KR20220054330A - 고밀봉성 알루미늄 합금 직사각형 캐비티 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고밀봉성 알루미늄 합금 후판 직사각형 캐비티 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법을 제공한다. 본 용접 방법은 고밀봉성 알루미늄 합금 후판 직사각형 캐비티의 길이, 높이 및 너비 치수가 모두 ≥350mm이며, 캐비티용 알루미늄 합금 인장판 재료는 AL6061-T6이고, 판 두께는 20 내지 25mm이며, 각 인접한 판은 T자형 또는 L자형 판 사이가 위치 결정 방식에 의해 조립되고, 용접 와이어 재료는 4043이고, 용접 이음매 높이와 너비는 모두 5mm보다 커야 하며, 용접 이음매 품질은 GB＼12469-1990을 충족하고, 챔버 극한 진공도는 1Pa에 도달한다. 본 용접 방법은 재료 활용도와 가공 효율을 크게 향상시키고 재료 및 사이클 비용을 절감한다. 단일 레이저 용접 및 플라즈마 용접 등 방식에 비해 용접 품질이 효과적으로 향상된다.
Description
본 발명은 선진 제조 기술 분야의 선진 성형 및 공정 기술에 속하며, 고밀봉성 알루미늄 합금 직사각형 캐비티의 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법에 관한 것이다.
알루미늄 합금은 경량, 내식성, 고강도, 성형 용이성 및 저온 취성이 없다는 장점 등이 있으며 항공 우주, 고속철도, 자동차, 전자 정보 등 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있다. 이러한 응용 분야에서 고밀봉성의 알루미늄 합금 직사각형 캐비티는 IC 장비 중의 CM 용접 로딩 캐비티, 의료용 알루미늄 합금 캐비티, 표면 분석용 초고진공 시스템 캐비티 및 진공 코팅용 캐비티 등과 같이 중요하고 전형적인 엔지니어링 구조이다. 이러한 구조는 일반적으로 비교적 높은 밀봉성, 강도 및 가공 정확도를 요구하며 현재 선택 가능한 가공 방식에는 일체형 가공법 및 용접 성형법이 있다. 일체형 가공법은 기계적인 절삭 방법을 이용하여 전체 알루미늄 합금 주물과 단조물을 터널링하여 캐비티의 제작을 구현하는 것을 말한다. 이 방법은 공정이 복잡하며, 먼저 제품 크기에 적합한 주물과 단조물을 제공해야 하고, 가공 주기가 길며 재료 활용률이 매우 낮아 캐비티 구조의 대규모 및 저비용 제조에 적합하지 않다. 용접 성형법은 표준 알루미늄 합금 판재를 필요한 크기로 기계 가공한 후, 용접 방식을 이용해 각 판재를 함께 조립 용접하여 캐비티를 형성한다. 일반적인 알루미늄 합금 용접 방법에는 아크 용접, 레이저 용접, 가스 용접, 화염 용접, 플라즈마 용접 또는 복합 용접이 있다. 본 출원에서 두께가 20mm 이상인 알루미늄 합금 판재의 경우 가스 용접, 화염 용접 등의 에너지 밀도가 너무 작아 후판의 용접에는 적합하지 않다.
본 발명은 고밀봉성 알루미늄 합금 직사각형 캐비티 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법을 제공한다. 용접 순서를 합리적으로 설계하고 용접 공정 매개변수를 설정함으로써, 고정밀도, 저변형 및 우수한 밀봉성을 가진 알루미늄 합금 후판 직사각형 캐비티의 용접을 구현한다.
본 발명의 구체적인 기술적 해결책은 하기와 같다.
고밀봉성 알루미늄 합금 직사각형 캐비티 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법은 하기 단계를 포함한다.
제1단계: 먼저 1호판, 3호판, 4호판, 5호판, 6호판을 직사각형 캐비티로 클램핑시켜 조립하고, 2호판은 잠시 조립하지 않고 보류하며, 잠시 2호판이 설치되지 않은 캐비티의 일면 노치가 위를 향해 수평으로 거치되도록 만들고, 1호판과 3호판, 4호판, 5호판, 6호판이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매를 수평 상태로 만들고, 2호판의 캐비티 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 1호판과 3호판, 4호판, 5호판, 6호판이 겹쳐진 내부의 4개 용접 이음매를 용접한다.
