KR20230122957A - 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법 - Google Patents
용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고내식성 용융 아연 도금 강판을 이용하여 사이드 레일과 렁을 먼저 제조하고, 제조된 사이드 레일과 렁의 도금층 망실을 최소화하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법에 있어서, 상기 용융 아연 도금 강판 구조물은 복수의 사이드 레일과 복수의 렁으로 구성되는 전선 트레이이며, 상기 사이드 레일을 제조하기 위하여, 두께가 1.5mm 내지 3.2mm인 소지강판 양면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판을 준비하는 사이드 레일용 강판 준비 단계; 준비된 고내식 합금 도금 강판을 롤포밍하여 일정한 단면을 갖는 사이드 레일로 제조하는 사이드 레일 제조 단계; 상기 렁을 제조하기 위하여, 두께가 1.5mm 내지 3.2mm인 소지강판 양면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판을 준비하는 렁용 강판 준비 단계; 준비된 고내식 합금 도금 강판을 롤포밍하여 일정한 단면을 갖는 렁으로 제조하는 렁 제조 단계; 제조된 복수의 사이드 레일과 복수의 렁이 접촉부를 통하여 서로 접촉하는 형태로 지그에 장착하는 지그 장착 단계; 및 상기 사이드 레일과 렁이 상기 지그에 장착된 상태에서, 상기 사이드 레일의 외면에 레이저 용접기의 레이저 빔을 조사하여 상기 사이드 레일과 성기 렁이 상기 접촉부를 통하여 서로 접합하는 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법에 있어서, 상기 용융 아연 도금 강판 구조물은 복수의 사이드 레일과 복수의 렁으로 구성되는 전선 트레이이며, 상기 사이드 레일을 제조하기 위하여, 두께가 1.5mm 내지 3.2mm인 소지강판 양면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판을 준비하는 사이드 레일용 강판 준비 단계; 준비된 고내식 합금 도금 강판을 롤포밍하여 일정한 단면을 갖는 사이드 레일로 제조하는 사이드 레일 제조 단계; 상기 렁을 제조하기 위하여, 두께가 1.5mm 내지 3.2mm인 소지강판 양면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판을 준비하는 렁용 강판 준비 단계; 준비된 고내식 합금 도금 강판을 롤포밍하여 일정한 단면을 갖는 렁으로 제조하는 렁 제조 단계; 제조된 복수의 사이드 레일과 복수의 렁이 접촉부를 통하여 서로 접촉하는 형태로 지그에 장착하는 지그 장착 단계; 및 상기 사이드 레일과 렁이 상기 지그에 장착된 상태에서, 상기 사이드 레일의 외면에 레이저 용접기의 레이저 빔을 조사하여 상기 사이드 레일과 성기 렁이 상기 접촉부를 통하여 서로 접합하는 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 생산성의 갖는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법에 관한 것이다.
일반적으로 용융 아연 도금 강판은 소지 강판의 표면에 용융 아연 합금(알루미늄, 마그네슘 및 아연)을 도금하여 높은 내식성을 제공하는 강판으로 주로 구조물의 용도로 활용되고 있다.
예를 들면, 태양광 지지체, 엘리베이터 벽체 또는 물탱크의 벽체 등과 같이 기본적인 강성과 더불어 내식성이 요구되는 구조물들에 적용되고 있다.
한편, 건물, 공장, 선박 및 해양 구조물 등에는 다양한 전원 공급이나 공압 또는 유체의 공급을 위해 사용되는 크고 작은 직경의 전선의 정리 정돈과 지지하기 위한 용도로 전선 트레이가 사용된다.
상기와 같이 각종 전선 등을 지지 고정하는 전선 트레이는 공개특허 제2009-0033505호에 개시된 바와 같이, 측면에 배치되는 한쌍의 측면프레임(빔, 사이드레일)과 상기 측면프레임 사이를 일정한 간격으로 연결하는 복수의 수평지지대(렁, 행거)를 포함하여 구성된다.
여기서 사이드 레일은 통상 'ㄷ'자 형태의 단면을 가지며, 강판을 성형하여 제조되고, 렁은 상기 빔과 동일한 'ㄷ'자 형태 또는 다른 단면 형상을 가지며, 역시 강판을 성형하여 제조되는 것이 일반적이다. 그리고 상기 사이드 레일과 상기 렁의 결합은 아크 용접 방식, 끼움 방식, 알루미늄 압착 방식 등이 다양하게 채택되고 있다.
이 중 아크 용접 방식은 사이드 레일과 렁을 영구적으로 결합하여 결합 강도가 우수하여 가장 경제적인 방법 중 하나이고 널리 적용되는 방법에 해당한다.
그러나 상기 아크 용접 방식의 경우에는 아크 용접 중 발생하는 슬래그가 튀어 외관을 해치게 되는 경우가 발생하고, 또한 아크 용접 부분에 향후 발생할 수 있는 부식성을 고려하여 용접 완료 후 별도의 용융아연 도금을 시행해야 하므로, 제조 단계가 복잡하고, 단가가 상승하는 단점이 있다.
