KR100382011B1 - 금속판의접합방법,접합장치및열간압연설비 - Google Patents

Abstract

단시간에 충분한 접합 강도가 얻어지는 금속판, 특히 열간 압연재의 접합 장치, 접합 방법 및 이를 이용한 열간 압연 설비를 제공하는 데 있다.

복수의 금속으로 이루어지는 판재 끼리를 접합하는 접합 장치에 있어서, 상기 금속판의 접합 예정부를 중합시키는 기구와, 상기 중합부를 상기 금속판의 편측으로부터 지지하기 위한, 적어도 두개의 지지 다이와, 상기 중합부를 협지하여, 상기 지지 다이와 대향하는 위치에 가동 전단날을 구비하고, 상기 전단날은 상기 중합부를 상기 지지 다이와의 사이에 협지하도록 이동하는 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 접합 장치.

Description

금속판의 접합 방법, 접합 장치 및 열간 압연 설비

본 발명은 복수적 금속판의 접합 방법에 관한 것이며, 특히 열간 압연재를 조압연기군 및 마무리 압연기군으로 압연을 행함에 있어서, 단시간에 열간 압연재의 접합을 행하는 연속 압연을 가능케 하는 열간 압연재의 접합 방법에 관한 것이다.

금속판의 열간 압연 설비로 마무리 압연을 연속화하여 생산성의 향상, 품질의 향상 및 조업의 자동화를 실현하려는 요망은 극히 강하다. 그 관건이 되는 기술은 열간 압연재(이하, 바아 재료라 함)의 접합이다. 냉간 압연재의 경우에는 압연 재료 두께가 얇기 때문에, 용접 등에 의해 충분한 강도를 갖는 접합이 가능하므로 연속 압연이 가능하지만, 열간 압연재의 경우, 두께가 두껍고, 또 압연재의 온도가 저하되기 전에 압연을 종료시켜야 하기 때문에, 압연 속도(압연재의 이송 속도)가 냉간 압연에 비해 빠르고, 용접에 의한 접합은 곤란하다.

종래, 바아 재료의 접합 방법에 대해서는 전기 가열법, 가스 가열법, 용삭법 및 마찰법 등 수많은 방식이 제안되고 있지만, 아직 실현을 보고 있지 못하다. 그 실현되지 못한 최대 이유는 접합에 시간이 너무 걸리기 때문이다. 상술한 바와 같이 열간 압연재의 압연 속도는 빠르기 때문에, 접합기를 주행식으로 한 경우에는바아 재료의 접합이 단시간에 완료되지 않으면 접합기의 주행 거리가 길어지며 실현 곤란해진다. 또, 접합기를 고정형으로 한 경우에는 바아 재료의 두께는 통상 20 내지 50 mm으로 두껍기 때문에, 이 바아 재료를 축적하기 위한 거대한 루프가 필요해진다. 종래의 바아 재료 접합의 경우, 바아 재료를 축적하기 위한 거대한 루퍼가 필요해진다. 종래의 바아 재료 접합의 경우, 접합 전 준비, 가압에 의한 늘어짐, 버어 제거 등을 포함하여 가장 짧아도 20 내지 30초 정도를 요하고 있었다. 열간 압연재의 접합 시간의 단축을 위한 기술로서 일본 특허 공개 평4-187386호 공보, 특히 공개 평6-39405호 공보에 기재된 기술이 알려져 있다.

이들 기술은 선행 압연재와 후행 압연재의 단부를 전단하는 동시에 미끄럼 이동시키고 또 필요에 따라서 압연재 끼리를 맞닿게 하여 열간 압연재의 표면에 있는 산화 피막을 개재시키지 않고 신생면끼리 직접 접촉시키고, 견고한 금속 접합이 얻어진다는 것이다.

단시간에 접합을 완료시킨다는 방법으로서는 열간 압연재의 접합은 아니지만, 예를 들어 1994년 일본 소성 가공 춘계 강연회 예고집 455페이지에 기재된 푸쉬 백 블랭킹법이 있다. 이는 접합하는 재료 끼리를 겹치고, 다이스와 스트립퍼로 구속하고 펀치로 압입하여 재료를 접합하는 방법으로, 전단에 의한 파단면 끼리를 순간 적으로 접합하기 때문에, 고접합 강도가 얻어지는 특징이 있다.

본 발명자들은 일본 특허 공개 평4-187386호 공보, 특허 공개 평6-39405호 공보에 기재된 기술을 여러 가지 두께, 재질의 열간 압연재에 적용한 결과, 압연재가 탄소강, 스텐레스 강으로, 그리고 두꺼운 경우, 접합 강도가 불충분하고 압연중에 접합부로부터 파단하는 일이 있음을 발견하였다. 압연 중의 파단은 압연 롤 표면을 손상시키는 동시에 라인을 모두 정지시켜야 하기 때문에 극히 효율이 나쁘다.

또, 푸쉬 백 블랭킹법은, 펀치와 다이스를 이용한 펀칭 가공의 응용이며, 본 발명이 대상으로 하는 금속 판재, 특히 두께가 수십 mm에 이르는 열간 압연재의 접합에는 적용할 수가 없다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기물의 결점을 개선하고, 단시간에 충분한 접한 강도가 얻어지는 금속판, 특히 열간 압연재의 접합 방법을 제공하는 것에 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 열간 압연재의 접합기의 기본 구성을 도시하는 도면.

도2는 본 발명의 접합 원리를 도시한 도면.

도3은 상부 전단날을 압입하는 경우의 상부와 하부 전단날의 위치 관계를 도시한 도면.

도4는 본 발명의 접합 프로세스의 개요를 도시한 도면.

도5는 본 발명의 접합 원리를 도시하는 도면으로서, 소성 유동 변형시의 압착 과정을 도시하는 도면.

도6은 본 발명에 의한 접합 작업 순서와 경과 시간의 일예를 도시한 도면.

도7은 본 발명에 의한 바아 재료의 판두께와 겹침량의 관계를 도시한 도면.

도8은 본 발명에 의한 바아 재료에의 압입율과 접합 강도의 관계를 도시한 도면.

도9는 본 발명에 의한 압입 속도와 접합 강도의 관계를 도시하는 도면.

도10은 본 발명에 의한 바아 재료 온도와 압입 속도 및 접합면의 용융 유무의 관계를 도시하는 도면.

도11은 본 발명의 접합기의 일예의 단면도.

도12는 본 발명의 접합기의 일예의 단면도.

도13은 본 발명의 접합기의 일예의 단면도.

도14는 본 발명의 접합기의 일예의 단면도.

도15는 본 발명의 접합기의 전단날 형상의 일예의 단면도.

도16은 본 발명의 접합기의 전단날 형상의 일예의 판폭 방향에서 본 단면도.

도17은 본 발명의 접합기의 전단날 형상의 일예의 판폭 방향에서 본 단면도.

도18은 본 발명의 접합기의 전단날 형상의 일예의 판폭 방향에서 본 단면도.

도19는 본 발명의 압연 설비의 전체도를 도시한 도면.

도20은 본 발명의 실시예에 의한 열간 압연재의 접합기의 기본 구성을 도시한 도면.

도21은 본 발명의 접합기를 열간 압연 설비에 조립한 구성을 도시한 도면.

도22는 본 발명의 접합 프로세스의 개요를 도시한 도면.

도23은 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 가로 방향으로 본 단면도.

도24는 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 가로 방향으로 본 단면도.

도25는 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 가로 방향으로 본 단면도.

도26은 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 가로 방향으로 본 단면도.

도27은 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 가로 방향으로 본 단면도.

도28은 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 진행 방향으로 본 단면도.

도29는 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 가로 방향으로 본 단면도.

도30은 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 가로 방향으로 본 단면도.

도31은 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 가로 방향으로 본 단면도.

도32는 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 상부 방향에서 본 단면도.

도33은 본 발명의 접합기 의 일예의 시트 바아의 상부 방향에서 본 단면도.

도34는 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 상부 방향에서 본 단면도.

도35는 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 상부 방향에서 본 단면도.

도36은 본 발명의 접합기의 일예의 시트 바아의 상부 방향에서 본 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 금속판 2 : 금속판

3 : 중합 기구 4 : 승강기

5 : 접합 장치 6 : 위치 조정기

7 : 클램프 기구 8 : 전단날

9 : 지지부 10 : 크롭 분단기

11 : 레벨링 롤 12, 13 : 상측 및 하측 크롭

15 : 중간 코일러 16 : 레벨러

17 : 크롭 처리 18, 19 : 마무리 압연기

20 : 조압연기 21 : 전단날

22 : 지지부 23 : 겹침부 조절 기구

24 : 지지부 25 : 하부 전단날

26 : 금속판 27 : 금속판

28 : 접합기 31 : 디스케일링 장치

32 : 승강 장치 33 : 가열 장치

34 : 크롭 분단기 35 : 마무리 압연기

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 발명에 따르면, 복수의 금속으로 이루어지는 판재끼리를 접합하는 접합 장치에 있어서, 상기 금속판의 접합 예정부를 중합시키는 기구와 상기 중합부를 상기 금속판의 편측으로부터 지지하기 위한, 적어도 두 개의 지지 다이와, 상기 중합부를 협지하여 상기 지지 다이와 대향하는 위치에 가동 전단날을 구비하고, 상기 전단날과 상기 지지 다이는 상기 중합부를 사이에 끼워 넣게 상대적으로 이동시키는 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 접합 장치가 제공된다. 상대적으로 이동한다고 함은 전단날, 지지 다이의 한쪽 또는 양쪽이 이동함을 의미한다.

접합 예정부를 중합시키는 기구는, 예를 들면 유압, 공기압, 모터 등의 동력에 의해, 접합 예정 금속판의 한 쪽을 아래로부터 받치는 다이를 상하 이동시킴으로써, 상기 가동 전단날 부근에서 금속판을 중합시키는 기구나, 금속판을 반송하는 롤러 다이의 높이가 접합 장치 근방에서 다르며, 접합 예정인 금속판이 접근하면 필연적으로 금속판끼리 겹치게 하는 기구 등을 들 수 있지만, 이와 같은 방법이든 아니든, 상기 가동 전단날의 근방에서 미리 접합 예정 금속판이 겹쳐 있으면 된다.

중합부를 상기 금속판의 편측으로부터 지지하는 것은 통상은 판재에 걸리는 중력 방향, 즉 하측으로부터 지지되지만, 판재가 자성체이면 전자석 끼리에 의해 상측으로부터 지지하는 것도 가능하고, 금속판을 지면에 대해 수직 방향으로 세워서 그 가로 방향으로부터 지지하는 것도 가능하다. 지지 다이라 함은 입방체 형상의 부재라도 좋고, 삼각 기둥, 원기둥 등의 금속판의 중량 및 가동 전단날이 압입된 때에도 그 위치, 형상이 변동되지 않는 것이라면 어떠한 것이라도 좋다.