제2단계: 캐비티 자세가 바뀌지 않도록 유지하고, 2호판을 덮으며, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용하여 2호판과 5호판, 6호판이 겹쳐진 외측의 2개 용접 이음매를 용접한다.
제3단계: 캐비티를 도치시키고, 2호판을 바닥부에 거치하며, 1호판 상의 직사각형 환형 노치 측면이 위를 향하도록 만들고, 2호판과 3호판, 4호판, 5호판, 6호판이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매가 모두 수평 상태에 놓이도록 만들고, 1호판의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용하여 2호판과 3호판, 4호판, 5호판, 6호판이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매를 용접한다.
제4단계: 캐비티를 6호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 1호판 상의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 6호판과 3호판, 4호판이 겹치는 캐비티 내부의 2개 용접 이음매를 용접한다.
제5단계: 캐비티를 5호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 1호판 상의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 5호판과 3호판, 4호판이 겹치는 캐비티 내부의 2개 용접 이음매 및 1호판과 6호판이 겹치는 하나의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접한다.
제6단계: 캐비티를 6호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 1호판과 5호판이 겹치는 하나의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접한다.
제7단계: 캐비티를 3호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 4호판과 1호판, 2호판, 5호판, 6호판이 겹치는 4개의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접한다.
제8단계: 캐비티를 4호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 3호판과 1호판, 2호판, 5호판, 6호판이 겹치는 4개의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접한다.
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다. 즉, 알루미늄 합금 주물 또는 단조물을 가공하는 대신 알루미늄 합금 인장판 조립 용접 성형 캐비티를 이용하며, 이는 재료 활용도 및 가공 효율이 크게 향상되고 재료 및 사이클 비용이 절감된다. 복합 용접 기술을 이용하면, 단일 레이저 용접 및 플라즈마 용접 등 방식에 비해 용접 품질이 효과적으로 향상된다. 또한 복합 용접 공정은 용접 품질의 일관성을 보장하는 데 더 도움이 되며 고품질 알루미늄 합금 후판 직사각형 캐비티 구조의 용접 성형에 대한 안정적인 선택을 제공한다.
도 1은 고밀봉성 알루미늄 합금 후판 직사각형 캐비티의 모식도이다.
이하에서는 첨부 도면 1과 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
알루미늄 합금 후판 직사각형 캐비티 구조, 고밀봉성 알루미늄 합금 후판 직사각형 캐비티의 길이, 높이 및 너비 치수는 모두 ≥350mm이고, 캐비티용 알루미늄 합금 인장판 재료는 AL6061-T6이고, 판 두께는 20 내지 25mm이며 바람직하게는 20mm이다. 각 인접한 판은 T자형 또는 L자형 판 사이의 위치 결정 방식에 따라 조립되며, 용접 와이어 재료는 4043이고, 용접 와이어 직경 
은 용접 이음매 높이 및 너비가 모두 5mm보다 커야 하며, 용접 이음매 품질은 GB＼12469-1990 결함 1레벨 표준을 충족하고, 챔버의 극한 진공도는 1Pa에 도달한다.
용접에 사용되는 장비는 로봇 자동 용접 장비이며, 주로 다관절 로봇, 플라즈마 아크 용접기, 레이저와 2축 포지셔너가 포함된다. 99.99%의 고순도 아르곤 가스를 보호 가스로 사용하며 보호 가스 유량은 20L/min으로 설정한다.
상기 고밀봉성 알루미늄 합금 후판 캐비티 로봇 자동 MIG 용접 방법은, 용접 공정에서 순도 99.99% 이상의 고순도 아르곤 가스를 사용해 용접 토치와 동축 보호하며, 보호 가스 유량은 20 내지 25L/min인 것을 특징으로 한다.
상기 고밀봉성 알루미늄 합금 후판 캐비티 로봇 자동 MIG 용접 방법은, 캐비티 내부 용접 이음매를 용접할 때, 용접 토치와 현재 용접하는 용접 이음매 양측 알루미늄 합금 판의 협각이 45°인 것을 특징으로 한다.
