KR20160085323A - 용접 형강의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

용접 형강의 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

웹재(4)의 양 측단부를 2매의 플랜지재(2, 3)의 각각에 용접하는 레이저 용접 장치와, 롤러식 웹재 협지 장치(30)를 구비한다. 롤러식 웹재 협지 장치는, 웹재의 일방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1면측 롤러(31)와, 웹재의 타방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제2면측 롤러(32)를 가지며, 복수의 제1면측 롤러(31) 및 복수의 제2면측 롤러(32)에 의해, 적어도 용접점의 반송 방향 위치를 포함하는 반송 방향 소정 범위에 걸쳐서 웹재(4)를 끼워 지지한다. 이것에 의해, 레이저 용접점으로부터 비산하는 스패터가 웹재를 끼워 지지하는 부분에 부착하기 어렵고, 레이저 용접점으로부터의 열영향을 동일 부분이 받기 어렵게 하면서도, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동하지 않도록 끼워 지지하는 것이 용이하게 실현 가능해진다.

Description

용접 형강의 제조 장치 및 제조 방법{DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING WELDED SHAPED STEEL}
본 발명은, 레이저광을 열원으로 한 레이저 용접에 의해서 웹재(web材)와 플랜지재(flange材)를 용접 접합하여 용접 형강(形鋼)을 제조하는 용접 형강의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
레이저 용접에 의해서 웹재와 플랜지재를 용접 접합하여 용접 H형강을 제조하는 방법이 특허 문헌 1, 2에 개시되어 있다. 이들 문헌에 개시되어 있는 용접 H형강의 제조 방법에서는, H형으로 배치된 상태에서 공급되는 2매의 플랜지재와 1매의 웹재가 소정의 용접 위치에서 레이저 용접에 의해 용접 접합된다.
레이저 용접을 이용하여 플랜지재와 웹재를 용접 접합하는 경우, 레이저의 조사 위치가 정해져 있으며, 그 레이저의 빔 스폿(spot)의 직경이 약 0.6mm로 미소(微小)하기 때문에, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치를 엄밀하게 정하는 것이 필요하게 된다. 공급되는 웹재에 휨이 있거나, 플랜지재에 대한 경사가 있으면, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 어긋나 버린다. 그렇게 되면, 레이저 조사에 의한 모재(母材)의 용입량(溶入量) 부족이 발생하여 충분한 접합 강도가 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 또, 완성된 제품에 형상 불량 내지 치수 불량이 발생할 우려도 있다. 따라서, 레이저 용접을 이용하여 플랜지재와 웹재를 용접 접합하는 경우, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치를 적절한 위치로부터 변동시키지 않도록 하는 것이 필요하다.
그런데, 특허 문헌 3에는, 코일로부터 되감은 3매의 판재를 H형으로 배치하여 고주파 저항 용접에 의해 용접 접합하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이 장치는, 웹재의 양면을 지지하는 지지 장치를 구비하고 있다. 이 지지 장치는, 라인 방향으로 반송되는 웹재의 이동에 종동(從動)하여 회전하는 무한 궤도로 구성되어 있으며, 특허 문헌 3에 의하면, 이 지지 장치에 의해서, 용접부에서의 웹재의 판 두께 방향으로의 도피를 완전하게 구속, 유지할 수 있어, 용접 불량을 방지할 수 있다고 설명되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허 제5110642호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 제2011－83781호 공보 특허 문헌 3 : 일본특허공표 평3－4316호 공보
레이저 용접에 의해서 웹재와 플랜지재를 용접 접합하여 용접 H형강을 제조하는 공정에 있어서, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치를 적절한 위치로부터 변동시키지 않도록, 특허 문헌 3의 무한 궤도로 이루어지는 지지 장치를 채용하는 것이 고려되어진다.
그렇지만, 용접점 근방에서는, 용접점으로부터 비산하는 스패터(spatter)의 양이 많고, 또, 용접점으로부터 받은 열영향이 크기 때문에, 실제로 특허 문헌 3의 지지 장치를 채용하는 경우, 무한 궤도를 금속 등으로 구성하여 웹재의 폭방향 중앙 위치에 배치하고, 그 궤도폭을 좁게 하여 용접점으로부터의 거리를 일정 이상 확보할 필요가 있다.
그런데, 무한 궤도를 웹재의 폭방향 중앙 위치에 배치하고, 그 궤도폭을 좁게 하면, 그 만큼, 웹재의 플랜지재에 대한 경사를 교정하는 것이 어렵게 되며, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동할 가능성이 높아진다.
그래서, 본 발명은, 레이저 용접점으로부터 비산하는 스패터가 부착하기 어렵고, 레이저 용접점으로부터의 열영향을 받기 어려운 장소에서 웹재를 끼워 지지하면서, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동하지 않도록 끼워 지지하는 것이 용이하게 실현 가능해지는 용접 형강의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 용접 형강(形鋼)의 제조 장치는, 서로 평행하게 배치된 2매의 플랜지재(材)의 사이에, 양 플랜지재에 대해서 직각으로 1매의 웹재(web材)를 맞댄 상태에서, 이들 플랜지재 및 웹재를 반송하는 판재 반송 장치와, 상기 판재 반송 장치에 의한, 상기 플랜지재 및 상기 웹재의 반송 경로 상에서, 상기 웹재의 각각의 단부를 상기 2매의 플랜지재에 각각 맞댄 부분을 레이저 용접에 의해 용접 접합하는 레이저 용접 장치를 구비하는 것을 전제로 한다. 상기 판재 반송 장치에는, 웹재 협지 장치가 포함되어 있고, 이 웹재 협지 장치는, 용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 일방의 면을 따라서 전동(轉動)하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1면측 롤러와, 용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 타방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제2면측 롤러를 가지며, 상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러에 의해, 적어도 용접점의 반송 방향 위치를 포함하는 반송 방향 소정 범위에 걸쳐서 상기 웹재를 끼워 지지한다.
