KR-20260061637-A - LASER-ARC HYBRID WELDING SYSTEM USING LASER CLEANER

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Abstract

본 발명은 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 두 모재가 접하여 용접대상이 되는 용접부위에 선행하여 용접대상부위의 표면의 오염층 또는 산화층의 프라이머를 제거하는 레이저클리닝유닛; 및 상기 레이저클리닝유닛을 후행하고 상기 용접대상부위를 용접하는 하이브리드용접유닛;을 포함할 수 있다. 본 발명은 스패터의 발생과 용접부위의 확산성 수소 생성이 억제되고, 그로 인해 향상된 용접품질을 기대할 수 있다.

Inventors

손시웅
박수길
김홍재

Assignees

에이치디한국조선해양 주식회사
에이치디현대미포 주식회사

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20241028

Claims (7)

두 모재가 접하여 용접대상이 되는 용접부위에 선행하여 용접대상부위의 표면의 오염층 또는 산화층의 프라이머를 제거하는 레이저클리닝유닛; 및 상기 레이저클리닝유닛을 후행하고 상기 용접대상부위를 용접하는 하이브리드용접유닛; 을 포함하는 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템.
제1항에 있어서, 상기 하이브리드용접유닛은, 상기 두 모재의 용접대상부위에 레이저 빔을 조사하여 레이저 용접하는 레이저용접부; 및 상기 레이저용접부의 일측에서 상기 용접대상부위에 플럭스코어드와이어를 사용하여 아크를 방전시킴으로써 용융풀을 형성하여 아크용접하는 아크용접부; 를 포함하는 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템.
제2항에 있어서, 상기 레이저클리닝유닛은 상기 하이브리드용접유닛보다 선행하여 이동하면서 상기 용접대상부위를 예열하고, 상기 예열에 의해 상기 플럭스코어드와이어에 포함된 확산성 수소가 외부로 배출되는 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템.
제2항에 있어서, 상기 레이저용접부는, 상기 용접대상부위를 조준가능한 레이저헤드; 를 포함하고, 상기 아크용접부는, 상기 레이저헤드 내부에 마련되고 상기 레이저헤드와 동일한 용접대상부위의 포인트를 조준 가능하는 아크 용접토치; 를 포함하는 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템.
제4항에 있어서, 상기 레이저헤드의 끝단과 상기 아크 용접토치의 끝단에서 각각 용접대상부위까지 동일한 거리를 갖는 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템.
제2항에 있어서, 상기 용접대상부위의 용입 깊이를 증가시키기 위해 상기 플럭스코어드와이어 주변에 배출되는 보호가스는 CO 2 가스인 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템.
제1항에 있어서, 상기 레이저클리닝유닛과 하이브리드용접유닛은 1.8m/min 이상의 속도로 이동하며 용접하는 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템.

