JP2991921B2 - 連続熱間圧延におけるレーザ切断方法 - Google Patents

連続熱間圧延におけるレーザ切断方法

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JP2991921B2
JP2991921B2 JP6066225A JP6622594A JP2991921B2 JP 2991921 B2 JP2991921 B2 JP 2991921B2 JP 6066225 A JP6066225 A JP 6066225A JP 6622594 A JP6622594 A JP 6622594A JP 2991921 B2 JP2991921 B2 JP 2991921B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はホットストリップを完全
連続圧延によって製造できるようにした連続熱間圧延に
おけるレーザ切断方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の熱間圧延ラインはスラブを加熱炉
から1本ずつ抽出して粗圧延機群により、所要厚のシー
トバーに圧延し、このシートバーを仕上圧延機群により
所要厚のストリップに圧延した後コイラーによってコイ
ルに巻取るようになっている。この従来の熱間圧延ライ
ンにあっては圧延材を1本ずつという非連続圧延であ
り、能率が悪く、品質も良くないという欠点がある。
【0003】これら従来の熱間圧延ラインの問題を解決
すべく、近年、シートバーを連続的に熱間圧延するた
め、圧延中の先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部
とをシャー切断の切断面のまま突合わせ接合し、この接
合したシートバーを連続圧延する方法が提案されてい
る。しかし、切断面のままのため、突き合わせ状態が悪
く、大きなギャップが存在するため、出力密度を高める
ために集光する(通常1mm以下)必要があるレーザビ
ームを用いた接合は不可能であった。このため、特開平
4−367384号公報は熱延鋼板等を2つのレーザ加
工ヘッドで切断し、その後レーザ接合する方法や特開昭
56−163088号公報は鋼板の一方のみをレーザ切
断で整形し、その後レーザ接合することが開示されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した、特開平4−
367384号公報や特開昭56−163088号公報
は熱延材を連続化するに当たり、従来はシャー切断の切
断面のままレーザ接合されるものの改良ではあるが、し
かし、先行材、後行材の両端部を切断整形する場合、切
断速度を上げる必要があることから、加工ガスとして酸
素ガスを用いると切断速度は上昇するが、しかし、切断
部が酸化されてスケールが発生してしまう。そのため圧
接部にスケール層が存在し圧接接合の際に接合欠陥を生
ずるという問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記したよう
な問題を解決したもので、レーザ溶接と圧接を組み合わ
せた熱延連続化において、レーザ溶接する部分では酸素
にてレーザ切断して切断速度を上げ、また、圧接部では
スケールの発生しない、アルゴンガスまたは窒素ガスに
切替えることにより、溶接欠陥のない圧接を可能とする
レーザ切断方法を提供するものである。その発明の要旨
とするところは、熱間圧延装置の圧延機の仕上げ入側
で、先行の圧延材の後端部と後行の圧延材の先端をレー
ザ切断し、その先端部の形状を成形して突き合わせ部の
接触面積を増加してレーザにて両端部を突き合わせ溶接
した後、ロール圧接ロールにて接合した圧延材を連続圧
延するレーザ切断方法において、該先行材の後端部と該
後行材の先端部成形のためのレーザビームを使用して切
断する際、アシストガスを途中で瞬時に切り替えて、レ
ーザ溶接する部分は酸素にてレーザ切断し、ロール圧接
部分はアルゴンまたは窒素にてレーザ切断して切断面へ
の酸化膜の発生を抑制してロール圧接することを特徴と
する連続熱間圧延におけるレーザ切断方法にある。
【0006】
【作用】以下、本発明について図面に従って詳細に説明
する。図1は本発明に係るレーザ切断溶接ノズル構造を
示す図である。図1における、符号1は集光ミラー焦点
距離などに合わせて熱延板とノズル先端の距離を制御で
きるようにしたアダブターである。ガス吸引口2からア
シストガスを入れ、ノズル上部3及びノズル下部4の中
心軸を中心とし、円周上のガス流量が一定となるように
空間5及び6を設け、この部分から同心円周上に配置し
た12個のガス噴出穴を通してアシストガスを噴出す
る。切断中、途中でガスを高速に切り替えるためO2
の穴7とN2 用の穴7´をそれぞれ6個ずつあけてお
く。
