KR100210601B1

KR100210601B1 - Laser welding method using 4-angle focus

Info

Publication number: KR100210601B1
Application number: KR1019950058530A
Authority: KR
Inventors: 김경익
Original assignee: 김덕중; 사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR970033385A

Abstract

4각 포커스를 갖는 레이져 빔을 이용하여 판재의 절단면의 상태에 무관하게 안정적으로 용접할 수 있도록 하기 위해 용접할 판재를 포커스 지름 이하의 정밀도를 가지도록 절단하는 단계와, 상기 절단된 판재를 고정하기 위해 절단된 판재의 최대 허용오차가 포커스 지름 이하가 되도록 클램핑 하는 단계와, 상기 글램핑된 판재를 용접하기 위해 용접기로부터 4각의 레이져 빔을 발생하는 단계와, 상기 4각의 레이져 빔을 이용하여 판재에 나타나는 최대 갭의 허용오차를 증가시켜서 용접하는 단계를 포함하는 4각 포커스를 이용한 레이져 용접방법을 이용하여, 절단면의 상태와 지그 및 클램핑의 오차가 크게 되어도 용접빔의 허용오차가 증가하므로 용접 프로세스를 단순화시킬 수 있다.Cutting the plate to be welded with a precision less than or equal to a focus diameter in order to stably weld regardless of the state of the cut surface of the plate using a laser beam having a quadrangular focus; and fixing the cut plate Clamping such that the maximum tolerance of the cut sheet is less than or equal to the focal diameter, generating a four-angle laser beam from a welder to weld the clamped plate, and using the four-angle laser beam. By using the laser welding method using the square focus, which includes welding by increasing the tolerance of the maximum gap appearing on the plate, the welding beam tolerance increases even if the state of the cutting surface and the jig and clamping errors become large. You can simplify the process.

Description

Laser welding method using quad focus

제1도는 일반적인 판재를 용접할 때의 레이져 용접조건을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining the laser welding conditions when welding a general plate.

제2도는 용접된 판재에서 갭이 형성된 상태를 나타내기 위한 도면.2 is a view for showing a state in which a gap formed in the welded sheet material.

제3도는 종래의 원형 포커스 레이져를 이용한 용접상태를 나타낸 도면.3 is a view showing a welding state using a conventional circular focus laser.

제4도는 본 발명의 사각 포커스 레이져를 이용한 용접상태를 나타낸 도면.4 is a view showing a welding state using the square focus laser of the present invention.

제5도는 종래의 원형 포커스 레이져와, 본 발명의 사각 포커스 레이져를 이용한 용접상태를 비교하기 위한 도면.5 is a view for comparing a welding state using a conventional circular focus laser and the square focus laser of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 판재 2 : 레이져 빔1 sheet 2 laser beam

3 : 집속렌즈 6 : 원형 포커스3: focusing lens 6: circular focus

7 : 사각포커스 g : 갭7: square focus g: gap

g1 : 최소갭 g2 : 최대갭g1: minimum gap g2: maximum gap

본 발명은 레이져 용접방법에 관한 것으로, 특히, 4각 포커스를 이용한 레이져 용접으로 절단면의 상태에 무관하게 용접프로세스를 단순화 할 수 있는 4각 레이져 용접 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser welding method, and more particularly, to a quadrangular laser welding method that can simplify the welding process irrespective of the state of the cut surface by laser welding using a quadrilateral focus.

자동차 산업을 포함한 산업계에서 최근 박판의 두 블랭크 재를 레이져로 용접하는 기술이 다양하게 응용되고 있다. 이때, 박판의 두블랭크 재를 용접하기 전의 박판의 가장자리의 절단면 상태와, 용접시 지그 및 클램핑과, 용접기의 용접헤드의 정확한 제어가 양호한 용접의 관건이 되고 있다.In the industry, including the automotive industry, a variety of techniques for laser welding two blank sheets of sheet steel have been recently applied. At this time, the state of the cut surface of the edge of the thin plate before welding the two blank materials of the thin plate, the jig and clamping during welding, and the precise control of the welding head of the welder are the key to good welding.

종래의 원형 레이져 빔을 이용한 레이져 용접 방법에 따르면, 다음과 같은 공정 순서를 따른다.According to the conventional laser welding method using a circular laser beam, the following process sequence is followed.

즉, 그 첫 번째 공정은 레이져 용접에 사용될 모재를 소정의 크기로 절단하는 공정인데, 이때, 레이져 빔의 포커스 지름이 0.2이하이므로 절단면의 오차도 0.2이하의 정밀도를 요한다.That is, the first process is to cut the base material to be used for laser welding to a predetermined size, wherein the laser beam has a focus diameter of 0.2 As it is below, the error of the cutting surface is 0.2 The following precision is required.

