KR101297859B1

KR101297859B1 - 금속판의 접합 방법 및 접합 장치

Info

Publication number: KR101297859B1
Application number: KR1020117000424A
Authority: KR
Inventors: 신이찌 가가; 노리아끼 도미나가; 다께히꼬 사이또오; 미쯔루 오노세; 야스쯔구 요시무라; 히로또시 다가따; 유우지로오 와따나베; 사또루 제니따니; 이꾸오 와까모또
Original assignee: 미쯔비시 히다찌 세이떼쯔 기까이 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2013-08-19
Also published as: BRPI0822934B1; WO2010004657A1; JP4500884B2; EP2329909A1; EP2329909B1; BRPI0822934A2; CN102089116B; CN102089116A; KR20110027764A; EP2329909A4; US20110163074A1; JPWO2010004657A1; US9931718B2

Abstract

상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를, 그들의 축심(15, 16)이 접합부(J)의 용접선에 직교하는 직선에 대해 수평면 내에서 서로 반대 방향으로 경사지도록 배치하여, 가압 롤러(3, 4)를 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 구동하면서 압연한다. 이에 의해 접합부의 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시켜, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다. 또한, 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)의 경사 방향은 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하는 방향으로 한다. 이에 의해, 단차부가 금속판(5, 6)의 모재에 끼워 넣어지는 것을 방지할 수 있어, 응력 집중 계수를 저감시키는 동시에, 접합부 단차(S)를 평활화하는 것이 가능해지므로, 접합부의 품질이 향상된다.

Description

금속판의 접합 방법 및 접합 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR BONDING METAL PLATES}

본 발명은 2매의 금속판의 접합부의 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있는 금속판의 접합 방법 및 장치에 관한 것이다.

매쉬 심 용접기는 2매의 금속판의 단부를 포개고, 그 포갠 부분을 한 쌍의 전극륜으로 가압하여, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하는 동시에, 고온 상태로 가열되어 연화된 접합부를 전극륜으로 압연함으로써, 접합부 두께를 저감시키는 용접 방식이다. 그러나, 이 용접 방식에서는 접합부를 모재 두께 상당까지 압연할 수는 없어, 접합부 두께는 모재(금속판)의 두께의 120 내지 160％ 정도로 증가하여, 접합부와 모재 사이에는 단차가 생성되는 문제가 있다.

상기 접합부 두께를 저감시키는 방법으로서, 상하 한 쌍의 전극륜에 인접하여 그 편측에 상하 한 쌍의 가압 롤러를 설치하고, 매쉬 심 용접 전에 그들 전극륜 및 가압 롤러를 지지하는 차대를 가압 롤러가 선도하는 방향으로 이동하여 금속판의 중첩부를 가압 롤러로 압연하고, 압연 완료 후, 포갠 금속판을 미소량 이격시켜, 접합부 두께를 감소시킨 후에, 상기 차대를 반대 방향으로 이동하여 당해 중첩부를 한 쌍의 전극륜으로 가압하여, 용접 전류를 흘리면서, 연속적으로 매쉬 심 용접하고, 또한 당해 접합부를 가압 롤러로 압연함으로써, 접합부 두께를 감소시키는 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 1 및 2).

또한, 매쉬 심 용접의 접합부 두께를 저감시키고, 또한 택트 타임을 저감시키는 목적으로, 상하 한 쌍의 전극륜에 인접하여 그 양측에 상하 한 쌍의 제1 및 제2 가압 롤러를 설치하고, 그들 전극륜 및 가압 롤러를 지지하는 차대를 제1 가압 롤러가 선도하는 일 방향으로 이동하여 금속판의 중첩부를 한 쌍의 제1 가압 롤러로 압연 후, 상기 가압 롤러에 후행하는 한 쌍의 전극륜으로 상기 압연부를 가압하여, 용접 전류를 흘리면서, 연속적으로 매쉬 심 용접을 행하고, 또한 상기 전극륜에 후행하는 제2 가압 롤러로 상기 접합부를 압연함으로써, 접합부 두께를 감소시키는 방법 및 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 1 및 2).

특허 문헌 1 : 일본 특허 공고 평2-15314호 명세서 특허 문헌 2 : 일본 특허 공고 평2-16191호 명세서

매쉬 심 용접기는 2매의 금속판의 단부를 포개고, 그 포갠 부분을 한 쌍의 전극륜으로 가압하여, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하는 동시에, 고온 상태로 가열되어 연화된 접합부를 전극륜으로 압연함으로써, 접합부 두께를 저감시키는 용접 방식이므로, 접합 재료의 두께를 감소시키는 소성 가공 일의 대부분을 전극륜에 의한 압연이 담당한다. 두께 감소되는 접합부의 소성 유동은 전극륜의 압연 방향이 주체로 되지만, 접합부는 인접하는 금속판의 모재와 연속체의 관계에 있고, 압연 방향으로의 소성 유동은 모재의 구속을 받는다. 이 결과, 접합부를 모재 두께까지 압연할 수는 없어, 매쉬 심 용접 방식의 접합부 두께는 모재(금속판)의 두께의 120 내지 160％ 정도로 증가하여, 접합부와 모재의 두께가 다른 것에 의해, 높은 응력 집중 계수를 갖는 단차가 접합부에 생성된다. 이 접합부에 응력이 작용하는 경우에는, 현저하게 강도가 저하되는 문제가 있어, 이 제약에 의해 매쉬 심 용접의 적용 범위가 한정되는 과제가 있었다. 또한, 급준한 단차에 의한 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 발생 혹은 생산성 및 수율 저하의 문제가 있었다.

예를 들어, 매쉬 심 용접기의 접합부는 모재의 120 내지 160％ 정도로 스텝 형상으로 두께 증가하므로, 매쉬 심 용접기를 그대로 합계 압하율이 큰 냉간 압연 설비에 적용한 경우에는, 접합부의 단차부가 모재에 균열 형상으로 끼워 넣어지는 결과, 스트립이라고 칭해지는 금속판의 상기 접합부에서 유효 단면적이 저하됨으로써, 냉간 압연 시에 부여되는 장력에 대한 단위 장력이 증가하는 동시에, 균열 형상으로 끼워 넣어진 단차의 선단부가 특이 응력장으로 됨으로써, 비약적으로 파단 확률이 높아진다. 이에 의해, 저렴하고 소형인 매쉬 심 용접기는 합계 압하율이 큰 냉간 압연 설비로의 적용은 할 수 없어, 고가이고 대형인 플래시 버트 용접기 혹은 레이저 빔 용접기를 적용할 수밖에 없는 과제가 있었다.

또한, 테일러드 블랭크에서는 다른 두께 및 재료 강도를 갖는 강판을 저렴하게 접합할 수 있는 매쉬 심 용접기가 적용되어 있지만, 두께 증가한 접합부의 성형성에 문제가 발생하는 부위 및 접합부 단차에 기인하는 응력 집중의 문제가 발생하는 부위로의 접합에는 적용할 수 없어, 고가의 레이저 빔 용접기를 적용할 수밖에 없었다.

또한, 제철 업계에 있어서의 연속 어닐링 라인, 아연 도금 강판 제조 설비 등의 생산 라인에는, 수율 및 생산성을 향상시키는 목적으로, 생산 프로세스를 연속화하기 위한 접합 장치로서, 저렴한 매쉬 심 용접기가 적용되어 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 매쉬 심 용접에서는 접합부 두께가 두꺼워져, 급준한 단차가 형성되므로, 접합부가 스킨 패스 압연기를 통과할 때에는, 작업 롤로의 손상 방지 및 접합부 단차의 작업 롤로의 마크 전사를 방지하는 목적으로, 스킨 패스 압연기 전후의 라인 속도를 저하시켜, 압연기의 작업 롤을 개방 내지는 압연 하중을 저하시켜, 작업 롤로의 손상을 방지하는 등의 운전 방법을 채용하여, 생산성 및 수율이 저하되는 과제가 있었다.

특허 문헌 1 및 2에 기재된 종래의 방법 중, 압연 완료 후, 포갠 금속판을 미소량 이격시켜, 접합부 두께를 감소시킨 후에 연속적으로 매쉬 심 용접하고, 또한 당해 접합부를 가압 롤러로 압연하는 전자의 방법에서는, 모재의 110％ 정도의 두께까지 접합부 두께를 감소시킬 수 있다. 그러나, 금속판의 단부를 이격시키는 거리가 지나치게 컸던 경우에는, 접합부 근방에, 용접 전의 가압 롤러의 압연에 의한 오목부가 남고, 이격량이 부족한 경우에는, 접합부의 두께 증가량이 증대된다. 이로 인해, 이격 설정량의 최적 범위가 핀 포인트에밖에 존재하지 않아, 로버스트성이 떨어져, 높은 품질의 접합 강도를 안정적으로 확보하는 것이 곤란했다.

