JP4505070B2 - 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が同一の複数の鋼帯をその長手方向の端部において溶接して幅広の鋼帯が得られるようにす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、自動車部品あるいは家電製品等に冷延鋼板あるいは冷延鋼板にめっきを施した表面処理鋼板(以下、鋼帯という)が用いられている。これらの鋼帯は種々の用途に用いられるものであるが、時に幅の広い用途に用いられるために幅広の鋼帯が要求される場合がある。従来、製鉄所等では一般的に幅が1600mm程度の鋼帯が製造可能となっているが、それ以上の幅広の鋼帯が要求された場合は製造することができず、需要の要求に応えることができなかった。
【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いる。このような方法は、例えば、特開平7−290182、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】
幅広の鋼帯を製造できるように製造設備を改造するには莫大な費用がかかり、また、1条の鋼帯で幅広鋼帯を製造しようとすると、製造設備のみならず製造技術においても不十分な要素があり、幅広の鋼帯を製造することができないとするのが実情である。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】
前記したような要望に応えて、板厚や強度或いは性質などが同一である複数の鋼帯をその長手方向の端部において溶接することにより幅広の鋼帯を得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、複数の鋼帯のエッジ部同士を突き合わせて連続的に溶接するに際し、複数の鋼帯を同一素材としてこの複数の鋼帯を、溶接ロールと、傾斜して配置する複数の押さえロー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のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレーザー溶接して全体が均質の広幅鋼帯とすることを特徴とするものである。また、このような方法において、鋼帯の溶接を行わない側の端部の一方に端部位置決め装置を設置し、押さえロールをそれぞれの鋼帯が前記した端部位置決め装置を設置されている方向に押付力が働くように傾斜させて鋼帯の突き合わせ面を同一平面上で押しつけることを特徴とする鋼帯の接合方法を請求項2に係る発明とし、前記した各発明において、レーザー溶接する溶接点の上流側にフランジロールを配置して鋼帯の間に隙間を設けるようにして行う方法を請求項3に係る発明とする。
【0006】
即ち、自動車部品等に用いられる幅広の鋼帯は、必ずしも1条の鋼帯で製造する必要がなく、同一素材の幅狭の鋼帯同士を接合して幅広の鋼帯を得れば良いとする発想から本発明がなされたものであり、従来、鋼帯同士を有利に接合する方法がなかったものであるが、本発明はコイルから捲戻された同一素材である帯状の鋼帯の端部同志を、生産性よく、しかも、帯状の鋼帯の端部の形状精度が悪い場合にも接合品質よく連続的に溶接して全体が均質の広幅鋼帯とする極めて有利な鋼帯の接合方法を提供することにある。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明は前記したように材質、板厚等が同一の素材である鋼帯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、生産性を向上させるとともに、接合品質が良好となる接合を可能とした点にあり、以下、図1〜図6を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【0008】
本発明は、材質、板厚等が同一の素材である鋼帯1と鋼帯2のエッジ部を連続的に接合するものであるが、これら鋼帯1と鋼帯2とは並べて上側の押さえロール3、4と、これら押さえロール3、4に比べて大径の下側の溶接ロール5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5側に巻き付けて通過するものであるが、前記した押さえロ−ル3、4は溶接ロール5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て鋼帯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5に押付ける。
【0009】
このように本発明では、押さえロール3、4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、レーザー溶接するを行う場合、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−ル3、4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、溶接点のおいて、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出来ず、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出来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−ル3、4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3、4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3、4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3、4を同一方向に傾斜させることを特徴としている。即ち、鋼帯1と鋼帯2の接合面10に対して、一般的には接合面10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−ル3、4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10に向かって両側より押付力を働かせるのは、接合面10が常に溶接位置に変動しないように両側よりの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3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4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10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4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5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5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9を照射する固定されたレーザー発射管6の位置に対して、溶接される接合面10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10の位置が溶接位置から変動しないように接合面10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、1図に示す如く、端部位置決め装置として鋼帯1の外側に入側エッジガイド7と出側エッジガイド8を設け、その入側エッジガイド7と出側エッジガイド8の方向へ鋼帯1が移動するよう傾斜した押さえロール3が溶接ロール5の上部に設ける。