JP2011011238A

JP2011011238A - 鋼帯の重ね溶接方法

Info

Publication number: JP2011011238A
Application number: JP2009158307A
Authority: JP
Inventors: Eiji Sagi; 栄治鷺; Osamu Uchihata; 治内畠; Kazuhiro Yamada; 和弘山田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: JP5388342B2

Abstract

【課題】鋼帯の板厚が薄い場合、鋼帯同士を重ね溶接して得られる溶接部の強度を向上する。
【解決手段】複数の鋼帯１１を順次重ねスポット溶接して接続するに際し、先行鋼帯１１ａの板厚が０．４ｍｍ以下である場合、先行鋼帯１１ａと後行鋼帯１１ｂとで形成される重ね継手１２の先行鋼帯１１ａの側に、厚さ１．０ｍｍの鋼板１３を当てて溶接する。後行鋼帯の板厚が０．４ｍｍ以下である場合には、重ね継手の後行鋼帯の側に厚さ１．０ｍｍの鋼板を当てて溶接する。また、先行鋼帯および後行鋼帯ともに板厚が０．４ｍｍ以下である場合には、重ね継手の先行鋼帯および後行鋼帯の両方の側に厚さ１．０ｍｍの鋼板を当てて溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の鋼帯を順次重ね溶接して接続する鋼帯の重ね溶接方法に関する。

鋼帯の加工などを行う場合、複数の鋼帯を順次溶接して接続し、連続的に処理することが多い。たとえば、圧延、焼鈍酸洗、電解脱脂、めっきなどで、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、スポット溶接またはシーム溶接などの重ね溶接が用いられることが多い。

図４は、従来複数の鋼帯の連続処理に用いられている設備の入側の構成を例示する。複数の鋼帯１を連続処理する設備の入側には、払出機２、デフレクターロール３、レベラー４、せん断機５、重ね溶接機６が備わる。払出機２は、コイル状に巻かれている鋼帯１をほどいて矢符７方向に連続処理設備内へ装入する。レベラー４で巻き癖を矯正された鋼帯１は、必要に応じて所望の位置でせん断され、先行鋼帯１ａの尾端部と後行鋼帯１ｂの先端部とで重ね継手を形成する。ここでは、重ね溶接機の一種であるスポット溶接機６が用いられる場合を例示する。先行鋼帯１ａと後行鋼帯１ｂとで形成される重ね継手８がスポット溶接される。

図５は、図４に示すスポット溶接機６による溶接部の状態を示す。重ね継手８をスポット溶接機６の電極９で挟んで加圧し、不図示の電源から電極９を介して通電する。通電による抵抗発熱で鋼帯同士の重ね継手の内部が溶融してナゲット１０が形成される。ただし、重ね継手８での重ね代はたとえば２００ｍｍ程度となるのに対して、電極９の径は２５ｍｍ程度であり、図では重ね代が電極９に対して短く表示されている。また、スポット溶接機６には複数の電極９が間隔をあけて配置されており、複数箇所のスポット溶接が同時に行われる。

図６は、スポット溶接部の破断の状態を示す。ナゲット１０に割れ等の無い健全な溶接部が引張せん断応力を受けると、ナゲット１０周辺の熱影響部（ＨＡＺ）または母材で破断する。この破断の状態をプラグ破断と呼ぶ。プラグ破断の場合、スポット溶接された継手部の強度は、溶接されている鋼帯の板厚の影響を大きく受ける。たとえば、ＪＩＳ規格鋼種ＳＫ５のスポット溶接部におけるナゲット１個あたりの破断強度は、板厚が２．９０ｍｍ同士では３４．３ｋＮ程度が得られるのに対して、板厚が０．４０ｍｍ同士では４．９ｋＮ程度にまで低下する。

鋼帯同士のスポット溶接部は、連続処理設備に設けられる搬送ロールを周回するごとに繰返し曲げ応力を受ける。この繰返し曲げ応力による溶接部の破断を防止するために、板厚が薄い鋼帯同士の溶接部である場合、連続処理設備で鋼帯に負荷するライン張力を低く設定する。しかし、板厚が厚い鋼帯と薄い鋼帯とがスポット溶接で接続されると、ライン張力を板厚が厚い方の鋼帯に合わせて設定しなければならない場合がある。また、設備での処理の性質上、ライン張力を一定値以下に下げることができない場合もある。このような場合、板厚が薄い鋼帯の溶接部の強度が不足し、連続処理設備内で破断することがある。さらに、板厚が薄い鋼帯の溶接では、急熱急冷サイクルで溶接部が焼入れ硬化することがある。焼入れ硬化すると、ナゲットおよびＨＡＺと母材部とで機械的性質の相違が大きくなり、破断し易くなる。