특허 문헌 1 및 2에 기재된 종래의 방법 중, 전극륜의 양측에 가압 롤러를 설치하여, 차대의 일방향의 이동으로 용접 전의 압연, 용접, 용접 후의 압연을 연속적으로 행하는 방법에서는, 접합부의 두께를 충분히 저감시킬 수 없는 등의 과제가 있다. 즉, 금속판은 매쉬 심 용접 시의 중첩량이 어긋나지 않도록 클램프 장치로 파지되어, 그 클램프 장치에 의해 용접선 직각 방향으로 구속되어 있으므로, 용접 후의 가압 롤러에 의한 압연 가공에 있어서는, 용접선 직각 방향의 소성 유동량은 한정되어, 상기 롤러 진행 방향으로 금속을 소성 유동시키는 것이 주체로 된다. 상술한 매쉬 심의 전극륜의 압연과 마찬가지로 하여, 가압 롤러에 의한 압연부의 소성 유동은 모재의 구속을 받아, 신장이 현저하게 제한되므로, 모재 두께까지 두께를 감소시킬 수 없었다. 또한, 가압 롤러에 의한 압연 가공에 있어서는, 압연에 의해 감소한 접합부 두께의 체적은, 접합부의 길이 방향으로 소성 유동되어, 접합부 길이가 길어짐으로써 흡수된다. 따라서, 가압 롤러에 의해 신장된 접합부와 모재 사이에서 신장차가 발생하여, 접합부가 만곡 혹은 파형으로 변형되는 문제가 있었다.

이들에 의해, 매쉬 심 용접 방식에서는, 접합부의 두께 증가를 억제하여, 접합부와 모재 사이에 단차를 생성시키지 않고 접합하는 것은 종래에는 곤란하여, 안정적으로 접합부의 두께 증가량 및 단차 구배를 저감시키고, 또한 높은 접합 강도를 갖는 매쉬 심 용접 방법이 요망되어 왔다.

플래시 버트 용접 혹은 레이저 빔 용접 혹은 마찰 교반 접합으로 두께가 다른 금속판을 접합하는 경우에도, 접합부에 단차가 발생하여 동일한 문제가 있다.

본 발명의 목적은 2매의 금속판의 접합부의 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시켜, 높은 접합 강도를 확보할 수 있는 금속판의 접합 방법 및 접합 장치를 제공하는 것이다.

<제1 발명>

상술한 과제를 해결하는 제1 발명은, 2매의 금속판을 접합한 후, 상하 한 쌍의 가압 롤러를 상기 금속판의 접합부의 접합선과 동일한 방향으로 진행시켜. 상기 금속판의 접합부를 상기 상하 한 쌍의 가압 롤러로 압연하는 금속판의 접합 방법에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 상기 접합부의 접합선에 직교하는 직선에 대해 수평면 내에서 경사지게 하여, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 적극적으로 구동하면서 상기 접합부의 단차를 상기 가압 롤러의 진행 방향으로 압연하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 상하 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 경사지게 하여, 한 쌍의 가압 롤러를 적극적으로 구동하면서 압연함으로써, 매쉬 심 용접의 경우에는, 접합부의 접합선에 직교하는 방향에 전단력이 작용하여, 그 전단력에 의한 전단 변형에 의해 접합부의 두께 증가량을 줄이고, 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있다. 레이저 빔 용접 혹은 플래시 버트 용접 혹은 마찰 교반 접합으로 두께가 다른 금속판을 접합하는 경우도 마찬가지로, 상기 전단 변형에 의해 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있다. 또한, 어떤 경우도, 접합부의 단차를 평활화 내지는 단차 구배를 저감시키므로, 접합부의 응력 집중 계수가 저감되어, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

<제2 발명>

상술한 과제를 해결하는 제2 발명은, 제1 발명에 관한 금속판의 접합 방법에 있어서, 한 쌍의 가압 롤러의 진행 방향 부분이 수평면 내에서, 상기 가압 롤러가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 상기 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 상기 접합선에 직교하는 직선에 대해, 각각 경사지게 하여, 상기 접합부의 단차를 상기 진행 방향으로 압연하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 단차부가 금속판의 모재에 끼워 넣어지는 것을 방지할 수 있고, 단차부가 모재에 끼워 넣어진 경우에 생성되는 균열 형상 결함(미용착 결함)을 방지할 수 있어, 접합부의 품질이 향상된다.

<제3 발명>

상술한 과제를 해결하는 제3 발명은, 제1 또는 제2 발명에 관한 금속판의 접합 방법에 있어서, 상기 접합부의 단차량에 따라서, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 경사지게 하는 각도를 각각 설정하여, 상기 진행 방향으로 압연하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 접합하는 금속판의 두께에 따라서 적절한 전단 변형을 부여할 수 있어, 접합부의 단차 구배를 최소화할 수 있다. 또한, 두께가 다른 재료를 접합하여, 생성되는 단차량이 접합부의 표리면에서 다른 경우라도, 접합부의 단차량에 따라서 한 쌍의 가압 롤러를 경사지게 하는 각도를 각각 설정하여 압연함으로써, 전단 변형량을 조정하여, 접합부의 단차 구배를 최소화할 수 있다.

<제4 발명>

상술한 과제를 해결하는 제4 발명은, 제1 내지 제3 발명 중 어느 하나에 관한 금속판의 접합 방법에 있어서, 상기 2매의 금속판의 용접에 의해 발생한 접합부의 잔열을 이용하여 상기 접합부의 온도를 300℃ 이상으로 하고, 상기 가압 롤러에 의해, 상기 진행 방향으로 압연하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 접합부의 변형 저항치를 저감시켜, 생성되는 스러스트력을 저감시킬 수 있어, 설비를 소형화할 수 있다. 또한, 스러스트력을 저감시킨 것에 의해, 가압 롤러의 베어링 수명을 연장시키는 동시에 가압 롤러의 마모를 억제하여, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

<제5 발명>

상술한 과제를 해결하는 제5 발명은, 제1 내지 제4 발명 중 어느 하나에 관한 금속판의 접합 방법에 있어서, 상기 접합부의 압연 개시 전과 압연 종료 후의 적어도 한쪽의 공정에서는, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 접촉시키는 제1 설정과, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 접촉시키지 않거나, 상기 압연 시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정의 어느 하나의 설정으로 하고, 상기 제1 설정에서는 상기 한 쌍의 가압 롤러를 비구동으로 하고, 상기 제2 설정에서는 상기 한 쌍의 가압 롤러를 구동하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 상하 가압 롤러로 과대한 스러스트력이 작용하는 것을 방지할 수 있어, 상하 가압 롤러용 베어링의 수명이 연장되고, 또한 상하 가압 롤러의 마모가 억제되어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

<제6 발명>

상술한 과제를 해결하는 제6 발명은, 제1 내지 제5 중 어느 하나에 관한 금속판의 접합 방법에 있어서, 상기 2매의 금속판의 접합을 매쉬 심 용접, 레이저 빔 용접, 플래시 버트 용접, 마찰 교반 접합의 어느 하나로 행하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 접합부의 잔열을 이용하여 가압 롤러로 압연할 수 있어, 고효율로 고강도 및 고품질의 접합부를 제공할 수 있다.

<제7 발명>

상술한 과제를 해결하는 제7 발명은, 2매의 금속판을 접합하는 가열 접합 수단과, 상기 금속판의 접합부의 접합선과 동일한 방향으로 진행하여, 상기 금속판의 접합부를 압연하는 상하 한 쌍의 가압 롤러를 구비한 금속판의 접합 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러는 각각의 축심이 상기 접합부의 접합선에 직교하는 직선에 대해 수평면 내에서 경사지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 제1 발명에 관한 금속판의 접합 방법에 있어서, 금속판의 접합부의 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시켜, 고강도 및 고품질의 접합부를 제공하는 제조 설비를 제공할 수 있다.

<제8 발명>

상술한 과제를 해결하는 제8 발명은, 제7 발명에 관한 금속판의 접합 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 상기 접합선에 직교하는 직선에 대해, 각각 독립하여 수평면 내에서 경사지게 하는 기구를 갖는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 단차량에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 금속판의 판 두께의 두께가 다른 범위가 넓은 접합 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 용접 후의 접합부를 상하 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 접합선에 직교하는 직선에 대해 수평면 내에서 경사지게 하여, 한 쌍의 가압 롤러를 적극적으로 구동하면서 접합부의 단차를 압연하므로, 접합선 직각 방향으로 전단 변형에 의해 접합부의 두께 증가량을 줄이고, 또한 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시켜, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 금속판의 접합부의 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킴으로써, 접합부의 응력 집중 계수를 저감시켜, 높은 접합 강도를 확보할 수 있으므로, 하기와 같이 매쉬 심 용접의 적용 범위 확대, 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 방지 혹은 생산성 및 수율 향상 등의 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에서는 매쉬 심 용접의 접합부 단차를 평활화할 수 있으므로, 제철용 냉간 압연 프로세스에 있어서는, 다음 공정에 있어서의 냉간 압연 시의 작업 롤로의 손상 방지 및 내장력(耐張力) 성능이 향상되므로, 종래에 적용되지 않았던 냉간 압연 프로세스로의 매쉬 심 용접이 적용 가능해진다.

