JP2006110577A - マッシュシーム溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価な構成で、電極の損傷が少なく、短時間に、良好な溶接が可能なマッシュシーム溶接装置を得る。
【解決手段】 先行鋼板３の尾端部と後行鋼板４の先端部との重ね合わせ部分１０を溶接するようにしたマッシュシーム溶接装置において、キャリッジ１７に、電極円板１、２と、電極円板による溶接の前に、予め重ね合わせ部分を押し潰す第１の加圧ロール１１、１２を搭載し、電極円板１、２は、第１の加圧ロール１１、１２によって押し潰された重ね合わせ部分に接触して溶接を行うよう構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、鋼板のプロセスラインにおいて、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接合するマッシュシーム溶接装置に関するものである。

鉄鋼プロセスラインにおいて鋼板（コイル）を焼鈍・メッキ等で連続処理するためには、コイル同士を接続する必要がある。
接続するための方法は種々あるが薄板の場合、マッシュシーム溶接法が幅広く採用されている。
マッシュシーム溶接法は、コイル端部同士を重ねて電極円板に加圧力を加えながら溶接電流を流し、材料自体の抵抗及び材料間の抵抗、材料と電極円板の接触部における集中抵抗を利用して発熱させ、材料の温度を上げ、ついには溶融させて連続したナゲットを形成させる方法である。
ところで、このマッシュシーム溶接法においては、溶接中に電極円板と鋼板のエッジ部が接触するため、機械的強度の弱い銅系の電極円板側のダメージが大きく（エッジ部での集中電流によって電極円板に傷がつき損傷する。）、鋼板の種類によっては、良好な溶接結果を確保する事が困難になるという問題点がある。
特に、最近の高強度鋼板をマッシュシーム溶接する場合には、電極加圧力を高くする必要があり（高強度材に電流を流してナゲットを形成するためには、高い電極加圧力を必要とする。）、電極円板に対する損傷ダメージが大きかった。
その上、鋼板のエッジ部（鋼板の角）に溶接電流が集中するため、溶接散り（エッジ部が過剰な電流密度となり溶融飛散し、そのスパッタが鋼板上に残存する現象。）が発生して良好な溶接結果を得る事が困難であった。

この点について、図８〜図１１および図１３を用いて、より詳細に説明する。
図８に示すように、先行鋼板３と後行鋼板４を夫々のクランプ装置５、６で拘束保持して、重ね合わせると、溶接時に上部電極１と先行鋼板３のエッジ部が、円２０で示す様に部分接触する。また後行鋼板４のエッジ部が、先行鋼板３と円２１で示す様に部分接触する。
このような状態で上部電極１と下部電極２との間に溶接電流を流すと、エッジ部で電流の集中が発生する。
この現象を溶接開始位置（溶接終了位置）で考察した図が図９である。
鋼板を重ねて溶接線方向すなわち矢印１４の方向に向けて溶接すると、上部電極1（下部電極2）が鋼板に乗り上げた時に、鋼板のエッジ部と上部電極１が円２２の様に接触する。この状態は、溶接終了位置に於いても同様な状態となる。
このような状態で溶接をおこなうと、電極円板表面は、図１０に示すような状態となる。つまり、電極円板表面が損傷・陥没（A部）している。この陥没穴は溶接終了点位置においても発生するが、特に溶接開始位置において顕著である。
これは、高強度のシャープなエッジ部に高加圧力を加えて溶接電流を流したために生じた現象である。
また、電極円板の外周にすじ状の傷（B部）が付いているのは、板端の長手方向のシャープなエッジ部が影響している。つまり、溶接電流の集中によって電極円板が損傷したものである。

図１１は、図１０の電極の表面状態を切削した後を示している。
この図に示す様に、電極円板に発生した傷は深く、成形のため表面を切削しても傷が残っている（C部）。
この状態で溶接を行うと、陥没した箇所では溶接不具合が発生する。
また、この様に電極がダメージを受けると、電極円板の手入れが大変となり操業に支障をきたす事となる。
一方、溶接結果は図１３に示す様に、溶接部Sの溶接開始位置（溶接終了位置）に穴明き現象が発生し（D部）、かつ溶接中にチリが発生している。（鋼板表面にスパッタが残存している（E部）。）
このような状態で通板すると、鋼板は、張力をかけながらロールに支持されて通板されるため、溶接開始位置（溶接終了位置）から板切れが発生し易くなる。
また、鋼板上面のスパッタは通板ロールに傷を付けることとなり、生産性を著しく阻害する事となる。
さらに、図１３に示す様に、溶接始端部（及び終端部）において穴明き現象が生じる事は、過溶融が起り電極側にもダメージを与えている事を示すものである。

