TWI483801B - 鋼板之雷射熔接方法及雷射熔接裝置 - Google Patents

Description

鋼板之雷射熔接方法及雷射熔接裝置

本發明係關於鋼板對接部分之雷射熔接方法、及其雷射熔接裝置。

一般在對熱軋鋼板、冷軋鋼板等鋼板施行處理的製程線上(例如：酸洗、退火、軋延、回捲、檢查等生產線)，大多採取連續式供應鋼板，並對所供應的鋼板連續式施行處理的連續生產線。

為了對此種可連續式處理的連續生產線連續地供應處理鋼板，必需在該連續生產線的上游步驟，利用使鋼板與鋼板進行對接熔接，而將無中斷地供應鋼板給連續生產線。

在該連續生產線的上游步驟所配置之一般熔接裝置，係有如：將前導鋼板的熔接材(以下稱「前導被熔接材」)之端面、與相對於前導被熔接材屬於後推鋼板的熔接材(以下稱「後推被熔接材」)之端面進行熔接，而予以接續的熔接裝置。且，當所熔接的被熔接材係屬於高碳鋼與高張力鋼板的情況，就生產性提升、品質安定化等目的，大多採取使用雷射光進行熔接的雷射熔接裝置。然而，此種高碳鋼與高張力鋼板之雷射熔接，將因熔接後的急冷而造成被熔接材內部生成麻田散鐵，大多將發生熔接龜裂。所以，為了降低麻田散鐵生成程度俾減少熔接龜裂，便必須減緩被熔接材的急遽溫度變化。

例如在專利文獻1中所記載的鋼板接合熔接裝置，係具備有：沿著使施行雷射熔接之端面相對向的鋼板之對接熔接部，依與熔接機的銲槍移動同步進行游走的台車；可旋轉地配設於該台車上，且構成為隨台車的游走而從下方背襯的熔接部的旋轉式背襯構件；以及隨台車的游走，在銲槍的前導方位，將對接部與其附近部分進行預熱的線圈。

專利文獻2所揭示的高張力鋼板之雷射熔接方法，係在雷射束通過之後，藉由加熱至既定溫度，俾防止熔接金屬硬化，而形成良好成形性的熔接部。

[專利文獻1]日本專利特開平6-312285號公報[專利文獻2]日本專利特開2004-209497號公報

然而，專利文獻1所記載的鋼板接合熔接裝置，將有如下述的問題點。即，在對鋼板進行連續處理的連續生產線上所使用雷射熔接裝置，為了將前導被熔接材之一端、與後推被熔接材之一端精度佳地熔接，所施行的前處理係將前導被熔接材之一端、與後推被熔接材之一端，利用鋼板接合熔接裝置所內設的切斷裝置進行切斷。此時，形成對接部的端部將有不呈扁平面而發生微小形狀偏差，且有產生毛邊的情況。若在此種端部形狀凌亂、或產生毛邊的狀態下施行感應加熱與雷射熔接，將因板端的對接間隙變化，而出現段差熔接或孔洞熔接等熔接部之形狀不良的問題。

再者，專利文獻1所記載的鋼板接合熔接裝置中，特別係當前導被熔接材的板厚、與後推被熔接材的板厚不同時，在熔接部觸將與母材間之發生段差。因而，在發生該段差的狀態下，將被熔接材供應給後續步驟的連續生產線並承受重複彎曲時，將局部性地對熔接部作用彎曲應力，導致在該熔接部處出現斷裂的問題。

再者，專利文獻1所記載的鋼板接合熔接裝置，因為在被熔接材的板厚方向上產生磁通，因而將因被熔接材端面間的接觸狀況，導致貫通磁通量有所變化，而有難以進行穩定均勻加熱的問題。

但是，在將鋼板供應給連續生產線之前，為了將鋼板表面上的銹垢粉等異物去除，一般採取對鋼板表面供應噴霧水。或者，亦有為了使鋼板表面的銹垢物等異物不會附著於輥上，而在對輥表面噴出噴霧水的情況下進行通板的情況。此外，即使在未供應噴霧水的情況，當鋼板經過水冷卻步驟等之時，在鋼板上仍殘留著冷卻水。所以，當施行上述鋼板的熔接時，鋼板端部的對接部分被洗淨水、冷卻水等潤濕的情形較多。若藉由對殘留有水分的對接部施行雷射照射而進行熔接，將產生水蒸氣。該水蒸氣會將溶融金屬吹飛，導致在熔接部的表面形成較大凹陷的缺陷、或殘留於熔接金屬中並形成吹孔缺陷。含有此種缺陷的熔接部將導致接合強度降低。結果，在連續生產線的途中鋼板將從熔接部斷裂，而必須停止製造生產線以進行復原。就製造效率而言應迴避此問題。

