KR100655525B1 - 레이저에 의한 강판의 용접 장치 및 그 용접 장치의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맞대기 이음(Butt Joint)에 의한 금속 강판(1, 2)의 레이저 용접 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 용접 부위 전 또는 용접 부위에서 적어도 상기 강판(1, 2) 중 어느 하나는 상기 강판(1, 2) 사이에 존재할 수 있는 간격(gap)의 폭을 줄이기 위하여 압착기(6; squeezer)에 의해 소성 변형된다. 본 발명에 있어서, 강판(1, 2)의 압착기(6)에 의하여 생성되는 형상은 상기 강판(1, 2)의 접합 부위(5)와는 무관하다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

레이저에 의한 강판의 용접 장치 및 그 용접 장치의 용도{DEVICE FOR LASER WELDING METAL SHEETS AND USE OF THIS DEVICE}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 용접 장치와 그 용접 장치의 용도에 관한 것이다.

레이저에 의한 강판의 용접은 현재 널리 알려진 접합 방법 중의 하나이다. 이러한 경우에, 강판은 바람직하게는 강판 사이에 좁은 간극만이 형성되도록 강판의 가장자리가 위치된 상태에서 맞대기 용접된다. 고품질의 용접 심(welding seam)을 형성시키기 위해서, 접합 대상 강판 사이의 간극은 0.05 또는 0.08mm보다 크지 않아야 하며, 각각의 강판의 공차는 이러한 최대 허용 간극 폭의 1/2을 초과해서는 안된다. 따라서, 이러한 허용 공차를 유지시키기 위해서는, 고가의 공구나 복잡한 가공 방법이 요구되는 것은 자명하다.

유럽 공개 특허 공보 제0 565 846호에는, 선형 심을 용접할 때, 접합 대상 강판 사이의 최대 허용 간극 폭을 초과하지 않도록 용접 영역 전이나 용접 영역 내에서 강판 중의 적어도 하나를 압착 롤러에 의하여 소성 변형시키는 기술 구성이 개시되어 있다. 이러한 공지된 선행 기술에서는, 특히 압착 롤러의 다양한 구성에 대한 일련의 실시예들을 개시하고 있다.

하지만, 공지된 선행 기술은 오로지 선형 용접 심에만 적합하며, 특히 임의의 소정의 라인을 따라 용접 심을 형성시키는 경우에는 부적합하다. 왜냐하면, 이러한 경우에는, 공지된 선행 기술에 제시된 압착 롤러는 바람직하지 않은 강판 변형을 초래할 수도 있는 측력을 발생시키기 때문이다.

따라서, 본 발명은 용접 심이 임의의 소정의 라인을 따라 형성될 수 있도록 하는 용접 장치를 제공하는 데 목적을 두고 있다.

이러한 목적은 특허청구범위 제1항에 기재된 용접 장치에 의하여 달성된다. 본 발명에 따른 용접 장치의 바람직한 실시예들과 그 용접 장치의 용도가 또 다른 청구항들에 기재되어 있다.

본 발명은 다음의 이점들을 갖는다. 압착구에 의하여 압착구의 진행 방향과는 무관하게 강판에 소성 변형이 발생하기 때문에, 용접 대상 강판의 변형 불량이 발생하지 않고서 용접 심이 임의의 소정의 라인을 따라 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 용접 장치는 임의의 소정의 형상을 갖는 강판의 용접에 사용가능하다.
압착구가 구형으로 형성되는 본 발명에 따른 용접 장치의 또 다른 실시예에 의하면, 구의 반경이 공지된 압착 롤러의 외부 치수에 비해 상당히 감소되므로, 아주 소형의 용접 장치를 구성할 수 있으며, 이에 의해 소정의 효과를 얻기 위해 압착볼에 작용하는 힘도 줄일 수 있다.

마지막으로 압착볼로 형성되는 본 발명에 따른 압착구의 실시예에 의하면, 압착볼의 홀더는 용접 대상 강판에 의해 형성되는 평면에 대하여 경사지게 설치될 수 있다. 이에 의하여 강판 사이의 접합부로 자유로이 접근할 수 있게 되어, 특히 압착 영역에서 강판 사이의 실제 간극 폭의 검출을 위한 검출 장치를 사용할 수 있게 된다. 이에 의하면, 압착볼에 작용하는 힘을 순간적인 간극 폭에 따라서 조정할 수 있게 된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 실시예들을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 상이한 두께를 갖는 2개의 용접 대상 강판에 대하여 수직으로 용접 영역에 배치되는 본 발명에 따른 용접 장치의 단면도이다.

