JPS5950435B2

JPS5950435B2 - 金属ストリップの連続処理製造ラインにおける金属ストリップ端部の接合方法

Info

Publication number: JPS5950435B2
Application number: JP56054955A
Authority: JP
Inventors: 茂樹谷口
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1981-04-14
Publication date: 1984-12-08
Also published as: JPS57171590A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、金属ストリップの連続処理ラインにおいて、
鋼帯等のストリップの端部を熱ひずみを発生させること
な＜、高速で高い生産効率のもとでレーザビームにより
溶接接続し、連続的にストリップを処理する方法に係る
。

従来から、金属板の連続処理製造ラインにおいて、先行
のストリップならひに後行ストリップは各端部を溶接に
より接続して連続ストリップの状態で処理している。

この際、ストリップの板厚によつて種々の溶接法が用い
られ、例えば、比較的板厚の厚いものにはフラッシュバ
ット溶接法が用いられ、薄いものにはシーム溶接法が適
用されているが、何れも次の通りの問題がある。すなわ
ち、前者のフラッシュバット溶接法は、溶接終了時点で
大きなアプカツトカがストリップに加わるため、通常１
．６ｍｍ前後以上の板厚の厚いものにしか適用できない
。

これに対し、後者のシーム溶接法は、薄いストリップの
溶接には適用できるが、ストリップは重合わせて溶接す
るため（溶接直後を加圧ローラー等で加圧しても良いが
、）、継手部の板厚は、母材の板厚よりも、かなり厚く
なる。従つて、後者のシーム溶接法によつてストリップ
を接合しても継手部をそのままコイル内に巻込むことが
できず、溶接時の加圧のために、継手部にひずみが発生
し、ストリップの接続には適さない。

また、材質的にみると、特殊鋼、例えば、ステンレス鋼
や、ケイ素鋼等の薄板の溶接には、通常、ＴＩＧ、ＭＩ
Ｇ等の溶接が適用されている。

しかし、この溶接方法は、入熱が大きいため、母材の熱
のひずみが大きく、また、溶接スピードも遅く、非能率
的であり、これに適合する溶接法の開発がまたれている
。本発明は、上記欠点の解決を目的とし、具体的には、
ストリップの板厚の大小に拘らず適用でき、ステンレス
鋼、ケイ素鋼板等の特殊鋼であつても母材に熱ひずみを
発生させることなく、高速に溶接できる溶接方法を提案
する。

更に、詳しく説明すると、まず、本発明方法では、溶接
時の熱源としてレーザを使用して溶接時の入熱を降下さ
せることによつて母材の熱のひずみを除去する一方、溶
接スピードを上昇させ、生産効率を高める。

次に、溶接時の開先は、機械的にストリツプの端部を切
断して形成することによつて、切断時間の短縮化、溶接
サイクルの短縮化、生産効率の向上を達成する。

なお、通常のリムド鋼等では、開先形成時にレーザによ
つて溶断すると、ブローホール等が発生するが、本発明
方法では、機械的切断によつて開先を形成するため、ブ
ローホール等の発生も抑えられる。

要するに、本発明方法は、先行鋼帯等ならびに後行鋼帯
等の各端部をその切断面の何れもが上部にだれを有し、
下部にかえりを有する形状になるよう機械的に切断して
から、これら切断面を突合せ、この突合せ開先に沿つて
レーザ溶接することを特徴とする。

以下、図面によつて本発明方法について詳しく説明する
。

なお、第１図ならびに第２図は本発明方法を実施する装
置の一例の正面図と平面図であり、第３図はその装置の
シヤー部分の側面図であり、第４図は溶接部分の側面図
である。

まず、第１図、第２図、第３図ならびに第４図において
、符号１はレーザ発振器、２は溶接部分のフレーム、３
はシヤー部分のダブルカツトシヤ一、４はレーザトーチ
、５は裏当て装置、６はシヤー部分Ｂの入側クランプ、
７はシヤー部分の出側クランプを示し、溶接部分Ａとシ
ヤー部分Ｂから成つている。

