WO2023224260A1 - 레이저 용접용 저압 형성 장치, 이를 포함하는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법 - Google Patents

레이저 용접용 저압 형성 장치, 이를 포함하는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법 Download PDF

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WO2023224260A1
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gas
chamber body
low
laser welding
pressure forming
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PCT/KR2023/004552
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Inventor
천현필
강민정
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한국생산기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a low-pressure forming device for laser welding that can form a low-pressure area on the irradiation path of a laser beam during laser welding, a laser welding device including the same, and a laser welding method.
  • laser welding is a welding method that uses a laser beam to join different materials, and is a welding method with a small heat-affected zone due to the high concentration of laser beam energy.
  • vacuum laser welding can achieve narrow bead widths and deep penetration depths, and can very quickly raise the melting point temperature required for welding metals.
  • vacuum laser welding is widely used because it has the advantage of enabling safe welding by enabling welding of magnetic metals and non-heating metals, which is difficult with electron beam welding.
  • the present invention is intended to solve several problems including the problems described above. Even when used in the atmosphere without using a vacuum chamber to accommodate the product to be welded, a low vacuum pressure lower than atmospheric pressure is used in the path through which the laser beam passes.
  • a low-pressure forming device for laser welding that provides process flexibility by forming a region to enable welding in an atmosphere similar to a vacuum state and at the same time secures a process time equivalent to atmospheric pressure laser welding, and a laser welding device including the same. and providing a laser welding method.
  • these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.
  • a low-pressure forming device for laser welding includes a chamber body in which a window area through which a laser passes is formed on the upper part and a hollow part through which the laser passes is formed; and a through hole formed through the wall of the chamber body along the circumference of the chamber body to induce a spiral flow of gas within the hollow portion to form a low pressure section inside the chamber body.
  • Part includes.
  • the low pressure forming part includes a gas inlet including at least one through hole formed to allow the gas to be injected into the hollow portion at a predetermined angle with respect to the center direction of the chamber body; and a gas exhaust port including at least one through hole formed to allow the gas flowing in the hollow portion to be exhausted to the outside of the chamber body.
  • the gas inlet may be formed in the lower part of the chamber body, and the gas exhaust port may be formed in the upper part of the gas inlet.
  • the gas inlet may be formed so that the gas input direction is toward the upper side of the chamber body.
  • the gas exhaust port may be formed in the lower part of the chamber body, and the gas inlet may be formed in the upper part of the gas exhaust port.
  • the gas inlet may be formed to face the lower side of the chamber body, which is the direction of gas injection.
  • the extension direction of the gas inlet through hole within the wall of the chamber body may be inclined at a predetermined angle with respect to the center direction of the chamber body.
  • the gas inlet may further include a gas injection nozzle inclined at a predetermined angle with respect to the center direction of the chamber body.
  • the hollow portion may be formed in a cylindrical shape in which the central region is more concave than the upper region and the lower region.
  • the gas inlet includes a plurality of through holes, and each direction of the gas injected through the plurality of through holes may be inclined at the same angle with respect to the center direction of the chamber body. .
  • a gas supply unit that supplies gas to the gas inlet; and a pump that suctions gas to the outside from the gas exhaust port.
  • it may further include a glass protective gas inlet through which protective gas can be introduced into the upper part of the chamber body to prevent spatter generated from the welded object from attaching to the window area.
  • it may further include a body protection part formed on the lower part of the chamber body so that the chamber body or the object to be welded can be relatively moved.
  • the body protection portion may include at least a portion of a bead hole portion formed as a lower open hole through which a bead formed convexly on the object to be welded can pass.
  • a laser welding device includes a low-pressure forming device for laser welding; and a laser irradiation device that irradiates a laser to the welded object through the window area.
  • the laser welding method is to inject gas into the gas inlet of the low pressure forming device for laser welding and exhaust the gas through the gas exhaust port to form a spiral flow inside the chamber body, thereby forming a low pressure inside the chamber body.
  • gas is introduced into the interior of the chamber body through a plurality of glass protective gas inlets formed on the upper part of the chamber body to prevent spatter generated from the welded object from adhering to the window area.
  • a glass protection step may be further included.
  • the low-pressure forming device for laser welding is formed in a movable structure and can form a low-pressure area locally in the weld zone under atmospheric conditions even without using a vacuum chamber. Accordingly, the laser welding characteristics in a low vacuum state. It has the effect of improving phosphorus penetration depth, reducing porosity and spatter, and improving welding characteristics. In addition, it can be easily mounted on an existing atmospheric pressure laser welding system and has high usability. The scope of the present invention is not limited by this effect.
  • FIG 1 and 2 are perspective views schematically showing a low-pressure forming device for laser welding according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line D-D′ of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a case where a gas injection nozzle is added to the through hole of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line E-E′ of FIG. 1.
  • Figure 6 is a diagram showing the flow of gas over time in a low-pressure forming device for laser welding according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a perspective view schematically showing a low-pressure forming device for laser welding according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram showing a laser welding device according to an embodiment of the present invention.
  • 9 and 10 are flowcharts showing a laser welding method according to an embodiment of the present invention.
  • 1, 2, and 7 are perspective views schematically showing a low-pressure forming device 100 for laser welding according to an embodiment of the present invention.
  • the low-pressure forming device 100 for laser welding may include a chamber body 10 and a low-pressure forming part 90.
  • the chamber body 10 may have a window area 11 formed at the top through which the laser L passes, and a hollow portion A through which the laser L passes.
  • the chamber body 10 is formed in a cylindrical shape, and a hollow portion A is formed inside, so that the chamber body 10 is formed in a cylindrical shape with the interior penetrating from the upper surface to the lower surface. You can.
  • the hollow portion (A) is an internal space having a circular cross-section in a direction perpendicular to the central axis (C).
  • the appearance of the chamber body 10 is not limited to the cylindrical shape and may have various shapes, as long as it includes a cylindrical hollow portion with a circular cross-section inside.
  • the pierced upper surface of the chamber body 10 may include a window area 11 in which a laser-transmittable bonding glass is formed, and the pierced lower surface may be open so that objects to be welded can be welded.
  • the chamber body 10 may be formed of an upper region (B1), a central region (B2), and a lower region (B3).
  • the chamber body 10 is formed so that the central area B2 is more concave than the upper area B1 and the lower area B2.