이러한 구성을 구비하는 용접 형강의 제조 장치는, 웹재를 상하 복수의 롤러에 의해 끼워 지지함으로써, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동하지 않도록 지지한다. 롤러는, 무한 궤도와 달리, 각 롤러의 웹재와의 접촉 길이를 개별로 선정할 수 있고, 각 롤러의 장착 위치를 개별로 정할 수 있다. 이 때문에, 레이저 용접점으로부터 비산하는 스패터가 부착하기 쉬운 반송 방향 위치나 용접점으로부터의 열영향을 받기 쉬운 반송 방향 위치에서는, 용접점으로부터 멀리하여 웹재의 중심선 근처에 롤러를 배치할 수 있고, 또, 레이저 용접점으로부터 비산하는 스패터가 부착하기 어려운 반송 방향 위치나 용접점으로부터의 열영향을 받기 어려운 반송 방향 위치에서는, 가능한 한 웹재의 측단부 근처를 끼워 지지하도록 롤러를 배치하는 것이 가능해진다. 그 결과, 용접점으로부터 비산하는 스패터가 부착하기 어렵고, 용접점으로부터의 열영향을 받기 어려운 장소에 롤러를 배치하면서도, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동하지 않도록 롤러에 의해 끼워 지지하는 것이 용이하게 실현 가능해진다.
상기 웹재 협지 장치는, 상기 웹재의 일방의 면측에, 상기 웹재의 중심선을 따라서 배치되며, 그 양측에 상기 복수의 제1면측 롤러를 지지하는 제1 지지 프레임과, 상기 웹재의 타방의 면측에, 상기 웹재의 중심선을 따라서 배치되며, 그 양측에 상기 복수의 제2면측 롤러를 지지하는 제2 지지 프레임을 가지는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러의 플랜지재에 대향하는 측단부가, 각각, 용접점으로부터의 스패터의 비산량의 정도가 소정값을 넘는 영역의 경계를 따라서 배치된 것으로 할 수 있다.
이러한 구성을 구비하는 용접 형강의 제조 장치에 의하면, 예를 들면 상기 소정값을 0으로 함으로써, 어떠한 롤러에도 스패터를 거의 부착시키지 않고, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동하지 않도록 끼워 지지하는 것이 용이하게 실현 가능해진다.
본 발명의 용접 형강의 제조 방법은, 서로 평행하게 배치된 2매의 플랜지재의 사이에, 양 플랜지재에 대해서 직각으로 1매의 웹재를 맞댄 상태에서, 이들 플랜지재 및 웹재를 반송하면서, 상기 플랜지재 및 상기 웹재의 반송 경로 상에서, 상기 웹재의 각각의 단부를 상기 2매의 플랜지재에 각각 맞댄 부분을 레이저 용접에 의해 용접 접합하는 것에 의해 용접 형강을 제조하는, 용접 형강의 제조 방법에 있어서, 용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 일방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1면측 롤러와, 용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 타방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제2면측 롤러에 의해, 적어도 용접점의 반송 방향 위치를 포함하는 반송 방향 소정 범위에 걸쳐서 상기 웹재를 끼워 지지하면서, 상기 용접 접합을 행하는 것이다.
상기 용접 형강의 제조 방법에서, 상기 복수의 제1면측 롤러는, 상기 웹재의 일방의 면측에, 상기 웹재의 중심선을 따라서 배치된 제1 지지 프레임의 양측에 지지된 것이며, 상기 복수의 제2면측 롤러는, 상기 웹재의 타방의 면측에, 상기 웹재의 중심선을 따라서 배치된 제2 지지 프레임의 양측에 지지된 것이 바람직하다.
상기 용접 형강의 제조 방법에서, 예를 들면, 상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러의 플랜지재에 대향하는 측단부가, 각각, 용접점으로부터의 스패터의 비산량의 정도가 소정값을 넘는 영역의 경계를 따라서 배치된 것으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 레이저 용접점으로부터 비산하는 스패터가 부착하기 어렵고, 레이저 용접점으로부터의 열영향을 받기 어려운 장소에서 웹재를 끼워 지지하면서, 웹재의 플랜지재에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동하지 않도록 끼워 지지하는 것이 용이하게 실현 가능해진다.
도 1은 용접 형강의 제조 장치를 플랜지재 및 웹재의 반송 방향(이하 간단히 「반송 방향」이라고도 함)의 왼쪽측으로부터 본 도면이다. 단, 반송 방향에서의 왼쪽측의 플랜지재 및 이 플랜지재보다 좌측에 존재하는 것에 대해서는 도시를 생략하고 있다.
