JP2010214460A - 金属帯の溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の鋼帯を順次重ね溶接して接続するに際し、重ね継手の重ね代精度を向上する。
【解決手段】複数の鋼帯２を順次重ね溶接して接続することに用いる溶接装置３０は、当接体３１と、検知器３２と、制御手段３３と、を含む。当接体３１は、搬送される後行鋼帯２ｂの先端２４が当接可能な当接面３４を有し、当接面３４が先行鋼帯２ａの重ね溶接される表面側で尾端２３から予め定める重ね代Ｌだけ離れる位置に、後行鋼帯２ｂの搬送開始前に配置され、重ね溶接終了後に先行鋼帯２ａの表面から離反する。検知器３２は、後行金属帯２ｂの先端２４が当接体３１に当接したことを検知する。制御手段３３は、検知器３２の検知結果に応答し、後行鋼帯２ｂの搬送を停止するように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の金属帯を順次重ね溶接して接続することに用いる金属帯の溶接装置に関する。

金属帯の加工などを行う装置では、複数の金属帯を順次溶接して接続し、連続的に処理することが多い。金属帯の一種である鋼帯では、圧延、焼鈍酸洗、電解脱脂、めっきなどの工程で、複数の鋼帯が連続処理されている。鋼帯同士を接続する溶接では、鋼種および板厚に応じて、溶接方法が適宜選択される。板厚が比較的薄い鋼帯の場合、シーム溶接などの重ね溶接が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。

薄肉鋼帯の場合、重ね溶接は、上記圧延、焼鈍酸洗、電解脱脂、めっきなどのいずれの工程でも用いられているが、以下電解脱脂工程について例示する。図４は、従来鋼帯の電解脱脂に用いられている設備の構成を示す。電解脱脂設備１は、冷間圧延で鋼帯２に付着する圧延油を電解脱脂洗浄することに用いられる。電解脱脂設備１は、払出機３と、レベラー４と、せん断機５と、溶接装置６と、アルカリ浸漬槽７と、電解槽８と、リンス槽９と、乾燥機１０と、ブライドルロール１１と、巻取機１２とを含む。電解脱脂設備１では、鋼帯２が次のようにして重ね溶接される。払出機３でほどかれて矢符１３方向に装入される鋼帯２は、せん断機５で処理された先行鋼帯の尾端部と後行鋼帯の先端部とで重ね継手を形成する。この重ね継手が溶接装置６で接続される。溶接装置６には、シーム溶接装置が用いられる。接続された鋼帯２は、アルカリ浸漬槽７および電解槽８で脱脂洗浄され、さらに水洗乾燥されて巻取機１２で巻取られる。

図５は、図４に示す溶接装置６で鋼帯同士を溶接する状態を示す。溶接装置６は、大略、不図示の電源および加圧部と、電極２１とを含む。なお、図５では、電極２１の大きさに対する鋼帯２の厚さを誇張して厚めに表す。電源は、電極２１へ溶接電力を供給するとともに、加圧部が動作するための電力を供給する。加圧部は、電極２１で鋼帯２を挟んで加圧し、かつ電極２１を回転駆動させる。電極２１は、円盤状の形状を有し、鋼帯２を挟むことができるように一対が設けられる。加圧部が動作して鋼帯２を電極２１で加圧し、通電しながら電極２１を鋼帯２の幅方向に回転移動させて、シーム溶接が行われる。シーム溶接では、先行鋼帯２ａの尾端部と、後行鋼帯２ｂの先端部とで重ね継手を形成し、重ね継手部分に通電してナゲット２２を形成する。

従来、溶接される鋼帯同士の重ね継手は、次のようにして形成されている。先行鋼帯２ａの尾端部がせん断機５に達するとせん断し、せん断位置から所定の長さを巻取ることで、重ね継手における先行鋼帯２ａの尾端２３を位置決めする。巻取りは、先行鋼帯２ａを引っ張る状態で搬送するので、実際の巻取長さに対する巻取長さ測定値の精度が高い。したがって、せん断機５から溶接装置６の重ね継手を形成する所定位置までの距離を測定しておき、当該距離に等しい長さを巻取ることで、先行鋼帯２ａの尾端２３を所定位置に合わせることができる。

