JPH09216079A - レーザ仮付け溶接方法 - Google Patents
レーザ仮付け溶接方法Info
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Abstract
き、鋼片を高速で目外れなく仮付け溶接することができ
るレーザ仮付け溶接方法を提供する。 【解決手段】 先行鋼片と後行鋼片を圧接して接合する
ときに行われる、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部
を突き合わせてレーザ仮付け溶接する方法において、
(2×最大目外れ量E[mm]−溶融幅w[mm])/2+
余裕Y[mm]を振幅a[mm]とし、4a/{(3〜10
0)×必要溶接速度Vo [m/min ]}を周期T[sec ]
としてレーザビームを溶接方向に対して直角方向に振動
させる。
Description
などの熱間圧延鋼片の接合する際に行われるレーザ仮付
け溶接方法に関する。
延では、先行鋼片の後端部と後行鋼片の前端部とを接合
することが行われている。これら鋼片は、厚みが20〜
80 mm 、幅が600〜2000 mm 程度である。ま
た、鋼片の温度は1000℃前後である。この鋼片の接
合方法の一つとして、先行鋼片の後端部と後行鋼片の前
端部とを突き合わせ、突合せ部に沿って仮付け溶接し、
引き続き仮付け溶接した鋼片を鋼片厚み方向に圧下して
両鋼片を接合する方法が周知である。
ことも知られている。たとえば、WO.94/6838
号公報には、圧延中の先行圧延材の後端部と後行圧延材
の先端部とを突き合わせた後、突合せ部をレーザビーム
により溶接して連続圧延を行う方法が開示されている。
レーザビームは、レンズまたは凹面鏡でレーザビームを
円形に集光してエネルギ密度を高くできる。このため、
集光照射部の鋼は瞬時に蒸発して鋼片表面にキーホール
が発生する。レーザ溶接では、このキーホールを溶接線
に沿って移動し、鋼片を接合溶接する。すなわち、キー
ホールの移動に伴い周辺の鋼が溶融して溶融プールが形
成され、溶融プール後方から溶融鋼が凝固して溶接が完
了する。
などで切断される。鋼片の性状や切断方法などによって
切断部の形状が直線とはならず、曲線になることは避け
られない。このため、図1に示すように突合せ位置が溶
接基準線LからEだけずれて突合せ線が曲線になる。し
たがって、レーザビームを突合せ線に沿って移動しなけ
ればならない。また、このようにレーザビームを突合せ
線に沿って移動しても、ギャップ、溶接ヘッドの振れ、
開先の寸法誤差、開先位置の計測誤差などにより、レー
ザビームが突合せ部からずれる目外れが起きる場合があ
る。この目外れがある程度以上大きくなると、レーザビ
ームの照射が突合せ部からずれて、溶接不良が発生す
る。
ための方法として、レーザビームの集光照射位置を高精
度に制御して、鋼片の突合せ部からずれないようにする
方法がある。しかしこの方法は、高精度の開先位置計測
装置および溶接ヘッドの倣い制御装置を必要とし、接合
装置の大型・複雑化を招くという欠点がある。
にして、溶融幅を拡大して目外れをなくす方法がある。
しかしこの方法では、溶接速度を低速にするため溶接時
間が長くなり、コスト高になる。また、溶接速度が圧延
ライン速度に追従できない場合、圧延ライン速度を落と
さねばならず、生産効率の低下を招くという問題があ
る。さらに、溶接部の熱影響層が広くなり、機械的な強
度が低下して次の圧延工程で接合部破断の原因となると
いう問題もある。
装置の小型・簡単化を図ることができ、鋼片を高速で目
外れなく仮付け溶接することができるレーザ仮付け溶接
方法を提供しようとするものである。
溶接方法は、先行鋼片と後行鋼片を圧接して接合すると
きに行われる、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部を
突き合わせてレーザ仮付け溶接する方法において、(2
×最大目外れ量E[mm]−溶融幅w[mm])/2+余裕
Y[mm]を振幅a[mm]とし、4a/{(3〜100)
×必要溶接速度Vo [m/min ]}を周期T[sec ]とし
てレーザビームを溶接方向に対して直角方向に振動させ
る。
た目外れの最大値である。最大目外れ量Eは、鋼片の寸
法、先後端部の切断形状、レーザ加工ヘッドの機械的設
定精度などによって異なり、実測して得られる。
できる。まず、溶接速度Vおよびレーザ出力Pの値を種
々組み合わせて先行鋼片と後行鋼片とをレーザ溶接し、
その溶接断面から溶接速度V、およびレーザ出力Pに対
する溶融部断面積Sの関係Aおよび溶融幅wの関係Bを
それぞれ求める。そして、必要溶融部断面積So (2×
最大目外れ量E×必要溶融深さDo )から上記関係Aに
基づき必要レーザ出力Po および必要溶接速度Vo を求
