JP2583163B2 - コイル材突合せ溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軟鋼板、銅板、アルミ
ニウム等のほか、ステンレス鋼板、高炭素鋼板及び珪素
鋼板等の付加価値の高い特殊鋼板を含むこれらコイル材
（広幅帯鋼又は帯鋼等のコイル材）をエネルギ−密度の
高い熱源を利用して突合せ溶接する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板の連続圧延ラインでは、鋼板を連続
的に生産するために、先行するコイル材の後端と後行す
るコイル材の前端とをライン上で突合せ溶接して圧延工
程に通板している。一般にコイル材を突合せ溶接にて連
続的に継なぐ場合、フラッシュ溶接機やア−ク溶接が使
用されてきた。 フラッシュ溶接機は、溶接部の熱影響
部が大きいため溶接部が製品の一部に含まれるような素
材、例えば高炭素鋼板、ステンレス鋼板、珪素鋼板等の
いわゆる特殊鋼鋼板の溶接には金属組織や機械的性能の
劣化による好ましくないことがあり、この種の溶接には
一般にＴＩＧ溶接機やＭＩＧ溶接機が使用されてきた。
しかし、これらのア−ク溶接でも熱応力による変形や溶
融金属の結晶粒子の粗大化によって溶接部の機械的強度
が喪失し、コイル材の通板時あるいは圧延時に溶接部か
ら破断が生じることがある。これを避けるために最近の
鋼板プロセスライン設備にはエネルギ−密度の高いレ−
ザ−溶接機が導入されてきた。

【０００３】レ−ザ−溶接はいうまでもなく電子ビ−ム
溶接と同様にエネルギ−密度の高い熱源を利用した溶融
溶接法であって、入熱量が小さく、単位入熱当たりの溶
け込みが深く、溶接部の熱応力による変形がなく溶融金
属の結晶粒子がこまかいため、溶接部が直接製品の一部
となるような高品質の溶接部を得る場合に有用な溶接法
である。

【０００４】しかしながら、レ−ザ−溶接は電子ビ−ム
溶接と比較すると、下記の表１から次のような問題が指
摘される。すなわち、レ−ザ−溶接は、電子ビ−ム溶接
に比べ、最大入力に対する出力効率が低く、電源設備が
大きくなり高価額機となる。また銅、アルミニウム、チ
タン鋼材等の溶接に対しては溶接不適用材料として十分
に対応できない。

【０００５】一方、電子ビ−ム溶接は銅、アルミニウ
ム、チタン鋼材等の溶接には十分に対応できるが、溶接
を真空雰囲気中で行うために真空引きする時間及び設備
が必要となる。現状におけるコイル材の溶接方法として
コイル材全体を大形真空チャンバに投入して溶接するこ
とが考えられるが、所定の真空まで排気するのに長い時
間がかかり工業的生産に対応できなかった。

【０００６】

【表１】 電子ビ−ム溶接機 レ−ザ−溶接機 １．最大出力 ５ＫＶＡ ５ＫＶＡ ２．最大入力 ２０ＫＶＡ ２００ＫＶＡ ３．溶接能力板厚 ２０ｍｍ ８ｍｍ （軟鋼板） （溶接速度１ｍ／min ） （溶接速度１ｍ／min ） ４．真空引き 必要 不要 ５．シ−ルドガス 不要 必要 ６．溶接適用材料 （◎：適用大 ○：適用中 △：適用小 ●：不適用） 軟鋼板 ◎ ◎ 極低炭素鋼板 ◎ ◎ 高炭素鋼板 ○ ○ ステンレス鋼板 ○ ○ 銅板 ◎ ● アルミニウム鋼板 ◎ ● チタン鋼板 ◎ △

【０００７】鋼板のプロセスライン設備に電子ビ−ム溶
接機を導入して突合せ溶接する場合、たとえば特公昭５
４−１８６６７号公報に記載された発明が知られてい
る。この発明は被溶接物の溶接線を包囲する気密空間を
形成し、この気密空間を真空排気し、電子ビ−ムによっ
て溶接するものにおいて、上記気密空間を形成する真空
チャンバを、上記被溶接物を挟んで両端部で開口する上
部真空容器及び下部真空容器と、上記両端部の開口をそ
れぞれ覆う端部真空容器とで形成するようにしたもので
ある。

