JP5662546B1

JP5662546B1 - 溶接形鋼の製造装置および製造方法

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Publication number: JP5662546B1
Application number: JP2013235989A
Authority: JP
Inventors: 康弘桜田; 徹家成; 朝田　博; 博朝田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: US10583527B2; PH12016500877A1; BR112016010798B1; EP3069815A1; TWI594831B; TW201518022A; RU2639196C2; MX2016006284A; PH12016500877B1; AU2014348137B2; CN105705294A; AU2014348137A1; US20190184492A1; US20160250716A1; EP3069815A4; CN105705294B; CA2930768C; CA2930768A1; WO2015072158A1; MY176242A

Abstract

【課題】レーザ溶接点から飛散するスパッタがウェブ材を挟持する部分に付着しにくく、レーザ溶接点からの熱影響を同部分が受けにくくしつつも、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動しないように挟持することが容易に実現可能となる。【解決手段】ウェブ材４の両側端部を２枚のフランジ材２，３のそれぞれに溶接するレーザ溶接装置と、ローラ式ウェブ材挟持装置３０を備える。ローラ式ウェブ材挟持装置は、ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラ３１と、ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラ３２と、を有し、複数の第１面側ローラ３１および複数の第２面側ローラ３２により、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘ってウェブ材４を挟持する。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光を熱源としたレーザ溶接によってウェブ材とフランジ材を溶接接合して溶接形鋼を製造する溶接形鋼の製造装置および製造方法に関する。

レーザ溶接によってウェブ材とフランジ材を溶接接合して溶接Ｈ形鋼を製造する方法が特許文献１，２に開示されている。これらの文献に開示されている溶接Ｈ形鋼の製造方法では、Ｈ形に配置された状態で供給される２枚のフランジ材と１枚のウェブ材とが所定の溶接位置においてレーザ溶接により溶接接合される。

レーザ溶接を用いてフランジ材とウェブ材とを溶接接合する場合、レーザの照射位置が定まっており、そのレーザのビームスポットの直径が約０．６ｍｍと微小なことから、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置を厳密に定めることが必要となる。供給されるウェブ材に反りがあったり、フランジ材に対する傾きがあれば、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置が適切な位置からずれてしまう。そうなると、レーザ照射による母材の溶け込み量不足が発生して十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。また、出来上がった製品に形状不良ないし寸法不良が発生するおそれもある。したがって、レーザ溶接を用いてフランジ材とウェブ材とを溶接接合する場合、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置を適切な位置から変動させないようにすることが必要である。

ところで、特許文献３には、コイルから巻き戻した３枚の板材をＨ形に配置して高周波抵抗溶接にて溶接接合するための装置が開示されている。この装置は、ウェブ材の両面を支持する支持装置を備えている。この支持装置は、ライン方向に搬送されるウェブ材の移動に従動して回転する無限軌道で構成されており、同文献３によれば、この支持装置によって、溶接部でのウェブ材の板厚方向への逃げを完全に拘束、保持でき、溶接不良を防止できると説明されている。

特許第５１１０６４２号公報特開２０１１−８３７８１号公報特公平３−４３１６号公報

レーザ溶接によってウェブ材とフランジ材とを溶接接合して溶接Ｈ形鋼を製造する工程において、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置を適切な位置から変動させないように、特許文献３の無限軌道からなる支持装置を採用することが考えられる。

しかしながら、溶接点近傍では、溶接点から飛散するスパッタの量が多く、また、溶接点から受ける熱影響が大きいため、実際に特許文献３の支持装置を採用する場合、無限軌道を金属等で構成してウェブ材の幅方向中央位置に配置し、その軌道幅を狭くして溶接点からの距離を一定以上確保する必要がある。

ところが、無限軌道をウェブ材の幅方向中央位置に配置し、その軌道幅を狭くすれば、その分、ウェブ材のフランジ材に対する傾きを矯正することが難しくなり、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動する可能性が高まる。

そこで、本発明は、レーザ溶接点から飛散するスパッタが付着しにくく、レーザ溶接点からの熱影響を受けにくい場所でウェブ材を挟持しつつ、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動しないように挟持することが容易に実現可能となる溶接形鋼の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

本発明の溶接形鋼の製造装置は、互いに平行に配置された２枚のフランジ材の間に、両フランジ材に対して直角に１枚のウェブ材を突き合わせた状態で、これらのフランジ材およびウェブ材を搬送する板材搬送装置と、前記板材搬送装置による、前記フランジ材および前記ウェブ材の搬送経路上で、前記ウェブ材のそれぞれの端部を前記２枚のフランジ材にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合するレーザ溶接装置と、を備えるものを前提とする。前記板材搬送装置には、ウェブ材挟持装置が含まれており、このウェブ材挟持装置は、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラと、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラと、を有し、前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラにより、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘って前記ウェブ材を挟持する。また、前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラのフランジ材に対向する側端部が、それぞれ、溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている。