또한, 테일러드 블랭크에 있어서도, 그 접합부 단차의 응력 집중에 의해, 피로 강도가 필요한 부위로의 매쉬 심 용접의 적용이 회피되어 왔지만, 단차의 평활화에 의해 응력 집중이 완화되고, 프레스 성형성도 향상됨으로써, 고가의 레이저 빔 용접기로부터 저렴한 매쉬 심 용접기로의 변경이 가능해진다.

또한, 연속 어닐링 라인, 아연 도금 강판 제조 설비 등의 생산 라인에서는, 스킨 패스 압연기의 작업 롤과 접합부의 접촉 각도(응력 집중 계수)를 저감시킬 수 있고, 이 결과 작업 롤과 재료 사이의 접촉 면압을 저감시켜, 라인 속도를 저하시키지 않고 작업 롤로의 손상 및 접합부 마크 전사를 방지할 수 있어, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 레이저 빔 용접 혹은 플래시 버트 용접 혹은 마찰 교반 접합으로 두께가 다른 금속판을 접합하는 경우도 마찬가지로, 상기 전단 변형에 의해 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있으므로, 종래에 적용되지 않았던 냉간 압연 프로세스나 테일러드 블랭크로의 적용 확대, 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 방지 혹은 생산성 및 수율 향상 등의 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따르면, 상하 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 수평면 내에서 반대 방향으로 경사지게 한 경우에는, 가압 롤러에 의한 압연 가공 시에 접합부의 상면측과 하면측에서 전단력이 역방향으로 작용하여, 클램프 장치를 향하는 힘은 상하에서 서로 상쇄되므로, 클램프 장치를 접합부의 바로 근처에 배치하지 않아도, 판 두께가 얇은 금속판을 접합할 때의 클램프 장치와 접합부 사이의 금속판 부분의 좌굴을 방지할 수 있고, 그 결과, 클램프 장치와 접합부 사이에 비교적 넓은 스페이스를 확보할 수 있어, 전극륜 및 가압 롤러 및 그들에 관한 설비 배치의 제약을 완화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태이며, 본 발명을 매쉬 심 용접기에 적용한 경우의 실시 형태에 관한 금속판의 접합 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 2매의 금속판을 전극륜으로 매쉬 심 용접에 의해 접합한 직후의 단차를 갖는 접합부 형상을 도시하는 도면이다.
도 3a는 한 쌍의 가압 롤러의 진행 방향 부분이 수평면 내에서, 가압 롤러가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 용접선에 직교하는 직선에 대해, 각각 경사지게 하여 압연하는 경우의 가압 롤러 압연 초기 상태를 도시하는 도면이다.
도 3b는 도 3a와 같이 압연한 경우의 가압 롤러 압연 종료 상태를 도시하는 도면이다.
도 4a는 도 3a와 비교하여, 가압 롤러를 역방향으로 경사지게 한 경우, 즉 한 쌍의 가압 롤러의 진행 방향 부분이 수평면 내에서, 가압 롤러가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판이 존재하는 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 용접선에 직교하는 직선에 대해, 각각 경사지게 하여 압연하는 경우의 가압 롤러 압연 초기 상태를 도시하는 도면이다.
도 4b는 도 4a와 같이 압연한 경우의 가압 롤러 압연 종료 상태를 도시하는 도면이다.
도 5는 가압 롤러의 축심을 경사지게 하여 접합부를 압연하는 경우의 접촉호 길이 내에서의 메탈플로우를 도시하는 도면으로, 일례로서, 상부 가압 롤러의 경우를 도시하는 도면이다.
도 6은 금속판이 보통강인 경우의 재료 온도와 변형 저항의 상관을 도시한다.
도 7은 매쉬 심 용접 개시 전의 상하 전극륜을 압박하고 있는 상태와 상하 가압 롤의 축심을 경사지게 하여 상하 가압 롤러를 압박하고 있는 상태를 도시하는, 도 1과 동일한 도면이다.
도 8은 상하 가압 롤러의 축심을 경사지게 한 상태에서 상하 가압 롤러를 압박 및 구동했을 때의 상하 가압 롤러의 속도 벡터 및 상대 미끄럼 속도를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 1에 도시한 금속판의 접합 장치의 제어계의 개략을 도시하는 도면이다.
도 10은 가압 롤러의 축심의 경사 각도를 임의의 각도로 변경 가능하게 하는 가압 롤러 경사 기구를 도시하는 도면이다.
도 11은 접합부에 단차가 있는 상태의 응력 집중 개소를 도시한다.
도 12a는 종래의 매쉬 심 용접부와 압연기용 작업 롤의 관계를 도시하는 도면이다.
도 12b는 가압 롤러의 축심을 경사지게 하여 압연하여, 접합부의 단차를 평활화한 경우의 매쉬 심 용접부와 압연기용 작업 롤의 관계를 도시하는 도면이다.
도 13은 용접기가 레이저 빔 용접기인 경우에 본 발명을 적용한 실시 형태에 있어서의 금속판의 접합 장치의 개략도이다.
도 14는 두께가 다른 2매의 금속판을 레이저 빔 용접 혹은 플래시 버트 용접했을 때, 그 후에 생성되는 접합부(J)의 단차(S)가 점 대상으로 되어 있지 않은 상태를 도시한다.
도 15는 도 14의 상태에 있어서, 단차가 모재에 끼워 넣어지지 않도록, 용접 후에 가압 롤러를 동일 방향으로 경사지게 하여 가압한 상태를 도시한다.
도 16a는 레이저 빔 용접부 혹은 플래시 버트 용접부와 압연기용 작업 롤의 관계를 도시하는 도면이다.
도 16b는 가압 롤러의 축심을 경사지게 하여 압연하여, 접합부의 단차 구배를 저감시킨 경우의 레이저 빔 용접부 혹은 플래시 버트 용접부와 압연기용 작업 롤의 관계를 도시하는 도면이다.

다음에, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서의 금속판은 제철 라인에 있어서의 냉간 압연 강판을 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 금속판의 접합 장치의 개략도이다. 이 실시 형태는 본 발명을 매쉬 심 용접기에 적용한 경우의 것이다.

도 1에 있어서, 본 실시 형태에 관한 금속판의 접합 장치는, 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2), 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4), 입구측 및 출구측 클램프 장치(7, 8), 캐리지 프레임(9), 전극륜 압박 장치(10) 및 가압 롤러 압박 장치(11)를 구비하고 있다. 전극륜 압박 장치(10) 및 가압 롤러 압박 장치(11)는, 예를 들어 유압 실린더이다. 상부 전극륜(1)과 상부 가압 롤러(3)는 각각 전극륜 압박 장치(10) 및 가압 롤러 압박 장치(11)를 통해 캐리지 프레임(9)의 상부 수평 프레임(9a)에 지지되고, 하부 전극륜(2)과 하부 가압 롤러(4)는 각각 설치 블록(51, 52)을 통해 캐리지 프레임(9)의 하부 수평 프레임(9b)에 지지되어 있다. 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)는 캐리지 프레임(9) 내에서 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)에 인접하여 배치되어 있다.

캐리지 프레임(9)은 저부에 지지 롤러(54)를 구비하고, 지지 롤러(54)를 통해 대판(55) 상을 접합하는 2매의 금속판(5, 6)에 직교하는 방향(용접 방향)으로 이동 가능하다. 입구측 및 출구측 클램프 장치(7, 8)는 각각 상하 한 쌍의 클램프 부재(7a, 7b;8a, 8b)와, 상하의 압박 실린더 장치(7c, 7d;8c, 8d)와, 지지 프레임(7e;8e)을 갖고, 클램프 부재(7a, 7b;8a, 8b)는 지지 프레임(7e;8e) 내에서 상하의 압박 실린더 장치(7c, 7d;8c, 8d)를 통해 지지되고, 지지 프레임(7e;8e)은 대판(55) 상에 지지되어 있다.

금속판의 접합 장치는, 또한 상하 한 쌍의 전극륜 회전 구동용 전동 모터(61, 62)와, 상하 한 쌍의 가압 롤러 회전 구동용 전동 모터(63, 64)를 구비하고 있다. 상하 한 쌍의 전극륜 회전 구동용 전동 모터(61, 62)는 각각 전극륜 압박 장치(10) 및 설치 블록(51)의 측면에 설치되고, 예를 들어 체인 및 스프로킷 기구(67)에 의해 전극륜(1, 2)의 회전축에 연결되어, 전동 모터(61, 62)의 회전 동력이 전극륜(1, 2)으로 전달된다. 상하 한 쌍의 가압 롤러 회전 구동용 전동 모터(63, 64)도, 마찬가지로, 각각 가압 롤러 압박 장치(11) 및 설치 블록(52)의 측면에 설치되고, 예를 들어 체인 및 스프로킷 기구(68)에 의해 가압 롤러(3, 4)의 회전축에 연결되어, 전동 모터(63, 64)의 회전 이동력이 가압 롤러(3, 4)로 전달된다.

