JPH0938784A - 溶接ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 先端不良部切断時の寸法不良を防止でき、
かつＨ形鋼先端を安定して切断機に案内できる溶接Ｈ形
鋼の製造方法を提供する。 【構 成】 溶接開始前に加圧ロールによる加圧量をウ
エブｗ用および上下のフランジ（ｆａ，ｆｂ）用のコイ
ル先端部ではゼロに設定し、溶接開始後に圧力検出器
（14）からの圧力をもとに加圧量と溶接電力を制御して
初期状態からの加圧量を金型スリット部寸法余裕範囲内
に設定し、形鋼切断機入側で通材を一旦停止して先端か
らの未溶接部または寸法不良部を切断し、切断時の通材
停止の際に、溶接電力を通材停止後少なくとも1.0secま
で与え、再び溶接を開始する際に、通材開始より少なく
とも0.4sec早く溶接電力を投入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼帯を溶接してＴ形鋼
またはＨ形鋼とする溶接方法に関し、特に溶接Ｈ形鋼の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接Ｈ形鋼の主な製造方法として、接触
式高周波抵抗溶接方法がある。高周波溶接・成形によっ
て目標とする寸法、形状のＨ形鋼を製造する場合には、
一般に図７に示すような設備が用いられる。図７は、溶
接Ｈ形鋼製造のための主要設備及びその配置の例を示す
説明図であり、ペイオフリール１，レベラ２，入側シャ
ー３，ツイスタ４，ピンチロール５，アップセッタ６，
溶接位置決めピンチロール７，高周波溶接装置８，加圧
ロール９，矯正機10，形鋼切断機11の組み合わせからな
っている。なお図７において符号ＨはＨ形鋼，ｆはフラ
ンジ材（Ｈ形鋼に成形後はフランジ），ｗはウエブ材
（Ｈ形鋼に成形後はウエブ），ａは上側，ｂは下側をそ
れぞれ表す。

【０００３】この方法は、高周波電流での特性である表
皮効果及び近接効果を利用したもので、接触部に高周波
電流を集中させ、抵抗発熱により接触部の温度を上昇さ
せ、溶融した部分に加圧力を付与することで溶接を行う
ものである。図８は接触式高周波抵抗溶接の一例を示す
斜視図である。同図において12は溶接チップ、13は予熱
チップである。なお、図７と同一部材には同一符号を付
し、説明を省略する。接触式高周波抵抗溶接においては
図８に示すように、加圧ロール９直前に溶接チップ12を
配置し、それより上流側に予熱チップ13を配置する。溶
接チップ12はフランジ材ｆとウエブ材ｗ間で通電し両者
を加熱するものである。この場合、両者への熱エネルギ
ーの供給量は等しくなる。

【０００４】しかし、フランジ材ｆは平板形状のため熱
が拡散しやすいのに対し、ウエブ材ｗは端部加熱のため
熱が拡散しにくい。つまりウエブ材ｗのほうが早く昇温
する。そのため両者の間に温度差が発生し溶接不良とな
る。これを防ぐため溶接チップ12への電力を増すとフラ
ンジ材ｆは溶接に適した温度（約1450℃）に昇温する
が、そのときウエブ材ｗは溶融するまで昇温しビードの
発生が製品上問題となる。このような問題は、フランジ
材ｆをウエブ材ｗよりも余計に加熱すれば防ぎうるとの
見方から、溶接チップ12で通電加熱する前に予熱チップ
13でフランジ材ｆを加熱する方法が採られる。但し、溶
接装置の機械的な構造から予熱チップ13はフランジ材ｆ
の内側に配置しにくいため、外側に配置して加熱を行い
フランジ材ｗ内面に向けて熱伝導で熱を伝える方法が慣
用される。

【０００５】上記の各種装置を用いての溶接成形手順
は、熱間圧延鋼帯を所定の寸法にスリットした１枚のウ
エブ材ｗ及び２枚のフランジ材ｆａ，ｆｂ（以後適宜コ
イルと総称する。）を加圧ロール９位置まで案内位置決
めし、コイルに溶接チップ12と予熱チップ13を接触させ
高周波電流を通電して、通電部が昇温溶融したところで
上下一対の加圧ロール９を通過させてＨ形鋼Ｈを製造す
る。