도 2는 상측의 롤러식 웹재 협지(挾持) 장치, 상측의 벨트식 웹재 협지 장치 등을 나타내는 평면도이다. 여기서 「상측」이란, 도 1에서 웹재(4)보다 레이저 용접 장치(200)측을 의미한다.
도 3은 하측의 롤러식 웹재 협지 장치, 하측의 벨트식 웹재 협지 장치 등을 나타내는 저면도이다. 여기서 「하측」이란, 웹재(4)에 대해, 상기 「상측」과 반대측을 의미한다.
도 4는 벨트식 구동 장치를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 1의 A－B－C－D 단면도이다. 단, 가이드 롤 등의 도시는 생략하고 있다.
도 6은 도 1의 E－E 단면도이다.
도 7a는 제1면측 롤러의 제1 지지 프레임으로의 지지 구조의 예를 나타내는 단면도이다.
도 7b는 제1면측 롤러의 제1 지지 프레임으로의 지지 구조의 예를 나타내는 단면도이다.
도 7c는 제1면측 롤러의 제1 지지 프레임으로의 지지 구조의 예를 나타내는 단면도이다.
도 8a는 레이저 헤드, 웹재 등을 반송 방향에서의 왼쪽측으로부터 본 도면이다.
도 8b는 레이저 헤드, 웹재, 플랜지재 등을 나타내는 평면도이다.
도 9는 벨트식 웹재 협지 장치, 롤러식 웹재 협지 장치, 가이드 롤 등을 지지하는 장치 프레임 등의 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 용접 형강(形鋼)의 제조 장치와, 이 장치를 사용하여 실시되는 용접 형강의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 미리 재단 등에 의해 소정 치수로 형성되며, 단면 H형으로 배치되어 공급되는 3매의 강판으로부터 H형강을 제조하는 경우에 대해 설명한다. 또, 이하에서는, 플랜지재(flange材)(2, 3) 및 웹재(web材)(4)의 반송 방향을 간단히 「반송 방향」이라고 하고, 반송 방향 하류측 및 반송 방향 상류측을 각각 간단히 「하류측」, 「상류측」이라고 한다.
도 1~도 4에 나타내는 바와 같이, 용접 형강의 제조 장치(1)는, 주로 판재 반송 장치(100) 및 레이저 용접 장치(200)로 구성되어 있다.
판재 반송 장치(100)는, 벨트식 구동 장치(10), 벨트식 웹재 협지(挾持) 장치(20), 롤러식 웹재 협지 장치(30) 등으로 구성되어 있다.
벨트식 구동 장치(10)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 반송 방향의 전후에 쌍을 이루는 구동 바퀴(11) 및 종동 바퀴(12)과, 이들 양 바퀴(11, 12)의 사이에서 나란히 마련된 복수의 보조 바퀴(13)와, 보조 바퀴(13)를 회전 가능하게 지지하는 프레임(14)과, 각 바퀴(11~13)의 외측에 권회(卷回)된 수지제(樹脂製)의 무단(無端) 벨트(15)를 구비하고 있다. 무단 벨트(15)에는, 내측 기어가 형성되어 있고, 이 내측 기어에 각 바퀴(11~13)에 형성된 외측 기어가 서로 맞물려 있다.
이 벨트식 구동 장치(10)는, 플랜지재(2, 3) 및 웹재(4)의 반송 경로를 사이에 두고 양측에 각각 1대씩 설치되어 있다. H형으로 배치된 플랜지재(2, 3) 및 웹재(4) 중, 플랜지재(2, 3)의 웹재(4)와는 반대측의 면(面)에 무단 벨트(15)가 각각 밀어 붙여진다. 무단 벨트(15)는, 도 4에서, 그 근방에 기재한 화살표가 나타내는 방향으로 회전하고, 2매의 플랜지재(2, 3) 및 이들 사이에 끼워진 웹재(4)를 화살표 8이 나타내는 방향으로 반송한다. 제조하는 H형강의 사이즈에 대응할 수 있도록, 2대의 벨트식 구동 장치(10)의 무단 벨트(15)끼리의 이간 거리는 조정 가능하게 되어 있다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 무단 벨트(15)의 반송 방향으로 전후하여 상하에 각각 가이드 롤(16)이 마련되어 있고, 상하의 가이드 롤(16)에 의해서 플랜지(2, 3)의 상하 위치가 고정되어 있다.
이 벨트식 구동 장치(10)는, 도시하지 않지만, 후술하는 롤러식 웹재 협지 장치(30)보다 하류측에도 H형강의 반송 경로를 사이에 두고 2대 설치되어 있다.
벨트식 웹재 협지 장치(20)는, 도 1 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 반송 방향의 전후에 배치된 2개의 롤러(21)와, 2개의 롤러(21)에 권회(卷回)된 수지제의 무단 벨트로 이루어지는 웹재 협지 벨트(22)와, 2개의 롤러(21) 사이에 배치되어 웹재 협지 벨트(22)를 뒤측으로부터 지지하는 지지판(23)과, 지지 프레임(24)(도 5 참조)을 구비하고 있다. 지지 프레임(24)에는, 2개의 롤러(21)가 회전 가능하게 지지되어 있고, 지지판(23)도 지지 프레임(24)에 지지되어 있다.