一方、払出機３からほどいて装入される後行鋼帯２ｂは、押出しで搬送されるので蛇行やたわみが生じ易く、実際の払出し長さに対する払出し長さ測定値の精度が低い。したがって、払出機３または必要に応じて先端部をせん断した場合のせん断機５から溶接装置６の所定位置までの距離を測定していたとしても、後行鋼帯２ｂの払出し長さを上記所定位置までの距離に一致させることが難しい。そこで、オペレーターが後行鋼帯２ｂの先端２４の位置を目視観察しながら払出し、先行鋼帯２ａの尾端２３に対する位置合わせを行って重ね継手の重ね代Ｌを決めている。しかし、オペレーターが目視観察しながら手動で後行鋼帯２ｂを払出して位置決めをすると、一定の重ね代Ｌを確保することが難しく、特に重ね代Ｌが大きくなり過ぎる場合、電解脱脂設備１を通板中に鋼帯２の溶接部が破断することがある。

図６は、溶接部が破断に至る状態を説明する。重ね代が大きい溶接部が電解脱脂設備１内を通板中に、後行鋼帯２ｂの先端部分がロール２５に当接してまくれることがある。後行鋼帯２ｂの先端部分がまくれると、通板の抵抗となり、溶接部に対して剥離する力が作用する。剥離する力が溶接部の強度を上回ると、電解脱脂設備１の中で溶接部が破断する。鋼帯２が溶接部で破断すると、電解脱脂設備１内を鋼帯２が再度連続通板できるように、復旧作業を行わなければならない。

特開平７−２９０２５０号公報

復旧作業では、先行鋼帯２ａを全て巻取り、後行鋼帯２ｂを払出機３で逆方向に全て巻取った後、電解脱脂設備１の中にスレッディング材を通し、そのスレッディング材に後行鋼帯２ｂを接続して電解脱脂設備１へ装入する。この復旧作業は、長時間を要するので能率を低下させる。したがって、能率低下を回避するには、鋼帯同士の溶接部の破断を防止しなければならない。溶接部の破断を防止するには、重ね継手の重ね代を板厚に応じた長さに精度良く確保することが必要になる。

本発明の目的は、複数の金属帯を順次重ね溶接して接続するに際し、重ね代を板厚に応じた長さに精度良く確保することができる金属帯の溶接装置を提供することである。

本発明は、複数の金属帯を順次重ね溶接して接続することに用いる金属帯の溶接装置において、
搬送される後行金属帯の先端が当接可能な当接面を有する当接体と、
後行金属帯の先端が当接体に当接したことを検知する検知器と、
検知器の検知結果に応答し、後行金属帯の搬送を停止するように制御する制御手段と、を含み、
当接体は、当接面が先行金属帯の重ね溶接される表面側で尾端から予め定める重ね代だけ離れる位置に、後行金属帯の搬送開始前に配置され、重ね溶接終了後に先行金属帯の表面から離反することを特徴とする金属帯の溶接装置である。

また本発明で、前記先行金属帯を拘束するクランプを有し、前記当接体および検知器は、クランプに設けられることを特徴とする。

また本発明で、前記検知器は、圧電素子であることを特徴とする。

本発明によれば、先行金属帯の尾端から予め定める重ね代だけ離れる位置に、搬送される後行金属帯の先端が当接可能な当接体を設け、当接したことを検知器で検知して、後行金属帯の搬送を停止するように制御する。したがって、先行金属帯の尾端位置に対する後行金属帯の先端位置を精度良く位置決めすることができ、板厚に応じた重ね代を高い精度で確保することができる。このことで、重ね溶接部の金属帯搬送方向下流側に後行金属帯の余剰長さが生ずることを防止し、通板中にまくれることがなくなるので、溶接部の破断を防止することが可能になる。

また本発明によれば、当接体および検知器は先行金属帯を拘束するクランプに設けられる。このことで、当接体および検知器を設けるための特別な装置を準備することが不要になり、簡単な構成で板厚に応じた重ね代を高い精度で確保することができる。

また本発明によれば、検知器として圧電素子を用いるので、簡単な構成で、後行鋼帯の先端が所定位置に達したことを感度良く検知し、板厚に応じた重ね代を高い精度で確保することができる。

図１は、本発明の実施の形態である金属帯の溶接装置３０の概要を示す図である。 図２は、溶接装置３０のクランプ４０に当接体３１が設けられる状態を示す図である。 図３は、圧電素子３２の検知出力を説明するグラフである。 図４は、従来鋼帯の電解脱脂に用いられている設備の構成を示す図である。 図５は、図４に示す溶接装置で鋼帯同士を溶接する状態を示す図である。 図６は、溶接部が破断に至る状態を説明する図である。

