에 대하여 수식 FD₂≥d_Min이 적용되고, 그리고 더 나아가, 제1 빔 영역의, 전진 방향으로 볼 때 가장 앞에 위치하는 부분 빔 영역의 초점과 제2 빔스페이스의 초점 사이의 간격 a'에 대하여 수식 a'≥a_Min, 그리고 a_Min=2^*d_Min이 적용된다. 그렇게 함으로써, 매우 우수한 품질의 이음선의 생성이 또다시 가능해진다. 가공물이 두꺼우면 두꺼울수록, 초점의 간격 a'가 (최소한) 점점 넓어지도록 선택되어질 수 있다. 전진 속도가 증가하면 증가할수록, 초점의 간격 a'는 점점 좁혀지도록 선택될 수 있다.

위에서 기술한 실시예의 또 다른 발전 형태가 바람직한데, 다양한 두께를 가지는 다수의 가공물에 레이저-용접이 수행되고, 전진 방향으로 나열되는 부분 빔 영역의 개수는 가공물의 두께가 커질수록 많아지는 것이 제안된다. 이러한 방식으로 다양한 가공물 또는 가공물의 다양한 두께에 적합한 용접이 이루어지고, 그럼으로써 최적의 이음선 품질과 최적의 전진 속도가 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 효과적인 일 실시예에 의하면, 레이저 빔-용접은 관통 용접 방식으로 수행된다. 용접 프로세스가 진행되는 동안, 가공물은 가공물 하부면에 이르기까지 용융된다. 레이저 빔이 가공물의 하부면에서 가공물 밖으로 분출되지 않고, 키홀은 가공물 하부면에서 폐쇄되어 있는 것이 효과적이다. 본 발명의 테두리 안에서, 가공물의 하부면에 형성되는 스플래시가 최소화될 수 있고, 용접 이음선의 품질은 매우 우수한 수준에 도달될 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과들은 명세서의 설명부분과 도면으로부터 나온다. 마찬가지로 앞에서 언급되었고, 자세히 설시한 기술적 특징들은 본 발명의 사상에 따라서 그 자체가 개별적으로 또는 임의의 다수의 조합으로 적용될 수 있다. 앞에서 도시하고 설명한 실시예들은 종결적인 열거가 아니라, 본 발명을 서술/묘사하는 예시적인 성격을 가진다.

본 발명은 이하의 도면에서 개략적으로 도시되고, 실시예들에 의거하여 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 용접 방법의 일 실시예가 수행되는 동안, 용접 이음선을 따라서 형성되는 가공물의 단면을 도시한다.
도 2는 선행하는 사각형상의 스폿과 후행하는 원형의 스폿을 구비하는 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 방법에 대한 제1 빔 영역 및 제2 빔 영역(빔 형상)의 개략적인 평면도이다.
도 3은 선행하는 2개의 원형의 부분 스폿과 후행하는 하나의 원형의 스폿을 구비하는 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 방법에 대한 제1 빔 영역 및 제2 빔 영역의 개략적인 평면도이다.
도 4는 큰 원형의 제1 빔 영역과 제1 빔 영역의 내부에 위치하는 작은 원형의 제2 빔 영역을 구비하는 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 방법에 대한 제1 빔 영역 및 제2 빔 영역의 개략적인 평면도이다.
도 5는 큰 원형의 제1 빔 영역과 제1 빔 영역과 이격되어 위치하는 작은 원형의 제2 빔 영역을 구비하는 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 방법에 대한 제1 빔 영역 및 제2 빔 영역의 개략적인 평면도이다.
도 6은 환형 단면 형상의 제1 빔 영역과 원형의 제2 빔 영역을 구비하는 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 방법에 대한 제1 빔 영역 및 제2 빔 영역의 개략적인 평면도이다.
도 7은 사각형상으로 이루어지는, 제1 빔 영역의 다수의 부분 빔 영역과 원형의 제2 빔 영역을 구비하는 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 방법에 대한 제1 빔 영역 및 제2 빔 영역의 개략적인 평면도이다.
도 8은 환형 단면 형상으로 이루어지는, 제1 빔 영역의 다수의 부분 빔 영역과 원형의 제2 빔 영역을 구비하는 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 방법에 대한 제1 빔 영역 및 제2 빔 영역의 개략적인 평면도이다.