이 벨트식 웹재 협지 장치(20)는, 웹재(4)의 양면측(웹재(4)의 상하)에 각각 1대씩 설치되어 있고, 2대의 벨트식 웹재 협지 장치(20)의 각 웹재 협지 벨트(22)에 의해서 웹재(4)를 판두께 방향으로 끼워 지지한다. 2개의 롤러(21)가 종동 롤러이기 때문에, 웹재 협지 벨트(22)는, 2매의 플랜지재(2, 3) 사이에 끼워져 반송되는 웹재(4)에 종동하여 2개의 롤러(21)의 주위를 회전한다. 또, 제조하는 H형강의 사이즈에 대응할 수 있도록, 상측의 웹재 협지 벨트(22)의 높이 위치는 조정 가능하게 되어 있다. 이하, 웹재(4)의 상면측(일방의 면측)에 배치되는 웹재 협지 벨트(22)를 상면측 웹재 협지 벨트(22A)라고 하고, 웹재(4)의 하면측(타방의 면측)에 배치되는 웹재 협지 벨트(22)를 하면측 웹재 협지 벨트(22B)라고 한다.
하면측 웹재 협지 벨트(22B)의 하류측 단부는, 도 1의 확대도에 나타내는 바와 같이, 커버(26)에 의해 덮여져 있다. 이 커버(26)는, 하류측에 있는 용접점으로부터 날아 오는 스패터나, 용접점으로부터 비산하여 어딘가의 부재로 튀어 올라 날아 오는 스패터를 차폐하는 형상으로 되어 있으며, 금속제 등의 내열성을 가지는 것이 채용된다. 커버(26)에 의해서, 충분히 수지제의 벨트(22B)를 비산하는 스패터의 열로부터 보호할 수 있다. 하면측 웹재 협지 벨트(22B)가 상면측 웹재 협지 벨트(22A) 보다도 하류측으로 연장되어 있는 이유는, 후에 설명한다. 또, 필요에 따라서, 상면측 웹재 협지 벨트(22A)의 하류측 단부를 커버에 의해 덮어도 괜찮다.
롤러식 웹재 협지 장치(30)는, 도 1~도 3 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 웹재(4)의 상면(일방의 면)을 따라서 반송 방향으로 전동하는 복수의 롤러(31)(이하 「제1면측 롤러(31)」라고 함)와, 웹재(4)의 하면(타방의 면)을 따라서 반송 방향으로 전동하는 복수의 롤러(32)(이하 「제2면측 롤러(32)」라고 함)와, 제1면측 롤러(31)를 지지하는 제1 지지 프레임(33)과, 제2면측 롤러(32)를 지지하는 제2 지지 프레임(34)을 구비하고 있다. 제1 지지 프레임(33)은, 웹재(4)의 중심선(7)을 따라서 소정 길이로 반송 방향으로 연장되어 있으며, 그 양측에 반송 방향으로 간격을 두고 복수의 제1면측 롤러(31)를 지지하고 있다. 제2 지지 프레임(34)도, 웹재(4)의 중심선(7)을 따라서 소정 길이(본 실시 형태에서는 제1 지지 프레임(33)보다 짧은 길이)로 반송 방향으로 연장되어 있으며, 그 양측에 반송 방향으로 간격을 두고 복수의 제2면측 롤러(32)를 지지하고 있다. 상기 롤러(31, 32), 지지 프레임(33, 34)은, 용접점(5, 6)에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에 배치되어 있다. 상기 롤러(31, 32), 지지 프레임(33, 34)에는, 예를 들면 금속제 등, 내열성을 가지는 재료가 채용된다.
롤러식 웹재 협지 장치(30)는, 상기 복수의 제1면측 롤러(31) 및 복수의 제2면측 롤러(32)에 의해서, 적어도 용접점(5, 6)의 반송 방향 위치를 포함하는 반송 방향 소정 범위에 걸쳐서 웹재(4)를 판두께 방향으로 끼워 지지한다. 또, 용접점(5, 6)의 반송 방향 위치에서의 웹재(4)의 플랜지재(2, 3)에 대한 경사를 최대한 억제하기 위해서, 용접점(5, 6)의 반송 방향 위치에, 중심선(7)의 양측에서 제1면측 롤러(31X)와 제2면측 롤러(32X)가 각 면 2개씩 배치되어 있다.
제1면측 롤러(31) 및 제2면측 롤러(32)의 플랜지재(2, 3)에 대향하는 측단부는, 용접점(5, 6)으로부터의 스패터의 비산량의 정도가 소정값을 넘는 영역의 경계를 따라서 배치되어 있다. 스패터의 비산량의 정도는, 예를 들면, 소정 용접 시간내에 웹재(4)의 상면 또는 하면에 부착하는 단위 면적당 스패터의 부착량(질량)으로 할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 상기 소정값이 0인 경우에 대해서 설명을 행한다. 즉, 제1면측 롤러(31) 및 제2면측 롤러(32)의 플랜지재(2, 3)에 대향하는 측단부가, 스패터가 비산하는 영역(203, 204)의 경계를 따라서 배치되는 경우에 대해 설명한다. 또, 스패터가 비산하여 오지 않는 반송 방향 위치에 배치된 롤러(31, 32)는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 웹재(4)의 측단부에 가능한 한 가까운 위치에 배치되며, 웹재(4)의 플랜지재(2, 3)에 대한 경사를 극력(極力) 억제하도록 하고 있다.