【０００８】しかしながら、連続処理を行うプロセスラ
インでは、先行するコイル材の後端と後行する帯板の前
端とを相対向する入側クランプ装置と出側クランプ装置
とでクランプし、溶接に先駆けて両端部を切断し、両切
断部を突合せた後、その突合せ溶接線を真空チャンバに
て包囲し、真空雰囲気中で突合せ線に電子ビ−ムを照射
して溶接を行う場合に、入側と出側とのクランプ間隔に
上記のような別部品の真空チャンバを挿入すると、その
分広いスペ−スが必要となり、真空チャンバの容積が大
きくなり、このため排気時間も長くなる。また、このよ
うにクランプ位置から突合せ溶接線の出ししろ寸法が大
きくなると、コイル材自身の歪や撓みなどで適正な突合
せ精度が得られず、溶接品質に悪影響を及ぼすことにも
なる。

【０００９】そこで本発明は、鋼板から非鉄金属までい
かなる材質のコイル材の溶接にも品質上満足する結果が
得られるように、突合せ精度を一段と高めると共に、電
子ビ−ム溶接に必要な真空チャンバの容積を縮小し、真
空排気時間を大幅に短縮し、電子ビ−ムの優れた溶接特
性を各種鋼板のプロセスライン設備に応用実現化するも
のである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する問題点は、先行コイル材と後行コイル材とを突合せ
溶接するときに、従来の考えではクランプ位置を十分に
突合せ溶接線に近づけることができなかった点にある。
また真空チャンバの容積が大きく、真空排気等の付帯作
業時間を短縮できなかった点にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、連続処理プロ
セスラインの溶接設備において電子ビームの高密度パワ
ーの熱エネルギーを利用してコイル材の突合せ溶接を行
う場合に有用であって、この場合の高度の突合せ精度を
得るために、前記入側クランプ装置と出側クランプ装置
についてコイル材の両面を各々上下から板幅方向にクラ
ンプする２対の上下クランプ・ビーム自身を真空チャン
バの隔壁の一部として構成した。

【００１２】

【作 用】先行コイル材と後行コイル材とを入側及び出
側のクランプ装置でそれぞれクランプ保持し、クランプ
装置の間に切断装置を挿入して、コイル材端部を切断
し、次ぎに入側クランプ装置を前進させてその切断面を
接触させて突合せ溶接線を形成する。次いで各クランプ
装置の上下クランプ・ビ−ムに上下シ−ルプレ−トを下
降乃至上昇させて真空チャンバを構成する。真空吸引装
置によりチャンバ内の真空引きが行われ、所定の真空雰
囲気に達したところで電子銃からビ−ムを照射し、ガン
ユニットと共に電子ビ−ムを溶接線方向に移動し溶接線
全長を溶融接合する。

【００１３】かくして、入側及び出側のクランプ位置を
突合せ溶接線に接近させることで、クランプからの出し
しろを短くし突合せ精度をより一層高めることができ、
レ−ザ−溶接では対応できなかった材質の溶接にも対応
し、高品質の溶接が得られるほかに、入側及び出側のク
ランプ装置自体がクランプ機能と真空シ−ル機能を兼ね
備えるために、真空室がコンパクトになりその真空容積
を必要最小限とすることができ、排気時間の大幅短縮は
勿論のこと、レ−ザ−溶接機と比べて連続処理プロセス
ライン設備の規模縮小と設備費低減を可能にする。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。なお、図１は本発明装置の概要を示す正面図であ
る。また図２は同じく側面図である。符号の１はベ−ス
である。２は入側クランプ装置を示す。また３は出側ク
ランプ装置である。入側クランプ装置２及び出側クラン
プ装置３は、ライン上において相対向する位置に適間隔
をもってベ−ス１に配置されている。

【００１５】入側クランプ装置２は、その詳細を図４及
び図５に示すように、四角形のクランプフレ−ム４が上
記ベ−ス１の上に位置対称に固定されたクランプ支持フ
レ−ム５，５のレ−ル６，６にそれぞれベアリング７，
７を介して案内され、インデックスシリンダ８によって
前進後退する。入側クランプ装置２はクランプフレ−ム
４の上部に上クランプ・ビ−ム１１が固定され、下部に
は上クランプ・ビ−ム１１に対応する下クランプ・ビ−
ム１２がクランプフレ−ム４の両肩内側に固定されたレ
−ル９，９にベアリング１３，１３を介してガイドさ
れ、クランプシリンダ１４により上下移動する。