상기 구성에 따르면, 단시간에 충분한 강도를 갖는 금속판의 접합이 가능해진다. 특히, 각각의 압연 속도가 다른 열간 압연기와 냉간 압연기 사이에 위치하는 압연재(시트 바아라 칭함)의 접합 장치에 적합한 접합 장치를 제공할 수 있다.

제1 발명에 있어서, 전단날의 상대적 동작 궤적의 연장선이 상기 지지 다이의 하나와 교차하는 것이 바람직하다. {동작 궤적의 연장선이 상기 지지 다이의 하나와 교차된다}라 함은, 예를 들면 직선적으로 움직이는 가동 전단날이라면 그 가동 전단날을 접합되는 금속판에 압입하는 방향으로 그 대로 움직이게 하면 지지 다이에 부딪힌다는 것이다. 다시 말하면, 접합하는 금속판의 일부가 가동 전단날과 지지 다이의 사이에 협지되고 압축되는 부분이 있다는 것이다. 가동 전단날이 곡선의 궤적을 그리고 움직이는 경우에는 그 곡선을 연장하고 있던 선이 지지 다이와 교차하도록 배치한다. 이와 같은 배치로 함으로써, 접합되는 금속판의 일부가 압축되면서 압축 방향과 직각 방향으로 견인되기 때문에, 신생면 끼리가 서로 밀어 붙여짐으로써, 접합 강도를 향상할 수 있다.

제1 발명에 있어서, 전단날이 상기 동작 궤적이 교차하는 지지 다이에 가까운 측의 하단부가, 다른 지지 다이에 가까운 측의 하단부에 비해 보다 상기 중합부에 가까운 형상인 것이 바람직하다. 예를 들면 접합하는 금속판의 짧은 쪽 방향에서 본 전단날이 단면 형상이 대략 부채꼴을 하고 있는 경우(도3)이다.

이와 같은 구성에 의해, 접합하는 금속판의 굽힘 각도가 작아지며, 접합 후의 접합부의 평탄화를 행하기 쉬워진다. 또, 가동 전단날의 구동력도 작아도 된다.

제1 발명에 있어서, 전단날이 상기 지지 다이 방향으로 직선적으로 이동하고, 또 지지 다이와 상기 전단날이 상기 전단날의 동작 직선에 평행인 방향으로부터 보아 오버렙하고 있는 부분이 있는 것이 바람직하다. 이는, 상기한 {동작 궤적의 연장선이 상기 지지 다이의 하나와 교차되는}경우로서, 또 가동 전단날이 직선적으로 동작하는 경우를 가정한 것이다. 가동 전단날이 직선적으로 동작하므로 접합 장치의 구성이 간단해진다는 효과가 있다.

상기 발명에 있어서, 겹침 부분이 상기 금속판의 길이 방향에 대해 최대로 0.1 mm 이상, 10 mm 이하 혹은 접합하는 판두께의 20 % 이하인 것이 바람직하다.

겹침 부분이 없는 경우에도, 일정 접합 강도는 확보할 수 있다. 특히, 알루미늄재 등의 연한 재료에서는 문제가 없지만, 접합하는 금속판이 두꺼워지거나 한경우에는 상기와 같이 일정 범위의 겹침 부분이 있음으로써, 보다 큰 접합 강도로 할 수 있다.

제1 발명에 있어서, 전단날의 동작 스트로크가 상기 금속판의 상면에 접촉후, 상기 중합된 금속판의 판두께의 최대 판두께의 50 %이상, 150 % 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 전단날 혹은 지지 다이를 동작시킴으로써, 금속판을 변형시키는 동시에, 절단하지 않고 접합하는 것이 바람직하다. 금속판을 절단하기 까지 전단 날 혹은 지지 다이를 동작시키는 것은 큰 에너지를 요하게 된다. 따라서, 전단날의 상대적 동작 스트로크가 금속판의 판두께의 50 %이상, 150 % 이하인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 접합 강도가 크고, 또 접합에 요하는 에너지가 적어도 되는 접합기를 제공할 수 있다.

제1 발명에 있어서 접합 장치가 레일 상을 이동할 수 있는 기구를 구비하고 있어도 좋다. 조 압연기와 마무리 압연기 사이에 설치하는 압연재의 접합기에서는 열간 압연재의 이송 속도에 맞추어서 접합기를 이동시키면서 접합을 완료하도록 구성함으로써, 압연재를 휘게 함으로써 이송 속도를 조정하는, 소위 루퍼가 불필요해 진다. 즉, 연속 압연 설비의 구성이 간단해진다.

제1 발명에 있어서 지지 다이가 서로 연결된 오목 형상이라도 좋다. 이 구성에 의해, 장치의 구성이 간단해지며, 장치 비용이 저감된다.

제1 발명에 있어서, 금속판이 열간 압연재인 것이 바람직하다. 접합되는 금속판의 온도는 어느 정도 높은 쪽이 금속판이 용이하게 변형될 수 있고, 접합에 요하는 에너지를 작게 할 수 있고, 접합 강도를 향상할 수 있는 면에서 바람직하다. 냉간 압연재를 접합 전에 가열해도 좋지만, 열간 압연재를 접합하는 경우에는 가열기구를 불필요하고 또는 단순화할 수 있다,

제1 발명에 있어서, 가동 전단날의 판의 길이 방향 가로측으로부터 본 압입 전단날의 단면 형상이 사다리꼴 형상의 다각형상이며, 전단날의 판과의 접촉 면적이 연속적으로 변화하고, 전단날이 판에 최초로 접하는 부분의, 판에 대한 길이 방향 각도가 대략 0도로 되어 있어도 좋다.

이 부분은 직선이라도 좋고 원고형이라도 좋다. 원호형인 경우에는 접선의 각도가 판과 0도로 하면 된다. 또, 전단날의 판에 최초에 접촉하는 부분의 판에 수직방향의 각도는 조업중의 전단날의 수명에 영향을 미치므로, 90도 이상인 것이 바람직하다. 또, 최종 압입 시 전단날의 후단이 판의 겹침부에 먹어드는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로서 하부의 판의 겹침부의 전단날 후단에 대응하는 부분이 지지 다이의 오목부에 먹어들고, 큰 가압력을 발생할 수 있다.

지지 다이의 오목부의 형상이 접합 강도에 미치는 영향도 크다. 전단날의 최초로 시트 바아에 접촉하는 부분에 대항하는 지지 다이의 형상은 전단날의 동작 궤적에 따른 형상이라도 좋지만, 동작 궤적의 연장선상에 횡단하는 형상이 더욱 바람직하다. 예를 들면 전단날의 상대적 동작 궤적이 시트 바아에 대해 수직으로 직선 궤적이 될 때는 수직 방향이 아니라 전단날의 동작 방향으로 기울여서 경사진 형상으로 되어 있는 것, 즉 전단날이 최초로 판재와 접촉하는 측의 지지 다이의 상부의 엣지 각도가 90도 보다 작은 것, 요부는 깊어질 수록 길이 방향의 간격을 작게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 전단날이 재료에 압입된 때의 겹친 재료의 하부의 재료의 변형부를 요부가 전면적으로 자동 로크되어 지지되게 되며, 변형 접합 시에 보다 큰 가압력의 부하를 실현할 수 있다. 또, 전단날의 최후에 재료에 접촉하는 부분에 대응하는 지지 다이는 전술한 전단날의 압입 최종 시에 아래판이 먹어드는 형상으로 되게 하는 것이 바람직하다. 통상은 전단날의 동작 궤적에 따른 형상이면 되지만, 전단날과 겹치는 형상인 것이 바람직하다.

다음에 전단날의 동작 조건에 대해 설명한다. 본 접합법에 있어서는, 전단날의 재료에의 압입 속도는 접합 강도에 큰 영향을 미친다. 저속의 경우, 스케일이 분단이 일어나기 어렵고, 모재와 함께 변형하여 접합 후의 접합면 중에 광범위하게 존재하기 쉬워지며, 접합면의 청정도 확보가 더욱 어려워지기 때문에, 고속쪽이 바람직하다. 5 mm/s 이상이 바람직하고, 50 mm/s 이상이 더 바람직하다.

본 발명의 접합 방법에 있어서의 접합면은 접합 개시 시, 즉 전단날이 재료에 압입되기 직전에 있어서는 겹침면의 일부이므로 시트 바아의 길이 방향이지만, 전단날에 의해 압입되어 변형되고, 최종적으로는 바아의 판두께 방향으로부터 각도를 가진 경사 방향이 된다. 이 각도는 전단날과 지지 다이의 겹침량, 압입 스트로크 등의 접합 조건에 의해 변화되지만, 접합 후의 압연 공정에 있어서 영향을 받는다. 판 두께 방향으로부터 각도가 클 수록, 즉 접합면이 경사질수록 압연시의 접합부 파단은 방지할 수 있고, 안정된 조업이 얻어진다.

접합부의 압연 삽입시의 강도를 확보하는 방법의 하나에는 접합 면적을 크게하는 방법이 있다. 이에는, 전단날 및 지지 다이의 시트 바아의 상하 방향으로부터본 단면 현상, 즉 시트 바아의 판 폭 방향의 형상을 파형 형상으로 하면 좋다. 파형 형상의 요철을 예를 들면 각도 90도의 삼각 형상으로 형성한 경우에는 직선인 경우에 비해 1.4배, 각도 60도의 삼각 형상으로 형성한 경우에는 직선인 경우에 비해 2배, 반원형상으로 형성한 경우에는 직선인 경우에 비해 1.57배, 사각형 형상으로 형성한 경우에는 요철의 깊이의 총 합의 길이 만큼 증가한 접합 면적을 얻을 수 있다. 이 경우, 접합부를 시트 바아의 길이 방향으로 짧게 하려 하면 요철의 깊이를 작게 하고, 수를 많게 하면 된다.

시트 바아는 통상 1000 mm 이상의 판폭을 갖고 있기 때문에, 압연하면 특히 후단부는 판폭의 중앙부의 연신이 커진다. 이 때문에 접합부는 판폭의 단부 부분이 압연한 때에 갈라지기 쉬워진다. 이를 방지하기 위해, 판폭의 양단부의 접합면이 판폭 중앙의 접합면으로부터 시트 바아의 진행 방향으로 돌출하고 있는 접합면을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 판의 길이 방향의 위 또는 하측으로부터 본 전단날, 지지 다이의 형상이 시트 바아의 진행 방향에 대해 양단부가 돌출한 V자형의 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 구체적 형상으로서는 진행 방향에 대해 역삼각형, 반원형, 타원형 등을 적절히 선택하면 된다. 이 V자형 형상에 전술한 파형 헝상을 중첩시키면 접합 면적의 증가 효과도 증대되고, 또 고 신뢰성의 안정된 조업을 할 수 있다.