한편, 상기 사이드 레일과 렁을 용융 아연 도금 강판을 이용하여 제작하는 경우, 사이드 레일과 렁의 결합을 아크 용접을 이용하여 수행하는 경우 비교적 넓은 용접 부위와 슬래그 등에 의하여 강판의 도금부분이 망실되어 추가의 용융 아연 도금을 수행해야 하는 단점이 있어, 볼트나 리벳 등과 같이 도금 층의 망실이 발생하지 않는 기계적인 결합만 적용할 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 고내식성 용융 아연 도금 강판을 이용하여 사이드 레일과 렁을 먼저 제조하고, 제조된 사이드 레일과 렁의 도금층 망실을 최소화하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법에 있어서, 상기 용융 아연 도금 강판 구조물은 복수의 사이드 레일과 복수의 렁으로 구성되는 전선 트레이이며, 상기 사이드 레일을 제조하기 위하여, 두께가 1.5mm 내지 3.2mm인 소지강판 양면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판을 준비하는 사이드 레일용 강판 준비 단계; 준비된 고내식 합금 도금 강판을 롤포밍하여 일정한 단면을 갖는 사이드 레일로 제조하는 사이드 레일 제조 단계; 상기 렁을 제조하기 위하여, 두께가 1.5mm 내지 3.2mm인 소지강판 양면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판을 준비하는 렁용 강판 준비 단계; 준비된 고내식 합금 도금 강판을 롤포밍하여 일정한 단면을 갖는 렁으로 제조하는 렁 제조 단계; 제조된 복수의 사이드 레일과 복수의 렁이 접촉부를 통하여 서로 접촉하는 형태로 지그에 장착하는 지그 장착 단계; 및 상기 사이드 레일과 렁이 상기 지그에 장착된 상태에서, 상기 사이드 레일의 외면에 레이저 용접기의 레이저 빔을 조사하여 상기 사이드 레일과 성기 렁이 상기 접촉부를 통하여 서로 접합하는 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 고내식 합금 도금 강판은 Zn-Al-Mg 합금인 3원계 합금이 도금층을 형성하는 도금 강판인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 고내식 합금 도금 강판은 포스맥 강판인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 사이드 레일용 강판 준비 단계와 상기 렁용 강판 준비 단계는 준비된 강판은 일정한 크기로 절단하는 재단 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 사이드 레일 제조 단계는 성형된 사이드 레일의 일면에 홀을 형성하는 펀칭 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 접합 단계에서는 사이드 레일의 용접 부위에 도장을 수행하는 도장 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 사이드 레일의 단면은 중앙부와 상기 중앙부의 끝단에 절곡되어 형성되는 절곡부를 포함하고, 상기 렁의 단면은 상면부와 상기 상면부 양끝단에 절곡되어 형성되는 측면부 및 상기 측면부 양끝단에 절곡되어 형성되는 하면부를 포함하며, 상기 사이드 레일과 상기 렁의 접촉부는 상기 2개의 측면부 중 하나의 측면부 외면과 상기 절곡부의 내면인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 사이드 레일의 단면은 중앙부와 상기 중앙부의 끝단에 절곡되어 형성되는 절곡부를 포함하고, 상기 렁의 단면은 상면부와 상기 상면부 양끝단에 절곡되어 형성되는 측면부 및 상기 측면부 양끝단에 절곡되어 형성되는 하면부를 포함하며, 상기 사이드 레일과 상기 렁의 접촉부는 상면부의 외면과 상기 절곡부의 내면인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 사이드 레일의 단면은 중앙부와 상기 중앙부의 끝단에 절곡되어 형성되는 절곡부를 포함하고, 상기 렁의 단면 사각 배관 형태이며, 상기 사이드 레일과 상기 렁의 접촉부는 상기 사각 배관의 외면과 상기 절곡부의 내면인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 레이저 용접기의 레이저 빔를 조사하여 용접하는 부위는 하나의 렁에 대하여 4개의 접촉부인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 레이저 용접기의 레이저 빔을 조사하여 용접하는 부위는 하나의 렁에 대하여 서로 대각선으로 배치되는 2개의 접촉부인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법은 사전에 준비된 용융 아연 도금 강판을 이용하여 사이드 레일과 렁을 제조하고, 사이드 레일의 절곡부 외면에서 레이저를 조사하여 제조된 사이드 레일과 렁을 융접하는 것을 특징으로 하여 용접부의 면적이 최소화되고, 빠른 제조에 따라 높은 생산성을 제공하고, 또한 공정 간략화에 따라 제조된 구조물의 납기를 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 전선 트레이의 일반적인 구조를 나타내는 사시도이며,
도 2는 도 1의 조립도이며,
도 3은 본 발명에 따른 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법의 절차도이며,
도 4는 전선 트레이에 형성된 레이저 용접부의 설명도이며,
도 5는 전선 트레이에 형성된 레이저 용접부의 위치 설명도이며,
도 6은 렁과 사이드 레일의 결합 실시예들이며,
도 7은 도 4의 다른 실시예들이며,
도 8은 실시예 7 내지 실시예 10의 외형 사진들이며,
도 9는 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예의 시편 사진이며,
도 10은 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예들의 용접부(실시예 레이저 용접부, 비교예 아크 용접부) 사진이며,
도 11은 시험예 1에 따른 시편들의 사진이며,
도 12는 시험예 1에 따른 시편들의 또다른 사진들이며,
도 13은 시험예 1의 결과표이며,
도 14는 시험예 2를 수행한 장치의 사진이며,
도 15는 시험예 2의 결과 그래프이며,
도 16은 시험예 2의 다른 결과 그래프이다.
