JP2003039174A - 大断面高温部材のフラッシュ溶接方法 - Google Patents
大断面高温部材のフラッシュ溶接方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 インピーダンス１００μΩ以上、部材断面積
１００００mm2 以上の条件において、短時間高品質溶接
を実現できるようにする。 【解決手段】 断面積１００００〜３２４００mm2 、内
部温度９００〜１２００℃の大断面高温部材相互を、直
流電源を用いたフラッシュ溶接機により、 ２次無負荷電圧 ７.５〜９.５Ｖ フラッシュ量 ７〜１５mm フラッシュ時間 １０〜２６秒 ２次回路リアクタンス（６０Ｈｚ換算） １００〜２０
０μΩ の溶接条件でフラッシュ溶接する。
１００００mm2 以上の条件において、短時間高品質溶接
を実現できるようにする。 【解決手段】 断面積１００００〜３２４００mm2 、内
部温度９００〜１２００℃の大断面高温部材相互を、直
流電源を用いたフラッシュ溶接機により、 ２次無負荷電圧 ７.５〜９.５Ｖ フラッシュ量 ７〜１５mm フラッシュ時間 １０〜２６秒 ２次回路リアクタンス（６０Ｈｚ換算） １００〜２０
０μΩ の溶接条件でフラッシュ溶接する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば製鉄ライン
の連続圧延用溶接におけるビレットのような大断面高温
部材間の溶接に好適なフラッシュ溶接方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】棒鋼、線材等の連続圧延におけるフラッ
シュ溶接方法としては、例えば特開昭53−7559号公報に
示されているような交流電源を用いたフラッシュ溶接方
法が提案されている。この交流電源を用いたフラッシュ
溶接方法においては、被溶接部材および溶接条件が、 部材温度 ９５０〜１２５０℃ 部材断面積 ５０００〜２３０００mm2 ２次無負荷電圧 ６〜１０Ｖ フラッシュ量 ５〜１３mm フラッシュ時間 ５〜１０秒 後期フラッシュ速度１.０〜３.５mm／sec に設定されている。 【０００３】この交流溶接方式による従来のフラッシュ
溶接方法によれば、溶接機の性能（溶接時間、溶接品
質）は、２次電圧と回路インピーダンスＺが重要なパラ
メータとなり、前記条件を満たす交流回路インピーダン
スＺは６０〜１５０μΩと規定されている。 【０００４】また、この従来方法においては、フラッシ
ュ工程での部材送りを、フラッシュ前後期とも定速度送
り、つまり予め送り速度を溶接前に定めるプリセット方
式が採用されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の交流
溶接方式においては回路インピーダンスＺがフラッシュ
溶接性能を左右する。溶接機が得られる最大出力は、
（２次電圧）／（回路インピーダンス）であるから、回
路インピーダンスが大きいと溶接時間は長くなり、大断
面部材では溶接不能となる。そこで、２次電圧を上げれ
ば溶接可能となるが、品質が大きく低下する。要するに
回路インピーダンスは低い程よく、２次電圧は必要溶接
時間を満たす最低電圧にすることが最良の手段である。 【０００６】部材断面積１００００mm2 以上の大断面高
温部材を連続圧延するための溶接機においては、回路抵
抗Ｒは３０μΩまで下げることはできるが、部材が大き
いことによる溶接機の大型化（クランプ、アプセット油
圧、機械機構）、連続使用に耐え得るスパッタ対策等の
機械制約上の問題により、回路リアクタンスＸ（６０Ｈ
ｚ換算）６０μΩは不可能であり、１００μΩ以下を実
現することは実用上困難である。よって回路インピーダ
ンスＺ（下式）では、１０４μΩ以下は不可能であり、
リアクタンスＸが回路インピーダンスを決めることにな
る。 【０００７】 【数１】 【０００８】回路インピーダンス１００μΩの交流溶接
機において、２次電圧７〜１０Ｖの範囲では、最大出力
電流は１０万Ａ以下となり、断面積２２５００mm2 の部
材を１０秒以内に溶接することは不可能であった。 【０００９】本発明の技術的課題は、リアクタンスＸ＝
１００μΩ以上、部材断面積１００００mm2 以上の条件
において、短時間高品質溶接を実現できるようにするこ
とにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明に係る大断面高温
部材のフラッシュ溶接方法は、断面積１００００〜３２
４００mm2 、内部温度９００〜１２００℃の大断面高温
部材相互を、直流電源を用いたフラッシュ溶接機によ