도 1은 전진 방향 VR을 따라서 이동하는 레이저 빔(1, 2)의 단면도를 도시하는 가운데, 본 발명에 따른 용접 방법이 수행되는 동안 용접되어지는 가공물(3)을 나타낸다. 가공물(3)은 2개의 가공물 부재로 이루어지고, 그 중 첫 번째 가공물 부재는 도시된 도면 영역의 위에 놓여지고, 다른 두 번째 가공물 부재는 도시된 도면 영역의 아래에 위치한다. 도 1의 도면 영역에, 맞대기 이음 형태로 용접되는 가공물 부재들의 접촉면이 위치한다. 가공물(3)은 두께(s)를 포함한다.

제1 레이저 빔(1)은 가공물(3)의 상부면(6)에 제1 빔 영역(4)을 형성하고, 제2 레이저 빔(2)은 가공물(3)의 상부면(6)에 제2 빔 영역(5)을 형성한다. 도시한 실시예에 있어서, 두 개의 빔 영역(4, 5)는 (도 1의 투영에서) 바로 연접하고, 레이저 빔(1, 2)은 가공물(3)의 상부면(6)에 수직으로 연장되는 빔 축을 포함한다.

2개의 레이저 빔(1, 2)은 가공물(3)에 확장된 용융조(7)를 생성하고, 용융조(7) 내부에 키홀(8)을 생성한다. 도시한 실시예에 있어서, 제1 레이저 빔(1)의 영역에서뿐만 아니라 제2 레이저 빔(2)의 영역에 있어서도, 그리고 또한 약간은 이들의 영역을 벗어나는 형태로 확장하는, "합쳐진" 키홀이 존재한다. 따라서 가공물 재료를 국부적으로 기화시키기 위하여, 레이저 빔(1, 2) 각각의 출력 밀도는 충분하다. 물론 키홀(8)은 제2 레이저 빔(2)의 영역에서 보다 깊숙하게 가공물(3) 속으로 뻗게 된다.

여기서 용융조(7)는 가공물(3)의 하부면(9)에 이르기까지 도달하고, 즉 가공물(3)은 하부면(9)에 이르기까지 그리고 하부면(9)을 포함하여 용융된다("관통 용접"). 키홀(8)은, 도시한 실시예에서, 하부를 향하여 용융조(7)에 의하여 완전히 또는 용융된 가공물 재료에 의하여 둘러싸이게 된다. 따라서 키홀(8)은 아래를 향하여 개방되어 있지 않게 되고, 레이저 빔(1, 2)은 가공물(3)의 하부면(9) 밖으로 이탈되지 않는다.

용융조(7)는 레이저 빔(1, 2)의 후행 과정에서 [따라서 전진 방향 VR과 관련하여 볼 때, 도 1에 도시된 레이저 빔(1, 2)의 뒤쪽에서, 즉 레이저 빔(1, 2)의 오른쪽에서] 레이저 빔(1, 2)의 선행 과정에서보다 명백하게 넓게 확장된다. 용융조(7)는 (선행하는) 용융조(7)의 뒤쪽에서 다시 경화되고, 그렇게 됨으로써 용접 이음선(10)이 생성된다.

도시한 실시예에 있어서, 레이저 빔(1, 2)은 어느 정도는 가공물(3)의 상부면(6) 아래로, 여기서는 동일한 높이로, 초점이 맞추어진다(초점 위치 11, 12를 참고하라).

본 발명에 따르면, 선행하는 제1 레이저 빔(1)의 제1 빔 영역(4) 면적은 후행하는 제2 레이저 빔(2)의 제2 빔 영역(5) 면적보다 크다. 제1 레이저 빔(1)의 통합 출력 밀도는 제2 레이저 빔(2)의 통합 출력 밀도보다 크다. 제1 레이저 빔(1)의 초점 직경 FD₁은 제2 레이저 빔(2)의 초점 직경 FD₂보다 크다. 그럼에도 제1 레이저 빔(1)[대략 초점 위치(11)에서 측정하면]의 출력 밀도(즉 표면당 출력)는 제2 레이저 빔(2)[대략 초점 위치(12)에서 측정하면]의 출력 밀도보다 작다.

본 발명에 대한 제1 빔 영역(4)과 제2 빔 영역(5) 사이의 면적 및 크기 비례는 도 2 내지 도 8에 도시한 다양한 실시예들로 자세하게 설명된다.