【０００６】この場合、上下一対の加圧ロール９の位置
決めは上下に設けたスクリュージャッキ等によって行
う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
は、上記方法で溶接成形する場合、特にコイル先端にお
いて次のような問題が生じることを知見した。 (1) ３個のコイルの最先端を溶接開始点とすることはで
きないため最先端部では十分に溶接できず、そのため寸
法不良となる。

【０００８】(2) 溶接開始点ではコイルを停止させる必
要があるが、そのため予熱チップ13からの入熱が効果的
に届かず、温度差が大きくなりウエブ材ｗのみが溶融し
てしまう。 (3) そこで加熱量を制限すると、加圧量もそれに併せて
小さくしないとウエブ材ｗに座屈を生じる。

【０００９】(4) また、加圧量を先端部と同じ（小さ
い）設定にすると定常溶接部での加圧力不足となって溶
接部の強度不足となる。 (5) 加圧量が小さい場合には、ウエブｗ高さ寸法が所定
の寸法よりも高くなり形鋼切断機11の金型を通過できな
くなる。図９は、形鋼切断機金型スリット部寸法の一例
を示す説明図である。同図は、ウエブｗ厚×フランジｆ
厚＝3.2 ×4.5(mm) の例である。ここに例示するように
切断面の形状を良好に保つためにスリットの隙はそれぞ
れ4.9(=3.2+0.85X2)mm及び7.5(=4.5+1.5X2)mm と余裕を
小さくとっている。本例ではウエブｗ高さの余裕は3mm
である。

【００１０】そこで、本発明は上記した問題点に鑑み、
溶接Ｈ形鋼の製造において、先端不良部切断時の寸法不
良を防止でき、かつＨ形鋼先端を安定して切断機に案内
できる溶接Ｈ形鋼の製造方法を提供すること課題とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、溶接
開始前に加圧ロールによる加圧量をウエブ用および上下
のフランジ用のコイル先端部ではゼロに設定し、溶接開
始後に圧力検出器からの圧力をもとに加圧量と溶接電力
を制御して初期状態からの加圧量を金型スリット部寸法
余裕範囲内に設定し、形鋼切断機入側で通材を一旦停止
して先端からの未溶接部または寸法不良部を切断し、切
断時の通材停止の際に、溶接電力を通材停止後少なくと
も1.0secまで与え、再び溶接を開始する際に、通材開始
より少なくとも0.4sec早く溶接電力を投入することを特
徴とする溶接Ｈ形鋼の製造方法である。

【００１２】

【作用】本発明は課題解決の手段を前記のように構成し
たので、溶接Ｈ形鋼の製造において、先端不良部切断時
の寸法不良を防止でき、かつＨ形鋼先端を安定して切断
機に案内できるため、溶接部の先端から全長にわたりウ
エブ部に座屈がなく十分な溶接強度を有する溶接Ｈ形鋼
が得られる。

【００１３】

【実施例】本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法を、図面を用
いて具体的に説明する。図１は、本発明における溶接加
圧ロールの圧下機構を示す斜視図である。同図におい
て、14は加圧時の加圧力を測定するための圧力検出装
置，15は圧下スクリュージャッキである。なお、前掲図
と同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。

【００１４】〔ステップ１〕ウエブ材（以下適宜ウエブ
用コイルと称する）ｗと上下のフランジ材（以下適宜フ
ランジ用コイルと称する）ｆａ，ｆｂとを図示しない機
械によって搬送、位置決めして各コイル間にシェープ角
Ｖ（この角Ｖは図１に示すように、溶接ポイントを中心
としてフランジ用コイルｆａ，ｆｂとウエブ用コイルｗ
端部によって成る角を意味する。）を設定する。

