파이버 레이저 용접 장치

3.1 실험장치

3.1.1 파이버 레이저 용접 장치

가.기어부품의 파이버 레이저 용접

기어부품의 용접부가 회전축을 중심으로 타원형으로 일정한 위치에 형성되어 있 어 레이저빔을 고정하고 소재가 회전하는 구조로 시스템을 구성하였다.Photo 3-1 은 기어부품 용접을 위한 실험 장치를 나타내었다.연속파형 5kW 파이버 레이저 에서 빔 분배기 (beam switch)를 거쳐 가공단에 있는 용접헤드까지 광파이버를 통해 레이저를 전송하도록 구성하였다.용접헤드는 용접위치 상단에 고정하였으며, 초점 (focus)조절을 위한 미세 조정나사를 장착하였다.레이저 용접헤드의 광학계 는 Fig.3-2와 같이 콜리메이터 (collimator)렌즈 초점거리 F=150 mm,포커싱 (focusing)렌즈의 초점거리 F=300mm인 1:2광학배율로 구성된 레이저 용접헤드 를 사용하였고,전송용 광 파이버 케이블의 파이버 직경은 300㎛을 사용하였다.

초점거리에서 빔 직경 (beam diameter)은 600㎛이다.용접할 부품 사이의 밀착력 을 유지시켜주기 위해 Fig.3-3과 같이 클램프 (clamp)장치를 설치하였고,로터리 회전 지그에 서보모터를 장착하여 시편을 회전시키는 방법으로 조절하였다.용접부 의 산화방지 및 용접 분위기 조성을 위한 보호가스 공급 노즐을 설치하였다.

Fig.3-4는 기어 부품의 자동화 설비 구성에 관하여 나타내었다.기어부품을 투입 부에 공급하면 용접위치로 부품이 이송되고 위치 센서 (sensor)에 의해 자동으로 용접 영역을 찾아 서보모터 엔코더 값을 확인하여 자동으로 레이저가 출사되는 용접시스템에 대한 모식도를 나타냈다.

Photo 3-1 5kW fiber laser and gear parts welding experiment equipment

Fig. 3-2 Schematic of gear welding laser focusing optic head & beam profile

Fig. 3-3 Rotary clamp centering jig for gear parts

Fig. 3-4 Schematic of laser welding system for gear parts

나.Seatrail부품의 파이버 레이저 T형상 용접

차량 의자 프레임의 레일 부품 (railpart)과 상부 브라켓 (upperbracket)을 용 접하기 위한 파이버 레이저 용접은 T형상 필렛 용접이 요구되기 때문에 조사각도 에 따른 용접특성을 고찰하고자 했다.따라서 광학헤드를 로봇에 부착한 후 레이저 조사각도를 변화시켜 용접을 실시하였다.이때 사용된 로봇은 5축 다관절이며,실 험에 사용된 지그 및 레이저 용접 장치는 Photo3-2에 나타내었다.

정확한 경사각의 레이저 빔 입사를 위해 Fig.3-5와 같이 T형상 센터링 지그 (T jointcenteringjig)에 회전이 가능한 구조로 경사 고정각도를 5ﾟ씩 ±90ﾟ까지 구현 이 가능하도록 제작하였다. 용접부의 산화방지 및 용접 분위기 조성을 위한 보호 가스는 동축 공급 노즐을 설치하여 5축 로봇에 장착된 용접헤드의 이송방향과 관 계없이 일정한 보조가스 기류 형성이 가능하게 하였다.

Photo 3-2 5kW fiber laser and T-joint welding experiment equipment

Fig. 3-5 Tilting centering jig for T-joint welding