JP6597695B2 - 冷延鋼板の溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、帯状の冷延鋼板を連続的に処理する冷延プロセスラインにおいて、冷延鋼板の先行鋼板の後端と後行鋼板の先端とを溶接するに際し、被溶接部位置をセンサーで検出しつつ溶接を行う、冷延鋼板の溶接装置及び溶接方法に関する。

従来より、特許文献１に記載されるように、先行材（先行鋼板）の後端と後行材（後行鋼板）の先端とを突合せて溶接する際、先行材と後行材のそれぞれの板幅を測定することが行われてきた。

また、特許文献２には、先行鋼板と後行鋼板の溶接部を検出するため、光学式変位センサーを板幅方向に複数配置させ、鋼板がライン方向に進行する際、所定個数以上の光学式変位センサーが溶接部を同時検出させたとき、溶接部通過の通知信号を出力する技術が開示されている。

特開２０１０−０９９６８１号公報 特開昭６３−１６３２０３号公報

本発明に関わるプロセスラインにおける冷延鋼板の溶接装置及び溶接方法について、図２を用いて説明する。図２は、従来の溶接装置内の冷延鋼板の先行鋼板１と後行鋼板２を上部から見た平面図である。

溶接装置（図示せず）は先行鋼板の板幅方向端部を検出するセンサー３と、後行鋼板の板幅方向端部を検出するセンサー４を具備しており、これらセンサー３、４を、溶接装置の移動にあわせて、板幅方向に移動させる。７は、センサー３の軌跡を示し、８は、センサー４の軌跡を示す。

センサー３が、先行鋼板１のセンサー移動始点側の端部（Ａ点）に到達し、かつ、センサー４が、後行鋼板２のセンサー移動始点側の端部（Ｂ点）に到達すると、溶接を開始する。

ここで、本発明の比較例として、溶接の開始後、溶接部６を形成しつつ溶接が進行し、センサー３は、先行鋼板１のセンサー移動終点側の板幅端部（Ｃ点）を検出し、センサー４は、後行鋼板２のセンサー移動終点側の板幅端部（Ｄ点）を検出し、前記Ｃ点と前記Ｄ点の検出タイミングのうち、どちらか早い方のタイミングで、溶接を終了した。

しかし、前述した技術には、以下のような問題がある。図３は問題となる比較例の接合方法を簡略に説明した図である。

鋼板には、突合せ部の付近に穴５が開いていることがある。この穴５は、（例えば部分的な鋼板成分の不均一性などの）製造不良に起因する穴であったり、また、後工程で検出して、注意を喚起するために意図的に開けてマーカーとして使用するものである。穴は、先行鋼板１、後行鋼板２のどちらにも発生するが、図３では、後行鋼板２に発生した例を示している。

例えばこのようなマーカーとしての穴５があると、後行鋼板の板幅方向端部を検出するセンサー４がちょうど穴５に掛かった際に、穴５を、後行鋼板２の前記Ｄ点であると誤検出し、その結果、溶接装置は、溶接を終了してしまい、破線で示す範囲が溶接されず未溶接部９となってしまう。

つまり、センサーの軌跡（例えばセンサー４の軌跡８）と重なる鋼板部分に穴５が開いていると、溶接が途中で終了してしまうという問題がある。

一方、特許文献２の技術は、前記センサー３、４に代えて、特許文献２に記載の光学式変位センサーを鋼板幅方向に複数個配置し、板幅方向に移動させる機構を設けている。しかし、製造不良に起因する穴を板幅方向端部であると誤検出してしまう問題の解決には至らない。

上述の問題に鑑み、本発明は、冷延鋼板の先行鋼板と後行鋼板の広くない方の板幅に沿って突合せ溶接を可能とし、当該突合せ部付近に開いた穴を鋼板幅方向端部であると誤検出することによる未溶接部の発生を防止することも目的とし、冷延鋼板の溶接装置及び溶接方法を提供する。

