JP2014024075A

JP2014024075A - 溶接スパッタ除去装置

Info

Publication number: JP2014024075A
Application number: JP2012164116A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Matsuura; 寿幸松浦; Takayuki Takenouchi; 孝幸竹之内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】溶接機およびその周辺設備にスパッタの固着、堆積を抑制することによりスパッタ欠陥発生を防ぐ。
【解決手段】２つの鋼板を溶接する際に、溶接箇所から発生する溶接スパッタを除去する溶接スパッタ除去装置である。気体の噴射軸が溶接箇所に向き且つ鋼板表面と平行に設定されたノズル１１と、上記ノズル１１からの気体で吹き飛ばされた溶接スパッタを吸引する気体吸引装置２０と、を備える。またノズル１１の上方に配置した副ノズル１２からも同方向に気体を吹き出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板を溶接する際に発生する溶接スパッタを除去する技術に関する。

近年、酸洗ラインや冷間圧延機の生産性向上のニーズが高まり、酸洗ラインや冷間圧延機の入側に溶接機と入側ルーパーを設置し、順次、鋼板を溶接にて接続することで、鋼板に対し連続的に酸洗・冷間圧延が出来る処理方式が採用される傾向にある。
このように鋼板を連続供給するために順次鋼板の先尾端を溶接により接続して連続通板する際に、溶接機から大量のスパッタが飛び散る。そして飛び散ったスパッタは、溶接部近傍に位置する鋼板表面に付着する。このスパッタが付着したままの鋼板が、その後のテンションレベラーや冷間圧延機を通過すると、上記スパッタに起因して、冷間圧延された鋼板の表面に穴あき、疵、凹み、割れ等の欠陥が発生するおそれがある。また、スパッタによって、圧延ロールの表面にも疵が発生することから圧延ロールの寿命が短くなり、ロール組替によるコスト上昇や生産性低下等の問題が生じる。

これに対する従来技術としては、特許文献１及び２に記載の技術がある。
特許文献１に記載の技術は、溶接部の搬送方向下流側にブラシロールを配設し、ブラシロールによって、溶接部近傍の鋼板表面に付着するスパッタを剥離し、剥離したスパッタに温水や空気を吹き付けて鋼板表面からスパッタを取り除く技術である。
また特許文献２に記載の技術は、一つのノズルと吸引ノズルとを溶接部を挟んで対向配置し、ノズルから溶接部に向けて気体を吹き付けることによって溶接スパッタに気体を吹き付けると共に、溶接スパッタを吸引ノズルで吸引する。特許文献２には、これによって溶接スパッタの周囲への飛散を防止できると記載されている。

特公平０５−６１００４号公報特開２００８−１６８３１８号公報

発明者らは、スパッタ欠陥の解決にあたり、溶接機のスパッタ固着、堆積状況の調査を行った。図３に調査を行った溶接機の概要を示す。ここで、図３に示す溶接機はフラッシュバット方式の溶接機であり、先行材の尾端と後行材の先端とをスペースバーにて突合せて上記先尾端位置の調整をした後に、溶接を行う方式の溶接機である。上記調査の結果、図３の（１）〜（３）の箇所にスパッタの固着・堆積が認められた。またその固着・堆積したスパッタは、予め確認しているスパッタ欠陥とサイズが一致することが判明した。そして、上記位置に固着・堆積したスパッタが、溶接機を操作した時の振動により鋼板表面に落下し、スパッタ欠陥を発生させていると考えられる。

これらのスパッタの大半は、特許文献１に記載されるようなスパッタ除去装置を使用すれば、溶接後の鋼板から除去出来ると推定される。
しかしながら、最近では、従来では問題とならなかったレベルの品質欠陥、例えば、鋼板表面の微小異物が冷間圧延により鋼板表面に圧入されるものが、近年の表面品質の厳格化により問題になってきており、特許文献１の方法ではスパッタ除去としては不十分である。