り、 ２次無負荷電圧 ７.５〜９.５Ｖ フラッシュ量 ７〜１５mm フラッシュ時間 １０〜２６秒 ２次回路リアクタンス（６０Ｈｚ換算） １００〜２０
０μΩ の溶接条件でフラッシュ溶接することを特徴としてい
る。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、図示実施形態について本発
明を説明する。まず、本発明の大断面高温部材のフラッ
シュ溶接方法に用いられる装置の構成について図２のブ
ロック図に基づき説明する。 【００１２】このフラッシュバット溶接装置は、搬送ラ
イン（図示せず）上に該ラインに沿って移動可能にクラ
ンプ装置１Ａ，１Ｂが設置され、クランプ装置１Ａ，１
Ｂにより、断面積１００００〜３２４００mm2 、温度９
００〜１２００℃の一対の大断面高温部材すなわちビレ
ット２ａ，２ｂをクランプして付き合わせ、これらビレ
ット２ａ，２ｂを搬送中に近接・離反させることができ
るようになっている。すなわち、クランプ装置１Ａ，１
Ｂは、いずれも搬送ラインの速度に同期しながらビレッ
ト２ａ，２ｂをクランプするものであるが、クランプ装
置相互の関係で見れば、一方（図２中の右側）のクラン
プ装置１Ａは可動側（プラテン）、他方（図２中の左
側）のクランプ装置１Ｂは固定側として構成され、可動
側のクランプ装置１Ａが固定側のクランプ装置１Ｂに対
して溶接中、近接・離反し、フラッシュバット溶接が行
われるようになっている。 【００１３】すなわち、クランプ装置１Ａ，１Ｂは、ラ
イン方向に伸縮可能な油圧シリンダ３を介して連結さ
れ、シリンダ３のボトム３ａが固定側のクランプ装置１
Ｂに、またシリンダ３のピストンロッド３ｂが可動側の
クランプ装置１Ａに、それぞれ固定されているととも
に、ピストンロッド３ｂのロッド部は、ボトム３ａの両
端から突出するように構成されている。シリンダ３のボ
トム３ａには、比例弁４が一体化して取り付けられ、油
圧ユニット５に接続されている。また、ピストンロッド
３ｂのボトム３ａ後端面より突出するロッド部の動き
（進退動）を検出するポテンショメータ１７が設置さ
れ、その出力に基づいてプラテン位置検出手段１６がプ
ラテンの位置（フラッシュ量）を検出するようになって
いる。 【００１４】また、クランプ装置１Ａ，１Ｂには、それ
ぞれクランパ６ａ，６ｂの先にビレット２ａ，２ｂと接
触可能な給電用のジョー７ａ，７ｂが設けられ、電源装
置と電気的に接続されている。 【００１５】電源装置は、従来の交流溶接方式と異な
り、溶接２次回路リアクタンスによる最大出力電流の影
響を受けない特徴を持つ直流電源を採用する。直流電源
には三相交全波整流式、インバータ式等があるが、直流
方式であればよい。本実施形態ではインバータ式ＤＣ電
源から構成されている。このインバータ式ＤＣ電源は、
商用三相交流電源８からの交流電圧を全波整流とコンデ
ンサ回路により一旦直流化し、ＩＧＢＴ（Insulated Ga
te Bi-polar Transistor）などの高速スイッチング素子
により矩形波交流電圧に変換するインバータ１１と、イ
ンバ−タ１１が出力する矩形波交流電圧を降圧して低電
圧に変換する複数台（ここでは２台）の並列接続された
溶接トランス１２ａ，１２ｂと、これら溶接トランス１
２ａ，１２ｂの２次側に配置されて各溶接トランス１２
ａ，１２ｂで低電圧に変換された矩形波交流電圧を直流
電圧に変換してビレット２ａ，２ｂに印加するダイオー
ド整流器１３ａ，１３ｂとから構成されている。なお、
インバータ電源の構成としては、基本的に矩形波交流電
圧を出力可能なものであれば如何様なものでも採用可能
である。矩形波交流電圧は３００Ｖ以上、通常は約６０
０Ｖ程度、最大電流は数千アンペアのレベルとなる。矩
形波交流電圧は、溶接トランスにより１０Ｖ以下の低電
圧、１０万アンペア以上の高電流に変換された後、ダイ
オード整流器により直流化し、２次導体、クランプジョ
ーを通じて、ビレットへ給電される。溶接トランスとダ
イオード整流器については一体化したものが可能であ
る。 【００１６】また、インバータと溶接トランス間でフラ
ッシュ工程時の電流を検出する電流検出器１４と、電流
検出器１４の検出結果とプラテン位置検出手段１６が検
出したプラテン位置とに基づいてドライバ１８を介しア
プセットシリンダの比例弁４を制御するとともに、電源
装置のインバータ１１に対し、フラッシュ工程とアプセ
ット工程の開始や停止などのシーケンス制御のための信
号を出力する機能、及び溶接装置全般の制御を司る機能
を有する溶接制御装置１５とを備えている。 【００１７】本実施形態のフラッシュ溶接方法に用いら