도 7a에, 제1면측 롤러(31)의 지지 구조의 일례를 나타낸다. 제1면측 롤러(31)에는, 볼 베어링이 채용되고, 지지 프레임(33)에는, 반송 방향에 직교하는 수평 방향으로 샤프트(36)가 관통하고 있다. 이 샤프트(36)에는, 4개의 제1면측 롤러(31A~31D)가 간격을 두고 끼워 장착되어 있다. 롤러(31A)와 롤러(31B)와의 사이, 및, 롤러(31C)와 롤러(31D)와의 사이에는, 샤프트(36)에 원통 모양의 칼라(collar)(37)가 끼워 장착되어 있다. 또, 제1 지지 프레임(33)의 측면과 롤러(31B)와의 사이, 및 제1 지지 프레임(33)의 측면과 롤러(31C)와의 사이에는, 샤프트(36)에 짧은 원통 모양의 칼라(38)가 끼워 장착되어 있다. 그리고, 각 롤러(31A~31D)의 제1 지지 프레임(33)에 대한 축방향 위치를 고정하기 위해서, 샤프트(36)의 각 소정 위치에 마련된 둘레 홈에 스냅 링(39)이 끼워 장착되어 있다. 또, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 상기 칼라(37)를 대신하여 복수의 제1면측 롤러(31)를 병설(竝設)해도 괜찮다. 이 도 7b에 나타내는 예는, 롤러(31)의 웹재(4)와의 접촉 길이가 도 7a에 나타내는 예의 4배로 되어 있다.
제2면측 롤러(32)의 지지 구조에 대해서는 상술하지 않지만, 상기 제1면측 롤러(31)의 지지 구조와 동일하게 하여 구성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 지지 프레임(33)의 상류측 단부는, 제2 지지 프레임(34)의 상류측 단부 보다도 소정 길이 상류측으로 연장되어 있고, 그 연장부(35)에도 상류측 롤러(31)가 배치되어 있다. 한편, 벨트식 웹재 협지 장치(20)의 하면측 웹재 협지 벨트(22B)의 하류측 단부는, 상면측 웹재 협지 벨트(22A)의 하류측 단부 보다도 소정 길이 하류측으로 연장되어 있고, 그 연장부(25)와 제1 지지 프레임(33)의 연장부(35)에 배치된 상류측 롤러(31)에 의해, 웹재(4)를 판두께 방향으로 끼워 지지하도록 되어 있다. 웹재(4)의 하면측에서는, 웹재(4)의 상면측과 비교하여, 스패터가 하부로 낙하하는 것에 의해, 스패터의 비산 영역이 좁게 되기 때문에, 하면측 웹재 협지 벨트(22B)의 반송 방향 하류측 단부를 전술한 커버(26)에 의해 덮음으로써, 하면측 웹재 협지 벨트(22B)를 상면측 웹재 협지 벨트(22A) 보다도 용접점(5, 6)에 가까운 위치까지 연장할 수 있다. 선접촉에 의해 웹재(4)를 지지하는 롤러(32)에 비해, 면접촉에 의해 웹재(4)를 지지하는 웹재 협지 벨트(22B)의 쪽이, 웹재(4)의 표면에 흠이 생기기 어려우므로, 이와 같이, 구성함으로써, H형강의 품질을 향상할 수 있는 경우가 있다. 또, 제1 지지 프레임(33)의 상류측 단부와, 제2 지지 프레임(34)의 상류측 단부의 반송 방향 위치를 일치시켜도 상관없고, 또, 상면측 웹재 협지 벨트(22A)의 하류측 단부와, 하면측 웹재 협지 벨트(22B)의 하류측 단부를 일치시켜도 상관없다. 상면측 웹재 협지 벨트(22A)의 하류측 단부 및 하면측 웹재 협지 벨트(22B)의 하류측 단부 중 어느 일방 또는 쌍방에, 적절히, 커버(26)를 설치해도 괜찮다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 용접점(5, 6) 근방에서는, 플랜지재(2, 3)의 웹재(4)와는 반대측의 면을 양측으로부터 압압(押壓)하는 한 쌍의 스퀴즈(squeeze) 롤(61, 62)이 설치되어 있다. 이 스퀴즈 롤(61, 62)은, 제조하는 H형강의 사이즈에 대응할 수 있도록, 서로의 이간 거리가 조정 가능하게 되어 있다.
레이저 용접 장치(200)는, 판재 반송 장치(100)에 의한 플랜지재(2, 3) 및 웹재(4)의 반송 경로 상에서, 웹재(4)의 각각의 단부를 2매의 플랜지재(2, 3)에 각각 맞댄 부분을 레이저 용접에 의해 용접 접합한다. 본 실시 형태에서는, 레이저 용접 장치(200)는, 웹재(4)의 상면측(편면측)에 배치된 2개의 레이저 헤드(201, 202)로부터 레이저를 조사한다. 2개의 레이저 헤드(201, 202)에 의한 용접점(5, 6)의 반송 방향 위치는 일치하고 있지만, 레이저 헤드(201, 202)끼리의 간섭을 막기 위해서, 레이저의 조사 방향은 서로 다르게 하고 있다. 예를 들면 도 8에 나타내는 바와 같이, 일방의 플랜지재(2)와 웹재(4)를 용접 접합하는 일방의 레이저 헤드(201)에 의한 레이저의 조사 방향은, 웹재(4)를 향해 반송 방향 하류측 또한 일방의 플랜지재(2)측으로 경사져 있다. 또, 타방의 플랜지재(3)와 웹재(4)를 용접 접합하는 타방의 레이저 헤드(202)에 의한 레이저의 조사 방향은, 웹재(4)를 향해 반송 방향 상류측 또한 타방의 플랜지재(3)측으로 경사져 있다. 이것에 의해, 2개의 용접점(5, 6)의 반송 방향 위치가 일치하고 있어도, 일방의 레이저 헤드(201)에 의한 용접점(5)으로부터 스패터가 비산하는 영역(203)과, 타방의 레이저 헤드(202)에 의한 용접점(6)으로부터 스패터가 비산하는 영역(204)이 웹재(4)의 중심선(7)에 관하여 비대칭이 된다.