열간 압연재의 접합에 있어서는 바아의 선단과 후단을 접합하여 잇고, 후공정인 마무리 압연을 원활하게 행하는 것이 목적이므로, 겹쳐서 접합한 후의 접합부 이외의 겹침부(이하, 크롭이라 칭한다)는 배제할 필요가 있다. 배제의 요이성은 전단날, 지지 다이의 형상에 의존한다. 또, 겹침량, 판에의 압입 스트로크 등의 접합 조건, 특히 압입 스트로크 량의 영향이 크다.

전술한 바와 같이, 본 접합 방법에 있어서의 접합면은 판두께 방향에 있는 각도를 가진 형상이 된다. 크롭은 절단되는 형태로 되지만, 압입 스트로크 량에 의해 크롭과 접합부의 연결부가 남는다. 크롭을 분단하는 방법으로서는 크롭을 순간적으로 판의 길이, 홋은 폭 방향으로 밀거나 손톱과 같은 것으로 비틀어 열거나 적절한 방법을 선정하면 되지만, 분단되기 쉽게 하기 위해서는 연결 잔부는 판두께 방향으펄 5 mm 이하가 되도록 접합 조건을 제어하는 것이 바람직하다. 이 관점으로부터, 압입 스트로크는 적어도 판두께 이상, 바람직하게는 판두께의 1.2배 이상이 좋다. 1.2배 이상이면 연결 잔류 두께가 작아지는 동시에 접합부의 소성 유동 변동율도 커지므로, 접합 강도도 증가된다. 또, 접합 부분만을 디스케일링하고, 접합부 이외의 겹침부의 스케일을 붙인 채로 해 두면, 크롭 분단력은 작아지며 적합하다. 역으로, 크롭 분단성을 높이기 위해, 접합 부분 이외의 겹침면에 세라믹스 분말 등의 불활성 재료를 접합 전에 미리 도포하는 방법을 취해도 좋다. 이 경우에는 크롭 분단 후 접합 바아의 표면으로부티 도포된 재료를 제거하는 공정이 필요한 경우가 있다.

크롭 분단은 판 두께가 다른 금속판의 접합, 판폭이 다른 재료의 접합시에 특히 연구를 요한다. 다른 판두께를 접합하는 경우에는 압입 스트로크를 두꺼운 측의 판두께에 맞추어 압입 스트로크를 설정하면 된다. 얇은 판의 크롭은 이렇게 함으로써 연결 잔부가 거의 없어지며, 자동적으로 스트로크를 조정할 수 있는 제어시스템이 있으면 효율적이다. 또, 폭이 다른 금속판의 접합의 경우에는 겹침 후 접합까지의 과정에 있어서 폭을 전단기로 절단하여 정돈하는 방법, 전단날, 지지 다이를 폭방향으로 분할하고 폭의 비어져 나온 부분에 해당하는 부분에 대해서는 동작 방향으로 미리 판두께분 압입 스트로크를 가해 두는 방법을 취할 필요가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 접합 방법은, 금속판 표면의 스케일을 분단하여 청정도를 확보하면서 접합을 행하지만, 분단된 스케일은 접합면에 분산하여 실질의 접합 면적을 감소시킨다. 접합 강도를 증대하고, 접합의 성공 확률을 향상하여 신뢰성이 높은 조업성을 확보하기 위해서는 겹치기 전에 금속판의 표면을 디스케일링하는 깃이 바람직하다. 디스케일링 방법으로서는 회전 커터나 브로우치 등의 기계적인 연삭, 고압수의 분사나 아세틸렌 가스 버너의 분사 등 각종 수단이 있다. 단시간에 효율 좋은 수단을 선정하여 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 디스케일링은 반드시 겹침면 전면을 할 필요는 없다. 전술한 바와 같이 오히려 변형되어 접합면이 되는 국소 영역에 한정하여 디스케일링을 실시하는 것이 바람직하다. 구체적인 수치로서는 길이 방향으로 10 내지 30 mm 영역에 디스케일링을 한정하는 것이 가장 적합하다.

본 접합법은 기본적으로 고상 접합이며, 소성 유동 변형을 이용한 것이다. 접합에는 온도와 청정도와 가압력이 중요하다. 전술한 바와 같이, 열간 압연재는 800 내지 1000 ℃의 온도로 되어 있지만, 안정된 접합 강도를 얻기 위해, 가열 기구 또는 온도 조절 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 온도를 높임으로써 접합 강도의 향상이 도모된다. 또, 온도 조절을 하면 항상 일정한 조건에서의 접합이 가능해지며, 접합기의 신뢰성이 향상된다.

또, 본 발명의 제2 발명에 따르면, 열간 압연 설비에 있어서, 금속판을 권취하는 중간 코일러, 상지 중간 코일러로부터 나오는 금속판을 평탄화하는 레벨러, 상기 레벨러로부터 나온 금속판을 중합시켜 접합하는 접합기, 접합 시에 생긴 크롭을 분단하는 크롭 처리 장치, 금속판의 표면을 평활하게 하는 마무리 밀로 이루어지며, 상기 접합기가 청구항 1에 기재된 접합 장치인 것을 특징으로 하는 열간 압연 설비가 제공된다. 본 발명의 제1 발명은, 상기와 같은 구성의 열간 압연 설비의 접합기에 적용함으로써 접합에 요하는 시간이 짧으므로, 압연 설비의 전체 길이를 짧게 할 수 있고, 루퍼를 생략할 수 있으며, 충분한 접합 강도를 얻을 수 있으므로 압연 중에 접합부가 파단하고 압연 롤 표면에 상처를 입히는 일이 없는 등의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제3 발명에 따르면, 적어도 2장의 금속판을 중합시킨 후, 상기 금속판의 상기 중합 부분의 적어도 일부에 상기 금속판의 판두께 방향으로 전단력을 가하고, 상기 중합 부분의 전단면에 전단면 끼리를 서로 밀어 붙이는 가압력을 발생시키면서 상기 금속판을 접합하는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 방법이 제공된다. 접합하는 금속판을 길이 방향으로 연신시키는 방법으로서는, 단순하게는 길이 방향으로 인장 응력을 가하면 되지만, 응력을 가하는 작용점이 너무 떨어져 있으면 큰 변형율이 얻어지지 않기 때문에 가능한 한 작용점 사이의 거리를 짧게 하고, 변형율을 크게 하도록 하는 것이 바람직하다. 길이 방향이라 함은 두께 방향에 대한 말로서 사용되고 있다. 즉, 길이 방향으로 평행하게 연신되고 있을 필요는없고, 연신 방향이 두께 방향(피접합 금속판의 상하 방향)으로 어긋나 있어도 좋다. 피접합 금속판을 동시에 연신시키는 동시에 그 연신 부분을 연신 방향에 대해 거의 수직 방향으로 밀어 붙임으로써 견고한 접합이 가능하다. 변형율 1000 % 이상이라는 수치 자체에는 임계성은 없다. 변형율이 클수록 접합면의 청정도가 높아지며 접합 강도가 커진다. 필요한 접합 강도의 절대치에 의해 변형율의 크기를 제어하면 된다. 열간 압연재의 접합에 있어서는 접합면의 청정도가 중요하다. 본 발명과 같이 피접합 금속판을 매우 큰 변형율을 갖게 연신시킴으로써, 열간 압연재의 표면에 형성되어 있는 산화물이 분단되고 박리하고, 청정한 신성면이 나타난다. 이 신성면끼리를 서로 협지하도록 밀어 붙임으로써 견고한 금속 접합이 얻어진다. 생성된 청정면도 대기중에서는 단시간에 산화막으로 덮여버리기 때문에, 금속판을 연신시키는 동시에 협지하도록 밀어 붙이는 힘을 걸어 밀착시킴으로써 생성된 신성면이 대기에 접촉하지 않게 하는 것이 가장 바람직하다. 이 피접합 금속을 연신시키는 방법, 연신시킨 부분을 협지하도록 밀어 붙이는 힘을 거는 방법 등에 의해 구체적인 접합 방법에 많은 변수가 존재한다. 이하에, 본 발명의 변수를 설명한다.

두 장의 금속판을 중합시킨 후, 중합 부분의 금속판을 금속판의 길이 방향으로 이동하지 않도록 구속하면서 금속판의 중합 부분의 상하 방향으로부터 금속판의 두께 방향에 대해 거의 평행으로 중합시킨 모든 부분의 금속판의 일부에 동시에 협지하는 압력을 가함으로써 접합하는 방법.

이 경우, 협지하는 압력이 가해진 중합된 금속판의 일부는 연신하려고 하여 금속판이 길이 방향으로 이동하는 힘이 발생한다. 한 편, 금속판은 길이 방향으로이동하지 않도록 구속되어 있기 때문에, 금속판의 길이 방향으로 평행한 압력이 발생한다. 발생한 금속판의 길이 방향에 평행한 압력이 상기 본 발명의 원리에 있어서의 연신된 부분을 협지하도록 밀어 붙이는 힘이 된다. 즉, 금속판의 중합 부분을 협지하는 압력을 가한다는 일 동작에 의해 피접합 금속판을 연신시키는 동시에, 언신된 부분을 협지하는 압력을 가하는 것이 동시에 달성된다. {금속판의 중합 부분의 상하 방향으로부터 금속판의 두께 방향에 대해 거의 평행으로 중합된 부분의 금속판의 일부에 동시에 협지하는 압력}을 거는 방법으로서는, 서로 대향하는 프레스 기계와 같은 것이라도 좋지만, 이 경우에는 금속판의 연신의 정도를 그토록 크게 할 수 없으므로 적합하게는 가위와 같이 서로 어긋나게 절단날을 대향시키고, 절단날을 접근시키는 것이 좋다. 매우 탄성이 큰 고무제 시트를 가위로 자르는 경우를 상상하면 잘 알 수 있다. 가위의 절단날이 접근하여 고무를 자르려 해도 고무는 탄성이 높기 때문에, 늘어나기만 할 뿐, 잘 잘라지지 않는다. 마찬가지로, 서로 다른 전단날에 의해 금속판의 중합 부분을 상하 방향으로부터 가압하면, 금속판은 소성 유동을 일으키고, 변형율이 큰 연신을 일으킨다. 어떤 형상의 전단날을 이용하여 금속판의 중합 부분을 협지하고 가압하느냐는 걸리는 압력의 크기, 요구되는 접합 강도에 따라 조정된다. 금속판의 길이 방향으로 이동하지 않도록 구속하는 수단으로서는 가장 단순하게는 클램프를 이용하여 마찰력에 의해 기계적으로 구속하는 방법이 있지만, 구속할 수 있기만 한다면 본 발명의 효과를 발휘하므로 예를 들면 전자석을 이용하거나 하는 것도 가능하다.