도 2는 도 1의 조립도이며,
도 3은 본 발명에 따른 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법의 절차도이며,
도 4는 전선 트레이에 형성된 레이저 용접부의 설명도이며,
도 5는 전선 트레이에 형성된 레이저 용접부의 위치 설명도이며,
도 6은 렁과 사이드 레일의 결합 실시예들이며,
도 7은 도 4의 다른 실시예들이며,
도 8은 실시예 7 내지 실시예 10의 외형 사진들이며,
도 9는 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예의 시편 사진이며,
도 10은 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예들의 용접부(실시예 레이저 용접부, 비교예 아크 용접부) 사진이며,
도 11은 시험예 1에 따른 시편들의 사진이며,
도 12는 시험예 1에 따른 시편들의 또다른 사진들이며,
도 13은 시험예 1의 결과표이며,
도 14는 시험예 2를 수행한 장치의 사진이며,
도 15는 시험예 2의 결과 그래프이며,
도 16은 시험예 2의 다른 결과 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
먼저 본 발명이 적용되는 용융 아연 도금 강판 구조물은 도 1 및 도 2에 도시된 전선 트레이(1)로, 한쌍의 사이드 레일(10, 빔) 사이에 다수의 렁(20)이 일정한 간격으로 배치되어 결합하는 형태이다.
물론, 본 발명이 적용되는 용융 아연 도금 강판 구조물은 상기와 같이 전선 트레이(1) 이외에 다른 구조물에도 적용될 수 있다.
한편, 상기 사이드 레일(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부(11)와 중앙부(11) 양끝단에 수직으로 절곡되는 절곡부(12)를 포함하는 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있다.
물론 상기 사이드 레일(10)의 단면은 적절한 강도를 구현할 수 있는 형상이면, 'ㄷ'자 이외에 어떠한 단면 형태로도 구현될 수 있다.
한편, 상기 렁(20)은 상단에 배치되는 케이블을 지지하는 역할과 양 사이드 레일(10)을 연결하는 역할을 하며, 단면은 도 2에 도시된 바와 같이, 상면부(21)와 상기 상면부(21) 양끝단에 90도로 절곡되어 각각 형성되는 측면부(22)와 상기 측면부(22) 끝단에 다시 90도로 절곡되어 형성되는 하면부(23)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 측면부(22)는 상면부(21) 끝단에 각각 형성되므로, 2개이고, 상기 하면부(23) 역시 2개이다. 다만 상기 하면부(23)의 너비의 합은 상기 상면부(21) 너비보다 작아 개방부(24)가 형성된다.
상기 렁(20)의 일면은 각각 상기 사이드 레일(10)과 결합하며, 본 발명에서는 레이저 용접 방식에 의하여 상기 사이드 레일(10)의 일면과 융접된다.
즉, 상기 전선 트레이(1)는 사이드 레일(10)과 렁(20)이 각각 제조된 후, 서로 레이저 용접 결합하여 제조된다.
본 발명에 따른 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 사이드 레일용 강판 준비 단계(S1), 사이드 레일 제조 단계(S2), 렁용 강판 준비 단계(S3), 렁 제조 단계(S4), 지그 장착 단계(S5) 및 접합 단계(S6)를 포함하여 구성된다.
이하에서는 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.
사이드 레일용 강판 준비 단계(S1)
사이드 레일용 강판 준비 단계(S1)는 전선 트레이(1)의 구성요소 중 하나인 사이드 레일(10)을 제조하기 위한 강판을 준비하는 단계이다.
상기 강판은 사이드 레일(10) 제조를 위한 것으로, 필요한 경우 사전에 적절한 크기로 절단되어 준비될 수 있다.
즉, 준비된 강판을 성형하는 경우 필요한 단면 형태의 사이드 레일(10)이 제조될 수 있는 크기로 사전에 준비될 수 있다.
여기서, 상기 강판은 표면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판일 수 있다.
