JP3824515B2 - 金属材の連続圧延接合装置用電極 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビレット等の金属素形材を所定寸法の金属粗材に圧延した後、圧延ライン内で先行する金属粗材と後行する金属粗材とを接合して、連続圧延する金属材の連続圧延に係り、とくに、先行する金属粗材と後行する金属粗材とを接合し連続金属粗材とする、金属材の連続圧延用接合装置に用いられる溶接用電極に関する。なお、本発明でいう、 『金属粗材』とは、金属素形材に粗圧延等の圧延を施した後の、 いわゆる中間段階の材料を意味するものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブルームやビレットなどの金属素形材から線、棒、条など所定断面積、形状を有する長尺の金属材を製造するにあたっては、これらの金属素形材に熱間圧延を施すことが行われている。熱間圧延とは、高温に加熱した金属素形材、あるいは連続鋳造によって得られた高温の金属素形材、を圧延し所望の寸法形状の金属材とする方法である。
【０００３】
ところで、このような熱間圧延においては、有限な長さの金属素形材を１本ずつ順次圧延する、いわゆるバッチ圧延では、１本の金属素形材を圧延してから次の金属素形材の圧延にかかるまでに時間間隔が生じ、このため、生産性を向上させることができないという問題や、圧延工程に比べ上流工程の生産性が高いため、被圧延材を一次圧延パスラインから外さざるを得ない場合が発生する。このため、折角、所定温度に加熱した金属素形材の温度低下が免れず、熱エネルギーの損失が大きいという問題や、またバッチ圧延のため長さが中途半端な端尺物が発生し歩留が低下するという問題があった。
【０００４】
このような問題に対し、例えば、特開平10-5803 号公報には、いわゆる連続圧延法が開示されている。特開平10-5803 号公報に記載された技術は、複数の材料（素形材）を第１の圧延機列で順次圧延する工程と、走行式溶接機を材料の移動に同期させながら移動させつつ、先行の材料の後端と後行する材料の先端とをフラッシュバット溶接により接続して連続材とする工程と、連続材の溶接部のバリを除去する研削工程と、連続材をさらに下流に配置した第２の圧延機列で連続的に圧延する工程とを有する圧延機間溶接連続圧延方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平10-5803 号公報に記載された技術では、上記したように、走行式溶接機を先行する材料の移動に同期させながら移動させつつ、先行の材料の後端と後行の材料の先端とをフラッシュバット溶接により接続する工程を必須の要件としている。しかし、本発明者らが種々試行を繰り返したところ、先行の材料の後端と後行する材料の先端とをフラッシュバット溶接により接続するに当り、溶接用のクランプ電極により材料が一応把持（クランプ）されているにもかかわらず、材料の接合ができない場合が多発するという問題が判明した。本発明者らは、このような問題は、接合に際し、被溶接材が溶接用クランプ電極に対して、ずれた状態で把持 (クランプ）されてしまう場合があるためであることを突き止めた。
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、 金属材の連続圧延において、先行する金属粗材と後行する金属粗材を接合装置でフラッシュバット溶接により接合し、連続金属粗材とするにあたり、金属粗材が溶接用クランプ電極に対してずれを生じることなく把持 (クランプ）でき、それによって溶接接合が安定して可能な、金属材の連続圧延接合装置用電極を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、金属材の連続圧延に際し移動式接合装置で使用するフラッシュバット溶接の電極形状について鋭意検討した。その結果、図５に示すような、Ｖ字状の溝を有する形状の電極では、先行する金属粗材の後端部や後行する金属粗材の先端部に発生する曲がりや、走行の偏りに起因して、把持しようとする被接合材である金属粗材がＶ字状の溝から逃げたり、あるいは、ずれて溝の幅方向中心から外れた状態で把持されてしまい、正常な接合ができない場合があることを見いだした。そして、本発明者らは、このような電極の溝の幅方向中心からの被接合材（金属粗材）のずれを防止するため、電極を分割した上下２つの電極部材からなるものとし、下電極部材には溝部、好ましくはＵ字状の溝部を形成した形状の電極部材としたうえで、上電極部材を前記溝部に受入可能な凸状部を有し、該凸状部の先端部には金属粗材をクランプ可能とする凹部を有する形状の電極とすることが良いことを見いだした。このような形状の電極をフラッシュバット溶接の電極として使用することにより、被接合材である先行する金属粗材および後行する金属粗材を正常な姿勢で把持できるようになり、フラッシュバット溶接による溶接接合が安定して可能となることを見いだした。
【０００８】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は下記のとおりである。