かかる構成を備える溶接形鋼の製造装置は、ウェブ材を上下複数のローラで挟持することで、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動しないように支持する。ローラは、無限軌道と異なり、各ローラのウェブ材との接触長さを個別に選定することができ、各ローラの取付位置を個別に定めることができる。このため、レーザ溶接点から飛散するスパッタが付着し易い搬送方向位置や溶接点からの熱影響を受けやすい搬送方向位置では、溶接点から遠ざけてウェブ材の中心線寄りにローラを配置でき、また、レーザ溶接点から飛散するスパッタが付着し難い搬送方向位置や溶接点からの熱影響を受けにくい搬送方向位置では、できるだけウェブ材の側端部近くを挟持するようにローラを配置することが可能となる。その結果、溶接点から飛散するスパッタが付着しにくく、溶接点からの熱影響を受けにくい場所にローラを配置しつつも、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動しないようにローラで挟持することが容易に実現可能となる。また、例えば前記所定値を０とすることで、何れのローラにもスパッタを殆ど付着させることなく、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動しないように挟持することが容易に実現可能となる。

その他の本発明の溶接形鋼の製造装置は、互いに平行に配置された２枚のフランジ材の間に、両フランジ材に対して直角に１枚のウェブ材を突き合わせた状態で、これらのフランジ材およびウェブ材を搬送する板材搬送装置と、前記板材搬送装置による、前記フランジ材および前記ウェブ材の搬送経路上で、前記ウェブ材のそれぞれの端部を前記２枚のフランジ材にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合するレーザ溶接装置と、を備えるものを前提とする。前記板材搬送装置には、ウェブ材挟持装置が含まれており、このウェブ材挟持装置は、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラと、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラと、を有し、前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラにより、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘って前記ウェブ材を挟持する。また、前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラのフランジ材に対向する側端部が、それぞれ、溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている。

前記レーザ溶接装置は、前記ウェブ材の一方の端部を一方のフランジ材に突き合せた部分をレーザ溶接する第１のレーザヘッドと、前記ウェブ材の他方の端部を他方のフランジ材に突き合せた部分をレーザ溶接する第２のレーザヘッドとを有するものとし、第１のレーザヘッドから照射されるレーザにより形成される溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界と、第２のレーザヘッドから照射されるレーザにより形成される溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界とが、ウェブ材の中心線に関して非対称となるように、第１のレーザヘッドおよび第２のレーザヘッドが配置されている、ものとしてもよい。
あるいは、前記レーザ溶接装置は、前記ウェブ材の一方の端部を一方のフランジ材に突き合せた部分をレーザ溶接する第１のレーザヘッドと、前記ウェブ材の他方の端部を他方のフランジ材に突き合せた部分をレーザ溶接する第２のレーザヘッドとを有するものとし、第１のレーザヘッドから照射されるレーザにより形成される溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界と、第２のレーザヘッドから照射されるレーザにより形成される溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界とが、ウェブ材の中心線に関して非対称となるように、第１のレーザヘッドおよび第２のレーザヘッドが配置されている、ものとしてもよい。

前記ウェブ材挟持装置は、前記ウェブ材の一方の面側に、同ウェブ材の中心線に沿って配設され、その両側に前記複数の第１面側ローラを支持する第１の支持フレームと、前記ウェブ材の他方の面側に、同ウェブ材の中心線に沿って配設され、その両側に前記複数の第２面側ローラを支持する第２の支持フレームと、を有するものであることが望ましい。

本発明の溶接形鋼の製造方法は、互いに平行に配置された２枚のフランジ材の間に、両フランジ材に対して直角に１枚のウェブ材を突き合わせた状態で、これらのフランジ材およびウェブ材を搬送しつつ、前記フランジ材および前記ウェブ材の搬送経路上で、前記ウェブ材のそれぞれの端部を前記２枚のフランジ材にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合することにより溶接形鋼を製造する、溶接形鋼の製造方法において、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラと、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラと、により、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘って前記ウェブ材を挟持しながら、前記溶接接合を行うものであって、前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラのフランジ材に対向する側端部が、それぞれ、溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている。
その他の本発明の溶接形鋼の製造方法は、互いに平行に配置された２枚のフランジ材の間に、両フランジ材に対して直角に１枚のウェブ材を突き合わせた状態で、これらのフランジ材およびウェブ材を搬送しつつ、前記フランジ材および前記ウェブ材の搬送経路上で、前記ウェブ材のそれぞれの端部を前記２枚のフランジ材にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合することにより溶接形鋼を製造する、溶接形鋼の製造方法において、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラと、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラと、により、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘って前記ウェブ材を挟持しながら、前記溶接接合を行うものであって、前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラのフランジ材に対向する側端部が、それぞれ、溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている。