れる装置は、以上のように電源装置が、溶接２次回路リ
アクタンスによる最大出力電流の影響を受けない特徴を
持つ直流電源の１つであるインバータ式ＤＣ電源から構
成されているが、このような直流電源方式であっても、
供給電源の内部抵抗、インバータ電源、溶接トランスか
らビレットまでを含むその全抵抗分を極力減らすことが
必要である。特に直流化された出力端子より２次導体、
クランプジョー、ビレットと流れる電流の経路からなる
２次回路の、導体抵抗（断面積大、長さ小）、導体間の
接触抵抗、クランプジョーとビレットとの接触抵抗等を
少なくし、供給電源から高温のビレットまでを含む全体
抵抗を４５μΩ以下とすることを実現することで、２次
無負荷電圧 ８.５Ｖにおいて約２０万アンペア近い最大
出力電流を得ることが可能となる。 【００１８】一方、２次回路が囲む面積とその並列数に
よって、おおよそ２次回路リアクタンスが決まる。 【００１９】連続圧延するための溶接機においては、大
断面部材のクランプ、アプセットシリンダ等の機械系の
大型化（例えばクランプ油圧シリンダの大型化によるク
ランプ間距離が大きくなる等）、あるいは溶接トランス
の大型化に伴い、低リアクタンスにすることができな
い。さらに２次導体部はフラッシュのスパッタに最も近
くて晒される部分であり、連続使用に耐えうるスパッタ
対策等の問題もある。以上より、溶接機設計・試作およ
び実試験の経験から実現可能なリアクタンス値の下限は
１００μΩ（６０Ｈｚ換算時）であり、リアクタンスが
高ければ高い程、設計の自由度が増し、実用性も高くな
る。 【００２０】しかしながら、フラッシュ時には、リアク
タンスが大きいと電流立ち上がり時間が遅くなり、短絡
する時間が長くなって、短絡が切れた後のアークの寿命
も延びるため、深いクレータを発生させる。このため、
リアクタンスが上がるに従って溶接品質が徐々に低下す
る。ある閥値から極端に品質が低下することはなく、部
材断面積、２次電圧、許容溶接品質等によっても変化す
るため、上限値を規定することは難しいが、母材と同レ
ベル品質を維持するための上限値はおよそ２００μΩで
ある。 【００２１】本実施形態装置により得られた部材断面積
とフラッシュ時間の関係は、図１に示す通りである。ビ
レットの温度条件は約１０００℃であり、圧延ラインで
の入口ビレット温度としては最も多い値である。ここで
は２次無負荷電圧 ７.５Ｖ〜９.５Ｖ の範囲でのフラッ
シュ時間を規定しているが、フラッシュ時間と品質の両
立が可能な２次電圧の最適値は、８.５Ｖ±０.３Ｖ程度
の範囲である。高級鋼種で溶接部の介在物量等まで考慮
する必要がある場合には、７.５ Ｖまで下げるほうがよ
く、逆に品質要求が厳しくなく、短溶接時間が必要なラ
インの場合には、９.５ Ｖまで上げることが可能であ
る。いずれにせよ、この２次電圧範囲においては、溶接
品質は母材と同等を保証される。フラッシュ量は、ビレ
ットの初期端面の凹凸形状、鋼種、温度等により若干変
動するため１０〜１５mmの値となるが、平滑端面での標
準的な値は１２mm程度である。 【００２２】部材の温度が１０００℃より大きく変化し
た場合には、必要なフラッシュ時間、フラッシュ量とも
変化する。これはフラッシュ溶接におけるフラッシュ工
程は部材端面を十分に加熱するためのものであるため、
部材温度が高ければ必要入熱量も減り、逆に部材温度が
低ければ高い入熱量が必要となることによるものであ
る。部材温度とフラッシュ時間、フラッシュ量の関係は
図３に示す通りであり、１５０角部材、温度１２００
℃、２次電圧 ８.５Ｖでは、部材温度１０００℃の場合
に比べてフラッシュ時間は３秒短縮して１２秒となり、
フラッシュ量も３mm短縮する。逆に部材の温度が９００
℃と低い場合には、部材温度１０００℃の場合に比べて
フラッシュ時間は２秒増加し、フラッシュ量も２mm増加
する。 【００２３】図４は０.２％Ｃの冷間鍛造用鋼を２次電
圧８.５Ｖの条件で溶接した場合の溶接したままの継手
の機械強度試験の結果である。引張り強度は母材と溶接
部に差はなく、伸びが若干低下している程度である。こ
の試験は溶接したままの試験結果であり、この品質レベ
ルにあれば、実際に圧延された製品においては継手強度
は上昇し、母材と全く同一の機械的性質を有するものと
なる。 【００２４】また、１００００mm2 以上の大断面部材を
フラッシュ溶接する場合においては、溶接初期にはビレ
ットに凹凸がなくフラッシュを継続させるほどの端面加
熱、溶融層の形成も不十分であるため、単なる定速ある
いは定加速度でビレットを送る方法では、フリージング
現象を起こし、溶接は不可能となる。よって、本実施形