상기 도금층은 Zn-Al-Mg 3원계 합금으로 구성되며, 구체적으로 알루미늄(Al)이 1.0중량% 내지 3.0중량%이고, 마그네슘(Mg)은 1.5중량% 내지 4.0중량%이고 잔부는 아연(Zn) 및 불가피한 불순물을 포함한다.
여기서 상기 아연(Zn)은 도금층의 주재료 역할을 하는 것으로, 비교적 낮은 가격이면서 소지강판의 방식 특성을 향상시키는 역할을 한다.
한편, 상기 성분 중 마그네슘(Mg)은 가혹한 부식 환경에서 내식성 향상 효과가 적은 아연산화물계 부식생성물의 성장을 억제하고, 치밀하며 내식성 향상 효과가 큰 아연수산화물계 부식생성물을 도금층 표면에서 안정화시킨다.
다만, 상기 마그네슘 함량이 1.5중량% 미만일 경우에는 Zn-Mg계 화합물 생성에 의한 내식성 향상 효과가 충분치 않아 부적적하고, 4.0중량%를 초과하는 경우에는 내식성 향상 효과가 포화되어 부적절하다.
그리고 알루미늄은 아연 및 마그네슘과 조합하여 도금강판의 내식성을 향상시키는 역할을 한다,
여기서 알루미늄의 함량이 1.0중량%미만인 경우에는 마그네슘 첨가에 의한 도금욕 표층부 산화를 방지하는 효과가 미흡하고, 내식성 향상 효과가 적어서 부적절하고,함량이 3 중량%를 초과할 경우에는 도금층 내 Zn/Al 2원 공석상이 형성되어 단면부 및 도장부에 대한 마그네슘의 내식성 향상 효과를 저하시켜서 부적절하다.
한편, 상기 도금층은 소지강판 양면에 형성되며, 편면에 형성되는 두께는 60g/m2 내지 400g/m2으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 두께가 60g/m2미만인 경우에는 방식 특성을 기대하기가 어렵고, 두께가 400g/m2를 초과하는 경우에는 경제적인 측면에서 불리하여 부적절하다.
한편, 상기 강판은 고내식 합금 도금 강판의 한종류인 포스맥 강판을 적용할 수 있다. 상기 포스맥은 (POSCO Magnesium Aluminiun alloy Coating product, POSMAC)의 약자이며, 포스맥 강판은 업계에서 통용되는 명칭으로, 포스코에서 생산되는 고내식 합금 강판을 의미하며, 상기에서 한정한 조건을 모두 만족하는 고내식 합금 도금 강판에 해당한다.
또한 상기 강판의 두께는 1.5mm 내지 3.2mm가 바람직하다.
이때 상기 강판의 두께가 1.5mm 미만인 경우에는 전선 트레이의 강도 측면에서 불리하여 부적절하고, 3.2mm를 초과하는 경우 과도한 두께로 인하여 전선 트레이의 무게가 증가하고 가공이 불리한 단점이 있어 부적절하다.
사이드 레일 제조 단계(S2)
사이드 레일 제조 단계(S2)는 상기 사이드 레일용 강판 준비 단계(S1)를 통하여 준비된 강판을 이용하여 사이드 레일(10) 형상으로 가공하는 단계이다.
상기 사이드 레일용 강판 준비 단계(S1)를 통하여 준비된 강판은 사전에 적절한 크기로 재단되어 있으므로, 포밍 공정 등을 통하여 필요한 단면 형태로 가공을 한다.
상기 포밍 공정은 다수의 롤을 이용한 롤 포밍 공정이며, 연속하여 제조한 후 필요한 크기로 절단하는 단계를 포함한다.
상기 포밍 공정에 의하여 제조된 사이드 레일(10)은 필요한 경우 각 면에 형성되는 홀 등을 가공하기 위한 펀칭 공정을 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 사이드 레일 제조 단계(S2)를 통하여 전선 트레이(1)의 구성요소인 사이드 레일(10)의 제조가 완료된다.
렁용 강판 준비 단계(S3)
상기 렁용 강판 준비 단계(S3)는 렁(20) 제조를 위한 강판을 준비하는 단계이다. 여기서 상기 강판은 상기 사이드 레일용 강판 준비 단계(S1)에서의 강판과 동일한 특성을 갖는 고내식 합금 도금 강판을 적용할 수 있으며, 필요한 경우 포스맥 강판을 적용할 수도 있으며, 강판의 두께는 상기 사이드 레일(10)용 강판과 같거나 달리 구성할 수 있다.
상기 강판은 렁(20) 제조를 위한 것으로, 필요한 경우 사전에 적절한 크기로 절단되어 준비될 수 있다.
즉, 준비된 강판을 성형하는 경우 필요한 단면 형태의 렁(20)이 제조될 수 있는 크기로 사전에 준비될 수 있다.
렁 제조 단계(S4)
상기 렁 제조 단계(S4)는 상기 렁용 강판 준비 단계(S3)를 통하여 준비된 강판을 이용하여 필요한 렁(20) 형상으로 가공하는 단계이다.