前記レーザ溶接は、前記ウェブ材の一方の端部を一方のフランジ材に突き合せた部分に形成される溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界と、前記ウェブ材の他方の端部を他方のフランジ材に突き合せた部分に形成される溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界とが、ウェブ材の中心線に関して非対称となるように行われるものとしてもよい。
あるいは、前記レーザ溶接は、前記ウェブ材の一方の端部を一方のフランジ材に突き合せた部分に形成される溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界と、前記ウェブ材の他方の端部を他方のフランジ材に突き合せた部分に形成される溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界とが、ウェブ材の中心線に関して非対称となるように行われるものとしてもよい。

上記溶接形鋼の製造方法において、前記複数の第１面側ローラは、前記ウェブ材の一方の面側に、同ウェブ材の中心線に沿って配設された第１の支持フレームの両側に支持されたものであり、前記複数の第２面側ローラは、前記ウェブ材の他方の面側に、同ウェブ材の中心線に沿って配設された第２の支持フレームの両側に支持されたものである、ことが望ましい。

本発明によれば、レーザ溶接点から飛散するスパッタが付着しにくく、レーザ溶接点からの熱影響を受けにくい場所でウェブ材を挟持しつつ、ウェブ材のフランジ材に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動しないように挟持することが容易に実現可能となる。

溶接形鋼の製造装置をフランジ材およびウェブ材の搬送方向（以下単に「搬送方向」ともいう。）の左手側から視た図である。但し、搬送方向における左手側のフランジ材およびこのフランジ材より左側に存在する物については図示を省略している。上側のローラ式ウェブ材挟持装置、上側のベルト式ウェブ材挟持装置等を示す平面図である。ここで「上側」とは、図１においてウェブ材４よりレーザ溶接装置２００側のことを意味する。下側のローラ式ウェブ材挟持装置、下側のベルト式ウェブ材挟持装置等を示す底面図である。ここで「下側」とは、ウェブ材４に対し、上記「上側」と反対側を意味する。ベルト式駆動装置を示す平面図である。図１のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ断面図である。但し、ガイドロール等の図示は省略している。図１のＥ−Ｅ断面図である。第１面側ローラの第１の支持フレームへの支持構造の例を示す断面図である。（ａ）はレーザヘッド、ウェブ材等を搬送方向における左手側から視た図である。（ｂ）はレーザヘッド、ウェブ材、フランジ材等を示す平面図である。ベルト式ウェブ材挟持装置、ローラ式ウェブ材挟持装置、ガイドロール等を支持する装置フレーム等の概略図である。

以下、本発明の実施の形態に係る溶接形鋼の製造装置と、この装置を使用して実施される溶接形鋼の製造方法について説明する。本実施形態では、予め裁断等により所定寸法に形成され、断面Ｈ形に配置されて供給される３枚の鋼板からＨ形鋼を製造する場合について説明する。なお、以下では、フランジ材２，３およびウェブ材４の搬送方向を単に「搬送方向」といい、搬送方向下流側および搬送方向上流側をそれぞれ単に「下流側」、「上流側」という。

図１〜図４に示すように、溶接形鋼の製造装置１は、主に板材搬送装置１００およびレーザ溶接装置２００で構成されている。

板材搬送装置１００は、ベルト式駆動装置１０、ベルト式ウェブ材挟持装置２０、ローラ式ウェブ材挟持装置３０などで構成されている。

ベルト式駆動装置１０は、図４に示すように、搬送方向の前後に対をなす駆動輪１１および従動輪１２と、これら両輪１１，１２の間で並んで配設された複数の補助輪１３と、補助輪１３を回転可能に支持するフレーム１４と、各輪１１〜１３の外側に巻回された樹脂製の無端ベルト１５とを備えている。無端ベルト１５には、内歯が形成されており、この内歯に各輪１１〜１３に形成された外歯が噛み合っている。

このベルト式駆動装置１０は、フランジ材２，３およびウェブ材４の搬送経路を挟んで両側にそれぞれ１台ずつ設置されている。Ｈ形に配置されたフランジ材２，３およびウェブ材４のうち、フランジ材２，３のウェブ材４とは反対側の面に無端ベルト１５がそれぞれ押し付けられる。無端ベルト１５は、図４において、その近傍に記した矢印が示す方向へ回転し、２枚のフランジ材２，３およびこれらの間に挟まれたウェブ材４を矢印８の示す方向へ搬送する。製造するＨ形鋼のサイズに対応すべく、２台のベルト式駆動装置１０の無端ベルト１５同士の離間距離は調整可能となっている。なお、図１に示すように、無端ベルト１５の搬送方向に前後して上下にそれぞれガイドロール１６が設けられており、上下のガイドロール１６によってフランジ２，３の上下位置が固定されている。