도 2는 판 두께가 동등한 2매의 금속판(5, 6)을 전극륜(1, 2)으로 매쉬 심 용접에 의해 접합한 직후의 단차를 갖는 접합부 형상을 도시하는 도면이다. 도 3a 및 도 3b 또는 도 4a 및 도 4b는 매쉬 심 용접 후의 접합부를 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)로 압연하고 있는 상태를 도시하는 도면이다.

본 실시 형태에 있어서, 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)는, 도 3a 및 도 3b 또는 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 그들의 축심(15, 16)이 2매의 금속판(5, 6)의 접합부(매쉬 심 용접부)(J)(도 2의 사선 부분)의 용접선 혹은 접합선(X)(도 5 참조)에 직교하는 직선(Y)(도 5 참조)에 대해 수평면 내에서 서로 반대 방향으로 경사지도록 설치되어, 가압 롤러(3, 4)를 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 구동하면서 접합부(J)의 단차(S)를 압연하는 구성으로 되어 있다. 가압 롤러 압박 장치(11)에는 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)의 경사 각도를 조정하기 위한 경사 기구(27)(도 10)가 설치되어 있다.

금속판(5, 6)의 접합 시에는, 우선, 금속판(5, 6)의 단부를 포개고, 그 상태에서 입구측 및 출구측 클램프 장치(7, 8)의 클램프 부재(7a, 7b;8a, 8b)로 금속판(5, 6)을 파지하여 위치를 고정한다. 계속해서, 대판(55) 상에 설치한 실린더 장치(57) 등의 구동 장치에 의해 캐리지 프레임(9)을 용접 방향으로 이동시킴으로써, 캐리지 프레임(9)에 지지된 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)과 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 금속판(5, 6)에 대해 상대적으로 이동시켜, 접합과 가압을 연속해서 실시한다. 이때, 금속판(5, 6)의 중첩 부분을 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)으로 끼우고, 전극륜 압박 장치(10)에 의해 전극륜(1, 2)을 금속판(5, 6)의 중첩 부분에 압박하여, 전동 모터(61, 62)로 전극륜(1, 2)을 적극적으로 회전 구동하면서, 전극륜(1, 2)에 용접 전류를 흘려 저항 발열시켜, 용접(매쉬 심 용접)한다. 또한, 전극륜(1, 2)에 의해 중첩 부분을 용접한 직후, 그 접합부(용접부)(J)를 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)로 끼우고, 가압 롤러 압박 장치(11)에 의해 가압 롤러(3, 4)를 접합부에 압박하여, 전동 모터(63, 64)로 가압 롤러(3, 4)를 적극적으로 회전 구동하면서, 금속판(5, 6)의 접합부를 가압하여 압연한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상하 전극륜(1, 2)에 의해 매쉬 심 용접한 경우의 접합부(J)의 두께는 금속판(5, 6)의 모재의 판 두께의 120 내지 160％ 정도로 증가하여, 접합부(J)와 모재[금속판(5, 6)] 사이에 단차(S)가 생성된다. 종래 기술인 매쉬 심 용접 후의 접합부를 서로 평행한 2축심 둘레로 회전 가능한 상하 가압 롤러로 압연하는 방법에서는, 용접선 직각 방향의 소성 유동량은 한정되고, 또한 상기 롤러 진행 방향의 소성 유동은 인접하는 모재의 구속을 받으므로, 모재 두께까지, 전극륜(1, 2)으로 접합부 두께를 저감시킬 수 없었다.

본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를, 그들의 축심(15, 16)이 접합부(J)의 용접선(접합선)(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 서로 반대 방향으로 경사지도록 배치하여, 가압 롤러(3, 4)를 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 구동하면서 접합부(J)의 단차(S)를 압연한다. 이에 의해, 압연 방향[전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향]뿐만 아니라, 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)의 방향, 즉 용접선 직각 방향의 전단력(14)이 접합부(J)에 작용하여, 이 전단력(14)에 의한 전단 변형에 의해 용접선 직각 방향의 소성 유동이 촉진되어, 접합부(J)의 두께 증가량을 줄이고, 단차(S)를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있다. 또한, 접합부(J)의 단차(S)를 평활화 내지는 단차 구배를 저감시키므로, 접합부의 응력 집중 계수가 저감되어, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 종래의 축심을 경사지게 하지 않는 가압 롤러에 의한 접합부의 압연 가공에 있어서는, 용접선 직각 방향의 소성 유동은 클램프 장치에 의해 제한되고, 그때에 접합부로부터 클램프 장치의 파지부를 향하는 힘이 발생하므로, 판 두께가 얇은 금속판을 접합할 때에는, 접합부와 파지부의 금속 재료 부분에 좌굴이 발생할 가능성이 있다. 이 좌굴을 방지하기 위해서는, 클램프 장치를 접합부의 바로 근처에 배치하면 좋지만, 그 경우에는 클램프 장치와 접합부 사이의 스페이스가 좁아져, 전극륜 및 가압 롤러 및 그것에 부대하는 설비의 배치에 제약이 발생하여, 설비 배치의 자유도가 손상된다고 하는 문제가 발생한다.

본 실시 형태에서는, 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 수평면 내에서 반대 방향으로 경사지도록 하고 있으므로, 가압 롤러(3, 4)에 의한 압연 가공 시에 접합부(J)의 상면측과 하면측에서 전단력(14)이 역방향으로 작용하여, 클램프 장치(7, 8)를 향하는 힘은 상하에서 서로 상쇄하게 된다. 이에 의해, 클램프 장치(7, 8)를 접합부(J)의 바로 근처에 배치하지 않아도, 판 두께가 얇은 금속판을 접합할 때의 금속판의 좌굴을 방지할 수 있고, 그 결과, 클램프 장치(7, 8)와 접합부(J) 사이에 비교적 넓은 스페이스를 확보할 수 있어, 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4) 및 그들에 관한 설비[예를 들어, 전동 모터(61 내지 64), 체인 및 스프로킷 기구(67, 68), 후술하는 경사 장치(27) 등]의 배치에 대한 제약을 완화할 수 있다.

상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사지게 함으로써, 용접선 직각 방향의 소성 유동(메탈 플로우)이 촉진되는 작용의 상세를 도 5를 사용하여 설명한다.

도 5는 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사지게 하여 접합부(J)를 압연하는 경우의 접촉호 길이 내에서의 메탈 플로우를 도시하는 도면으로, 일례로서, 상부 가압 롤러(3)의 경우를 도시하고 있다.

도면 중, 부호 A는 가압 롤러(3)의 진행 방향(압연 방향)을 나타내는 화살표이고, X는 진행 방향(A) 상에 있는 접합부(J)의 용접선(접합선)을 가상적으로 나타내는 직선이고, Y는 용접선(X)에 직교하는 직선이다. 또한, 부호 45는 가압 롤러(3)의 축심 직각 방향의 폭 방향 중앙부를 지나는 직선이고, 부호 α는 가압 롤러(3)의 경사 각도[용접선(X)과 상부 가압 롤러(3)의 축심 직각 방향의 직선(45)이 이루는 각도]이다. 또한, 부호 46은 가압 롤러(3)가 접합부(J)에 접촉하는 접촉호 길이 부분이고, 부호 R은 접촉호 길이 부분(46)에 있어서의 가압 롤러(3)의 속도 벡터이고, 부호 R1은 속도 벡터(R)의 용접선(X)의 방향의 성분이고, 부호 R2는 속도 벡터(R)의 용접선(X)에 직각 방향의 성분이다.

도 5에 도시한 바와 같이 가압 롤러(3)의 축심(15)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사지게 하여 가압 롤러(3)를 접합부(J)에 압박하면서 적극적으로 회전 구동하면, 가압 롤러(3)와 접합부(J) 사이의 압박력 및 마찰 계수에 의해, 접합부(J)와의 접촉호 길이 부분(46)에 용접선(X)에 직각 방향의 속도 벡터 성분(R2)에 대응한 마찰력이 작용하여, 접합부(J)에는 그 마찰력에 대응한 용접선(X)에 직교하는 방향의 전단력(14)(도 3a 내지 도 4b 참조)이 작용하고, 접합부(J)에 속도 벡터 성분(R1)의 방향[용접선(X)에 평행한 방향]의 메탈 플로우 뿐만 아니라 속도 벡터 성분(R2)의 방향[용접선(X)에 직각 방향]의 메탈 플로우, 즉 전단력(14)에 의한 전단 변형에 의한 용접선(X)에 직각 방향의 소성 유동이 발생한다. 이 용접선(X)에 직각 방향의 전단 변형 내지는 소성 유동에 의해 접합부(J)의 단차(S)를 평활화할 수 있다.

상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 경사지게 하는 각도(α)의 방향은 2종류 설정 가능하다.