め、必要レーザ出力Po および必要溶接速度Vo から上
記関係Bに基づき溶融幅wを求める。なお、上記溶融幅
wは、レーザビームを振動させない状態で溶接した場合
の溶融幅である。
を圧接して接合する際に、破断が生じない強度を与える
レーザ仮付け溶接部の溶融深さをいう。余裕Yはレーザ
ビーム振動装置の駆動誤差、目外れのばらつきなどを考
慮したものであり、0.1〜1 mm 程度である。
w)/2+余裕Y未満であると、目外れが発生する。振
幅aが上記振幅を超えると、必要以上に鋼片を溶融する
こととなり、不経済である。周期Tが振幅a/(3×必
要溶接速度Vo )を超えると、十分な溶融深さが得られ
ない箇所が溶接線方向について生じる、つまり接合部の
強度が不足する箇所が生じる。また、周期Tが振幅a/
(100×必要溶接速度Vo )未満であると、振動機構
の高速化が困難となり、設備が高額となる。
余裕Yの振幅aでレーザビームを振動させるので、溶融
幅が拡大され、目外れはなくなる。また、振幅a/
{(3〜100)×必要溶接速度Vo }の周期Tでレー
ザビームを振動させるので、突合せ部全長にわたって溶
融部が均一となり、圧接時に接合部が破断しない強度が
得られる。
は、厚み20〜50mmのシートバーもしくはスラブであ
り、温度は900〜1200℃である。先行鋼片の後端
部と後行鋼片の先端部は、走間シャーやレーザ切断装置
などによって形状を整えてから、突き合わせてレーザ仮
付け溶接を行うことが望ましい。レーザ仮付け溶接は、
たとえば出力25〜50kWの連続波CO2 レーザ発振器
を用い、圧延ライン上を走行する鋼片の突合せ部に沿っ
て、レーザビームを照射するようにしてもよい。レーザ
集光位置を振動させる方法としては、加工点にレーザを
集光する集光光学素子を振動させる方法が適している。
びレーザ出力Pに対する溶融部断面積の関係Aの一例を
示している。図2は、近似的に、溶融部断面積S=レー
ザ出力P×(溶接速度V)-1で表されることを示してい
る。図3は、レーザ出力Pが45 kW のときの溶接速度
Vと溶融幅wとの関係を示している。
が、溶融幅wは、上記図2および図3から求められる。
すなわち、接合部の強度から決められた必要溶融深さD
o から、溶融部断面積Sを仮決めする。溶接速度Vは、
圧延ラインで必要とする最低速度以上であれば任意であ
るが、設備コストの低減を図るためにレーザ出力を勘案
して仮決めする。これら仮決めされた溶融部断面積Sお
よび溶接速度Vに基づき、図2からレーザ出力Pを求め
る。ついで、レーザ出力Pおよび溶接速度Vに基づき、
図3から溶融幅wを求める。求めた溶融幅wが2×最大
目外れ量Eを超える場合、更にレーザビームを振動させ
て溶融幅を広げることは無駄である。このような場合、
レーザ集光光学系を調整して、2×最大目外れ量E以下
となる溶融幅とする。
よび図5に基づきこの発明の実施例を説明する。図4は
熱間圧延設備に設けられた鋼片接合設備を模式的に示す
側面図であり、図5は同設備の平面図である。
いて、A方向に走行するシートバー1、3の先端部およ
び後端部は走間シャー11でバー幅方向に沿って切り落
とされ、直線状の接合面が形成される。ついで、先行シ
ートバー1の後端面と後行シートバー3の前端面とを突
き合わせ、この直線状の突合せ部5をレーザ溶接で仮付
け溶接7する。仮付け溶接7に引き続いて、連続熱間圧
延機列16において、圧延機17により、両シートバー
1、3を連続的に圧延して、シートバー1とシートバー
3の接合は完了する。
1100 mm 、厚みは80 mm である。また、接合面を
形成した時点でのシートバー1、3の温度は1000℃
である。シートバー1、3の送り速度は、80m/min で
ある。レーザ発振器13は連続波CO2 レーザ発振器で
あり、定常出力は45 kW である。レーザ発振器13か
ら出射されたレーザビームは、レーザビーム伝送光学系
14を介して、レーザ加工ヘッド15に伝送される。レ
ーザ発振器13は固定されているが、レーザ加工ヘッド
15はシートバー1、3と同期して移動しながら突合せ
部5に沿って一定速度5m/min で移動する。
を図6に示す。この加工ヘッド15は伝送されたレーザ
ビームをパラボラミラー21によって集光し、ガルバノ
ミラー25で反射してシートバー1、3表面に照射す
る。ガルバノミラー25はミラー振動装置22によって
回転中心軸23回りを揺動し、レーザビームはシートバ
ー1、3表面の集光位置で溶接基準線Lを横切るように
振動する。
て説明する。
必要溶融深さDo は40 mm (シートバー厚みの50
%)、必要溶接速度Vo は5m/min が与えられている。
溶融幅wは、1.0 mm であり、必要レーザ出力Po は
45kWであった。また、最大目外れ量Eは、1.1 mm