このベルト式駆動装置１０は、図示しないが、後述するローラ式ウェブ材挟持装置３０より下流側にもＨ形鋼の搬送経路を挟んで２台設置されている。

ベルト式ウェブ材挟持装置２０は、図１および図５に示すように、搬送方向の前後に配設された２本のローラ２１と、２本のローラ２１に巻回された樹脂製の無端ベルトからなるウェブ材挟持ベルト２２と、２本のローラ２１間に配設されてウェブ材挟持ベルト２２を裏側から支持する支持板２３と、支持フレーム２４（図５参照）とを備えている。支持フレーム２４には、２本のローラ２１が回転自在に支持されており、支持板２３も支持フレーム２４に支持されている。

このベルト式ウェブ材挟持装置２０は、ウェブ材４の両面側（ウェブ材４の上下）にそれぞれ１台ずつ設置されており、２台のベルト式ウェブ材挟持装置２０の各ウェブ材挟持ベルト２２によってウェブ材４を板厚方向に挟持する。２本のローラ２１が従動ローラであるため、ウェブ材挟持ベルト２２は、２枚のフランジ材２，３間に挟まれて搬送されるウェブ材４に従動して２本のローラ２１の周囲を回転する。なお、製造するＨ形鋼のサイズに対応すべく、上側のウェブ材挟持ベルト２２の高さ位置は調整可能となっている。以下、ウェブ材４の上面側（一方の面側）に配置されるウェブ材挟持ベルト２２を上面側ウェブ材挟持ベルト２２Ａといい、ウェブ材４の下面側（他方の面側）に配置されるウェブ材挟持ベルト２２を下面側ウェブ材挟持ベルト２２Ｂという。

下面側ウェブ材挟持ベルト２２Ｂの下流側端部は、図１の拡大図に示すように、カバー２６で覆われている。このカバー２６は、下流側にある溶接点から飛んでくるスパッタや、溶接点から飛散して何処かの部材に跳ね返って飛んでくるスパッタを遮蔽する形状とされており、金属製などの耐熱性を有するものが採用される。カバー２６によって、十分に樹脂製のベルト２２Ｂを飛散するスパッタの熱から保護することができる。下面側ウェブ材挟持ベルト２２Ｂが上面側ウェブ材挟持ベルト２２Ａよりも下流側に延長されている理由は、後に説明する。なお、必要に応じて、上面側ウェブ材挟持ベルト２２Ａの下流側端部をカバーにより覆ってもよい。

ローラ式ウェブ材挟持装置３０は、図１〜図３および図６に示すように、ウェブ材４の上面（一方の面）に沿って搬送方向に転動する複数のローラ３１（以下「第１面側ローラ３１」という。）と、ウェブ材４の下面（他方の面）に沿って搬送方向に転動する複数のローラ３２（以下「第２面側ローラ３２」という。）と、第１面側ローラ３１を支持する第１の支持フレーム３３と、第２面側ローラ３２を支持する第２の支持フレーム３４と、を備えている。第１の支持フレーム３３は、ウェブ材４の中心線７に沿って所定長さで搬送方向に延在しており、その両側に搬送方向に間隔をおいて複数の第１面側ローラ３１を支持している。第２の支持フレーム３４も、ウェブ材４の中心線７に沿って所定長さ（本実施形態では第１の支持フレーム３３より短い長さ）で搬送方向に延在しており、その両側に搬送方向に間隔をおいて複数の第２面側ローラ３２を支持している。上記ローラ３１，３２、支持フレーム３３，３４は、溶接点５，６に照射されるレーザを遮らない位置に配設されている。上記ローラ３１，３２、支持フレーム３３，３４には、例えば金属製など、耐熱性を有する材料が採用される。

ローラ式ウェブ材挟持装置３０は、上記複数の第１面側ローラ３１および複数の第２面側ローラ３２によって、少なくとも溶接点５，６の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘ってウェブ材４を板厚方向に挟持する。また、溶接点５，６の搬送方向位置におけるウェブ材４のフランジ材２，３に対する傾きを極力抑えるために、溶接点５，６の搬送方向位置に、中心線７の両側で第１面側ローラ３１Ｘと第２面側ローラ３２Ｘが各面２個ずつ配設されている。

第１面側ローラ３１および第２面側ローラ３２のフランジ材２，３に対向する側端部は、溶接点５，６からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている。スパッタの飛散量の度合いは、例えば、所定溶接時間内にウェブ材４の上面又は下面に付着する単位面積当たりのスパッタの付着量（質量）とすることができる。本実施形態では、前記所定値が０の場合について説明を行う。つまり、第１面側ローラ３１および第２面側ローラ３２のフランジ材２，３に対向する側端部が、スパッタが飛散する領域２０３，２０４の境界に沿って配置される場合について説明する。なお、スパッタが飛散してこない搬送方向位置に配置されたローラ３１，３２は、図２および図３に示すように、ウェブ材４の側端部にできるだけ近い位置に配置され、ウェブ材４のフランジ材２，３に対する傾斜を極力抑制するようにしている。

