JPH07251280A - アルミ合金連続圧延工程でのレーザ溶接法 - Google Patents

アルミ合金連続圧延工程でのレーザ溶接法

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JPH07251280A
JPH07251280A JP6043453A JP4345394A JPH07251280A JP H07251280 A JPH07251280 A JP H07251280A JP 6043453 A JP6043453 A JP 6043453A JP 4345394 A JP4345394 A JP 4345394A JP H07251280 A JPH07251280 A JP H07251280A
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JP
Japan
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coil
aluminum alloy
laser beam
butt
narrow groove
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Withdrawn
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JP6043453A
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English (en)
Inventor
Katsuhiro Minamida
勝宏 南田
Naoya Hamada
直也 浜田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速溶接によるルーパーの短縮化と高精度の
継手の材料強度特性の確保並びに冷延による継手部の破
断によるラインの停止事故を大幅に削減する連続圧延を
提供すること。 【構成】 アルミ合金コイルの先行コイル後端部と後行
コイルの先端部を突合わせ溶接した後に連続圧延するア
ルミ合金連続圧延工程において、アルミ合金コイルと同
期速度で自走しながら圧延材の突合わせ狭開先内にCO
2 レーザビームを投入して、狭開先の先端部にエネルギ
ー密度を高め、先端部の両面をレーザビームの焦光位置
と楔形状の位置を押しロールによって同期してコイルの
板幅方向に走査して溶融接合すること、また、狭開先C
2 レーザ溶接によるパルスピーク出力密度Ppと平均
出力密度Paをパラメターにした溶接可能領域での溶接
制御すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミ合金圧延工程での
レーザ溶接による連続化を可能としたレーザ溶接法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、アルミ合金圧延プロセスとしての
焼鈍ライン、酸洗ライン、冷間圧延ライン、表面処理ラ
イン及びコイル継ぎラインの一連の工程をそれぞれ断続
的な工程によって行われているのが実状である。そのた
め、先端から後端までの均一な製品が得られ難く、また
ストリップ先端がコイラーに達するまではストリップの
圧延速度を大きくすることが出来ない等といった品質
面、生産性面で問題があった。この問題に対し、近年、
圧延中の走行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部とを
突合わせて接合し、連続圧延する方法が提案されてい
る。しかしながら最適なコイル破断のないコイル継ぎ溶
接法がないために、ワイヤなどで前後のコイルを固定す
るオフゲージ方式でコイルの前後を無駄にしている。そ
して、その固定時間が長いためにルーパでプロセス時間
を吸収出来ないために連続化となっていないのが現状で
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように連続化され
ていないために、各工程がそれぞれ断続的な工程によっ
て行われているためにコイル単体での処理ではその前部
と後部の材料が製品とならず、切断せざるを得ず歩留り
低下を招いている。また、そのプロセス制御においても
コイルの初め、中央の製品部、後部の三種類のプロセス
になるために複雑で時間が掛り生産能力の低下となる。
そのためにも少なくとも焼鈍炉の前後にて先行コイルと
後行コイルの接続が必要とされるという問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はこれらの問題を
解消し、レーザ溶接によって先行コイルと後行コイルを
接続し、工程の連続化を可能とし、これにより高速溶接
によるルーパーの短縮化、そして高精度の継手部の破断
によるラインの停止事故を大幅に削減出来るレーザ溶接
方法を提供することにある。その発明の要旨とするとこ
ろは、 (1)アルミ合金コイルの先行コイル後端部と後行コイ
ルの先端部を突合わせ溶接した後に連続圧延するアルミ
合金連続圧延工程において、アルミ合金コイルと同期速
度で自走しながら圧延材であるアルミ合金コイルの突合
わせ狭開先内にCO2 レーザビームを投入して、狭開先
の先端部にエネルギー密度を高め、該先端部の両面をレ
ーザビームの焦光位置と楔形状の位置を押えロールにて
