JP4047470B2 - Steel strip joining method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は板厚や強度或いは性質などの異なる複数の鋼帯を、その長手方向の端部を溶接しプレス成形用に供される鋼帯の接合方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、自動車部品の製造において、深絞り成形、張出し成形等成形性が要求される自動車部品あるいは高強度が要求される自動車部品毎に、その要求に応じた鋼板をプレス成形して自動車部品を製造していたが、自動車部品の中には、成形性が厳しく要求される部位とそれ程成形性が要求されない部位とを備えた自動車部品や高強度が厳しく要求される部位とそれ程高強度が要求されない部位を備えた自動車部品等がある。このような自動車部品を製造する場合、従来は要求される性能に耐えられる一枚の鋼板を用いてプレス成形を行い、成形後の自動車部品を溶接して自動車を製造していた。
【0003】
また、最近では自動車部品の製造において、必要な部位に必要な板厚と強度を持たせるために、板厚あるいは強度の異なる鋼板をレーザー等で接合して一枚の鋼板となし、その後一体でプレスに供するという、いわゆるテーラードブランクと呼ばれる方法が注目されてきており、このような方法は、例えば、特開平7−290182号、特開平8−174246号公報等に見ることができる。また、亜鉛メッキ鋼帯同士をレーザービームで突き合わせ溶接する方法も特公平5−25596号公報などにより公知となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同一素材の一枚の鋼板を用いて自動車部品を成形する方法では、成形する自動車部品に要求される成形性がそれ程要求されない部位まで優れた成形性を有することになり、言い換えれば、素材のオーバーアクションとなるもので、それに伴う素材費のコストアップとなる問題を有していた。また、特開平7−290182号公報、特開平8−174246号公報などにより知られるテーラードブランク法は、鋼板を小さな形状に剪断し、これを接合して一枚の鋼板とするために生産性が高められないという課題を有しており、更に、溶接開始端と終了端では接合品質が安定せず、この部分を切り捨てなければならず、製品の歩留りが悪いという欠点を有しており、一方、前述した特公平5−25596号公報に記載された方法では接合が満足するものでなく、有利な接合方法の出現が待たれているところである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記した要望に応えることを目的として完成された本発明に係る鋼帯の接合方法の基本構成は、 3条の異なる鋼帯1、2、3のエッジ部を連続的に溶接するに際し、鋼帯1、2の溶接を行わない側の端部の一方に、鋼帯の端部位置決め装置を設置し、鋼帯1、2を、溶接ロ−ルと、前記端部位置決め装置を設置してある方向に押付力が働くように同一方向に傾斜して配置する複数の押さえロ−ルとの間を通過させることにより鋼帯に幅方向の力を加えて鋼帯1、2のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレ−ザ−溶接し、次いで、溶接された鋼帯1、2と鋼帯3を、別の溶接ロ−ルと、前記押さえロ−ルと同一方向に傾斜して配置する別の複数の押さえロ−ルとの間を通過させることにより鋼帯に幅方向の力を加えて鋼帯1、2と鋼帯3のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレ−ザ−溶接することにある。また、このような方法において、レ−ザ−溶接する溶接点の上流側にフランジロ−ルを配置して鋼帯の間に隙間を設けるようにしてあることを特徴とする鋼帯の接合方法を請求項2に係る発明とする。
【0006】