상기 구성의 일반적인 예로서, {구속하는 수단이 상기 금속판을 상하 방향으로부터 협지하는 적어도 두 쌍의 클램프이며, 또 상기 협지하는 압력을 가하는 수단이 상기 금속판의 항복 응력 이상의 압력을 가하는 상기 금속판을 협지하여 대향하는 한 쌍의 전단날인}것이 된다.

상기 한 쌍의 전단날은 한 쪽이 고정날, 다른 쪽이 가동날이며, 상기 두 쌍의 클램프 중 상기 가동날에 대향하는 클램프의 하나를 상기 고정 날과 겸용함으로써 구조가 단순해진다.

상기 구성에 있어서는 접합 강도의 절대치를 결정하는 가장 큰 요소는 금속판의 연신의 정도이다. 즉, 전단날의 동작 스트로크가 클수록 연신의 정도가 크다. 철계 재료를 접합하는 경우에는 일반적으로 필요한 접합 강도를 얻기 위해서는 상기 금속판의 상면에 접촉 후, 상기 금속판의 최상면의 판두께의 50 % 이상의 스트로크를 갖는 것이 바람직하다.

또, 접합 강도를 향상시키기 위해서는 상기 한 쌍의 전단날의 동작 궤적의 연장선의 일부가 오버랩하고 있는 것이 바람직하다. 오버랩이라 함은 예를 들면 상부 전단날의 바로 위로부터 보아 하부 전단날의 일부에 겹치는 부분이 있다는 것이다. 이와 같은 구성에 의해, 금속판을 연신하기 위한 압력이 커지거나 결과적으로 연신의 변형율이 커진다. 철계 재료를 접합하는 경우에는 일반적으로 필요한 접합 강도를 얻기 위해서는 겹침 부분이 피접합 금속판의 길이 방향에 대해 최대 0.1 mm 이상인 것이 바람직하다. 단, 10 mm 보다 커지면 금속판이 압연됨으로써 금속판의 단부에 갈라짐이 생길 가능성이 높아진다. 상기 수치는 겹침 부분의 크기를 결정하는 면에서의 기준이 되며, 이를 기초로 가장 바람직한 겹침 부분의 크기를 실험적으로 결정하면 된다.

가동 전단날이라 칭하고 있지만 반드시 날일 필요는 없으며, 가압 지그라는 표현을 이용해도 좋다.

접합 장치에 있어서도 상기 한 쌍의 가압 지그의 한 쪽이 고정되고, 다른 쪽이 가동되는 구조이며, 상기 두 쌍의 클램프 중 상기 가동하는 가압 지그에 대향하는 클램프의 하나를 상기 고정날과 겸용할 수 있다.

상기 구성에 있어서는, 상기 가동하는 가압 지그의 형상은 직방체 형상이라도 접합한다는 관점에서는 문제가 없다. 단, 접합 후의 접합부의 평탄화를 고려한 경우, 가압 지그의 형상은 상측의 피접합 금속판의 접합부의 높이가 가장 낮고(하측의 피접합 금속판과 같은 높이), 상측 피접합 금속판의 접합부로부터 먼 부분은 높은 쪽이 좋다. 따라서, 상기 금속판의 짧은 쪽 방향에서 본 단면이 상기 대향하는 가압 지그에 가까운 쪽 구석부가, 상기 구석부에 금속판의 길이 방향에 마주하는 구석부의 높이 보다 금속판에 가까운 것이 바람직하다. 예로서는, 부채꼴, 사다리꼴 형상 등으로 상기 양 구석부를 잇는 변은 매끄러운 곡선인 것이 바람직하다.

또, 상기 금속판의 겹친 부분은 단순히 접합하는 금속판을 적층한 것이 아니라, 두 장의 금속판을 맞댄 다음 그 위에 제3의 금속판을 상기 맞댐부에 얹은 것으로 구성해도 좋다. 이 방법에서는, 접합 공정은 상기에 비해 번잡하게 되지만, 접합 후의 평탄화 공정을 생략할 수 있고, 접합 시에 발생하는 단재(크롭)량이 적어지는 등의 잇점이 있다.

또, 접합 장치의 변수로서 상기 두 쌍의 클램프를 상기 한 쌍의 가압 지그와겸용하도록 상기 금속판의 위와 아래에 배치된 클램프를 각각 링크시키고, 두 쌍의 클램프를 평행하게 이동하도록 배치할 수도 있다. 본 발명의 기본 구성은 두 쌍의 클램프와 한 쌍의 전단날의 합계 6개의 지그로 이루어지지만, 각각의 지그에 붙여 기능을 겸용할 수 있다. 이 경우에는 네 개의 지그에 의해 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 방법이다. 특징으로서는 위와 아래에 배치된 클램프를 각각 링크시키고, 접합 시에 상하의 클램프를 동시에 그리고 평행으로 동작시킴으로써 피접합 시에 상하의 클램프를 동시에 그리고 평행으로 동작시킴으로써 피접합 금속을 연신, 협지 가압하는 동작을 시킬 수 있다는 데에 있다. 단, 링크 기구에 큰 응력이 걸리기 때문에 충분한 강도의 링크 봉 및 링크 봉과 각 클램프를 잇는 피봇부에 연구가 필요하므로, 피접합 금속으로서는 항복 응력이 작은 알루미늄, 동 등에 적합하다고 생각된다.

상기 접합 장치를 열간 압연 설비에 적용하고, 금속판을 권취하는 중간 코일러, 상기 중간 코일러로부터 나오는 금속판을 평탄화하는 레벨러, 상기 레벨러로부터 나온 금속판을 중합시켜 접합하는 접합기, 접합 시에 생긴 크롭을 분단하는 크롭 처리 장치, 금속판의 표면을 평활하게 하는 마무리 밀로 이루어지는 열간 압연설비로서 이용하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명을 더욱 상세히 설명하면, 열간 압연 설비의 라인에서 선행 바아 재료와 후행 바아 재료를 중합시켜서 그 중합시킨 부분이 충분히 소성 유동 변형할 수 있을 만큼 응력을 전단날의 겹침량을 특정치(금속판의 판두께가 20 mm인 경우에는 겹침량 0.1 mm 이상)로 설정하여 상하 전단날을 배치하여 상부 또는 하부 전단날의 적어도 한 쪽을 상부로부터 하부로 또는 하부로부터 상부로 판두께 방향으로 압입함으로써 두 장의 바아 재료를 소성 유동 변형시켜서 상부의 바아 재료와 하부의 바아 재료 표면을 압착하는 것이다. 도3에 도시한 전단날의 배치는 상부 전단날을 압입하는 경우의 예를 도시하고 있다. 여기서, 전단날의 압입 깊이(D)를 판두께 이상으로 설정하면 압착에 기여하지 않는 잔재 부분을 변형 과정에서 잘라내는(크롭 분단)것이 가능하고, 크롭 분단을 위한 설비를 반드시 도입할 필요는 없다. 접합 분위기는 대기 중 및 진공 등의 비산화성 분위기의 어느 것이라도 좋다. 접합의 매카니즘을 고려하면 비산화성 분위기에서 본 발명을 실시할 수 있으면 보다 좋은 접합 결과가 얻어짐은 명백하다.

시트 바아 재료의 접합에 있어서 실용화의 관건이 되고 있는 것은 단시간에서의 접합의 가부이며, 접합 강도는 다음의 압연 공정에서 파단하지 않는 강도를 확보하면 되는 점에 착안하고, 본 발명은 불필요한 공정을 생략함으로써 실현한 것이다. 즉, 상기한 바와 같이 본 발명은 선행 바아 재료와 후행 바아 재료를 중합 시켜서 그 중합 부분이 전단날에 의해 압입되어 소성 유동 변형이 충분히 일어나게 설정된 랩을 갖는 상하 전단날 사이에 배치시키고, 또 전단날 사이를 클램프하고 금속판을 구속하고, 상부 또는 하부 전단날의 적어도 하나를 상부로부터 하부로 또는 하부로부터 상부로 판두께 방향으로 이동시켜서 적어도 두 장의 바아 재료를 변형시켜서 그리고 밀착하고 상부의 바아 재료와 하부니 바아 재료의 표면에 의해 하부의 바아 재료의 표면이 변형되고, 변형 전의 하부 바아 재료의 표면 위치에 상부 바아 재료가 변형 이동하여 미변형 부분의 하부 바아 재료와 압착된다. 여기서 접합되느냐 아니냐는 금속판에 소성 유동 변형이 충분히 가해지느냐와 밀착화에 필요한 가압력이 가해지느냐가 관건이 된다. 즉, 소성 유동 변형이 일어남으로써 바아재료 표면의 산화 피막은 그 변형에 견딜 수 없고 분리 및 금속판 표면으로부터 박리하게 되기 때문에 접합면의 청정화가 촉진되고, 게다가 청정화하면서 가압되기 때문에 견고하게 접합되는 것이다. 또, 바아 재료 표면 끼리를 변형 과정에서 미끄럼 이동시키면, 접합 표면의 활성화가 보다 진행하여 접합 강도의 향상에 기여하는 것이다. 통상, 대기 중에 있어서도 전단날의 압입 속도는 0.001 m/s 정도에서 충분히 압연에 견디는 접합을 달성할 수 있음을 확인하고 있지만, 바아 재료(연강)의 온도가 800 ℃인 경우, 압입 속도를 0.5 m/s 이상으로 고속 변형시키면 상기한 미끄럼 이동 작용에 의해 양 바아 재료의 표면이 용융 혹은 반 용융 상태로 될 정도의 마찰열이 발생하여 표면의 산화 피막의 분산이 촉진되는 등에 의해 접합 성능이 더욱 향상된다. 압입 속도의 고속화는 접합면이 용융에 이르지 않아도 접합면의 활성화를 촉진하기 때문에, 접합 강도의 향상에 대해서는 매우 유효하다.

압연에 견디는 접합부로 하기 위해서는 소성 유동 변형과 접합 과정에서 충분한 가압력을 작용시켜서 밀착화를 도모할 필요가 있다. 본 발명자들은 도20의 접합 방식으로 각종 실험을 행한 결과, 도22에 도시한 바와 같이 하부 전단날의 위치를 상부 전단날의 이동 영역의 내측에 설정함으로써 압입에 의한 소성 유동 변형과 소성 유동 변형에 따라서 바아 재료의 접합면 사이에 가압력이 발생하고, 보다 밀착화가 진행하는 것을 발견하였다, 즉, 상부와 하부 전단날의 위치를 조정함으로써 소성 유동 변형과 함께 가압력이 발생하고 도21에 도시한 바와 같이 접합되고, 접합부는 압연에 견디는 접합 강도를 갖게 된다.