  • the central area (B2) of the hollow portion (A) is formed to be more concave than the upper area (B1) and the lower area (B2), so that the cross-sectional area in the direction perpendicular to the central axis (C) is the central area (B2) of the upper area. It has a smaller value compared to (B1) and the lower area (B2). Due to the shape of the central area (B2), the flow of gas in the central area (B2) can be induced to become faster.
  • the low-pressure forming portion 90 induces a swirling flow in which gas flows in a spiral manner within the hollow portion A of the chamber body 10 and forms a low-pressure section inside the chamber body so as to form a circumference of the chamber body. Accordingly, it includes penetration holes 20 and 70 formed through the outer and inner surfaces of the chamber body.
  • the through hole constituting the low pressure forming portion 20 allows the hollow portion A of the chamber body 10 to communicate with the outside.
  • the low pressure forming part 20 includes a gas inlet 20 through which gas is introduced into the hollow part A from the outside, and a gas exhaust part 70 through which gas is discharged from the hollow part A to the outside.
  • the gas may include commonly used gases such as air, nitrogen, or inert gas such as Ar.
  • the gas inlet 20 may have a plurality of through holes formed radially around the lower area B3, and gas may be formed radially around the central area B2, which is the upper part thereof.
  • An exhaust port 70 may be formed. Gas flows into the hollow part (A) through the gas inlet (20), and the gas introduced into the hollow part (A) is discharged to the outside through the gas exhaust port (70).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line E-E′ of FIG. 1.
  • a plurality of through holes 20-1, 20-2, and 20-3 constituting the gas inlet 20 are formed through the wall 10a of the chamber body 10.
  • the direction of gas injected through the through holes 20-1, 20-2, and 20-3 is inclined at a predetermined angle ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3) with respect to the center direction of the chamber body 10.
  • the central direction refers to the direction in which the dotted line in FIG. 3 extends from any through hole in the wall 10a toward the central axis C of the hollow portion A.
  • the plurality of through-holes 20-1, 20-2, and 20-3 extend clockwise with respect to the center direction when looking at the central axis C of the chamber body 10 from each through-hole.
  • the gas may be injected in a direction rotated by a predetermined angle ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3).
  • the tilt angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 of the plurality of through holes 20-1, 20-2, and 20-3 may all have the same value.
  • the plurality of through holes 20-1, 20-2, and 20-3 constituting the gas inlet 20 have an extension direction of the through holes within the wall 10a with respect to the center direction. It may be formed to be inclined at a predetermined angle ( ⁇ ). In this case, the gas that has passed through the through hole is injected in the direction of the arrow in FIG. 3.
  • the plurality of through holes 20-1, 20-2, and 20-3 may further include a gas injection nozzle that sprays gas into the hollow portion A.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view exemplarily showing a case in which gas injection nozzles 20a, 20b, and 20c are added to the through hole of FIG. 3.
  • the gas injection nozzles 20a, 20b, and 20c may be formed to be inclined at a predetermined angle ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3) with respect to the center direction.
  • the plurality of through-holes 20-1, 20-2, and 20-3 constituting the gas inlet 20 may be configured so that the gas inlet direction is toward the upper side of the chamber body 10.
  • each of the plurality of through holes 20-1, 20-2, and 20-3 may be formed so that the extending direction within the wall 10a is upward.
  • the gas injection nozzles 20a, 20b, and 20c of FIG. 4 may be formed to face upward.
  • a gas exhaust portion 70 may be formed in the central area B2 of the chamber body 10.
  • a pump 71 that suctions the gas flowing in the hollow part of the chamber body 10 to the outside may be connected to the gas exhaust unit 70.
  • the pump 71 is all connected to the gas exhaust unit 70, so that the gas flowing in the middle area B2 can be sucked in and forcibly discharged through the gas exhaust unit 70.
  • the hollow portion of the central region (B2) where the gas exhaust portion 70 is formed is a concave region compared to the hollow portions of the upper region (B1) and lower region (B3) and has a smaller cross-sectional area, allowing for flow. This is an area where the gas flow speed becomes faster. Accordingly, the gas flows more quickly in the central area (B2) and is discharged into the gas exhaust unit (70).
  • Gas can be exhausted to the outside of the chamber body 10 through the gas exhaust portion 70, and accordingly, the gas flowing continuously in the hollow portion A through the gas inlet 20 does not form turbulence. , it can be exhausted to the gas exhaust unit 70.
  • a low-pressure area having a lower pressure than other areas can be formed in the center of the hollow part A by the low-pressure forming part 20 consisting of the gas inlet 20 and the gas exhaust part 70 having this configuration.
  • the injected gas when gas is injected toward the upper part of the hollow part at a predetermined angle with respect to the center direction through the gas inlet 20, the injected gas forms a spiral swirl flow and flows upward, and then flows upward. It is discharged to the outside through the gas exhaust portion 70 formed above the inlet 20.
  • a low pressure area with relatively low pressure is formed in the central axis (C) area of the hollow portion (A) corresponding to the center of the swirling flow.
  • a low-pressure area may be formed at the center of the lowermost region of the hollow portion (A).
  • Figure 6 is the result of computer simulation of the flow of gas over time in the E-E' cross section of Figure 1 when forming an upward swirling flow in the hollow portion (A) using the low pressure forming part 90 shown in Figure 1. .
  • the shading indicates the magnitude of dynamic pressure, which is the pressure along the flow direction due to the flow rate of the gas, and the velocity field vector is indicated through the arrow.
  • the low pressure portion 500 formed at the center of the hollow portion (A) is an area through which the laser beam passes. Since the low pressure area is an area with lower pressure than a typical atmospheric pressure environment, the influence of atmospheric pressure on the laser beam is relatively reduced. That is, the low-pressure part 500 corresponds to a local low-vacuum area, and as the laser passes through this low-vacuum area, problems that occur when performing laser welding under conventional atmospheric pressure are significantly reduced, and welding is performed in a low-vacuum state. This effect can be achieved. For example, it can exhibit effects such as improving penetration depth and reducing pores and spatter, which are characteristics of laser welding in a low vacuum state.
  • a gas inlet is formed in the lower region of the chamber body and a gas exhaust port is formed in the upper region, but the present invention is not limited to this and a gas inlet is formed in the upper region and a gas exhaust port is formed in the lower region. It is also possible.