即ち、本発明は、自動車部品に供される鋼板を同一素材の一枚の鋼板とするのではなく、プレス成形する前に板厚や強度或いは性質などの異なる素材を鋼帯のまま溶接しておき、これより成形しようとする自動車部品が要求する成形性あるいは強度を必要な部位に具備する鋼板を得る鋼帯の接合方法であり、しかも、異質の鋼板を小さな形状に剪断した後、これらの端部を突き合わせて接合するという生産性が悪い方法に代え、コイルから捲戻された3条の異なる鋼帯の端部同士を連続的に溶接することにより、生産性が良好でしかも鋼帯の端部の形状精度が悪い場合でも接合品質が良好となる極めて有利となる鋼帯の接合方法を提供することにある。なお、本発明により得られた鋼帯から製造される自動車部品としては、自動車の骨格構造部位などの柱状に近い部品あるいはフロアなどの異種材が平行に接合されて使用される可能性のある部品などがあり、本発明方法によってこれらの部品の飛躍的生産性と歩留りの向上を図ることができることとなる。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明は前記したように、材質、板厚等の異なる3条の鋼帯1、2、3のエッジ部を連続的に有利に溶接する鋼帯の接合方法であり、その大きな特徴とするところは、傾斜する押さえロールを鋼帯1、2に押しつけることにより鋼帯の幅方向に力を加えて鋼帯のエッジ間に押付力が働くようにして溶接し、次いで、溶接された鋼帯1、2と鋼帯3を前述したと同様に傾斜する押さえロールを用いてエッジ間に押付力が働くようにして溶接位置が異にして溶接し、3条の鋼帯1、2、3の溶接を容易にして生産性と共に、接合品質が良好となる接合を可能とした点にある。
【0008】
以下、図1〜図8を参照しながら本発明を詳細に説明する。
本発明では材質、板厚等の異なる3種類の鋼帯1、2、3のエッジ部を連続的に接合するものであり、先ず、鋼帯1、2を並べて上側の押さえロール4a、5aと、これら押さえロール4a、5aに比べて大径の溶接ロール7aとの間を通過させる。このとき鋼帯1、2は大径の溶接ロール7a側に巻き付けて通過するものであるが、前記押さえロール4a、5aは鋼帯1、2の進行方向と直交するよう配置されている溶接ロール7aの長手方向に対してそれぞれ角度θ1 、θ2 だけ傾斜させて配置されるようにし、鋼帯1、2に幅方向の力が積極的に加えられるようにして溶接ロール7aに押し付ける。
【0009】
このように本発明では、押さえロール4a、5aを傾斜させておくことにより鋼帯1、2に幅方向の力を積極的に加え、溶接する鋼帯1、2のエッジ間に面圧を働かせることを大きな特徴としている。鋼帯1、2の端部を突き合わせてレーザー溶接する際、溶接する鋼帯1、2の間に隙間が発生すると溶接後にアンダーカット等の品質不良が発生しやすくなる。しかし、通常、鋼帯を製造する際には鋼帯幅精度や鋼帯端部の形状品位を確保するために、鋼帯中央部をスリットしたり、端部をトリミングするなどの端部の剪断加工により仕上げるが、鋼帯端部には微少な凹凸が残るため、これらの端面を突き合わせた場合に多少の隙間が発生し、更に、レーザー溶接を行う場合、溶接部の熱収縮により鋼帯の突き合わせ面を押し開こうとする力が加わるため溶接部上流近傍では隙間が発生する。そこで、本発明では押さえロール4a、5aを傾斜させ、鋼帯1、2に幅方向の力を加え、溶接する鋼帯1、2の端部に突き合わせ力を与えることにより、熱収縮による隙間を押しつけ、更に、鋼帯端部の凸部の弾性変形もしくは塑性変形を加え、凹凸による隙間についても著しく低減させることにより、溶接点において、鋼帯1、2の端部間の隙間を著しく小さくすることができ、安定した溶接品質の確保を可能とするものである。
【0010】
この際、鋼帯の幅方向の力を与えるには、通常、サイドガイドロール等の鋼帯の溶接しない側の端部から力を加える方法が一般的に考えられるが、自動車部品に用いられるような薄手の鋼帯に対しては、これらの方法では大きな力を加えると鋼帯の座屈や端部の耳荒れ等を発生するため大きな力を加えることができず、十分に前述の溶接する鋼帯の端部間の隙間を小さくすることができないという問題があった。そこで、本発明では鋼帯1、2に幅方向の力を加えるのに押さえロール4a、5aを傾斜させて押しつけるという方法を採用し、押さえロール4a、5aの押し付ける力と傾斜角度を適正に調整することにより、鋼帯1、2の座屈や端部の耳荒れを発生させることなく十分な押し付ける力を自動車部品に用いられるような薄手の鋼帯にも与えることができるようにする。
【0011】