【0007】図2はノズルのガス噴射条件を定めた説明
図である。レーザ光軸からノズル穴中心までの距離をD
/2とし、ノズル先端から切断接合部材上面までの距離
h、レーザ光軸とガス噴出穴中心軸とのなす角θ、ガス
噴射穴径d及びガス噴射穴中心軸からの距離xとすると
き、各h,d,θ,D/2を制御して最適値に設定し、
レーザ切断に必要な、レーザ光軸に対してストレートな
アシストガス流を発生させる。
【0008】図3は本発明に係るレーザ切断溶接ノズル
からガスを噴出した際のガス圧分布の合成値を示す図で
ある。6箇所の開穴からのガス圧力分布の合成が8のよ
うに径方向に小さく最高圧力値が出来るだけ高い圧力分
布が得られるようなガス噴射の条件とする。図4は本発
明に係るレーザ切断溶接ノズル下部の先端形状を示す図
である。レーザ切断中に圧接予定部分に酸化域を発生さ
せないようにするため酸素と窒素を高速で切り替えて使
用する。この際、2種類のガス圧力分布をそれぞれ独立
に得て容易かつ瞬間的に切り替えて使用できるように計
12個のガス噴出穴を設ける。図中a1 〜a6 はO2
としての酸素噴出穴、b1 〜b6 はN2 用としての窒素
噴出穴を使用する。
【0009】図5は圧延材の突き合わせ部を示す図面で
ある。W1 とW3 はレーザ溶接域でW2 は圧接域である
がレーザ切断時W2 の部分が酸化しないようにこの部分
ではアルゴンまたは窒素N2 をアシストガスとして吹き
付け切断する。W1 からW3までを全てアシストガスと
して酸素ガスを使用し10m/minでレーザ切断した
場合、スケール膜厚約20μm程度のスケールが熱延材
断面に付着する。このままW1 とW3 を各々圧延材上面
より材料端部からそれぞれ180mm(片側切断面積率
は圧延全断面積の3%の条件)としてレーザ溶接し仕上
げ圧延機で圧下率40%で圧延するとレーザ溶接してい
ない部分は圧接により接合されず、さらに後続の仕上げ
圧延による圧下により圧延時に途中で破断する恐れがあ
る。
【0010】そこでW1 部ではa1 〜a6 から酸素を噴
出して切断し、W2 部では酸素を止めb1 〜b6 からア
ルゴンまたは窒素を噴出して切断、W3 部では再びアル
ゴンまたは窒素を止めa1 〜a6 から酸素を噴出して切
断し、全切断過程を終了する。その後W1 とW3 を各々
圧延材上面より材料端部からそれぞれ180mm(片側
切断面積率は圧延全断面積の3%の条件)としてレーザ
溶接し仕上げ圧延機で圧下率40%で圧延した場合、圧
接による接合部の接合強度は5kgf/mm2で接合断
面率はレーザ溶接による接合部と合計し75%となり破
断のない良好な圧延が可能となる。
【0011】
【実施例】
実施例1 加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延機によって圧延した
後の板厚60mm、幅1980mm、温度1000℃、
100mpmで走行中の先行圧延材の後端部と同条件の
後行圧延材の先端部とをそれぞれペンデュラムシャーで
切断して端部形状を整えて突合わせ、レーザ出力25k
wとし、焦点距離500mmの集光ミラーで集光し、切
断速度60mm/秒で溶接速度30mm/秒なる条件の
レーザ装置2台を用いて、全幅をレーザ切断した後、圧
延材の上面より材料端部からそれぞれ180mm(片側
接合断面積率は圧延全断面積の3%条件)で接合した。
その後、仕上げ圧延機で圧下率40%の圧延を実施し
た。その結果を調査すると、非レーザ接合面は圧延機に
より圧接されており、レーザ接合部と合計すれば接合断
面は75%以上に達した。この条件で後続の仕上げ圧延
機を用いて連続熱間圧延を実施し、板厚6mmの製品に
仕上げたところ、破断なく良好な圧延が実施された。こ
の時の切断時の加工ガス条件は以下の通りである。
【0012】加工ガスが酸素の場合、図2に示すガス圧
力分布8のピーク圧力が2kgf/cm2 、圧力がピー
ク圧力の1/2になる圧力広がり半径が3mmであっ
た。切断速度は60mm/秒、切断面にドロスの付着は
なく、切断粗さ0.1mm以下、上部カーフ幅と下部カ
ーフ幅の差が10%以内の良好な切断を行うことが出来
た。加工ガスが窒素の場合、図2に示すガス圧力分布8
のピーク圧力が2kgf/cm2 、圧力がピーク圧力の
1/2になる圧力広がり半径が3mmであった。切断速
度は20mm/秒、切断面にドロスの付着はなく、切断
粗さ0.1mm以下、上部カーフ幅と下部カーフ幅の差
が10%以内の良好な切断を行うことが出来た。上記実
施例において、図2に示すθ=25°、d=1.5mm
φ、D/2=5mm、酸素供給条件としては、供給圧5
kgf/cm2 、酸素流量300l/min、窒素供給
条件としては、供給圧5kgf/cm2 、窒素流量30
0l/minであった。
【0013】実施例2 実施例1と同様に、加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延