본 발명의 테두리 안에서, 선행하는 제1 레이저 빔(1)은 제2 레이저 빔(2)이 조사될 수 있는 확장된 용융조(7)를 생성한다. 특히 빔 영역(4, 5)의 넓이 및 조사되는 레이저 출력에 대한 본 발명에 따른 조건들이 지켜짐으로써, 가공물(3)에 또는 용융조(7)에 비교적 적은 에너지가 전달되는 관통 용접이 수행될 수 있고, 그리고 가공물이 빠른 속도(전진 방향 VR을 참고하라)로 진행하는 가운데 가공물(3)의 상부면(6)뿐만 아니라 하부면(9)에도, 특히 스플래시가 경미하게 형성되기 때문에, 우수한 품질의 용접 이음선이 얻어질 수 있다.

도 2는 제1 빔 영역(4)은 거의 사각형상으로 이루어지고, 제2 빔 영역(5)은 거의 원형으로 이루어지는, 본 발명에 따른 용접 방법의 일 실시예에 대한, 가공물의 상부면에 제1 빔 영역(4) 및 제2 빔 영역(5)을 포함하는 빔 형상을 개략적으로 도시한다.

제1 빔 영역(4)의 종방향 길이 LE₁은, 각각 전진 방향 VR에 직각으로 측정하면, 제2 빔 영역(4)의 종방향 길이 LE₂보다 대략 2.8배 크다. 이와 상응하게 제1 빔 영역(4)과 함께, 전진 방향 VR을 가로지르는 방향으로 제2 빔 영역(5)보다 확실히 넓은 용융조가 생성될 수 있다.

도시한 실시예에 있어서, 전진 방향 VR을 따르는 제1 빔 영역(4)의 횡방향 길이 BE₁은 제2 빔 영역(5)의 횡방향 길이 BE₂와 동일한 크기를 이룬다. 그렇게 함으로써, 제2 레이저 빔의 작용이 동시적으로 영향을 미치게 되는 가공물 재료의 넓이에 걸쳐서, 이미 먼저 제1 레이저 빔은 또한 동시에 영향력을 발휘할 수 있는 상태에 도달하게 되고, 그리고 거기에 상응하는 예비적인 열 확산 또는 상응하는 예비적인 용융이 가능해진다.

여기서 제1 빔 영역(4)의 표면적은 제2 빔 영역(5)의 표면적보다 대략 3배 넓다.

제1 빔 영역(4)의 초점(4a)은 제2 빔 영역(5)의 초점(5a)에 간격(a)을 가지고 선행한다. 빔 영역(4, 5)는 서로 분리되어 형성되고, 중첩되지 않는다.

제1 빔 영역의 레이저 출력은 P₁=4500 W, 제2 빔 영역의 레이저 출력은 P₂=3000 W, 전진 속도는 v=12 m/min 및 가공물 두께는 s=2 ㎜가 되도록 설정되는 두 개의 레이저 빔이 가공물 상부면(표면)의 높이로 초점이 맞추어질 때, 특수강으로 이루어지는 가공물(3)에 매우 우수한 용접 이음선이 생성된다.

전형적인 재료 상수 k_d,Min이 10 ㎟/s인 특수강의 용접에 있어서, 두께 2 ㎜, 전진 속도 12 m/min일 때, 수식

에 대한 수치는 여기서 대략 0.32 ㎜이다.

본 발명에 따르면, 제2 빔 영역(5)의 초점 직경은(이때 이 초점 직경은 LE₂에 상응한다), 전진 방향 VR을 가로지르는 방향에서, d_Min보다는크거나 또는 동일하게 선택되어야 한다[여기서 제2 빔 영역(5)은 원형으로 형성되고, 그 결과 제2 빔 영역(5)의 초점 직경은 모든 방향으로 동일하다는 것에 주목해야 한다, 특히 LE₂=BE₂]. 제안한 실시예에 있어서 LE₂는, 위의 조건과 일치하면, 대략 0,35 ㎜이다. 그 외에도, 본 발명에 따르면, 간격 a가 적어도 2^*d_Min이 되도록 선택할 것을 추천한다. 제안된 실시예에 있어서, 위의 조건과 일치과 일치하는 가운데, 간격 a는 대략 0.8 ㎜로 선택되었다. 마지막으로, 본 발명에 따르면, 종방향 길이 LE₁은 적어도 2^*d_Min이 되도록 선택할 것을 추천한다. 제안한 실시예에 있어서, LE₁은, 이러한 조건과 일치하는 가운데, 대략 0,9 ㎜로 선택되었다.