실시예
고밀봉성 알루미늄 합금 직사각형 캐비티 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법은 하기 단계를 포함한다.
제1단계: 먼저 1호판(1), 3호판(3), 4호판(4), 5호판(5), 6호판(6)을 직사각형 캐비티로 클램핑시켜 조립하고, 2호판(2)은 잠시 조립하지 않고 보류하며, 잠시 2호판(2)이 설치되지 않은 캐비티의 일면 노치가 위를 향해 수평으로 거치되도록 만들고, 1호판(1)과 3호판(3), 4호판(4), 5호판(5), 6호판(6)이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매를 수평 상태로 만들고, 2호판(2)의 캐비티 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 1호판(1)과 3호판(3), 4호판(4), 5호판(5), 6호판(6)이 겹쳐진 내부의 4개 용접 이음매를 용접한다.
제2단계: 캐비티 자세가 바뀌지 않도록 유지하고, 2호판(2)을 덮으며, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용하여 2호판(2)과 5호판(5), 6호판(6)이 겹쳐진 외측의 2개 용접 이음매를 용접한다.
제3단계: 캐비티를 도치시키고, 2호판(2)을 바닥부에 거치하며, 1호판(1) 상의 직사각형 환형 노치 측면이 위를 향하도록 만들고, 2호판(2)과 3호판(3), 4호판(4), 5호판(5), 6호판(6)이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매가 모두 수평 상태에 놓이도록 만들고, 1호판(1)의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용하여 2호판(2)과 3호판(3), 4호판(4), 5호판(5), 6호판(6)이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매를 용접한다.
제4단계: 캐비티를 6호판(6)이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 1호판(1) 상의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 6호판(6)과 3호판(3), 4호판(4)이 겹치는 캐비티 내부의 2개 용접 이음매를 용접한다.
제5단계: 캐비티를 5호판(5)이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 1호판(1) 상의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 5호판(5)과 3호판(3), 4호판(4)이 겹치는 캐비티 내부의 2개 용접 이음매 및 1호판(1)과 6호판(6)이 겹치는 하나의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접한다.
제6단계: 캐비티를 6호판(6)이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 1호판(1)과 5호판(5)이 겹치는 하나의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접한다.
제7단계: 캐비티를 3호판(3)이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 4호판(4)과 1호판(1), 2호판(2), 5호판(5), 6호판(6)이 겹치는 4개의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접한다.
제8단계: 캐비티를 4호판(4)이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 3호판(3)과 1호판(1), 2호판(2), 5호판(5), 6호판(6)이 겹치는 4개의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접한다.
바람직한 용접 공정 매개변수는 하기와 같다.
(1) 아크 개시 전류: 270 내지 300A
(2) 용접 전류 A: 210 내지 240A
(3) 아크 소멸 전류: 190 내지 200A
(4) 용접 전압: 18 내지 20V
(5) 용접 속도: 40 내지 45cm/min
(6) 용접 토치에서 연장되는 용접 와이어의 길이: 13 내지 15mm
(7) 아크 소멸 지연 시간: 0.4 내지 0.6초
(8) 레이저 출력 P: P+A=350 충족
(9) 레이저빔 위치: 플라즈마 아크 전방 2 내지 5mm 위치
(10) 레이저빔과 용접 토치 협각: 55 내지 45°.
모든 용접 이음매는 모두 수평 위치에서 용접되며, 모두 좌측 용접법을 채택하고, 용접 토치와 현재 용접하는 용접 이음매의 용접된 구간의 협각은 14 내지 25°이다.
상기 고밀봉성 알루미늄 합금 후판 캐비티 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법에 있어서, 사용되는 최적화된 용접 공정 매개변수는 하기와 같다.
(1) 아크 개시 전류: 270A
(2) 용접 전류 A: 210A
(3) 아크 소멸 전류: 190A
(4) 아크 소멸 지연 시간: 0.4초
(5) 용접 전압: 18V
(6) 용접 속도: 40cm/min
(7) 용접 토치에서 연장되는 용접 와이어의 길이: 13mm
(8) 레이저 출력 P: 140W
(9) 레이저빔 위치: 플라즈마 아크 전방 2mm 위치
(10) 레이저빔과 용접 토치 협각: 55°.
