JP3946555B2 - Ｈ形鋼のウエブエッジプリアプセット方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フランジにウエブを溶接してＨ形鋼を製造する際の、ウエブエッジのプリアプセット方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｈ形鋼を溶接法で製造する際には、図１に示すように、供給されたウエブ１とフランジ２との間に高周波電源５および電極６を用いて高周波電流を流し、被溶接部を加熱した後、圧接ロール７の押圧力を利用して溶着させている。
ウエブとフランジとの間に高周波電流を流す際、ウエブとフランジの対向する面の面積が大きいほど加熱幅が拡大され、溶着幅やＨＡＺ深さを大きく取れて強度の高い溶接構造体が得られる。しかしながら、接触面積を大きくするためにウエブ板厚を厚くすると、材料全体としては非効率になる。そこで、溶接の直前にアプセットロール４によりウエブ１の両端を押えて端部の肉厚を大きくするエッジプリアプセット法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エッジプリアプセット法に使われている装置の一例を図２に示す。サポートロール１１で挟んで座屈を押えつつ、板の両端から溝付きのアプセットロール１２，１３で押圧して板の両端に肉厚部を形成するものである。
このような方法で板端の肉厚を増大させようとしても、ロールとの摩擦力でウエブ端部の変形が拘束され、図３に示すように、端部ではなく僅かに内側に入った部分に肉厚部が形成される。このため、効率的な端部肉厚増大法にはなっていない。
また、端部肉厚を大きくするためにアプセットロールによる押圧力を大きくするとサポートロールとアプセットロールとの間でウエブが座屈しその端部が変形するために、フランジとの間で適切な溶接が行えなくなることもある。
特に、鋼帯にはスリットに起因するエッジの幅方向の曲がりが残留しており、その曲りが大きい場合、前期座屈が発生しやすくなり、効果的なエッジプリアップセットが実施できない。
【０００４】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、簡単な方法で、フランジに溶接されるウエブの幅方向端部に、素材の幅方向に曲りがあった場合においても、ウエブ端部を座屈変形させることなく、肉厚増大部を形成するウエブエッジアプセット方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のＨ形鋼のウエブエッジアプセット方法は、その目的を達成するため、フランジにウエブを溶接してＨ形鋼を製造する際、ウエブ端部側の径を小さくした１対のエッジサポートロール２組でウエブの両端側面をその側端まで押えつつ、山型プロフィールを有するアプセットロールをウエブの両端面に押し当ててウエブ両端面にＶ溝を形成する第１工程と、サポートロールでウエブの両端側面を押えつつ、平型プロフィールを有するアプセットロールを上記Ｖ溝が形成されたウエブの両端面に押し当てＶ溝がなくなるまで圧下して端面を平らにする第２工程とで、ウエブ端部に肉厚を厚くした平坦面を形成するものである。
２組のエッジサポートロールの間に、中間サポートロールを配してもよい。また、山型プロフィールを有するアプセットロールとしては、１４０〜１６０度の先端角度をもつものを使用することが好ましい。
【０００６】
【実施の形態】
本発明者等は、ウエブの端部から僅かに内側に入った部分ではなく、最側端に肉厚部を形成するために、図４に示すように、（ａ）ウエブ側面をサポートロール１５で押えつつウエブ端部に断面山型のアプセットロール１４を押し当てて端面にＶ溝を形成した後、（ｂ）そのＶ溝形成面に断面平型のアプセットロール１７を押し当て、端面を平らにかつ広くする方法を検討した。
山型断面の山型角度や２段のアプセットロール押圧力の調整により、端面を広くすることは可能になったが、端部肉厚を厚くするに十分なスリッドエッジを形成し、かつそのＶ溝をなくすためにはかなり高い押圧力を付与する必要がある。強い押圧力でウエブを両端から押圧すると、サポートロールの支持が外れた外側でウエブ端部が変形して座屈しやすく、また両端が非対称になることもある。そして、変形したままのウエブをフランジと溶接すると両者が直交しなかったり、溶着面積が不足したりして、Ｈ形鋼としての所期の機械的特性を十分に発揮できない虞も生じてくる。
【０００７】
そこで、強い押圧力でウエブを両端から押圧してもウエブ端部に変形を起こさないように、サポートロールをウエブの側端まで押えるように配置する。この際、サポートロールのウエブ端部側の径を小さくして１対のサポートロールでウエブを挟んだ状態でアプセットロールを押し当てたとき、ウエブ端部に厚肉部の形成を許容する空間が形成されるようにする。