上記課題を解決するための本発明は、以下のとおりである。
（１） 冷延鋼板のプロセスラインにおいて、先行する冷延鋼板の後端と後行する冷延鋼板の先端とを突合せて、板幅方向のうちの一方向に走行しつつ溶接する、冷延鋼板の溶接装置であって、
予め計測した、前記先行する冷延鋼板および前記後行する冷延鋼板の双方の板幅のうち広くない方の板幅を記憶する記憶手段と、
前記先行する冷延鋼板の板幅方向端部を検出する第１のセンサーと、
前記後行する冷延鋼板の板幅方向端部を検出する第２のセンサーとを具備し、さらに、
前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーの双方が冷延鋼板の板幅方向端部を検出した時点で溶接開始信号を生成する手段、前記溶接開始信号を受けて溶接を開始する手段、板幅方向走行量をカウントする手段、および該板幅方向走行量である板幅方向溶接長さが、前記記憶手段で記憶した広くない方の板幅に達した時点で溶接停止信号を生成する手段、ならびに、前記溶接停止信号を受けて溶接を停止する手段からなることを特徴とする冷延鋼板の溶接装置。
（２） 冷延鋼板のプロセスラインにおいて、先行する冷延鋼板の後端と後行する冷延鋼板の先端とを突合せて、板幅方向のうちの一方向に走行しつつ溶接する、冷延鋼板の溶接方法であって、
予め、前記先行する冷延鋼板と前記後行する冷延鋼板の双方の板幅を計測し、広くない方の板幅を記憶し、
前記先行する冷延鋼板の板幅方向端部を検出する第１のセンサーおよび前記後行する冷延鋼板の板幅方向端部を検出する第２のセンサーと同期させる溶接手段により、前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーの双方が冷延鋼板の板幅方向端部を検出した時点で溶接を開始し、板幅方向走行量をカウントし、該板幅方向走行量である板幅方向溶接長さが、前記の記憶した広くない方の板幅に達した時点で、溶接を停止することを特徴とする冷延鋼板の溶接方法。

本発明によれば、溶接を行う際、予め先行鋼板の板幅と後行鋼板の板幅を測定し、板幅の広くない方の鋼板の板幅を記憶しておき、板幅方向溶接長さが前記記憶しておいた板幅に達した時点で、溶接を停止するから、溶接途中で、板幅方向端部検出センサーが穴を検出しても、溶接を途中で終了せずに、必要溶接長さの溶接部を確保できるようになり、溶接の途中終了により形成した未溶接部に連なる溶接部の切断および再溶接による生産性の低下を防げるようになった。

本発明に係る溶接装置の一例を示す概略図である。 従来技術による溶接を示す平面図である。 問題となる比較例の技術によって、穴のあいた鋼板を溶接する場合を説明する平面図である。 本発明により、穴の開いた鋼板を溶接した場合においても、溶接が途中で終了しないことを示す平面図である。

本発明を適用する冷延鋼板のプロセスラインとしては、連続焼鈍ライン、連続めっきライン、精整ライン等が挙げられる。本発明で用いる先行鋼板の板幅Ｗ１および後行鋼板の板幅Ｗ２は、前記冷延鋼板のプロセスラインの溶接機手前で計測しても良く、また、前記冷延鋼板のプロセスラインより以前のラインで計測しても良い。

図１は、本発明に係る溶接装置の一例を示す概略図である。溶接装置１００は、先行する冷延鋼板である先行鋼板１の後端と後行する冷延鋼板である後行鋼板２の先端との突合せ部４０を、先行鋼板１または後行鋼板２の板幅方向の（双方向ある）うちの一方向にとった溶接方向３０に走行しつつ溶接するものであり、記憶手段１１と、板幅方向端部を検出する第１のセンサー３および第２のセンサー４と、溶接手段１０とを具備している。これらはいずれも同期して溶接方向３０に走行する。

記憶手段１１は、先行鋼板１の板幅Ｗ１と後行鋼板２の板幅Ｗ２のうち広くない方の板幅（この例ではＷ１＜Ｗ２なので、Ｗ１が広くない方である。）を記憶する手段である。なお、Ｗ１＝Ｗ２のときはこれらのどちらを記憶してもよい。記憶手段１１としては通常の多種多様なメモリのうちから適宜選定して用いれば良い。

第１のセンサー３は、先行鋼板１の板幅方向端部を検出する手段であり、その走行の軌跡７が突合せ部４０から先行鋼板１側に０〜５００ｍｍ程度の位置を通るよう配置される。第２のセンサー４は、後行鋼板２の板幅方向端部を検出する手段であり、その走行の軌跡８が突合せ部４０から後行鋼板２側に０〜５００ｍｍ程度の位置を通るよう配置される。

第１のセンサー３、第２のセンサー４としては、いずれも、例えば通常の、非接触型の、レーザー測距式あるいは投受光式の、エッジセンサーのうちから適宜選定して用い得る。

溶接手段１０は、走行開始から最初に、第１のセンサー３、第２のセンサー４の双方が、同時に、あるいは相前後して、板幅方向端部を検出した時点で溶接を開始し、溶接開始時からの板幅方向走行量をカウントし、該板幅方向走行量である板幅方向溶接長さが、記憶手段１１に記憶した板幅に達した時点で溶接を停止する。溶接手段１０は、好ましくは、溶接を実行する溶接実行部（図示せず）と、該溶接実行部の動作を制御する溶接制御部（図示せず）とで構成されるとよい。