【００１６】入側クランプ装置２に対応する出側クラン
プ装置３は、図６及び図７に示すように、ベ−ス上に固
定されたフレ−ム１５の上部に上クランプ・ビ−ム１６
が固定され、その下部には上クランプ・ビ−ム１６に対
応する下クランプ・ビ−ム１７が設けてあり、この下ク
ランプ・ビ−ム１７はフレ−ム１５に垂直に固定された
レ−ル１８，１８にベアリング１９，１９がガイドされ
てクランプシリンダ２０により上下移動するものであ
る。

【００１７】入側と出側の上クランプ・ビーム１１，１
６は真空チャンバの上部側の隔壁の一部を構成するもの
で、その一例を図９に示すようにコイル材の上面を板厚
方向に押圧し気密にシールするクランプ面を有し、この
クランプ・ビーム１１，１６の両側には側壁２１，２１
があり、各クランプ・ビームの平面が「コ」の字形の形
態をなし、しかも入側と出側の各クランプ・ビームには
「コ」の字形の開口した側に垂直面２２，２２が形成さ
れている。この垂直面２２，２２にはシール材が挿入さ
れていて、図９のようにコイル材端部を切断した後、入
側クランプ装置を前進させ、先行コイルと後行コイルの
切断面を接触させたとき、垂直面２２，２２も閉じら
れ、この垂直面同志が互いに接触して気密状態が保持さ
れる。これら二つの上クランプ・ビーム１１，１６の上
面には同一平面内で突合せ溶接線を覆い囲む四角形のシ
ールトラック面２４が形成され、このシールトラック面
２４のシールラインａに後述する電子銃ユニット５０の
上部シールプレート４３が搭載される。

【００１８】次に、入側と出側の下クランプ・ビーム１
２，１７は真空チャンバの下部側の隔壁の一部を構成す
るもので、たとえば図１０に示すようにコイル材の下面
を板厚方向に押圧し気密にシールするクランプ面を有
し、このクランプ面にはシール材２３が組み込んであ
る。このクランプ・ビーム１２，１７の下側には、
「コ」の字形の形態をなす溝２６が形成されていて、
「コ」の字形に開口した側の垂直面２７にもシール材が
挿入されていて、図１０のようにコイル材端部を切断し
た後、入側クランプ装置を前進させ、先行コイルと後行
コイルの切断面を接触させたとき、垂直面２７，２７も
閉じられ、垂直面同志が互いに接触して気密状態が保持
される。これら二つの下クランプ・ビーム１２，１７の
同一平面内には突合せ溶接線を覆い囲む四角形のシール
トラック面２８が形成され、このシールトラック面のシ
ールラインｂに後述する下部シールプレート５３が接触
して気密状態が保持される。

【００１９】３０はシャ−装置である。その詳細を図１
２に示す。この場合、上刃３１と下刃３２とは帯板幅方
向を切断するのに十分な長さを有するもので、ここでは
いわゆるギロチン式シャ−を例にしたが、他のロ−タリ
−シャ−でもよい。このシャ−装置３０は、入側クラン
プ装置２と出側クランプ装置３との間をライン直角方向
に進入乃至後退するもので、実質的にはベ−ス上に配置
されたガイドフレ−ム３３，３３に固定されたレ−ル３
４，３４をガイドとして駆動シリンダ３５により移動す
るトラベラ３６の上にシャ−フレ−ム３７が搭載されて
いる。

【００２０】上刃３１はシャ−フレ−ム３７の上部にヒ
ンジ３８を中心に回転する上部フレ−ム３９に固定さ
れ、シャ−フレ−ムに固定されたカッテングシリンダ４
０により昇降する。また下刃３２はシャ−フレ−ム３７
の垂直方向に固定されたレ−ル２３にベアリング等のガ
イドを介して案内され、昇降シリンダ４１により所定の
高さつまりシャ−ラインまで上昇する。

【００２１】４２はトラベラ３６の上部においてシャ−
装置３０と位置対称に固定されたガン支持フレ−ムであ
る。この支持フレ−ム４２の上部には真空チャンバの一
部を構成する上部シ−ルプレ−ト４３がチルトシリンダ
４９によりスイング可能にヒンジ４４を介して連結して
ある。このシ−ルプレ−ト４３は図８に示すように直角
方向に細長い貫通した溶接用ビ−ム通路４５が穿設して
あり、そのプレ−ト下面の通路４５の周囲には前述した
入側及び出側に位置する上クランプ・ビ−ムのシ−ルト
ラック面（ａライン）をシ−ルするためのシ−ル材２５
が嵌め込んである。

