JP4483215B2 - 溶接形鋼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接形鋼の製造方法に関する。

例えば溶融亜鉛めっき溶接Ｈ形鋼等の表面処理溶接Ｈ形鋼は、 表面処理鋼帯からなる１枚のウェブ材及び２枚のフランジ材をいずれも加熱してＨ形の断面形状となるように突き合わせて高周波溶接を行うことによって、製造される。

図７は、高周波溶接を行うためのウェブ材１及びフランジ材２への給電手段を簡単に示す説明図であって、図７(a) は高周波溶接の開始前の状態を示し、図７(b) は高周波溶接の終了後の状態を示す。

図７(a) に示すように、高周波溶接のためのウェブ材１及びフランジ材２への給電は、ウェブ材１に給電子1aを当接させるとともにフランジ材２に給電子2aを当接させることにより行われる。しかし、図７(b) に示すように、給電子1aのウェブ材１への当接箇所及び給電子2aのフランジ材２への当接箇所には、通電抵抗により給電子1a、2aの接触跡（本明細書では「アーキング跡」という) ３、４が発生する。

アーキング跡３、４では、溶融亜鉛めっき層が溶融してめっき厚みが減少する。最悪の場合にはめっき無しの状態になることもある。

このため、 特許文献１にも開示されるように、高周波溶接により形成された溶接ビード部５とともに、電着塗装等の防錆処理を行う必要がある。
特開2002−1530号公報

このように、ウェブ材１及びフランジ材２にアーキング跡３、４が発生すると、外観品質が低下するとともに、防錆処理を行う必要がある範囲が拡大するために防錆処理のコストが嵩む。このため、表面処理溶接Ｈ形鋼の品質及び製造コストが悪化する。

本発明の目的は、 アーキング跡の発生を防止して防錆処理を行う必要がある範囲をできるだけ少なくすることにより、溶接形鋼の品質及び製造コストを向上することができる溶接形鋼の製造方法を提供することである。

本発明は、表面処理鋼帯からなるウェブ材にウェブ材用給電子を当接させるとともに表面処理鋼帯からなるフランジ材にフランジ材用給電子を当接させてから、このウェブ材及びこのフランジ材を高周波溶接してウェブ材とフランジ材との突き合わせ部の近傍に溶接ビードを形成し、形成された溶接ビードを整形することによって溶接形鋼を製造する方法であって、ウェブ材用給電子が溶接ビードが形成される範囲内でウェブ材に当接するとともに、フランジ材用給電子が溶接ビードが形成される範囲内でフランジ材に当接し、かつウェブ材用給電子はウェブ材の長手方向に並設された複数の給電子からなるとともに、フランジ材用給電子はフランジ材の長手方向に並設された複数の給電子からなることを特徴とする溶接形鋼の製造方法である。

これらの本発明に係る溶接形鋼の製造方法では、さらに、 整形された溶接ビードの目標形状を予め定めておき、 整形後の溶接ビードの形状がこの目標形状となるように、高周波溶接の溶接条件を調整することが望ましい。

これらの本発明に係る溶接形鋼の製造方法では、さらに、整形された溶接ビードに吹き付け塗装を行うことが例示される。

本発明に係る溶接形鋼の製造方法により、アーキング跡の発生を防止して防錆処理を行う必要がある範囲を小さくすることができ、これにより、溶接形鋼の品質及び製造コストを向上できる。

以下、本発明に係る溶接形鋼の製造方法の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、溶接形鋼が表面処理溶接Ｈ形鋼である場合を例にとるが、本発明はＨ形鋼には限定されず、Ｔ形鋼や溝形鋼等のＨ形鋼以外の他の形鋼についても等しく適用される。

図１は、本実施の形態で用いた表面処理溶接Ｈ形鋼10の製造工程11を模式的に示す説明図である。この製造工程11では、溶融亜鉛めっき鋼帯等の表面処理鋼帯からなるウェブ材12及びフランジ材13a 、13b を高周波溶接して表面処理溶接Ｈ形鋼10を製造する。この製造工程11は、図１に示すように、プリアプセット装置14、 面取り装置15、 給電装置16、 圧接装置17、 ビード整形装置18ならびに吹き付け塗装装置 (図示しない) を備える。そこで、以下、製造工程11のこれらの構成要素について説明する。