제1 설정 방법은, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사지게 하는 경우이다. 바꿔 말하면, 금속판(5, 6)의 접합부(J) 중, 접합부(J)의 단차(S)를 기점으로 하여 두께가 두꺼운 측[접합부(J) 중 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉하는 재료 부분]에 위치하는 가압 롤러(3, 4)의 축단부가 접합부(J)의 압연 방향(A)을 향하도록, 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사지게 한다. 이 경우에는, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차(S)로부터 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉한 금속 재료가 관계되는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향으로 상기 속도 벡터 성분(R2)에 대응한 전단력(14)이 작용하여, 동일 방향의 용접선 직각 방향으로 전단 변형을 부여하면서 단차부를 압연하여 평활화한다. 또한, 이때, 접합부(J)로부터 가압 롤러(3, 4)에는 전단력(14)과 반대 방향의 힘이 스러스트력(13)으로서 작용한다. 바꿔 말하면, 접합부(J)에 스러스트력(13)의 반력이 전단력(14)으로서 작용한다.

제2 설정 방법은, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 제1 설정 방법과 비교하여, 가압 롤러(3, 4)를 역방향으로 경사지게 하는 것이다. 즉, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사지게 하는 경우이다. 바꿔 말하면, 금속판(5, 6)의 접합부(매쉬 심 용접부)(J) 중, 접합부(J)의 단차(S)를 기점으로 하여 두께가 얇은 측[접합부(J) 중 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉하지 않는 재료 부분]에 위치하는 가압 롤러(3, 4)의 축단부가 접합부(J)의 압연 방향(A)을 향하도록, 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사지게 한다. 이 경우에는, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차(S)로부터 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉한 금속 재료가 관계되는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향과 반대 방향으로 상기 속도 벡터 성분(R2)에 대응한 전단력(14)이 작용하여, 동일 방향의 용접선 직각 방향으로 전단 변형을 부여하면서 단차부를 압연하여 평활화한다. 이때에도, 접합부(J)로부터 가압 롤러(3, 4)에는 전단력(14)과 반대 방향의 힘이 스러스트력(13)으로서 작용한다.

본 실시 형태에서는 제1 설정 방법을 채용한다. 그 이유는 하기와 같다.

상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 제2 설정 방법에 의해 경사지게 해도 단차(S)는 전단력(14)에 의해 소성 유동을 받아, 평활화할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 도 4b에 도시한 바와 같이 단차(S)의 부분이 모재에 끼워 넣어져, 단차(S)가 균열 형상으로 모재에 매몰되는 새로운 과제가 발생한다. 단순히 접합부(J)의 표면 성상이 평활한 것이 필요하고, 또한 강도를 필요로 하지 않는 부위에 적용하는 경우에는 문제가 없지만, 응력이 작용하는 부위에 적용하는 경우 및 테일러드 블랭크와 같이 프레스 성형되는 소성 가공 용도에서는, 매몰된 단차의 선단부가 특이 응력장으로 되어, 파손의 원인이 된다. 따라서, 적절하게는 가압 롤러(3, 4)를 경사지게 하는 방향은, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사지게 하는 방향이고, 이 경우에는 도 3b에 도시한 바와 같이 단차(S)를 균열 형상으로 모재에 매몰시키지 않고 접합부 단차를 평활화할 수 있어, 접합부의 품질이 향상된다.

가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)의 경사 각도(α)는 단차(S)의 크기(단차량)에 따라서 설정한다. 정성적으로는, 단차량이 작은 경우에는 경사 각도(α)를 작게 설정하고, 단차량이 커질수록 경사 각도(α)를 크게 설정한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상부 가압 롤러(3)의 축심(15)의 경사에 의한 전단 변형은 상부 가압 롤러(3)와 재료 사이의 접촉호 길이 부분(46) 내에서, 경사 각도(α)에 의해 지배되므로, 평활화해야 할 단차량에 따라서 설정하는 경사 각도(α)를 적절하게 조정한다. 금속판(5, 6)의 두께가 다른 재료를 접합한 경우에는, 매쉬 심 용접부(J)의 단차량은 표리면에서 다르지만, 상술한 바와 같이 단차량에 걸맞는 가압 롤러(3)의 경사 각도(α)로 설정함으로써, 단차를 평활화할 수 있다. 도면을 사용하여 설명하지는 않지만, 경사 각도(α)를 부여한 하부 가압 롤러(4)에 의한 압연 상태도 마찬가지이고, 하부 가압 롤러(4)의 경사 각도(α)를 하측의 단차량에 따라서 설정한다.

상술한 바와 같이, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사지게 하여, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 구동하면서 접합부(J)의 단차(S)를 압연함으로써, 접합부(J)에 용접선 직각 방향의 전단력이 작용하여, 단차(S)가 평활화된다. 이 전단력은 재료의 변형 저항에 의존하므로, 변형 저항이 높을수록, 금속판(5, 6)으로부터 가압 롤러(3, 4)에 작용하는 스러스트력(13)이 증대된다. 이와 같이 스러스트력(13)이 증대된 경우, 가압 롤러(3, 4) 및 그 베어링의 수명 저하나, 스러스트력(13)에 대한 유지력을 설정함으로써 장치 전체가 대형화되는 문제가 있다.

도 6은 금속판이 보통강인 경우의 재료 온도와 변형 저항의 상관을 도시하는 도면이다. 금속판(5, 6)의 변형 저항은 재료 온도에 의존하고, 금속판(5, 6)이 보통강인 경우에는 도 6에 도시하는 온도 특성을 갖는다. 스러스트력(13)을 저하시키기 위해, 접합부(J)의 온도를 적합하게는 300℃ 이상, 더욱 적합하게는 500℃ 이상으로 함으로써, 금속판(5, 6)의 변형 저항치를 저감시켜, 스러스트력(13)의 증대를 억제함으로써, 설비를 소형화할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 캐리지 프레임(9) 내에서 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)에 인접하여 배치하고, 캐리지 프레임(9)을 용접 방향으로 이동시킴으로써 접합과 가압을 연속해서 실시한다. 금속판(5, 6)의 판 두께에도 의하지만, 접합부 근방의 온도는 전극륜 통과 직후에 1000℃ 내지 1400℃ 정도까지 상승하고, 접합부(J)는 그 이상의 온도일 것이라고 추정된다. 접합과 가압을 연속해서 실시함으로써, 용접에 의해 발생한 접합부(J)의 잔열을 이용하여 가압 롤러(3, 4)에 의한 가압시의 접합부(J)의 온도를 용이하게 300℃ 이상 혹은 500℃ 이상으로 할 수 있어, 설비를 소형화할 수 있다.

도 7은 매쉬 심 용접 개시 전의 상하 전극륜을 압박하고 있는 상태와 상하 가압 롤의 축심을 경사지게 하여 상하 가압 롤러를 압박하고 있는 상태를 도시하는, 도 1과 동일한 도면이다.

도 8은 상하 가압 롤러의 축심을 경사지게 한 상태에서 상하 가압 롤러를 압박 및 구동했을 때의 상하 가압 롤러의 속도 벡터 및 상대 미끄럼 속도를 도시하는 도면이다.

종래 접합부 단부로부터 가압 롤러(3, 4)에 의해 가압 작업을 행하는 경우에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 접합 개시 전의 상태에서 가압 롤러(3, 4)끼리를 압박 및 회전시켜, 가압 롤러(3, 4)가 접합부(J)의 단부에 도달한 후, 그대로 상하 가압 롤러(3, 4)에 의해 접합부(J)의 평활화를 개시시킨다. 상하 가압 롤러 축심(15, 16)을 경사지게 하여, 압박 및 구름 이동시킨 경우에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 상하 가압 롤러(3, 4)의 롤러 속도 벡터(24, 25)가 일치하지 않아, 가압 롤러(3, 4)의 축 방향으로 상대 미끄럼 속도(26)가 생성된다. 이 상대 미끄럼 속도(26)는 가압 롤러 사이의 압박력 및 마찰 계수에 의해, 상하 가압 롤러(3, 4)의 축 방향으로 스러스트력이 생성된다. 이들 스러스트력은 가압 롤러 베어링 수명을 저하시키는 동시에, 가압 롤러(3, 4)의 마모를 촉진한다. 이로 인해, 본 발명에서는, 접합부(J)의 압연 개시 전과 압연 종료 후의 적어도 한쪽의 공정, 바람직하게는 양쪽의 공정에서는 상하 가압 롤러(3, 4)끼리를 접촉시키는 제1 설정과, 상하 가압 롤러(3, 4)끼리를 접촉시키지 않거나, 혹은 압연 시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정의 어느 하나의 설정으로 하고, 전자의 제1 설정에서는, 상하 가압 롤러(3, 4)의 전동 모터(63, 64)에 의한 회전은 비구동으로 하고, 후자의 제2 설정에서는, 상하 가압 롤러(3, 4)의 전동 모터(63, 64)에 의한 회전은 구동으로 한다. 그리고, 제1 설정에서는, 상하 가압 롤러(3, 4)가 접합부(J)의 측단부에 도달한 후, 즉시 전동 모터(63, 64)의 구동을 개시하여, 상하 가압 롤러(3, 4)를 적극적으로 회전 구동한다. 또한, 제2 설정에서는 상하 가압 롤러(3, 4)가 접합부(J)의 측단부에 도달한 후, 즉시 가압 롤러 압박 장치(11)의 구동을 가압 압연 시의 설정으로 전환하여, 상하 가압 롤러(3, 4)에 압박력을 부여한다. 이에 의해, 과대한 스러스트력의 생성을 방지할 수 있어, 베어링 수명을 연장시키는 동시에, 상하 가압 롤러의 마모를 억제한다.