ウエブの両面をサポートロールで押えつつ両端からアプセットロールを押し当てたとき、ウエブの中間部で座屈する虞があるので、中間部にもサポートロールを配することが好ましい。そこで、本発明では、ウエブ端部を支持するサポートロールをエッジサポートロール、ウエブの中央部を支持するサポートロールを中間部サポートロールと称することとする。
【０００８】
サポートロールおよびアプセットロールの形状並びに配置の状況を、図５に基づいて詳細に説明する。
間に中間部サポートロール２５を挟んで両端に配置したエッジサポートロール２３，２４でウエブ側面を挟持するように支持しながら、ウエブ両端の山型プロフィールを有するアプセットロール２１，２２を押し当て、ウエブを幅方向に押圧する。この際、エッジサポートロール２３，２４はウエブ端部側の径２６が小さくされており、１対のエッジサポートロールでウエブの側端まで押えている。そして、アプセットロール２１，２２の山型プロフィールの頂部２７がウエブの端面中央に当接するように押し当てられる。
【０００９】
なお、エッジサポートロール２３，２４の端部をウエブの側端に合わせるために、エッジサポートロール２３，２４と中間部サポートロール２５の間に端面調整用のライナー２８を介在させることが好ましい。２９はアプセットロール２２を支えるブラケット、３０は下側アプセットロール２２と下側エッジサポートロール２４の間の距離を調整するための基準ブロックである。
したがって、この第１工程が終了したウエブの端面は、中央にアプセットロールの山型プロフィールに沿ったＶ溝が形成され、径が小さくされたエッジサポートロールの端部形状に沿って広がったエッジプロフィールが形成されている。
【００１０】
上記のように、ウエブ端部の変形を防止するためには、エッジサポートロール２３，２４の端部をウエブの側端に合わせることが必要になり、エッジサポートロール２３，２４等を精度良く位置調整する必要がある。
走行するウエブの中央部を基準にして中間部サポートロール２５とエッジサポートロール２３，２４の位置調整を行い、さらに両端に配置したアプセットロール２１，２２を中央に近づけるように合わせる調整方法を採用することができる。
図５に示した設置例では、走行するウエブの一側端（図中は下端）を基準にして、下側のエッジサポートロール２４と下側の山型プロフィール付きアプセットロール２２で押えた状態で中間部サポートロール２５と適宜厚さのライナー２８を介在させて上側のエッジサポートロール２１の山型頂部が走行するウエブの上側端に合致するように位置調整される。この調整は、上側のエッジサポートロール２１を支持する上側ブラケット３１を圧下スクリュー３２等で上下させれば良い。上側の山型プロフィール付きアプセットロールを圧下スクリュー等で下方に下げ押圧力を付加してウエブ端部にＶ溝が形成され、端部が広がったエッジプロフィールを形成することができる。
【００１１】
第１工程でＶ溝が形成され、端部が広がったエッジプロフィールが形成されたウエブは、次の第２工程で通常の平型プロフィールを有するアプセットロールで両端から押圧され、上記端部は平らに成形されて肉厚が厚く、すなわちフランジとの接触面積が広くなった端面が形成される。
この第２工程においても、ウエブ端部側の径が小さくされたエッジサポートロールと中間部サポートロールを用い、エッジサポートロールと平型プロフィールを有するアプセットロールの距離を小さくすることが好ましい。なお、エッジサポートロールと中間部サポートロールの間に端面調整用のライナーを介在させることが好ましいことは言うまでもない。
【００１２】
ところで、本発明のように、第１工程でウエブ端部に断面Ｖ状の溝を入れ、第２工程でその溝を潰して端面全体を平坦にする工程を効率的に行うためには、第１工程で形成する断面Ｖ溝状の幅，深さの調整および第２段階でその溝を潰す押圧力の調整が肝要になってくる。
この関係を検討するために、本発明者等は、本発明方法にしたがい、ウエブ端部に、山型プロフィール付きアプセットロールの山型角度と第１，２工程の板幅圧下量を変えてアプセット加工を施し、ウエブ端面の平坦度と厚さの観察を行った。
【００１３】
その結果の詳細は省略するが、第１工程で適正幅と深さでＶ溝を形成した場合、第２工程で板幅圧下量をさほど大きくすることなく、平坦でウエブ最端部の肉厚が厚くなった端面が得られる。これに対して、第１工程で角度が小さい山型プロフィール付きアプセットロールを使用し、深いＶ溝を形成すると、第２工程でこの溝を潰すには、平型プロフィールを有するアプセットロールに付加する圧下荷重を大きくしてウエブ幅圧下量を大きくしなければならないようになる。したがって、アプセットのためのコストも高くなる。