また、本発明では鋼帯1、2の溶接を行わない側の端部の一方に、鋼帯の端部位置決め装置を設置し、押さえロール4a、5aをそれぞれの鋼帯1、2が前記端部位置決め装置を設置してある方向に押付力が働くように傾斜させておくもので、このために押さえロール4a、5aを同一方向に傾斜させることも特徴としている。即ち、鋼帯1と鋼帯2の接合面10aに対して、一般的には接合面10aに向かって両側より押しつける力を働かせて接合するものであるが、本発明では鋼帯1と鋼帯2共に同一方向に押付力を働かせるようにしたものであり、そのために、押さえロール4a、5aは共にそれぞれ同じ方向の角度θ1 、θ2 だけ傾斜させるものとしてある。接合面10aに向かって両側より押付力を働かせるのは、接合面10aが常に溶接位置に変動しないように両側よりに押付力をバランス良く調整する必要があるが、その両側よりの押付力を調整することが難しく、本発明の如く、端部位置決め装置側の鋼帯1に対し、押さえロール4aをθ1 傾けて押しつけることにより鋼帯1の端部位置決め装置側の端部を端部位置決め装置に押し付け、鋼帯1の幅方向位置を安定させることができることとなる。さらに、押さえロール5aをθ2 傾けて押し付けることにより鋼帯1の溶接端部に押し付けられる鋼帯2の幅方向位置も安定することから、接合面10aと溶接位置が変動しないように調整することが極めて容易とする知見より成されたものである。また、溶接する鋼帯端部間の押付力は押さえロール5aの押し付け力と傾斜角θ2 を調整することにより容易に制御することができ、さらにまた、鋼帯1、2を大径の溶接ロール7aに巻き付けるのは鋼帯1、2の厚み方向の突き合わせ精度を良く合わせることが可能となるもので、巻き付けをしないと鋼帯1、2と溶接ロール7aの間の空間ができやすく、鋼帯1と鋼帯2の厚み方向の突き合わせ精度が十分でない可能性が高いからである。
【0012】
本発明はレーザービーム8aを照射する固定されたレーザー発射管9aの位置に対して、溶接される接合面10aが常に溶接位置になるように種々の検討を行い、その結果、通常の発想とは大きく異なる本発明に至ったものである。即ち、通常は接合面10aの位置が溶接位置から変動しないように接合面10aを中心に、その位置へ両側から押付力が鋼帯に与える発想がなされるものであるが、本発明では鋼帯1、2の一側に鋼帯が移動するよう押付力を付与する発想よりなされたものである。例えば、図1の示す如く、端部位置決め装置として鋼帯1の外側にエッジガイド11a、11b、11cを設け、そのエッジガイド11a、11b、11cの方向へ鋼帯1が移動するよう傾斜した押さえロール4aを溶接ロール7aの上部に設ける。押さえロール4aは、例えば、シリンダーなどにより溶接ロール7aへ押さえる力を与え、鋼帯1を拘束しながら鋼帯1を矢印の方向へ移動させる。このとき押さえロール4aは角度θ1 だけ傾斜しているので、鋼帯1はエッジガイド11a、11bへ押し付けられるものである。なお、鋼帯1のエッジが損傷しないように押さえロール4aは押し付け力と角度θ1 を調整できるようにしている。また、鋼帯1がエッジガイド11a、11bに拘束された時、鋼帯1の溶接される接合面10aの位置が溶接位置となるようにエッジガイド11a、11bを鋼帯1の幅方向の調整が可能としている。
【0013】
このように鋼帯1を巾方向の位置調整するものであるが、同様に鋼帯2を角度θ2 だけ傾斜させた押さえロール5aにより拘束した状態で移動させ、且つ、θ2 と押さえロール5aの押さえ力を適度に調整することにより、鋼帯2の接合面10aが鋼帯1の接合面10aに適度な押付力を働かせるようにし、鋼帯1、2のエッジ面の面圧を立て、隙間を押し潰した状態で溶接することとなり、言い換えれば、ピンチ方式の突き合わせをすることにより、溶接品質が向上し、極めて有利なものである。かくすることにより、一方向への押付力を考慮するのみで、鋼帯1、2の接合位置が精度良く調整できると共に、鋼帯1、2のエッジ間に面圧を立てて溶接することとなり溶接品質が向上するものである。このように鋼帯1、2の接合面10aを溶接位置へ調整した後にレーザー発射管9aよりレーザービーム8aを照射して溶接し、鋼帯1、2を接合する。
【0014】