[プリアプセット装置14]
プリアプセット装置14は、 例えば上下１対のフラットロール (又は孔型ロール) 19、19を１組または複数組 (図示例では２組) をタンデムに配置した構造であり、 フランジ材13a 、13b との溶着幅を大きくするためにウェブ材12の上下の端部 12a、12b を幅方向に押圧することにより端部12a 、12b を膨らませる。 このフラットロール (又は孔型ロール) 19、19による、ウェブ材12の幅方向の圧下量を「プリアプセット量」という。

[面取り装置15]
面取り装置15は、 例えば１対の孔型ロール20、20により構成される。 この孔型ロール20、20でプリアプセットされたウェブ材12の端部12a 、12b を押圧することにより端部12a 、12b の角部の面取りを行う。

[給電装置16]
図２−１は、本実施の形態の給電装置16の構成を詳細に示す説明図であり、図２−２は、従来の給電子と本実施の形態の給電子とを対比して示す説明図である。

同図に示すように、本実施の形態の給電装置16は、 ウェブ材12の一方の端部近傍と他方の端部近傍に当接する給電子 (ウェブ給電子) 21、21と、 ２つのフランジ材13a 、13b の幅方向の中央位置の近傍に当接する給電子 (フランジ給電子) 22、22と、これらの給電子21、21、22、22に給電する高周波電源装置26を有する。 なお、高周波電源装置26は図示するようにライン速度に応じて溶接出力が自動的に変化するように設定されている。

本実施の形態では、図２−１、２−２に示すように、ウェブ材12の両縁部の近傍にそれぞれ２つの給電子21a 、21b を長手方向に沿って直線状に配置してなるウェブ給電子21をウェブ材12に当接するとともに、２つのフランジ材13a 、13b の幅方向の略中央の近傍にそれぞれ２つの給電子22a 、22b を長手方向に沿って直線状に配置してなるフランジ給電子22、22をフランジ材13a 、13b に当接して、ウェブ材12及びフランジ材13a 、13b を加熱することにより、高周波溶接を行う。 以下、この理由を説明する。

ウェブ給電子21及びフランジ給電子22を用いて高周波溶接を行う際にウェブ材12及びフランジ材13a 、13b にアーキング跡を発生させないことは、極めて難しい。しかし、図３に示すように、ウェブ材12及び２つのフランジ材13a 、13b に発生したアーキング跡を、その後に行われる圧接により形成される溶接ビード23により隠すことができれば、見かけ上、アーキング跡を解消することができ、この場合には、溶接ビード23に対してのみ塗装被膜24を形成すればよく、これにより、防錆処理の範囲を小さくすることができる。ここで、アーキング跡をより確実に溶接ビード23に押し込めるためには、 適正な形状に溶接ビード23を形成することが有効である。

しかし、図７(a) 及び図７(b) に示すように、フランジ材２とウェブ材１とのそれぞれに１つの給電子2a、1aを当接することにより給電する従来の方法では、 給電のために必要な面積を確保するために、給電子1a、2aの面積を小さくすることができず、溶接ビードが形成される範囲にアーキング跡を収めることができない。

これに対し、図２に示すように、フランジ材13a 、13b とウェブ材12のそれぞれに二つの給電子21a 、21b 、22a 、22b を長手方向に直線状に配置した構造、すなわち、二つの給電子21a 、21b がウェブ給電子台21a'、21b'で支持されてウェブ材12の長手方向に沿って直線状に配置されて構成されるウェブ給電子21と、二つの給電子22a 、22b がフランジ給電子台22a'、22b'に支持されてフランジ材13a 、13b の長手方向に沿って直線状に配置されて構成されるフランジ給電子22とを用いることにより、各給電子21a 、21b 、22a 、22b を従来の給電子よりも小型化することができる。これにより、 各給電子21a 、21b 、22a 、22b によるアーキング跡を小面積化して、溶接ビードの形成範囲からはみ出さないようにすることができる。