図７（ａ）に、第１面側ローラ３１の支持構造の一例を示す。第１面側ローラ３１には、ボールベアリングが採用され、支持フレーム３３には、搬送方向に直交する水平方向にシャフト３６が貫通している。このシャフト３６には、４個の第１面側ローラ３１Ａ〜３１Ｄが間隔をおいて嵌着されている。ローラ３１Ａとローラ３１Ｂとの間、および、ローラ３１Ｃとローラ３１Ｄとの間には、シャフト３６に円筒状のカラー３７が嵌着されている。また、第１の支持フレーム３３の側面とローラ３１Ｂとの間、および第１の支持フレーム３３の側面とローラ３１Ｃとの間には、シャフト３６に短円筒状のカラー３８が嵌着されている。そして、各ローラ３１Ａ〜３１Ｄの第１の支持フレーム３３に対する軸方向位置を固定するために、シャフト３６の各所定位置に設けられた周溝にスナップリング３９が嵌着されている。なお、図７（ｂ）に示すように、上記カラー３７に代えて複数の第１面側ローラ３１を並設してもよい。この図７（ｂ）に示す例は、ローラ３１のウェブ材４との接触長さが図７（ａ）に示す例の４倍となっている。

第２面側ローラ３２の支持構造については詳述しないが、上記第１面側ローラ３１の支持構造と同様にして構成することができる。

本実施形態では、図１に示すように、第１の支持フレーム３３の上流側端部は、第２の支持フレーム３４の上流側端部よりも所定長さ上流側に延長されており、その延長部３５にも上流側ローラ３１が配設されている。一方、ベルト式ウェブ材挟持装置２０の下面側ウェブ材挟持ベルト２２Ｂの下流側端部は、上面側ウェブ材挟持ベルト２２Ａの下流側端部よりも所定長さ下流側に延長されており、その延長部２５と第１の支持フレーム３３の延長部３５に配設された上流側ローラ３１とで、ウェブ材４を板厚方向に挟持するようになっている。ウェブ材４の下面側では、ウェブ材４の上面側と比較して、スパッタが下方に落下することにより、スパッタの飛散領域が狭くなるため、下面側ウェブ材挟持ベルト２２Ｂの搬送方向下流側端部を前述したカバー２６で覆うことで、下面側ウェブ材挟持ベルト２２Ｂを上面側ウェブ材挟持ベルト２２Ａよりも溶接点５，６に近い位置まで延長することができる。線接触にてウェブ材４を支持するローラ３２に比べ、面接触にてウェブ材４を支持するウェブ材挟持ベルト２２Ｂの方が、ウェブ材４の表面に疵を付けにくいので、このように、構成することで、Ｈ形鋼の品質を向上することができる場合がある。なお、第１の支持フレーム３３の上流側端部と、第２の支持フレーム３４の上流側端部の搬送方向位置を一致させても構わないし、また、上面側ウェブ材挟持ベルト２２Ａの下流側端部と、下面側ウェブ材挟持ベルト２２Ｂの下流側端部を一致させても構わない。上面側ウェブ材挟持ベルト２２Ａの下流側端部および下面側ウェブ材挟持ベルト２２Ｂの下流側端部の何れか一方または双方に、適宜、カバー２６を設置してもよい。

図２および図３に示すように、溶接点５，６近傍では、フランジ材２，３のウェブ材４とは反対側の面を両側から押圧する一対のスクイズロール６１，６２が設置されている。このスクイズロール６１，６２は、製造するＨ形鋼のサイズに対応すべく、互いの離間距離が調整可能となっている。

レーザ溶接装置２００は、板材搬送装置１００によるフランジ材２，３およびウェブ材４の搬送経路上で、ウェブ材４のそれぞれの端部を２枚のフランジ材２，３にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合する。本実施形態では、レーザ溶接装置２００は、ウェブ材４の上面側（片面側）に配置された２つのレーザヘッド２０１，２０２からレーザを照射する。２つのレーザヘッド２０１，２０２による溶接点５，６の搬送方向位置は一致しているが、レーザヘッド２０１，２０２同士の干渉を防ぐために、レーザの照射方向は相違させている。例えば図８に示すように、一方のフランジ材２とウェブ材４とを溶接接合する一方のレーザヘッド２０１によるレーザの照射方向は、ウェブ材４に向かって搬送方向下流側かつ一方のフランジ材２側に傾斜している。また、他方のフランジ材３とウェブ材４とを溶接接合する他方のレーザヘッド２０２によるレーザの照射方向は、ウェブ材４に向かって搬送方向上流側かつ他方のフランジ材３側に傾斜している。これにより、２つの溶接点５，６の搬送方向位置が一致していても、一方のレーザヘッド２０１による溶接点５からスパッタが飛散する領域２０３と、他方のレーザヘッド２０２による溶接点６からスパッタが飛散する領域２０４とがウェブ材４の中心線７に関して非対称となる。