このように鋼帯1と鋼帯2を溶接した後、溶接された鋼帯1、2と鋼帯3を、別の溶接ロール7bと、傾斜して配置する別の複数の押さえロール4b、5b、6との間を通過させることにより鋼帯に幅方向の力を加えて鋼帯1、2と鋼帯3のエッジ端面に押付力が働くようにしながらレーザー溶接するものである。
即ち、鋼帯1と鋼帯2とを溶接したのと同様に、溶接された鋼帯1、2に鋼帯3を溶接するものであり、角度θ3 、θ4 だけ傾斜した押さえロール4b、5bを溶接ロール7bの上部に設け、該押さえロール4b、5bにより溶接ロール7bへ押さえる力を与え、鋼帯1、2をエッジガイド11b、11cの方向へ移動させる。同様に、鋼帯3を角度θ5 だけ傾斜した押さえロール6により拘束した状態で移動させ、且つ、θ5 と押さえロール6の押さえ力を適度に調整することにより、鋼帯3の接合面10bが鋼帯1、2の接合面10bに適度な押付力を働かせるようにし、鋼帯1、2と鋼帯3のエッジ面に面圧を立て、隙間を押し潰した状態で溶接することとなり、溶接品質が向上し、極めて有利なものである。
なお、押さえロール4、5、6は図3、図4に示す如く、鋼帯1、2、3毎に4個用いてもよく、その配置形態は種々考えられるが、特にこだわるものではない。
【0015】
また、溶接ロール7aは図5に示す如く、溶接位置に相当する箇所に溝12aを設けたものとして、溶接時における溶接ロール7aの熱影響による損傷を防止するものとしている。この図5では厚みの異なる鋼帯1、2、3の接合を示しているが、溶接ロール7aの径が全長にわたって同一径としているために鋼帯1、2は鋼帯1、2の下面に合わせて溶接するようにしている。なお、図6では鋼帯1、2の上面の合わせて溶接し、図7では厚い鋼帯1の厚みの中央に薄い鋼帯2を溶接しているものであるが、このような接合の形態は溶接ロール7の溝12aを挟んで左右の径を変えた溶接ロール7aを用いるようにすれば容易になされるものである。また、溶接ロール7aの左右の径を可変するのは溶接ロール7aを拡縮自在とするようにしてもよくその手段は特にこだわるものではない。なお、図5〜図7により溶接ロール7aを例にして溝12aについて述べたが、溶接ロール7bについても溶接位置に相当する箇所に溝12b(図示せず)が設けられており、溶接ロール7bについても溶接ロール7aとその形態は同様である。
【0016】
さらに、本発明では図8に示す如く、溶接点13aの上流側にフランジロール14aを配置して鋼帯1、2の間に隙間を設けるようにしている。また、本発明は鋼帯1、2を同一平面上で通板し、溶接点13aへ搬送するものであるが、その為に、鋼帯1、2の接合面10aが擦れたり、鋼帯1と鋼帯2が重なる場合があるので、それを防止するために鋼帯1、2間にフランジロール14aを設けることはより好ましいものである。なお、溶接点13bの上流側にもフランジロール14bを設けることは同様により好ましいものである。
【0017】
なお、本発明に用いる押さえロール4、5、6は、それぞれ角度θ1 〜θ5 傾斜させるものであるが、角度θ1 〜θ5 は共に2°〜25°が好ましく、また、押さえロール4、5、6の押さえ力は350N〜20000Nが好ましい。その理由は、角度θ1 〜θ5 が2°未満もしくは押さえ力が350N未満では、鋼帯1、2、3の幅方向への押付力が不足して溶接品質が好ましくなく、角度θ1 〜θ5 が25°超もしくは押さえ力が20000N超では押付力が大きくなりすぎ、鋼帯1、2、3の座屈等が発生する場合があるからである。但し、角度や押さえ力の前記した範囲は好ましい範囲を述べたに過ぎないもので、座屈等の発生がなければこの範囲にこだわるものでない。
また、本発明の3条の異なる鋼帯とは、隣接する鋼帯の材質とか板厚等を異にしているものであり、両端の鋼帯が同一で中央の鋼帯が異なるものも対象としているものである。
【0018】
【実施例1】
常法に従い製造された表1に示す化学成分の板厚0.7mm、幅250mmの鋼帯1と板厚1.4mm、幅690mmの鋼帯2と、板厚0.7mm、幅250mmの鋼帯3を準備し、2kwのレーザー溶接機にて1.7m/分の速度で鋼帯1と鋼帯2を接合し、次いで、溶接された鋼帯1、2に鋼帯3を2kwのレーザー溶接機にて1.7m/分の速度で接合した。
以下、鋼帯の成分を表1に示し、接合条件および溶接結果を表2、3に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