【００１５】〔ステップ２〕ウエブ用コイルｗの端部を
加熱する溶接チップ12ｗとフランジ用コイルｆの中央部
とを加熱する溶接チップ12ｆをそれぞれのコイルに接触
させる。また、フランジ用コイルｆの中央部を加熱する
予熱チップ13ｆをフランジ用コイルｆの外面に接触させ
る。 〔ステップ３〕溶接チップ12ｗにて加熱され溶融したウ
エブ用コイルｗの端部と、予熱チップ13および溶接チッ
プ12ｆにて加熱され溶融した上下のフランジ用コイルｆ
ａ，ｆｂの中央部とを加圧ロール９にて圧接する。

【００１６】加圧ロール９の位置決めは、圧下スクリュ
ージャッキ15もしくは図示しない液圧シリンダまたは両
者の組み合わせによって構成される圧下機構によって行
い、該圧下機構には、圧下時の加圧力を測定するため圧
力検出装置14が備わっている。なお、本実施例は、圧下
機構を圧下スクリュージャッキ15ａ，15ｂのみで構成し
たものを開示する。この場合の位置決め動作は、圧下ス
クリュージャッキ15ａ，15ｂにて加圧ロール９を昇降
し、適正な位置へ設定することである。

【００１７】加圧ロール９の位置決め動作の説明図を図
２に示す。同図において16はウエブ拘束ガイド，17はフ
ランジ拘束ガイドである。なお、前掲図と同一部材には
同一符号を付し、説明を省略する。この位置決め動作は
以下のとおりである。最初に、図２(a) に示すように、
最初に上下加圧ロールを開放した状態でウエブ用コイル
ｗとフランジ用コイルｆ（ｆａ，ｆｂ）とを通材し、ウ
エブ拘束ガイド16およびフランジ拘束ガイド17ａ，17ｂ
を用いてコイルｗ，ｆの位置を固定する。

【００１８】次に、図２(b) に示すように、上下の加圧
ロール９を、その隙がウエブ用コイルｗの幅Ｄ，上下の
フランジ厚Ｆ₁ ，Ｆ₂ の和になるようにセットする。す
なわちこのときの加圧ロール追込み量（以下加圧量とい
う）はゼロである。次に、図示しない高周波抵抗溶接機
に溶接電力を投入し溶接を開始すると同時にウエブ用コ
イルｗおよび上下のフランジ用コイルｆの通材を開始す
る。

【００１９】一般に、Ｈ形鋼の溶接部の強度を保証する
ためには、溶接部の溶け込み量Ｓを増加させることが有
効だが、溶接電力が不足すると十分な溶け込み量Ｓが確
保できず、ウエブｗの圧縮応力が過大となりウエブｗが
座屈限界を越える。また溶接電力を過大にするとビード
形状が悪化し製品上問題となる。本実施例では溶接電力
の適正範囲は 240〜280kW である。

【００２０】本実施例では、通材中のウエブｗが座屈限
界を越えないようにするため、圧力検出装置14を用いて
加圧力をモニタし、その値が例えば 4.5〜5.0tonになる
ように溶接電力を調整し、図２(c) に示すように、加圧
量αが金型スリット部寸法余裕範囲内の所定量になるま
で溶接電力を増加していくという方法をとる。図３は、
加圧量αとウエブ座屈量との関係を示すグラフである。
図３より、ウエブｗが座屈を起こさないようにするに
は、加圧量αは、3.0 mm程度（座屈量の許容範囲を考慮
すれば、 2.5mm〜3.2mm ）とするのが望ましい。

【００２１】図４は、ウエブ座屈量とウエブ用コイル端
面のフランジへの溶け込み量との関係を示すグラフであ
る。図４より、ウエブｗが座屈を起こさないようにする
には、溶け込み量Ｓを少なくとも1.05mm確保するのが望
ましい。 〔ステップ４〕加圧量αが 3.0mm程度になり数ｍ通材し
たら一旦通材を停止する。通材開始、停止時の通材速度
（材料速度）および溶接電力の時間変化を図５に示す。
本発明においては同図に示すように、通材停止後少なく
とも1.0secは溶接電力を与えるようにする。この措置に
よりコイルが停止する部分でも、ウエブ材ｗおよび上下
のフランジ材ｆａ，ｆｂの溶接部を加熱・溶融させウエ
ブｗの座屈発生を防止できる。しかし、この通材停止後
の溶接電力継続付与時間をあまり延長すると、溶け込み
量Ｓが過大となってビード形状不良を起しやすくなるの
で、この時間は長くとも2.0secまでとするのが好まし
い。