なお、２つのスパッタ飛散領域２０３，２０４がウェブ材４の中心線７に関して非対称となるような２つのレーザヘッド２０１，２０２の配置は上記に限定されない。例えば、２つの溶接点の搬送方向位置が同一であって、中心線７を含むウェブ材４の面に垂直な平面に関して２つのレーザヘッド２０１，２０２の配置が非対称であれば、２つのスパッタ飛散領域２０３，２０４はウェブ材４の中心線７に関して非対称となることが多い。また、２つの溶接点５，６の搬送方向位置が相違している場合も、２つのスパッタ飛散領域２０３，２０４はウェブ材４の中心線７に関して非対称となる。

図９は、上記したベルト式ウェブ材挟持装置２０、ローラ式ウェブ材挟持装置３０、ガイドロール１６等の支持構造の一例を示す概略図である。ウェブ材４の上側に設置されたベルト式ウェブ挟持装置２０の支持フレーム２４は、装置フレーム４３，４５にそれぞれ支持されており、しかも、上面側ウェブ材挟持ベルト２２Ａを含む部分の高さ調節が図示しないジャッキ機構等により可能となっている。ウェブ材４の下側に設置されたベルト式ウェブ挟持装置２０の支持フレーム２４は、装置フレーム４２，４４にそれぞれ支持されている。ローラ式ウェブ材挟持装置３０の第１の支持フレーム３３は、装置フレーム４１，４３に支持されており、しかも、第１の支持フレーム３３の高さ調節が図示しないジャッキ機構等により可能となっている。ローラ式ウェブ材挟持装置３０の第２の支持フレーム３４は、装置フレーム４１に支持されている。各ガイドロール１６は、それぞれ装置フレーム４１，４３，４４に回転自在に支持されている。特に、フランジ材２，３の上端部を抑える上側のガイドロール１６は、高さ位置調整可能に装置フレーム４１，４３，４４にそれぞれ支持されている。

以上に説明した構成を備える溶接形鋼の製造装置１を使用して、Ｈ形鋼を製造するに当たっては、先ず、フランジ材２，３およびウェブ材４を断面Ｈ形に配置した状態でベルト式駆動装置１０およびベルト式ウェブ材挟持装置２０に対して上流側から供給するとともに、ベルト式駆動装置１０の無端ベルト１５を回転駆動させる。そうすると、ベルト式駆動装置１０の無端ベルト１５によって、フランジ材２，３およびウェブ材４が断面Ｈ形に配置された状態でローラ式ウェブ材挟持装置３０側へ搬送される。

フランジ材２，３およびウェブ材４がローラ式ウェブ材挟持装置３０に到達すると、溶接点５，６の搬送方向前後で、第１面側ローラ３１および第２面側ローラ３２により、ウェブ材４が上下に挟持され、溶接点５，６近傍でスクイズロール６１，６２により、フランジ材２，３が左右に挟持される。そして、このように挟持された状態で、レーザ溶接装置２００によって、ウェブ材４の両側端部が２枚のフランジ材２，３のそれぞれにレーザ溶接される。

レーザ溶接されたフランジ材２，３およびウェブ材４は、ローラ式ウェブ材挟持装置３０よりさらに下流側に搬送され、下流側に設置されたベルト式駆動装置によってさらに下流側に搬送され、所定の処置（例えば、溶接歪の矯正、すす取り等）が施される。

以上に説明した本発明の実施の形態に係る溶接形鋼の製造装置１および製造方法によれば、ウェブ材４が上下複数のローラ３１，３２で挟持されることで、ウェブ材４のフランジ材２，３に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動しないように支持される。各ローラのウェブ材との接触長さを個別に選定することができ、また、各ローラの取付位置を個別に定めることで、溶接点５，６から飛散するスパッタが付着し易い搬送方向位置や、溶接点５，６からの熱影響を受けやすい搬送方向位置では、溶接点５，６からウェブ材の中心線７寄りにローラ３１，３２を遠ざけて配置することができる。また、溶接点５，６から飛散するスパッタが付着し難い搬送方向位置や溶接点５，６からの熱影響を受けにくい搬送方向位置では、できるだけウェブ材４の側端部近くを挟持するようにローラ３１，３２を配置することが可能となる。これにより、溶接点５，６から飛散するスパッタが付着しにくく、溶接点５，６からの熱影響を受けにくい場所でウェブ材４をローラ３１，３２にて挟持しつつ、ウェブ材４のフランジ材２，３に対する突き合わせ位置が適切な位置から変動しないように挟持させることが容易に可能となる。ちなみに、従来例に係る無限軌道でウェブ材を挟持させた場合、このようなことは不可能である。

