JPH0679485A

JPH0679485A - レーザー溶接の前処理方法

Info

Publication number: JPH0679485A
Application number: JP4237001A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamamoto; 剛山本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接欠陥のない溶接継手部が得られるレーザー
溶接の前処理方法を提供する。【構成】熱延鋼板端部の溶接部を予熱した後レーザービ
ームにより突合わせ溶接する過程において、予熱する
前の鋼板端部の表面の軽研削、もしくは予熱後溶接直
前の鋼板端部の表面の軽研削、または前記およびの
軽研削を行うことを特徴とするレーザー溶接の前処理方
法。【効果】予熱が不可欠の高炭素鋼のレーザー溶接におい
て、酸化スケールに起因するブローホールなどの溶接欠
陥の発生を防止し、靱性が高い溶接継手部を得ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炭素鋼などの高焼入
れ性鋼の熱延鋼板（コイル）を溶接して連続圧延するた
めの、レーザー溶接における前処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、製板プロセスのコスト削減、品質
向上を目的として、熱間圧延から冷間圧延に至る各工程
の連続化が進められている。連続化するためにはコイル
継ぎ溶接が必要であり、またコイル継ぎ溶接部がライン
内で破断すると操業の復旧に多大の時間と工数を要する
ため、とくに継手部の強度と靱性を確保することが重要
である。そこで最近、熱影響部が小さく高強度の継手部
が得られるレーザーウエルダーの導入が進められてい
る。

【０００３】レーザー溶接は、従来のＭＩＧ溶接やフラ
ッシュバット溶接に比べて入熱量が小さいため、フェラ
イト系ステンンス鋼や電磁軟鉄などの熱脆化性材料の溶
接に適している。一方、炭素を 0.3％以上含有するよう
な高炭素鋼に対しては、逆に入熱量が小さいことによ
り、靱性に乏しいマルテンサイト組織の継手部しか得ら
れないため、継手部に対する何らかの熱処理が必要とな
る。

【０００４】後熱処理のための方法としては、例えば、
特公平２−17277 号、特開平１−99797 号の各公報に示
される装置を用いるものがある。予熱処理および／また
は後熱処理、あるいは溶接中の加熱のための方法として
は、例えば、特開平３−281078号公報、本発明者らによ
る特願平３−195423号に示されるものがある。しかし、
高炭素鋼に対しては、溶接直後の割れを防止するために
予熱することが特に有効である。

【０００５】一方、予熱の過程で生ずる鋼板表面の酸化
スケールがレーザー溶接性に及ぼす影響については報告
例がなく、明らかではないのが現状である。特に熱延鋼
板の表面には、酸化スケールが溶接前に相当の厚さで存
在しており、その状態で予熱を施せば酸化スケールの厚
さはさらに増加することになり、その結果、溶接性や継
手部の品質化に何らかの悪影響を与えると考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の鋼板
表面の酸化スケールの厚さがレーザー溶接性に及ぼす影
響について明らかにすることを課題とし、溶接欠陥のな
い継手部が得られるレーザー溶接の前処理方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の方法
にある。

【０００８】熱延鋼板端部の溶接部を予熱した後レーザ
ービームにより突合わせ溶接する過程において、予熱
する前の鋼板端部の表面の軽研削、もしくは予熱後溶
接直前の鋼板端部の表面の軽研削、または前記および
の軽研削を行うことを特徴とするレーザー溶接の前処
理方法。

【０００９】ここで、「表面を軽研削する」というの
は、鋼板のレーザービーム照射面側のスケールを除去
し、鋼板表面が金属面になるまで研削することを意味す
る。この研削は、砥石、ワイヤブラシ、研磨紙、あるい
は酸洗のような化学的研削などによって実施できる。な
お、鋼板端部とは、レーザー溶接部表面の幅が５mm以下
程度であるから、突合わせ接合面（図１の新生面）から
およそ各1.5mm(計３mm) 以上の範囲をいう。