상기 렁용 강판 준비 단계(S3)를 통하여 준비된 강판은 사전에 적절한 크기로 재단되어 있으므로, 포밍 공정 등을 통하여 필요한 단면 형태로 가공을 한다.
상기 포밍 공정은 다수의 롤을 이용한 롤 포밍 공정이며, 연속하여 제조한후 필요한 크기로 절단하는 단계를 포함한다.
상기 포밍 공정에 의하여 제조된 렁(20)은 필요한 경우 각 면의 가공을 위한 추가적인 공정을 포함할 수 있다.
상기 렁 제조 단계(S4)를 통하여 전선 트레이(1)의 구성요소인 렁(20)의 제조가 완료된다.
지그 장착 단계(S5)
상기 지그 장착 단계(S5)는 이전 단계에서 제작된 사이드 레일(2)과 렁(3)을 결합하기 위하여 사전에 준비된 지그에 각각 사이드 레일(10)과 렁(20)을 장착하는 단계이다.
상기 지그는 2개의 사이드 레일(10)을 고정하고, 상기 사이드 레일(10) 사이에 배치되는 복수의 렁(20)을 고정하는 역할을 한다.
하나의 지그에서 하나의 전선 트레이(1)를 제작할 수 있는 것으로 구성할 수 있으나, 필요한 경우에는 복수의 전선 트레이(1)를 하나의 지그에서 제작할 수 있도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 사이드 레일(10)과 상기 렁(20)은 수동으로 또는 로봇 시스템을 이용하여 상기 지그에 장착하도록 구성할 수 있다.
접합 단계(S6)
상기 접합 단계(S6)는 지그에 장착된 사이드 레일(10)과 렁(20)의 접촉부에 레이저 용접을 수행하여 최종적으로 전선 트레이(1)를 완성하는 단계이다.
상기 레이저 용접은 레이저 용접기에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 다양한 금속을 접합하는 것으로, 특히 정교한 용접이 가능한 장점이 있다.
상기 레이저 용접기는 레이저 생성기와 레이저가 조사되는 헤드를 포함하여 구성되며, 상기 헤드는 산업용 로봇에 장착되고, 상기 산업용 로봇의 동작에 의하여 용접이 수행되는 방식으로 구현될 수 있다.
필요한 경우 헤드에 별도의 공구를 장착시키고 작업자가 공구를 이용하여 수동으로 레이저 용접을 수행하는 방식으로도 구현될 수 있다.
따라서, 상기 접합 단계(S6)에서는 레이저 빔을 사이드 레일(10)과 렁(20)의 접촉부분에 조사하여 양 부품을 접합한다.
특히 상기 레이저 용접은 레이저 용접 부위가 집중되어 주변의 열화가 적어, 강판에 도금된 도금층의 파괴가 적으며, 또한 레이저 용접 부위의 도금층은 레이저 용접 작업 후에 시간이 지남에 따라 적절한 복원이 이루어져 바람직하다.
한편, 상기 접합 단계(S6)에서 레이저 용접은 도 4에 도시된 바와 같이, 사이드 레일(10)의 절곡부(12)의 내측과 접촉하는 렁(20)의 하면부(23)를 서로 접합시키기 위하여 절곡부(12)의 외면에서 레이저 빔을 조사한다.
이때 상기 레이저 빔은 직선 형태의 레이저 조사부(30)가 표면에 형성되도록 조사할 수 있다.
따라서 하나의 렁(20)은 2개의 하면부(23)가 하나의 사이드 레일(10) 절곡부(12)와 접촉한다.
이때, 하나의 하면부(23)와 하나의 절곡부(12)와 접촉하는 부분을 접촉부라할 경우 하나의 렁(10)은 4개의 접촉부를 포함하므로, 모든 접촉부에 레이저 용접을 수행하는 경우, 하나의 렁(10)은 도 5 (a)에 도시된 바와 같이, 4번의 레이저 용접 작업(4점식)에 의하여 빔(10)과 접합된다.
필요한 경우 도 5 (b)에 도시된 바와 같이, 서로 대각선 형태로 배치되는 접촉부에만 레이저 용접을 수행할 수 있다. 이 경우에는 하나의 렁(10)은 2번의 레이저 용접 작업(2점식)에 의하여 빔(10)과 접합되므로, 제작 공정 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.
상기와 같이 렁(20)과 사이드 레일(10)의 절곡부(12)과 접촉하고, 절곡부(12) 외면으로 레이저를 조사하여 용접하는 방식은 다른 부품과 간섭이 발생하지 않는 부위에 레이저를 조사하는 것만으로 양자를 접합할 수 있으므로, 빠른 접합을 수행할 수 있어 종래 아크용접이나 볼트 체결 등에 의한 결합 방식에 비하여 높은 생산성을 제공하는 효과가 있다.