또, 전단날을 압입하는 과정에서 보다 큰 가압력을 발생시키기 위해서는 전단날 행상이 중요하다. 예를 들면 도22에 도시한 형상으로 선단의 반경을 R240 mm으로 하면 큰 가압력을 발생할 수 있다. 이에 대해 선단 형상이 도34의 경우와 같이 12도로 한 경우는 도22에 도시한 형상에 비해 가압력이 작다. 가압력은 접합하는 금속판의 재질에 의해 변화시킬 필요가 있지만, 이와 같이 전단날 형상을 변화시킴으로써 가압력을 변화시킬 수 있다. 또, 가압력이 큰 경우에는 접합 후의 후처리, 예를 들면 크롭 분단이 용이해지고 레벨링 공정을 생략할 수 있는 등의 효과도 기대할수 있다. 또, 판폭 방향의 전단날 형상도 중요하다. 도35에 도시한 바와 같이 스트레이트 형상으로 하면 전폭에 걸쳐서 접합 가능하지만 큰 압입력이 필요해진다. 경험상 판의 엣지부가 강접합되어 있으면 압연에 견딜 수 있기 때문에 반드시 전폭에 걸쳐 접합할 필요가 없고, 도36에 도시한 바와 같은 전단날 형상으로 하는 것도 가능하다. 또, 도37과 같이 파형 형상으로 하여 단속적인 접합을 행하는 것도 가능하다.

이상과 같이 접합 과정을 상세히 관찰함으로써 본 발명이 이루어진 것이다.

본 발명에 의해 바아 재료의 선단과 후단을 접합할 수 있으므로 바아 재료의 연속화가 가능해진다. 게다가, 새로이 가열 에너지를 필요로 하지 않는 매우 간단한 방법이기 때문에, 설비의 보수성도 우수한 방법이다. 또, 본 접합 방법은 기본적으로는 고상 확산 접합이어서 접합부에 버어 등의 발생도 없기 때문에, 접합 시간은 기본적으로는 압입 속도의 대소에 좌우된다. 예를 들면 0.1 m/s 등의 속도를고려하면 본 발명에 의해 단시간 접합이 가능할 방법임을 이해할 수 있다. 또, 압입 길이는 바아 재료의 판두께인 0.7t 이상으로 함으로써 견고한 접합이 가능함을 확인하고 있으나, 잔류 재료의 크롭 분단을 접합과 동시에 행하기 위해서는 압입 깊이를 판두께 이상으로 하면 된다. 이 경우에는 크롭 분단을 위한 설비를 반드시 필요로 하지 않는 것이다. 따라서, 바아 재고의 연속화를 위한 접합 방법으로서 본 발명은 적합한 방법이다. 또, 바아 재료의 판두께가 두꺼워지면 변형시키기 위한 전단날의 압입력이 커지지만 그 힘을 저감시키는 방법으로서, 바아 재료의 판폭 방향으로 전단날을 다수 배치하면 전단날 1개당 압입력은 작게 할 수 있다.

도2에, 본 발명의 원리도를 도시한다. 이 도면은 판재를 횡방향에서 본 도면이다. 접합하는 두 장의 판재의 단부를 중합한다. 판재의 중합부분을 상하 방향으로부터 고정하기 위해 클램프한다. 그 후, 상부 방향으로부터 전단날을 내려간다. 전단날의 동작 궤적의 연장 영역과 하측의 클램프(이하, 하측 전단날이라 부를 수도 있다.)에는 해칭으로 도시한 겹침 부분이 있다. 본 발명에서는 이를 협지 가압 부분이라 부른다. 이 부분은 상하 방향으로부터 가압하지만, 클램프 사이에 위치하는 피접합 금속판은 구속되어 있으므로 압력이 도피할 곳은 가로 방향 밖에 없고, 전단날이 아래로 내려감에 따라서 압력이 증가된다. 이 압력에 의해, 가압 부분의 금속은 금속판의 길이 방향으로 압출된다. 이에 의해, 가압부의 금속은 분리되는 일이 없이 큰 소성 변형을 일으킨다. 이 때의 소성 변형율은 전단날의 겹침량에 따르지만, 겹침량을 2 mm라 하면 판두께 20 mm인 경우 1000 % 이상의 부분(예를 들면 전단날과 상부 금속판의 최초의 접점 부근)이 생긴다. 통상의 가공에서는 이와 같은 고 변형율을 얻는 것은 곤란하며, 본 발명의 협지 가압에 의해 비로소 가능하게 할 수 있다. 전단날을 상부 판재와 하부 판재의 상하면이 일치할 때까지 하강시킨 후, 정지한다. 이 단계에서도 크롭이라 불리우는 절단 단부 재료와 접합하는 판재는 분리되지 않는다. 본 발명에서는 이와 같이 상하 금속 판재의 소성 변형 유동한 부분 끼리를 밀어 붙임으로써 견고한 접합을 얻을 수 있다. 소성 변형 유동하고 있는 부분의 표면은 매우 활성이 있으며, 약간의 가압력(이 경우에는 금속 판재의 길이 방향으로 평행한 응력)에 의해 견고한 금속 결합이 얻어지기 때문이라고 생각된다.

한편, 종래 방법에서는 금속판을 전단하는 것을 주안으로 하고 있기 때문에, 본 발명과 같은 겹침 부분이 없다. 이는 금속판 등을 전단하기 위한 전단기와 같은 전단날의 배치이다. 이 경우에는 금속판에 협지된 부분이 없기 때문에 충분한 압력이 발생하지 않는다. 즉, 이 구성에서는 본 발명과 같은 충분한 소성 유동 변형이 생기지 않기 때문에 접합 강도가 약하다는 문제가 있다. 또, 소성 유동 변형이 생기지 않기 때문에, 크롭과 접합하는 금속판은 접합 시에 절단 분리하는 경우가 많다.

이 원리를 기초로 하여 본 발명의 실시예를 이하에 설명한다.

(실시예 1)

도1에, 본 발명을 실시하기 위한 적합한 설비의 기본 구성을 도시한다. 1은 선행 금속판, 2는 후행 금속판이다. 선행 금속판에 후행 금속판을 겹치기 위한 중합 기구(3)를 구비하고 있다. 겹침은 승강기(4)를 조작함으로써 후행 금속판을 선행 금속판 상에 중합시켜 접합 장치(5)에 조립된 위치 조정기(6)에 의해 겹침량과 함께 상하 절단날의 위치로 설정된다. 상하의 절단날 사이는 충분한 소성 유동 변형을 부여하기 위해 필요한 겹침 부분을 갖고 있다. 다음에 클램프 기구(7)에 의해 양 압연재가 클램프된 후, 전단날(8)을 지지부(9)를 향해 바아 재료의 판두께의 2/3이상을 압입하고, 소성 유동 변형을 부여하여 접합하는 동시에 크롭 분단기(10)로 크롭 분단하여 또 레벨링 롤(11)로 바아 재료는 평탄화되고 일련의 접합 공정이 종료된다. 접합 종료와 동시에 바아 재료는 마무리 압연기로 반송되는 것이다. 여기서 접합 전에 바아 재료 표면의 산화 피막을 제거하는 공정(14)을 넣으면 보다 안정된 접합이 가능해진다.

도1에 도시한 설비에서 폭 1200 mm, 두께 20 mm인 바아 재료(연강)의 연속 열간 압연을 행하기 위해 1000 ℃의 선행과 후행 금속판을 중합시키고, 금속판을 클렘프한 후에 도4에 도시한 형상의 상부 전단날을 판두께 방향으로 0.1 m/s의 압입속도로 선행과 후행 금속판을 소성 유동 변형시켜서 접합을 완료시키고, 다음에 크롭 분단을 행하고, 또 변형으로 굽어진 바아 재료를 평탄화하기 위해 레벨링 롤을 통과시켜서 접합을 종료하였다. 상부 전단날과 하부 전단날 사이의 겹침량은 1.5 mm이다. 또, 압입 깊이는 22 mm으로 하였다. 여기서의 겹침량의 표시는 상부 전단날과 하부 전단날의 위치가 도3에 도시한 관계에 있음을 도시하고 있다. 즉, 상부 전단날의 이동 위치 내에 하부 전단날이 있음을 표시하고 있다. 이에 대해, 마이너스 표시는 상부 전단날의 이동 위치 외측에 하부 전단날이 있음을 도시하고 있다. 다음에, 실시예에 관한 접합 장치(5)에 의한 접합 원리를 도4와 도5에 의해설명한다. 도4는 접합 프로세스를 도5에 소성 유동 변형시의 압착 과정의 상세를 도시한다. 기호 L_g는 상하 전단날 사이의 겹침량이다. 상부 전단날과 하부 전단날 사이에 선행 금속판과 후행 금속판의 겹침 부분을 배치하고 양 재료가 소성 유동 변형 과정에서 이동하지 않도록 클램프한 후, 상부 전단날(기구에 따라서는 하부 전단날)을 압입하고 선행과 후행 바아 재료를 변형시킨다. 변형 과정에서 산화 피막의 분단과 박리가 일어난다. 또, 변형 과정에서 가압력이 접합면 사이에 작용하고 밀착되는 동시에 상측 및 하측 크롭(12, 13)은 크롭 분단되었다. 따라서, 본 실시예에서는 크롭 분단기는 동작시키지 않고 레벨링 롤로 반송하여 평탄화 처리를 행하였다.

도6은 접합 장치(5)에 의한 접합 작업 순서와 경과 시간의 일예를 도시한다. 중합, 클램프 폐쇄, 상하 전단날 폐쇄, 소성 유동 변형(접합), 클램프 개방, 전단날 개방, 크롭 분단 및 평탄화 처리의 순서로 접합에 요하는 시간은 본 실시예의 경우 0.2초이며, 실용화의 관건이 되고 있는 접합 시간의 단축화에는 본 발명은 가장 적합한 방법이라고 할 수 있다. 산화 피막의 분단과 박리 및 접합면에 가압력을 작용시키기 위해서는 상부 전단날과 하부 전단날 사이의 겹침량과 하부 전단날의 위치 관계가 중요함을 설명하였으나, 이에 대해 도7을 이용하여 더욱 상세히 설명한다. 도7은 바아 재료의 판두께와 겹침량과 상하 전단날의 위치 관과 접합 강도의 관계를 도시하는 도면이다. 접합 분위기는 대기에서 바아 재료의 온도는 약 1000 ℃이다. 여기서, 접합 강도는 인장 시험기 후시험편의 파단면으로부터 접합면적을구하고, 파단 하중을 접합 면적으로 나눈 값이다. 압입 속도는 0.1 m/s이다. 압입 깊이는 판두께분으로 하였다. 겹침량에 부기한 플러스와 마이너스는 상기한 바와 같이 상하 전단날의 위치 관계를 가리키고 있다. 접합 강도가 큰 것은 플러스 겹침부의 경우로서, 판두께 20 mm인 경우의 0.1 mm이상에서, 30 mm인 경우 0.3 mm이상에서 내압연 강도 이상이 되었다. 판두께 20 mm인 경우에는 -3 mm, 30mm인 경우 -6 mm에서 최대 강도를 나타내었다. 판두께에 따라서 적정 겹침량은 변하지만 적용 바아 재료의 판두께 범위 내에서는 0.5 내지 15 mm의 범위로 억제하면 압연에 견디는 접합 강도가 얻어짐이 판명되었다.