다음에, 두 번째 공정은 클램핑 공정인데, 클램핑 공정은 가공할 박판의 두 블랭크 재를 고정하는 공정으로, 이때에는, 박판의 두 블랭크 재의 최대 허용 오차가 레이져 빔의 포커스의 지름보다 작아야 한다.Next, the second process is the clamping process, in which the clamping process is to fix the two blank materials of the thin sheet to be processed, wherein the maximum tolerance of the two blank materials of the thin sheet must be smaller than the diameter of the focus of the laser beam.

최종공정은 용접공정인데, 여기서는, 용접을 제어하는용접 컨트롤러 및 엑츄에어터의 정밀도가 요구된다.The final process is a welding process, where the precision of the welding controller and actuator for controlling the welding is required.

제1도는 일반적인, 판재를 용접할 때의 레이져 용접조건을 설명하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이 프레스에 의해 형성되는 무개의 블랭크 재인 판재(1)를 맞닿게 하였을 때, 갭(g)을 갖게 된다. 이때, 제2도에서와 같이 최대 돌출부(4)에 의해, 갭의 크기(ℓ)은 더욱 크게된다. 이때, 갭의 크기(ℓ)이 제1도의 집속렌즈(3)를 통과한 레이저빔(2)의 포커스 지름 d 보다 큰 경우에는 레이져 용접이 불연속적으로 된다.FIG. 1 is a view for explaining laser welding conditions when welding a plate in general, and has a gap g when abutting the plate 1, which is a flat blank material formed by a press, as shown in the drawing. do. At this time, as shown in FIG. 2, by the largest protrusion 4, the size l of the gap becomes larger. At this time, when the size of the gap l is larger than the focal diameter d of the laser beam 2 passing through the focusing lens 3 of FIG. 1, the laser welding is discontinuous.

즉, 용접될 두 판재가 맞닿을 때 나타나는 최대 갭 ℓ이 레이져 포커스 지름 d 보다 클 경우에는 레이져 용접이 불연속적으로 되어, 용접 불량의 원인이 된다.In other words, when the maximum gap L appearing when the two plates to be welded to each other is larger than the laser focal diameter d, the laser welding is discontinuous and causes welding failure.

제3도는 종래의 원형 포커스를 이용한 레이져 용접조건을 나타낸 것으로서, 박판의 블랭크 재인 판재(1)를 용접할 때, 레이져빔(2)이 집속렌즈(3)를 통과하여, 도시된 바와 같이 원형 레이져 빔(6)을 발생한다. 한편, 박판의 블랭크 재(1)에는 최소갭(g1)과 최대 갭(g2)이 존재하므로, 상술한 원형 레이져 빔(6)을 사용할 때에는, 레이져 용접의 불연속성이 발생될 수 있는 문제점이 있다.FIG. 3 shows a laser welding condition using a conventional circular focus. When welding the sheet material 1, which is a thin blank material, the laser beam 2 passes through the focusing lens 3, as shown in the circular laser. Generate beam 6. On the other hand, since the minimum gap g1 and the maximum gap g2 exist in the blank material 1 of the thin plate, when using the above-described circular laser beam 6, there is a problem that discontinuity of laser welding may occur.

상술한 문제점을 해결하기 위한 또다른 종래의 레이져 용접 방법이 미합중국 특허 제5,245,156호에 기술되어 있다. 상기 방법에 따르면, 용접부의 날카로운 부분을 없에기 위하여 용접선을 따라 레이져 빔을 위빙하는 방법이 기술되어 있다. 그러나 상기 방법도 안정적인 용접을 제시하지 못하고 있다.Another conventional laser welding method for solving the above problem is described in US Pat. No. 5,245,156. According to the method, a method is described for weaving a laser beam along a weld line in order to eliminate the sharp part of the weld. However, this method also does not suggest stable welding.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해, 제안된 것으로써, 4각 레이져 빔을 사용하여, 용접판재의 절단면이 양호한 상태가 아니어도, 안정적으로 용접할 수 있는 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a welding method that can stably weld even if the cut surface of a weld plate is not in a good state by using a quadrangular laser beam, as proposed to solve the above problems. It is done.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 용접할 판재를 포커스 지름 이하의 정밀도를 가지도록 절단하는 단계와, 상기 절단된 판재를 고정하기 위해 절단된 판재의 최대 허용 오차가 포커스 지름 이하가 되도록 클램핑 하는 단계와, 상기 글램핑된 판재를 용접하기 위해 용접기로부터 4각의 레이져 빔을 발생하는 단계와, 상기 4각의 레이져 빔을 이용하여 판재에 나타나는 최대 갭의 허용오차를 증가시켜서 용접하는 단계를 포함하는 4각 포커스를 이용한 레이져 용접방법을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of cutting the plate to be welded to have a precision of less than the focus diameter, and clamping so that the maximum allowable error of the cut sheet to secure the cut plate to be less than the focus diameter And generating a four-angle laser beam from a welder to weld the clamped plate, and increasing the tolerance of the maximum gap appearing in the plate by using the four-angle laser beam. It features a laser welding method using quadrilateral focus.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

제4도는 본 발명의 4각 포커스를 이용한 레이져 용접 상태를 나타내기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 집속렌즈(3)를 통과한 레이져 빔(2)을 4각 포커스(7)가 되게 하면, 최소갭(g1)이외에 최대갭(g2)이 존재하여도 양호한 레이져 용접이 될 수 있다.FIG. 4 is a view for showing a laser welding state using the quad focus of the present invention. As shown in the drawing, when the laser beam 2 passing through the focusing lens 3 becomes the quadrangular focus 7, Even if there is a maximum gap g2 other than the minimum gap g1, good laser welding can be obtained.

