JPH11226762A - 鋼板の溶接速度とウィービング幅の決定方法 - Google Patents

鋼板の溶接速度とウィービング幅の決定方法

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JPH11226762A
JPH11226762A JP10034934A JP3493498A JPH11226762A JP H11226762 A JPH11226762 A JP H11226762A JP 10034934 A JP10034934 A JP 10034934A JP 3493498 A JP3493498 A JP 3493498A JP H11226762 A JPH11226762 A JP H11226762A
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JP
Japan
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determined
welding speed
speed
welding
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JP10034934A
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Shinji Matsuo
慎二 松尾
Katsuhiro Maeda
勝宏 前田
Hiroshi Tokida
弘 常田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼板のレーザー接合において、必要充分な溶
融深さと溶融幅を得るための鋼板の溶接速度とウィービ
ング幅の決定方法を提供すること。 【解決手段】 端部形状の突き合わせ角度θを溶接する
鋼板の成分とシートバー厚tより求め、一方、予め設定
した必要接合率ηと接合する該シートバー厚tにより必
要溶融深さdoを求め、また幅端部の必要溶融幅Woは
該突き合わせ角度θと必要溶融深さdoから求め、この
必要溶融幅Woを満足する溶接速度Vwと必要溶融深さ
doを基にして求めた溶接速度Vdとを比較して、Vd
≦Vwの場合は溶接速度VをVdとし、Vd>Vwの場
合は、ウイービング幅Aでの溶接速度Vの関係式、ない
しは溶融面積Soと予めパターン認識した関係図より溶
接速度Vを決定することを特徴とする鋼板の溶接速度と
ウィービング幅の決定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板のレーザー溶
接における、必要充分な接合深さと溶融幅を得る溶接速
度とウィービング幅の決定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鋼材などの熱間圧延設備は、加熱したス
ラブを粗圧延機で圧延して中間板厚の鋼板(以下、シー
トバーと称する)とし、次いで仕上圧延機列により製品
板厚まで圧延し、ランナウトテーブルを走行させ、コイ
ラーで巻き取る連続工程からなっている。しかし、粗圧
延から巻取りまでを1本のスラブ毎に行っており、個々
の材料先端部の通板性によるトラブルや、先端部および
後端部の形状不良、板厚精度不良等による歩留り低下等
の各種問題があった。
【0003】一方、近年、粗圧延後のシートバー同志を
突合わせて、この接合部をレーザー溶接して接合するこ
とにより、仕上圧延機列を連続的に通板し、コイラーの
前で分割する連続熱間圧延法が採用され始め、上記従来
の問題点の解決が期待されている。シートバー同志のレ
ーザー接合は、先行シートバーの後端部および後行シー
トバーの先端部のクロップを切断除去することで両端面
の形状を整えた後、シートバーと同速度で走行する台車
に載置されたクランプ装置で、両端部をクランプし突合
せて行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱間連続圧延
ラインにおいて、前後に連続して搬送される鋼材同士を
接合する工程は、この熱間連続圧延の生産性を低下させ
ないために接合を鋼材の搬送中に、極めて短時間で行う
必要があり、しかも、連続圧延中に破断を生ずることが
ないように、安定して必要量の接合を行う必要がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の必要性から、シー
トバーをレーザーで接合する場合において、必要充分な
溶融深さと溶融幅を得るための接合速度の決定方法を提
供することにある。その発明の要旨とするところは、 (1)先行鋼板の後端と後行鋼板の先端を突き合わせて
レーザートーチで所定のウィービング幅と速度でレーザ
ー溶接するに際して、前記両鋼板の先端を突き合わせ角
度θを上記溶接鋼板の成分及び板厚tより求め、一方、
予め設定した必要接合率ηと接合する鋼板の板厚tによ
り必要溶融深さdoを求め、該求めた必要溶融深さdo
と上記求めた突き合わせ角度θから必要溶融幅Woを求
め、この必要溶融幅Woを満足する溶接速度Vdと前記
必要溶融深さdoを満足する溶接速度Vwを各々求め、
この求めた溶接速度VdとVwを比較して、Vd≦Vw