또, 2개의 스패터 비산 영역(203, 204)이 웹재(4)의 중심선(7)에 관해서 비대칭이 되는 2개의 레이저 헤드(201, 202)의 배치는 상기에 한정되지 않는다. 예를 들면, 2개의 용접점의 반송 방향 위치가 동일하고, 중심선(7)을 포함하는 웹재(4)의 면에 수직인 평면에 관해서 2개의 레이저 헤드(201, 202)의 배치가 비대칭이면, 2개의 스패터 비산 영역(203, 204)은 웹재(4)의 중심선(7)에 관해서 비대칭이 되는 경우가 많다. 또, 2개의 용접점(5, 6)의 반송 방향 위치가 서로 다른 경우도, 2개의 스패터 비산 영역(203, 204)은 웹재(4)의 중심선(7)에 관해서 비대칭이 된다.
도 9는, 상기한 벨트식 웹재 협지 장치(20), 롤러식 웹재 협지 장치(30), 가이드 롤(16) 등의 지지 구조의 일례를 나타내는 개략도이다. 웹재(4)의 상측에 설치된 벨트식 웹 협지 장치(20)의 지지 프레임(24)은, 장치 프레임(43, 45)에 각각 지지되어 있고, 또, 상면측 웹재 협지 벨트(22A)를 포함하는 부분의 높이 조절이 도시하지 않은 잭(jack) 기구 등에 의해 가능하게 되어 있다. 웹재(4)의 하측에 설치된 벨트식 웹 협지 장치(20)의 지지 프레임(24)은, 장치 프레임(42, 44)에 각각 지지되어 있다. 롤러식 웹재 협지 장치(30)의 제1 지지 프레임(33)은, 장치 프레임(41, 43)에 지지되어 있고, 또, 제1 지지 프레임(33)의 높이 조절이 도시하지 않은 잭 기구 등에 의해 가능하게 되어 있다. 롤러식 웹재 협지 장치(30)의 제2 지지 프레임(34)은, 장치 프레임(41)에 지지되어 있다. 각 가이드 롤(16)은, 각각 장치 프레임(41, 43, 44)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 특히, 플랜지재(2, 3)의 상단부를 누르는 상측의 가이드 롤(16)은, 높이 위치 조정 가능하게 장치 프레임(41, 43, 44)에 각각 지지되어 있다.
이상으로 설명한 구성을 구비하는 용접 형강의 제조 장치(1)를 사용하여, H형강을 제조함에 있어서는, 먼저, 플랜지재(2, 3) 및 웹재(4)를 단면 H형으로 배치한 상태에서 벨트식 구동 장치(10) 및 벨트식 웹재 협지 장치(20)에 대해서 상류측으로부터 공급함과 아울러, 벨트식 구동 장치(10)의 무단 벨트(15)를 회전 구동시킨다. 그러면, 벨트식 구동 장치(10)의 무단 벨트(15)에 의해서, 플랜지재(2, 3) 및 웹재(4)가 단면 H형으로 배치된 상태에서 롤러식 웹재 협지 장치(30)측으로 반송된다.
플랜지재(2, 3) 및 웹재(4)가 롤러식 웹재 협지 장치(30)에 도달하면, 용접점(5, 6)의 반송 방향 전후에서, 제1면측 롤러(31) 및 제2면측 롤러(32)에 의해, 웹재(4)가 상하에 끼워 지지되며, 용접점(5, 6) 근방에서 스퀴즈 롤(61, 62)에 의해, 플랜지재(2, 3)가 좌우로 끼워 지지된다. 그리고, 이와 같이 끼워 지지된 상태에서, 레이저 용접 장치(200)에 의해서, 웹재(4)의 양 측단부가 2매의 플랜지재(2, 3)의 각각에 레이저 용접된다.
레이저 용접된 플랜지재(2, 3) 및 웹재(4)는, 롤러식 웹재 협지 장치(30) 보다 하류측으로 더 반송되고, 하류측에 설치된 벨트식 구동 장치에 의해서 하류측으로 더 반송되며, 소정의 처치(예를 들면, 용접 변형의 교정, 그을음 제거 등)가 실시된다.