なお、本実施の形態では、ウェブ給電子21又はフランジ給電子22をいずれも二つの給電子21a 、21b 又は22a 、22b により構成したが、この態様に限定されるものではなく、ウェブ給電子21又はフランジ給電子22を三つ以上の給電子により構成してもよい。

本実施の形態では、このように、従来の給電子よりも小型の２つの給電子21a 、21b でウェブ材12を加熱するとともに、 従来の給電子よりも小型の２つの給電子22a 、22b でフランジ材13a 、13b を加熱するため、 フランジ材13a 、13b とウェブ材12のそれぞれに形成されるアーキング跡を溶接ビードの形成範囲内とすることができる。このため、形成されたアーキング跡をその後に形成される溶接ビードにより完全に隠すことができ、防錆処理の範囲を小さくすることができる。

[圧接装置17]
図１において、フランジ材13a 、13b それぞれに２つの給電子22a 、22b を当接するとともに、 ウェブ材12の両端部に２つの給電子21a 、21b を当接し、 高周波電源装置23から高周波電流 (溶接電流) を通電することにより、ウェブ材12及びフランジ材13a 、13b を1300〜1400℃程度に加熱する。

そして、例えば上下一対の太鼓状ロール17a 、17b を備えた圧接装置17によりウェブ材12の端部をフランジ材13a 、13b に圧接する。 圧接装置17によるウェブ材12の幅方向の圧下量を「溶接アプセット量」という。

[ビード整形装置18]
図４は、ビード整形装置18の構成を示す説明図である。

図１及び図４に示すように、ビード整形装置18は、 例えば、 圧接装置17による圧接により発生した溶接ビード23を押圧して整形するために、溶接ビード23に対向して、円弧状あるいは平坦状の整形部25を備えたタイヤ状のロール18a を備える。 このロール18a は、太鼓状ロール17a 、17b による溶接完了点から下流側に50〜200mm 程度離れた位置に配置される。ロール18a の整形部25の幅は、 所定の溶接品質を得ることができるように、ウェブ材12の厚みに応じて適宜決定される。

このロール18a は、ウェブ材12に対して接近及び離反することができるように支持される。ロール18a のロール軸は、ウェブ材12に対し30〜60度の傾斜角度を有するように配置される。 このロール18a による溶接ビードの整形では、 整形部25の稜線部がそれぞれウェブ材12とフランジ材13a 、13b から適性距離だけ離れた所定の位置となるように、ロール18a を固定配置することにより、 圧接溶接により生じた溶接ビード23をロール18a の整形部25により押圧して整形することができる。 整形部25の縁部とウェブ材12との距離および縁部とフランジ材13a 、13b との距離は、0.5 〜1.Omm 程度とすればよい。

[吹き付け塗装装置]
図示しない吹き付け塗装装置は、 例えば、 樹脂に防錆顔料を添加した塗料を、整形後の溶接ビードに吹き付けるためのノズルを、溶接ビードに対向して備える。 このノズルから整形後の溶接ビードに塗料が吹き付けられ、 溶接ビードを覆うように塗膜が形成される。

本実施の形態で用いた表面処理溶接Ｈ形鋼10の製造工程11は、以上のように構成される。

このように、表面処理鋼帯からなるウェブ材12に、ウェブ材12の長手方向に並設された二つの給電子21a 、21b からなるウェブ材用給電子21を当接させるとともに表面処理鋼帯からなるフランジ材13a 、13b にフランジ材用給電子13を当接させてから、これらのウェブ材12及びフランジ材13a 、13b を高周波溶接してウェブ材12及びフランジ材13a 、13b それぞれの突き合わせ部の近傍の範囲に溶接ビードを形成することによって溶接形鋼を製造する際に、本実施の形態では、ウェブ材用給電子12が、溶接ビードが形成される範囲内でウェブ材12に当接するとともに、フランジ材用給電子13が、溶接ビードが形成される範囲内でフランジ材13a 、13b に当接することにより、溶接形鋼10を製造する。