Description

레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템{LASER-ARC HYBRID WELDING SYSTEM USING LASER CLEANER} 본 발명은 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 관한 것이다. 레이저 용접은, 에너지 밀도가 높은 레이저를 열원으로 하기 때문에, 용접 속도의 증속 그리고 용입 깊이의 증가를 도모할 수 있고, 또한 용융 폭이 좁기 때문에, 용접에 수반하는 열영향이나 열변형을 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 고품질인 용접부가 얻어진다는 이점을 갖는다. 그 반면, 이 레이저 용접은 사용하는 장치가 고가이고, 게다가 개선(groove)을 형성할 때에 정밀도 좋게 가공하는 것이 요구되기 때문에, 용접 시공의 비용면에서 종래의 용접 기술과 비교하여 불리하다. 한편으로 가스 실드 아크 용접은, 용접 속도나 용입 깊이가 레이저 용접에 비해 뒤떨어져, 용접에 수반하는 열변형이나 열영향이 레이저 용접보다도 커지지만, 용접 시공의 비용을 낮게 억제하는 것이 가능하다. 또한, 사용하는 용접용 강 와이어의 성분을 조정함으로써 용접 금속의 조성을 제어할 수 있고, 게다가 개선의 가공에 요구되는 정밀도는 레이저 용접에 비해 엄격하지 않다는 이점이 있다. 이들 레이저 용접과 가스 실드 아크 용접의 장점을 모두 살린 용접 기술로서, 가스 실드 아크와 레이저를 동시에 피(被)용접물(예를 들면 강판 등)의 표면에 조사하는 레이저 아크 하이브리드 용접이 있다. 레이저 아크 하이브리드 용접은 용접 갭 유도(裕度)(gap tolerance)의 향상이나 용접 속도의 증가가 가능하기 때문에, 용접시공의 능률 향상이 가능한 용접 기술이다. 일반적으로 가스 실드 아크 용접에 있어서, 스패터의 발생에 영향을 미치는 중요한 요소로서, 용적의 이행 형태를 들 수 있다. 용접용 강 와이어로부터 용융지에 이행하는 용적의 형태는, 용접용 강 와이어의 성분이나 실드 가스의 종류 및, 아크를 발생시키는 용접 전류 등의 여러 가지 용접 조건에 따라 변화한다. 즉 가스 실드 아크 용접과 같이, 열원으로서 아크만을 사용하는 경우는, 용적과 용융지의 단락(shortcircuiting)의 해방, 혹은, 용적의 용융지 밖으로의 이탈 등에 의해 스패터가 발생한다. 따라서, 스패터의 발생량은, 용적의 이행 형태(즉 용접용 강 와이어로부터 용적이 이탈할 때의 형태)에 크게 의존한다. 이에 대하여, 레이저 용접과 가스 실드 아크 용접을 조합하여 용접을 행하는 레이저 아크 하이브리드 용접에서는, 열원이 되는 레이저와 아크의 상호 작용에 의해 용적의 이행이 불안정해지기 때문에, 스패터가 다량으로 발생하는 것이 알려져 있다. 그러나, 용적의 이행 형태가 스패터의 발생에 미치는 영향은, 아직 명확하게는 해명되지 않았다. 레이저 아크 하이브리드 용접의 시공 중에 다량의 스패터가 발생하면, 용접기 본체 및 주변의 광학계 기기에 스패터가 부착되어, 설비 고장이나 시공 능률의 저하를 일으킨다. 따라서, 스패터의 발생을 최대한 억제가 필요하다. 도 1은 종래의 레이저 아크 하이브리드 용접 중 아크용접에서 솔리드와이어와 Ar 가스를 사용한 경우의 용접상태를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 용접부위를 확대해서 살펴보면, 용접부위에 스패터가 상당량 형성된 것이 확인된다. 도 2는 도 1의 경우 용입깊이를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 도 1의 경우 용입깊이는 깊지 않은 것으로 나타난다. 이와 같이 종래의 레이저 아크 하이브리드 용접에서는 스패터가 상당량 발생하고 용입깊이가 깊지 않아 사용자의 의도보다 용접효율이 떨어지는 문제점이 있다. 도 1은 종래의 레이저 아크 하이브리드 용접에 솔리드와이어와 Ar가스를 사용한 경우의 용접상태를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 경우 용입깊이를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 있어서, 플럭스코어드와이어와 CO2가스를 사용한 경우의 용접상태를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 용입깊이를 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템의 용접 장치를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 있어서, 레이저 클리닝을 개념적으로 설명한 개념도이다. 도 7의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 있어서, 레이저 용접과 아크 용접 및 레이저 아크 하이브리드 용접의 개념을 나타낸 개념도이다. 