이상으로 설명한 본 발명의 실시 형태에 관한 용접 형강의 제조 장치(1) 및 제조 방법에 의하면, 웹재(4)가 상하 복수의 롤러(31, 32)에 의해 끼워 지지됨으로써, 웹재(4)의 플랜지재(2, 3)에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동하지 않도록 지지된다. 각 롤러의 웹재와의 접촉 길이를 개별로 선정할 수 있고, 또, 각 롤러의 장착 위치를 개별로 정함으로써, 용접점(5, 6)으로부터 비산하는 스패터가 부착하기 쉬운 반송 방향 위치나, 용접점(5, 6)으로부터의 열영향을 받기 쉬운 반송 방향 위치에서는, 용접점(5, 6)으로부터 웹재의 중심선(7) 근처로 롤러(31, 32)를 멀리하여 배치할 수 있다. 또, 용접점(5, 6)으로부터 비산하는 스패터가 부착하기 어려운 반송 방향 위치나 용접점(5, 6)으로부터의 열영향을 받기 어려운 반송 방향 위치에서는, 가능한 한 웹재(4)의 측단부 근처를 끼워 지지하도록 롤러(31, 32)를 배치하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 용접점(5, 6)으로부터 비산하는 스패터가 부착하기 어렵고, 용접점(5, 6)으로부터의 열영향을 받기 어려운 장소에서 웹재(4)를 롤러(31, 32)에 의해 끼워 지지하면서, 웹재(4)의 플랜지재(2, 3)에 대한 맞댐 위치가 적절한 위치로부터 변동하지 않도록 끼워 지지시키는 것이 용이하게 가능해진다. 덧붙여서 말하면, 종래예에 관한 무한 궤도에 의해 웹재를 끼워 지지시킨 경우, 이러한 것은 불가능하다.
또, 본 발명의 실시 형태에 관한 용접 형강의 제조 장치(1)에서는, 제1면측 롤러(31) 및 제2면측 롤러(32)의 플랜지재(2, 3)에 대향하는 측단부가, 스패터의 비산 영역(203, 204)의 경계를 따라서 배치되어 있다. 이 때문에, 용접점(5, 6)으로부터 비산하는 스패터가 모든 롤러(31, 32)에도 거의 부착시키지 않도록 하면서, 가능한 한 웹재(4)의 측단부에 가까운 부분을 롤러(31, 32)에 의해 끼워 지지시킬 수 있다.
＜다른 실시 형태＞
이미 설명한 실시 형태에서는, 제1면측 롤러(31) 및 제2면측 롤러(32)의 플랜지재(2, 3)에 대향하는 측단부가, 용접점(5, 6)으로부터의 스패터의 비산량의 정도가 소정값(소정값=0)을 넘는 영역의 경계를 따라서 배치되어 있었지만, 상기 경계를 대신하여, 용접점(5, 6)으로부터 받은 열영향의 정도가 소정값을 넘는 영역의 경계를 따라서 제1면측 롤러(31) 및 제2면측 롤러(32)의 플랜지재(2, 3)에 대향하는 측단부를 배치해도 괜찮다. 여기서, 용접점으로부터 받은 열영향의 정도는, 예를 들면 레이저 용접 중에 롤러(31, 32)가 그 위치에서 소정 시간당 열원으로부터 받은 열량으로 할 수 있다. 예를 들면, 상기 열영향의 정도가 소정값을 넘는 영역을 롤러(31, 32)가 그 허용 온도를 넘는 영역으로 할 수 있다.
이미 설명한 실시 형태에서는, 상류측에서, 벨트식 웹 협지 장치(20)에 의해 웹재(4)를 끼워 지지하고, 하류측에서, 롤러식 웹재 협지 장치(30)에 의해 웹재(4)를 끼워 지지하고 있었지만, 벨트식 웹 협지 장치(20)를 생략하여, 상류측에서도 하류측에서도 롤러식 웹재 협지 장치(30)만에 의해 웹재(4)를 끼워 지지시키는 것도 가능하다.
또, 도 1에서는 2개의 레이저 헤드(201, 202)가, 함께 웹재(4)의 상면측에 배치되어 있었지만, 2개의 레이저 헤드가 웹재의 서로 다른 면측에 배치되어 있어도 괜찮다.
도면에서, 제1면측 롤러(31)와 제2면측 롤러(32)는, 모두 위로부터 본 위치가 일치하고 있지만, 제1면측 롤러(31)와 제2면측 롤러(32)의 위로부터 본 위치는, 서로 달라도 괜찮다.
이미 설명한 실시 형태에서는, 도 7a, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 지지 프레임(33)에 대해서, 샤프트(36)의 축방향 위치가 고정된 것으로 되어 있었지만, 지지 프레임(33)에 대해서, 샤프트(36)의 축방향 위치를 조정 가능한 것으로 해도 괜찮다. 예를 들면 도 7c에 나타내는 바와 같이, 지지 프레임(33)에 대해서 반송 방향에 직교하는 수평 방향으로 관통한 샤프트(36)에 이르기까지 외부로부터 암나사를 가지는 구멍(52)을 형성하고, 이 구멍(52)에 볼트(51)를 밀어 넣어, 샤프트(36)의 축방향 위치를 고정 가능하게 한 것이라도 좋다. 이러한 것이면, 중심선(7)에 관해서 비대칭인 위치에 양 롤러(31)를 배치하는 경우에 편리하다. 또, 제2 지지 프레임(34) 및 제2면측 롤러(32)에 대해서도 동일하게 구성할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성 ]
본 발명은, 예를 들면, 용접 H형강을 제조하기 위한 제조 장치 및 제조 방법에 적용할 수 있다.