도 2는 동일한 두께를 갖는 2개의 용접 대상 강판에 대하여 수직으로 용접 영역에 배치되는 본 발명에 따른 용접 장치의 또 다른 실시예의 단면도이다.

도 3은 도 2와 유사한 단면도로서 본 발명에 따른 용접 장치의 또 다른 실시예의 단면도이다.

도 4는 도 2와 유사한 단면도로서 본 발명에 따른 용접 장치의 또 다른 실시예의 단면도이다.

도 1은 2개의 용접 대상 강판(1, 2)에 대하여 수직으로 배치되는 본 발명에 따른 용접 장치의 단면도를 도시하고 있으며, 여기서 강판 중의 하나는 다른 강판보다 두껍다. 2개의 강판(1, 2)은 가장자리가 서로 맞대어져 배치되며, 이러한 상태에서 함께 맞대기 용접된다. 용접은 공지된 방식에 따라 레이저 빔에 의해 행해지며, 이러한 레이저 빔은 용접 영역에서 일례로 직경이 0.2mm인 초점 단면을 갖는다. 용접이 불량없이 양호하게 행해지게 하기 위해서, 용접 영역에서 서로 인접한 강판(1, 2) 사이의 간극은 최대 0.08mm를 초과해서는 안된다. 간극 폭이 이보다 큰 경우에는, 용접 심이 탈락하거나 또는 빔의 분열이 초래된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 용접 영역 전이나 용접 영역 내에서 강판(2)은 홀더(7)와 그 홀더 내부에 삽입된 볼(6)로 형성된 압착구에 의하여 소성 변형됨으로써, 강판(1, 2) 사이에 존재하는 간극이 감소되거나 위에서 언급한 최대 허용 간극 폭을 하회하게 된다. 또한, 홀더(7)가 강판(2)에 대해 수직으로 눌림으로써, 변형된 재료는 주로 화살표(8) 방향을 따라 유동된다.

압착 과정 중에, 강판(2)은, 압착볼(6)의 맞은편에 배치되고 강판(2)에 작용하는 지지 부재(9)에 의하여 지지된다. 적어도 압착 과정 및/또는 그에 연이은 용접 과정 중에 2개의 강판(1, 2)을 고정시키는 홀더 장치(3, 4)가 구비된다. 이러한 홀더 장치(3, 4)로서 기존의 클램프가 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 홀더(7)는 축(10)을 구비하며, 이러한 축을 중심으로 홀더(7)가 회전 대칭형으로 형성된다.

도 2는 본 발명에 따른 용접 장치의 또 다른 실시예의 단면도이다. 여기서, 용접 대상 강판(1, 2)은 동일한 두께를 갖는다. 또한, 1개의 단독 압착볼(6) 대신에 2개의 압착볼(6)이 사용되며, 압착볼 각각은 위로부터 강판(1, 2) 중 하나에 대해 수직으로 작용한다. 이러한 용접 장치의 특징은, 2개의 강판(1, 2)이 모두 변형됨으로써 동일한 효과를 달성하는 데 있어서 보다 작은 변형을 요한다는 점이다. 즉, 본 실시예는 서로 용접되는 강판(1, 2) 사이의 간극이 비교적 큰 경우에 그 간극을 최대 허용 간극 폭 내로 줄이는 데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 용접 장치의 또 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있으며, 이러한 실시예는 특히 홀더(7)의 축(10)이 강판(1, 2)에 의해 형성되는 평면과 예각(acute angle)을 형성한다는 점에서 도 2에 도시된 실시예와 차이가 있다. 이에 의하여, 일례로 검출 장치에 의하여 실제 간극 폭을 검출할 수 있게 접합부(5)에 충분한 공간을 형성시킬 수 있게 되어, 홀더(7)에 작용하는 압력을 제어 장치에 의해 조정할 수 있게 된다.

도 3에 도시된 실시예의 또 다른 특징은, 도 2에 일체로 도시되어 있는 지지 부재(9)가 2개로 분할된다는 점이다. 이로 인해, 접합부(5)의 저면도 자유로이 접근할 수 있게 되며, 이는 검출 장치에 의한 간극 폭의 검출시 유리하다.