ここで、溶接より生じる溶接ビードは、 溶接ビードの塗装性改善のため、 ロール18a により圧潰され、 溶接ビードの整形が行われるが、 その際、 噛み出しやビード隙間が発生し易い。 噛み出し量やビード隙間が過大となると、 塗料の吹き付けが不十分となり防錆性能が低下するので、 噛み出し量やビード隙間を適正な範囲にすることが望ましい。 ここで、噛み出しやビード隙間が小さくなるようにビード形状を調整すれば、 アーキング跡の形成位置を、より確実に溶接ビードの形成範囲内とすることができる。

そこで、本実施の形態では、さらに、 整形後の溶接ビードの目標形状を予め定めておき、整形後の溶接ビードの形状がこの目標形状となるように溶接条件を調整して、 溶接形鋼を製造することが望ましい。これにより、 噛み出し量やビード隙間が小さくなるように溶接ビードの形状が調整され、 アーキング跡の形成位置をより確実に溶接ビードが形成される範囲内とすることができる。 さらに、 これにより、 噛み出し量が過大の時や、 溶接ビード隙間が過大の時に生じる塗装不良を抑制することもできる。

具体的には、整形後の溶接ビードの形状の目標値は、 例えば、 整形後の溶接ビードの噛み出し量：片側で0.5mm 以下、 かつ、 溶接ビードの隙間：0.2mm 以下である形状とすることが、例示される。

整形後の溶接ビードの形状を目標値とするには、整形前における溶接ビードの噛み出し量や隙間等のビード形状を目標値とすればよく、このためには、溶接電流（溶接入熱）、 プリアプセット量および溶接アプセット量等の溶接条件の１種以上を適宜調節すればよい。本実施の形態では、ビード形状の制御性が優れることから、整形後の溶接ビードの形状検査の結果に基づいて、溶接電流（溶接入熱）を微調整することとした。

なお、整形後の溶接ビードの形状が目標値内であるか否かという溶接ビードの形状検査は、 目視やカメラによる観察により行うことができる。ビード隙間が過大である場合には、 溶接電流を大きくするか、 あるいは、 プリアプセット量や溶接アプセット量を大きくする。 一方、 噛み出し量が過大の場合には、 溶接電流を小さくするか、 あるいはプリアプセット量や溶接アプセット量を小さくする。 すなわち、ビード噛み出し量やビード隙間が適正範囲となるように溶接条件を調整すればよい。

このように、本実施の形態によれば、表面処理溶接Ｈ形鋼を製造する際に、アーキング跡の発生を防止して防錆処理を行う必要がある範囲を小さくすることができ、これにより、表面処理溶接Ｈ形鋼の品質及び製造コストを向上することができる。

さらに、本発明を実施例を参照しながら詳細に説明する。

図１〜４に示す本実施の形態の表面処理溶接Ｈ形鋼10の製造工程11を用いて、以下に列記する条件及び方法により、表面処理溶接Ｈ形鋼を製造した。なお、図５には、給電子21a 、21b 、22a 、22b のウェブ当接位置及びフランジ当接位置を示すとともに、図６には、ビード整形装置18のロール18a の形状を示す。同図に示すように、ロール18a の平坦状部の幅は4mm である。
(1) 表面処理鋼帯：Z27(JIS-G3302 非合金等厚めっき付着量の表示記号) の溶融亜鉛めっき鋼板、 ウェブ材厚3.2mm 、 フランジ材厚4.5mm
(2) 製品サイズ： 200×100 ×3.2/4.5 (mm)
(3) プリアプセット装置14：フラットロール19のプリアプセット量2mm(両側)
(4) 面取り装置15：孔型ロール使用
(5) 高周波電源装置26：周波数360kHz、 加熱温度約1300℃、 溶接電流(1次側)30A (基準)
(6) 圧接装置17：太鼓型ロール17a 、17b の溶接アプセット量4mm(両側)
(7) 吹き付け塗装装置：エアースプレー方式。塗料はエポキシ樹脂に防錆顔料としてりん酸アルミニウムを添加したものを用いた。