  • a glass protective gas inlet 30 may be formed in the upper region B1 of the chamber body 10.
  • the glass protective gas inlet 30 may be formed to penetrate the chamber body 10 to allow external gas of the chamber body 10 to flow into the upper region B1 of the chamber body 10.
  • the glass protective gas input portion 30 may have a plurality of through holes formed radially around the upper region B1. Gas flows into the hollow portion (A) through the glass protective gas inlet, and the gas thus introduced flows in the upper region (B1) to prevent spatter generated from the welded object (1) from adhering to the window region (11). This can prevent the window area 11 from being contaminated by spatter.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line E-E′ of FIG. 1.
  • the direction of gas input through the glass protective gas inlets 30-1, 30-2, and 30-3 consisting of a plurality of through holes is predetermined with respect to the center direction of the chamber body 10. It is formed to have angles ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3).
  • the central direction refers to the direction toward the central axis C of the hollow portion A at any position of the wall 10a, and refers to the direction in which the dotted line in FIG. 5 extends.
  • the gas flowing in from the plurality of through holes 30-1, 30-2, and 30-3 can induce rotation in the hollow portion A, and the gas rotates and flows downward, producing spatter. It is possible to prevent by-products from welding, etc. from moving to the upper area (B1) of the hollow part (A). Accordingly, it is possible to prevent the window area 11 from being contaminated by spatter.
  • the glass protection gas inlet 30 may further include protection nozzles 30a, 30b, and 30c capable of spraying the gas.
  • the glass protective gas inlet 30 may be formed to face downward so that the gas flows downward, and the injected gas may flow as a downward swirling flow and then be discharged to the outside through the gas exhaust port 70.
  • the gas is supplied so that the upward swirling flow caused by the gas injected from the gas inlet 20 in the lower area (B3) and the downward swirling flow caused by the gas injected from the glass protection gas inlet 30 in the upper area (B1) have the same rotation direction.
  • the gas flows as a swirling flow throughout the hollow portion (A) with the same rotation direction, making it easier to form a low-pressure section in the lower region (B3).
  • the low-pressure forming device 100 for laser welding of the present invention may include a gas supply unit 40 and a flow rate control unit 50 and 60.
  • the gas supply unit 40 is connected to at least one of the low pressure forming unit 20 and the glass protective gas inlet 30, and is connected to the low pressure forming unit 20 and the glass protective gas inlet 30. You can supply gas to at least one.
  • the gas supply unit 40 connected to the low pressure forming unit 20 can supply fluid gas to the low pressure forming unit 20, and the gas supply unit 40 connected to the glass protective gas inlet 30 is connected to the glass protective gas inlet 30. Protective gas can be supplied to.
  • the flow rate control unit 50 is formed in a portion of the flow pipe where the gas supply unit 40 and the gas inlet 20 are connected and can control the amount of gas flowing into the gas inlet 20. Therefore, the amount and speed at which the fluid gas flows in the hollow portion A can be controlled, and accordingly, the pressure in the low pressure section can be controlled to the target pressure level required for welding.
  • the protective gas control unit 60 is formed in a portion of the flow pipe where the gas supply unit 40 and the glass protective gas inlet 30 are connected and can control the amount of protective gas flowing into the glass protective gas inlet 30. Therefore, it is possible to control the amount and speed at which the protective gas flows in the hollow portion (A). Accordingly, the amount and speed of the gas can be controlled according to the amount of by-products generated in welding to effectively prevent contamination of the window area 11. It can be prevented.
  • the low-pressure forming device 100 for laser welding of the present invention may further include a body protection portion 80.
  • the body protection portion 80 may be formed at the lower portion of the chamber body 10 so that the chamber body 10 or the object to be welded 1 can move relatively.
  • the body protection portion 80 is coupled to the lower end of the chamber body 10 by treating it with a rubber bushing, so that the lower end of the chamber body 10 does not directly contact the object to be welded 1 and is transferred during the welding process. This can be made possible.
  • the body protection portion 80 may be formed at least in part with a bead hole portion 81 formed as a lower open hole through which a bead formed convexly on the welded object 1 can pass.
  • the bead hole portion 81 may be formed in a direction that coincides with the direction of extension of the weld line or weld bead to prevent friction with the bead formed on the upper part of the weld.
  • the low-pressure forming device 100 for laser welding of the present invention is formed of a movable chamber body 10 and can locally form a low-pressure section in the weld zone, so it can be easily mounted and used in an existing atmospheric pressure laser welding system. It may be possible.
  • Figure 8 shows a laser welding device using a low-pressure forming device 100 for laser welding according to the technical idea of the present invention.
  • the laser welding device may include a low-pressure forming device 100 and a laser irradiation device 200 for laser welding.
  • the laser irradiation device 200 is a device that irradiates a laser (L) to the welded object (1) through the window area (11), and is formed above the low-pressure forming device for laser welding (100) to avoid the laser (L). This is a device that can irradiate the weldment (1).
  • the laser welding device may further include a coupling device that mechanically couples the low-pressure forming device 100 for laser welding and the laser irradiation device 200 to each other.
  • the coupling device uses a low pressure for laser welding so that the irradiation position of the laser (L) irradiated from the laser irradiation device 200, the low pressure section formed at low pressure by the low pressure forming device 100, and the weld portion of the object to be welded (1) match.
  • the forming device 100 and the laser irradiation device 200 can be fixedly coupled.
  • the low-pressure forming device 100 for laser welding or the object to be welded 1 is moved and welded, the low-pressure forming device 100 for laser welding and the laser irradiation device 200 are fixed with the connecting device.
  • the laser L can be irradiated to the welded object 1 in the low pressure section without vibration or shaking.
  • 9 to 10 are flowcharts showing a laser welding method according to an embodiment of the present invention.
  • the laser welding method may include a welding preparation step (S100), a low pressure forming step (S200), and a laser irradiation step (S300).
  • the welding preparation step (S100) is a step of preparing for welding by placing the above-described low-pressure forming device for laser welding on the part to be welded.
  • the low-pressure forming step (S200) is a step of forming a low-pressure portion inside the hollow portion of the low-pressure forming device by inducing a swirling flow through the process of injecting gas into the low-pressure forming device for laser welding and exhausting it.
  • the laser irradiation step (S300) is a step of irradiating the laser L to the welded object 1 using the laser irradiation device 200 through the window area 11.
