JPS5948718B2 - 熱間圧延鋼帯のコイルビルドアップ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱間圧延鋼帯、就中ステンレス鋼または含珪素
電磁鋼の熱間圧延鋼帯のコイルビルドアップ装置に関す
るものである。

すなわち、本発明はコイルビルドアップ作業において、
一台のレーザー光発生装置から発したレーザー光を適正
に配置された光学装置によつて順次照射エネルギー密度
及び照射位置を変えることにより、コイル先後端部切断
・突合せ溶接・溶接ビード先後端部除去、更には必要に
応じて溶接部焼鈍の一連の作業を手際よく行なわしめる
装置を提案するものである。

一般に冷間圧延鋼板（帯）を製造する場合には、ホット
ストリップミル等で熱間圧延された厚さ２．０〜１０用
型の中間製品である熱間圧延鋼帯（コイル）を、必要に
応じて酸洗・焼鈍等を施したのち冷間圧延機によつて冷
間圧延する。

この際に、上記工程の一部または全てが連続化されてい
たり、また熱間圧延鋼帯の単重が冷間圧延作業上最適な
コイル単重より小さい場合には、熱間圧延鋼帯同志、ま
たは熱間圧延鋼帯とリーダーコイルとを、一方のコイル
の先端と他方のコイルの終端とを突合せた状態で接合す
る所謂コイルビルドアップ作業が必要となる。コイルビ
ルドアップされた鋼帯は、接合部を含んだまま巻きぐせ
を直すためのレベラーや、酸洗・焼鈍をうける際のロー
ラーによる方向変更等により度々はげしい屈曲変形をう
け、さらに前後方向に張力を付加されながら冷間圧延加
工をうける。

従つてコイルビルドアップされた接合部はかかる変形乃
至加工をうけても亀裂の発生、破断等が起らないだけの
充分な強度・延靭性を備えていることが必要である。従
つて今日コイルビルドアツプ作業にお．いては、細心の
注意を払つて健全な接合部を形成することに努力が向け
られている。すなわち平滑な切断面になるよう慎重に調
整された剪断機で切断されたコイルの先・後端部を突合
せ、ブローホール、アンダーカツト等の欠陥部が発生し
ないようあらかじめ設定された最適条件のもとでＴＩＧ
，ＳＡＷ等の溶接法によつて接合作業が行なわれる。更
に溶接ビードの始端・終端は往々にして切欠効果を呈す
るような形状となるので、その部分を含むコイル側端部
をゆるい弧状にポンチ等によつて打抜切断することがあ
る。更にフエライト系ステンレス鋼や珪素鋼のように溶
接部（溶着金属部、熱影響部）の延靭性が劣化するおそ
れのある場合には、溶接ビード及びその両側部をバーナ
ー等で加熱・焼鈍する作業が加えられることもある。こ
のようにコイルビルドアツプ作業では切断・溶接・切断
・焼鈍と性格の異なる作業が連続的に行なわれているが
、そのために設備配置が複雑になりまた保守点検等に多
大の労力・費用を要しているのが実情である。

しかもこのような細心の注意を払つて接合作業を行なつ
てもなおかつ後工程において接合部からの破断事故がま
ま生起し、経済的損失の甚大な長時間の生産ラインの停
止をまねくことになり、この点からも健全な接合部のえ
られるコイルビルドアツプ技術の確立が望まれている。
また最近では生産工程の合理化・低コスト化をはかるた
め工程の連続化とともに高速化の要請も強まりつつある
。

そのためにはコイルビルドアツプの作業時間の短縮、就
中溶接時間・焼鈍時間の短縮が必要となる。しかし従来
の溶融溶接法に於ては投入エネルギー密度に限界があり
、健全な溶接部を得るためにはむやみに溶接速度をあげ
ることは不可能である。またガスバーナーによる溶接ビ
ード部及びその近傍の加熱・焼鈍においても火炎のエネ
ルギーの密度、つまり加熱速度には自ずと限界があり、
焼鈍に要する時間を短縮することは現状の技術では多く
を望むことができない。本発明者らは、コイルビルドア
ツプ作業に関する上記問題点について種々の検討、考察
を加えた結果、これらの問題点を一挙に解決し、コイル
ビルドアツプ装置を著しく簡略化するとともに、接合部
の健全性・信頼性を確保しつつ生産ラインのスピードア
ツプにも充分対処できるコイルビルドアツプ装置を提案
できるに至つた。以下に本発明を実施例によつて詳細に
説明する。第１図は本発明に係るコイルビルドアツプ装
置の一例で、上方から見た図である。

熱間圧延鋼帯１，２は左方から供給され右方より搬出さ
れる。レーザー光３はレーザー光発生装置４から発射さ
れるが、そのときレーザー光は鋼板面上方適当な高さで
鋼板移動の向きと直角の方向に水平に発射される。発射
されたレーザー光は第１平面鏡５によつて水平面内直角
に曲げられ、ふたたび第２平面鏡６によつて水平面内直
角に曲げられたのち凹面鏡７によつて垂直方向に曲げら
れ、鋼板面上で焦点を結ぶように鋼板面に達する。上記
の第２平面鏡６は鋼板面上方に設置された走行レール８
に固定されているが、凹面鏡７は走行レール８に沿つて
板幅方向にｗの範囲内で自在に移動可能になつている。