도8은 압입율과 접합 강도의 관계를 도시한다. 판 두께 20 mm인 경우이다. 겹침량은 5 mm이다. 압입 속도는 0.1 m/s이다. 판 두께의 약 2/3이상으로 하면 내압연 강도인 250 MPa이상의 강도가 얻어짐을 나타내고 있다. 또, 판두께를 30 mm로 한 경우도 같은 경향을 나타내었다. 여기서의 내압연 강도는 접합부의 강도와 압연성의 관계를 조사한 결과 명백해진 값이다.

도9는 접합 강도와 압입 속도의 관계를 도시한 것이다. 겹침량은 5 mm로 일정하게 하고, 판두께는 20 내지 30 mm이다. 실험 범위 내에서는 0.001 내지 0.4 m/s 까지 접합 강도는 속도의 증가와 동시에 증가하는 경향이 있다. 0.5 m/s 이상이 되면 강도의 증가가 명확하게 확인되게 되었다. 이 증가의 원인은 소성 유동 변형 과정에서의 미끄럼 이동 작용에 의해 접합면이 용융되기 때문이다. 즉, 산화 피막의 분산과 액상 개재에 의한 접합율의 향상이 영향을 받고 있다.

그러나, 압연에 견디는 강도를 얻기 위한 압입 속도는 반드시 고속화하지 않아도 됨을 도9는 도시하고 있으며, 접합 시간이나 징치화 상의 제약 내에서 적정한 압입 속도를 선택하면 된다.

도10은 바아 재료 온도와 변형 속도(Va) 및 접합면의 용융 유무의 관계를 도시한 도면이다. 도10으로부터 바아 재료 온도 800 ℃에서는 변형 속도 0.5 m/s 이상으로 하면 접합면이 용융되고 바아 재료 온도가 높을 수록 용융 개시의 변형 속도는 저속측으로 이행하고 바아 재료 온도 1200 ℃에서는 0.4 m/s로 되어 있다. 이 결과는 바아 재료의 용융 개시 온도가 1400 ℃이상의 바아 재료에 공통의 결과로 되어 있으나, 바아 재료의 용융 개시온도가 낮을 수록 용융 깊이는 크고, 용융 비율도 많아지는 경향을 보였다. 또, 도10의 용융 유무의 판정은 바아 재료의 판두께 중앙면에서 60 %이상 용융하고 있느냐로 행하고 있다. 용융 깊이는 단면을 연마 후 부식하여 금속 조직으로부터 판정된 값이며, 용융 비율의 판정도 마찬가지로 금속 조직으로부터 판정되고 있다.

또, 용융부가 존재하는 압입 속도로 접합을 행해도 용융량은 적으므로 버어를 발생시키지 않으므로. 확실하게 접합할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 선행 바아 재료와 후행 바아 재료를 중합시키고, 클램프 후, 상부 전단날과 하부 전단날의 겹침부를 조정하고, 판두께의 ⅔ 이상 소성 유동 변형시킴으로써 강접합이 가능하고, 압입 깊이에 따라서는 소성 유동 과정에서 크롭 분단도 가능하며 불필요한 잔재도 한꺼번에 처리할 수 있고 열간 압연 설비로 마무리 압연을 연속화하여 생산성 및 수율의 향상 및 조업의 자동화를 실현할 수 있다.

본 발명은 철계의 재료를 주체로 한 것으로 되어 있지만, 적용 재료가 변해도 응용 전개가 가능하다. 예를 들면 일루미늄 합금 등 견고한 산화 피막으로 덮인 재료라도 본 발명의 적용이 가능하다. 변형 성능, 산화 피막의 성질 등 철계와 다르기 때문에 겹침량이 철계 보다 작게 억제되고, 철제 재료 보다 큰 소성 유동 변형을 일으키므로 견고한 접합이 달성될 수 있음을 확인하고 있다. 이상과 같이 비철계 라인에의 전개도 가능하다.

본 발명에서의 겹침량이 커진다는 것은 전단된 상부 판재의 단부가 하부 판재에 밀어 붙여져 변형되는 것을 의미한다. 즉, 이 겹침 부분의 길이가 클 수록 상부 판재와 하부 판재의 미끄럼 이동시의 가압력이 크고, 양 판재의 소성 변형량이 크다. 겹침량이 정의 값을 갖는 경우에는 전단 시에 상부 판재와 하부 판재의 전단면 단부가 다소 미끄럼 이동하고, 양자의 신생면이 접촉하여 접합되지만 가압력, 소성 변형량이 작고, 결과로서 불충분한 접합 강도 밖에 얻을 수 없다. 겹침량의 필요량은 접합하는 판재의 종류, 판두께에 의해 달라진다.

또, 도2에서의 특징은 상부 전단날의 형상이다. 상부 전단날은 전단면을 미끄럼 이동시키면 충분하며, 그 밖의 부분을 변형시키는 것은 에너지 손실이 된다. 종래는 상부 판재의 높이를 하부 방향으로 어긋나게 하여 상부 판재와 하부 판재의 높이를 동일면으로 하는 방법을 이용하고 있었다. 본 발명에서는 상하 판재의 클램프 위치를 변화시키지 않고 전단날의 형상을 가로 방향으로부터 보아 경사지게, 즉 상부 판재의 접합면에서는 상부 판재와 하부 판재의 높이를 동일면으로 하고, 상부 판재의 클램프 부분에서는 판재의 유지 위치는 변하지 않는 형상의 전단날을 이용한다. 이로써, 상부 판재의 부착 위치를 변화시키는 데 비해 접합기의 구조가 간단해지는 동시에 에너지 손실을 작게 할 수도 있다.

(실시예 2)

실시예 1과 마찬가지 설비의 기본 구성으로 전단날 및 클램프 형상을 도11에 도시한 바와 같이 구성하였다. 클램프 기구(7)와 지지부(9)를 평행으로 경사시킨 것이며, 이 구성에 의해 전단날(8)을 금속판(2)의 상부로부터 압입하는 과정에서 접합면에 큰 가압력이 발생하도록 클램프 기구(7)와 지지부(9)를 평행으로 경사시켰다. 이 경우에도 전단날(8)과 지지부(9)에는 겹침 부분을 설치하고, 협지하는 압력이 발생하게 하고 있다. 접합면에서 큰 가압력이 발생하기 때문에 접합 강도가 커지며, 게다가 접합 후의 접합부 형상은 편탄화되므로 접합 후의 레벨링 공정도 생략할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 3)

도12에 도시한 바와 같이, 전단날(8)과 지지부(9)를 평행 링크로 하였다. 이 구성에서는 전단날(8)을 강하시킴으로써 하부 전단날과의 사이에서 금속판(바아 재료)(1, 2)을 협지하는 힘이 발생한다. 협지에 의해 소성 유동이 일어나고, 실시예 1과 마찬가지 원리로 접합할 수 있다. 이 구성에서도 접합 후의 금속판은 평탄화하기 때문에 접합 후의 레벨링 공정을 생략할 수 있다.

(실시예 4)

도13에 도시한 바와 같이 전단날(8)을 금속판에 대해 경사지게 압입함으로써 금속판을 협지하는 힘이 발생하고, 소성 유동을 일으킬 수 있다. 이 구성에 의해서도 정합후의 금속판은 평탄화한다.

(실시예 5)

도14에 도시한 바와 같이 접합할 두 장의 금속판의 금속판이 맞닿아서 접합이 가능하도록 단부를 각각 전단한 후에 맞대고 또 맞댐부의 금속판의 상면 또는 하면에 먼저 절단한 고온의 금속판 또는 미리 준비된 금속판(60)을 얹어서 상면 또는 하면으로부터 전단날을 압입 접합한다. 크롭 처리, 맞댐을 위한 절단 등의 전처리가 증가되기는 하지만 레벨링 공정은 생략할 수 있다. 이 경우에는 전단날(8)과 지지부(9)이 겹침 부분은 없어도 쐐기 효과에 의해 금속판에 고압력이 발생하고 충분한 소성 유동 변형이 일어난다. 또, 세 장의 금속판을 사용하는 것이 아니라 두 장의 금속판을 겹침으로써도 접합이 가능하다.

즉, 본 발명은 전단날의 배치에 의하지 않고 접합하는 금속판의 극히 일부에 협지 압력(닫힘 압력이라고 해도 좋다)을 가함으로씨 금속판을 통상의 소성 변형율 이상의 변형을 일으킴으로써 견고한 접합 강도를 얻는 것이다.

(실시예 6)

도19에 본 발명의 열간 압연 장치의 전체도를 도시한다. 접합기 이하의 마무리 밀의 속도는 연속 주조기의 속도에 비해 크므로 라인의 속도를 맞추기 위해 연속 주조기로부터 나온 압연재의 조압연기(20)와 접합기의 사이에는 중간 코일러(15)라 불리는 금속판을 권취 속도를 조절하는 장치가 필요하다. 그 후, 중간 코일러에 의해 금속판에 생긴 권취 주름을 레벨러(16)에 의해 평탄화한 후, 접합기에서 접합한다. 접합기는 레일 상을 주행하면서 접합을 행하는 구조로 되어 있다. 본 발명의 접합기를 이용한 경우에는 크롭이라 불리우는 절단 단부 재료가 나오므로 크롭을 제거하는 크롭 처리(17)를 행하고, 마무리 압연기(18, 19)를 통과시켜 제품으로 한다. 본 발명의 접합기는 접합 속도가 3초 이상이기 때문에, 접합기의 주행 거리를 짧게 할 수 있다. 이에 의해 중간 코일러와 마무리 밀 사이의 거리를 65 m 이하로 할 수 있다. 이로써, 연속 열간 압연 설비를 극히 소형으로 할 수 있다.

(실시예 7)

도20에 본 발명의 접합기의 기본 구성을 도시한다. 21은 전단날, 25는 하부 전단날이며, 하부 전단날(25)은 지지부(24)와 지지부(22)로 분할되고, 이들은 겹침부 조절 기구(23)로 연결된다. 27은 선행 금속판, 26은 후행 금속판이다. 도21은 본 발명의 접합기를 연간 압연 연속 설비에 적용한 때의 기본 구성의 일예이다. 27은 선행 금속판, 26은 후행 금속판이다. 디스케일링 장치(31)를 이용하여 중합 전에 바아 재료 표면의 산화 피막을 제거한다. 선행 바아 재료에 후행 바아 재료를 겹치기 위한 승강 장치(32)를 구비하고 있다. 중합시킨 후 가열 장치(33)에서 소정 온도까지 가열된다. 접합기(28)의 하부 전단날(25)의 요부의 간격은 충분한 소성 유동 변형을 부여하기 위해 전단날(21)과 필요한 겹침부를 갖는다. 바아 재료의 판두께 이상으로 압입하고, 소성 유동 변형을 부여하여 접합하는 동시에 크롭 분단기(34)에서 크롭 분단하여 마무리 압연기(35)에 반송되는 것이다.