図１は、本発明の実施の形態である金属帯の溶接装置３０の概要を示す。金属帯の溶接装置３０（以後、単に溶接装置と呼ぶ）は、複数の金属帯を順次重ね溶接して接続することに用いられる。溶接装置３０は、たとえば前述の鋼帯２の電解脱脂設備１に設けられる。本実施形態では、溶接装置３０としてシーム溶接装置を例示する。溶接装置３０は、大略、不図示の電源および加圧部と、電極２１と、当接体３１と、検知器３２と、制御手段３３と、後述するクランプと、を含む。電源、加圧部および電極２１は、前述のシーム溶接装置６と同一であり、同一の参照符号を付して説明を省略する。なお、図１および以下の図では、電極２１の大きさに対する鋼帯２の厚さを誇張して厚めに表す。

当接体３１は、搬送される後行金属帯２ｂの先端２４が当接可能な当接面３４を有する。当接体３１は、当接面３４が先行鋼帯２ａの重ね溶接される表面側で尾端２３から予め定める重ね代Ｌだけ離れる位置に配置される。ここで、重ね溶接される表面とは、先行鋼帯２ａと後行鋼帯２ｂとが重ねられる場合、重ね継手部分で内側になる表面のことをいう。また、予め定める重ね代Ｌとは、鋼帯２の板厚に応じて定められる重ね溶接に適する長さのことをいう。

本実施形態で当接体３１は、大略直方体形状を有し、三層で形成される。当接体３１の両外側の層３５，３６は、たとえば合成樹脂の板である。外層をなす合成樹脂板３５，３６のうち、金属帯搬送方向の上流側に臨む合成樹脂板３５の外側の面が当接面３４として作用する。２枚の合成樹脂板３５，３６に挟まれる中の層として、詳細を後述する検知器３２が設けられる。

図２は、溶接装置３０のクランプ４０に当接体３１が設けられる状態を示す。溶接装置３０は、鋼帯２を拘束するクランプ４０を有する。当接体３１は、クランプ４０に設けられて、当接面３４が前述の先行鋼帯２ａの尾端２３から重ね代Ｌだけ離れる位置に、後行鋼帯２ｂの搬送が開始される前に配置され、重ね溶接終了後に先行鋼帯２ａの表面から離反する。

クランプ４０は、先行鋼帯２ａおよび後行鋼帯２ｂを、動かないように拘束するジグである。クランプ４０は、先行鋼帯２ａおよび後行鋼帯２ｂの上面側および下面側に設けられ、それぞれを先行上クランプ４１、先行下クランプ４２、後行上クランプ４３、後行下クランプ４４と呼ぶ。なお、先行上下クランプ４１，４２および後行上下クランプ４３，４４を総称する場合には、単にクランプ４０で表す。クランプ４０は、電源から電力供給を受けて動作する不図示の駆動機構を伴う。駆動機構の動作により、先行上下クランプ４１，４２で先行鋼帯２ａを挟むとともに押圧して拘束し、また先行鋼帯２ａから離反して開放することができる。後行上下クランプ４３，４４も後行鋼帯２ｂに対して先行上下クランプ４１，４２と同様に動作することができる。

当接体３１は、先行鋼帯２ａを拘束する先行上クランプ４１に設けられる。当接体３１を先行上クランプ４１に設けるための手段は、特に限定されないが、先行上クランプ４１にたとえばシリンダ４５を装着し、該シリンダ４５を当接体３１の支持に用いることができる。当接体３１は、シリンダ４５で支持されることで、ピストンのストローク分を鋼帯２の搬送方向に移動することができる。

後行鋼帯２ｂの当接体３１への当接を検知する検知器３２としては、圧電素子が好適に用いられる。図３は、圧電素子３２の検知出力を説明する。後行鋼帯２ｂの板厚が異なると当接するときの衝撃力が異なるので、板厚に応じて検知の閾値とする電圧値Ｖｃを定める。図３中の曲線が圧電素子の出力電圧Ｖｏを示す。閾値Ｖｃ以上の出力電圧Ｖｏが得られる場合、後行鋼帯２ｂの先端２４が当接した検知信号として制御手段３３に対して出力する。

制御手段３３は、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）などで実現される制御部であり、圧電素子３２による検知結果に応答し、後行鋼帯２ｂの搬送を停止するように払出機３の動作を制御する。圧電素子３２からの検知信号が制御部３３へ入力されると、制御部３３は、払出機３のペイオフリール３７を回転させるモーター３８を停止させる。モーター３８が停止することで払出し動作、すなわち搬送動作が停止し、後行鋼帯２ｂの先端２４は、当接面３４に当接した位置で停止する。