【００２２】５０は電子銃ユニットである。図１及び図
３に示すように、その両サイドに取りつけたロ−ラ５
１，５１を前記シ−ルプレ−ト４３の上面に固着したガ
イド４６にそって移動できるように支持されていて、電
子銃中心をラインに対して直角方向に移動するのに、上
部シ−ルプレ−ト４３の両端に固定された軸受け４７，
４７に支持されたボ−ルスクリウ４８を、電子銃ユニッ
ト５０の固定ナット５２に組み込み、そのボ−ルスクリ
ウ４８を電動モ−タＭ等の駆動源で回転する。

【００２３】５３は真空チャンバの下部側の隔壁の一部
を構成する下部シールプレートである。この場合、図１
と図３及び図１１に示すように、トラベラ３６の上に固
定された支持フレーム４２の垂直面に設けたガイドレー
ル５４に案内されて駆動シリンダ５５によって上下動す
る。このプレート５３の上面には下クランプ・ビームの
下面（ｂライン）をシールするシール材２９が嵌め込ん
である。二つの下クランプ・ビーム１２，１７の溝２６
に、突合せ溶接線をその下側から覆い囲む四角形のシー
ルトラック面２８のシールラインｂに下部シールプレー
ト５３を駆動シリンダ５５によって上昇させて密閉し、
気密状態を保持する。

【００２４】５６はサイドプレ−トである。この場合、
図９に示すように、入側及び出側の上下クランプ・ビ−
ムの両側に生じる、コイル材の板厚と同等程度のスペ−
スを気密に包囲するために溶接線開始側とその溶接終了
側に挿入されるもので、シ−ル板に相当するものであ
る。。

【００２５】次に本発明の動作を説明する。先ず、図１
の如く切断装置３０をライン上に停止した状態におい
て、コイル材を通板し、先行コイル材の後端と後行コイ
ル材の前端とを所定位置で停止し、相対向する両端部を
入側クランプ装置２及び出側クランプ装置３の上クラン
プ・ビ−ム１１，１６と下クランプ・ビ−ム１２，１７
とによりそれぞれクランプ保持する。次いで切断装置３
０の下刃３２を昇降シリンダ４１によりシャ−ラインま
で上昇して待機する。続いてカッテングシリンダ４０の
動作で上部フレ−ム３９がヒンジ３８を中心に回転し、
上刃３１を下降して両端部を一気に切断する。

【００２６】両端部のカッテングが終わると、上刃３１
及び下刃３２は先の切断動作とは逆の動作で元の状態に
戻り、 次の駆動シリンダ３５の動作により切断装置３
０全体をトラベラ３６の移動で図１の左方向に移動する
と同時に、この動作で図１の右側から電子銃ユニット５
０の上部シ−ルプレ−ト４３がチルトシリンダ４９によ
り上方に押上られた状態で前進する。トラベラ３６が前
進完了した時点で、後行コイルを入側クランプ装置２の
インデックスシリンダ８によって前進させ、先行コイル
と突合わせる。この動作で各上下クランプ・ビ−ムの垂
直面２２，２２及び垂直面２７，２７が閉じることにな
り、同時に上部シ−ルプレ−ト４３が上クランプ・ビ−
ム１１，１６の平面上に形成されたシ−ルトラック面２
４の上に位置し、この時、チルトシリンダ４９が作動し
て上部シ−ルプレ−ト４３を上記トラック面に下ろす。
このプレ−ト４３により上クランプ・ビ−ム１１，１６
の上面（シ−ルラインａ）をシ−ルすると共に、一方の
下部シ−ルプレ−ト５３を駆動シリンダ５５によって上
昇させて下クランプ・ビ−ム１２，１７の突合せ溶接線
を覆い囲む四角形のシ−ルトラック面２８（シ−ルライ
ンｂ）に押し当てて気密状態を保持する。そして入側及
び出側の上下クランプ・ビ−ムとの間にサイドプレ−ト
５６を挿入し、真空チャンバ全体の形態を構成する。

【００２７】このように、上下からそれぞれのシ−ルプ
レ−トが下降乃至上昇し、そのサイドスペ−スにはサイ
ドプレ−ト５６を入側クランプ装置と出側クランプ装置
とに押し込むことによって突合せ溶接線を局部的に包囲
する真空チャンバを構成する。真空吸引装置によりチャ
ンバ内の気圧を吸引し、所定の真空度に達した時点で電
子銃から電子ビ−ムを照射し電子銃ユニット５０を溶接
線全長に移動しつつ溶融溶接を行う。