도21에 도시한 설비로 폭 1500 mm, 두께 30 mm인 바아 재료(연강)의 연속 열간 압연을 행하였다. 1000 ℃의 선행과 900 ℃의 후행 바아 재료를 고압수 분사에의한 부분 디스케일링 후 중합시키고, 중합부를 950 ℃로 가열 온도 조정한 후, 접합기로 보냈다. 접합기의 구성은 도20과 같다. 그래서, 상부 전단날과 접합면측 하부 전단날, 재료 지지 하부 전단날의 각각의 겹침량은 각각 3 mm, 0 mm로 조정하였다. 상부 전단날은 도20에 도시한 바와 같은 원호형으로 원호부는 R240으로 하였다. 바아의 길이 방향의 전단날 길이는 100 mm이며, 전단날 폭은 1600 mm이다. 하부 전단날의 요부는 양쪽 모두 바아 재료에 대해 수직이다. 상부 전단날을 판두께 방향으로 300mm/s의 압입 속도로 바아의 두께의 1.2배 즉 36 mm 압입하고, 선행과 후행 바아 재료를 소성 유동 변형시켜서 접합을 완료시켰다. 이 때, 하부의 바아 재료의 상부 전단날이 최종 접촉부에 대응하는 부분은 재료 지지 하부 전단날에 5 mm 정도 먹어드는 형상으로 되었다. 다음에, 갈고리를 크롭에 압입하고 긁어 올려서 크롭 분단을 행하고, 접합을 완료하였다. 이를 마무리 압연기로 보냈더니 압연시의 접합부의 파단도 없고 연속 압연을 할 수가 있었다. 상기 공정을 공정마다 도시한 것이 도22이다. 본 실시예에 있어서, 도22의 1의 부분 디스케일링으로부터 6의 크롭 분단까지 요하는 시간은 5초였다. 또, 모의 바아 재료의 접합 시험을 도22의 공정으로 크롭 분단 종료까지 실시하고, 접합부로부터 시험편을 잘라 내어 인장 시험을 행하였더니 모재와 동등한 강도가 얻어졌다.

(실시예 8)

실시예 7의 접합 장치를 이용하여, 상부 전단날과 접합면측 하부 전단날, 재료 지지 하부 전단날의 각각의 겹침량은 각각 1.5 mm와 0 mm, 0 mm와 0 mm, 0.5 mm와 0 mm, 5 mm와 0 mm로 조정하여 접합 실험을 행하였다. 모두 양호한 접합 강도가얻어졌다. 또, 상부 전단날과 접합면측 하부 전단날의 겹침량을 3 mm로 고정하고, 재료 지지 하부 전단날과의 겹침량을 -3 mm, -1.5 mm, 1.5 mm로 변화시켜서 접합 실험을 행하였다. 모두 양호한 접합 강도가 얻어졌다.

또, 상부 전단날과 접합면측 하부 전단날, 재료 지지 하부 전단날의 각각의 겹침량을 3 mm, 0 mm로 하고, 상부 전단날의 압입 속도를 5 mm/s, 10 mm/s, 50 mm/s, 100 mm/s, 500 mm/s로 변화시켜서 접합 실험을 하였다. 모두 양호한 접합 강도가 얻어졌으나, 접합 강도는 압입 속도가 고속으로 될수록 커졌다.

또, 실시예 7과 같은 조건으로, 하부 전단날을 상방으로 36 mm 압입하고 접합 실험을 행하였다. 실시예 7과 같은 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 9)

실시예 7의 접합 장치와 유사한 하부 전단날(37)의 접합면측 하부 전단날(36)의 형상을 도23에 도시한 바와 같이 전단날(21) 측으로 경사진 형상으로 하였다. 각도는 연직 방향으로부터 5도로 하였다. 이 접합기를 이용하여 30 t의 연강 모의 바아 재료의 접합 시험을 행하였다. 겹침량, 압입 스트로크, 압입 속도는 실시예 7과 같은 조건으로 하였다. 접합부의 강도는 350 MPa이고, 실시예 7 보다 높은 강도가 얻어졌다. 또, 접합면측 하부 전단날의 각도를 10, 15, 20도로 변화시켜서 접합 시험을 행하였지만, 각도가 클 수록 접합 강도가 상승하는 경향을 보였다.

(실시예 10)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날과 유사한 상부 전단날(38)의 형상을도24에 도시한 바와 같이 지지부(24) 측으로 기울어진 형상으로 하였다. 각도는 연직 방향으로부터 15도로 하였다. 이 접합기를 이용하여 30t의 연강 모의 바아 재료의 접합 시험을 행하였다. 겹침량, 압입 스트로크, 압입 속도는 실시예 7과 같은 조건으로 하였다. 실시예 7보다 높은 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 11)

실시예 7의 접합 장치의 하부 전단날과 유사한 하부 전단날(40)의 형상을 도25에 도시한 바와 같이 하고, 하부 전단날(40)의 재료 지지측 하부 전단날(41)과 접합면측 하부 전단날(42)의 금속판(27)에 접하는 면을 경사지게 기울인 형상으로 하였다. 각도는 바아의 진행 방향으로부터 15도로 하였다. 상부 전단날(39)은 연직 방향으로부터 15도 기울어진 선이 원호의 기점이 되며, 원호의 기점에서의 접선이 바아와 0도인 형상으로 하였다. 이 접합기를 이용하여 30 t의 연강 모의 바아 재료의 접합 시험을 하였다. 겹침량 0 mm, 압입 스트로크 38 mm, 압입 속도 300 mm/s로 하였다. 압연에 견디기에 충분한 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 12)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(42)을 도26에 도시한 바와 같이, 접합부측을 중심으로 원호 궤도를 그리게 하였다. 이 경우, 하부 전단날(37)의 접합 면측 하부 전단날(36)은 상부 전단날(42) 측으로 10도 경사진 형상으로 하였다. 이 접합기를 이용하여 30 t의 연강 모의 바아 재료의 접합 시험을 하였다. 겹침량, 압입 스트로크(연직 방향), 압입 속도는 실시예 7과 같은 조건으로 하였다. 실시예 7과 마찬가지 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 13)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(44)을 도27에 도시한 바와 같이, 접합부와 반대측을 중심으로 원호 궤도를 그리게 하였다. 이 경우, 하부 전단날(25)은 실시예 7과 마찬가지로 하였다. 이 접합기를 이용하여 30 t의 연강 모의 바아 재료의 접합 시험을 하였다. 겹침량, 압입 스트로크(연직 방향), 압입 속도는 실시예 1과 같은 조건으로 하였다, 실시예 7과 마찬가지 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 14)

실시예 7의 접합 장치에 있어서, 도28에 도시한 바와 같이, 판폭 방향으로 상부 전단날을 3분할(46, 45, 46)하고, 양단의 전단날(46, 46)이 중앙부의 전단날(45) 보다 아래로 돌출할 수 있는 기구를 부가하였다. 양단부는 각 50 mm, 중앙부는 1400 mm 폭으로 하였다. 이 장치를 이용하여, 판폭 1400 mm와 1500 mm의 판을 접합하였다. 판두께는 30 mm이다. 돌출 높이는 미리 30 mm로 조정하고, 압입 스트로크는 세 개의 부분에서 모두 같이 36 mm로 하였다. 충분한 접합 강도가 얻어지는 동시에 크롭도 실시예 7과 마찬가지로 용이하게 취할 수 있었다.

(실시예 15)

실시예 7의 접합 장치를 이용하여 판두께 20 mm와 30 mm의 시트 바아의 접합을 하였다. 판폭은 양쪽 모두 1500 mm이다. 겹침량은 실시예 7과 마찬가지로 하였다. 압입 스트로크는 36 mm, 즉 두꺼운 판두께의 1.2배의 스트로크로 설정하였다. 실시예 7과 마찬가지의 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 16)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(47)의 형상을 도29에 도시한 바와 같이, 전단날의 시트 바아 길이 방향의 길이의 ⅓이 시트 바아와 평행한 직선, 그에 이어지는 부분을 시트 바아로부터 10도 각도를 가진 직선으로 하고, 최종 접촉 부분을 R30의 원호로 형성하였다. 이 접합기를 이용하여 30 t의 연강 모의 바아 재료의 접합 시험을 행하였다. 겹침량, 압입 스트로크, 압입 속도는 실시예 7과 같은 조건으로 하였다. 실시예 7보다 높은 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 17)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(48)의 형상을 도30에 도시한 바와 같이, 전단날의 시트 바아 길이 방향의 형상을 다단 원호형상으로 하였다. 도면 중 R1을 R360, R2를 R120, R3를 R80, R4를 R30으로 하고, 매끄러운 곡선으로 하는 형상으로 하였다. 겹침량, 압입 스트로크, 압입 속도는 실시예 7과 같은 조건으로 하였다. 실시예 7 보다 높은 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 18)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(49)의 형상을 도31에 도시한 바와 같이, 시트 바아와의 접촉 개시 부분이 접합부가 아니라 시트 바아의 진행 방향 후방부에 엇갈린 형상으로 하였다. 상부 전단날 하부는 원호 형상이며, R240 mm로 하였다. 원호는 바아의 수직 방향으로부터 10도 기울어진 선을 기점으로 하였다. 이 접합기를 이용하여 30 t의 연강 모의 바아 재료의 접합 시험을 행하였다. 압입 스트로크를 40 mm, 그 밖의 접합 조건은 실시예 7과 같은 조건으로 하였다. 실시예 7과 동등한 높은 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 19)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(50)의 시트 바아의 상면 방향으로부터 본 현상을 도32에 도시한 바와 같이 삼각 형상으로 구성되는 파형 형상으로 하였다. 바아의 횡방향으로부터 본 바아측의 형상은 파형에 상당하는 부분을 바아에 평행한 직선으로 하고, 그 밖의 부분은 원호로 구성하였다. 하부 전단날(51)의 바아의 상부 방향으로부터 본 형상은 상부 전단날(50)과 같은 파형 형상이다. 이 접합기를 이용하여 실시예 7과 마찬가지 시트 바아의 접합을 하였다. 스트로크, 겹침량 등의 접합 조건은 실시예 7의 경우와 같다. 실시예 7 보다 높은 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 20)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(52, 54)의 시트 바아의 상면 방향으로부터 본 형상을 도33, 도34에 도시한 바와 같이 곡선 형상, 직사각형 형상으로 구성하는 파형 형상으로 하였다. 바아의 횡방향으로부터 본 바아측 형상은, 파형에 상당하는 부분을 바아의 평행한 직선으로 하고, 그 밖의 부분을 원호로 형성하였다. 하부 전단날(53, 55)의 바아의 상부 방향으로부터 본 형상은 상부 전단날(52, 54)과 같은 파형 형상이다. 이 접합기를 이용하여 실시예 7과 마찬가지 시트 바아의 집합을 하였다. 스트로크, 겹침량 등의 접합 조건은 실시예 7의 경우와 같다. 실시예 7 보다 높은 접합 강도가 얻어졌다.