機によって圧延した後の板厚40mm、幅1550m
m、温度1050℃、50mpmで走行中の圧延材の先
行材後端部と後行先端部とをレーザ出力25kwとし、
焦点距離500mmの集光ミラーで集光し、切断速度1
20mm/秒で溶接速度60mm/秒なる切断・溶接条
件のレーザ装置2台を用いて、全幅をレーザ切断した
後、圧延材の上面より材料端部からそれぞれ320mm
(片側接合断面積率は圧延全断面積の8%条件)で接合
した。この時の切断時の加工ガス条件は以下の通りであ
る。
【0014】加工ガスが酸素の場合、図3に示すガス圧
力分布8のピーク圧力が4kgf/cm2 、圧力がピー
ク圧力の1/2になる圧力広がり半径が4mmであっ
た。切断速度は120mm/秒、切断面にドロスの付着
はなく、切断粗さ0.1mm以下、上部カーフ幅と下部
カーフ幅の差が10%以内の良好な切断を行うことが出
来た。加工ガスが窒素の場合、図3に示すガス圧力分布
8のピーク圧力が4kgf/cm2 、圧力がピーク圧力
の1/2になる圧力広がり半径が4mmであった。切断
速度は40mm/秒、切断面にドロスの付着のなく、切
断粗さ0.1mm以下、上部カーフ幅と下部カーフ幅の
差が10%以内の良好な切断を行うことが出来た。上記
実施例において、図2に示すθ=15°、d=1.0m
mφ、D/2=7mm、酸素供給条件としては、供給圧
7kgf/cm2 、酸素流量500l/min、窒素供
給条件としては、供給圧7kgf/cm2 、窒素流量5
00l/minであった。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるガス切
替えレーザ切断溶接ノズルを使用する場合、先ず酸素ガ
スを使用することにより、切断速度を高め、圧接部では
アルゴンガスまたは窒素ガスを使用して切断部の酸化に
よるスケール発生を防止しながら、圧接を行うもので、
これによって工程時間の短縮による生産性の向上と圧着
精度を図ることが出来る優れた効果を奏するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザ切断溶接ノズル構造を示す
図、
【図2】ノズルのガス噴射条件を定めた説明図、
【図3】本発明に係るレーザ切断溶接ノズルからガスを
噴出した際のガス圧分布の合成値を示す図、
【図4】本発明に係るレーザ切断溶接ノズル下部の先端
形状を示す図、
【図5】圧延材の突き合わせ部を示す図面である。
【符号の説明】
1 アダプタ 2 ガス吸引口 3 ノズル上部 4 ノズル下部 5、6 空間 7、7´ ノズル穴 8 ガス圧力分布 D/2 レーザ光軸からノズル穴中心までの距離 h、ノズル先端から切断接合部材上面までの距離 θ ガス光軸とガス噴出穴中心軸とのなす角 d ガス噴出穴径 x ガス噴出穴中心軸からの距離 a1 〜a6 酸素噴出穴 b1 〜b6 窒素噴出穴 W1 、W3 レーザ溶接域 W2 圧接域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 博之 神奈川県相模原市淵野辺5−10−1 新 日本製鐵株式会 エレクトロニクス研究 所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B21B 1/26 B21B 15/00 B23K 26/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱間圧延装置の圧延機の仕上げ入側で、
    先行の圧延材の後端部と後行の圧延材の先端をレーザ切
    断し、その先端部の形状を成形して突き合わせ部の接触
    面積を増加してレーザにて両端部を突き合わせ溶接した
    後、ロール圧接ロールにて接合した圧延材を連続圧延す
    るレーザ切断方法において、該先行材の後端部と該後行
    材の先端部成形のためのレーザビームを使用して切断す
    る際、アシストガスを途中で瞬時に切り替えて、レーザ
    溶接する部分は酸素にてレーザ切断し、ロール圧接部分
    はアルゴンまたは窒素にてレーザ切断して切断面への酸
    化膜の発生を抑制してロール圧接することを特徴とする
    連続熱間圧延におけるレーザ切断方法。
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JP4925616B2 (ja) * 2005-07-08 2012-05-09 株式会社アマダ ピアス加工方法及びレーザ加工装置
CN117086498B (zh) * 2023-10-19 2024-02-23 深圳市铭镭激光设备有限公司 激光切割焊接机及作业方法

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