【００２８】溶接が終ると、真空チャンバ内の真空が大
気に戻される。電子銃ユニット５０をチルトシリンダ４
９により上方にチルトし、これによって上部シ−ルプレ
−ト４３が上クランプ・ビ−ム１１，１６から離れる。
この時、下部シ−ルプレ−ト５３も昇降シリンダ５５に
より下降する。続いて入出側クランプ装置２，３と下ク
ランンプ・ビ−ム１２，１７を下降させると同時に、入
側クランプ装置２のインデックスシリンダ８によって上
下クランプ・ビ−ム１１，１２が原位置に戻る。次にト
ラベラ３６が駆動シリンダ３５により図１の右方向に移
動する。この動作で切断装置３０がライン上に直角方向
から前進し、すべての駆動部が元の状態に戻り、次の溶
接動作に備える。

【００２９】なお、本発明の実施例ではサイドプレ−ト
５６を上下クランプ・ビ−ムの間に挿入するようにした
が、これにとらわれずにこのサイドプレ−ト５６を上下
クランプ・ビ−ムの何れか一方に固定してもよいし、自
動的に抜き差しできるようにしても同様の作用が得られ
ることは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上、本発明によれば、鋼板から非鉄金
属の連続処理ラインの溶接設備として、先行コイル材及
び後行コイル材を連続的に接合する場合に、ライン上に
配置された入側クランプ装置と出側クランプ装置自身を
真空チャンバの一部として構成したから、クランプ位置
を突合せ溶接線に十分に接近させることができる。した
がって、クランプ位置からのコイル材の出ししろを短く
し突合せ精度をより一層高めることができる。

【００３１】また本発明は、クランプ装置自体がクラン
プ機能と真空シ−ル機能を兼ね備えたことにより、真空
チャンバの形態を溶接に必要な一連の作業動作で組み立
てることができる。また真空チャンバが分離構造である
からコンパクトに設計することができ、その真空容積を
必要最小限に減らすることができる。したがって、排気
時間の大幅短縮は勿論のこと、電子ビ−ム溶接機を導入
した鋼板プロセスライン設備の実用化を可能にし、レ−
ザ−溶接では得られない銅板、アルミニウム、チタン鋼
板等の溶接不適用鋼板の溶接と溶接品質向上を可能と
し、しかもレ−ザ−溶接機を配置した鋼板プロセスライ
ン設備と比べてその規模縮小と設備費低減を実現する。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施例を示す正面図

【図２】本発明装置の実施例を示す側面図

【図３】本発明装置の入側クランプ装置と出側クランプ
装置とを真空チャンバの一部として構成した一例で、一
部に破断部分を含む側面図。

【図４】本発明装置の入側クランプ装置の実施例を示す
正面図。

【図５】本発明装置の入側クランプ装置の側面図。

【図６】本発明装置の出側クランプ装置の実施例を示す
正面図。

【図７】本発明装置の出側クランプ装置の側面図。

【図８】本発明装置の上部シ−ルプレ−トの一例を示す
斜視図。

【図９】本発明装置の入側及び出側の上クランプ・ビ−
ムの実施例を示す斜視図。

【図１０】本発明装置の入側及び出側の下クランプ・ビ
−ムの実施例を示す斜視図。

【図１１】本発明装置の下部シ−ルプレ−トの一例を示
す斜視図。

【図１２】本発明装置の切断装置の一例を示す側面図。

【符号の説明】

２ 入側クランプ装置 ３ 出側クランプ装置 １１ 上クランプ・ビ−ム １２ 下クランプ・ビ−ム １６ 上クランプ・ビ−ム １７ 下クランプ・ビ−ム ３０ 切断装置 ４３ 上部シ−ルプレ−ト ５３ 下部シ−ルプレ−ト

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行するコイル材の後端と後行するコイ
   ル材の前端とを相対向する入側クランプ装置と出側クラ
   ンプ装置とでクランプ保持し、これら両板材の端部を切
   断装置により切断した後、両切断部を突合せて形成した
   突合せ溶接線を真空チャンバにて包囲し、そのチャンバ
   内の気圧を所定の真空度まで吸引し、その真空雰囲気中
   で高密度パワーの熱エネルギーを照射して突合せ端部を
   溶融接合する装置であって、前記入側クランプ装置及び
   出側クランプ装置の間に、前記切断装置が進入ないし後
   退可能に配置されており、しかも前記両クランプ装置の
   コイル材を挟持する上クランプ・ビームと下クランプ・
   ビームとが真空チャンバの隔壁の一部として突合せ溶接
   線を囲む局部密封空間を形成するようにしたコイル材突
   合せ溶接装置。