1 : 용접 형강의 제조 장치 2 : 플랜지재
3 : 플랜지재 4 : 웹재
5 : 용접점 6 : 용접점
7 : 웹재의 중심선
30 : 롤러식 웹재 협지 장치(웹재 협지 장치)
31 : 제1면측 롤러 32 : 제2면측 롤러
33 : 제1 지지 프레임 34 : 제2 지지 프레임
100 : 판재 반송 장치 200 : 레이저 용접 장치
203 : 스패터의 비산 영역 204 : 스패터의 비산 영역

Claims (4)

  1. 서로 평행하게 배치된 2매의 플랜지재(flange材)의 사이에, 양 플랜지재에 대해서 직각으로 1매의 웹재(web材)를 맞댄 상태에서, 이들 플랜지재 및 웹재를 반송하는 판재 반송 장치와,
    상기 판재 반송 장치에 의한, 상기 플랜지재 및 상기 웹재의 반송 경로 상에서, 상기 웹재의 각각의 단부를 상기 2매의 플랜지재에 각각 맞댄 부분을 레이저 용접에 의해 용접 접합하는 레이저 용접 장치를 구비하는 용접 형강(形鋼)의 제조 장치에 있어서,
    용접점(溶接点)에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 일방의 면을 따라서 전동(轉動)하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1면측 롤러와,
    용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 타방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제2면측 롤러를 가지며,
    상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러에 의해, 적어도 용접점의 반송 방향 위치를 포함하는 반송 방향 소정 범위에 걸쳐서 상기 웹재를 끼워 지지하는 웹재 협지(挾持) 장치가, 상기 판재 반송 장치에 포함되어 있고,
    상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러의 플랜지재에 대향하는 측단부가, 각각, 용접점으로부터의 스패터(spatter)의 비산량(飛散量)의 정도가 소정값을 넘는 영역의 경계를 따라서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 형강의 제조 장치.
  2. 서로 평행하게 배치된 2매의 플랜지재의 사이에, 양 플랜지재에 대해서 직각으로 1매의 웹재를 맞댄 상태에서, 이들 플랜지재 및 웹재를 반송하는 판재 반송 장치와,
    상기 판재 반송 장치에 의한, 상기 플랜지재 및 상기 웹재의 반송 경로 상에서, 상기 웹재의 각각의 단부를 상기 2매의 플랜지에 각각 맞댄 부분을 레이저 용접에 의해 용접 접합하는 레이저 용접 장치를 구비하는 용접 형강의 제조 장치에 있어서,
    용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 일방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1면측 롤러와,
    용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 타방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제2면측 롤러를 가지며,
    상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러에 의해, 적어도 용접점의 반송 방향 위치를 포함하는 반송 방향 소정 범위에 걸쳐서 상기 웹재를 끼워 지지하는 웹재 협지 장치가, 상기 판재 반송 장치에 포함되어 있고,
    상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러의 플랜지재에 대향하는 측단부가, 각각, 용접점으로부터 받은 열영향의 정도가 소정값을 넘는 영역의 경계를 따라서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 형강의 제조 장치.
  3. 서로 평행하게 배치된 2매의 플랜지재의 사이에, 양 플랜지재에 대해서 직각으로 1매의 웹재를 맞댄 상태에서, 이들 플랜지재 및 웹재를 반송하면서, 상기 플랜지재 및 상기 웹재의 반송 경로 상에서, 상기 웹재의 각각의 단부를 상기 2매의 플랜지재에 각각 맞댄 부분을 레이저 용접에 의해 용접 접합하는 것에 의해 용접 형강을 제조하는, 용접 형강의 제조 방법에 있어서,
    용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 일방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1면측 롤러와, 용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 타방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제2면측 롤러에 의해, 적어도 용접점의 반송 방향 위치를 포함하는 반송 방향 소정 범위에 걸쳐서 상기 웹재를 끼워 지지하면서, 상기 용접 접합을 행하는 용접 형강의 제조 방법으로서,
    상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러의 플랜지재에 대향하는 측단부가, 각각, 용접점으로부터의 스패터의 비산량의 정도가 소정값을 넘는 영역의 경계를 따라서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 형강의 제조 방법.
  4. 서로 평행하게 배치된 2매의 플랜지재의 사이에, 양 플랜지재에 대해서 직각으로 1매의 웹재를 맞댄 상태에서, 이들 플랜지재 및 웹재를 반송하면서, 상기 플랜지재 및 상기 웹재의 반송 경로 상에서, 상기 웹재의 각각의 단부를 상기 2매의 플랜지재에 각각 맞댄 부분을 레이저 용접에 의해 용접 접합하는 것에 의해 용접 형강을 제조하는, 용접 형강의 제조 방법에 있어서,
    용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 일방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1면측 롤러와,용접점에 조사되는 레이저를 차단하지 않는 위치에서, 상기 웹재의 타방의 면을 따라서 전동하는, 반송 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제2면측 롤러에 의해, 적어도 용접점의 반송 방향 위치를 포함하는 반송 방향 소정 범위에 걸쳐서 상기 웹재를 끼워 지지하면서, 상기 용접 접합을 행하는 용접 형강의 제조 방법으로서,
    상기 복수의 제1면측 롤러 및 상기 복수의 제2면측 롤러의 플랜지재에 대향하는 측단부가, 각각, 용접점으로부터 받은 열영향의 정도가 소정값을 넘는 영역의 경계를 따라서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 형강의 제조 방법.

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