（１）先行する金属粗材の後端と後行する金属粗材の先端とを突合せて、溶接により接合し連続金属粗材とする、金属材の連続圧延用接合装置に用いられる溶接用電極であって、該溶接用電極は、前記金属粗材を把持（クランプ）し通電可能なように分割された２つの電極部材からなり、該分割された２つの電極部材のうちの一方の電極部材は該電極部材の長手方向に延びる凸状部を有し、 かつ該凸状部の先端部には該電極部材の長手方向に延びる凹部が形成されるとともに、前記分割された２つの電極部材のうちの他方の電極部材には該電極部材の長手方向に延びる溝部が形成され、該溝部は前記一方の電極部材の凸状部を受入可能に形成されたことを特徴とする金属材の連続圧延接合装置用電極。
（２）（１）において、前記溝部が、側壁部とその下に連設された大略Ｖ字型をなす底部よりなることを特徴とする金属材の連続圧延接合装置用電極。
（３）（１）または（２）において、前記凸状部の先端部に形成され電極部材の長手方向に延びる凹部の表面には、さらに該電極部材の長手方向に直交する方向に、ラッキングを施したことを特徴とする金属材の連続圧延接合装置用電極。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記他方の電極部材に形成された溝部の長手方向の一端側は、外側に開いた形状の傾斜面とすることを特徴とする金属材の連続圧延接合装置用電極。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図２に、本発明に好適な金属材の連続圧延設備の一例を示す。
本発明が対象としている金属材の連続圧延においては、直列に配置した複数の圧延機列を用いて、金属素形材を金属仕上げ材（製品）に圧延する。図示しない連続鋳造機から直送され、もしくは加熱炉２によって加熱された金属素形材（ビレット）１は、複数の圧延機列の、上流の圧延機列（粗圧延機列）３にて粗圧延され、金属粗材５とされる。該金属粗材は次いで下流の圧延機列（中間圧延機列）13によって圧延され、その後必要に応じてさらに下流の圧延機列（仕上げ圧延機列）14によって仕上げ圧延され、製品の金属仕上げ材とされる。
【００１０】
本発明が対象としている金属材の連続圧延においては、この上流の圧延機列３と下流の圧延機列13の間に、接合装置12を配設する。この接合装置12によって先行する金属粗材11の後端に後行する金属粗材10の先端を接合し、下流の圧延機列13、必要に応じて下流の圧延機列14にて連続的に圧延するのである。接合装置12は金属粗材10，12を走行中に接合するのであれば上流の圧延機列３と下流の圧延機列13の間を往復移動できる移動式接合装置とするのが好ましい。
【００１１】
一方、図示は省略するがルーパ等の金属粗材の貯留部を設けて先行する金属粗材および／又は後行する金属粗材の一部を貯留して、接合位置を固定し、固定配置された接合装置で接合しても良い。
なお、接合される金属粗材10，11の先端、後端は上流の圧延機列３を出たところで切断機４によって切断して端面を接合に適する形状に調整することが好ましい。
【００１２】
先行の金属粗材11後端と後行の金属粗材10先端を接合するための移動式接合装置12は、 上流の圧延機列３と下流の圧延機列13の間を往復可能に配設される。このため、移動式接合装置12は、 台車とすることが好ましい。
本発明が対象とする金属材の連続圧延における移動式接合装置12では、 フラッシュバット溶接機を配設し、フラッシュバット溶接により金属粗材の端面同士を接合するものとする。移動式接合装置12の一例を概略で平面図で図３に示す。図３は、移動式接合装置12が上流の圧延機列３に最も近い位置に戻っている場合を示す。図中、15は把持装置、16は接合手段、10は後行の金属粗材、11は先行の金属粗材、19は圧延ライン、20は待機ライン、50はピンチロール、18b はメジャーロールを示す。
【００１３】
接合の際の好ましい手順について簡単に説明する。
まず、後行する金属粗材を把持装置15の把持手段15d で把持し、図３に示すように、好ましくは後行する金属粗材10の先端が、下流の圧延機列の圧延パスラインの上方の所定の位置となるように、把持装置15の移動手段15b により移動保持する。図３は、移動式接合装置12上で後行の金属粗材10の先端を、 位置決めしている状況を表している。図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）は概略側面図である。図３に示すように、後行の金属粗材10の先端を、圧延パスラインの上方で、かつ後行の金属粗材10の先端が先行の金属粗材11の後端と重なり、 接合に最適な位置である所定の位置に、把持装置15により位置決めし、保持待機する。
【００１４】
先行の金属粗材11の後端がピンチロール50により挟持（ピンチ）されながら前方へ移動したのち、移動式接合装置12を前進させつつ、後行する金属粗材10を待機保持された位置から、移動手段15c によってただちに圧延ライン内に下降させる。移動式接合装置12は、先行する金属粗材11の前進速度に大略一致する速度となるように前進させる。一方、これに合わせて、移動手段15a によって後行する金属粗材10を前進させることにより、後行する金属粗材10の先端を先行する金属粗材11の後端に突き当てる。突き当ったところで、位置決めし、図４に示すように先行の金属粗材11を接合手段16a で、後行の金属粗材10を接合手段16b で、それぞれクランプし、 接合する。なお、図４（ａ）は概略平面図、 図４（ｂ）は概略側面図である。