の場合には、前記レーザートーチをウィービングせずに
その速度Vを前記求めた必要溶融幅Woを満足する溶接
速度Vdとし、Vd>Vwの場合には、レーザートーチ
のウィービング幅及びレーザートーチの速度を下記式
(1)、(2)により求めた値、又は、予めパターン認
識した関係図より求めた値とすることを特徴とする鋼板
の溶接速度とウィービング幅の決定方法。 A=(Wo−bP0.3 /V1/2 )/2 … (1) V=aP/do(Wo+2B) … (2) ただし、a,b:定数 B:台車振動幅 P:レーザーアーク出力値 (2)必要接合率を40%以上としたことを特徴とする
前記(1)記載の接合速度の決定方法にある。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明について図面に従っ
て詳細に説明する。図1は本発明に係るレーザー接合部
での必要な溶融幅と溶融深さを示す説明図である。この
図1に示すように、先行シートバー後端部1と後行シー
トバー先端部2が突合わされた場合にレーザー接合部で
の必要な溶融幅と振動の影響より、接合部3での必要溶
融深さdoはシートバー厚tに対する接合率で定められ
る。この接合率は実験の結果40%以上が必要である。
すなわち、接合率が40%以上あれば、例えば、板厚変
更及び端部未溶接部があったとしても圧延された後の接
合率はその1.5倍程度となり安定した連続圧延が可能
となる。また、必要溶融幅Woはテーパー部4の幅と溶
込代5の2倍と静的目外れ量6の2倍が必要である。す
なわち、溶接機は動きながら溶接する関係から振動が生
じるためトーチ先端の線から離れることから必要溶融幅
が拡大し、深さが浅くなることから、溶込代の追加と目
外れ量の追加分が必要となる。
【0007】そこで、接合速度を決定するに当たって、
先ず予め接合する鋼板の硬さ(成分構成)、シートバー
厚t及び突き合わせ角度θを表1によって決定する。な
お、接合する鋼板の硬さは、Ceq=C+Mn/6(%)
で決めた。そして予め設定した必要接合率η(仕上圧延
時に接合部が破断しない接合率:40%以上)と接合す
る鋼板のシートバー厚t(接合鋼板の板厚が異なる場合
には厚い方の値)により必要溶融深さdo(=η×t)
を求める。この求めた必要溶融深さdoを満足する溶接
速度Vdを下記(1)の関係式または(2)の方法のい
ずれかで求める。 (1)Vd=[{−dobP0.3 +(dobP0.3 2
+8do(Amin +B)ap}/4do(Amin
B)]2 なお、P:レーザーアーク出力値、a,b:定数、A
min :最小ウイビング振幅、B:台車振動幅である。 (2)予め パターン認識した図2の溶融深さdと溶接
速度Vdの関係
【0008】
【表1】
【0009】一方、溶接する鋼板の成分、シートバー厚
tを基に表1から鋼板の突き合わせ角度θを求める。こ
の場合、先行鋼板と後行鋼板で成分、板厚が異なる場合
には、鋼板別に求めた突き合わせ角度θの大きい方を選
択する。この突き合わせ角度θと前記必要溶融深さdo
から必要溶融幅Woを下記(3)式により求める。 (3) Wo=do・tanθ+C なお、Cは目外れ係数であり、本例では1.62mであ
る。
【0010】この必要溶融幅Woを満足する溶接速度V
wを下記(4)の関係式、または(5)の方法の何れか
で求める。 (4) Vw={bP0.3 /(Wo−2Amin )}2 (5)予めパターン認識した図3の溶融幅Wと溶接速度
Vwの関係 このように必要溶融深さdoを基にして求めた溶接速度
Vdと必要溶融幅Woを基にして求めた溶接速度Vwを
比較し、Vd≦Vwの場合には、溶融幅は必要量に対し
て充分であるが溶融深さ制約でウイービングせず、溶接
速度VをVdとする。溶接速度がVd>Vwの場合には
溶接速度Vdでは必要溶融深さdoを確保出来るが必要
溶融幅を確保出来ないため、必要溶融幅を確保できるよ
うに下記(6)の関係式で求めたウイービング幅Aで下
記(7)の関係式、または(8)の方法のいずれかで求
めた溶接速度Vとする。
【0011】 (6) A=(Wo−bP0.3 /V1/2 )/2 (7) V=aP/do(Wo+2B) (8)必要溶融深さdoと必要溶融幅Woを積算して溶
融面積Soを求め、この溶融面積Soと予めパターン認
識した図4から求める なお、溶融深さdと溶接速度Vの関係は図2に示し、ま
た、溶融幅Wと溶接速度Vの関係は図3に、ウイービン
グがない場合(実線)およびウイービングが有る場合
(点線)で、溶融面積Sと溶接速度Vの関係は図4に示
したものであるが、これら各図は予め実験等で求めたも
のである。
【0012】板厚方向における必要接合率は前述のよう
に40%以上、好ましくは50%以上あれば、仕上げ圧
延中にシートバー端面相互が安定圧着する。特に接合す
るシートバーが薄物の場合は、仕上げ圧延中における圧
着量が少なくなることから対母材断面強度比が大きく減
少するので、接合率は厚物を接合する場合より大きく
(50%以上)する必要がある。また、溶融幅が必要幅
より大きい場合には、溶融特性(溶融断面積)と溶融幅
と振動によって溶融深さが決まり、一方、溶融幅が必要
幅より小さい場合は、接合シャー剪断角(接合部テーパ
ー代)は、鋼板の硬さ、熱変形・レーザー精度(±0.