도 3은 제1 빔 영역(4)이 두 개의 부분 빔 영역(31, 32)을 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 대한 빔 형상을 개략적으로 나타낸다. 여기서 부분 빔 영역(31, 32)은 원형으로 형성되고, 전진 방향 VR을 가로지르는 방향으로 나열되어 서로 이격되어 배열된다. 제1 빔 영역(4)의 종방향 길이 LE₁은 부분 빔 영역(31, 32) 전체에 걸쳐서, 따라서 서로 대향하는 부분 빔 영역들의 외부 가장가리에 걸쳐서 정해지고, 여기서 제2 빔 영역(5)의 종방향 길이 LE₂보다 약 2.2배 크다. 횡방향 길이 BE₁과 BE₂의 크기는 여기서 동일하다. 제1 빔 영역(4)의 초점(4a)은 부분 빔 영역(31, 32) 사이에, 제2 빔 영역(5)의 초점(5a)의 앞쪽으로, 간격 a를 가지고 위치한다. 제1 빔 영역(4)의 표면적은 제2 빔 영역(5)의 표면적보다 2배 넓다.

도 4는 제1 빔 영역(4)은 커다란 원형으로 형성되고, 제2 빔 영역(5)은 작은 원형으로 형성되고, 제2 빔 영역(5)은 완전하게 제1 빔 영역(4)의 내부에 배치되는 빔 형상을 도시한다. 제2 빔 영역(5)의 영역에서 가공물 상에 두 개의 레이저 빔으로부터 생성되는 (국부적인) 레이저 출력이 합쳐진다.

전진 방향 VR과 관련하여 제1 빔 영역(4)의 초점(4a)은 제2 빔 영역(5)의 초점(5a)에 선행하고, 간격 a는 a=BE₁/2-BE₂/2이다. 도시한 실시예에 있어서, 횡방향 길이 BE₁은 횡방향 길이 BE₂보다 대략 3배 크고, 종방향 길이 LE₁과 LE₂도 이에 상응한다.

도 5는 제1 빔 영역(4)은 커다란 원형으로 형성되고, 제2 빔 영역(5)은 작은 원형으로 형성되고, 제2 빔 영역(5)은 완전하게 제1 빔 영역(4)의 외부에 배치되고, (전진 방향 VR과 관련하여) 제1 빔 영역(4) 후방에 배열되는 일 실시예에 따른 빔 형상을 도시한다. 여기서 초점(4a, 5a) 간의 간격 a는 BE₁/2와 BE₂/2의 합계보다 크다. 종방향 길이 LE₁은 LE₂보다 대략 2.4배 크고, 이런 비율은 횡방향 길이 BE₁과 BE₂의 관계에도 상응한다.

도 6은 제1 빔 영역(4)은 환형 단면 형태로 형성되고, 제2 빔 영역(5)은 원형으로 형성되는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 빔 형상을 도시한다. 도시된 실시예에 따르면, 빔 영역(4, 5)의 원 중심은 제2 빔 영역(5)의 초점(5a)에서 서로 일치하는데, 그럼에도 빔 영역(4, 5)은 서로 분리되어 있다. 여기서 제1 빔 영역(4)의 초점(4a)은 제1 빔 영역(4)의 후면 가장자리에 거의 근접하여 위치하고, 전진 방향 VR을 가로지르는 방향과 관련하여 중앙에 위치한다. 제1 빔 영역(4)의 횡방향 길이 BE₁은 제2 빔 영역(5)의 횡방향 길이 BE₂보다 대략 1.33배 크다. 반면에, 제1 빔 영역(4)의 종방향 길이 LE₁은 제2 빔 영역(5)의 종방향 길이 LE₂보다 대략 2.9배 크다. 표면 초점(4a, 5a)의 간격 a는 제2 빔 영역(5)의 횡방향 길이 BE₂의 0.9배에 이른다.

환형 단면 형상의 제1 빔 영역(4)을 통하여 매우 균일한 열 분산 및 마찬가지로 균일한 용융이 제2 빔 영역(5) 영역을 지향하여 수행될 수 있다.