態では、溶接出力（フラッシュ中の溶接電流もしくは電
力：ここではインバータの出力電流）をモニタして短絡
状態を検出し、ある閥値を超えた場合にはビレットを遠
ざけ（引き）、閥値以下では近づける（押す）制御を行
う構成としている。すなわち、電流検出器１４によりイ
ンバータと溶接トランス間でフラッシュ工程時の電流を
検出し、電流検出器１４の検出結果とプラテン位置検出
手段１６が検出したプラテン位置とに基づいて溶接制御
装置１５がアプセットシリンダの比例弁４を制御して、
フリージングを起こさず、フラッシュがスムーズに出る
ようにしている。 【００２５】以上のことから、温度９００〜１２００
℃、断面積１００００〜３２４００mm 2 の高温大断面溶
接継手が母材と同等の品質を得られる溶接条件は、以下
のようになる。 ２次無負荷電圧 ７.５〜９.５Ｖ フラッシュ量 ７〜１５mm フラッシュ時間 １０〜２６秒 ２次回路リアクタンス（６０Ｈｚ換算） １００〜２０
０μΩ 【００２６】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、１
８０角までの大断面部材を短時間で溶接することが可能
となり、溶接サイクルをラインサイクル内に収める必要
のある現存する連続圧延ラインの殆ど全てに本発明を適
用することが可能となった。また、２次回路リアクタン
スの許容値が大きく、２次導体の引き回しの自由度が大
となり、簡素かつ小型な溶接機が得られ、コストを低く
抑えられ、フラッシュのスパッタ付着等の問題も少なく
なり、実操業上の問題もクリアできた。さらに、高品質
溶接継手が得られるため、Ｃ含有量の変化による継手品
質変化もなく、０.０１％〜０.９％の炭素鋼、伸線鋼、
冷間鍛造用鋼、ＰＣ鋼等あらゆる鋼種に対応することが
可能となった。
の連続圧延用溶接におけるビレットのような大断面高温
部材間の溶接に好適なフラッシュ溶接方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】棒鋼、線材等の連続圧延におけるフラッ
シュ溶接方法としては、例えば特開昭53−7559号公報に
示されているような交流電源を用いたフラッシュ溶接方
法が提案されている。この交流電源を用いたフラッシュ
溶接方法においては、被溶接部材および溶接条件が、 部材温度 ９５０〜１２５０℃ 部材断面積 ５０００〜２３０００mm2 ２次無負荷電圧 ６〜１０Ｖ フラッシュ量 ５〜１３mm フラッシュ時間 ５〜１０秒 後期フラッシュ速度１.０〜３.５mm／sec に設定されている。 【０００３】この交流溶接方式による従来のフラッシュ
溶接方法によれば、溶接機の性能（溶接時間、溶接品
質）は、２次電圧と回路インピーダンスＺが重要なパラ
メータとなり、前記条件を満たす交流回路インピーダン
スＺは６０〜１５０μΩと規定されている。 【０００４】また、この従来方法においては、フラッシ
ュ工程での部材送りを、フラッシュ前後期とも定速度送
り、つまり予め送り速度を溶接前に定めるプリセット方
式が採用されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の交流
溶接方式においては回路インピーダンスＺがフラッシュ
溶接性能を左右する。溶接機が得られる最大出力は、
（２次電圧）／（回路インピーダンス）であるから、回
路インピーダンスが大きいと溶接時間は長くなり、大断
面部材では溶接不能となる。そこで、２次電圧を上げれ
ば溶接可能となるが、品質が大きく低下する。要するに
回路インピーダンスは低い程よく、２次電圧は必要溶接
時間を満たす最低電圧にすることが最良の手段である。 【０００６】部材断面積１００００mm2 以上の大断面高
温部材を連続圧延するための溶接機においては、回路抵
抗Ｒは３０μΩまで下げることはできるが、部材が大き
いことによる溶接機の大型化（クランプ、アプセット油
圧、機械機構）、連続使用に耐え得るスパッタ対策等の
機械制約上の問題により、回路リアクタンスＸ（６０Ｈ
ｚ換算）６０μΩは不可能であり、１００μΩ以下を実
現することは実用上困難である。よって回路インピーダ
ンスＺ（下式）では、１０４μΩ以下は不可能であり、
リアクタンスＸが回路インピーダンスを決めることにな
る。 【０００７】 【数１】 【０００８】回路インピーダンス１００μΩの交流溶接
機において、２次電圧７〜１０Ｖの範囲では、最大出力
電流は１０万Ａ以下となり、断面積２２５００mm2 の部
材を１０秒以内に溶接することは不可能であった。 【０００９】本発明の技術的課題は、リアクタンスＸ＝
１００μΩ以上、部材断面積１００００mm2 以上の条件