51mm)を考慮し、溶融深さが決まり、これら両者の
最大溶融深さのもとに接合速度が決められ、板幅等から
溶融接合時間が決定し、仕上圧延速度、板幅、板厚等の
シートバー速度とから接合するための接合台車走行距離
が決定され、最高接合速度での最適接合が行われる。
【0013】
【実施例】加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延機によっ
て圧延した後のシートバーの板厚40mm、幅750m
mの先行シートバーの後端部と同条件の後行シートバー
の先端部とをそれぞれベンデュラムシャーで切断した端
部形状の接合シャー切断角を溶接する鋼板の成分(Ce
q:0.25)とシートバー厚を基に表1から3.0°
とし、幅端部の必要接合率60%の場合の必要溶融深さ
do=0.60×40=24mm、この必要溶融深さ2
4mmを満足する溶融速度Vdはパターン認識した図2
の溶融深さ24mmに対して溶接速度Vdは1.8mp
mとなる。また、必要溶融幅Woは上記突き合わせ角度
θと必要溶融深さdoから必要溶融幅Wo=24×ta
n3.0°+1.62=2.88mm、この必要溶融幅
Woを満足する溶接速度Vwを図3の溶融幅Woと溶接
速度Vwの関係から溶接速度Vwは3.4となる。この
必要溶融深さdoを基にして求めた溶接速度Vdと必要
溶融幅Woを基にして求めた溶接速度Vwを比較した場
合に溶接速度Vwが大きいため、ウィービングせずに溶
接速度Vを1.8mpmとする。従って、必要接合率6
0%の場合は必要溶融深さは40×0.6=24mmで
あり、そのときの必要溶融幅は2.88mmとなる。ま
た、そのときの最高接合速度は1.88mpmとなる。
この最高接合速度をもって接合を行った後、仕上圧延機
を用いて連続熱間圧延を実施し、板厚2.0mmの製品
を仕上げたところ、破断なく良好な圧延が実施された。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、必要
充分な接合深さと溶融幅を得るための適正な接合速度を
決定することが可能となり、先行シートバー後端部と後
行シートバー先端部をレーザビームにより接合する際生
ずる熱変形を最小限に抑え、安定したレーザー溶接が可
能となり、しかも、粗圧延後のシートバーを先行する仕
上げ圧延中のシートバーにより停止することなく、連続
的に仕上げ圧延されると共に品質の良好な熱間圧延材を
得ることが出来、生産性の向上並びに圧延品質の向上を
図ることが出来る極めて優れた効果を奏するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る接合部での必要な溶融幅と溶融深
さを示す説明図、
【図2】振動を考慮した溶融深さと溶接速度との関係を
示す図、
【図3】溶融幅と溶接速度との関係を示す図、
【図4】溶融面積と溶接速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 先行シートバー後端部 2 後行シートバー先端部 3 接合部 4 テーパー部 5 溶込代 6 静的目外れ量 do 必要溶融深さ t シートバー厚 Wo 必要溶融幅

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先行鋼板の後端と後行鋼板の先端を突き
    合わせてレーザートーチで所定のウィービング幅と速度
    でレーザー溶接するに際して、前記両鋼板の先端を突き
    合わせ角度θを上記溶接鋼板の成分及び板厚tより求
    め、一方、予め設定した必要接合率ηと接合する鋼板の
    板厚tにより必要溶融深さdoを求め、該求めた必要溶
    融深さdoと上記求めた突き合わせ角度θから必要溶融
    幅Woを求め、この必要溶融幅Woを満足する溶接速度
    Vdと前記必要溶融深さdoを満足する溶接速度Vwを
    各々求め、この求めた溶接速度VdとVwを比較して、
    Vd≦Vwの場合には、前記レーザートーチをウィービ
    ングせずにその速度Vを前記求めた必要溶融幅Woを満
    足する溶接速度Vdとし、Vd>Vwの場合には、レー
    ザートーチのウィービング幅及びレーザートーチの速度
    を下記式(1)、(2)により求めた値、又は、予めパ
    ターン認識した関係図より求めた値とすることを特徴と
    する鋼板の溶接速度とウィービング幅の決定方法。 A=(Wo−bP0.3 /V1/2 )/2 … (1) V=aP/do(Wo+2B) … (2) ただし、a,b:定数 B:台車振動幅 P:レーザーアーク出力値
  2. 【請求項2】 必要接合率を40%以上としたことを特
    徴とする請求項1記載の接合速度の決定方法。
JP10034934A 1998-02-17 1998-02-17 鋼板の溶接速度とウィービング幅の決定方法 Pending JPH11226762A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100649053B1 (ko) 2005-12-14 2006-11-27 한국생산기술연구원 레이저-mig 하이브리드 용접방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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