同期してコイルの板幅方向に走査し、溶融接合すること
を特徴とするアルミ合金連続圧延工程でのレーザ溶接
法。
【0005】(2)アルミ合金コイルの先行コイル後端
部と後行コイルの先端部を突合わせ溶接した後に連続圧
延するアルミ合金連続圧延工程において、アルミ合金コ
イルと同期速度で自走しながら圧延材であるアルミ合金
コイルの突合わせ狭開先内にパルスCO2 レーザを用
い、狭開先密着部におけるレーザ光のパルスピーク出力
密度をPp(MW/cm2 )とし、平均出力密度をPa
(MW/cm2 )とするとき、70×exp(−20×
Pa)≦Pp≦18000×exp(−16×Pa)な
る領域を満足する条件で溶融接合することを特徴とする
アルミ合金連続圧延工程でのレーザ溶接法にある。
【0006】
【作用】以下本発明について図面に従って詳細に説明す
る。図1は本発明に係るアルミ合金のレーザ溶接法によ
る連続圧延ラインの一実施例を示す概略図である。アル
ミ合金の圧延プロセスは焼鈍ライン、酸洗ライン、冷間
圧延ライン、表面処理ラインそしてコイル継ぎラインに
て構成される。すなわち、コイラー1より巻き戻された
アルミ合金コイル2はレーザ溶接機3によって先行コイ
ルの後端部と後行コイルの先端部を突合わせ溶接され、
ルーパー4を介して焼鈍炉5によって焼鈍されたコイル
は冷間圧延機6にて圧延された後表面処理設備7によっ
てめっき等がされた後アルミ合金製品板8ないしはコイ
ル状に巻かれて製品コイル9とされる。
【0007】これらの工程を行うためのコイル1本のプ
ロセスは30分から1時間にて終了する。通常はコイル
単体での処理ではその前部と後部の材料が製品にならず
歩留りが低い。そして、そのプロセスの制御でもコイル
の始め、中央の製品部、後部の三種類のプロセスになる
ために複雑で時間が掛かり生産能力が低い。そのために
焼鈍炉の前段にて先行コイルと後行コイルの接続しそれ
以降のプロセスにて完全に連続コイルとして単一の安定
した操業とするものである。しかも、焼鈍炉の後段での
コイル継ぎ溶接でも従来法に比較して大幅にプロセスが
簡略化されるのでルーパの設備制約を考慮して焼鈍炉の
前後を選定する必要がある。また、焼鈍炉の前段では素
材のアルミ合金も硬く脆いので溶接部のエッジ形状を確
保するシャーとホルダーを材質に合わせる必要がある。
【0008】図2は本発明に係る突合わせアルミ合金の
狭開先内レーザ溶接状況を示す説明図である。図2に示
すように、アルミ合金コイル2の狭開先内レーザ用溶接
に適用するための形状の圧延材のエッジ形状を上面押え
ロール10及び下面押えロール11によって形成するも
ので、レーザビームを狭開先内に投入して、その先端部
にてエネルギー密度を高め先端部の両面を溶融して接合
する。その場合、レーザビームの集光位置と楔形状の位
置を同期してコイルの幅方向に走査する。この走査速
度、材料板厚に対して、レーザビームのパワーとエネル
ギー密度を制御する。また、アルミ合金の成分系に対し
ても、溶融温度、比熱、熱伝導率が異なるので、レーザ
のパワーを最適化する。符号12は両コイルの突合わせ
面であり、13は押さえロール走査方向を示す。
【0009】図3は狭開先内に投入したレーザビームの
多重反射による集光状況を示す説明図である。図3に示
すように、楔形状の頂点14にレーザビーム15が両コ
イルの突合わせ面12に投光したときのレーザビームの
外側部16は鏡面反射となり楔形状の奥に進行する。す
なわち、レーザビームはアルミ合金等の金属表面での反
射率が95%以上と極めて高い。そしてレーザビームは
コイルの接合面に投入するときは、その面とビームの構
成する角度が20度以下と低い場合は、更に反射率が高
く成り鏡面反射となる。従って一度片側の面にて反射し
たレーザビームは反対側の面に向かって進み同様の減少
を繰り返して楔形状の奥に進行し、いわゆる、多重反射
による集光が行われる。
【0010】図4は狭開先内での楔形状の頂点から板幅
方向への距離とパワー密度との関係を示す図である。図
4に示すように、狭開先内に投入したレーザビームの多
重反射により集光し、その内部でのパワー密度分布は狭
開先内で集中していることが判る。すなわち、多重反射
集光法において、それぞれの反射点にて反射率が100
%でなく僅かな吸収が起こる。その量はビームとアルミ
面との構成角が大きくなれば吸収量も増加する。特に構
成角度が30度以上になるとその増加傾向が強くなる。
【0011】図5は本発明に係る投入するレーザビーム
の設定範囲を示す説明図である。図5に示すように、ア
ルミニウム合金材料を狭開先レーザ溶接による平均パワ
ー密度Paとピークパワー密度Ppとをパラメータにし
た溶接可能領域を示している。すなわち、アルミニウム
合金材料をパルスCO2 レーザ溶接した場合でレンズ焦
点距離を変えての溶接の要否として判断した結果、70
×exp(−20×Pa)≦Pp≦18000×exp
(−16×Pa)なる領域を満足する溶接可能領域が判
明し、その領域を斜線部(B)で表す。ただし、Paは
平均出力密度、Ppはピーク出力密度を表す。領域
(A)では入熱不足により溶融現象が起こらない。ま
た、領域(C)では過大な入熱のため溶融が過ぎ、蒸発
に至るために溶接欠陥が発生し、そのために良好な溶接
が出来ない。更には、この領域では大型のレーザ装置が