また、本発明の実施の形態に係る溶接形鋼の製造装置１では、第１面側ローラ３１および第２面側ローラ３２のフランジ材２，３に対向する側端部が、スパッタの飛散領域２０３，２０４の境界に沿って配置されている。このため、溶接点５，６から飛散するスパッタが何れのローラ３１，３２にも殆ど付着させないようにしつつ、可能な限りウェブ材４の側端部に近い部分をローラ３１，３２で挟持させることができる。

＜他の実施形態＞
既述の実施形態では、第１面側ローラ３１および第２面側ローラ３２のフランジ材２，３に対向する側端部が、溶接点５，６からのスパッタの飛散量の度合いが所定値（所定値＝０）を超える領域の境界に沿って配置されていたが、前記境界に代えて、溶接点５，６から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って第１面側ローラ３１および第２面側ローラ３２のフランジ材２，３に対向する側端部を配置してもよい。ここで、溶接点から受ける熱影響の度合いは、例えばレーザ溶接中にローラ３１、３２がその位置で所定時間当たりに熱源から受ける熱量とすることができる。例えば、前記熱影響の度合いが所定値を超える領域をローラ３１，３２がその許容温度を超える領域とすることができる。

既述の実施形態では、上流側において、ベルト式ウェブ挟持装置２０にてウェブ材４を挟持し、下流側において、ローラ式ウェブ材挟持装置３０にてウェブ材４を挟持していたが、ベルト式ウェブ挟持装置２０を省略して、上流側でも下流側でもローラ式ウェブ材挟持装置３０のみでウェブ材４を挟持させることも可能である。

また、図１では２つのレーザヘッド２０１，２０２が、ともにウェブ材４の上面側に配置されていたが、２つのレーザヘッドがウェブ材の互いに異なる面側に配置されていてもよい。

図面において、第１面側ローラ３１と第２面側ローラ３２とは、何れも上から視た位置が一致しているが、第１面側ローラ３１と第２面側ローラ３２の上から視た位置は、相違していてもよい。

既述の実施形態では、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したように、支持フレーム３３に対して、シャフト３６の軸方向位置が固定されたものとなっていたが、支持フレーム３３に対して、シャフト３６の軸方向位置を調整可能なものとしてもよい。例えば図７（ｃ）に示すように、支持フレーム３３に対して搬送方向に直交する水平方向に貫通したシャフト３６に至るまで外部から雌ねじを有する孔５２を形成し、この孔５２にボルト５１をねじ込んで、シャフト３６の軸方向位置を固定可能としたものであってもよい。このようなものであれば、中心線７に関して非対称な位置に両ローラ３１を配置する場合に便利である。なお、第２の支持フレーム３４および第２面側ローラ３２についても同様に構成できる。

本発明は、例えば、溶接Ｈ形鋼を製造するための製造装置および製造方法に適用することができる。

１溶接形鋼の製造装置
２フランジ材
３フランジ材
４ウェブ材
５溶接点
６溶接点
７ウェブ材の中心線
３０ローラ式ウェブ材挟持装置（ウェブ材挟持装置）
３１第１面側ローラ
３２第２面側ローラ
３３第１の支持フレーム
３４第２の支持フレーム
１００板材搬送装置
２００レーザ溶接装置
２０３スパッタの飛散領域
２０４スパッタの飛散領域