このシヤー部分Ｂのダブルカツトシヤ一３は、上刃８を
具え、この上刃８はガイド９に取付けられ、このガイド
９は、シリンダー１０によつて昇降自在に構成されてい
る。また、上刃８に対向して下刃１１が設けられ、この
下刃１１は上刃８と同様にガイド１２ならびにシリンダ
１３によつて昇降自在に構成されている。次に、溶接部
分Ａのレーザトーチ４は、集光レンズ１５とベンダーミ
ラ一１４とから成つて、レーザ発振器１から発振された
レーザビームは、ベンダーミラ一１４で垂直方向に曲げ
られてから、集光レンズ１５で集光され、溶接すべきス
トリツプの表面に集光されるよう構成されている。

また、集光レンズ１５は、ホルダ１７によつて支持され
、このホルダ１７はガイド１６に接続し、このガイド１
６によつてホルダ１７は昇降自在に構成されている。従
つて、ホルダ１７は、ストリツプの板厚が変化しても、
昇降させることにより、集点位置を適切な位置に調整で
きる。

この際、ベンダーミラ一１４ならびにガイド１６はキヤ
リツジ１８によつて支持し、このキヤリツジ１８をモー
タ１９、スクリユ２０、ガイド２Ｌレール２２、ナツト
２３によつてストリツプの板巾方向に走行できるよう構
成する（第３図参照）。なお、溶接部分Ａのフレーム
２はベース２５に対してストリツプの板巾方向に移動自
在に、構成するのが好ましく、この場合は、シリンダ２
４によつて駆動すれば十分である。

次に、溶接部分Ａの裏当て装置５には、裏当て板２６を
具え、この裏当て板２６はシリンダ２７ならびにガイド
２８によつて昇降自在に構成され、この裏当て装置５は
、全体として溶接部分Ａのフレーム２とともにストリツ
プ板巾方向に移動自在に構成されている。

次に、シヤー部分Ｂにおいて、その入側クランプ６は移
動ベース２９ならびに上クランプビーム３６から成つて
下部の移動ベース２９は、ガイド３０ならびにレール３
１によつて前後進できるよう構成されている。

この移動ベース２９にはアーム３２が取付けられ、ベー
ス２５には、入側クランプの前後進位置を決めるストツ
パ３４，３５を取付け、これらストツバ３４，３５とア
ーム３２によつて位置決めする。また、上部の上クラン
プビーム３６はシリンダ３８により昇降自在に構成され
、このシリンダ３８は人側のクランプフレ一ｌム３７に
取付ける。次に、出側クランプ７も、上クランプビーム
３９とベース３３とから成つてこのクランプビーム３９
もシリンダ４１によつて昇降自在に構成され、シリンダ
４１は出側クランプフレーム４０に丁取付けられる。

以上の通りに、入側ならびに出側のクランプを構成する
と、溶接に先立つて先後行のストリツプが、所定位置に
停止したときに入出側各シリンダ３８，４１が作動し、
ストリツプは第２図の通りフクランプされる。

その後、ダブルカツトシヤ一３においてシリンダ１０が
作動し、先後行の各ストリツプの端部はカツトされる。
続いて、シリンダ１３が作動し下刃１１が下降すると共
に上刃８がシリンダ１０によつて上昇し退避する。次に
、シリンダ２４が作動し、フレーム２は発振器１から離
間する方向に移動し、その溶接位置Ｐがストリツプの中
心ラインｘと一致した状態で、フレーム２は停止する。
次に、入側クランプ６が前進し先後行のストリツプを付
き合せてから、裏当て板２６が上昇し、継手部は裏から
不活性ガス例えばアルゴン等でシールドし、続いてモー
タ１９を起動させ、キヤリツジ１８を板巾方向に移動さ
せビーム溶接する。次に、以上の通りに、予め、ストリ
ツプの各端部を機械的に切断してから、レーザ溶接する
際に、上記のシヤ一部分Ｂにおいて、各ストリツプ端部
の切断面は上部にだれを有し、下部にかえりを有する形
状に成形してから、これら切断面を入側クランプ６によ
り突合せ、その後、溶接部分Ａによつてレーザ溶接する
。

このように開先を形成してレーザ溶接すると、速い溶接
速度で最も効果的に溶接できる。一般にストリツプ等の
端部はレーザ溶断し、その溶断面に生じた酸化膜をグラ
インダー等で除去した後、溶接が行なわれている。