必要となり、経済的にコスト高となる。このように、狭
開先レーザ溶接に適用した場合、ピーク出力密度と平均
出力密度が上記式を満足する領域に該当する値にする必
要がある。
【0012】
【実施例】板厚1〜5mmのアルミ合金の連続圧延ライ
ンのコイル継ぎに、パレスレーザの平均出力1000W
で発振周波数が10kHzを用いて、本発明のレーザ溶
接法を適用し板厚5mmのアルミ合金を溶接速度を1m
/minにて実施した結果、冷間圧延での溶接部の破断
がなく、0.3mmの製品板まで圧延が出来た。これに
より連続ラインとしての焼鈍ライン、酸洗ライン、冷間
圧延ライン、表面処理ラインを一体化した連続化ライン
とすることが出来た。その結果、コイルの溶接部での破
断による歩留り、そしてコイル単体での処理によってコ
イルの前後での除去によるコイルの歩留りが大幅に減少
し、生産性も向上することが出来た。
【0013】このようにして、パルスCO2 レーザ溶接
機を配設することによって、先行のコイル後端部と後行
コイルの先端部とを狭開先パルスCO2 レーザビームに
より高速溶接が可能となり、しかも高精度の継手の機械
強度特性を確保出来、冷間圧延ラインの長さを著しく短
縮でき、設備的に極めて有利となる。また、冷間圧延の
完全連続圧延化を困難としていた最大の技術的問題は先
行、後行のコイル相互の溶接手段と溶接継手の機械強度
特性にあるが、この点はこの特性が確保できることから
完全連続圧延化を達成することが出来るものである。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるレーザ
溶接によって先行コイルと後行コイルを接続することに
より、圧延プロセスの連続化が可能となり、しかも、こ
れによって高速溶接によるルーパーの短縮化と高精度の
継手の機械強度特性を確保出来、冷延による継手部の破
断によるラインの停止事故を大幅に削減出来る等の優れ
た効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアルミ合金のレーザ溶接法による
連続圧延ラインの一実施例を示す概略図、
【図2】本発明に係る突合わせアルミ合金の狭開先内レ
ーザ溶接状況を示す説明図、
【図3】狭開先内に投入したレーザビームの多重反射に
よる集光状況を示す説明図、
【図4】狭開先内での楔形状の頂点から板幅方向への距
離とパワー密度との関係を示す図、
【図5】本発明に係る投入するレーザ出力の設定範囲を
示す説明図である。
【符号の説明】
1 コイラー 2 アルミ合金コイル 3 レーザ溶接機 4 ルーパー 5 焼鈍炉 6 冷間圧延機 7 表面処理設備 8 アルミ合金製品板 9 製品コイル 10 上面押えロール 11 下面押えロール 12 突合わせ面 13 押さえロール走査方向 14 楔形状の頂点 15 レーザビーム 16 外側部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミ合金コイルの先行コイル後端部と
    後行コイルの先端部を突合わせ溶接した後に連続圧延す
    るアルミ合金連続圧延工程において、アルミ合金コイル
    と同期速度で自走しながら圧延材であるアルミ合金コイ
    ルの突合わせ狭開先内にCO2 レーザビームを投入し
    て、狭開先の先端部にエネルギー密度を高め、該先端部
    の両面をレーザビームの焦光位置と楔形状の位置を押え
    ロールにて同期してコイルの板幅方向に走査し、溶融接
    合することを特徴とするアルミ合金連続圧延工程でのレ
    ーザ溶接法。
  2. 【請求項2】 アルミ合金コイルの先行コイル後端部と
    後行コイルの先端部を突合わせ溶接した後に連続圧延す
    るアルミ合金連続圧延工程において、アルミ合金コイル
    と同期速度で自走しながら圧延材であるアルミ合金コイ
    ルの突合わせ狭開先内にパルスCO2 レーザを用い、狭
    開先密着部におけるレーザ光のパルスピーク出力密度を
    Pp(MW/cm2 )とし、平均出力密度をPa(MW
    /cm2 )とするとき、70×exp(−20×Pa)
    ≦Pp≦18000×exp(−16×Pa)なる領域
    を満足する条件で溶融接合することを特徴とするアルミ
    合金連続圧延工程でのレーザ溶接法。
JP6043453A 1994-03-15 1994-03-15 アルミ合金連続圧延工程でのレーザ溶接法 Withdrawn JPH07251280A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010279965A (ja) * 2009-06-03 2010-12-16 Nissan Motor Co Ltd レーザー溶接方法
CN102059452A (zh) * 2010-12-22 2011-05-18 哈尔滨工业大学 窄间隙三光束激光焊接方法

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010279965A (ja) * 2009-06-03 2010-12-16 Nissan Motor Co Ltd レーザー溶接方法
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Effective date: 20010605