本発明者等は、上記種々の実験結果から、山型プロフィール付きアプセットロールの山型角度は１４０〜１６０度が好ましいことを確認した。この角度より大きいと予め溝を形成するメリットがなく、端部から離れた箇所に厚肉部が形成される。また上記角度に満たないと溝を潰すための第２工程でのウエブ幅圧下量を多くしなければならず効率的でなく、また山型ロールが端面から外れやすいという問題もある。
【００１４】
【実施例】
幅４０ｍｍ，直径８０ｍｍで、ウエブ端部側４ｍｍに端部の径を０．５５ｍｍ小さくした小径部をもつ１対のエッジサポートロール２組で、板幅１５０ｍｍにスリットした板厚３．２ｍｍのウエブの両端をその側端まで押えつつ、ウエブの両端面の中央に、山角度１５０度の山型プロフィールを有する径１６０ｍｍのアプセットロールを押し当て、押込み量が２ｍｍ（片側１ｍｍ）になるように押圧した。
この段階では、１５０度のＶ溝が形成され、厚さが３．６ｍｍに増肉されたＶ溝が形成されていた。
次に、上記工程で使用したものと同形のエッジサポートロールで、ウエブの側端を２ｍｍ程度空けて押えつつ、平型プロフィールを有する径１６０ｍｍのアプセットロールを、ウエブの両端面に板幅圧下量が２ｍｍになるように押付けた。ウエブ端部の形状を観察すると、全く平らで最端部が３．８ｍｍに増肉していた。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したように、Ｈ形鋼を溶接法で製造する際、ウエブ端部側の径を小さくした１対のエッジサポートロールでウエブの両端側面をその側端まで押えつつ、山型プロフィールを有するアプセットロールをウエブの両端面に押し当ててウエブ端面にＶ溝を形成した後、サポートロールでウエブ側面を押えつつ、平型プロフィールを有するアプセットロールを上記Ｖ溝が形成されたウエブの端面に押し当て、エッジ面を平らにし、肉厚を厚くした平坦面を形成することにより、その後のフランジとの高周波溶接時に加熱幅を広く確保でき、適切な溶着幅とＨＡＺ深さを持った溶接部を得ることができる。
これにより、素材に幅方向の曲りがある場合でも、比較的簡単な設備で目的とするウエブエッジのプリアップセットを実施することができ、溶接強度がより高く、信頼性がより優れたＨ形鋼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ｈ形鋼を溶接法で製造する方法を概略的に説明する図
【図２】 従来のエッジプリアプセット方法を説明する図
【図３】 従来の方法でエッジプリアプセットされたウエブの断面形状を説明する図、（ａ）がエッジプリアプセット前で（ｂ）がエッジプリアプセット後を示す
【図４】 ウエブ端面にＶ溝を形成した後、そのＶ溝を潰す手法を検討した図、（ａ）は端面にＶ溝を形成する段階で、（ｂ）がそのＶ溝を潰す段階を示す
【図５】 本発明法を実施する第１工程のロール配置を説明する図
【符号の説明】
１：ウエブ ２：フランジ ３：フランジ案内ロール
４：アプセットロール ５：高周波電源 ６：電極
７：圧接ロール
１１：サポートロール １２，１３：溝付きアプセットロール
１４：断面山型のアプセットロール １５，１６：サポートロール
１７：断面平型のアプセットロール
２１，２２：山型プロフィールをもつアプセットロール
２３，２４：端部の小径を有するエッジサポートロール
２５：中間部サポートロール ２６：エッジサポートロールの小径部
２７：山型プロフィールをもつアプセットロールの頂部 ２８：ライナー
２９：下部ブラケット ３０：基準ブロック ３１：上部ブラケット
３２：圧下スクリュー

Claims (3)

1. フランジにウエブを溶接してＨ形鋼を製造する際のウエブエッジのプリアプセット方法であって、ウエブ端部側の径を小さくした１対のエッジサポートロール２組でウエブの両端側面をその側端まで押えつつ、山型プロフィールを有するアプセットロールをウエブの両端面に押し当ててウエブ両端面にＶ溝を形成する第１工程と、サポートロールでウエブの両端側面を押えつつ、平型プロフィールを有するアプセットロールをＶ溝が形成されたウエブの両端面に押し当てＶ溝がなくなるまで圧下して端面を平らにしてウエブ端部に肉厚を厚くした平坦面を形成する第２工程を含むことを特徴とするＨ形鋼のウエブエッジプリアプセット方法。
2. ２組のエッジサポートロールの間に、中間サポートロールを配設する請求項１に記載のＨ形鋼のウエブエッジプリアプセット方法。
3. 山型プロフィールを有するアプセットロールとして、１４０〜１６０度の先端角度を有するものを使用する請求項１または２に記載のＨ形鋼のウエブエッジプリアプセット方法。

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