도 4에는 본 발명에 따른 용접 장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있으며, 여기서는 압착볼(6)의 홀더(7)가 강판(1)에 의해 형성되는 평면에 대하여 경사져서 배치된다. 이러한 경사 배치에 의하여, 강판(1)의 변형이 가능한 한 접합부(5)에 근접하게 이루어지도록 하는 것이 가능하다. 강판(2)은 지지 부재(9)에 대해 가압되며, 하단부에 강판(2)과 접촉하는 고정슈(fixing shoe)(13)를 구비한 고정 장치(12)에 의하여 제 위치에 고정된다. 이는 강판(1)의 과도한 변형이 일어나는 경우에 강판(2)이 측방향으로 뒤로 밀려지는 현상을 방지한다.

또한, 도 4에 도시된 고정 장치(12)는 막대형으로 구성되며, 강판(2)에 의해 형성되는 평면에 대하여 경사지게 배치된다. 따라서, 접합부(5)로 추가 장치가 쉽게 접근할 수 있게 된다.

도 4에 도시된 실시예에 있어서, 지지 부재(9)는 회전축(11)을 구비한 롤러로서 형성된다. 이러한 롤러는 접합부(5)를 가로질러 연장되어 2개의 강판(1, 2)을 지지한다. 도 3과 유사하게 각각의 강판(1, 2)에 대해 별도로 지지 부재(9)를 마련하는 것도 가능하며, 이때 지지 부재(9) 각각을 회전축(11)을 구비한 롤러로서 형성시키는 것도 가능하다.

삭제

Claims (10)

1. 강판(1, 2)을 레이저에 의해서 맞대기 용접하는 장치로서, 상기 강판(1, 2) 중 적어도 하나의 강판이 용접 영역 전 또는 용접 영역 내에서 압착구(6)에 의해 소성 변형되는 용접 장치에 있어서,

   접합부(5)에서 강판(1, 2) 사이의 간극을 줄이기 위한 상기 압착구(6)는 압착볼로서 형성되며 홀더(7) 내에 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 홀더(7) 중 적어도 하나의 홀더의 길이축(10)은 강판(1, 2)에 의해 형성되는 평면과 예각을 형성하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
5. 제1항에 있어서,

   길이축이 상기 강판(1, 2)에 의해 형성되는 평면과 예각을 형성하는 고정 장치(12)가 접합부(5)에서 강판(1, 2) 중 하나의 강판에 작용하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 강판(1, 2)의 가장자리를 서로 인접하게 고정시키는 홀더 장치(3, 4)가 구비되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
7. 제1항에 있어서,

   변형 영역 전에서 상기 간극의 폭을 검출하는 검출 장치와, 검출된 간극의 폭에 따라서 상기 홀더(7)를 제어하는 제어 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
8. 제1항에 있어서,

   변형 후에 상기 간극의 라인을 감지하는 광학 인식 장치 또는 기계 감지 장치와, 상기 광학 인식 장치 또는 기계 감지 장치에 반응하여 간극의 라인을 따라 레이저 빔을 안내하는 안내 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
9. 삭제
10. 한 쌍의 강판을 맞대기 용접하는 방법으로서,

    한 쌍의 강판 중 하나의 강판의 가장자리가 다른 하나의 강판의 가장자리와 접촉되도록 제1 강판과 제2 강판을 위치시키는 단계와;

    상기 제1 강판과 제2 강판 사이에 존재하는 간극을 줄이기 위해서 용접 영역 전 또는 용접 영역 내에서 적어도 하나의 강판을 압착볼 또는 구형 압착구에 의해 소성 변형시키며, 적어도 하나의 강판을 다른 강판의 가장자리에 인접한 영역에서 소성 변형시키는 단계와;

    상기 압착구에 가해지는 힘에 따라 소성 변형이 행해지면서 접합부의 라인에는 무관하게 소성 변형이 행해지도록 소정의 임의의 곡선 형태인 접합부를 따라 압착구를 안내하는 단계와;

    상기 접합부에서 강판을 레이저에 의해 용접하는 단계와;

    상기 소성 변형에 의한 간극 위치를 따라 레이저를 안내하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.

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