押さえロール3は、例えば、シリンダーなどにより溶接ロール5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3は角度θ1 だけ傾斜しているので、鋼帯1は入側エッジガイド7と出側エッジガイド8へ押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3は、その押し付け力と角度θ1 を調整できるようにしている。また、鋼帯1が入側エッジガイド7と出側エッジガイド8に拘束された時、鋼帯1の溶接される接合面10の位置が溶接位置となるよう入側エッジガイド7と出側エッジガイド8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4により拘束した状態で移動させ、且つ、θ2 と押さえロール4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10が鋼帯1の接合面10に適度な押付力を働かせるようにし、鋼帯1、2のエッジ間に面圧を立て、隙間を押し潰した状態で溶接することとなり、言い換えれば、ピンチ方式の突き合わせをすることになり、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10を溶接位置へ調整した後にレーザー発射管6よりレーザービーム9を照射して溶接し、鋼帯1、2を接合する。なお、押さえロール3、4は、図3、図4に示す如く、鋼帯1、2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。
【0014】
前記した溶接ロール5は、図5に示す如く、溶接位置に相当する箇所に溝11を設けたものとして、溶接時における溶接ロール5の熱影響による損傷を防止するものとしている。また、本発明では図6に示す如く、溶接点12の上流側にフランジロール13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。さらに、本発明は鋼帯1、2を同一平面上で通板して溶接点12へ搬送するものであるが、その為に、鋼帯1、2の接合面10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13を設けることはより好ましいものである。
【0015】
なお、本発明に用いる押さえロール3、4は、それぞれ角度θ1 、θ2 傾斜させるものであるが、角度θ1 、θ2 は共に2°〜25°が好ましく、また、押さえロール3、4の押さえ力は350N〜20000Nが好ましい。その理由は、角度θ1 、θ2 が2°未満もしくは押さえ力が350N未満では、鋼帯1、2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 、θ2 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。
【0016】
【実施例1】
常法に従い製造された表1に示す化学成分であって、板厚0.7mm,幅850mmの鋼帯1と、板厚0.7mm、幅850mmの鋼帯2とを準備し、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を接合した。
この実施例に用いた鋼帯1と鋼帯2の組成を表1に示し、溶接結果を表2および表3に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
上表から明らかなように、本発明方法によると座屈の発生もなく、アンダ−カットの発生もなく、極めて良好な溶接品質が得られる。
【0020】
【実施例2】
実施例1で示す鋼帯1と鋼帯2と同じ鋼帯1と鋼帯2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。本発明は鋼帯1、2を接合した後に切断したものであり、比較例は鋼帯1、2を切断した後に鋼板を接合したものである。
その時の所要時間を表4に示す。
【0021】
【表4】
表4に示すように、本発明によると、比較例に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。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、板厚や強度或いは性質などが同一の複数の幅狭の鋼帯同士をその長手方向の端部において溶接して、現状の設備で従来、製造できなかった良好な溶接品質で全体が均質の広幅鋼帯を製造することが可能となり、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】 本発明方法を実施している状態の一例を説明する平面図である。
【図2】 本発明方法を実施している状態の一例を説明する側面図である。
【図3】 押さえロールを多くして本発明方法を実施している状態の一例を説明する平面図である。
【図4】 押さえロールを多くして本発明方法を実施している状態の一例を説明する側面図である。
【図5】 本発明方法における溶接部の近傍を示す拡大図である。
【図6】 溶接点上流側にフランジロールを具備して本発明方法を実施している状態の一例を説明する平面図である。
【符号の説明】
1 鋼帯
2 鋼帯
3 押さえロール
4 押さえロール
5 溶接ロール
6 レーザー発射管
7 入側エッジガイド
8 出側エッジガイド
9 レーザービーム
10 接合面
11 溝
12 溶接点
13 フランジロール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for joining steel strips in which a wide steel strip is obtained by welding a plurality of steel strips having the same thickness, strength, or property at the longitudinal ends thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, cold-rolled steel sheets or surface-treated steel sheets (hereinafter referred to as steel strips) obtained by plating cold-rolled steel sheets have been used for automobile parts or home appliances. These steel strips are used for various applications, but sometimes a wide steel strip is required to be used for a wide application. Conventionally, a steel strip having a width of about 1600 mm can generally be manufactured at a steel mill or the like, but when a steel strip having a wider width than that is required, it cannot be manufactured and meets demand demand. I couldn't.