このようなマッシュシーム溶接法の問題点を解決するための従来方法として、例えば特開平１−２６６９６９号公報（以下特許文献１と称す。）に示されるマッシュシーム溶接方法が提案されている。
この特許文献１に示されるものは、図６に示すように、クランプ５に挟持された先行鋼板３の一端とクランプ６に挟持された後行鋼板４の一端とを、上側銅電極１と下側銅電極２との間の重ね部７において、所定の重ね代１０となるように重ね、部分接触している部分に予め通電加圧して鋼板を軟化させた後、再度シーム溶接部位に溶接電流を流して溶接を行う方法である。

特開平１−２６６９６９号公報（第１図）

しかしながら、この特許文献１の方法では、図６においては、上側銅電極1と先行鋼板３、先行鋼板３と後行鋼板４の接触状態がフラットとなっているが、実際には通電加熱だけでは鋼板をこのように永久変形させることは困難である。また、通電加熱する時に電極円板にダメージを与えるという問題がある。すなわち、溶接電流よりも小さい電流で通電加熱するためダメージは小さいが、機械的な損傷、つまり電極円板が鋼板のシャープなエッジ部に負ける現象は避けられない。
さらに、特許文献１に示される従来方法においては、生産設備として、以下のような重大な問題がある。
（１） 例えば、図７に示すように、通電加熱と溶接とを同じ電極円板で行う構成とした場合には、溶接時間が長くなるという欠点がある。
即ち、図７は、上側銅電極１と下側銅電極２がキャリッジ１７に装着されている例で、鋼板を重ね合わせた状態でまず、キャリッジ１７が矢印１４の方向に走行し通電加熱によ
って鋼板の突合せ部を加熱する。
しかる後、上側銅電極１と下側銅電極２間で溶接電流を流しながらマッシュシーム溶接を
行う。つまり、キャリッジ１７は、板幅方向に対して通電加熱時と溶接時の２回分走行さ
せる事が必要となり、溶接時間が長くなる。
鉄鋼プロセスラインの場合、できるかぎり短時間で溶接完了する事が必須条件である。
（２） 溶接時間を短縮するために、仮に通電加熱と溶接とを異なる電極円板で行う構成
とした場合には、通電加熱用の電極円板と溶接用の電極円板の２セットの電極円板が必要
となる。
電極円板は、加圧機構及び溶接電流制御機能等が必要で、溶接機にとっては重要な構成要
素であり、これを２セット装着することは、装置の製作コストが高く合理的でない。

この発明は、上記のような従来のマッシュシーム溶接方法あるいはマッシュシーム溶接装置の問題点を解消するためになされたもので、溶接電極へのダメージが少なく、経済的で、且つ短時間に安定した溶接を行なうことのできるマッシュシーム溶接装置を提供することを目的とする。

（１） この発明は、電極円板を搭載したキャリッジを鋼板の板幅方向に移動させて、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部との重ね合わせ部分を前記電極円板によって溶接するようにしたマッシュシーム溶接装置において、前記キャリッジに搭載され、前記電極円板と共に移動して、前記電極円板による溶接の前に、予め前記重ね合わせ部分を押し潰す第１の加圧ロールを備え、前記電極円板は、前記第１の加圧ロールによって押し潰された重ね合わせ部分に接触して通電し、溶接を行うよう構成したものである。

（２） また、この発明は、前記（１）のマッシュシーム溶接装置において、前記キャリッジに搭載され、前記電極円板によって溶接された溶接部を押し潰す第２の加圧ロールを具備するよう構成したものである。