즉, 제5도에서 종래의 원형 포커스를 이용한 레이져 용접방법과 본 발명의 4각 포커스를 이용한 레이져 용접 방법을 동일조건에서 비교하여 보면 다음과 같다.That is, in FIG. 5, the conventional laser welding method using the circular focus and the laser welding method using the quadrangular focus of the present invention are compared as follows.

본 발명의 집속렌즈(3)를 통과하는 레이져 빔(2)은 4각의 단면(A)을 가지게 되는데, 상기 4각의 단면의 면적은 종래의 원형 단면과 동일하므로, 실질적으로 작업물에 주사된 후의 출력은 동일하게 된다.The laser beam 2 passing through the focusing lens 3 of the present invention has a quadrilateral cross section A. Since the area of the quadrilateral cross section is the same as that of the conventional circular cross section, the laser beam 2 is substantially scanned on the workpiece. After that, the output is the same.

여기서, 4각 포커스를 이용할 때의 최대 용접길이는 ℓ1이 되고 원형 포커스를 이용할 때의 최대 용접길이는 ℓc가 되므로, 레이져 용접시 두 판재 사이에 나타나는 갭의 허용오차는 ℓ1 - ℓc 만큼 증가하게 된다.Here, the maximum welding length when using the square focus becomes ℓ1 and the maximum welding length when using the circular focus becomes ℓc, so that the tolerance of the gap between the two plates during laser welding increases by ℓ1-ℓc. .

따라서, 본 발명의 4각 포커스를 이용하여 레이져 용접을 하게 되면, 안정적인 레이져 용접이 가능하게 된다.Therefore, when laser welding is performed using the quadrangular focus of the present invention, stable laser welding is possible.

본 발명은 또한, 이종두께 또는 이종강판을 갖는 판재를 레이져로 용접한 후 일체화하여 성형하는 기술한 테일러드 블랭크 기술에 사용할 수 있는데, 통상 이때 사용되는 레이져의 출력은 3 내지 6KW 이며, CO₂레이져의 빔 포커스는 약 0.2가 된다.The present invention relates to a It is possible to use a tailored blank technology techniques for forming integrally After welding a plate material having different material thicknesses or different from the steel sheet by a laser, usually this time the output of the laser to be used is 3 to 6KW, the CO ₂ laser Beam focus is about 0.2 Becomes

또한, 두 판재의 허용오차 캡은 최대 0.1정도로 정밀한 것이 요구되므로, 본 발명의 4각 포커스 레이져 용접방법을 이용하면 상술한 테일러드 블랭크 기술에 매우 양호하게 사용될 수 있다.In addition, the tolerance cap for both plates is 0.1 Since precise precision is required, the four-point focus laser welding method of the present invention can be used very well in the tailored blank technique described above.

이상에서 살펴본 바와 같이 박판의 레이져 용접시 용접될 두판재의 갭은 용접의 성패를 좌우할 정도로 중대한 변수가 되는데, 본 발명의 4각 포커스 레이져 용접방법에 따르면, 동일 출력에서 원형의 포커스 레이져 용접방법에 비해 최대 허용오차의 길이가 증가되므로 양호한 용접이 가능하며, 용접 프로세스를 단순화시킬 수 있다.As described above, the gap of the two sheets to be welded during the laser welding of the thin plate becomes a significant variable that influences the success or failure of the welding. According to the four-point focus laser welding method of the present invention, the circular focus laser welding method at the same output is performed. In comparison, the maximum tolerance length is increased, so that good welding is possible and the welding process can be simplified.

Claims

Cutting the plate to be welded to have an accuracy of less than or equal to a focus diameter; clamping the plate to be clamped such that a maximum tolerance of the cut sheet is less than or equal to a focus diameter to fix the cut plate; and welding the clamped plate Generating a four-angle laser beam from the welder, and increasing the tolerance of the maximum gap appearing on the plate using the four-angle laser beam for welding the laser welding method comprising a four-point focus.

2. The laser welding according to claim 1, wherein the tolerance of the super-gap increased during laser welding is increased by the value L1-Lc subtracted by the diameter Lc of the circular focus from the length L1 of the square focus long side. Way.

The method of claim 1, wherein the maximum tolerance of the cut sheet is 0.2 The laser welding method characterized by the following.