このようなスポット溶接部の強度を改善する一つの方法として、重ね継手に本通電してナゲットを形成した後、本通電よりも小さい電流で後熱処理通電、いわゆるテンパ通電を行って溶接部を焼戻すことが行われている（特許文献１参照）。しかし、鋼帯の板厚が薄いと溶接部の質量が少ないので、テンパ通電を行ったとしても、溶接部を緩冷却することができず、焼戻し効果の得られないことが多い。

特開２００８−２２９７２０号公報

重ね溶接部の強度が不足して連続処理設備の中で破断すると、設備内を鋼帯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。復旧作業では、先行鋼帯を出側の巻取機で全て巻取り、後行鋼帯を払出機で逆方向に全て巻取った後、連続処理設備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を接続して連続処理設備に装入する。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ために、板厚が薄い鋼帯で形成される重ね溶接部の強度を向上し、溶接部の破断を防止することが望まれている。

本発明の目的は、鋼帯の板厚が薄い場合、鋼帯同士を重ね溶接して得られる溶接部の強度を向上することができる鋼帯の重ね溶接方法を提供することである。

本発明は、複数の鋼帯を順次重ね溶接して接続する鋼帯の重ね溶接方法において、
先行鋼帯および後行鋼帯の少なくともいずれか一方が予め定める板厚以下である場合、
先行鋼帯と後行鋼帯とで形成される重ね継手の予め定める板厚以下の鋼帯の側に、予め定める板厚以上の鋼板を当てて重ね溶接することを特徴とする鋼帯の重ね溶接方法である。

本発明によれば、先行鋼帯および後行鋼帯の少なくともいずれか一方が予め定める板厚以下である場合、予め定める板厚以下の鋼帯の側に、予め定める板厚以上の鋼板を当てて重ね溶接する。このことで、予め定める板厚以下の鋼帯の側では、鋼帯の板厚に鋼板の厚さを加えた領域に溶接部が形成されるので、溶接部の強度を向上することができる。

図１は、本発明の実施の１つの形態である鋼帯１１の重ね溶接方法を示す図である。図２は、本発明の実施のもう１つの形態である鋼帯２１の重ね溶接方法を示す図である。図３は、本発明の実施のさらにもう１つの形態である鋼帯３１の重ね溶接方法を示す図である。図４は、従来複数の鋼帯の連続処理に用いられている設備の入側の構成を例示する図である。図５は、図４に示すスポット溶接機による溶接部の状態を示す図である。図６は、スポット溶接部の破断の状態を示す断面図である。

図１は、本発明の実施の１つの形態である鋼帯１１の重ね溶接方法を示す。本実施形態の鋼帯１１の重ね溶接方法は、複数の鋼帯１１を順次重ね溶接して接続することに用いられる。ここでは、重ね溶接としてスポット溶接を用いる場合について例示する。重ね溶接方法は、先行鋼帯１１ａが予め定める板厚以下である場合、先行鋼帯１１ａと後行鋼帯１１ｂとで形成される重ね継手１２の先行鋼帯１１ａの側に、予め定める板厚以上の鋼板１３を当ててスポット溶接することを特徴とする。

鋼帯１１の予め定める板厚として、０．４ｍｍとすることが好ましい。以下、予め定める板厚を０．４ｍｍとする理由について説明する。たとえば鋼種ＳＫ５では、板厚０．４ｍｍでスポット溶接部のナゲット１つ当たりの破断強度が４．９ｋＮ付近まで低下する。ナゲット１つ当たりの強度低下に伴い、鋼帯１１の溶接接続部のトータル強度も低くなり、破断が懸念される。しかしながら、連続処理設備のライン張力は、処理の必要上一定値以上の値が必要とされるので、溶接接続部のトータル強度の低下を、ライン張力を低下させることで対処するには限界がある。また、Ｃを比較的多く含有する特殊鋼の場合、板厚が０．４ｍｍ以下になると溶接部の質量が少なく、テンパ通電をしても焼戻し効果を得ることが難しくなる。したがって、鋼帯１１の板厚が０．４ｍｍ以下では、溶接部の厚さ自体を補強することで、溶接部の強度を確保することが好ましい。以上のことから、鋼帯１１の予め定める板厚を０．４ｍｍとした。