【００１５】
本発明の、金属材の連続圧延用移動式接合装置に用いられる溶接用電極は、移動式接合装置12の接合用把持手段16に使用されるクランプ式電極であって、図１に一例を示すような形状を有する電極である。図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は正面図である。
すなわち、本発明の溶接用電極は、分割された２つの電極部材161,162 からなる。分割された２つの電極部材161,162 は、被接合材である金属粗材10,11 をその長手方向に沿って、 例えば上下方向からクランプ（把持）可能な構成とされる。
【００１６】
分割された２つの電極部材のうちの一方の電極部材161 は電極部材の長手方向に延びる凸状部161aを有する。さらに、 凸状部161aには、その先端部に電極部材の長手方向に延びる凹部161bが形成される。凸状部161aの高さは、特に限定されないが、後述する溝部162aの深さと同等あるいはそれ以下とすることが、金属粗材10,11 をクランプする観点から好ましい。また、凹部161bは、金属粗材10,11 をクランプするため、 図１（ａ）に示すように、Ｖ字状の溝とすることが好ましい。なお、凹部161bの深さは、金属粗材10,11 の径に応じて十分なクランプ力を発揮できるよう適宜決定することが好ましい。
【００１７】
一方、分割された２つの電極部材のうちの他方の電極部材162 には金属粗材10,11 がクランプ可能なように電極部材の長手方向に延びる溝部162aが形成される。本発明において最も重要な点は、この溝部 162ａを側壁部 162ｂと、その下（ここに「下」とは、この電極 162を使用する状態で下方となる位置を言うものとする）に連設された大略Ｖ字型をなす底部 162ｃから成る形状に形成することである。
【００１８】
クランプされる前の金属粗材は電極 161および 162に対して、その長手方向に相対移動するのであるが、その際に下側の電極となる電極部材 162に設けられた側壁部 162ｂが障壁となって、金属粗材が溝部 162ａからずれたり逸脱することがない。すなわち、側壁部 162ｂが金属粗材に対するガイドの役割を果たすのである。
【００１９】
また、大略Ｖ字型の形状をなす底部 162ｃは上部電極 161の相対的な下降と相まって、金属粗材10，11を幅方向中心位置でしっかりと把握することを可能にするのである。この溝部162aの幅、 深さは、 クランプする金属粗材の径に応じ適宜決定すれば良いが、少なくとも一方の電極部材の凸状部161aを受入可能な寸法形状に形成されることが好ましい。このような形状の、分割された２つの電極部材161,162 とすることにより、被接合材である金属粗材10,11 が電極部材からずれたり逃げ出すことが全くなくなり、 安定して溶接接合を行うことができる。
【００２０】
また、他方の電極部材162 に形成される溝部162aの一端側、とくに金属粗材の進入側（上流圧延機側）の端部は、図１（ｃ）に示すように、その長手方向に外側に開いた形状の傾斜面とすることが好ましい。金属粗材の侵入側を、外側に開いた形状の傾斜面とすることにより、さらに金属粗材を電極部材の溝部に誘導しやすくなり、安定した溶接接合が可能となる。
【００２１】
電極部材 161の凹部 161ｂには、図６に示すようにラッキングを施すことが好ましい。図６（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。ここにラッキングとは、凹部 161ｂの斜面に電極長手方向と直交する複数の溝 161ｃを形成することを言う。ラッキングの形成は、例えば、回転する円盤状の切削具で斜面を部分的に削り込むのが好ましい。このようにラッキングを施すと、金属粗材10,11 と電極部材 161の接触面積が小さくなるのでクランプ時の面圧が大きくなるとともに、凹凸の効果によって、摩擦力が高まるために、金属粗材10,11 の長手方向のすべりが発生し難くなり、よりいっそう安定した溶接接合が可能となる利点がある。
【００２２】
なお、これら電極部材161,162 は、少なくともいずれか一方が電気伝導性に優れた材料であるのが好ましく、特に限定されないが、なかでも銅製とすることが好ましい。なお耐久性の観点からCuーBe合金製とすることがより好ましい。とくに、上記の他方の電極部材 162は、CuーBe合金製とすることがより好ましい。
なお、本発明における金属素形材としては、線状材、棒状材、型材などの加工原料となるブルームやビレット等が適合する。また、本発明における金属材は、線状材、棒状材、型材などで、とくに線状材や棒状材などが好ましい。また金属としては、鋼が最も一般的であるが特にこれに限定するものではなく、銅合金やアルミ合金などであってもよい。
【００２３】
【実施例】
図２に示す連続圧延設備を使用し、異形棒鋼を連続圧延した。