  • the laser irradiation step (S300) is a step of irradiating the laser (L) to the weld portion of the object to be welded (1) located below the chamber body (10) using the laser irradiation device (200) formed above the chamber body (10). .
  • the laser L is irradiated to the welding part of the object to be welded 1 through the low pressure part formed in the low pressure forming step (S200), so that laser welding can be performed in a low pressure state.
  • a glass protection step (S400) may be further included after the welding preparation step (S100).
  • a downward spiral flow is formed inside the chamber body 10 through a plurality of glass protection gas inlets 30 formed radially on the upper part of the chamber body 10, thereby generating a downward spiral flow in the welded object 1. This is a step to prevent spatter from adhering to the window area 11.
  • a low pressure area can be formed locally in a partial area of the hollow portion A of the chamber body 10, and thus welding is possible in an atmosphere similar to a vacuum state, and the welding target A low-pressure forming device for laser welding that allows welding without being limited to the size of the product and thus facilitates productivity and process management, a laser welding device including the same, and a laser welding method can be implemented.
  • the scope of the present invention is not limited by this effect.

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Abstract

본 발명의 기술사상에 따른 레이저 용접용 저압 형상 장치는, 레이저가 투과되는 윈도우 영역이 상부에 형성되고, 레이저가 통과되는 중공부가 형성되는 챔버 몸체; 및 상기 중공부 내에서 가스의 나선형 유동을 유도하여 상기 챔버 몸체의 내부에 저압 구간이 형성될 수 있도록 상기 챔버 몸체의 둘레를 따라 상기 챔버 몸체의 벽체를 관통하여 형성되는 관통구를 포함하는 저압형성부;를 포함하되, 상기 저압형성부는, 상기 가스가 상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 상기 중공부로 투입될 수 있도록 형성되는 관통구를 하나 이상 포함하는 가스투입구; 및 상기 중공부에서 유동되는 상기 가스가 상기 챔버 몸체의 외부로 배기될 수 있도록 형성되는 관통구를 하나 이상 포함하는 가스배기구;를 포함한다.

Description

레이저 용접용 저압 형성 장치, 이를 포함하는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법
본 발명은 레이저 용접시 레이저 빔의 조사 경로 상에 저압 영역을 형성할 수 있는 레이저 용접용 저압 형성 장치, 이를 포함하는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 용접은 서로 다른 물질을 결합하는데 레이저 빔을 이용되는 용접방법으로, 레이저 빔 에너지의 높은 집중도로 열 영향부가 적은 용접 방법이다.
이때, 레이저 용접 공정에서의 용입 깊이 향상 또는 기공, 크랙과 같은 결함을 개선할 필요성이 있거나, 산화되기 쉬운 물질이나 대기 중에서 용접이 어려운 융점이 높은 물질의 용접은 진공상태에서 용접을 수행하여 진공 분위기에서 용접 특성 변화를 활용하는 방식이 적용된다.
이러한 진공 레이저 용접은 좁은 비드 폭과 깊은 용입 깊이를 얻을 수 있으며, 금속을 용접하기에 필요한 용융점 온도까지 매우 빠르게 상승시킬 수 있다. 또한, 진공 레이저 용접은 전자빔 용접으로 어려운 자성금속과 비전열성 금속용접을 수행할 수 있도록 하여 안전한 용접을 가능하게 하는 등의 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
이에 따라, 제품의 품질확보를 위한 진공 레이저 용접의 필요성과 용접 용이성이 요구되며, 나아가, 생산성을 크게 저하시키지 않으면서 다양한 공정방식에 유연하게 대응할 수 있는 기술들이 요구되고 있다.
종래의 진공 레이저 용접은 진공 챔버 내에서 수행되기 때문에 흄이나, 스패터 발생으로 인한 결합 유리가 오염되는 문제점이 있으며, 진공을 형성하기 위하여 용접 대상 제품이 수용 가능한 챔버 및 챔버 내부를 진공환경으로 만들기 위한 진공 펌프가 필요하다. 따라서 이를 적용하기 위하여 공간을 확보하기 어려우며 및 고비용이 발생하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 용접 대상 제품을 수용하기 위한 진공 챔버를 사용하지 않고 대기 중에 사용하더라도 국부적으로 레이저 빔이 지나가는 경로 상에 대기압보다 저압인 저진공 영역을 형성하여 진공 상태와 유사한 분위기에서 용접이 가능하게 함으로써 공정 유연성을 제공함과 동시에 대기압 레이저 용접에 준하는 공정 시간을 확보할 수 있는 방안을 제공하는 레이저 용접용 저압 형성 장치, 이를 포함하는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법을 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술사상에 따른 레이저 용접용 저압 형상 장치는, 레이저가 투과되는 윈도우 영역이 상부에 형성되고, 레이저가 통과되는 중공부가 형성되는 챔버 몸체; 및 상기 중공부 내에서 가스의 나선형 유동을 유도하여 상기 챔버 몸체의 내부에 저압 구간이 형성될 수 있도록 상기 챔버 몸체의 둘레를 따라 상기 챔버 몸체의 벽체를 관통하여 형성되는 관통구를 포함하는 저압형성부;를 포함한다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 저압형성부는, 상기 가스가 상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 상기 중공부로 투입될 수 있도록 형성되는 관통구를 하나 이상 포함하는 가스투입구; 및 상기 중공부에서 유동되는 상기 가스가 상기 챔버 몸체의 외부로 배기될 수 있도록 형성되는 관통구를 하나 이상 포함하는 가스배기구;를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 가스투입구는 상기 챔버 몸체의 하부에 형성되고, 상기 가스배기구는 상기 가스투입구에 대해 상부에 형성될 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 가스투입구는 가스의 투입방향이 상기 챔버 몸체의 상부측을 향하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 가스배기구는 챔버 몸체의 하부에 형성되고, 상기 가스투입구는 상기 가스배기구에 대해 상부에 형성될 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 가스투입구는 가스의 투입방향인 상기 챔버 몸체의 하부측을 향하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 가스투입구는 상기 챔버 몸체의 벽체 내에서 상기 가스투입구의 