において、短時間高品質溶接を実現できるようにするこ
とにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明に係る大断面高温
部材のフラッシュ溶接方法は、断面積１００００〜３２
４００mm2 、内部温度９００〜１２００℃の大断面高温
部材相互を、直流電源を用いたフラッシュ溶接機によ
り、 ２次無負荷電圧 ７.５〜９.５Ｖ フラッシュ量 ７〜１５mm フラッシュ時間 １０〜２６秒 ２次回路リアクタンス（６０Ｈｚ換算） １００〜２０
０μΩ の溶接条件でフラッシュ溶接することを特徴としてい
る。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、図示実施形態について本発
明を説明する。まず、本発明の大断面高温部材のフラッ
シュ溶接方法に用いられる装置の構成について図２のブ
ロック図に基づき説明する。 【００１２】このフラッシュバット溶接装置は、搬送ラ
イン（図示せず）上に該ラインに沿って移動可能にクラ
ンプ装置１Ａ，１Ｂが設置され、クランプ装置１Ａ，１
Ｂにより、断面積１００００〜３２４００mm2 、温度９
００〜１２００℃の一対の大断面高温部材すなわちビレ
ット２ａ，２ｂをクランプして付き合わせ、これらビレ
ット２ａ，２ｂを搬送中に近接・離反させることができ
るようになっている。すなわち、クランプ装置１Ａ，１
Ｂは、いずれも搬送ラインの速度に同期しながらビレッ
ト２ａ，２ｂをクランプするものであるが、クランプ装
置相互の関係で見れば、一方（図２中の右側）のクラン
プ装置１Ａは可動側（プラテン）、他方（図２中の左
側）のクランプ装置１Ｂは固定側として構成され、可動
側のクランプ装置１Ａが固定側のクランプ装置１Ｂに対
して溶接中、近接・離反し、フラッシュバット溶接が行
われるようになっている。 【００１３】すなわち、クランプ装置１Ａ，１Ｂは、ラ
イン方向に伸縮可能な油圧シリンダ３を介して連結さ
れ、シリンダ３のボトム３ａが固定側のクランプ装置１
Ｂに、またシリンダ３のピストンロッド３ｂが可動側の
クランプ装置１Ａに、それぞれ固定されているととも
に、ピストンロッド３ｂのロッド部は、ボトム３ａの両
端から突出するように構成されている。シリンダ３のボ
トム３ａには、比例弁４が一体化して取り付けられ、油
圧ユニット５に接続されている。また、ピストンロッド
３ｂのボトム３ａ後端面より突出するロッド部の動き
（進退動）を検出するポテンショメータ１７が設置さ
れ、その出力に基づいてプラテン位置検出手段１６がプ
ラテンの位置（フラッシュ量）を検出するようになって
いる。 【００１４】また、クランプ装置１Ａ，１Ｂには、それ
ぞれクランパ６ａ，６ｂの先にビレット２ａ，２ｂと接
触可能な給電用のジョー７ａ，７ｂが設けられ、電源装
置と電気的に接続されている。 【００１５】電源装置は、従来の交流溶接方式と異な
り、溶接２次回路リアクタンスによる最大出力電流の影
響を受けない特徴を持つ直流電源を採用する。直流電源
には三相交全波整流式、インバータ式等があるが、直流
方式であればよい。本実施形態ではインバータ式ＤＣ電
源から構成されている。このインバータ式ＤＣ電源は、
商用三相交流電源８からの交流電圧を全波整流とコンデ
ンサ回路により一旦直流化し、ＩＧＢＴ（Insulated Ga
te Bi-polar Transistor）などの高速スイッチング素子
により矩形波交流電圧に変換するインバータ１１と、イ
ンバ−タ１１が出力する矩形波交流電圧を降圧して低電
圧に変換する複数台（ここでは２台）の並列接続された
溶接トランス１２ａ，１２ｂと、これら溶接トランス１
２ａ，１２ｂの２次側に配置されて各溶接トランス１２
ａ，１２ｂで低電圧に変換された矩形波交流電圧を直流
電圧に変換してビレット２ａ，２ｂに印加するダイオー
ド整流器１３ａ，１３ｂとから構成されている。なお、
インバータ電源の構成としては、基本的に矩形波交流電
圧を出力可能なものであれば如何様なものでも採用可能
である。矩形波交流電圧は３００Ｖ以上、通常は約６０
０Ｖ程度、最大電流は数千アンペアのレベルとなる。矩
形波交流電圧は、溶接トランスにより１０Ｖ以下の低電
圧、１０万アンペア以上の高電流に変換された後、ダイ
オード整流器により直流化し、２次導体、クランプジョ
ーを通じて、ビレットへ給電される。溶接トランスとダ
イオード整流器については一体化したものが可能であ
る。 【００１６】また、インバータと溶接トランス間でフラ
ッシュ工程時の電流を検出する電流検出器１４と、電流
検出器１４の検出結果とプラテン位置検出手段１６が検
出したプラテン位置とに基づいてドライバ１８を介しア