도 9는 도 1에 도시한 금속판의 접합 장치의 제어계의 개략을 도시하는 도면이다. 금속판 접합 장치의 제어 장치는 상위 제어 장치(71)와, 캐리지 프레임 구동 제어 장치(72), 매쉬 심 제어 장치(73) 및 가압 롤러 제어 장치(74)를 갖고, 상위 제어 장치(71)는 캐리지 프레임 구동 제어 장치(72), 매쉬 심 제어 장치(73) 및 가압 롤러 제어 장치(74)의 제어를 통괄하고, 캐리지 프레임 구동 제어 장치(72)는 캐리지 프레임(9)의 구동용 실린더 장치(57)의 유압 회로(도시하지 않음)에 작동 지령을 부여하여, 실린더 장치(57)의 구동을 제어하고, 매쉬 심 제어 장치는 전극륜 압박 장치(10)의 유압 회로(도시하지 않음) 및 전동 모터(61, 62)에 작동 지령을 부여하여, 이들의 구동을 제어하고, 가압 롤러 제어 장치는 가압 롤러 압박 장치(11)의 유압 회로(도시하지 않음) 및 전동 모터(63, 64)에 작동 지령을 부여하여, 이들의 구동을 제어한다. 또한, 캐리지 프레임(9)의 상부 수평 프레임(9a)에는 상부 전극륜(1)에 인접하여 레이저 거리계(75)가 설치되어, 매쉬 심 제어 장치(73) 및 가압 롤러 제어 장치(74)는 레이저 거리계(75)의 검출 신호를 입력하고, 그 신호에 기초하여 금속판(5, 6)의 중첩 부분의 단부가 레이저 거리계(75)의 바로 아래에 온 타이밍을 검출한다. 또한, 매쉬 심 제어 장치(73) 및 가압 롤러 제어 장치(74)에는 레이저 거리계(75)와 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4) 사이의 거리와, 캐리지 프레임(9)의 이동 속도가 미리 입력되어 있고, 금속판(5, 6)의 중첩 부분의 단부가 레이저 거리계(75)의 바로 아래에 온 타이밍과 그들의 거리 및 이동 속도에 기초하여 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4)가 금속판(5, 6)의 중첩 부분의 단부를 끼워 넣는 타이밍을 연산하고, 그 타이밍의 전후에서, 상하 가압 롤러(3, 4)의 접촉에 관한 상술한 설정 상태(제1 설정이거나 제2 설정)에 따라서 전극륜 압박 장치(10) 및 전동 모터(61, 62)의 제어 및 가압 롤러 압박 장치(11) 및 전동 모터(63, 64)의 제어를 적절하게 다르게 한다.

가압 롤러(3, 4)의 축심의 경사 각도는 고정이라도 좋지만, 바람직하게는 임의의 각도로 변경 가능하게 한다. 도 10은 그 경우의 가압 롤러의 경사 기구를 도시하는 도면이다. 또한, 도시의 번잡함을 피하기 위해, 가압 롤러를 회전 구동하는 전동 모터 및 체인 및 스프로킷 기구의 도시는 생략하고 있다.

도 10에 있어서, 가압 롤러 압박 장치(11)에는 경사 기구(27)가 설치되어, 경사 기구(27)를 작동시킴으로써 가압 롤러(3)의 축심의 경사 각도는 수평면 내에서 임의의 각도로 설정 가능하다. 경사 기구(27)는 다양한 방식을 취할 수 있지만, 도시의 예에서는, 전동 구동 방식이다. 즉, 경사 기구(27)는 가압 롤러 압박 장치(11)의 상단부에 설치되어, 캐리지 프레임(9)의 상부 수평 프레임(9a)에 회전 가능하게 삽입된 회전축(81)과, 이 회전축(81)을 피니언(82, 83)을 통해 회전 구동하는 전동 모터(84)를 구비하고, 전동 모터(84)는 경사 각도 제어 장치(85)에 의해 제어된다. 도시는 하지 않지만, 경사 기구(27)는 설정 후의 경사각을 유지하기 위한 로크 장치를 구비하고 있다.

또한, 경사 기구(27)는 가압 롤러(3)의 경사 각도를 검지하기 위한 각도 센서(86)를 구비하고, 경사 각도 제어 장치(85)는 접합 개시 전에 상위 제어 장치(71)로부터 평활화해야 할 단차량에 따라서 각도 정보를 입수하여 설정하고, 각도 센서(86)의 신호를 사용하여 가압 롤러(3)의 경사 각도가 설정 각도에 일치하도록 전동 모터(84)를 구동 제어한다. 그 경우, 단차량과 가압 롤러(3, 4)의 경사 각도의 관계는, 사전에 접합하는 재료의 두께로부터 제어 모델을 구축해 두고, 이들 제어 모델로부터 상위 제어 장치(71)에 있어서 데이터 베이스를 구성하여, 상위 제어 장치(71)로부터 설정해야 할 각도를 수시로 부여한다. 이에 의해 단차량에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 접합 재료의 두께가 다른 범위가 넓은 접합 장치를 제공할 수 있다. 각도 센서(86)는 도시한 바와 같이 회전축(81)의 회전 각도를 검출하는 것이라도 좋고, 전동 모터(84)의 회전 각도를 검출하는 인코더라도 좋다.

또한, 단차량은 전극륜(1, 2)에 의한 용접 후에, 예를 들어 전술한 레이저 거리계(75) 등의 검출 수단으로 계측하여, 이 단차량의 계측치로부터 데이터 베이스의 설정 정보에 기초하여 설정해야 할 각도를 부여하여, 리얼 타임으로 경사 각도를 제어해도 좋다.

도 11은 접합부에 단차가 있는 상태의 응력 집중 개소를 도시한다.

제철용 냉간 압연 및 테일러드 블랭크에 있어서의 프레스 성형에서는, 접합 후의 가공 공정에 있어서, 접합부에 높은 응력이 작용한다. 즉, 도 11에 도시한 바와 같이, 금속판(5, 6)의 접합부(J)에 단차(S)가 있으면, 당해 단차 부분이 응력 집중 개소로 된다. 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사지게 하여 압연하고, 접합부(J)의 단차(S)를 평활화시킴으로써, 응력 집중 계수를 저감시킬 수 있어, 접합부의 내강도가 향상되므로, 제철용 냉간 압연 및 프레스 성형에서의 가공 용도에 적용할 수 있다.

도 12a는 매쉬 심 용접부와 압연기용 작업 롤의 관계를 도시하는 도면이고, 도 12b는 가압 롤러의 축심을 경사지게 하여 압연하여, 접합부의 단차를 평활화한 경우의 매쉬 심 용접부와 압연기용 작업 롤의 관계를 도시하는 도면이다.

종래, 예를 들어 스킨 패스 압연 공정에 있어서, 압연의 상공정인 접합 공정에서 접합된 접합부를 스킨 패스 압연기로 압연시킬 때에는, 도 12a에 도시한 바와 같이, 접합부를 그대로 통과시키면 접합부의 급준한 단차(S)가 상부 작업 롤(22)에 부딪쳐 작업 롤(22)을 손상시키거나, 상하 작업 롤(22, 23)에 접합부의 마크 전사를 발생시키므로, 통상 압연부와 비교하여, 압연 하중을 저하시켜 접합부를 통과시키거나, 상하 작업 롤(22, 23)을 개방함으로써, 작업 롤(22)의 손상 및 접합부의 작업 롤(22, 23)로의 마크 전사의 방지를 도모하고 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사지게 하여, 도 12b에 도시한 바와 같이 접합부의 단차를 평활화함으로써, 작업 롤(22, 23)과 접합부의 접촉 각도(응력 집중 계수)를 저감시킬 수 있고, 이 결과 작업 롤(22, 23)과 재료 사이의 접촉 면압을 저감시켜, 라인 속도를 저하시키지 않고 작업 롤(22, 23)로의 손상 및 접합부 마크 전사를 방지할 수 있어, 생산성 및 수율을 향상할 수 있다.

이상의 실시 형태는, 접합기가 매쉬 심 용접기인 경우의 것이지만, 접합기가 레이저 빔 용접기, 플래시 버트 용접기, 혹은 마찰 교반 접합기인 경우도 본 발명은 마찬가지로 적용 가능하다. 도 13은 용접기가 레이저 빔 용접기인 경우에 본 발명을 적용한 실시 형태에 있어서의 금속판의 접합 장치의 개략도이다.