以下、溶接装置３０の動作について説明する。先行鋼帯２ａは、せん断された後、所定長さを巻取られて尾端２３が重ね継手の所定位置に位置決めされる。次に、先行上クランプ４１および先行下クランプ４２をそれぞれ矢符４６，４７で示す上下方向に移動させ、先行鋼帯２ａを押圧して拘束する。当接体３１を矢符４８で示す鋼帯２の搬送方向上流側へ向けて移動させ、当接面３４が重ね代Ｌの長さとして予め設定する位置になるように位置決めをする。このように、当接体３１は、後行鋼帯２ｂの搬送が開始される前に、当接面３４が先行鋼帯２ａの重ね溶接される表面側で尾端２３から重ね代Ｌだけ離れる位置に配置される。

次いで、後行鋼帯２ｂを矢符１３で示す方向に払出して、その先端２４を当接面３４に当接させる。制御部３３は、圧電素子３２から出力される当接の検知結果に応答し、後行鋼帯２ｂの搬送を停止する。搬送停止により、後行鋼帯２ｂの先端２４が位置決めされる。後行鋼帯２ｂが位置決めされると、後行上クランプ４３および後行下クランプ４４をそれぞれ矢符４９，５０で示す上下方向に移動させ、後行鋼帯２ｂを押圧して拘束する。このようにして、鋼帯２の板厚に応じて予め定める長さの重ね代Ｌが確保される。重ね代Ｌを確保した後、当接体３１を矢符５１で示す鋼帯２の搬送方向下流側へ向けて移動させ、当接体３１が溶接の支障にならないようにする。電極２１で鋼帯２の重ね継手を加圧し、通電しながら電極２１を回転させて、幅方向にシーム溶接する。

シーム溶接終了後に、鋼帯２に対する電極２１の押圧を開放し、さらに鋼帯２に対するクランプ４０の押圧を開放する。先行鋼帯２ａに対する先行上下クランプ４１，４２の押圧を開放することで、先行上クランプ４１に設けられる当接体３１が先行鋼帯２ａの表面から離反する。シーム溶接後に当接体３１を先行鋼帯２ａの表面から離反させることで、当接体３１が鋼帯２の溶接部を搬送する妨げにならないので、溶接後の鋼帯２を円滑に電解脱脂設備１内へ装入することができる。

以上のようにして、先行鋼帯２ａと後行鋼帯２ｂとの板厚に応じた適当な重ね代Ｌが高い精度で確保されるので、重ね溶接部の後行鋼帯２ｂがナゲットよりも搬送方向下流側で余剰の長さを有しない。このことで、電解脱脂設備１内の搬送時に、後行鋼帯２ｂの先端部分がまくれることがなくなり、溶接部の破断が防止される。

溶接装置３０で板厚に応じた重ね代Ｌを精度良く確保して溶接し、約３００鋼帯の鋼帯同士の溶接部について、電解脱脂設備１に通板させて破断の有無を調査したところ、破断が皆無であった。なお、オペレーターの目視観察に基づいて重ね代の位置決めをして溶接した場合には、約３００鋼帯の鋼帯同士の溶接部の通板につき、鋼帯同士の溶接部が２ないし３破断し、復旧作業を要する実績であった。

以上で説明しているように、本実施の形態では、重ね代を板厚に応じた長さに精度良く確保することをシーム溶接装置で利用している。しかしながら、これに限定されることなく、他の重ね溶接であるスポット溶接に対しても有効に利用することができる。

２１ 電極
３０ 溶接装置
３１ 当接体
３２ 検知器
３３ 制御部
３４ 当接面
４０ クランプ

Claims (3)

1. 複数の金属帯を順次重ね溶接して接続することに用いる金属帯の溶接装置において、
   搬送される後行金属帯の先端が当接可能な当接面を有する当接体と、
   後行金属帯の先端が当接体に当接したことを検知する検知器と、
   検知器の検知結果に応答し、後行金属帯の搬送を停止するように制御する制御手段と、を含み、
   当接体は、当接面が先行金属帯の重ね溶接される表面側で尾端から予め定める重ね代だけ離れる位置に、後行金属帯の搬送開始前に配置され、重ね溶接終了後に先行金属帯の表面から離反することを特徴とする金属帯の溶接装置。
2. 前記先行金属帯を拘束するクランプを有し、
   前記当接体および検知器は、クランプに設けられることを特徴とする請求項１記載の金属帯の溶接装置。
3. 前記検知器は、圧電素子であることを特徴とする請求項１または２記載の金属帯の溶接装置。

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