관통구의 연장방향이 상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 기울진 것일 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 가스투입구는, 상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 기울어진 가스 분사 노즐;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 중공부는 중심 영역이 상부 영역 및 하부 영역 보다 오목한 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 가스투입구는 복수개의 관통구를 포함하며, 상기 복수의 관통구를 통해 투입되는 가스의 방향 각각은 상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 모두 동일한 각도로 기울어질 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 가스투입구로 가스를 공급하는 가스공급부; 및 상기 가스배기구로부터 가스를 외부로 흡입하는 펌프;를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 피용접물에서 발생되는 스패터가 상기 윈도우 영역에 부착되는 것을 방지할 수 있도록 상기 챔버 몸체의 상부에 보호 가스를 투입할 수 있는 글래스 보호가스 투입구;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 챔버 몸체 또는 피용접물이 상대적으로 이동할 수 있도록 상기 챔버 몸체의 하부에 형성되는 몸체 보호부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 몸체 보호부는, 적어도 일부분에 상기 피용접물에 볼록하게 형성되는 비드가 통과할 수 있도록 하부 개방형 홀로 형성되는 비드홀부;를 포함할 수 있다
본 발명의 기술사상에 따른 레이저 용접 장치는, 레이저 용접용 저압 형성 장치; 및 윈도우 영역을 통해 피용접물로 레이저를 조사하는 레이저 조사 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술사상에 따른 레이저 용접 방법은, 레이저 용접용 저압 형성 장치의 가스투입구로 가스를 투입하고 가스배기구로 가스를 배기하여 챔버 몸체의 내부에 나선형 유동을 형성시켜 상기 챔버 몸체의 내부에 저압 구간을 형성하는 저압 형성 단계; 및 윈도우 영역을 통해 레이저 조사 장치를 사용하여 피용접물로 레이저를 조사하는 레이저 조사 단계;를 포함할 수 있다
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 챔버 몸체의 상부에 복수개 형성되는 글래스 보호가스 투입구를 통하여 상기 챔버 몸체의 내부에 가스를 투입시켜 상기 피용접물에서 발생되는 스패터가 상기 윈도우 영역에 부착되는 것을 방지하는 글래스 보호 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 용접용 저압 형성 장치는 이동이 가능한 구조로 형성되고 진공 챔버를 사용하지 않더라도 대기 하에서 용접부 구간에 국부적으로 저압 영역을 형성할 수 있으며, 이에 따라, 저진공 상태에서의 레이저 용접 특성인 용입 깊이 향상, 기공 및 스패터 감소와 용접 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 또한 기존 대기압 레이저 용접 시스템에 용이하게 장착 하여 사용이 가능하고 활용성이 높다. 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접용 저압 형성 장치를 개략적으로 나타내는 투시 사시도이다.
도 3은 도 1의 D-D`의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 관통구에 가스 분사 노즐을 부가한 경우를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1의 E-E`의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접용 저압 형성 장치 내에서 시간에 따른 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 용접용 저압 형성 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 장치를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1, 도 2 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)를 개략적으로 나타내는 투시 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)는 챔버 몸체(10) 및 저압형성부(90)을 포함할 수 있다.
챔버 몸체(10)는 레이저(L)가 투과되는 윈도우 영역(11)이 상부에 형성되고, 레이저(L)가 지나가는 중공부(A)가 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버 몸체(10)는 원기둥 형상으로 형성되고, 내부는 중공부(A)가 형성되어 전체적으로 상부면에서 하부면으로 내부가 관통된 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 중공부(A)는 중심축(C)에 수직한 방향으로 원형 단면을 가지는 내부 공간이다. 다만 챔버 몸체(10)의 외관은, 내부에 원형 단면을 가지는 원기둥 형태의 중공부를 포함한다면, 원기둥 형상에만 제한되지 않으며 다양한 형상을 가질 수 있다.
챔버 몸체(10)의 관통된 상부면은 레이저가 투과 가능한 결합유리가 형성되는 윈도우 영역(11)을 포함할 수 있으며, 관통된 하부면은 피용접물이 용접될 수 있도록 오픈될 수 있다.
챔버 몸체(10)는 상부 영역(B1), 중심 영역(B2) 및 하부 영역(B3)으로 형성될 수 있다. 챔버 몸체(10)는 중심 영역(B2)이 상부 영역(B1) 및 하부 영역(B2) 보다 오목한 형상으로 형성된다. 또한 중공부(A)는 중심 영역(B2)이 상부 영역(B1) 및 하부 영역(B2) 보다 오목하게 형성되어 중심축(C)에 수직한 방향으로의 단면적은 중심 영역(B2)이 상부 영역(B1) 및 하부 영역(B2)에 비해 더 작은 값을 가지게 된다. 이러한 중심 영역(B2)의 형상으로 인해 중심 영역(B2)에서 가스의 유동이 더욱 빨라지도록 유도할 수 있다.
저압형성부(90)는 챔버 몸체(10)의 중공부(A) 내에서 가스가 나선형으로 유동하는 선회류를 유도하여 상기 챔버 몸체의 내부에 저압 구간이 형성될 수 있도록 상기 챔버 몸체의 둘레를 따라 챔버 몸체의 외측면과 내측면을 관통하여 형성되는 관통구(20, 70)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 저압형성부(20)를 구성하는 관통구는 외부와 챔버 몸체(10)의 중공부(A)가 서로 연통될 수 있게 한다. 저압형성부(20)는 가스가 외부에서 중공부(A) 내로 투입되는 가스투입구(20)와, 중공부(A)로부터 외부로 가스가 배출되는 가스배기부(70)를 포함한다. 상기 가스는 공기, 질소 혹은 Ar과 같은 불활성 가스 등 통상적으로 사용되는 가스를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 가스투입구(20)는 복수개의 관통구가 하부 영역(B3)의 둘레에 방사상으로 형성될 수 있으며, 그 상부인 중심 영역(B2)의 둘레에 방사상으로 가스배기구(70)가 형성될 수 있다. 가스투입구(20)를 통하여 가스가 중공부(A)로 유입되며, 중공부(A)로 투입된 가스는 가스배기구(70)를 통해 외부로 배출된다.
도 3은 도 1의 E-E`의 단면을 나타내는 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가스투입구(20)를 구성하는 복수의 관통구(20-1, 20-2, 20-3)는 챔버 몸체(10)의 벽체(10a)를 관통하여 형성된다. 관통구(20-1, 20-2, 20-3)를 통해 투입되는 가스의 투입방향은 챔버 몸체(10)의 중심 방향에 대해서 소정의 각도(θ1, θ2, θ3)를 가지고 기울어지도록 형성된다. 여기서 상기 중심 방향은 벽체(10a)의 임의의 관통구에서 중공부(A)의 중심축(C)을 향하는 방향으로서 도 3의 점선의 연장방향을 의미한다.