도 13에 있어서, 금속판의 접합 장치는 도 1에 도시한 전극륜(1, 2), 전극륜 압박 장치(10) 및 전동 모터(61, 62)로 이루어지는 매쉬 심 용접기 대신에, 레이저 빔 용접기(28)가 설치되어, 레이저 빔 용접기(28)에 인접하여, 축심을 경사지게 한 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4), 가압 롤러 압박 장치(11) 및 전동 모터(63, 64)를 구비하고 있다. 이 경우에도, 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심을 경사지게 하여, 가압 롤러 압박 장치(11)로 압박하면서 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 회전 구동하면서 압연한다. 이에 의해 용접한 2매의 금속판의 판 두께가 다를 때, 용접 후의 단차부를 평활화하여 단차부의 구배를 완만하게 하여, 접합부의 응력 집중 계수를 저감시키고 또한 높은 접합 강도를 확보할 수 있다. 도시는 하지 않지만 접합기가 플래시 버트 용접기 혹은 마찰 교반 접합기인 경우에도, 동일한 구성으로 된다.

도 14는 두께가 다른 2매의 금속판을 레이저 빔 용접 혹은 플래시 버트 용접했을 때, 그 후에 생성되는 접합부(J)의 단차(S)가 점 대상으로 되어 있지 않은 상태를 도시한다. 도 15는 도 14의 상태에 있어서, 단차가 모재에 끼워 넣어지지 않도록, 용접 후에 가압 롤러를 동일 방향으로 경사지게 하여 가압한 상태를 도시한다.

매쉬 심 용접한 경우의 접합부의 단차는 도 2에 도시한 바와 같이, 접합부(J)의 중심에 대해 점대칭의 형태로 되지만, 레이저 빔 용접 및 플래시 버트 용접으로 두께가 다른 2매의 금속판(5, 6)을 접합한 경우에는, 맞댐 방식의 접합이므로, 도 14에 도시한 바와 같이 접합부(J)(사선부)의 단차(S)는 점 대상으로는 되지 않는다. 따라서, 이들 단차(S)를 평활화하는 경우에는, 상술한 바와 같이, 단차(S)가 모재에 끼워 넣어지지 않도록, 상하 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)은 도 15에 도시한 바와 같이, 서로 동일 방향으로 경사지게 한다. 가압 롤러(3, 4)의 동일 방향의 축심 경사에 의한 전단력의 반력은 접합되어야 할 재료의 클램프 장치(7, 8)에 의해 보유 지지한다. 접합부(J)의 단차 각도는 상하 가압 롤러(3, 4)의 경사에 의한 전단 변형에 의해 완만해지고, 테일러드 블랭크에 있어서의 프레스 성형 및 냉간 압연 시의 장력 및 압연에 의한 응력이 작용했을 때의 응력 집중 계수를 대폭으로 완화시키는 것이 가능해져, 접합 품질이 향상되는 동시에, 두께가 다른 양을 확대시킬 수 있다. 또한, 스킨 패스 압연 공정에서의 작업 롤의 손상이나 냉간 압연 시의 작업 롤의 손상을 방지할 수 있다.

도 16a 및 도 16b는 레이저 빔 용접부 혹은 플래시 버트 용접부의 단차를 평활화함으로써 스킨 패스 압연 공정에서의 작업 롤로의 손상을 방지하는 작용을 도시하는 도 12a 및 도 12b와 동일한 도면이다.

레이저 빔 용접 및 플래시 버트 용접으로 두께가 다른 2매의 금속판(5, 6)을 접합한 경우에는, 매쉬 심 용접의 경우와 마찬가지로, 예를 들어 스킨 패스 압연 공정에서는, 도 16a에 도시한 바와 같이 접합부(J)(사선부)를 그대로 통과시키면 접합부의 급준한 단차가 상부 작업 롤(22)에 부딪쳐 작업 롤(22)을 손상시키거나, 상하 작업 롤(22, 23)에 접합부(J)의 마크 전사를 발생시키므로, 통상 압연부와 비교하여, 압연 하중을 저하시켜 접합부(J)를 통과시키거나, 상하 작업 롤(22, 23)을 개방함으로써, 작업 롤(22)의 손상 및 접합부(J)의 작업 롤(22, 23)로의 마크 전사의 방지를 도모하고 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 가압 롤러(3, 4)를 경사지게 하여, 도 16b에 도시한 바와 같이 원하는 단차 구배로 평활화시킴으로써, 작업 롤(22, 23)과 접합부(J)의 접촉 각도(응력 집중 계수)를 저감시킬 수 있고, 이 결과 작업 롤(22, 23)과 재료 사이의 접촉 면압을 저감시켜, 작업 롤(22, 23)로의 손상 및 접합부 마크 전사를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명을 매쉬 심 용접기에 적용한 도 1 및 도 10의 접합 장치에서는, 동일한 캐리지 프레임(9) 내에 전극륜 압박 장치(10) 및 경사 기구(27)를 갖는 가압 롤러 압박 장치(11)를 배치하였지만, 각각의 프레임에 그들을 배치해도 본 발명의 기능을 손상시키는 경우는 없다.

또한, 본 발명을 레이저 빔 용접기, 플래시 버트 용접기, 혹은 마찰 교반 접합기에 적용한 도 13에 도시한 실시 형태에 있어서도, 동일한 캐리지 프레임(9) 내에 레이저 빔 용접기 및 경사 기구(27)를 갖는 가압 롤러 압박 장치(11)를 배치하였지만, 각각의 프레임에 그들을 배치해도 본 발명의 기능을 손상시키는 경우는 없다.

이상 서술한 실시 형태에 따르면 이하의 효과가 얻어진다.

1-A. 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사지게 하여, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 구동하면서 접합부(J)의 단차(S)를 압연하므로, 매쉬 심 용접의 경우에는, 접합부(J)에 용접선(X)에 직교하는 방향의 전단력이 작용하여, 그 전단력에 의한 전단 변형에 의해 접합부(J)의 두께 증가량을 줄일 뿐만 아니라, 동일 두께의 금속판(5, 6)의 접합에서는 단차(S)를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있고, 두께가 다른 금속판(5, 6)의 접합에서는 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있다. 레이저 빔 용접 혹은 플래시 버트 용접 혹은 마찰 교반 접합으로 두께가 다른 금속판을 접합하는 경우도 마찬가지로, 상기 전단 변형에 의해 단차(S)를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있다. 또한, 어떤 경우도, 접합부(J)의 단차(S)를 평활화 내지는 단차 구배를 저감시킴으로써 접합부(J)의 응력 집중 계수를 저감시켜, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차(S)를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시켜, 높은 접합 강도를 확보할 수 있으므로, 종래에 적용되지 않았던 냉간 압연 프로세스나 테일러드 블랭크로의 매쉬 심 용접의 적용 확대, 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 방지 혹은 생산성 및 수율 향상 등의 효과가 얻어진다.

즉, 본 실시 형태에서는, 상기와 같이 종래 접합부의 단차를 평활화할 수 없었던 매쉬 심 용접의 접합부 단차를 평활화할 수 있으므로, 제철용 냉간 압연 프로세스에 있어서는, 다음 공정에 있어서의 냉간 압연 시의 작업 롤로의 손상 방지 및 내장력 성능이 향상되므로, 종래에 적용되지 않았던 냉간 압연 프로세스로의 매쉬 심 용접이 적용 가능해진다.

또한, 테일러드 블랭크에 있어서도, 그 접합부 단차의 응력 집중에 의해, 피로 강도가 필요한 부위로의 매쉬 심 용접의 적용이 피해져 왔지만, 단차의 평활화에 의해 응력 집중이 완화되어, 프레스 성형성도 향상됨으로써, 고가의 레이저 빔 용접기로부터 저렴한 매쉬 심 용접기로의 변경이 가능해진다.

또한, 연속 어닐링 라인, 아연 도금 강판 제조 설비 등의 생산 라인에서는, 스킨 패스 압연기의 작업 롤과 접합부의 접촉 각도(응력 집중 계수)를 저감시킬 수 있어, 이 결과 작업 롤과 재료 사이의 접촉 면압을 저감시켜, 라인 속도를 저하시키지 않고 작업 롤로의 손상 및 접합부 마크 전사를 방지할 수 있어, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.

1-B. 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 수평면 내에서 반대 방향으로 경사지게 하였으므로, 가압 롤러(3, 4)에 의한 압연 가공 시에 접합부(J)의 상면측과 하면측에서 전단력(14)이 역방향으로 작용하여, 클램프 장치(7, 8)를 향하는 힘은 상하에서 서로 상쇄된다. 이에 의해 클램프 장치(7, 8)를 접합부(J)의 바로 근처에 배치하지 않아도, 판 두께가 얇은 금속판을 접합할 때의 금속판의 좌굴을 방지할 수 있고, 그 결과, 클램프 장치(7, 8)와 접합부(J) 사이에 비교적 넓은 스페이스를 확보할 수 있어, 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4) 및 그들에 관한 설비[예를 들어, 전동 모터(61 내지 64), 체인 및 스프로킷 기구(67, 68), 경사 장치(27) 등]의 배치에 대한 제약을 완화할 수 있다.