図４は、フラッシュバット方式の溶接機の概要を示す図である。
この図４に示すように、溶接機の上方に気体吸引装置としての集塵装置を設置する場合がある。集塵装置は、溶接時に発生する粉塵、金属ヒュームを周囲に撒き散らすのを防止する装置であるが、粉塵、金属ヒュームの他に、溶接スパッタも吸い込む。しかしながら、集塵装置で回収しきれなかったスパッタは、溶接機内部および周辺設備に固着あるいは堆積する。そのため、そのような状態で溶接等の作業を行うと、振動により溶接機内部および周辺設備に固着あるいは堆積しているスパッタが、鋼板上に落下し、スパッタ欠陥の原因となる。

特許文献２は、このような溶接スパッタの周囲への飛散を防止する装置であるが、フラッシュバット方式のような溶接機でのスパッタを対象とした場合に、スパッタ欠陥を防止することは出来ない。
その理由は、次の通りである。
特許文献２では、溶接スパッタをターゲットとして、鋼板表面に対し斜め方向から気体を吹き付ける。このように鋼板に対し斜め方向から気体を吹き付けると、スパッタの跳ね上がりを助長し、飛び散ったスパッタが溶接機内部に固着する恐れがある。更に、気体を吹き付ける方向が鋼板の進行方向（ライン進行方向）に設定すると、吹き飛ばしたスパッタを吸引し切れなかった場合、スパッタが鋼板上に落下し、スパッタ欠陥を発生させる懸念が高い。
本発明は、上記のような点に着目してなされもので、溶接機およびその周辺設備にスパッタの固着、堆積を抑制することによりスパッタ欠陥発生を防ぐことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、２つの鋼板を溶接する際に、溶接箇所から発生する溶接スパッタを除去する溶接スパッタ除去装置であって、
気体の噴射軸が溶接箇所に向き且つ鋼板表面と平行に設定されたノズルと、上記ノズルからの気体で吹き飛ばされた溶接スパッタを吸引する気体吸引装置と、を備えることを特徴とする。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記ノズルと気体吸引装置の吸い込み口とは、上記溶接箇所を挟んで配置されることを特徴とする。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記ノズルの噴射軸は、平面視で、鋼板を横切る方向に延びていることを特徴とする。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記ノズルの上方に、平面視で上記ノズルの吹出方向と同方向に気体を吹き出す第２のノズルを備えたことを特徴とする。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記気体は、空気若しくは不活性ガスであることを特徴とする。

本発明によれば、鋼板表面と平行に気体を吹き付けることで、溶接箇所から発生するスパッタの飛び散り、特に上方への飛び散りを抑制することが可能となる。この結果、溶接箇所の周りに位置する溶接機およびその周辺設備に対するスパッタの固着、堆積が抑制されて、スパッタ欠陥発生を抑制することが出来る。

本発明に基づく実施形態に係る溶接スパッタ除去装置と溶接機との関係を示す図である。本発明に基づく実施形態に係る溶接スパッタ除去装置を説明する概念図である。スパッタの付着・堆積位置を示す図である。フラッシュバット方式の溶接機の概要説明図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、溶接スパッタ除去装置と溶接機との関係を説明する図であり、図２は、本実施形態の溶接スパッタ除去装置を説明する概念図である。
（構成）
本実施形態は、溶接機１としてフラッシュバット方式の溶接機１に適用した例で説明する。
溶接機１は、先行材Ｓ２の尾端部を上下からクランプする第１の電極対２と、後行材Ｓ１の先端部を上下からクランプする第２の電極対３とが、鋼板の搬送方向で対向配置されて構成される。
上記第１の電極対２が第１のハウジング４に設けられると共に、第２の電極対３が第２のハウジング５に設けられ、当該第１のハウジング４と第２のハウジング５とは、鋼板搬送方向で対向配置されている。また上記第１の電極対２及び第２の電極対３の上方には、突き合わせ用のスペースバー６が軸を上下に向けて配置されている。符号７はスペースバー６を作動させる作動機構部である。