プセットシリンダの比例弁４を制御するとともに、電源
装置のインバータ１１に対し、フラッシュ工程とアプセ
ット工程の開始や停止などのシーケンス制御のための信
号を出力する機能、及び溶接装置全般の制御を司る機能
を有する溶接制御装置１５とを備えている。 【００１７】本実施形態のフラッシュ溶接方法に用いら
れる装置は、以上のように電源装置が、溶接２次回路リ
アクタンスによる最大出力電流の影響を受けない特徴を
持つ直流電源の１つであるインバータ式ＤＣ電源から構
成されているが、このような直流電源方式であっても、
供給電源の内部抵抗、インバータ電源、溶接トランスか
らビレットまでを含むその全抵抗分を極力減らすことが
必要である。特に直流化された出力端子より２次導体、
クランプジョー、ビレットと流れる電流の経路からなる
２次回路の、導体抵抗（断面積大、長さ小）、導体間の
接触抵抗、クランプジョーとビレットとの接触抵抗等を
少なくし、供給電源から高温のビレットまでを含む全体
抵抗を４５μΩ以下とすることを実現することで、２次
無負荷電圧 ８.５Ｖにおいて約２０万アンペア近い最大
出力電流を得ることが可能となる。 【００１８】一方、２次回路が囲む面積とその並列数に
よって、おおよそ２次回路リアクタンスが決まる。 【００１９】連続圧延するための溶接機においては、大
断面部材のクランプ、アプセットシリンダ等の機械系の
大型化（例えばクランプ油圧シリンダの大型化によるク
ランプ間距離が大きくなる等）、あるいは溶接トランス
の大型化に伴い、低リアクタンスにすることができな
い。さらに２次導体部はフラッシュのスパッタに最も近
くて晒される部分であり、連続使用に耐えうるスパッタ
対策等の問題もある。以上より、溶接機設計・試作およ
び実試験の経験から実現可能なリアクタンス値の下限は
１００μΩ（６０Ｈｚ換算時）であり、リアクタンスが
高ければ高い程、設計の自由度が増し、実用性も高くな
る。 【００２０】しかしながら、フラッシュ時には、リアク
タンスが大きいと電流立ち上がり時間が遅くなり、短絡
する時間が長くなって、短絡が切れた後のアークの寿命
も延びるため、深いクレータを発生させる。このため、
リアクタンスが上がるに従って溶接品質が徐々に低下す
る。ある閥値から極端に品質が低下することはなく、部
材断面積、２次電圧、許容溶接品質等によっても変化す
るため、上限値を規定することは難しいが、母材と同レ
ベル品質を維持するための上限値はおよそ２００μΩで
ある。 【００２１】本実施形態装置により得られた部材断面積
とフラッシュ時間の関係は、図１に示す通りである。ビ
レットの温度条件は約１０００℃であり、圧延ラインで
の入口ビレット温度としては最も多い値である。ここで
は２次無負荷電圧 ７.５Ｖ〜９.５Ｖ の範囲でのフラッ
シュ時間を規定しているが、フラッシュ時間と品質の両
立が可能な２次電圧の最適値は、８.５Ｖ±０.３Ｖ程度
の範囲である。高級鋼種で溶接部の介在物量等まで考慮
する必要がある場合には、７.５ Ｖまで下げるほうがよ
く、逆に品質要求が厳しくなく、短溶接時間が必要なラ
インの場合には、９.５ Ｖまで上げることが可能であ
る。いずれにせよ、この２次電圧範囲においては、溶接
品質は母材と同等を保証される。フラッシュ量は、ビレ
ットの初期端面の凹凸形状、鋼種、温度等により若干変
動するため１０〜１５mmの値となるが、平滑端面での標
準的な値は１２mm程度である。 【００２２】部材の温度が１０００℃より大きく変化し
た場合には、必要なフラッシュ時間、フラッシュ量とも
変化する。これはフラッシュ溶接におけるフラッシュ工
程は部材端面を十分に加熱するためのものであるため、
部材温度が高ければ必要入熱量も減り、逆に部材温度が
低ければ高い入熱量が必要となることによるものであ
る。部材温度とフラッシュ時間、フラッシュ量の関係は
図３に示す通りであり、１５０角部材、温度１２００
℃、２次電圧 ８.５Ｖでは、部材温度１０００℃の場合
に比べてフラッシュ時間は３秒短縮して１２秒となり、
フラッシュ量も３mm短縮する。逆に部材の温度が９００
℃と低い場合には、部材温度１０００℃の場合に比べて
フラッシュ時間は２秒増加し、フラッシュ量も２mm増加
する。 【００２３】図４は０.２％Ｃの冷間鍛造用鋼を２次電
圧８.５Ｖの条件で溶接した場合の溶接したままの継手
の機械強度試験の結果である。引張り強度は母材と溶接
部に差はなく、伸びが若干低下している程度である。こ
の試験は溶接したままの試験結果であり、この品質レベ
ルにあれば、実際に圧延された製品においては継手強度
は上昇し、母材と全く同一の機械的性質を有するものと