さらに走行レール８は鋼板移動方向に沿つて別に設けら
れたたてレール９に連結されており、たてレール９に沿
つてｌの範囲内で自在に移動できる。鏡５，６，７によ
つて鋼板面上に導びかれたレーザー光はかかる機構によ
つてｗ×１の面上のいかなる位置にも明射が可能となる
。一方第１平面鏡５は蝶番１０によつて回転できるよう
になつてお９、レーザー光を第１平面鏡５で直角に曲げ
る必要のないときには第１平面鏡５を鎖線に示す如くレ
ーザー光の光路からはずすことができる。

このときレーザー光は直進して鏡１１に達し、垂直方向
に曲げられて鋼板面に達する。この鏡１１はよこレール
１２に連結されており、該よこレール１２に沿つて板幅
方向にｗの範囲で自在に移動可能である。このときレー
ザー光を鏡１１を介して鋼板面へ片側だけから照射する
以外に、必要に応じてレーザー光を鋼板の両面に同時に
照射できるように一群の鏡類で構成される光学装置を介
在させる。すなわち第５図に示すようにレーザー発生装
置から出るレーザー光の光路に、開閉自在の鏡１４，１
５、固定された鏡１６，１７，１８を置き、レーザー光
を鋼板片面のみに照射するときは鏡１４，１５を開いて
レーザー光を直進させ、レーザー光を鋼板両面に照射す
るときには鏡１４，１５を閉じ、レーザー光を鏡１７で
２分割したのちそれぞれを鏡１１，１９に導びいて鋼板
の表裏面に同時に照射できるようにする。この場合鏡１
９は鏡１１に連動して板幅方向ｗの範囲で迫在に移動可
能なことはいうまでもない。以下コイル１の終端とコイ
ル２の先端を接合する際の順序を説明する。

コイル１の平行部終端がｌ内の決められた位置に達した
ときコイルの移動を止める。しかるのちレーザー光を凹
面鏡７を介して鋼板上に導びき、第２図ａおよび第３図
ａに示すように板幅の一方から他方に向けて切断する。
このとき第４図のようにレーザー光が照射されている部
分にノズル１３を介して０。ガスを吹付け、切断速度を
速めるとともに切断面が平滑になるようにする。つぎに
コイル１を止めたまま、コイル２の平行部先端をｌ内の
適当位置に導びき、停止せしめたのち、同様にレーザー
光を凹面鏡７を介して鋼板面上に導びき第２図ｂおよび
第３図ｂのように板幅方向に切断する。非平行テール部
を切断・除去されたコイル２をコイル１の止．まつてい
る位置まで移動させ第２図ｃおよび第３図ｃのように切
断面を突合せたのち、同じく凹面鏡７を介して鋼板面上
に導びかれたレーザー光によつて板幅方向に溶接する。
その際は、第４図においてノズル１３からはＡｒ又はＨ
ｅガスを流し、溶接部の酸化を防ぐとともに健全な溶接
部が得られるようにする。つぎに同じく凹面鏡７を適宜
移動させつつレーザー光を鋼板面上に照射し、第２図ｄ
および第３図ｄのように溶接ビード両端部を含むコイル
側端部を適当な弧状に切断する。このときには第４図の
ノズル１３からは０。ガスを流すことは勿論である。更
に溶接部を焼鈍する必要がある場合にはつぎのようにし
てレーザー光を照射する。

すなわち鋼板溶接部をレール１２の直下に移動せしめ、
第１平面鏡５をレーザー光の光路からはずし、レーザー
光を鏡１１及び必要に応じて鏡１９を介して溶接ビード
及びその両側部に当るようにする。このときのレーザー
光束は必らずしも鋼板表面で絞られている必要はなく、
第５図に示したように適当な拡がりをもつように鏡１１
，１９の曲率を選択するか、更には鏡１１，１９に振動
機構をとりつけ、レーザー光照射部分が溶接ビード線を
挟んでより広い面積となるようにする。このようにして
鏡１１，１９を鋼板板幅方向に適当な速さで移動させる
ことにより溶接部をレーザー光によつて順次加熱する。
レーザー光が通過したのちには被加熱部分は自然冷却さ
れ、これによつて溶着部、熱影響部の焼鈍が行なわれる
。焼鈍温度の制御は被加熱部の温度を光温度計等によつ
て検出し、これをレーザー光発振出力又は鏡１１，１９
の移動速度にフイードバツクさせることによつて行なう
。なお、第１図においては鏡１１にレーザー光を照射さ
せるために、第１平面鏡５を蝶番１０によつて回転可能
にしたが、該第１平面鏡５を鏡１１を挾んで反対側に設
置するとともに、鏡１１をレーザー光が通過するように
移動可能にすれば第１平面鏡５は固定でもよい。この場
合、第２平面鏡６も第１平面鏡５と同様に反対側に設置
するとともにレーザー光が第１平面鏡５から第２平面鏡
、凹面鏡７、鋼板表面に照射されるように第２平面鏡６
及び凹面鏡７の向きを設定する。次に本発明の具体的な
実施例を示す。