【００１０】熱延鋼板の予熱後の表面の酸化状態および
酸化スケールが存在していた材料のレーザー溶接継手部
の強度と靱性について調査を行ったところ、酸化スケー
ルが厚くなった場合、溶接欠陥が発生しやすくなり、継
手部の靱性が劣化することが明らかになった。高炭素鋼
では、熱処理を施しても軟鋼やステンレス鋼などより硬
度が高く割れ感受性が高いので、特に、ブローホール、
ピット、アンダーカットなどの溶接欠陥があると、曲げ
荷重に対する耐性が極端に劣化する。

【００１１】本発明は、このような酸化スケールによる
継手部の靱性の劣化を防止する方法を検討した結果なさ
れたものである。

【００１２】

【作用】レーザービームを用いるコイル継ぎ溶接では、
突合わせる接合面に特に必要とされる真直度を確保する
目的で、冷間でのシヤーリングにより、コイルのトップ
とボトムを切り落とすことが行われている。したがっ
て、シヤーリングされた部分（突合わせ接合面）は、ス
ケールが存在しない状態の、いわゆる新生面である。一
方、熱延鋼板の表面は熱間圧延工程で成長した酸化スケ
ールで被覆されている。図１は、これを説明するための
模式的な断面図である。

【００１３】コイル継ぎレーザー溶接では、先行コイル
と後行コイルの上記新生面を突合わせた状態で拘束し、
大気中で予熱と溶接を行うのであるが、この予熱のとき
には、突合わせ面は清浄な新生面であるから、その表面
で生成する酸化スケールの厚さは高々約10μm 程度であ
り、全く問題にならない。したがって、鋼板の端部につ
いても前記のように、予熱する前の鋼板端部の表面を
軽研削して突合わせ面と同じ清浄な新生面を確保してお
けば充分である。

【００１４】しかし、予熱する前に鋼板端部の表面を軽
研削しない場合、鋼板の表面には、元々存在していた酸
化スケールの上にさらに新たな酸化スケールが増加付着
し、これが溶接性を低下させる。そこで前記のよう
に、鋼板端部のこの有害な酸化スケールを除去しなけれ
ばならない。

【００１５】いずれの場合でも、望ましい研削範囲とし
ては、レーザー溶接部表面の幅が５mm以下程度であるか
ら、突合わせ接合面からおよそ各1.5mm(計３mm) 以上で
ある。図２は、軽研削の範囲を示すための模式的な断面
図である。図示するように、軽研削はレーザービームの
照射側表面端部を対象とすれば充分である。

【００１６】なお、前記かのいずれかの軽研削を行
えば目的は達せられるが、との研削を併せて行って
もよい。

【００１７】次に、本発明の基礎となったレーザービー
ムの照射側の熱延鋼板表面の酸化スケール付着厚さと継
手部のブローホールおよび繰返し曲げ時の破断までの往
復曲げ数との関係についての知見を説明する。

【００１８】通常の熱間圧延により製造された種々の高
炭素鋼について、溶接前の熱延鋼板の表面に付着してい
る酸化スケール厚さを調査したところ、５〜30μm 程度
であった。また、一般に300 ℃で10分間の予熱を施した
場合には、この上にさらに10μm 程度の厚さで酸化スケ
ールが増加付着することが認められた。

【００１９】図３は、上記の酸化スケールが付着した条
件でコイル継ぎレーザー溶接を行った場合の、鋼板の表
側、すなわちレーザービームの照射側の表面の酸化スケ
ール付着厚さと溶接継手部のブローホール発生率との関
係を示す図である。図３から、ブローホール発生率は、
鋼板の表側に付着するスケール厚さとよく対応している
ことが明らかである。また、この表面の酸化スケール付
着厚さが概ね25μm を超えると、急激にブローホール発
生率が増加することがわかる。

【００２０】図４は、板厚３mmのS50C鋼（表１に示すＢ
鋼）で、上記スケール厚さを変えたものを用いて 400℃
に予熱した後レーザー溶接を行い、曲げ半径60mmR で繰
返し曲げを行ったときの破断までの往復曲げ数とブロー
ホール発生率を調査した結果を示す図である。図４か
ら、酸化スケール付着厚さが薄く、ブローホールの発生
が抑えられている場合は、20回の往復でも破断は発生し
ないが、スケール付着厚さが概ね25μm を超える領域で
は、ブローホール発生率が高く、靱性が低下しているこ
と、さらに、スケール付着厚さを30μm 以下にすれば、
高炭素鋼においてもレーザー溶接継手部の靱性を確保で
きることがわかる。