なる。 【００２４】また、１００００mm2 以上の大断面部材を
フラッシュ溶接する場合においては、溶接初期にはビレ
ットに凹凸がなくフラッシュを継続させるほどの端面加
熱、溶融層の形成も不十分であるため、単なる定速ある
いは定加速度でビレットを送る方法では、フリージング
現象を起こし、溶接は不可能となる。よって、本実施形
態では、溶接出力（フラッシュ中の溶接電流もしくは電
力：ここではインバータの出力電流）をモニタして短絡
状態を検出し、ある閥値を超えた場合にはビレットを遠
ざけ（引き）、閥値以下では近づける（押す）制御を行
う構成としている。すなわち、電流検出器１４によりイ
ンバータと溶接トランス間でフラッシュ工程時の電流を
検出し、電流検出器１４の検出結果とプラテン位置検出
手段１６が検出したプラテン位置とに基づいて溶接制御
装置１５がアプセットシリンダの比例弁４を制御して、
フリージングを起こさず、フラッシュがスムーズに出る
ようにしている。 【００２５】以上のことから、温度９００〜１２００
℃、断面積１００００〜３２４００mm 2 の高温大断面溶
接継手が母材と同等の品質を得られる溶接条件は、以下
のようになる。 ２次無負荷電圧 ７.５〜９.５Ｖ フラッシュ量 ７〜１５mm フラッシュ時間 １０〜２６秒 ２次回路リアクタンス（６０Ｈｚ換算） １００〜２０
０μΩ 【００２６】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、１
８０角までの大断面部材を短時間で溶接することが可能
となり、溶接サイクルをラインサイクル内に収める必要
のある現存する連続圧延ラインの殆ど全てに本発明を適
用することが可能となった。また、２次回路リアクタン
スの許容値が大きく、２次導体の引き回しの自由度が大
となり、簡素かつ小型な溶接機が得られ、コストを低く
抑えられ、フラッシュのスパッタ付着等の問題も少なく
なり、実操業上の問題もクリアできた。さらに、高品質
溶接継手が得られるため、Ｃ含有量の変化による継手品
質変化もなく、０.０１％〜０.９％の炭素鋼、伸線鋼、
冷間鍛造用鋼、ＰＣ鋼等あらゆる鋼種に対応することが
可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る大断面高温部材のフラ
ッシュ溶接方法における部材断面積とフラッシュ時間の
関係を示す実験結果のグラフである。 【図２】本実施形態に係る大断面高温部材のフラッシュ
溶接方法に用いられる装置の構成を示すブロック図であ
る。 【図３】本実施形態に係る大断面高温部材のフラッシュ
溶接方法における部材温度とフラッシュ時間、フラッシ
ュ量の関係を示す実験結果のグラフである。 【図４】本実施形態に係る大断面高温部材のフラッシュ
溶接方法により接合した０.２％Ｃの冷間鍛造用鋼の継
手の機械強度試験の結果を示すグラフである。 【符号の説明】 ２ａ，２ｂ ビレット（大断面高温部材） ８ 商用三相交流電源 １１ インバ−タ １２ａ，１２ｂ 溶接トランス １３ａ，１３ｂ ダイオード整流器
ッシュ溶接方法における部材断面積とフラッシュ時間の
関係を示す実験結果のグラフである。 【図２】本実施形態に係る大断面高温部材のフラッシュ
溶接方法に用いられる装置の構成を示すブロック図であ
る。 【図３】本実施形態に係る大断面高温部材のフラッシュ
溶接方法における部材温度とフラッシュ時間、フラッシ
ュ量の関係を示す実験結果のグラフである。 【図４】本実施形態に係る大断面高温部材のフラッシュ
溶接方法により接合した０.２％Ｃの冷間鍛造用鋼の継
手の機械強度試験の結果を示すグラフである。 【符号の説明】 ２ａ，２ｂ ビレット（大断面高温部材） ８ 商用三相交流電源 １１ インバ−タ １２ａ，１２ｂ 溶接トランス １３ａ，１３ｂ ダイオード整流器
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 断面積１００００〜３２４００mm2 、内
部温度９００〜１２００℃の大断面高温部材相互を、直
流電源を用いたフラッシュ溶接機により、 ２次無負荷電圧 ７.５〜９.５Ｖ フラッシュ量 ７〜１５mm フラッシュ時間 １０〜２６秒 ２次回路リアクタンス（６０Ｈｚ換算） １００〜２０
０μΩ の溶接条件でフラッシュ溶接することを特徴とする大断