2. 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사지게 하여, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차(S)로부터 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉한 금속 재료에 관계되는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향으로 전단력을 작용시키면서 압연하므로, 단차부가 금속판(5, 6)의 모재에 끼워 넣어지는 것을 방지할 수 있고, 단차부가 모재에 끼워 넣어진 경우에 생성되는 균열 형상 결함(미용착 결함)을 방지할 수 있어, 접합부의 품질이 향상된다.

3. 접합부(J)의 단차량에 따라서, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 경사지게 하는 각도를 각각 설정하여 압연하므로, 접합하는 금속판(5, 6)의 두께에 따라서 적절한 전단 변형을 부여할 수 있어, 접합부(J)의 단차 구배를 최소화할 수 있다. 또한, 두께가 다른 재료를 접합하여, 생성되는 단차량이 접합부의 표리면에서 다른 경우라도, 접합부(J)의 단차량에 따라서 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 경사지게 하는 각도를 각각 설정하여 압연함으로써, 전단 변형량을 조정하여, 접합부의 단차 구배를 최소화할 수 있다.

4. 2매의 금속판(5, 6)의 용접에 의해 발생한 접합부(J)의 잔열을 이용하여 접합부(J)의 온도를 300℃ 이상으로 하고, 가압 롤러(3, 4)에 의해 압연하므로, 접합부(J)의 변형 저항치를 저감시켜, 생성되는 스러스트력을 저감시킬 수 있어, 설비를 소형화할 수 있다. 또한, 스러스트력을 저감시킨 것에 의해, 가압 롤러(3, 4)의 베어링 수명을 연장시키는 동시에 가압 롤러(3, 4)의 마모를 억제하여, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

5. 접합부(J)의 압연 개시 전과 압연 종료 후의 적어도 한쪽의 공정에서, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 접촉시키는 제1 설정과, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 접촉시키지 않거나, 압연 시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정의 어느 하나의 설정으로 하여, 제1 설정에서는 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 비구동으로 하고, 제2 설정에서는 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 구동하므로, 상하 가압 롤러(3, 4)에 과대한 스러스트력이 작용하는 것을 방지할 수 있어, 상하 가압 롤러용 베어링의 수명이 연장되고, 또한 상하 가압 롤러(3, 4)의 마모가 억제되어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

6. 본 발명을 레이저 빔 용접기, 플래시 버트 용접기, 혹은 마찰 교반 접합기에 적용한 실시 형태에 있어서도, 레이저 빔 용접 혹은 플래시 버트 용접 혹은 마찰 교반 접합으로 두께가 다른 금속판을 접합하는 경우에는, 매쉬 심 용접의 경우와 마찬가지로, 접합부의 잔열을 이용하여 가압 롤러로 압연할 수 있어, 고효율로 고강도 및 고품질의 접합부를 제공할 수 있다. 또한, 레이저 빔 용접, 플래시 버트 용접, 혹은 마찰 교반 접합으로 두께가 다른 금속판을 접합하는 경우에도 마찬가지로, 상기 전단 변형에 의해 단차(S)를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시킬 수 있으므로, 종래에 적용되지 않았던 냉간 압연 프로세스나 테일러드 블랭크로의 적용 확대, 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 방지 혹은 생산성 및 수율 향상 등의 효과가 얻어진다.

7. 2매의 금속판(5, 6)을 접합하는 가열 접합 수단 1, 2 또는 28과, 금속판(5, 6)의 접합부(J)를 압연하는 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 설치하여, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를, 각각의 축심(15, 16)이 접합부(J)의 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사지도록 설치하였으므로, 상기와 같이 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차(S)를 평활화 혹은 단차 구배를 저감시켜, 고강도 및 고품질의 접합부를 제공하는 제조 설비를 제공할 수 있다.

8. 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 독립하여 수평면 내에서 경사지게 하는 기구(27)를 설치하였으므로, 단차량에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 금속판(5, 6)의 판 두께의 두께가 다른 범위가 넓은 접합 장치를 제공할 수 있다.

1 : 상부 전극륜
2 : 하부 전극륜
3 : 상부 가압 롤러
4 : 하부 가압 롤러
5 : 금속판
6 : 금속판
7 : 입구측 클램프 장치
8 : 출구측 클램프 장치
9 : 캐리지 프레임
10 : 전극륜 압박 장치
11 : 가압 롤러 압박 장치
13 : 스러스트력
14 : 전단력
15 : 상부 가압 롤러 축심
16 : 하부 가압 롤러 축심
22 : 상부 작업 롤
23 : 하부 작업 롤
24 : 상부 가압 롤러 속도 벡터
25 : 하부 가압 롤러 속도 벡터
26 : 상대 미끄럼 속도
27 : 가압 롤러 경사 기구
28 : 레이저 빔 용접기
45 : 가압 롤러 축심 직각 방향 직선
46 : 접촉호 길이 부분
51, 52 : 설치 블록
54 : 지지 롤러
55 : 대판
57 : 캐리지 프레임 구동용 실린더 장치
61, 62 : 전동 모터
63, 64 : 전동 모터
67, 68 : 체인 및 스프로킷 기구
71 : 상위 제어 장치
72 : 캐리지 프레임 구동 제어 장치
73 : 매쉬 심 제어 장치
74 : 가압 롤러 제어 장치
75 : 레이저 거리계
81 : 회전축
82, 83 : 피니언
84 : 전동 모터
85 : 경사 각도 제어 장치
86 : 각도 센서
J : 접합부
S : 단차
A : 진행 방향(압연 방향)
X : 용접선(접합선)
Y : 용접선 직각 방향
R : 접촉호 길이 부분에 있어서의 가압 롤러의 속도 벡터
R1 : 속도 벡터(R)의 용접선(X)의 방향의 성분
R2 : 속도 벡터(R)의 용접선(X)에 직각 방향의 성분
α : 경사 각도

Claims

2매의 금속판(5, 6)을 접합한 후, 상기 금속판의 접합부(J)를 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)로 압연하는 금속판의 접합 방법에 있어서,
상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 상기 금속판의 접합부(J)의 접합선(X)과 동일한 방향(A)으로 진행시키고, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 상기 접합부(J)의 접합선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사지게 하고, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 구동하여 상기 접합부의 접합선 직교방향에 전단변형을 주면서 상기 접합부의 단차(S)를 상기 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향(A)으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 금속판의 접합 방법.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 상기 가압 롤러(3, 4)가 최초에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 상기 접합선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사지게 하여, 상기 접합부의 단차를 상기 진행 방향(A)으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 금속판의 접합 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합부(J)의 단차량에 따라서, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 경사지게 하는 각도를 각각 설정하여, 상기 진행 방향(A)으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 금속판의 접합 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2매의 금속판(5, 6)의 용접에 의해 발생한 접합부(J)의 잔열을 이용하여 상기 접합부의 온도를 300℃ 이상으로 하고, 상기 가압 롤러(3, 4)에 의해, 상기 진행 방향(A)으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 금속판의 접합 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합부(J)의 압연 개시 전과 압연 종료 후의 적어도 한쪽의 공정에서는, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 접촉시키는 제1 설정과, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 접촉시키지 않거나, 상기 압연 시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정의 어느 하나의 설정으로 하여, 상기 제1 설정에서는 상기 한 쌍의 가압 롤러를 비구동으로 하고, 상기 제2 설정에서는 상기 한 쌍의 가압 롤러를 구동하는 것을 특징으로 하는, 금속판의 접합 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2매의 금속판(5, 6)의 접합을 매쉬 심 용접, 레이저 빔 용접, 플래시 버트 용접, 마찰 교반 접합의 어느 하나로 행하는 것을 특징으로 하는, 금속판의 접합 방법.
2매의 금속판(5, 6)을 접합하는 가열 접합 수단(1, 2)과, 상기 금속판의 접합부(J)를 압연하는 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 구비한 금속판의 접합 장치에 있어서,
상기 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)는 상기 금속판의 접합부(J)의 접합선(X)과 동일한 방향(A)으로 진행하고, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)는 각각의 축심(15, 16)이 상기 접합부(J)의 접합선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사지도록 설치되고, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 구동하는 모터가 설치되고, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 구동하여 상기 접합부의 접합선 직교방향에 전단변형을 주면서, 상기 접합부의 단차(S)를 상기 가압 롤러(3, 4)의 진행방향으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 금속판의 접합 장치.
제7항에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 상기 접합선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 독립하여 수평면 내에서 경사지게 하는 기구(27)를 갖는 것을 특징으로 하는, 금속판의 접합 장치.