한편, 상기 사이드 레일(10)과 상기 렁(20)은 도 6 (a)에 도시된 바와 같이, 하면부(23)가 상기 사이드 레일(10)의 절곡부(12)와 접촉하는 형태로 결합하는 것이 바람직하나, 필요한 경우 도 6 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 렁(20)을 사각 배관 형태로 구성하여 배관의 외면이 사이드 레일(10)과 접합하는 형태로 구성될 수 있다.
상기와 같이 사각 배관 형태로 렁(20)을 구성하는 경우 강도적으로 매우 우수한 효과가 있다.
또한 필요한 경우, 상기 렁(10)은 개방부(24)가 각각 다른 부분에 배치되는 형태인 도 6 (c) 및 도 6 (d)와 같은 형태로 접합하는 형태로도 구현될 수 있다.
상기 도 6 (b) 내지 (d)의 경우에는 2개의 접촉부만 존재하므로, 2번의 레이저 용접에 의하여 접합을 수행할 수 있다.
한편, 레이저에 의해 형성되는 레이저 조사부(30)는 도 4에 도시된 수직 형태 이외에, 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 접촉부에 복수의 수평선을 갖는 형태의 레이저 조사부(30)를 형성할 수 있으며, 또한 복수의 수직선 형태로도 상기 레이저 조사부(30)를 형성할 수 있으며, 2개가 조합된 형태로도 구성할 수 있다.
또한 필요한 경우, 경사진 직선 형태의 레이저 조사부(30)를 형성할 수 있다.
한편, 상기 접합 단계(S6)는 레이저 용접이 완료된 후, 레이저 용접 부위에 보수 도장을 수행하는 도장 공정을 추가로 수행할 수도 있다.
상기 도장 공정은 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 상기 레이저 조사부(30)를 포함하는 영역에 도장을 도포하여 레이저 용접 부위를 보호하는 역할을 하여 전체 전선 트레이(1)의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
상기 도장은 스프레이 방식 또는 페이팅 방식으로 구현될 수 있으며, 도장에 사용되는 도료는 아연 또는 알루미늄 플레이크를 포함하는 방청 도료가 바람직하며, 상기 전선 트레이(1)와 동일한 색상으로 구현되는 것이 바람직하다.
이때 상기 도장층의 두께는 30㎛ 내지 80㎛ 정도가 적절하다.
한편, 상기 레이저 용접은 전선 트레이(1)의 규격을 고려하여 적절한 출력이 생성될 수 있는 레이저 장치를 선택하여 수행할 수 있다.
또한 상기 보수 도장 역시 필요에 따라 적절히 선택하여 수행한다.
상기 접합 단계(S6)가 완료되면, 전체 전선 트레이(1)의 제작이 완료된다. 이후 완료된 전선 트레이(1)를 지그에서 분리하여 전체 제조 공정을 완료한다.
한편, 본 발명에 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법은 필요한 경우, 사이드 레일용 강판 준비 단계(S1)와 사이드 레일 제조 단계(S2)는 렁용 강판 준비 단계(S3) 및 렁 제조 단계(S4)가 먼저 수행된 후 수행될 수 있고, 또한 각각 동시에 진행될 수 있다.
본 발명에 따른 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법은 다음의 실시예에 따라 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예 1
먼저 1.8mm 두께의 포스맥 강판을 이용하여 사이드 레일(빔)과 렁을 제작한 후, 레이저 용접을 이용하여 케이블 트레이를 제작한 후 도 9에 도시된 바와 같이 분리하여 시편을 제작하였다.
4kW 용량의 레이저 용접기를 이용하여 레이저 조사부의 길이는 10mm로, 두께는 1.5mm로 설정하여 조사하였으며, 하나의 접촉부의 레이저 용접 시간은 2초±5%로 설정하였다.
그리고 사이드 레일은 중앙부가 100mm, 절곡부 17mm이며 100mm길이로 절단하였으며, 렁의 단면 규격은 상면부 28mm, 측면부 16mm 그리고 하면부 7mm이며, 길이는 절단하여 100mm이다.
실시예 2
레이저 용접이 수행된 부분에 1회 보수 도장을 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
여기서 보수 도장용 도료는 맥가드 실버(아연 및 알루미늄 플레이크 포함)로 이용하였으며, 도장 범위는 레이저 용접부를 충분히 포함하는 넓이로 스프레이를 이용하여 도포하였다.
실시예 3
2.0mm 두께의 포스맥 강판을 이용하고 나머지는 실시예 1과 동일한 시편을 제작하였다.
실시예 4
2.0mm 두께의 포스맥 강판을 이용하고 나머지는 실시예 2와 동일한 시편을 제작하였다.
실시예 5
2.3mm 두께의 포스맥 강판을 이용하고 나머지는 실시예 1과 동일한 시편을 제작하였다.
실시예 6
2.0mm 두께의 포스맥 강판을 이용하고 나머지는 실시예 2와 동일한 시편을 제작하였다.