この発明によれば、安価な構成で、高強度の鋼板であっても電極に損傷を与えることなく、良好な溶接を行なうことができ、且つ、短時間での溶接が可能なマッシュシーム溶接装置を得ることができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１によるマッシュシーム溶接装置の構成および動作を、図１〜図４を用いて説明する。
図１、図２は、溶接前工程を説明する図で、図１は、溶接線方向の状態図、図２は、鋼板の板幅方向からみたエッジ部の状態図、図３は、溶接時の状態図、図４は、マッシュシーム溶接装置の概略構成図である。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
最初に、図４により装置の構成と動作について説明する。
図４において、上部スエージングロール１１、下部スエージングロール１２、および上部電極円板１、下部電極円板２は、キャリッジ１７に搭載されており、上部スエージングロール１１および上部電極円板１は、先行鋼板３および後行鋼板４の重ね部を押し潰し、溶接するための加圧機構（上下機構を兼ねる）１１Ｐ、１Ｐをそれぞれ有している。なお、下部スエージングロール１２および下部電極円板２は固定となっているが、同じように上下機構を設けてもよい。また、キャリッジ１７は、矢印１４で示す板幅方向（溶接線方向）へ移動可能なように駆動装置Ｍを備えている。
なお、先行鋼板３および後行鋼板４は、クランプ５および６（ここでは図示していない）によって保持するよう構成されている。

図は、押し潰し、および溶接開始前の状態を示しており、動作開始後、上部スエージングロール１１および上部電極円板１は、加圧機構１１Ｐ、１Ｐによってそれぞれ下方へ駆動される。その後、重ね合わせ固定された先行鋼板３、後行鋼板４に対して、キャリッジ１７が矢印１４の方向に移動すると、キャリッジ１７に搭載されたスエージングロール１１、１２、および、電極円板１、２が矢印１４の方向に移動し、鋼板の重ね合わせ部の押し潰しおよび溶接を連続して行なう。
すなわち、上部スエージングロール１１、下部スエージングロール１２によって鋼板の重ね部を押し潰して、電極円板と鋼板、および鋼板間の接触面積を確保し、しかる後、上部電極円板１と下部電極円板２が、押し潰された重ね部に面接触してマッシュシーム溶接を行なうよう構成されている。なお、鋼板の重ね部を押し潰す時に、上部スエージングロール１１の加圧機構１１Ｐにより加圧力を調整することによって、前記接触面積のコントロールが可能である。

次に以上のように構成されたマッシュシーム溶接装置による溶接プロセスを、図１〜図３により説明する。
図１は、先行鋼板３を先行板クランプ５で、後行鋼板４を後行板クランプ６で拘束して重ね代１０を確保しておき、この状態で上部スエージングロール１１と下部スエージングロール１２間で重ね部を押し潰している図である。通常は本図に示す様に、鋼板は溶接終了後、矢印１３の方向に通板される。
図２は、溶接幅方向（板幅方向からみたエッジ部の状態）の状態を示す図である。
つまり、先行鋼板３と後行鋼板４の重ね合せエッジ部２２を、上部スエージングロール１
１と下部スエージングロール１２間で押し潰している。
いずれもエッジ部が押し潰されるため、電極円板に対して、また鋼板間において滑らかな
面接触状態を得ることができる。
図３は、このようにして、押し潰した重ね部を溶接している状態図である。
前述のように、鋼板のエッジ部は、上部電極円板１と先行鋼板３のエッジ部の接触状態が
円１５で示すように面接触となり、また、先行鋼板３と後行鋼板４のエッジ部の接触状態
も円１６で示すように面接触となり、したがって、溶接電流がエッジ部に集中する事はな
い。
当然、板幅方向のエッジ部もスエージングロールにて押し潰されるため、溶接電流がエッ
ジ部に集中する事はない。（板幅方向の説明図は省略。）
つまり、先行鋼板と後行鋼板を重ねた状態で、上部電極１・下部電極２が鋼板に対し滑ら
かな面接触状態で溶接を行なうことができるものである。

なお、以上の説明から明らかなように、電極円板の損傷防止を考慮すると、溶接前に重
ね部分を押し潰すスエージングロールの幅は、電極円板の幅と同じかそれ以上にすること
が望ましい。換言すれば、所定の幅を有する加圧ロール（スエージングロール）によって、押し潰されることでできる板の幅が、電極円板の幅と同じ又はそれ以上となるようにすることで、電極面に鋼板のエッジが当たらなくなり、電極円板の損傷を効果的に防止することができる。

図１２は、実施の形態１のマッシュシーム溶接装置を用いて溶接した場合の溶接結果を
示すものである。
同図に示されるように、溶接部Ｓの溶接開始位置（及び終了位置）（Ｆ部）において、穴明きの無い良好な溶接結果が得られている。また、溶接中のチリの発生も少なく鋼板上のスパッタの付着も少ない（Ｇ部）。
この様な滑らかで良好な溶接が出来る事は、当然電極円板側のダメージが少ない事を如実
に物語っている。（ここでは図示していないが、電極のダメージはほとんど発生していな
い。）