예를 들어, 복수의 관통구(20-1, 20-2, 20-3)는 각각의 관통구에서 챔버 몸체(10)의 중심축(C)을 바라보았을 때, 중심 방향에 대해서 시계 방향으로 소정의 각도(θ1, θ2, θ3)만큼 회전한 방향으로 가스가 투입되도록 형성될 수 있다. 일 실시예로서 복수의 관통구(20-1, 20-2, 20-3)의 기울여진 각도(θ1, θ2, θ3)는 모두 동일한 값을 가질 수 있다.
도 3에 예시된 것과 같이, 가스투입구(20)를 구성하는 복수의 관통구(20-1, 20-2, 20-3)는 벽체(10a) 내에서 관통구의 연장방향이 상기 중심 방향에 대해서 소정의 각도(θ)로 기울어져 형성될 수 있다. 이 경우 관통구를 통과한 가스는 도 3의 화살표 방향으로 투입되게 된다.
다른 예로서, 복수의 관통구(20-1, 20-2, 20-3)는 가스를 중공부(A)로 분사하는 가스 분사 노즐을 더 구비할 수 있다.
도 4는 도 3의 관통구에 가스 분사 노즐(20a, 20b, 20c)을 부가한 경우를 예시적으로 나타내는 단면도이다. 도 4와 같이 가스 분사 노즐(20a, 20b, 20c)은 상기 중심 방향에 대해서 소정의 각도(θ1, θ2,θ3)로 기울어져 형성될 수 있다
가스투입구(20)를 구성하는 복수의 관통구(20-1, 20-2, 20-3)는 가스 투입방향이 챔버 몸체(10)의 상부측을 향하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 복수의 관통구(20-1, 20-2, 20-3) 각각의 벽체(10a) 내에서의 연장방향이 상향이 되도록 형성될 수 있다. 다른 예로서, 도 4의 가스 분사 노즐(20a, 20b, 20c)이 상향이 되도록 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버 몸체(10)의 중심 영역(B2)에는 가스배기부(70)가 형성될 수 있다. 가스배기부(70)에는 챔버 몸체(10)내 중공부에서 유동하는 가스를 외부로 흡입하는 펌프(71)가 연결될 수 있다. 예컨대, 펌프(71)는 가스배기부(70)에 모두 연결되어, 중간 영역(B2)에서 유동되는 가스를 상기 가스배기부(70)를 통하여 흡입하여 강제 배기시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가스배기부(70)가 형성된 중심 영역(B2)의 중공부는 상부 영역(B1) 및 하부 영역(B3)의 중공부에 비해 오목한 영역으로 단면적이 더 작아 유동하는 가스의 유속이 더 빨라지는 영역이다. 따라서 중심 영역(B2)에서 가스는 더욱 빠르게 유동하여 가스배기부(70)로 배출되게 된다.
가스배기부(70)를 통하여 가스가 챔버 몸체(10) 외부로 배기될 수 있으며, 이에 따라, 가스투입구(20)을 통해 지속적으로 유입되어 중공부(A)에서 유동되는 가스가 난류를 형성하지 않고, 가스배기부(70)로 배기될 수 있다.
이러한 구성을 가지는 가스투입구(20) 및 가스배기부(70)로 이루어진 저압형성부(20)에 의해 중공부(A)의 중심에는 다른 영역에 비해 압력이 낮은 저압부가 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가스투입구(20)를 통해 중심 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 중공부의 상부 방향으로 가스가 투입되면, 투입된 가스는 나선형의 선회류를 형성하여 상부로 유동한 후 가스투입구(20)에 비해 상부에 형성된 가스배기부(70)를 통해 외부로 배출되게 된다. 이러한 상향 선회류가 형성되면서 선회류의 중심에 해당되는 중공부(A)의 중심축(C) 영역은 상대적으로 압력이 낮은 저압부가 형성되게 된다. 특히, 상기 가스가 상향 선회류로 유동함에 따라, 중공부(A)의 최하부 영역 중심에 저압부가 형성될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 저압형성부(90)를 이용하여 중공부(A) 내에 상향 선회류를 형성시킬 경우, 도 1의 E-E` 단면에서 시간에 따른 가스의 유동을 전산모사한 결과이다. 이때, 음영은 가스의 유속에 의하여 흐름 방향에 따른 압력인 동압의 크기를 나타낸 것으로, 화살표를 통하여 속도장 벡터를 표시하였다.
도 6을 참조하면, 가스투입구(20)에 가스를 유입시킨 후 0.5초 경과시에는 가스의 유동이 일정하지 않고 불안정하였으나, 1.0초 경과시에는 가스의 유동이 반시계 방향으로 일정해지고, 2.0초 이후에는 중공부의 중심에 가스의 유동이 적으며 압력이 낮은 저압부(500)가 형성되었다.
중공부(A) 중심에 형성된 저압부(500)는 레이저 빔이 통과되는 영역이다. 상기 저압부는 통상적인 대기압 환경에 비해 압력이 낮은 영역이므로 대기압이 레이저 빔에 미치는 영향이 상대적으로 감소하게 된다. 즉 저압부(500)는 국부적인 저진공 영역에 해당되며, 이 저진공 영역을 레이저가 통과함에 따라 종래 대기압 하에서 레이저 용접을 수행할 경우에 발생되는 문제가 현저하게 감소되며, 저진공 상태에서 용접이 이루어지는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 저진공 상태에서의 레이저 용접 특성인 용입 깊이 향상, 기공 및 스패터 감소 등의 효과를 나타낼 수 있다.
상술한 실시예는 챔버 몸체의 하부 영역에 가스투입구가 형성되고, 상부 영역에 가스배기구가 형성되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상부 영역에 가스투입구가 형성되고 하부 영역에 가스배기구가 형성되는 구성도 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버 몸체(10)의 상부 영역(B1)은 글래스 보호가스 투입구(30)가 형성될 수 있다.
글래스 보호가스 투입구(30)는 챔버 몸체(10)의 외부 가스가 챔버 몸체(10)의 상부 영역(B1) 내부로 유입될 수 있도록 챔버 몸체(10)를 관통하여 형성될 수 있다.