上表から明らかなように、本発明によると座屈の発生もなく、アンダーカットの発生もなく、極めて良好な溶接品質が得られる。
【0022】
【実施例2】
実施例1で示す鋼帯1と鋼帯2と鋼帯3を自動車部品(センターピラー)に成形すべく、各々1000mmに切断した。この場合、本発明は鋼帯1、2、3を接合した後に切断し、比較例では鋼帯1、2、3を切断した後に鋼板を接合した。その時の所要時間を表4に示す。
【0023】
【表4】
表4に示すように、本発明によると比較例で示す切板接合法に比べると、生産性も飛躍的に向上することが判る。
【0024】
【発明の効果】
前記説明から明らかなように本発明によれば、自動車部品等をテーラードブランク法で製造する際、溶接品質が良好で、しかも、生産性の良い鋼帯の接合が可能となり、その効果は極めて大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明方法の平面説明図である。
【図2】 図1に示す本発明方法の側面説明図である。
【図3】 押さえロールを多くした本発明方法の平面説明図である。
【図4】図3に示す本発明方法の側面説明図である。
【図5】 本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図6】 本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図7】 本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図8】本発明方法の溶接点上流側にフランジロールを具備した状態の説明図である。
【符号の説明】
1 鋼帯1
2 鋼帯2
3 鋼帯3
4 押さえロール
5 押さえロール
6 押さえロール
7 溶接ロール
8 レーザービーム
9 レーザー発射管
10 接合面
11 エッジガイド
12 溝
13 溶接点
14 フランジロール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for joining steel strips that are used for press forming by welding a longitudinal end portion of a plurality of steel strips having different thicknesses, strengths, or properties.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the production of automobile parts, automobile parts are manufactured by press-molding steel sheets according to the requirements of automobile parts that require formability such as deep drawing and stretch forming or automobile parts that require high strength. However, some automotive parts are not required to have high strength and parts that require parts that require high formability and parts that do not require formability. There are car parts with parts. In the case of manufacturing such automobile parts, conventionally, a single steel plate that can withstand the required performance is used for press forming, and the automobile parts after forming are welded to manufacture the automobile.