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、電極円板に損傷を与えることがなく、溶接チリの発生や、溶接端部（始端部や終端部）に欠陥ない良好なマッシュシーム溶接を行なうことができる。
加えて、２セットの電極円板を装備せずとも、キャリッジの１回の走行で溶接を行なうこ
とができるので、経済的で、短時間に安定した溶接が可能なマッシュシーム溶接装置を得
ることができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２のマッシュシーム溶接装置の概略構成図である。
この図５に示すマッシュシーム溶接装置は、前記実施の形態１の構成に加えて、キャリッジ１７の、上部電極円板１、下部電極円板２の後方に、上部アフタースエージングロール
１８と下部アフタースエージングロール１９を配設したものである。なお、上部アフター
スエージングロール１８には、電極円板１、２によって溶接された鋼板の溶接部をさらに
押し潰すための加圧機構（上下機構を兼ねる）１８Ｐが備えられている。
この実施の形態２のマッシュシーム溶接装置の動作は次の通りである。

キャリッジ１７を矢印１４の方向（溶接線方向）に移動させることによって、
（１） 上部スエージングロール１１と下部スエージングロール１２により、所定の面接触状態が確保できるように鋼板３、４の重ね合わせ部を押し潰す。
（２） 同時に、このスエージングロールによって押し潰された重ね合わせ部に上部電極円板１が面接触した状態で、下部電極円板２とともにマッシュシーム溶接を行う。
（３） 同時に、溶接後の重ね部の厚さを調整（小さくする）するために、上部アフター
スエージングロール１８と下部アフタースエージングロール１９で溶接部を押し潰す。

以上のように、この発明の実施の形態２のマッシュシーム溶接装置によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、溶接部の厚みを薄くすることができる効果がある。

この発明は、鉄鋼プロセスライン、例えば、焼鈍ライン、メッキライン、カラーコーティングライン等に用いることが出来、産業上の利用可能性は高い。

この発明の実施の形態１におけるマッシュシーム溶接装置の溶接前工程を説明する図である。 この発明の実施の形態１におけるマッシュシーム溶接装置の溶接前工程を説明する図で、板幅方向のエッジ部状態図である。 この発明の実施の形態１におけるマッシュシーム溶接装置の溶接時の状態図である。 この発明の実施の形態１におけるマッシュシーム溶接装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態２におけるマッシュシーム溶接装置の概略構成図である。 従来のマッシュシーム溶接方法を説明するための概略図である。 従来装置の一例を示す概略構成図である。 従来装置における電極と鋼板エッジ部の電流集中状態を説明する図である。 従来装置における電極と鋼板エッジ部の電流集中状態を説明する図で、板幅方向のエッジ部状態図である。 従来装置における溶接後の電極円板表面の損傷状態を示す図である。 従来装置における溶接後、表面を研削した電極円板表面の状態を示す図である。 この発明のマッシュシーム溶接装置による溶接結果を示す溶接部表面図である。 従来装置による溶接結果を示す溶接部表面図である。

符号の説明

１：上部電極、２：下部電極、３：先行鋼板、４：後行鋼板、５、６：クランプ、
１１：上部スエージングロール、１２：下部スエージングロール、１７：キャリッジ、
１８：上部アフタースエージングロール、１９：下部アフタースエージングロール。

Claims (4)

1. 電極円板を搭載したキャリッジを鋼板の板幅方向に移動させて、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部との重ね合わせ部分を前記電極円板によって溶接するようにしたマッシュシーム溶接装置において、前記キャリッジに搭載され、前記電極円板と共に移動して、前記電極円板による溶接の前に、予め前記重ね合わせ部分を押し潰す第１の加圧ロールを備え、前記電極円板は、前記第１の加圧ロールによって押し潰された重ね合わせ部分に接触して通電し、溶接を行うよう構成したことを特徴とするマッシュシーム溶接装置。
2. 前記第１の加圧ロールは、前記重ね合わせ部分を押し潰すための加圧力が調整可能な加圧機構を具備したことを特徴とする請求項１に記載のマッシュシーム溶接装置。
3. 前記第１の加圧ロールの幅が、前記電極円板の幅と同じまたはそれ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマッシュシーム溶接装置。
4. 前記キャリッジに搭載され、前記電極円板によって溶接された溶接部を押し潰す第２の加圧ロールを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のマッシュシーム溶接装置。

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