글래스 보호가스 투입부(30)는 복수개의 관통구가 상부 영역(B1)의 둘레에 방사상으로 형성될 수 있다. 글래스 보호가스 투입부를 통하여 가스가 중공부(A)로 유입되며, 이렇게 유입된 가스는 상부 영역(B1)에서 유동하면서 피용접물(1)에서 발생되는 스패터가 윈도우 영역(11)에 부착되는 것을 방지하여 윈도우 영역(11)이 스패터에 의해 오염되는 것을 막을 수 있다.
도 5는 도 1의 E-E`의 단면을 나타내는 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 관통구로 이루어진 글래스 보호가스 투입구(30-1, 30-2, 30-3)를 통해 투입되는 가스의 투입방향은 챔버 몸체(10)의 중심 방향에 대해서 소정의 각도(θ1, θ2, θ3)를 가지도록 형성된다. 여기서 상기 중심 방향은 벽체(10a)의 임의의 위치에서 중공부(A)의 중심축(C)을 향하는 방향으로서 도 5의 점선의 연장방향을 의미한다.
이에 따라, 복수의 관통구(30-1, 30-2, 30-3)에서 유입되는 가스가 중공부(A)에서 회전을 유도할 수 있으며, 상기 가스가 회전되며 하부로 유동하게 되면서 스패터 등의 용접으로 인한 부산물이 중공부(A)의 상부 영역(B1)으로 이동되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 스패터에 의해 윈도우 영역(11)이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 글래스 보호가스 투입구(30)는 상기 가스를 분사할 수 있는 보호 노즐(30a, 30b, 30c)을 더 포함할 수 있다.
글래스 보호가스 투입구(30)는 상기 가스가 하방으로 유동되도록 하방을 향하여 형성될 수 있으며, 투입된 가스는 하향 선회류로서 유동한 후 가스배기구(70)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 하부 영역(B3)의 가스투입구(20)에서 투입된 가스에 의한 상향 선회류와 상부 영역(B1)의 글래스 보호가스 투입구(30)에서 투입된 가스에 의한 하향 선회류가 동일한 회전방향을 가지도록 가스를 투입할 경우, 중공부(A) 전체에서 가스의 유동이 동일한 회전방향을 가지는 선회류로서 유동되어, 하부 영역(B3)에서 저압 구간의 형성이 더욱 용이할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)는 가스공급부(40) 및 유량조절부(50, 60)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가스공급부(40)는 저압형성부(20) 및 글래스 보호가스 투입구(30) 중 적어도 하나에 연결되어, 저압형성부(20) 및 글래스 보호가스 투입구(30) 중 적어도 하나에 가스를 공급할 수 있다. 저압형성부(20)와 연결된 가스공급부(40)는 저압형성부(20)에 유동 가스를 공급할 수 있으며, 글래스 보호가스 투입구(30)와 연결된 가스공급부(40)는 글래스 보호가스 투입구(30)에 보호 가스를 공급할 수 있다.
유량조절부(50)는 가스공급부(40)와 가스투입구(20)가 연결된 상기 유동관의 일부분에 형성되어 가스투입구(20)로 유입되는 상기 가스의 가스량을 제어할 수 있다. 따라서 중공부(A)에서 유동 가스가 유동되는 양과 속도를 제어할 수 있으며, 이에 따라, 저압 구간의 압력을 용접에 필요한 수준의 목표 압력으로 제어할 수 있다.
보호 가스 조절부(60)는 가스공급부(40)와 글래스 보호가스 투입구(30)가 연결된 상기 유동관의 일부분에 형성되어 글래스 보호가스 투입구(30)로 유입되는 보호 가스량을 제어할 수 있다. 따라서 중공부(A)에서 보호 가스가 유동되는 양과 속도를 제어할 수 있으며, 이에 따라, 용접에서 발생되는 부산물의 양에 따라 상기 가스의 가스량 및 속도를 제어하여 윈도우 영역(11)의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)는 몸체 보호부(80)를 더 포함할 수 있다.
몸체 보호부(80)는 챔버 몸체(10) 또는 피용접물(1)이 상대적으로 이동할 수 있도록 챔버 몸체(10)의 하부에 형성될 수 있다.
예를 들어, 몸체 보호부(80)는 챔버 몸체(10)의 하단부에 고무 부싱으로 처리하여 결합되어, 챔버 몸체(10)의 하단이 피용접물(1)과 직접적으로 맞닿지 않고 용접 공정 중에 이송이 가능하도록 할 수 있다.
몸체 보호부(80)는 적어도 일부분에 피용접물(1)에 볼록하게 형성되는 비드(bead)가 통과할 수 있도록 하부 개방형 홀(hole)로 형성되는 비드 홀부(81)가 형성될 수 있다. 비드 홀부(81)는 용접부 상부에 형성되는 비드와 마찰이 일어나지 않도록 용접선 혹은 용접 비드의 연장방향과 일치하는 방향에 형성될 수 있다.
본 발명의 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)는 이동이 가능한 챔버 몸체(10)로 형성되고 용접부 구간에 국부적으로 저압 구간을 형성할 수 있으며, 따라서 기존 대기압 레이저 용접 시스템에 용이하게 장착하여 사용이 가능할 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술사상을 따르는 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)를 사용하는 레이저 용접 장치를 도시한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 레이저 용접 장치는, 레이저 용접용 저압 형성 장치(100) 및 레이저 조사 장치(200)를 포함할 수 있다.
레이저 조사 장치(200)는 윈도우 영역(11)을 통해 피용접물(1)로 레이저(L)를 조사하는 장치로서, 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)의 상방에 형성되어 레이저(L)를 피용접물(1)에 조사할 수 있는 장치이다.
도시되지 않았지만, 레이저 용접 장치는 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)와 레이저 조사 장치(200)를 서로 기계적으로 결합하는 결합 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 결합 장치는 레이저 조사 장치(200)에서 조사되는 레이저(L) 조사 위치, 저압 형성 장치(100)에서 저압으로 형성되는 저압 구간 및 피용접물(1)의 용접부가 일치할 수 있도록 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)와 레이저 조사 장치(200)를 고정 결합할 수 있다.