Claims

互いに平行に配置された２枚のフランジ材の間に、両フランジ材に対して直角に１枚のウェブ材を突き合わせた状態で、これらのフランジ材およびウェブ材を搬送する板材搬送装置と、
前記板材搬送装置による、前記フランジ材および前記ウェブ材の搬送経路上で、前記ウェブ材のそれぞれの端部を前記２枚のフランジ材にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合するレーザ溶接装置と、
を備える溶接形鋼の製造装置において、
溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラと、
溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラと、
を有し、前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラにより、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘って前記ウェブ材を挟持するウェブ材挟持装置が、前記板材搬送装置に含まれており、
前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラのフランジ材に対向する側端部が、それぞれ、溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている
ことを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
互いに平行に配置された２枚のフランジ材の間に、両フランジ材に対して直角に１枚のウェブ材を突き合わせた状態で、これらのフランジ材およびウェブ材を搬送する板材搬送装置と、
前記板材搬送装置による、前記フランジ材および前記ウェブ材の搬送経路上で、前記ウェブ材のそれぞれの端部を前記２枚のフランジ材にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合するレーザ溶接装置と、
を備える溶接形鋼の製造装置において、
溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラと、
溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラと、
を有し、前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラにより、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘って前記ウェブ材を挟持するウェブ材挟持装置が、前記板材搬送装置に含まれており、
前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラのフランジ材に対向する側端部が、それぞれ、溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている
ことを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
請求項１に記載の溶接形鋼の製造装置において、
前記レーザ溶接装置は、前記ウェブ材の一方の端部を一方のフランジ材に突き合せた部分をレーザ溶接する第１のレーザヘッドと、前記ウェブ材の他方の端部を他方のフランジ材に突き合せた部分をレーザ溶接する第２のレーザヘッドとを有しており、
第１のレーザヘッドから照射されるレーザにより形成される溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界と、第２のレーザヘッドから照射されるレーザにより形成される溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界とが、ウェブ材の中心線に関して非対称となるように、第１のレーザヘッドおよび第２のレーザヘッドが配置されている、
ことを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
請求項２に記載の溶接形鋼の製造装置において、
前記レーザ溶接装置は、前記ウェブ材の一方の端部を一方のフランジ材に突き合せた部分をレーザ溶接する第１のレーザヘッドと、前記ウェブ材の他方の端部を他方のフランジ材に突き合せた部分をレーザ溶接する第２のレーザヘッドとを有しており、
第１のレーザヘッドから照射されるレーザにより形成される溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界と、第２のレーザヘッドから照射されるレーザにより形成される溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界とが、ウェブ材の中心線に関して非対称となるように、第１のレーザヘッドおよび第２のレーザヘッドが配置されている、
ことを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
請求項１〜４の何れか１項に記載の溶接形鋼の製造装置において、
前記ウェブ材挟持装置は、
前記ウェブ材の一方の面側に、同ウェブ材の中心線に沿って配設され、その両側に前記複数の第１面側ローラを支持する第１の支持フレームと、
前記ウェブ材の他方の面側に、同ウェブ材の中心線に沿って配設され、その両側に前記複数の第２面側ローラを支持する第２の支持フレームと、
を有することを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
互いに平行に配置された２枚のフランジ材の間に、両フランジ材に対して直角に１枚のウェブ材を突き合わせた状態で、これらのフランジ材およびウェブ材を搬送しつつ、前記フランジ材および前記ウェブ材の搬送経路上で、前記ウェブ材のそれぞれの端部を前記２枚のフランジ材にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合することにより溶接形鋼を製造する、溶接形鋼の製造方法において、
溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラと、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラと、により、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘って前記ウェブ材を挟持しながら、前記溶接接合を行う溶接形鋼の製造方法であって、
前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラのフランジ材に対向する側端部が、それぞれ、溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている
ことを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
互いに平行に配置された２枚のフランジ材の間に、両フランジ材に対して直角に１枚のウェブ材を突き合わせた状態で、これらのフランジ材およびウェブ材を搬送しつつ、前記フランジ材および前記ウェブ材の搬送経路上で、前記ウェブ材のそれぞれの端部を前記２枚のフランジ材にそれぞれ突き合せた部分をレーザ溶接にて溶接接合することにより溶接形鋼を製造する、溶接形鋼の製造方法において、
溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の一方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第１面側ローラと、溶接点に照射されるレーザを遮らない位置で、前記ウェブ材の他方の面に沿って転動する、搬送方向に間隔をおいて配設された複数の第２面側ローラと、により、少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘って前記ウェブ材を挟持しながら、前記溶接接合を行う溶接形鋼の製造方法であって、
前記複数の第１面側ローラおよび前記複数の第２面側ローラのフランジ材に対向する側端部が、それぞれ、溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界に沿って配置されている
ことを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
請求項６に記載の溶接形鋼の製造方法において、
前記レーザ溶接は、前記ウェブ材の一方の端部を一方のフランジ材に突き合せた部分に形成される溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界と、前記ウェブ材の他方の端部を他方のフランジ材に突き合せた部分に形成される溶接点からのスパッタの飛散量の度合いが所定値を超える領域の境界とが、ウェブ材の中心線に関して非対称となるように行われるものである、
ことを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
請求項７に記載の溶接形鋼の製造方法において、
前記レーザ溶接は、前記ウェブ材の一方の端部を一方のフランジ材に突き合せた部分に形成される溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界と、前記ウェブ材の他方の端部を他方のフランジ材に突き合せた部分に形成される溶接点から受ける熱影響の度合いが所定値を超える領域の境界とが、ウェブ材の中心線に関して非対称となるように行われるものである、
ことを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
請求項６〜９の何れか１項に記載の溶接形鋼の製造方法において、
前記複数の第１面側ローラは、前記ウェブ材の一方の面側に、同ウェブ材の中心線に沿って配設された第１の支持フレームの両側に支持されたものであり、
前記複数の第２面側ローラは、前記ウェブ材の他方の面側に、同ウェブ材の中心線に沿って配設された第２の支持フレームの両側に支持されたものである
ことを特徴とする溶接形鋼の製造方法。