であり、余裕Yは0.15 mm とした。これらの値か
ら、レーザビームを振幅a0.75 mm 、周期T0.0
1sec (振動数f:100Hz)で振動させ、レーザ仮付
け溶接を行った。その結果、レーザ仮付け溶接したシー
トバー1、3を後段の熱間圧延機列16により連続的に
圧延して、シートバー1とシートバー3を圧接して接合
を行ったが、破断は発生しなかった。一方、周期を0.
1sec とし、周期以外は、上記と同じ条件でレーザ仮付
け溶接した。その結果、シートバーは圧延により接合部
が破断した。
では、突合せ部に十分な幅と深さの溶融部を形成するこ
とができ、仮付け溶接不良に起因して圧接時に発生する
鋼片の破断を防止することができる。また、レーザビー
ムを振動させるだけであるから、鋼片接合装置の小型・
簡単化を図ることができる。
り、(b)は鋼片突合せ線の溶接基準線からのずれを示
す図面である。
面積の関係を示すグラブである。
関係を示すグラフである。
を模式的に示す側面図である。
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 先行鋼片と後行鋼片を圧接して接合する
ときに行われる、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部
を突き合わせてレーザ仮付け溶接する方法において、
(2×最大目外れ量E[mm]−溶融幅w[mm])/2+
余裕Y[mm]を振幅a[mm]とし、4a/{(3〜10
0)×必要溶接速度Vo [m/min ]}を周期T[sec ]
としてレーザビームを溶接方向に対して直角方向に振動
させることを特徴とするレーザ仮付け溶接方法。 - 【請求項2】 溶接速度Vおよびレーザ出力Pの値を種
々組み合わせて先行鋼片と後行鋼片とをレーザ溶接し、
その溶接断面から溶接速度V、およびレーザ出力Pに対
する溶融部断面積Sの関係Aおよび溶融幅wの関係Bを
それぞれ求め、必要溶融部断面積So (2×最大目外れ
量E×必要溶融深さDo )から上記関係Aに基づき必要
レーザ出力Po および必要溶接速度Vo を求め、必要レ
ーザ出力Po および必要溶接速度Vo から上記関係Bに
基づき溶融幅wを求める請求項1記載のレーザ仮付け溶
接方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02138996A JP3583850B2 (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | レーザ仮付け溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH09216079A true JPH09216079A (ja) | 1997-08-19 |
JP3583850B2 JP3583850B2 (ja) | 2004-11-04 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3583850B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014038729A (ja) * | 2012-08-13 | 2014-02-27 | Toshiba Corp | 密閉型2次電池の溶接方法、密閉型2次電池及びキャップ体 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6188989A (ja) * | 1984-10-05 | 1986-05-07 | Dowa Koei Kk | レ−ザ−ビ−ムによる突き合わせ溶接法 |
JPS6475192A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-20 | Ueno Hiroshi | Method and equipment for welding by laser beam |
JPH02137688A (ja) * | 1988-11-18 | 1990-05-25 | Fuji Electric Co Ltd | レーザ加工装置 |
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JPH07256305A (ja) * | 1994-03-18 | 1995-10-09 | Nippon Steel Corp | 連続熱間圧延方法 |
-
1996
- 1996-02-07 JP JP02138996A patent/JP3583850B2/ja not_active Expired - Fee Related
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