[方法]
プリアプセット装置14によるプリアプセット加工と、面取り装置15による面取り加工とを行ったウェブ材12とフランジ材13a 、13b と突き合わせ、 給電子21、22を両部材の上記所定位置に当接して通電することにより約1300℃に加熱し、 圧接ロール17a 、17b で圧接した。

その後、 ウェブ材12に対し所定の位置に固定配置されたロール18a により溶接ビードを押圧して整形した。その後、 整形された溶接ビードに上記の塗料の吹き付け塗装を行い、 表面処理溶接Ｈ形鋼を製造した。

その際、 目視により整形された溶接ビードの形状を観察し、 片側の噛み出し量が0.5mm 以下の噛み出し形状となるように、 溶接電流を調節した。

そして、アーキング跡の発生状況を観察するとともに、 得られたＨ形鋼で以下の防錆耐久試験を行い、 防錆性能を評価した。

防錆耐久試験：JASO-M609(ISO149930)、塩水噴霧試験 (２時間) →乾燥 (60℃×４時間) →湿潤(98%湿度×50℃×2 時間) を１サイクルとし、 赤錆発生までのサイクル数を調査した。

その結果、本発明によれば、アーキング跡は溶接ビードの形成範囲内に押し込まれており、 外観品質は極めて良好であるとともに、防錆のための塗装範囲を小さくすることができた。 また、 ビード部はエポキシ樹脂により完全に覆われており、 塗装膜厚20μｍの塗装でビード部はZ27 とほぼ同等の防錆性能を得ることができた。

実施の形態で用いた表面処理溶接Ｈ形鋼の製造工程を模式的に示す説明図である。 図２−１は、実施の形態の給電装置の構成を詳細に示す説明図である。 図２−２は、従来の給電子と実施の形態の給電子とを対比して示す説明図である。 ウェブ材及び２つのフランジ材に発生したアーキング跡が、その後に行われる圧接により形成される溶接ビードにより隠された状態を示す説明図である。 ビード整形装置の構成を示す説明図である。 実施例において、給電子のウェブ当接位置及びフランジ当接位置を示す説明図である。 実施例において、ビード整形装置のロールの形状を示す説明図である。 高周波溶接を行うためのウェブ材及びフランジ材への給電手段を簡単に示す説明図であって、図７(a) は高周波溶接の開始前の状態を示し、図７(b) は高周波溶接の終了後の状態を示す。

符号の説明

10 溶接形鋼
12 ウェブ材
13a,13b フランジ材
21 ウェブ材用給電子
22 フランジ材用給電子
24 溶接ビード

Claims (2)

1. 表面処理鋼帯からなるウェブ材にウェブ材用給電子を当接させるとともに表面処理鋼帯からなるフランジ材にフランジ材用給電子を当接させてから、該ウェブ材及び該フランジ材を高周波溶接して前記ウェブ材と前記フランジ材との突き合わせ部の近傍に溶接ビードを形成し、形成された前記溶接ビードを整形することによって溶接形鋼を製造する方法であって、
   前記ウェブ材用給電子は前記溶接ビードが形成される範囲内で前記ウェブ材に当接するとともに、前記フランジ材用給電子は前記溶接ビードが形成される範囲内で前記フランジ材に当接し、かつ
   前記ウェブ材用給電子は前記ウェブ材の長手方向に並設された複数の給電子からなるとともに、前記フランジ材用給電子は前記フランジ材の長手方向に並設された複数の給電子からなること
   を特徴とする溶接形鋼の製造方法。
2. さらに、整形された溶接ビードの目標形状を予め定めておき、整形後の溶接ビードの形状が該目標形状となるように、前記高周波溶接の溶接条件を調整する請求項１に記載された溶接形鋼の製造方法。

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