なお、この板厚０．４ｍｍは、鋼帯１１の全体についての公称板厚とする。重ね継手１２を形成する先行鋼帯１１ａの尾端部や後行鋼帯１１ｂの先端部などの端部では板厚の変動が大きくなるので、有効数字を勘案すると、実際の板厚は０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲であると推定される。

本実施形態では、先行鋼帯１１ａの板厚が０．４ｍｍ、後行鋼帯１１ｂの板厚が１．０ｍｍの重ね継手１２について例示する。なお、図１では、電極径に対する鋼帯の板厚を若干誇張して示す。また、電極径に対する重ね継手１２の重ね代は、相対的に短くして示す。以下の図についても同様である。板厚が０．４ｍｍの先行鋼帯１１ａに当てる鋼板１３（以下、当て板と呼ぶ）には、たとえば厚さ１．０ｍｍを用いる。厚さが１．０ｍｍ、０．４ｍｍおよび１．０ｍｍの３枚からなる重ね継手１２を、電極９で挟んで加圧し通電する。このスポット溶接で、ナゲット１４は、先行鋼帯１１ａから後行鋼帯１１ｂと当て板１３とに及ぶように形成される。このように形成されるナゲット１４を有するスポット溶接継手の引張せん断試験を行うと、先行鋼帯１１ａと当て板１３または先行鋼帯１１ａと後行鋼帯１１ｂとにかけて形成されるナゲット１４周辺のＨＡＺまたは母材部でプラグ破断する。ＨＡＺまたは母材のいずれでプラグ破断する場合でも、ナゲット１４周辺の破断部の厚さは、０．４ｍｍと１．０ｍｍとを加算した１．４ｍｍとなる。したがって、板厚０．４ｍｍの先行鋼帯と板厚１．０ｍｍの後行鋼帯との２枚重ねでスポット溶接される場合、ナゲット周辺の破断部の厚さが０．４ｍｍとなるのに比べて、溶接部の強度が向上する。

図２は、本発明の実施のもう１つの形態である鋼帯２１の重ね溶接方法を示す。本実施形態の鋼帯２１の重ね溶接方法は、後行鋼帯２１ｂの板厚が０．４ｍｍ以下である場合、先行鋼帯２１ａと後行鋼帯２１ｂとで形成される重ね継手２２の後行鋼帯２１ｂの側に、当て板２３を用いて重ね溶接することを特徴とする。ここでは、後行鋼帯２１ｂの板厚が０．４ｍｍ、先行鋼帯２１ａの板厚が１．０ｍｍの重ね継手２２について例示する。後行鋼帯２１ｂに用いる当て板２３の厚さは、たとえば１．０ｍｍである。このような３枚重ね継手２２をスポット溶接して得られるナゲット２４は、後行鋼帯２１ｂから先行鋼帯２１ａと当て板２３とに及ぶように形成される。このように形成されるナゲット２４を有するスポット溶接継手の引張せん断試験で得られる破断部の厚さは、０．４ｍｍと１．０ｍｍとを加算した１．４ｍｍとなる。したがって、板厚０．４ｍｍの後行鋼帯２１ｂと板厚１．０ｍｍの先行鋼帯２１ａとの２枚重ねでスポット溶接される場合、ナゲット周辺の破断部の厚さが０．４ｍｍとなるのに比べて、溶接部の強度が向上する。

図３は、本発明の実施のさらにもう１つの形態である鋼帯３１の重ね溶接方法を示す。本実施形態の鋼帯３１の重ね溶接方法は、先行鋼帯３１ａおよび後行鋼帯３１ｂの板厚が０．４ｍｍ以下である場合、先行鋼帯３１ａと後行鋼帯３１ｂとで形成される重ね継手３２の先行鋼帯３１ａおよび後行鋼帯３１ｂの両側に、当て板３３，３４を用いて重ね溶接することを特徴とする。ここでは、先行鋼帯３１ａおよび後行鋼帯３１ｂの板厚が０．４ｍｍの重ね継手３２について例示する。両方の鋼帯３１ａ，３１ｂに用いる当て板３３，３４の厚さは、たとえば１．０ｍｍである。このような４枚重ね継手３２をスポット溶接して得られるナゲット３５は、先行鋼帯３１ａおよび後行鋼帯３１ｂから両当て板３３，３４に及ぶように形成される。このように形成されるナゲット３５を有するスポット溶接継手の引張せん断試験で得られるプラグ破断部の厚さは、０．４ｍｍと１．０ｍｍとを加算した１．４ｍｍとなる。したがって、板厚０．４ｍｍの先行鋼帯と板厚０．４ｍｍの後行鋼帯との２枚重ねでスポット溶接される場合、ナゲット周辺の破断部の厚さが０．４ｍｍとなるのに比べて、溶接部の強度が向上する。