面高温部材のフラッシュ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001230227A JP4592228B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 大断面高温部材のフラッシュ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001230227A JP4592228B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 大断面高温部材のフラッシュ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003039174A true JP2003039174A (ja) | 2003-02-12 |
| JP4592228B2 JP4592228B2 (ja) | 2010-12-01 |
Family
ID=19062468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001230227A Expired - Lifetime JP4592228B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 大断面高温部材のフラッシュ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4592228B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110102864A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-09 | 铁科（北京）轨道装备技术有限公司 | 一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS537559A (en) * | 1976-07-09 | 1978-01-24 | Nippon Steel Corp | Flash welding for heated steel members |
| JP2000000678A (ja) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Nkk Corp | フラッシュバット溶接用電源装置 |
| JP2000126875A (ja) * | 1998-10-26 | 2000-05-09 | Kyoei Kenzai Kogyo Kk | フラッシュバット溶接機の通電用電極 |
| JP2001179461A (ja) * | 1999-12-17 | 2001-07-03 | Nkk Corp | フラッシュバット溶接用電源装置及びフラッシュバット溶接方法 |
-
2001
- 2001-07-30 JP JP2001230227A patent/JP4592228B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS537559A (en) * | 1976-07-09 | 1978-01-24 | Nippon Steel Corp | Flash welding for heated steel members |
| JP2000000678A (ja) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Nkk Corp | フラッシュバット溶接用電源装置 |
| JP2000126875A (ja) * | 1998-10-26 | 2000-05-09 | Kyoei Kenzai Kogyo Kk | フラッシュバット溶接機の通電用電極 |
| JP2001179461A (ja) * | 1999-12-17 | 2001-07-03 | Nkk Corp | フラッシュバット溶接用電源装置及びフラッシュバット溶接方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110102864A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-09 | 铁科（北京）轨道装备技术有限公司 | 一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺 |
| CN110102864B (zh) * | 2019-04-28 | 2021-06-01 | 铁科（北京）轨道装备技术有限公司 | 一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4592228B2 (ja) | 2010-12-01 |
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