【００２２】〔ステップ５〕通材停止後に先端の未溶接
部・寸法不良部を溶断等で切断し、切断部の手入れを行
う。その後、再び通材し溶接を開始する。本発明におい
てはこの時、図５に示すように溶接電力投入後少なくと
も0.4sec経過後に通材を開始するようにする。これによ
り、溶け込み不足によるウエブｗの座屈および切断機金
型スリット通過トラブルを予防できる。なお、この溶接
電力投入後通材開始までの経過時間を長くとりすぎる
と、溶け込み量Ｓが過大となってビード形状不良を起し
やすくなるので、この時間は長くとも1.0secまでとする
のが好ましい。

【００２３】再溶接部でのウエブ高さの長手方向距離依
存性を図６に示す。同図に示すように、再度溶接を開始
した時に、溶接開始直後では溶接チップ12〜予熱チップ
13間（溶接部先端）のフランジ用コイルｆのウエブ高さ
は、それ以外の部分（定常部）よりも若干増加するが、
この高さの増加は切断機金型スリットの余裕の範囲内で
あるため、形鋼切断機通過は可能である。ただしこの溶
接部先端は、予熱が不足するために十分な溶け込みがな
いから溶接強度は十分なものではない。

【００２４】〔ステップ６〕通材後に溶接部先端が形鋼
切断機を通過したら、寸法不良部・溶接不良部を切断す
る。これ以降は製品長で切断する繰り返しとなる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、溶接部の先端から全長
にわたりウエブ部に座屈がなく十分な溶接強度を有する
溶接Ｈ形鋼が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における溶接加圧ロールの圧下機構を示
す斜視図である。

【図２】加圧ロールの位置決め動作の説明図である。
(a) 通材前、(b) 通材開始、(c)通材後。

【図３】加圧量とウエブ座屈量との関係を示すグラフで
ある。

【図４】ウエブ座屈量とウエブ用コイル端面のフランジ
への溶け込み量との関係を示すグラフである。

【図５】通材開始、停止時の通材速度と溶接電力の関係
を示す説明図である。

【図６】再溶接部でのウエブ高さの長手方向距離依存性
を示すグラフである。

【図７】溶接Ｈ形鋼製造のための主要設備及びその配置
の例を示す説明図である。

【図８】接触式高周波抵抗溶接の一例を示す斜視図であ
る。

【図９】形鋼切断機金型スリット部寸法の一例を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ ペイオフリール ２ レベラ ３ 入側シャー ４ ツイスタ ５ ピンチロール ６ アップセッタ ７ 溶接位置決めピンチロール ８ 高周波溶接装置 ９ 加圧ロール 10 矯正機 11 形鋼切断機 12 溶接チップ 13 予熱チップ 14 圧力検出装置 15 圧下スクリュージャッキ 16 ウエブ拘束ガイド 17 フランジ拘束ガイド Ｓ 溶け込み量 α 加圧量 ａ 上側 ｂ 下側 Ｈ Ｈ形鋼 ｗ ウエブ ｆ フランジ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接開始前に加圧ロールによる加圧量を
   ウエブ用および上下のフランジ用のコイル先端部ではゼ
   ロに設定し、溶接開始後に圧力検出器からの圧力をもと
   に加圧量と溶接電力を制御して初期状態からの加圧量を
   金型スリット部寸法余裕範囲内に設定し、形鋼切断機入
   側で通材を一旦停止して先端からの未溶接部または寸法
   不良部を切断し、切断時の通材停止の際に、溶接電力を
   通材停止後少なくとも1.0secまで与え、再び溶接を開始
   する際に、通材開始より少なくとも0.4sec早く溶接電力
   を投入することを特徴とする溶接Ｈ形鋼の製造方法。