以下、本発明の実施例について説明する。ここでは、先行鋼帯と後行鋼帯とで形成される重ね継手に対して、当て板を用いる実施例と、当て板を用いない比較例とについて、スポット溶接して溶接部の強度を試験した。実施例として、先行鋼帯および後行鋼帯の板厚がともに０．４ｍｍ以下であり、両方の鋼帯の側にそれぞれ厚さ１．０ｍｍの当て板を用いた４枚重ね継手にスポット溶接を行った。比較例として、先行鋼帯および後行鋼帯の板厚がともに０．４ｍｍ以下であり、当て板を用いることなく２枚重ね継手にスポット溶接を行った。

供試材の鋼帯には特殊鋼および普通鋼を用い、当て板には供試材の鋼帯と同種の鋼板を用いた。供試材は、Ｃが０．１重量％以下の普通鋼と、Ｃが０．８〜０．９重量％の特殊鋼とを用いている。特殊鋼としては、前述のＳＫ５などが該当する。実施例の４枚重ね継手のスポット溶接条件を表１に、比較例の２枚重ね継手のスポット溶接条件を表２に示す。

スポット溶接継手の強度は、ＪＩＳ−Ｚ３１３６に準じて試験した。また溶接部の断面試片を採取し、ナゲット部およびナゲットの周辺部について、ビッカース硬さ計を用いて荷重５ｋＮで硬さを測定した。

実施例についての試験結果を表３に、比較例についての試験結果を表４に示す。普通鋼の先行鋼帯および後行鋼帯の板厚が０．１０ｍｍの場合、比較例に対して実施例の強度は約１．６倍に向上した。また、特殊鋼の先行鋼帯および後行鋼帯の板厚が０．２５ｍｍの場合、比較例に対して実施例の強度は約１３倍に向上し、板厚が０．４０ｍｍの場合、比較例に対して実施例の強度は約２．１倍に向上した。このように、当て板を用いることで、スポット溶接部の強度を向上し得ることが判る。

また当て板を用いた実施例では、焼入れ硬化し易い特殊鋼の場合でも、ナゲットの周辺部の硬さは、板厚が０．２５ｍｍで約２００Ｈｖ以下に、板厚が０．４０ｍｍで約３００Ｈｖに抑えられている。当て板を用いない比較例の場合、ナゲット周辺部の硬さがそれぞれ約７００Ｈｖおよび約８００Ｈｖである。このことから、実施例では溶接部の質量が増すことにより、焼入れ性が緩和されていることが判る。

なお、当て板を用いるか否かの基準となる板厚を、鋼種に応じて設定することもできる。たとえば、普通鋼では、基準となる板厚を０．４ｍｍよりも薄くすることもできる。表３と表４とからは、普通鋼では板厚が０．２５ｍｍあれば、当て板を用いないでも溶接部の焼入れ硬化は避けられると推定される。また、普通鋼では、当て板を用いる場合でも、当て板の厚さを１．０ｍｍより薄くし、たとえば０．４ｍｍにすることもできると推定される。ただし、工程の管理や、当て板の準備などの点では、鋼種によらない基準を設定し、当て板の板厚も一種に統一しておくことが好ましい。

以上で説明しているように、本実施の形態では、重ね溶接方法をスポット溶接に利用している。しかしながら、これに限定されることなく、シーム溶接に対しても有効に利用することができる。

１，１１，２１，３１鋼帯
８，１２、２２，３２重ね継手
１３，２３，３３，３４当て板
９電極
１０，１４，２４，３５ナゲット

Claims

複数の鋼帯を順次重ね溶接して接続する鋼帯の重ね溶接方法において、
先行鋼帯および後行鋼帯の少なくともいずれか一方が予め定める板厚以下である場合、
先行鋼帯と後行鋼帯とで形成される重ね継手の予め定める板厚以下の鋼帯の側に、予め定める板厚以上の鋼板を当てて重ね溶接することを特徴とする鋼帯の重ね溶接方法。