도 7의 (b)는 도 7의 (a)일 때의 용입 깊이 및 용융풀을 개념적으로 나타낸 개념도이다. 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. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템을 설명한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 있어서, 플럭스코어드와이어와 CO2가스를 사용한 경우의 용접상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 용입깊이를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템의 용접 장치를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 있어서, 레이저 클리닝을 개념적으로 설명한 개념도이며, 도 7의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템에 있어서, 레이저 용접과 아크 용접 및 레이저 아크 하이브리드 용접의 개념을 나타낸 개념도이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)일 때의 용입 깊이 및 용융풀을 개념적으로 나타낸 개념도이다. 도 3은 레이저 아크 하이브리드 용접에 있어서, 아크 용접의 재료인 솔리드와이어와 Ar가스 대신 플럭스코어드와이어와 CO2가스를 사용한 경우의 용접상태를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 종래의 도 1에서와 달리 스패터의 발생이 대폭 감소한 것을 육안으로 확인할 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서 플럭스코어드와이어와 CO2가스를 사용한 경우의 용입깊이는 도 2에 나타난 종래의 용입깊이보다 깊은 것을 확인할 수 있다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 클리너를 이용한 레이저 아크 하이브리드 용접 시스템은 레이저클리닝유닛(100)과 하이브리드용접유닛(200)을 포함할 수 있다. 레이저클리닝유닛(100)은 두 모재가 접하여 용접대상이 되는 용접대상부위의 표면층의 오염층 또는 산화층의 프라이머를 제거할 수 있다. 레이저클리닝유닛(100)은 후술하는 하이브리드용접유닛(200)에 비해 선행하는 것이 바람직하다. 레이저클리닝유닛(100)은 하이브리드용접유닛(200)보다 선행하여 이동하면서 용접대상부위를 세척 또는 클리닝할 수 있다. 이때, 세척 또는 클리닝시 용접대상부위는 예열될 수 있다. 이후, 플럭스코어드와이어와 CO2가스를 통해 용접되는 경우 상기 예열에 의해 플럭스코어드와이어에 포함된 확산성 수소가 외부로 배출될 수 있고, 용접품질은 더욱 향상될 수 있다. 하이브리드용접유닛(200)은 레이저클리닝유닛(100)을 따라 후행할 수 있고 용접대상부위를 용접할 수 있다. 하이브리드용접유닛(200)은 레이저용접부(미부호)와 아크용접부(미부호)를 포함할 수 있다. 상기 레이저용접부는 두 모재가 접하여 용접대상이 되는 부위에 레이저 빔을 조사하여 레이저 용접할 수 있다. 상기 레이저용접부는 용접대상부위를 조준가능하고 레이저를 발사할 수 있는 레이저헤드(210)를 포함할 수 있다. 상기 아크용접부는 상기 레이저용접부의 일측에서 용접대상부위에 플럭스코어드와이어를 사용하여 아크를 방전시킴으로써 용융풀을 형성하여 아크 용접할 수 있다. 상기 아크용접부는 아크 용접토치(220)를 포함할 수 있다. 이때, 용접대상부위의 용입 깊이를 증가시키기 위해 상기 플럭스코어드와이어 주변에 배출되는 보호가스는 CO2 가스인 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예에서 아크 용접토치는 레이저헤드(210) 내부에 마련될 수 있다. 아크 용접토치(220)는 레이저헤드(210)와 동일한 용접대상부위의 포인트를 조준 가능하다. 도 7의 (a)와 (b)를 참조하면, 상기 레이저용접부의 레이저헤드(210)를 이용한 용접에서 용융풀은 좁게 형성되나 용입깊이는 깊게 형성되고, 상기 아크용접부의 아크 용접토치(220)를 이용한 용접에서 용융풀은 넓게 형성되나 용입깊이는 얕게 형성되므로, 이를 결합한 레이저헤드(210) 내부에 아크 용접토치(220)를 수용하는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 아크 하이브리드 용접은 용융풀의 넓이와 용입깊이는 사용자의 의도에 따라 넓고 깊게 형성되어 용접품질은 더욱 향상될 수 있다. 참고로, 레이저헤드(210)의 끝단과 아크 용접토치(220)의 끝단에서 각각 용접대상부위까지 동일한 거리를 가질 수도 있다. 한편, 레이저클리닝유닛(100