도 7은 제1 빔 영역(4)은, 전진 방향 VR에서 볼 때, 후방으로 줄지어 배치되는, 3개의 분리된 부분 빔 영역(71, 72, 73)을 포함하는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 빔 형상을 도시한다. 부분 빔 영역(71, 72, 73)은 각각 거의 사각형상으로 이루어지고, 전진 방향 VR을 가로지르는 방향으로 제일 큰 부분 빔 영역(71)은 최선단에 위치하고, 다른 두 개의 부분 빔 영역(72, 73)은 후방을 향하여 (전진 방향 VR과는 반대로) 점차 감소하는 종방향 길이를 포함한다. 제1 빔 영역(4) 전체에 대하여 최선단의 부분 빔 영역(71)은 종방향 길이 LE₁을 확정한다. 제1 빔 영역(4)의 횡방향 길이 BE₁전체가 (전진 방향 VR과 관련하여) 부분 빔 영역(73, 71)의 외부 가장자리 사이의 간격으로서 확정된다. 여기서 LE₁은 LE₂보다 대략 2배 크고, 더 나아가 BE₁은 BE₂보다 대략 2.4배 크다.

도시한 실시예에 있어서, 비교적 높은 레이저 출력이 넓은 면적을 통하여 가공물로 전달되기 위하여, 3개의 모든 부분 빔 영역(71, 72, 73)은 동시에 배치된다. 우수한 품질의 용접 이음선을 얻기 위하여, 제1 빔 영역(4)의 최선단 부분 빔 영역(71)의 초점(71a)과 제2 빔 영역(5)의 초점(5a) 사이의 간격(a')은 적어도 2^*d_Min이 되도록 선택될 수 있다(d_Min의 정의에 관하여 앞의 도 1을 보라). 제1 빔 영역(4) 전체의 초점(4a)과 제2 빔 영역(5)의 초점(5a) 사이의 간격 a(a는 a'에 비하여 짧으며, 제2 부분 빔 영역(72)의 내부에 위치함)에 대하여, 간격 a는 마찬가지로 적어도 2^*d_Min이 되는 것이 또한 바람직하다.

본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 있어서, 가공물 타입에 따라서 용접되어야 하는 개개의 가공물의 두께에 적합하도록, 동시에 적용되는 제1 빔 영역(4)의 부분 빔 영역(71-73)들의 개수가 변동될 수 있고, 및/또는 부분 빔 영역(71-73)들의 선별이 시도될 수 있다. 가공물이 두꺼우면 두꺼울수록, 그에 상응하게 보다 넓은 간격 a' 또는 a를 형성하기 위하여, 부분 빔 영역(71-73)들은 제2 빔 영역(5)의 전방에서 더욱 더 확장되어 적용된다.

도 8은, 다시 전진 방향 VR과 관련하여 볼 때, 제1 빔 영역(4)이 후방으로 차례로 나열되는 두 개의 부분 빔 영역(71, 72)을 포함하는, 본 발명에 따른 일 실시예의 빔 형상을 도시한다. 제1 빔 영역(5)은 원형으로 형성된다.

부분 빔 영역(71, 72)은 각각 거의 환형 단면 형상으로 이루어지고, 전진 방향 VR을 가로지르는 방향으로 가장 큰 부분 빔 영역(71)은 가장 앞쪽에 배치된다. 부분 빔 영역(71, 72)과 제2 빔 영역(5)의 초점들은 제2 빔 영역(5)의 초점(5a)에서 서로 일치한다. 제1 빔 영역(4) 전체에 대하여 최선단 부분 빔 영역(71)이 종방향 길이 LE₁을 확정한다. 제1 빔 영역(4) 전체의 횡방향 길이 BE₁은, 부분 빔 영역(71, 72)의 외부(전진 방향 VR과 관련하여)의 가장자리 사이로 정해진다. 여기서 LE₁은 LE₂보다 대략 4.8배 크고, BE₁은 BE₂보다 대략 2.3배 크다.