상기 고밀봉성 알루미늄 합금 후판 캐비티 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법에 있어서, 모든 용접 이음매는 모두 수평 위치에서 용접되며, 모두 좌측 용접법을 채택하고, 용접 토치와 현재 용접하는 용접 이음매의 용접된 구간 협각은 15°로 유지된다.
용접 이음매 샘플을 분석하였으며, 용접 이음매가 잘 형성되고 기공이 없으며 용접 이음매 품질이 GB＼12469-1990 결함 1레벨 표준을 충족한다. 캐비티가 용접된 후 전체적으로 현저한 변형이 없으며 극한 진공도 테스트 후 캐비티 진공도가 1Pa에 도달해 설계 요건을 충족하였다.
Claims (3)
- 고밀봉성 알루미늄 합금 직사각형 캐비티 플라즈마 아크-레이저 복합 용접 방법에 있어서,
먼저 1호판, 3호판, 4호판, 5호판, 6호판을 직사각형 캐비티로 클램핑시켜 조립하고, 2호판은 잠시 조립하지 않고 보류하며, 잠시 2호판이 설치되지 않은 캐비티의 일면 노치가 위를 향해 수평으로 거치되도록 만들고, 1호판과 3호판, 4호판, 5호판, 6호판이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매를 수평 상태로 만들고, 2호판의 캐비티 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 1호판과 3호판, 4호판, 5호판, 6호판이 겹쳐진 내부의 4개 용접 이음매를 용접하는 제1단계;
캐비티 자세가 바뀌지 않도록 유지하고, 2호판을 덮으며, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용하여 2호판과 5호판, 6호판이 겹쳐진 외측의 2개 용접 이음매를 용접하는 제2단계;
캐비티를 도치시키고, 2호판을 바닥부에 거치하며, 1호판 상의 직사각형 환형 노치 측면이 위를 향하도록 만들고, 2호판과 3호판, 4호판, 5호판, 6호판이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매가 모두 수평 상태에 놓이도록 만들고, 1호판의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용하여 2호판과 3호판, 4호판, 5호판, 6호판이 겹쳐진 내측의 4개 용접 이음매를 용접하는 제3단계;
캐비티를 6호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 1호판 상의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 6호판과 3호판, 4호판이 겹치는 캐비티 내부의 2개 용접 이음매를 용접하는 제4단계;
캐비티를 5호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 1호판 상의 직사각형 환형 노치로부터 용접 토치를 넣고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 5호판과 3호판, 4호판이 겹치는 캐비티 내부의 2개 용접 이음매 및 1호판과 6호판이 겹치는 하나의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접하는 제5단계;
캐비티를 6호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 1호판과 5호판이 겹치는 하나의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접하는 제6단계;
캐비티를 3호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 4호판과 1호판, 2호판, 5호판, 6호판이 겹치는 4개의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접하는 제7단계; 및
캐비티를 4호판이 바닥부에 거치되는 자세로 조정하고, 최적화된 용접 공정 매개변수를 사용해 3호판과 1호판, 2호판, 5호판, 6호판이 겹치는 4개의 캐비티 외측 용접 이음매를 용접하는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 최적화된 용접 공정 매개변수는,
(1) 아크 개시 전류: 270 내지 300A,
(2) 용접 전류 A: 210 내지 240A,
(3) 아크 소멸 전류: 190 내지 200A,
(4) 용접 전압: 18 내지 20V,
(5) 용접 속도: 40 내지 45cm/min,
(6) 용접 토치에서 연장되는 용접 와이어의 길이: 13 내지 15mm,
(7) 아크 소멸 지연 시간: 0.4 내지 0.6초,
(8) 레이저 출력 P: P+A=350 충족,
(9) 레이저빔 위치: 플라즈마 아크 전방 2 내지 5mm 위치,
(10) 레이저빔과 용접 토치 협각: 55 내지 45°인 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
모든 용접 이음매는 모두 수평 위치에서 용접되고, 모두 좌측 용접법을 채택하며, 용접 토치와 현재 용접하는 용접 이음매의 용접된 구간의 협각은 14 내지 25°인 것을 특징으로 하는 방법.
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