前記溶接制御部は、前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーの双方が冷延鋼板の板幅方向端部を検出した時点で溶接開始信号を生成する手段、溶接開始時からの板幅方向走行量をカウントする手段、および該板幅方向走行量である板幅方向溶接長さが、前記の記憶した広くない方の板幅に達した時点で溶接停止信号を生成する手段を有する。

前記溶接実行部は、前記溶接開始信号を受けて溶接を開始する手段、かつ前記溶接停止信号を受けて溶接を停止する手段を有する。

前記溶接実行部による溶接としては、例えば周知のレーザー溶接、電子ビーム溶接、被覆アーク溶接等から適宜選定して用い得る。また、前記溶接制御部としては、第１のセンサー３、第２のセンサー４の双方による板幅方向端部検出時点を捉えて前記溶接実行部に溶接の開始をさせ、該溶接の開始時点からの板幅方向走行量を板幅方向溶接長さとしてカウントし、このカウント値が前記の記憶した広くない方の板幅に達した時点を捉えて前記溶接実行部に溶接の停止をさせるプログラムを組み込んだＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイス）を用いることが好ましい。

なお、前記溶接制御部の制御精度を高精度なものとするために、図１に示すように、溶接手段１０の溶接熱出力部２０から出力される溶接熱を受ける溶接点２１（溶接進行中の溶接部の先端点）、第１のセンサー３および第２のセンサー４は、溶接方向３０に直交する同一平面内に配置するのが好ましい。

次に、本発明に係る溶接方法の実施形態について、図１に示した溶接装置１００を用いた例で説明する。本発明に係る溶接方法は、先行鋼板１の後端と後行鋼板２の先端との突合せ部４０を、溶接方向３０に走行する溶接装置１００で溶接する方法であって、予め、先行鋼板１と後行鋼板２の双方の板幅Ｗ１、Ｗ２のうち広くない方の板幅（本例ではＷ１）を記憶手段１１にて記憶しておく記憶工程と、第１のセンサー３により先行鋼板１の板幅方向端部を検出し、第２のセンサー４により後行鋼板２の板幅方向端部を検出し、溶接装置１００が第１のセンサー３、第２のセンサー４と同期して走行し溶接を実施する溶接工程とを有する。

そして、前記溶接工程においては、第１のセンサー３、第２のセンサー４の双方が板幅方向端部を検出した時点で溶接装置１００が溶接を開始し、溶接装置１００が板幅方向走行量をカウントし、該板幅方向走行量である板幅方向溶接長さが、前記の記憶した広くない方の板幅に達した時点で、溶接装置１００が溶接を停止する。

図４は、穴の開いた冷延鋼板、例えば突合せ部４０付近に穴５の開いた後行鋼板２を本発明により溶接した場合、溶接が途中で終了しないことを示している。図４では、溶接装置１００のうち第１のセンサー３、第２のセンサー４以外は図示を省略した。なお、穴５は第２のセンサー４の軌跡８の直下に開いているものとする。

本発明によれば、先行鋼板１の板幅Ｗ１と後行鋼板２の板幅Ｗ２を予め計測し、広くない方の板幅（この例ではＷ１）を記憶した後、第１のセンサー３、第２のセンサー４を具備した溶接装置１００（図１）が走行し、まず第２のセンサー４が広幅側の板幅Ｗ２の後行鋼板２の板幅方向の走行始端側の端部（Ｂ点）を検出し、次いで、第１のセンサー３が狭幅側の板幅Ｗ１の板幅方向の走行始端側の端部（Ａ点）を検出し、この時点で第１のセンサー３、第２のセンサー４の双方が板幅端部を検出したことを受けて溶接装置１００が溶接を開始し、且つ板幅方向走行量（板幅方向溶接長さ）のカウントも開始する。

溶接の途中で、第２のセンサー４が軌跡８の直下に開いた穴５を検出する。前記比較例の技術では移動終点としてセンサーが穴５を検知したため溶接を停止してしまう（図３参照）のに対し、本発明では、この時点では板幅方向溶接長さが、前記の記憶した広くない方の板幅（Ｗ１）に達していないことから、溶接を続行し、その後、板幅方向溶接長さが、前記の記憶した広くない方の板幅（Ｗ１）に達した時点で、溶接を停止する。