[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 method for use in pressing has been attracting 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]
It takes a huge amount of money to modify the production equipment so that a wide steel strip can be manufactured, and if one tries to produce a wide steel strip with a single steel strip, not only the production equipment but also the production technology is insufficient. The fact is that a wide steel strip cannot be manufactured. 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]
In response to the above-mentioned demands, this book was completed for the purpose of obtaining a wide steel strip by welding a plurality of steel strips having the same thickness, strength or properties at the longitudinal ends. The basic configuration of the steel strip joining method according to the invention is to continuously weld the edge portions of a plurality of steel strips together, with the plurality of steel strips as the same material, welding rolls, and By passing through a plurality of holding rolls that are inclined, a force in the width direction is applied to the steel strip so that the pressing force acts on the edge of the steel strip, and laser welding is performed to make the entire uniform wide. It is a steel strip. Further, in such a method, the end positioning device is installed on one of the end portions on the side where the steel strip is not welded, and the direction in which the end positioning device described above is installed in each steel strip for the pressing roll. The steel strip joining method is characterized in that the abutting surface of the steel strip is pressed on the same plane by inclining so that a pressing force is exerted on the welding, and in each of the above inventions, laser welding is performed. The method according to
[0006]
That is, a wide steel strip used for automobile parts or the like does not necessarily have to be manufactured with a single steel strip, and it is sufficient to obtain a wide steel strip by joining narrow steel strips of the same material. The present invention has been made from the idea of, and there has been no conventional method for advantageously joining steel strips, but the present invention is the end of a strip-like steel strip that is the same material that has been wound back from a coil. Joining the steel strips with high productivity, and even when the shape accuracy of the end of the strip-shaped steel strip is poor, welding the strips continuously with good joint quality to make a uniform and wide steel strip is extremely advantageous. It is to provide a method.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the present invention is a method for joining steel strips which continuously and advantageously welds the edge portions of steel strips having the same material, thickness, etc., the main feature of which is a tilting presser. By pressing the roll against the steel strip, a force is applied in the width direction of the steel strip so that a pressing force acts between the edges of the steel strip, improving productivity and enabling joining with improved joining quality. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0008]
In the present invention, the edge portions of the
[0009]
As described above, in the present invention, 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 that 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]
The present invention performs various studies on the position of the fixed laser emitting tube 6 that irradiates the
[0013]
In this way, the position of the
[0014]
As shown in FIG. 5, the above-described
[0015]
Incidentally, the
[0016]
[Example 1]
A chemical component shown in Table 1 manufactured according to a conventional method, comprising a
The composition of the
[0017]
[Table 1]
[0018]
[Table 2]
[0019]
[Table 3]
As is apparent from the above table, according to the method of the present invention, there is no occurrence of buckling and no occurrence of undercut, and extremely good welding quality can be obtained.
[0020]
[Example 2]
In order to form the
Table 4 shows the required time at that time.
[0021]
[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.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, a plurality of narrow steel strips having the same plate thickness, strength, or property are welded at their longitudinal ends, and good welding quality that could not be produced with current equipment has hitherto been achieved. Thus, it becomes possible to produce a wide steel strip that is homogeneous throughout, and the effect is extremely great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view for explaining an example of a state in which a method of the present invention is performed.
FIG. 2 is a side view illustrating an example of a state in which the method of the present invention is performed.
FIG. 3 is a plan view for explaining an example of a state in which the method of the present invention is carried out by increasing the number of pressing rolls.
FIG. 4 is a side view for explaining an example of a state in which the method of the present invention is carried out by increasing the number of pressing rolls.
FIG. 5 is an enlarged view showing the vicinity of a weld in the method of the present invention.
FIG. 6 is a plan view for explaining an example of a state in which a flange roll is provided upstream of the welding point and the method of the present invention is carried out.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
10 Joint surface
11 groove
12 Welding points
13 Flange roll
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