(실시예 21)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(56)의 시트 바아의 상면 방향으로부터본 형상을 도35에 도시한 바와 같이 바아 진행 방향으로 단부가 돌출된 V자 형상으로 하였다. 바아의 횡방향으로부터 본 바아측의 형상은, V자의 저부에 상당하는 부분까지를 바아에 평행한 직선으로 하고, 그 밖의 부분은 원호로 형성하였다. 하부 전단날(57)의 형상은 상부 전단날에 맞춘 형상으로 하였다. 이 접합기를 이용하여 실시예 7과 같은 시트 바아를 실시예 7과 같은 접합 조건으로 접합하였다. 그 후, 마무리 압연을 하였더니, 실시예 7의 경우 보다 압연 후의 단부 갈라짐부가 작아겼다.

(실시예 22)

실시예 7의 접합 장치의 상부 전단날(58)의 시트 바아의 상면 방향으로부터 본 현상을 도36에 도시한 바와 같이 바아의 진행 방향으로 단부가 돌출한 V자 형상으로 삼각 형상으로 구성되는 파형을 중첩 하루 형상으로 하였다. 바아의 횡방향으로부터 본 바아측의 형상은 V자의 저부에 상당하는 부분까지를 바아에 평행한 직선으로 하고, 그 밖의 부분은 원호로 형성하였다. 하부 전단날(59)의 형상은 상부 전단날과 맞춘 형상으로 하였다. 이 접합기를 이용하여 실시예 7과 같은 시트 바아를 실시예 7과 같은 접합 조건으로 접합하였다. 실시예 7 보다 높은 접합 강도가 얻어지는 동시에, 마무리 압연 후의 단부 갈라짐도 거의 보이지 않게 되었다.

(실시예 23)

실시예 1의 접합기에 있어서, 도3의 전단날(전단날(8))과 지지 다이(지지부(9))를 동시에, 접합하는 금속판에 가까워지는 방향으로 이동시켜서 전단날(8)을 바아 재료의 중합부에 밀어 넣는 방식으로 하였다. 상하 전단날의 형상,및 압입속도, 접합기는 고정식(즉 바아 재료의 이동에 맞추어 접합기 본체가 이동하지 않는 방식)으로 하고, 주행중의 바아 재료에 대해 상하 전단날이 수직으로 동작하는 펜듈럼형 접합기로 하였다.

즉, 전단날(8) 및 지지부(9)를 크랭크를 이용한 속도 조절 장치를 이용하여 바아 재료의 주행 방향으로 이동(바아 재료의 이동 속도로 조정시킨다)시키면서 동시에 전단날, 지지 다이를 바아 재료에 수직으로 동작시켜서 접합을 행한다. 본 실시예에 있어서도 바아 재료의 접합 강도는 실시예 1과 같은 정도의 것이 얻어졌다.

본 발명의 제1 발명에 따르면, 단시간에 충분한 강도를 갖는 금속판의 접합이 가능해진다. 특히, 열간 압연기와 냉간 압연기의 사이에 위치하고, 각각의 압연기의 압연 속도가 다르기 때문에 필요해지는, 압연재(시트 바아라 칭함)의 접합 장치에 적합한 접합 장치를 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 제2 발명에 따르면, 접합에 요하는 시간이 짧으므로 압연 설비의 전체 길이를 짧게 할수 있다. 루퍼를 생략할 수 있다. 충분한 접합 강도를 얻을 수 있으므로, 압연 중에 접합부가 파단하고, 압연 롤 표면을 손상시키는 일이 없다. 등의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제3 발명에 따르면, 견고한 금속판끼리의 접합을 얻을 수 있다.

Claims (21)

1. 금속판을 그 단부측에 접합하는 접합 장치로서,

   금속판(1, 2)의 피접합 부분을 중합하는 중합 기구(3)와,

   금속판의 일측부에서 금속판의 중합 부분을 지지하는 적어도 2개의 지지부(9)와,

   상기 지지부(9)의 대향 위치에 배치된 전단날(8)과,

   상기 전단날(8)의 적어도 하나와 상기 지지부(9)가 서로에 대해 상대 이동하는 이동 기구를 포함하는 금속판의 접합 장치에 있어서,

   전단날(8)은 그 전단 에지 부분이 다른 에지 부분보다 금속판(1, 2)의 중합부에 더 근접하는 형상을 갖고,

   전단날(8)의 연장선이 전단 지지부(9)를 가로지르고,

   전단날(8)과 전단 지지부(9)의 상대 이동에 의해, 접합될 중합판 부분들이 그 사이가 협지되고 압축에 의해 소성 신장되며, 금속판(1, 2)의 청결한 단부면들이 서로 가압되는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
2. 제1항에 있어서, 중합된 금속판 부분들의 상측 및 하측 크롭(12, 13)들의 분단을 위한 크롭 분단기(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속판(1,2)의 중합된 부분을 클램핑하기 위한클램프 기구(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전단날(8)과 전단 지지부(9)의 겹침량(Lg)은 금속판(1,2)의 길이 방향으로 0.1 mm 이상, 10 mm 이하인 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중합된 금속판들의 표면상의 상기 전단 날의 접촉 위치로부터 상기 전단날(8)과 상기 전단 지지부(9) 중의 적어도 하나의 접합 스트로우크는 중첩된 금속판(1, 2)들의 금속판(2)의 두께의 50-150 %인 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합 장치(5)가 레일 상에 이동할 수 있는 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전단 지지부(24)는 하부 전단날(25)을 형성하도록 동일한 측에서 먼 지지부(22)에 조절 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속판(1, 2)이 열간 압연판인 것을 특징으로 하는 열간 압연재의 금속판의 접합 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속판의 길이 방향에 횡측으로부터 취한 전단날(8)의 단면 형상이 다각형 또는 사다리꼴 형상이며, 상기 전단날(8)의 금속판(1, 2)과의 접촉 면적이 연속적으로 변화하고, 상기 전단날(8)이 금속판에 최초로 접하는 부분은 금속판의 길이 방향에 대해 0도인 것을 특징으로 하는 금속판의 접합장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속판의 길이 방향의 횡측으로부터 취한 상기 전단날의 단면 형상이 금속판의 폭 방향으로 다른 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속판(26, 27)의 길이 방향의 상측 또는 하측으로부터 취한 상기 전단날(50)의 단면 형상이 직선 또는 곡선으로 구성되는 파형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속판의 길이 방향으로 상측 또는 하측으로부터 취한 상기 전단날(56)의 형상이 금속판(26, 27)의 전방측을 향해 돌출하는 폭 방향의 양단부를 갖는 V 자형인 것을 특징으로 하는 금속판 접합 장치.
13. 제7항에 있어서, 상기 금속판(26, 27)의 길이 방향으로 상기 하부전단날(25)을 형성하는 상기 지지부(22, 24)들의 사이의 길이는 금속판의 길이 방향으로 상기 전단날(21)의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접합 전에 피접한 금속판의 온도를 조정하는 온도 조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
15. 열간 압연 설비에 있어서,

    금속판을 권취하는 중간 코일러(15)와,

    상기 중간 코일러로부터 나오는 금속판을 평탄화하는 레벨러(16)와,

    상기 제1항 또는 제2항에 따른 접합 장치와,

    접합하는 동안 생산된 크롭을 분단하는 크롭 처리 장치(17)와,

    마무리 압연기(18, 19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연 설비.
16. 금속판을 그 단부에서 서로 접합하는 방법으로서,

    중합 부분을 제공하기 위해 적어도 두 장의 금속판(1, 2)을 중합시키는 단계와,

    금속판의 중합 부분을 지지부(9)에 의해 길이 방향으로 구속하는 단계와,

    금속판의 두께 방향으로 서로에 대해 적어도 하나의 전단날(8) 또는 지지부를 상대 이동시킴으로써 금속판의 중합 부분에 전단력을 가하는 단계와,

    금속판의 전단된 단부를 서로에 대해 가압하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,

    지지부(9)들의 하나가 전단날(8)의 전단 에지와 중합하는 위치에서 금속판(1, 2)들의 중합부를 지지하는 단계와,

    한 금속판(2)의 소성 변형 단부가 다른 금속판(1)의 소성 변형 단부로 밀어 내어지도록 금속판(1, 2)들의 적어도 하나(2)에서 전단날의 연속적으로 증가하는 부분을 가압함으로써 중합 부분의 일부에서 금속판(1, 2)을 소성 변형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 방법.
17. 제16항에 있어서, 금속판이 중합되기 전에 금속판의 표면상의 산화 스케일이 제거되는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 방법.
18. 제16항에 있어서, 금속판(1, 2)이 열간 압연판 또는 연속 주조 바아인 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 방법.
19. 금속판을 그 단부에서 서로 접합하는 방법으로서,

    중합 부분을 제공하기 위해 적어도 두 장의 금속판(1, 2)을 중합시키는 단계와,

    금속판의 두께 방향으로 서로에 대해 절단날(8)을 이동시킴으로써 금속판의 중합 부분에 전단력을 가하는 단계와,

    금속판의 전단된 단부를 서로에 대해 가압하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,

    한 금속판(2)의 소성 변형 단부가 다른 금속판(1)의 소성 변형 단부로 밀어 내어지도록 금속판(1, 2)들 중 적어도 하나(2)에서 전단날의 연속적으로 증가하는 부분을 가압함으로써 중합 부분의 일부에서 금속판(1, 2)을 소성 변형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 방법.
20. 중합된 복수의 금속판을 접합하는 접합 장치에 있어서,

    중합된 복수의 상기 금속판의 일측에 배치된 상측 전단날과,

    중합된 복수의 상기 금속판의 타측에 배치된 하측 전단날을 포함하고,

    상기 상측 전단날과 하측 전단날의 위치 관계는 양자의 연장선의 일부가 중첩하는 관계에 있고, 상기 상측 전단날과 하측 전단날 중의 적어도 하나가 가동되고, 상기 상측 전단날과 하측 전단날 중의 적어도 하나에 복수의 상기 금속판의 두께 방향으로 향하여 전단력이 가해지는 것을 특징으로 하는 금속판의 접합 장치.
21. 제15항에 있어서, 상기 접합 장치의 접합은 전공을 포함하는 비산화성 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 열간 압연 설비.