すなわち、本発明では、溶接途中で第１および／または第２のセンサーが穴を検出しても、無視して溶接を続行し、板幅方向溶接長さが、先行鋼板と後行鋼板の双方の板幅のうち広くない方の板幅に達したときにはじめて溶接を停止するから、前記比較例に示す冷延鋼板の穴開きに起因する溶接の途中停止が発生することは無く、必要長さの溶接部が確保でき、それゆえ溶接不足によるプロセスライン内での溶接部破断を防止できる。

板厚＝０．５〜５．０ｍｍ、板幅＝５００〜２０００ｍｍの冷延鋼板の連続焼鈍ラインの入側で、図１に示した実施形態にて本発明を実施し、本発明例とした。なお、先行鋼板および後行鋼板の板幅は、当該連続焼鈍ラインにおける溶接機より入側（手前）で計測し、記憶させた。先行鋼板１と後行鋼板２とをつなぐ溶接はレーザー溶接にて行われ、第１のセンサー３、第２のセンサー４にはレーザー測距式エッジセンサーを用いた。

前記比較例に示す移動終点をセンサーにて検知して溶接を終了する技術では、溶接の途中終了に対処するための未溶接部に連なる溶接部の切断および再溶接の発生回数率は、溶接回数１０００回以上に対する比率で、３％程度であった。これに対し、本発明例では、広くない方の板幅を記憶して、溶接時の板幅方向走行量をカウントし、前記広くない方の板幅に達した時点で溶接を停止したため、前記発生回数率は０．５％程度へと低減し、本発明の効果が顕現した。

なお、発生回数率が０％にならない理由は、本発明以外の鋼板端面の突合せ形状不良などによるものであった。

１ 先行鋼板（先行する冷延鋼板）
２ 後行鋼板（後行する冷延鋼板）
３ センサー（先行鋼板の板幅方向端部を検出するセンサー；矢印３０方向に移動する）
４ センサー（後行鋼板の板幅方向端部を検出するセンサー；矢印３０方向に移動する）
５ 穴（後工程での溶接部検出用マーカー、または製造不良起因の欠陥）
６ 溶接部
７ センサー３の軌跡
８ センサー４の軌跡
９ 未溶接部
１０ 溶接手段
１１ 記憶手段
２０ 溶接熱出力部
２１ 溶接点
３０ 溶接方向（を示す矢印）
４０ 突合せ部
１００ 溶接装置

Claims (2)

1. 冷延鋼板のプロセスラインにおいて、先行する冷延鋼板の後端と後行する冷延鋼板の先端とを突合せて、板幅方向のうちの一方向に走行しつつ溶接する、冷延鋼板の溶接装置であって、
   予め計測した、前記先行する冷延鋼板および前記後行する冷延鋼板の双方の板幅のうち広くない方の板幅を記憶する記憶手段と、
   前記先行する冷延鋼板の板幅方向端部を検出する第１のセンサーと、
   前記後行する冷延鋼板の板幅方向端部を検出する第２のセンサーとを具備し、さらに、
   前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーの双方が冷延鋼板の板幅方向端部を検出した時点で溶接開始信号を生成する手段、前記溶接開始信号を受けて溶接を開始する手段、板幅方向走行量をカウントする手段、および該板幅方向走行量である板幅方向溶接長さが、前記記憶手段で記憶した広くない方の板幅に達した時点で溶接停止信号を生成する手段、ならびに、前記溶接停止信号を受けて溶接を停止する手段からなることを特徴とする冷延鋼板の溶接装置。
2. 冷延鋼板のプロセスラインにおいて、先行する冷延鋼板の後端と後行する冷延鋼板の先端とを突合せて、板幅方向のうちの一方向に走行しつつ溶接する、冷延鋼板の溶接方法であって、
   予め、前記先行する冷延鋼板と前記後行する冷延鋼板の双方の板幅を計測し、広くない方の板幅を記憶し、
   前記先行する冷延鋼板の板幅方向端部を検出する第１のセンサーおよび前記後行する冷延鋼板の板幅方向端部を検出する第２のセンサーと同期させる溶接手段により、前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーの双方が冷延鋼板の板幅方向端部を検出した時点で溶接を開始し、板幅方向走行量をカウントし、該板幅方向走行量である板幅方向溶接長さが、前記の記憶した広くない方の板幅に達した時点で、溶接を停止することを特徴とする冷延鋼板の溶接方法。

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