이 실시예에 있어서, 제1 부분 빔 영역(71)의 초점(71a)과 제2 빔 영역(5)의 초점(5a) 사이의 간격(a')과 제1 빔 영역(4) 전체의 초점(4a)과 제2 빔 영역(5)의 초점(5a) 사이의 간격(a)은 확실하게 큰 차이를 보이지 않음으로써, 그 결과 조건 a'≥2^*d_Min과조건a≥2^*d_Min의 동시적인 충족은 한층 수월하게 된다. 또한, 이 실시예에 있어서, 제1 빔 영역(4)의 부분 빔 영역(71, 72)의 개수와 선택은 가공물 타입에 따라서, 특히 가공물 두께(s)와 결부하여, 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 용접 방법은, 다양한 빔 영역(4, 5) 또는 스폿들이 다양한 레이저 빔으로부터 또는 하나의 레이저 빔이 두 개 또는 다수로 분배되는 것을 통하여 생성될 수 있는, 설비에 특히 적용될 수 있다. 이에 상응하는 것이 부분 빔 영역에도 해당한다. 본 발명에 따른 효과적인 실시예들은, 두 개의 또는 그 이상의 평행하게 나열되는, 다양한 직경의 섬유 코어로 이루어지는 이중 코어 섬유, 에워싸고 있는 원형 섬유에 편심으로 배열되는 코어 섬유를 구비하는 이중 코어 파이버, 원하는 강도의 프로파일(빔 형상)을 생성하고, 그리고 경우에 따라서 변화가 가능하게(예컨대, 광학축을 중심으로 회전하는 가운데), 다양한 강도의 프로파일들(빔 형상들)을 생성할 수 있는, 레이저 가공 헤드의 회절 광학 부재 등이 사용됨으로써 가능해진다. 예컨대, 레이저 가공 헤드에 배치되는 회전 가능한 광학 부재를 통하여, 제1 빔 영역 및 제2 빔 영역의 동시적 회전이 가능하고, 또는 제2 빔 영역을 중심으로 제1 빔 영역(또는 제1 빔 영역의 부분 빔 영역)의 회전이 수행될 수 있다. 이로써 휘어지는(비직선적인) 방향으로 진행되는 용접 접합부에 빔 영역의 정렬이 적합하게 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 용접 방법을 이용하여 특히 관, 프로파일 및 맞춤식 재단 용접 강판이 후처리 작업을 할 필요 없이 제작되어질 수 있다. 본 발명에 따른 용접 방법을 사용하면 스플래시가 발생하지 않게 되고, 따라서 용접 설비의 가동이 멈추게 되는 시간이 감소하게 된다. 편심 구조(제1 빔 영역 및 제2 빔 영역의 초점이 전진 방향에서 볼 때 대향하여 위치가 바뀌는 구조)를 통하여 레이저 용접에 필요한 에너지가 감소될 수 있고, 그리고 그 외에도 (전진 속도의 증가를 통하여) 생산성이 향상될 수 있는 가능성이 있다.

1 : 제1 레이저 빔 2 : 제2 레이저 빔
3 : 가공물 4 : 제1 빔 영역
4a : 제1 빔 영역의 초점 5 : 제2 빔 영역
5a : 제2 빔 영역의 초점 6 : 가공물 상부면
7 : 용융조 8 : 키홀
9 : 가공물 하부면 10 : 용접 이음선
11 : 제1 레이저 빔의 초점 위치 12 : 제2 레이저 빔의 초점 위치
31 : 제1 빔 영역의 부분 빔 영역 32 : 제1 빔 영역의 부분 빔 영역
71 : 제1 빔 영역의 최선단 부분 빔 영역
71a : 최선단 부분 빔 영역의 초점
72 : 제1 빔 영역의 부분 빔 영역 73 : 제1 빔 영역의 부분 빔 영역
a : 제1 빔 영역과 제2 빔 영역 사이의 초점의 간격
a' : 제1 빔 영역의 최선단 부분 빔 영역과 제2 빔 영역 사이의 초점의 간격
BE₁ : 제1 빔 영역의 횡방향 길이 BE₂: 제2 빔 영역의 횡방향 길이
FD₁ : 제1 레이저 빔의 초점 직경 FD₂ : 제2 레이저 빔의 초점 직경
LE₁ : 제1 빔 영역의 종방향 길이 LE₂ : 제2 빔 영역의 종방향 길이
VR : 전진 방향