예컨대, 레이저 용접용 저압 형성 장치(100) 또는 피용접물(1) 중 어느 하나가 이동하면서 용접될 경우에, 상기 연결 장치로 레이저 용접용 저압 형성 장치(100)와 레이저 조사 장치(200)가 고정되어 진동 및 흔들림 없이 레이저(L)가 상기 저압 구간에서 피용접물(1)에 조사될 수 있다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 용접 방법은, 용접 준비 단계(S100), 저압 형성 단계(S200) 및 레이저 조사 단계(S300)를 포함할 수 있다.
용접 준비 단계(S100)는 상술한 레이저 용접용 저압 형성 장치를 용접될 부분에 배치하여 용접을 준비하는 하는 단계이다.
저압 형성 단계(S200)는 레이저 용접용 저압 형성 장치로 가스를 투입하고 이를 배기하는 과정을 통해 선회류를 유도하여 상기 저압 형성 장치의 중공부 내부에 저압부를 형성하는 단계이다.
레이저 조사 단계(S300)는 윈도우 영역(11)을 통해 레이저 조사 장치(200)를 사용하여 피용접물(1)로 레이저(L)를 조사하는 단계이다.
레이저 조사 단계(S300)는 챔버 몸체(10)의 상방에 형성된 레이저 조사 장치(200)로 챔버 몸체(10)의 하방에 위치된 피용접물(1)의 용접부에 레이저(L)를 조사하는 단계이다. 이때, 저압 형성 단계(S200)에서 형성된 저압부를 통과하여 피용접물(1)의 용접부에 레이저(L)가 조사되어, 저압 상태에서 레이저 용접을 수행할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 용접 준비 단계(S100) 이후에 글래스 보호 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
글래스 보호 단계(S400)는 챔버 몸체(10)의 상부에 방사상으로 복수개 형성되는 글래스 보호가스 투입구(30)를 통하여 챔버 몸체(10)의 내부에 하향 나선형 유동을 형성시켜 피용접물(1)에서 발생되는 스패터가 상기 윈도우 영역(11)에 부착되는 것을 방지하는 단계이다.
본 발명의 여러 실시예들에 따르면 챔버 몸체(10)의 중공부(A)의 일부 영역에 국부적으로 저압 영역을 형성할 수 있으며, 이에 따라, 진공 상태와 유사한 분위기에서 용접이 가능하고, 용접 대상 제품의 크기에 한정되지 않고 용접이 가능하여, 생산성 및 공정 관리가 용이한 레이저 용접용 저압 형성 장치, 이를 포함하는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 레이저가 투과되는 윈도우 영역이 상부에 형성되고, 레이저가 통과되는 중공부가 형성되는 챔버 몸체; 및
    상기 중공부 내에서 가스의 나선형 유동을 유도하여 상기 챔버 몸체의 내부에 저압 구간이 형성될 수 있도록 상기 챔버 몸체의 둘레를 따라 상기 챔버 몸체의 벽체를 관통하여 형성되는 관통구를 포함하는 저압형성부;를 포함하되,
    상기 저압형성부는,
    상기 가스가 상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 상기 중공부로 투입될 수 있도록 형성되는 관통구를 하나 이상 포함하는 가스투입구; 및
    상기 중공부에서 유동되는 상기 가스가 상기 챔버 몸체의 외부로 배기될 수 있도록 형성되는 관통구를 하나 이상 포함하는 가스배기구;
    를 포함하는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스투입구는 상기 챔버 몸체의 하부에 형성되고,
    상기 가스배기구는 상기 가스투입구에 대해 상부에 형성되며,
    상기 가스투입구는 가스의 투입방향이 상기 챔버 몸체의 상부측을 향하도록 형성되는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스배기구는 챔버 몸체의 하부에 형성되고,
    상기 가스투입구는 상기 가스배기구에 대해 상부에 형성되고,
    상기 가스투입구는 가스의 투입방향인 상기 챔버 몸체의 하부측을 향하도록 형성되는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스투입구는 상기 챔버 몸체의 벽체 내에서 상기 가스투입구의 관통구의 연장방향이 상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 기울어진, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스투입구는,
    상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 기울어진 가스 분사 노즐;
    을 더 포함하는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공부는 중심 영역이 상부 영역 및 하부 영역 보다 오목한 원기둥 형상으로 형성되는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스투입구는 복수개의 관통구를 포함하며, 상기 복수의 관통구를 통해 투입되는 가스의 방향 각각은 상기 챔버 몸체의 중심 방향에 대해서 모두 동일한 각도로 기울어진, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스투입구로 가스를 공급하는 가스공급부; 및
    상기 가스배기구로부터 가스를 외부로 흡입하는 펌프;
    를 포함하는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    피용접물에서 발생되는 스패터가 상기 윈도우 영역에 부착되는 것을 방지할 수 있도록 상기 챔버 몸체의 상부에 보호 가스를 투입할 수 있는 글래스 보호가스 투입구;
    를 포함하는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 몸체 또는 피용접물이 상대적으로 이동할 수 있도록 상기 챔버 몸체의 하부에 형성되는 몸체 보호부;
    를 더 포함하는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 몸체 보호부는,
    적어도 일부분에 상기 피용접물에 볼록하게 형성되는 비드가 통과할 수 있도록 하부 개방형 홀로 형성되는 비드홀부;
    를 포함하는, 레이저 용접용 저압 형성 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 레이저 용접용 저압 형성 장치; 및
    윈도우 영역을 통해 피용접물로 레이저를 조사하는 레이저 조사 장치;
    를 포함하는, 레이저 용접 장치.
  13. 제 12 항의 레이저 용접 장치를 이용한 레이저 용접 방법으로서,
    레이저 용접용 저압 형성 장치의 가스투입구로 가스를 투입하고 가스배기구로 가스를 배기하여 챔버 몸체의 내부에 나선형 유동을 형성시켜 상기 챔버 몸체의 내부에 저압 구간을 형성하는 저압 형성 단계; 및
    윈도우 영역을 통해 레이저 조사 장치를 사용하여 피용접물로 레이저를 조사하는 레이저 조사 단계;
    를 포함하는, 레이저 용접 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 챔버 몸체의 상부에 복수개 형성되는 글래스 보호가스 투입구를 통하여 상기 챔버 몸체의 내부에 가스를 투입시켜 상기 피용접물에서 발생되는 스패터가 상기 윈도우 영역에 부착되는 것을 방지하는 글래스 보호 단계;
    를 더 포함하는, 레이저 용접 방법.
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