これに対し、本発明方法では溶接に先立つてストリツプ
端部は機械的に切断するため、そのシヤ一切断切口面は
、第５図に示す通りになる。なお、第５図においてイは
だれ部、口はせん断面、ハは破断面、二はかえりを示し
、かえり部二、だれ部イの大きさはシヤ一刃のクリアラ
ンス、切れあじ等によつて変化するが、一般的には、第
５図に示す形状になる。また、溶接時には、レーザ溶接
を行なうため、他の溶接法、例えばＴＩＧ溶接法などに
比べると、小さな点熱源であり、細い溶接ビードが形成
され、更に、レーザビームは集光できるため、単位面積
当りで大きなエネルギを開先部に与えることができる。
従つて、本発明方法によると、高速溶接ができるが全体
的にみると、ストリツプに与える熱量が少ないため、熱
歪がほとんど起こらない。また、溶接継手部の形状に関
しても、レーザ溶接に適正な形状を吟味したところ、次
の通りであつた。すなわち、溶接継手部の形状として、
開先はＶ形として成形し、キーホール溶接を行なうとビ
ード巾においては、（１）溶接スピードが遅い時には、
表ビード巾と裏ビード巾とが等しくなり、（２）溶接ス
ピードが速い場合には、表ビード巾が裏ビード巾より大
きくなる。

溶接時間短縮のためには２の如く溶接スピードを早める
のが好ましい。

この場合、開先形成時にシヤ一切断面を第６図Ａ，ｂな
らびにＣの如く組合せてつき合せて開先を形成し、各場
合についてレーザ溶接したところ、第７図Ａ，ｂならび
にＣの通りの継手部が得られ、これら各継手部の引張り
試験を行なつた。なお、第６図においてａはかえり部と
だれ部とが相反する方向に突合せた場合ｂは、同じ向き
に突合せたが、かえり部が表側でだれ部が裏面側に存在
する場合、Ｃはかえり部だれ部が同じ向きに突合され、
しかも、かえり部が裏面側、だれ部が表側に存在する場
合である。また、第７図Ａ，ｂならびにＣ、とくにｂな
らびにＣの継手形状が形成される理由を説明すると次の
通りである。例えば、レーザ出力１ＫＷ５レンズ使用し
、この時の溶接ビードの大きさと溶接スピードの関係の
一例を示すと（板厚０．９ｔ一般冷延鋼板の場合）次の
表の通りである。

この際のシヤ一切断された０．９ｔの鋼板の切断面形状
は、第８図に示す通りであつて、この切断面から成る開
先を例えば２ｍ／分の溶接スピードでレーザ溶接すると
、（１）だれ部が互いに表面でかえり部が下部でレーザ
溶接したとき、つまり、第６図Ｃの場合は第９図ａの状
態となり、（２）だれ部が互いに下部でかえり部が表面
でレーザ溶接したとき、つまり、第６図ｂの場合は第９
図ｂの状態となる。

つまり、第９図ａならびにｂにおいて、それぞれ斜線部
が溶融部分となり、その結果、第７図ｂならびにＣの如
く継手形状となる。

この際、レーザ照射面、つまり、表面側がどちらの場合
もやや凹状となるのは、溶融池内のレーザ光照射面は被
照射溶融金属の蒸気による圧力をうけているが、レーザ
光照射面が非常に小さいため、余盛生成マスの絶対量は
少ないからである。また、シヤ一切断面は若干凹凸状を
成しているが、突合せ時にだれ部や破断面部等にスキマ
が発生しており、そこを溶融金属がうめるため、全体と
してほぼ同一の凹状の継手形状が得られる。また、下面
は、溶接中にキーホールが生成し、この部分によつて下
方に凸状の継手形状となる。上記の引張り試験の結果、
溶接のままの時は全て溶接部で破断したが、溶接部を平
坦に加工した場合は全て母材のところで破断した。

この理由は、溶接のままの状態のときには継手部に切欠
きが生じているためである。また、この溶接のままの状
態の引張り試験では、第６図Ｃの状態の突合せ開先が最
も高い値を示す。更に、詳しく説明すると、第６図Ａ．
ｂならびにＣに示す各継手部をレーザ溶接すると、第７
図Ａ，ｂならびにＣに示す如く、表側はビード巾が広く
、かえり部、だれ部等はほぼ完全に溶融し、ほぼ同一の
形状になる。しかし、裏面側はビード巾がせまく、かえ
り部は完全に溶融するが、だれ部イが若干継手の形状と
して残る。この点、溶接、スピードを上記範卜囲外、と
くに、２ｍ／分以下より十分おとすと、このだれ部の影
響はほとんどなくなるが、溶接時間が長くなり、溶接ス
ピードの低下は好ましくないほか、熱ひずみが大きくな
る。なお、溶接スピードが５ｍ／分をこえると、溶込み
が不十分となる。また、溶接のままの状態の継手部のく
り返し曲げ試験をしたところ、第７図ａならびにｂの継
手部は、第７図Ｃの継手部に比べて早く破断し、破断し
たところを目視観察すると、だれ部イと溶融部との境目
からクラツクが発生している。要するに、本発明方法で
は、上記の理由によつて、レーザ溶接の特徴を最大限生
かすために、ストリツプの端部を予め、機械的に切断し
て開先を形状する際に、その切断面の開先形状は、表面
側がだれ部となり、裏面側がかえり部となるものとし、
これら切断面を第６図Ｃの状態で突合せて溶接する。次
に、実施例について説明する。