[0003]
Recently, in the production of automobile parts, in order to give the necessary thickness and strength to the necessary parts, steel plates with different thicknesses or strengths are joined with a laser or the like to form a single steel plate, and then integrated together. A so-called tailored blank, which is used for pressing, has attracted attention. Such a method can be found in, for example, JP-A-7-290182 and JP-A-8-174246. A method for butt welding galvanized steel strips with a laser beam is also known from Japanese Patent Publication No. 5-25596.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of forming an automobile part using a single steel sheet of the same material, the formability required for the automobile part to be molded will have excellent formability up to a part that is not required so much, in other words, the material There was a problem that the material cost would be increased. In addition, the tailored blank method known from JP-A-7-290182, JP-A-8-174246, etc. has a high productivity because the steel plates are sheared into small shapes and joined to form a single steel plate. In addition, there is a problem that the welding quality is not stable at the start and end of welding, and this part has to be discarded, resulting in poor product yield. However, the method described in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 5-25596 does not satisfy the joining, and the advent of an advantageous joining method is awaited.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The basic structure of the method for joining steel strips according to the present invention completed for the purpose of satisfying the above-mentioned demand is that when continuously welding the edge portions of
[0006]
In other words, the present invention does not use a single steel plate as the steel plate used for automobile parts, but welds different materials such as plate thickness, strength or properties as steel strips before press forming. This is a method for joining steel strips to obtain a steel plate having the formability or strength required by the automobile parts to be formed in the necessary parts, and after shearing a dissimilar steel plate into a small shape, Instead of the low productivity method of joining the ends, the end portions of the three different steel strips that have been turned back from the coil are continuously welded together, so that the productivity is good and the steel strip An object of the present invention is to provide a method for joining steel strips, which is extremely advantageous in that joining quality is good even when the shape accuracy of the end portion is poor. In addition, as an automobile part manufactured from the steel strip obtained by the present invention, a part having a possibility of being used by joining different kinds of materials such as a part close to a column shape such as a framework structure part of an automobile or a floor in parallel. The method of the present invention can improve the productivity and the yield of these parts.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the present invention is a method for joining steel strips in which the edge portions of three strips of
[0008]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
In this invention, the edge part of three types of
[0009]
As described above, in the present invention, by pressing the
[0010]
At this time, in order to give a force in the width direction of the steel strip, a method of applying a force from an end portion of the steel strip such as a side guide roll that is not welded is generally considered, but it is used for an automobile part. For thin steel strips, if these methods are applied with a large force, buckling of the steel strips and rough edges of the ends will occur, so a large force cannot be applied. There was a problem that the gap between the ends of the steel strip could not be reduced. Therefore, in the present invention, a method of inclining and pressing the
[0011]
Further, in the present invention, an end positioning device for the steel strip is installed on one of the end portions on which the
[0012]
In the present invention, various investigations are made so that the
[0013]
In this way, the position of the
[0014]
After welding the
That is, in the same manner as welding the
In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, four
[0015]
Further, as shown in FIG. 5, the
[0016]
Furthermore, in this invention, as shown in FIG. 8, the
[0017]
Incidentally, the
In addition, the three different steel strips of the present invention are those in which the materials and thicknesses of adjacent steel strips are different, and the steel strips at both ends are the same and the central steel strips are different. It is what.
[0018]
[Example 1]
A
Hereinafter, the components of the steel strip are shown in Table 1, and the joining conditions and welding results are shown in Tables 2 and 3.
[0019]
[Table 1]
[0020]
[Table 2]
[0021]
[Table 3]
As is apparent from the above table, according to the present invention, there is no occurrence of buckling and no occurrence of undercut, and extremely good weld quality can be obtained.
[0022]
[Example 2]
In order to form the
[0023]
[Table 4]
As shown in Table 4, it can be seen that according to the present invention, productivity is dramatically improved as compared with the cut plate joining method shown in the comparative example.
[0024]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention, when manufacturing automobile parts and the like by the tailored blank method, it is possible to join steel strips with good welding quality and good productivity, and the effect is extremely large. Is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory plan view of a method of the present invention.
2 is an explanatory side view of the method of the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory plan view of the method of the present invention in which the number of pressing rolls is increased.
4 is an explanatory side view of the method of the present invention shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is an enlarged explanatory view showing the vicinity of welding in the method of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged explanatory view showing the vicinity of welding in the method of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged explanatory view showing the vicinity of welding in the method of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view showing a state in which a flange roll is provided on the upstream side of the welding point in the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
2
3
4 Pressing
10 Joint surface
11 Edge guide
12 groove
13 Weld point
14 Flange roll
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