Claims

가공물(3)을 레이저 빔으로 용접하는 방법으로서,
상기 가공물(3) 상에 적어도 제1 레이저 빔(1)으로 제1 빔 영역(4),제2 레이저 빔(2)으로 제2 빔 영역(5)이 생성되어, 상기 가공물(3)에 대해 전진 방향 VR을 따라서 이동되고;
상기 제1 빔 영역(4)과 상기 제2 빔 영역(5)의 초점(4a, 5a)은 서로 일치하지 않으며, 상기 제1 빔 영역(4)은 상기 제2 빔 영역(5)에 선행하고;
상기 제1 빔 영역(4)의 종방향 길이 LE₁은, 상기 전진 방향 VR을 가로지르는 방향으로 측정하는 경우, 상기 제2 빔 영역(5)의 종방향 길이 LE₂보다 크거나 또는 동일한 것인 레이저 빔 용접 방법에 있어서,
상기 제1 빔 영역(4)의 표면적은 상기 제2 빔 영역(5)의 표면적보다 크고,
상기 제1 빔 영역(4)의 횡방향 길이 BE₁은, 상기 전진 방향 VR을 따라서 측정하는 경우, 상기 제2 빔 영역(5)의 횡방향 길이 BE₂보다 크거나 또는 동일하고,
상기 제1 레이저 빔(1)의 레이저 출력은 상기 제2 레이저 빔(2)의 레이저 출력보다 크고, 그리고
상기 제2 레이저 빔(2)이 상기 제1 레이저 빔(2)에 의하여 생성되는 용융조(7)를 향해 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항에 있어서, 하나의 또는 복수의 고체 레이저를 구비하는 상기 레이저 빔(1, 2)이 생성되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔(2)의 초점 직경(FD₂)이 상기 제1 레이저 빔의 초점 직경(FD₁)보다 작고, 상기 제2 레이저 빔(2)의 출력 밀도가 상기 제1 레이저 빔(1)의 출력 밀도보다 큰 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔(2)의 초점 직경(FD₂)에 대하여, 적어도 상기 전진 방향 VR을 가로지르는 하나의 방향에 있어서, 수식:
그리고
(여기서 K_d,Min은 3~30 ㎟/s의 재료에 고유한 상수이고, s는 용접되어야 하는 가공물의 두께이고, v는 레이저 빔-용접의 전진 속도임)이 적용되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 빔 영역(4)의 상기 종방향 길이 LE₁에 대해 수식: LE₁≥b_Min, 그리고 b_Min=2^*d_Min이 적용되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전진 방향 VR을 따라서 형성되는 상기 제1 빔 영역(4)과 상기 제2 빔 영역(5) 사이의 초점(4a, 5a)의 간격(a)에 대해 수식: a≥a_Min, 그리고 a_Min=2^*d_Min이 적용되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 다양한 두께(s)를 갖는 다수의 가공물(3)에 대하여 레이저-용접이 수행되고, 상기 전진 방향 VR을 따라서 형성되는 상기 제1 빔 영역(4)과 상기 제2 빔 영역(5) 사이의 상기 초점(4a, 5a)의 간격(a)은 두꺼운 두께(s)를 갖는 가공물(3)에 대해서는 넓게 선택되어지는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 빔 영역(4)과 상기 제2 빔 영역(5)은 중첩하여 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 빔 영역(4)과 상기 제2 빔 영역(5)은 서로 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 빔 영역(4)은 상기 전진 방향 VR을 가로지르는 방향으로 서로 이격되어 배치되는 적어도 2개의 부분 빔 영역(31, 32)을 포함하고, 특히 상기 부분 빔 영역(31, 32)은 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 빔 영역(4)은 상기 전진 방향 VR을 향하여 이격되어 나열되는 적어도 2개의 부분 빔 영역(71, 72, 73)을 포함하고, 특히 상기 부분 빔 영역(71, 72, 73)은 사각형상 또는 환형 단면의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제4항 및 제11항에 있어서, 상기 제1 빔 영역(4)의, 전진 방향 VR로 볼 때 가장 앞에 위치하는 상기 부분 빔 영역(71)의 초점(71a)과 상기 제2 빔스페이스(5)의 초점(5a) 사이의 간격(a')에 대하여 수식: a'≥a_Min, 그리고 a_Min=2^*d_Min이 적용되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 다양한 두께(s)를 갖는 다수의 가공물(3)에 레이저-용접이 수행되고, 전진 방향 VR을 향하여 나열되는 상기 부분 빔 영역(71, 72, 73)의 개수는 가공물의 두께(s)가 증가할수록 늘어나는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 전진 방향 VR을 향하여 나열되는 상기 부분 빔 영역(71, 72, 73)은 상기 제2 빔 영역(5)를 향하여, 상기 전진 방향(VR)을 가로지르는 방향에서 측정하는 경우, 점점 감소하는 종방향 길이를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 빔-용접은 관통 용접으로 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 용접 방법.