厚さ１．０，２．３ｔの一般の冷延鋼板につき、直線刃
を用いて端部を切断し、これら先後行の鋼板を第６図Ｃ
に示す如くつき合せ、本発明方法によつてレーザ溶接す
ると共に、比較のためにＴＩＧ溶接を行なつた。

この結果は次の表の通りであつた。なお、この際レーザ
出力は、１．２ＫＷ、トーチ走行距離１．５ｍであつた
。この実施例の結果から明らかな通り、本発明方法で溶
接すると、比較例のＴＩＧ溶接に比較して同板厚であれ
ば、１／２以下の時間で溶接を行なうことができ、従つ
て、ライン停止時間も短かくなつて生産効率が向上する
。

なお、上記の実施例では、シヤ一として直線刃を用いて
いるが、シヤ一としては、丸刃、更に、直線刃と丸刃と
を組み合せて用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の一例の正面図、第
２図はその装置のシヤークランプ部の側面図、第３図は
溶接部の側面図、第４図は第１図の装置の平面図、第５
図は本発明方法における開先形成時の切断面形状の説明
図、第６図Ａ，ｂならびにＣは開先の一例の説明図、第
７図Ａ，ｂならびにＣは第６図の各場合に得られる継手
部の説明図、第８図は開先の一例の説明図、第９図ａな
らびにｂは継手形成状態の説明図である。符号１・・・・・ルーザ発振器、２・・・・・・溶接部
分Ａのフレーム、３・・・・・・シヤ一部分のダブルカ
ツトシヤー４・・・・・・レーザトーチ、５・・・・
・・裏当て装置、６・・・・・・シヤ一部分Ｂの入側ク
ランプ、７・・・・・・シヤ一部分Ｂの出側クランプ、
８・・・・・・上刃、９・・・・・・ガイド、１０・・
・・・・シリンダ、１１・・・・・・下刃、１２・・・
・・・ガイド、１３・・・・・・シリンダ、１４・・・
・・・ベンダーミラ一１５・・・・・・集光レンズ、
１６・・・・・・ガイド、１７・・・・・・ホルダ、１
８・・・・・・キヤリツジ、１９・・・・・・モータ、
２０・・・・・・スクリユ、２１・・・・・・ガイド、
２２・・・・・・レール、２３・・・・・・ナツト、２
４・・・・・・シリンダ、２５・・・・・・ベース、２
６・・・・・・裏当て板、２７・・・・・・シリンダ、
２８・・・・・・ガイド、２９・・・・・・移動ベース
、３０・・・・・・ガイド、３１・・・・・ルール、３
２・・・・・・アーム、３３・・・・・・ベース、３４
・・・・・・ストツパ３５・・・・・・ストツパ、３
６・・・・・・上クランプビーム、３７・・・・・・入
側のクランプフレーム、３８・・・・・・シリンダ、３
９・・・・・・クランプビーム、４０・・・・・・出側
クランプフレーム、４１・・・・・・シリンダ。

Claims

【特許請求の範囲】

１金属ストリップの連続処理製造ラインにおいて先行
ストリップの後端部と後行ストリップの先端部とを同時
に機械内に切断して、何れの切断面を上部にだれを有し
、下部にかえりを有する形状になるようにしてから、先
行ストリップの切断面に対して後行ストリップを移動さ
せてその切断面を突合せ、この突合せ開先の裏側に裏当
て板をあて、その後、この突合せ開先に沿つて溶接スピ
ード２〜５ｍ／分でレーザ光を上方より照射して溶接す
ることを特徴とする金属ストリップの連続処理製造ライ
ンにおける金属ストリップ端部の接合方法。