そして、上記溶接機１にあっては、第１の電極対２で先行材Ｓ２の尾端部をクランプさせ、第２の電極対３で後行材Ｓ１の先端部をクランプさせた後に、一対のハウジング４，５を接近させることで第１の電極対２と第２の電極対３とを移動して、先行材Ｓ２の尾端部の端面と後行材Ｓ１の先端部の端面とをスペースバー６に当接させる。更に、スペースバー６を上昇させ、次いで、２つの電極対２，３を接近させることによって、先行材Ｓ２の尾端部と後行材Ｓ１の先端部とを突合せの調整をした後に、先行材Ｓ２の尾端部と後行材Ｓ１の先端部とを溶接する。

また、本実施形態のスパッタ除去装置は、気体吹出装置１０と気体吸引装置２０とを備える。その気体吹出装置１０と気体吸引装置２０とは、図２に示すように、上記溶接機１を挟んで対向配置している。すなわち、気体吹出装置１０と気体吸引装置２０とは、平面視において、溶接箇所である溶接部を挟んで鋼板幅方向で対向配置している。

上記気体吹出装置１０は、気体を噴射可能な複数のノズル１１，１２を備える。その複数のノズル１１，１２は、図２に示すように、高さ方向に並んで配置されている。そして、各ノズル１１，１２の噴射軸はそれぞれ、鋼板上面と平行かつ鋼板幅方向に向くように設定されている。上記複数のノズル１１，１２のうち一番下に位置するノズル１１は、その噴射軸が溶接部に向かうように設置されている。図２では、上記一番下に位置するノズル１１の噴射軸は、鋼板に向かうように設定されている。当該一番下に位置するノズル１１の噴射軸を鋼板上面の高さ位置に設定しても良い。
ここで、上記複数のノズル１１，１２は、機能的には、一番下の主ノズル１１と、その主ノズル１１より上方に位置する１以上の副ノズル１２とに分類される。図１及び図２では、副ノズルが２個の場合を例示している。この副ノズル１２が第２のノズルを構成する。

また、上記気体吸引装置２０は、平面視で、吸い込み口２０ａを溶接部に向けて配置されている。図２では、上記吸い込み口２０ａの下端を、主ノズル１１の噴射軸よりも下側に位置するように設定されている。なお、気体吸引装置２０は、不図示の集塵部を備えた集塵装置から構成すれば良い。
ここで、副ノズル１２の噴射軸は、上記一対のハウジング４，５の間の空間に向いている。副ノズル１２の噴射軸は、図１では、当該空間に位置するスペースバー６に向いている。この副ノズル１２の噴射軸は、平面視において主ノズル１１の噴射軸と同方向を向いていれば良い。例えば副ノズル１２の噴射軸を水平方向から斜め下方を向くように例えば吸い込み口２０ａに向くように設定しても良い。また、平面視において、副ノズル１２の噴射軸と主ノズル１１の噴射軸とが必ずしも重なっている必要もない。

（動作など）
先行材Ｓ２の尾端部を第１の電極対２でクランプすると共に、後行材Ｓ１の先端部を第２の電極対３でクランプする。その後、一対のハウジング４，５を接近させて、後行材Ｓ１の先端部と先行材Ｓ２の尾端部とを付き合わせた後に、各電極に通電することで溶接を開始する。
これに同期を取って若しくは溶接開始の前から、気体吹出装置１０の各ノズル１１，１２から気体を吹き出すと共に、対向配置した吸い込み口２０ａからの吸引を行う。なお、上記ノズル１１，１２から噴射する気体は、空気あるいは不活性ガスとする。

主ノズル１１からの気体は、溶接線（溶接箇所）に対し鋼板上面と平行に吹き出されることで、溶接部から発生したスパッタを気体吸引装置２０に送り、送られたスパッタは当該気体吸引装置２０の吸い込み口２０ａから吸引される。
主ノズル１１からの気体を、鋼板上面に対し平行に吹き付けることで、発生したスパッタを真っ直ぐ気体吸引装置２０側に吹き飛ばす、つまり送ることとなる。これによって、スパッタが巻き上がって、溶接機１内部および周辺設備に固着、堆積することを低減することが出来る。
なお、主ノズル１１の噴射軸は、完全に鋼板幅方向（搬送方向に直交する方向）に向いている必要は無い。鋼板を交差するように配置されていればよい。