金属素形材として、SD24鋼の組成成分を有するビレット（120 mm口）を用い、粗圧延機列（上流の圧延機列）３で45mmφの金属粗材とした。得られた金属粗材のうち、先行する金属粗材の後端を、移動式接合装置12によりピンチロールで挟持（ピンチ）しながら、圧延ライン内で、順次後行する金属粗材の先端に接合し連続金属粗材とし、バリ取り装置30により接合部に発生するバリを削除したのち、下流の圧延機列（中間圧延機列、 仕上げ圧延機列）13で連続圧延し、16mmφの異形棒鋼とした。移動式接合装置12による本発明例の接合は、図１（ａ）（ｂ）に示す形状のCuーBe合金製電極を用いたフラッシュバット溶接による接合とした。なお、比較例として、図５に示す形状のCuーBe合金製電極を用いて同様に溶接接合した。
【００２４】
なお、接合にあたっては、 本発明の移動式接合装置12を用い、後行する金属粗材10を把持したのち、後行する金属粗材の先端が、圧延パスラインの上方で、接合の最適位置である所定の位置まで移動保持した。その後、先行する金属粗材の後端がピンチロールで挟持（ピンチ）されながら、前記した所定の位置より前方に移動したのち、後行する金属粗材10の先端を前記圧延パスラインに下降し、ついでピンチロールにより検知した先行する金属粗材の前進速度に応じ、移動式接合装置12を先行する金属粗材11の前進速度を20％上回る速度で前進させ、先行する金属粗材11の後端に後行する金属粗材10の先端を突き当てたのち、クランプし通電、 溶接接合した。クランプ後はピンチロールでのピンチは行わなかった。
【００２５】
このような方法で、金属粗材で本発明例、比較例ともに 200本接合し、連続圧延した。本発明例では、接合不能は全く発生しなかった。一方、図５に示す形状の従来型の電極を用いた比較例では、金属粗材の曲がり、走行の偏り等により、接合手段での正常な把持ができず、接合不能又は不十分な場合が金属粗材で60本発生した。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、移動式接合装置における先行材と後行材のフラッシュバット溶接による接合が、安定して行うことができるようになり、金属材の連続圧延効率が顕著に向上し、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接用電極の一例を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施に好適な連続圧延設備の一例を模式的に示す全体図である。
【図３】連続圧延設備における移動式接合装置の動作の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の連続圧延設備における移動式接合装置の動作の一例を示す概略図である。
【図５】従来の溶接用電極の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の溶接用電極の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 金属素形材
２ 簡易加熱炉
３ 上流の圧延機列（粗圧延機列）
４ 切断機
５ 金属粗材
６ 待機中の金属粗材
７ シフト装置
８ ピンチロール
９ テーブルロール
91 サポートロール
10 後行する金属粗材
11 先行する金属粗材
12 移動式接合装置
13 下流の圧延機列（中間圧延機列）
14 下流の圧延機列（仕上げ圧延機列）
15 把持装置
15a 、15b 、15c 移動手段
15d 把持手段
16 接合手段
16a 先行金属粗材の接合手段
16b 後行金属粗材の接合手段
161 、162 電極部材
161a 凸状部
161b 凹部
161c ラッキング部
162a 溝状部
162b 側壁部
162c 底部
17 移動速度制御手段
18 メジャーロール
19 圧延ライン
20 待機ライン
30 バリ取り装置
50 ピンチロール

Claims (4)

1. 先行する金属粗材の後端と後行する金属粗材の先端とを突合せて、溶接により接合し連続金属粗材とする、金属材の連続圧延用接合装置に用いられる溶接用電極であって、該溶接用電極は、前記金属粗材を把持し通電可能なように分割された２つの電極部材からなり、該分割された２つの電極部材のうちの一方の電極部材は該電極部材の長手方向に延びる凸状部を有し、 かつ該凸状部の先端部には該電極部材の長手方向に延びる凹部が形成されるとともに、前記分割された２つの電極部材のうちの他方の電極部材には該電極部材の長手方向に延びる溝部が形成され、該溝部は前記一方の電極部材の凸状部を受入可能に形成されたことを特徴とする金属材の連続圧延接合装置用電極。
2. 前記溝部が、側壁部とその下に連接された大略Ｖ字型をなす底部よりなることを特徴とする請求項１に記載の金属材の連続圧延接合装置用電極。
3. 前記凸状部の先端部に形成され電極部材の長手方向に延びる凹部の表面には、さらに該電極部材の長手方向に直交する方向に、ラッキングを施したことを特徴とする請求項１または２に記載の金属材の連続圧延接合装置用電極。
4. 前記他方の電極部材に形成された溝部の長手方向の一端側は、外側に開いた形状の傾斜面とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金属材の連続圧延接合装置用電極。

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