【００２１】そこで、酸化スケール付着厚さを上記の範
囲に抑制するために、予熱する前にコイル鋼板の端部
の表面を軽研削することにより、熱間圧延工程で付着し
たスケールを除去する、または予熱後、溶接直前に、
前記表面を軽研削することにより、熱間圧延工程および
予熱の際に付着したスケールを除去するという方法を採
用するのである。

【００２２】の方法では、溶接部の健全性を阻害する
厚さのスケールが存在しなくなるから当然健全な溶接部
が得られるが、の方法においては、新生面の状態にま
で研削された後、予熱されるのであるが、前述のよう
に、その後の予熱で生成する酸化スケールの厚さは高々
約10μm であるから、同様に健全な溶接部が得られる。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【実施例】表１に示す３種類の高炭素鋼Ａ、Ｂ、Ｃの熱
延鋼板を用いて、機械加工により、厚さ 5.0mm、幅 200
mm、長さ500mm の表面に酸化スケールが全くないサンプ
ルを作製した。これらの板サンプルを、誘導加熱炉を用
いて大気中で 400℃に加熱し、酸化スケール厚さが熱延
鋼板と同様の25μm になるまで保持して冷却した。

【００２５】このようにして得られた酸化スケール付着
サンプルをシヤー切断で二分し、表２に示す条件で突合
わせレーザー溶接を行った。この条件は、アンダーカッ
トや裏ビードの途切れが発生しないように選定したもの
である。このときの予熱は、大気中でセラミクスヒータ
ーを用いて 400℃、約10分間とした。表面端部の軽研削
は、レーザービームが照射される表側のみの溶接端部か
ら片側幅５mm (計10mm) の範囲を対象として、エメリー
ペーパーを用いて酸化スケールが完全に除去されるまで
行った。予熱後研削を行う場合は、同様に溶接直前に実
施した。また、研削時期の条件の組合せは表３に示すと
おりとした。

【００２６】溶接継手部の評価は、前記の往復曲げ数と
ブローホール発生率により行った。

【００２７】これらの結果を表３に併せて示す。継手部
の靱性については、20回往復の繰返し曲げで破断しない
ものを良好（白丸印）、20回往復未満の繰返し曲げで破
断したものを不良（×印）と表示している。

【００２８】表３から明らかなように、研削を全く実施
していない試験No.1、４、７では、ブローホール発生率
が高く、靱性も不良である。溶接端部の幅計10mmの範囲
で、予熱前に表面の酸化スケールを研削除去した試験N
o.2、５、８の本発明例、および同様に予熱後溶接直前
に酸化スケールを研削除去した試験No.3、６、９の本発
明例では、ブローホール発生は殆どなく、靱性も良好で
ある。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】本発明の前処理方法によれば、予熱が不
可欠の高炭素鋼のレーザー溶接において、酸化スケール
に起因するブローホールなどの溶接欠陥の発生を防止
し、靱性が高い溶接継手部を得ることができる。本発明
を適用すれば、圧延ライン内で破断することのない健全
な溶接継手が得られ連続圧延が可能となり、低コスト化
および高品質化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱延鋼板の酸化スケールの付着状態およびシヤ
ーリング後の状態を示す断面図である。

【図２】軽研削の範囲を示す断面図である。

【図３】酸化スケール厚さとブローホール発生率との関
係を示す図である。

【図４】酸化スケール厚さと繰返し曲げ強度（靱性）お
よびブローホール発生率との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱延鋼板端部の溶接部を予熱した後レーザ
ービームにより突合わせ溶接する過程において、予熱
する前の鋼板端部の表面の軽研削、もしくは予熱後溶
接直前の鋼板端部の表面の軽研削、または前記および
の軽研削を行うことを特徴とするレーザー溶接の前処
理方法。