板幅１２４０ｍｍ，板厚６．０ｍｍのフエライト系ステ
ンレス鋼熱間圧延鋼帯（コイル）２本の後・先端をコイ
ルビルドアツプするにさいし、レーザー光発振装置とし
て最高出力１５ＫＷ（７）ＣＯ。

レーザー装置を用いた。先行コイルの後端テール部の切
断において、凹面鏡を介してレーザー光を鋼板表面に焦
点を結ぶように集束し、同時に０。ガスを吹きつけるこ
とによつて切断速度１３０ｍｍ／Ｓｅｃで切断できた。
このときの切断面はそのまま突合せ溶接するに十分な平
滑度であつた。後行コイルの先端テール部も全＜同じ条
件で切断できた。つぎに切断面をそのまま突合せた状態
にしてレーザー光を凹面鏡を介して突合せ開先上端部に
焦点を結ぶように導びき、同時にＨｅガスを吹付けるこ
とによつて溶接を行なつた。このとき溶接速度は８０ｍ
ｍ／Ｓｅｃの速さで、溶込み深さが裏面まで達する完全
な溶接ができた。つぎに溶接ビード端部を含むコイル側
端部を弧状に切除する作業を行い、ビード部長１０ｍｍ
、コイル長手方向長２００ｍｍを含む部分を円弧状に切
断除去した。

このときの切断速度はやはり１３０ｍｍ／Ｓｅｃでぁっ
た。

溶接部を焼鈍するにあたつては、レーザー光を鏡を介し
て鋼板表面でのビーム径が板幅方向長径３０ｍｍ、長手
方向短径１５ｍｍになるように、且つ鋼板表裏面に同時
に照射されるように導びき、板幅方向にビーム走査を６
５ｍｍ／Ｓｅｃの速さで行なつた。

このとき溶接ビード部は約１５００℃／Ｓｅｃの速さで
昇温され、８００〜８２０℃に達し、以後自然放冷され
た。この一連のコイルビルドアツプ作業に要する所要時
間は先行コイル後端を切断位置にセツトした時点から起
算して加熱焼鈍終了まで２分以内でできた。つぎに溶接
部の健全性を確認するために、接合部が試験片中央に位
置するようにしてコイル長手方向から幅５０ｍｍ、長さ
２５０ｍｍの曲げ試験片を切り出し、溶接ビード部の盛
り上がり部分をサンドベルトで削りとつたのち曲げ試験
に供した。

曲げ半径５５ｍｍで９０度曲げを繰り返し行なつたとこ
ろ２０回の曲げ回数でも溶接部からの割れ発生はみられ
ず、接合部の健全性・信頼性が確認された。さらにこの
ようにして接合された多連コイルを酸洗・焼鈍をへて１
．０ｍｍまで冷間圧延したが、接合部からの破断事故は
起らなかつた。以上説明したように本発明によればコイ
ルビルドアツプ作業を迅速かつ簡易に行うことができ、
その効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す平面図、第２図ａ−ｅは
コイルビルドアツプの各工程を順次示す平面説明図、第
３図ａ−ｅは第２図に対応する各工程の側面説明図、第
４図は第］図の部分詳細側面図、第５図は本発明の実施
例を示す側面図である。 １，２・・・・・・圧延鋼帯、３・・・・・ルーザ一光
、４・・・・・・レーザー光発生装置、５・・・・・・
第１平面鏡、６・・・・・・第２平面鏡、７・・・・・
・凹面鏡、８，９，１２・・・・・・レール、１１・・
・・・・鏡、１３・・・・・・ノズル、１４，１５，１
６，１７，１８，１９・・・・・・鏡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 搬送される鋼板の両側に該鋼板に平行に設けられた
   ２本のたてレールと、該２本のたてレールに架設される
   とともに該たてレールに沿つて移動可能な走行レールと
   、鋼板を横切つて設けられたよこレールと、該よこレー
   ルの延長線上に設けられよこレールに沿う方向にレーザ
   ー光を発射するレーザー発生装置と、レーザー発生装置
   から発射したレーザー光を鋼板の搬送方向に曲げる第１
   平面鏡と、前記走行レールに設けられレーザー光を該走
   行レールに沿う方向に曲げる第２平面鏡と、該走行レー
   ルに設けられ該走行レールに沿つて移動可能であるとと
   もにレーザー光を鋼板表面に照射する凹面鏡と、前記よ
   こレールに設けられ該よこレールに沿つて移動可能であ
   るとともにレーザー光を鋼板表面に照射する鏡とを備え
   た熱間圧延鋼帯のコイルビルドアップ装置。