실시예 7
1.8mm 두께의 포스맥 강판을 이용하여 300mm길이의 사이드 레일을 제작하였다. 이때 사이드 레일은 중앙부가 100mm, 절곡부 17mm이다.
그리고 동일한 강판을 이용하여 200mm길이의 렁을 제작하였다. 이때 렁의 단면 규격은 상면부 28mm, 측면부 16mm 그리고 하면부 7mm이다.
제작된 2개의 사이드 레일과 8개의 렁을 레이저 용접을 이용하여 접합하여 전선 트레이를 제작하였다.
이때 레이저 용접은 실시예 1과 동일한 4kW 용량의 레이저 용접기를 이용하여 레이저 조사부의 길이 10mm 두께 1.5mm로 조사하였으며, 하나의 접촉부의 용접 시간은 2초±5%로 설정하였다.
하나의 렁에 대하여 4개의 접촉부에 레이저 용접을 실시하였으며, 레이저 용접부에는 실시예 2와 동일한 방식으로 보수 도장 1회를 실시하였다.
실시예 8
2.0mm 두께의 포스맥 강판을 이용하여 실시예 7과 동일한 전선 트레이를 제작하였다.
실시예 9
2.3mm 두께의 포스맥 강판을 이용하여 실시예 7과 동일한 전선 트레이를 제작하였다.
실시예 10
각 렁은 서로 대각선 방향의 2개의 접촉부에만 레이저 용접을 실시하였으며, 나머지는 실시예 8과 동일한 조건으로 케이블 트레이를 제작하였다.
비교예 1
실시예 1 및 실시예 2와 대비를 위한 것으로, 일반 강판을 이용하여 실시예 1과 동일한 두께 및 동일한 크기이며, 아크 용접 방식으로 사이드 레일과 렁을 접합하였으며, 아크 용접 후 도금을 실시하였다.
비교예 2
실시예 3 및 실시예 4와 대비를 위한 것으로, 일반 강판을 이용하여 실시예 3과 동일한 두께 및 동일한 크기이며, 아크 용접 방식으로 사이드 레일과 렁을 접합하였으며, 아크 용접 후 도금을 실시하였다.
비교예 3
실시예 5 및 실시예 6과 대비를 위한 것으로, 일반 강판을 이용하여 실시예 5와 동일한 두께 및 동일한 크기이며, 아크 용접 방식으로 사이드 레일과 렁을 접합하였으며, 아크 용접 후 도금을 실시하였다.
실시예 및 비교예의 외형
실시예 7 내지 실시예 10의 케이블 케리어의 외관은 도 8에 도시된 바와 같은 형태로 제작되었으며, 실시예 1 내지 실시예 6의 시편은 도 9에 도시된 바와 같이 형태로 제작되었다. 물론 비교예 1 내지 비교예 3 역시 상기 도 9의 형태로 제작되었다.
용접부 표면 형태
실시예 1 내지 실시예 6과 비교예 1의 용접부의 형태는 도 10에 도시된 바와 같다. 레이저 용접을 수행한 실시예 1 내지 실시예 6은 아크 용접을 실시한 비교예 1(도금 전후 표면 포함)에 비하여 용접 부위가 매우 깨끗하고, 균일함을 확인할 수 있다. 또한 보수도장을 수행한 실시예 2, 실시예 4 및 실시예 6의 레이저 용접부는 매우 양호한 표면 형태를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
시험예 1(분무 시험)
실시예 1 내지 실시예 6과 비교예 1 내지 비교예 3을 이용하여 분무 시험을 수행하였다. 해당 시험은 KS D 9502 염수분무 시험 규격에 따라 수행되었다.
시험결과 216시간과 600시간에서 실시예들과 비교예들 형태를 도 11에 도시하였으며, 750시간에서의 실시예들과 비교예들은 도 12에 도시하였다. 그리고 전체 시험결과의 정리표를 도 13에 도시하였다.
도 13을 통하여 보수도장이 없는 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 5가 아크 용접 방식의 비교예들과 동일한 특성을 나타내고, 보수 도장을 수행한 실시예 2, 실시예 4 및 실시예 6은 비교예들보다 우수한 특성을 나타냄을 확인하였다.
시험예 2(정하중 거동 평가)
실시예 7, 실시예 8, 실시예 9 및 실시예 10을 대상으로 정하중 거동 평가를 수행하였다. 시험 기준은 KSC8464 규격으로 수행하였다.
즉, W200mm×H100mm이고 L3,000mm 케이블 트레이 기준 250kg 가력시 중앙부 처짐이 10mm 이하인 경우 정하중 거동이 만족된다.
시험은 도 14에 도시된 바와 같은 장치에서 수행하였으며, 상기 장치에 의한 실시예 7 내지 실시예 9의 거동은 도 15와 같은 형태로 나타내어 상기 KSC8464 규정을 만족하였다.