また、本実施形態では、主ノズル１１の上方に位置する副ノズル１２からも気体を吹き付けている。
これによって、気体吸引装置２０側に向かう層状の空気流が形成される。そして、主ノズル１１からの気体で吹き飛ばしたスパッタが吸引し切れなかった場合でも、主ノズル１１の上方に副ノズル１２からの気体による鋼板幅方向に向かう気流が形成されているため、副ノズル１２による気流よりも上方にスパッタが巻き上がることが抑制されると共に、舞い上がったスパッタが、副ノズル１２から吹き出された気体によって気体吸引装置２０側に送られる結果、スパッタ吸引が促進する。
以上の事から、溶接機１およびその周辺設備へのスパッタの固着、堆積を更に防止することができ、スパッタ欠陥発生を抑えることが可能となる。

本発明の効果を確認するために、上記構成の溶接スパッタ除去装置を使用し、ノズル１１，１２からの気体の吹き付け圧力及び気体吸引装置２０による気体の吸い込み流速を変化させて実験を行ってみた。
表１に、ノズル１１，１２からの気体の吹き付け圧力及び吸い込み流速の条件を示す。また、表１に示す各条件で溶接スパッタ除去を実施し、溶接終了後の溶接機１に残存するスパッタを目視観察した結果を、表２に示す。更に溶接した後に酸洗、冷間圧延ライン通過後の鋼板表面にスパッタ欠陥の発生状況を確認した結果を表３に示す。
ここで使用している、気体を吹き付けるノズル１１，１２には、風量増幅型エアノズル（虹技株式会社製大型トランスベクター型番（モデル）NO.903；増幅比１：８）を使用していた。

表１〜３から次のようなことが分かる。
（条件１）では、溶接後にスパッタ残存が認められた。スパッタは、溶接機１上部においても残存が認められたことから、吹き付け圧力が小さいため、スパッタを巻き上げたと推測できる。また、作業後、スパッタ欠陥も発生が認められた。
（条件２）では、作業後のスパッタ欠陥の発生は認めらなかったが、溶接後に溶接機１内のスパッタ残存が認められた。（条件１）のように、溶接機１上部の残存は認められはしなかったことから、集塵装置の気体の吸い込み流速が小さかったと推測できる。
また、
（条件３）、（条件４）、（条件５）のように、吹き付け圧力および吸い込み流速が高い条件では、溶接後の溶接機１内のスパッタ残存およびスパッタ欠陥が認められなかった。

しかし、（条件６）では、作業後のスパッタ欠陥の発生は認められ、溶接後に溶接機１内のスパッタ残存が認められた。これは、吹き付け圧力が高すぎたため、スパッタを溶接機１内に撒き散らしたためと推測される。
以上のことから、吹き付け圧力は１．３ｋｇｆ／ｃｍ^２以上４．５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下で、吸い込み流速が２．３ｍ^３／ｍｉｎ以上の条件下であることが望ましいと判断できる。

１溶接機
２第１の電極対
３第２の電極対
４第１のハウジング
５第２のハウジング
６スペースバー
１０気体吹出装置
１１主ノズル
１２副ノズル
２０気体吸引装置
２０ａ吸い込み口
Ｓ１後行材
Ｓ２先行材

Claims

２つの鋼板を溶接する際に、溶接箇所から発生する溶接スパッタを除去する溶接スパッタ除去装置であって、
気体の噴射軸が溶接箇所に向き且つ鋼板表面と平行に設定されたノズルと、
上記ノズルからの気体で吹き飛ばされた溶接スパッタを吸引する気体吸引装置と、を備えることを特徴とする溶接スパッタ除去装置。
上記ノズルと気体吸引装置の吸い込み口とは、上記溶接箇所を挟んで配置されることを特徴とする請求項１に記載した溶接スパッタ除去装置。
上記ノズルの噴射軸は、平面視で、鋼板を横切る方向に延びていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した溶接スパッタ除去装置。
上記ノズルの上方に、平面視で上記ノズルの吹出方向と同方向に気体を吹き出す第２のノズ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項に記載した溶接スパッタ除去装置。
上記気体は、空気若しくは不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した溶接スパッタ除去装置。