또한 레이저 용접의 접촉부를 대각선 형태로 형성한 실시예 10의 거동은 도 16과 같은 형태로 나타내어 역시 KSC8464 규정을 만족하였음을 알 수 있어, 대각선 형태로 레이저 용접을 수행하더라도 충분한 강도를 가짐을 확인하였다.
또한, 본 발명에 따른 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법에 의하여 제조되는 전선 트레이는 KS규격품 모두를 포함하는 강도로 구현되도록 강판의 선정 및 레이저 용접의 출력 등을 설정할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1: 전선 트레이 10: 사이드 레일
11: 중앙부 12: 절곡부
20: 렁 21: 상면부
22: 측면부 23: 하면부
24: 개방부 30: 레이저 조사부
40: 도장부
S1: 사이드 레일용 강판 준비 단계 S2: 사이드 레일 제조 단계
S3: 렁용 강판 준비 단계 S4: 렁 제조 단계
S5: 지그 장착 단계 S6: 접합 단계
11: 중앙부 12: 절곡부
20: 렁 21: 상면부
22: 측면부 23: 하면부
24: 개방부 30: 레이저 조사부
40: 도장부
S1: 사이드 레일용 강판 준비 단계 S2: 사이드 레일 제조 단계
S3: 렁용 강판 준비 단계 S4: 렁 제조 단계
S5: 지그 장착 단계 S6: 접합 단계
Claims (11)
- 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법에 있어서,
상기 용융 아연 도금 강판 구조물은 복수의 사이드 레일과 복수의 렁으로 구성되는 전선 트레이이며,
상기 사이드 레일을 제조하기 위하여, 두께가 1.5mm 내지 3.2mm인 소지강판 양면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판을 준비하는 사이드 레일용 강판 준비 단계;
준비된 고내식 합금 도금 강판을 롤포밍하여 일정한 단면을 갖는 사이드 레일로 제조하는 사이드 레일 제조 단계;
상기 렁을 제조하기 위하여, 두께가 1.5mm 내지 3.2mm인 소지강판 양면에 용융 아연 합금 성분의 도금층이 형성된 고내식 합금 도금 강판을 준비하는 렁용 강판 준비 단계;
준비된 고내식 합금 도금 강판을 롤포밍하여 일정한 단면을 갖는 렁으로 제조하는 렁 제조 단계;
제조된 복수의 사이드 레일과 복수의 렁이 접촉부를 통하여 서로 접촉하는 형태로 지그에 장착하는 지그 장착 단계; 및
상기 사이드 레일과 렁이 상기 지그에 장착된 상태에서, 상기 사이드 레일의 외면에 레이저 용접기의 레이저 빔을 조사하여 상기 사이드 레일과 성기 렁이 상기 접촉부를 통하여 서로 접합하는 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 고내식 합금 도금 강판은 Zn-Al-Mg 합금인 3원계 합금이 도금층을 형성하는 도금 강판인 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 고내식 합금 도금 강판은 포스맥 강판인 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 사이드 레일용 강판 준비 단계와 상기 렁용 강판 준비 단계는 준비된 강판은 일정한 크기로 절단하는 재단 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 사이드 레일 제조 단계는 성형된 사이드 레일의 일면에 홀을 형성하는 펀칭 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 접합 단계에서는 사이드 레일의 용접 부위에 도장을 수행하는 도장 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 사이드 레일의 단면은 중앙부와 상기 중앙부의 끝단에 절곡되어 형성되는 절곡부를 포함하고, 상기 렁의 단면은 상면부와 상기 상면부 양끝단에 절곡되어 형성되는 측면부 및 상기 측면부 양끝단에 절곡되어 형성되는 하면부를 포함하며, 상기 사이드 레일과 상기 렁의 접촉부는 상기 2개의 측면부 중 하나의 측면부 외면과 상기 절곡부의 내면인 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 사이드 레일의 단면은 중앙부와 상기 중앙부의 끝단에 절곡되어 형성되는 절곡부를 포함하고, 상기 렁의 단면은 상면부와 상기 상면부 양끝단에 절곡되어 형성되는 측면부 및 상기 측면부 양끝단에 절곡되어 형성되는 하면부를 포함하며, 상기 사이드 레일과 상기 렁의 접촉부는 상면부의 외면과 상기 절곡부의 내면인 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 사이드 레일의 단면은 중앙부와 상기 중앙부의 끝단에 절곡되어 형성되는 절곡부를 포함하고, 상기 렁의 단면 사각 배관 형태이며, 상기 사이드 레일과 상기 렁의 접촉부는 상기 사각 배관의 외면과 상기 절곡부의 내면인 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 용접기의 레이저 빔를 조사하여 용접하는 부위는 하나의 렁에 대하여 4개의 접촉부인 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 용접기의 레이저 빔을 조사하여 용접하는 부위는 하나의 렁에 대하여 서로 대각선으로 배치되는 2개의 접촉부인 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판 구조물 제조용 레이저 용접 방법.
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