另一方面，在因為採取雷射熔接而未利用水施行洗淨的情況時，銹垢粉等將殘留於鋼板上，而有其成為因後續處理而在鋼板表面上出現傷痕等肇因的情況。

專利文獻2等所記載之發明的習知技術，雖將雷射熔接適用於鋼板，但是相關上述問題卻尚未解決，因而仍熱切期待獲解決。

本發明係有鑑於上述問題而完成，課題在於提供減輕被熔接材熔接部的形狀不良，能獲得充分接合強度的鋼板之雷射熔接方法、及其裝置。

以下，針對本發明進行說明。

藉由提供申請專利範圍第1項所記載之發明的鋼板之雷射熔接方法而可解決上述問題。該鋼板之雷射熔接方法係使複數鋼板的端面彼此相對接，並對相對接的鋼板之對接部分施行雷射束照射，而將對接部分進行熔接的鋼板之雷射熔接方法，其包括有：形成適合於使鋼板端面相對接之形狀的切斷步驟；使利用切斷步驟所形成的上述端面相對接的對接步驟；將對接部分施行加熱的第1加熱步驟；以及將利用第1加熱步驟施行加熱過的對接部分，利用雷射進行熔接的雷射熔接步驟。

申請專利範圍第2項所記載的發明係於申請專利範圍第1項所記載的鋼板之雷射熔接方法中，第1加熱步驟為利用產生平行且貫通於鋼板表面之磁通的線圈進行加熱。

申專利範圍第3項所記載的發明係於申專利範圍 第1項所記載的鋼板之雷射熔接方法中，在對接步驟與第1加熱步驟之間，更進一步包括有利用將對接部分從板厚的上下方向進行擠壓，而將對接部分的鋼板表背面進行整形之整形步驟。

申請專利範圍第4項所記載的發明係於申請專利範圍第1項所記載的鋼板之雷射熔接方法中，包括有：將利用雷射熔接步驟所熔接的鋼板熔接部進行加熱之第2加熱步驟；以及將經第2加熱步驟進行加熱的熔接部，從板厚的上下方向擠壓，而將熔接部進行整形的加壓步驟。

申請專利範圍第5項所記載的發明係於申請專利範圍第4項所記載的鋼板之雷射熔接方法中，第2加熱步驟為利用產生平行且貫通於鋼板表面之磁通的線圈進行加熱。

申請專利範圍第6項所記載的發明係於申請專利範圍第4項所記載的鋼板之雷射熔接方法中，利用第2加熱步驟施行的加熱為與雷射熔接步驟同時實施。

申請專利範圍第7項所記載的發明係於申請專利範圍第1項~第6項中任一項所記載的鋼板之雷射熔接方法中，第1加熱步驟係利用對接部分的加熱，使該對接部分的鋼板表背面溫度均達200℃以上。

藉由提供申請專利範圍第8項所記載發明的鋼板之雷射熔接裝置便可解決上述問題。該鋼板之雷射熔接裝置係使複數鋼板的端面彼此相對接，並將相對接的鋼板之對接部分施行雷射束照射，而將對接部分進行熔接的鋼板之雷射熔接裝置，其具備有：形成適合於使鋼板端面相對接之 形狀的切斷手段；將對接部分進行加熱的第1加熱手段；將對接部分施行加熱的第1加熱手段；以及將利用第1加熱步驟施行加熱過的對接部分，利用雷射進行熔接的雷射熔接手段。

申請專利範圍第9項所記載的發明係於申請專利範圍第8項所記載的鋼板之雷射熔接裝置中，第1加熱手段為產生平行且貫通於鋼板表面之磁通的線圈。

申請專利範圍第10項所記載的發明係於申請專利範圍第8項所記載的鋼板之雷射熔接裝置中，具備有整形手段，其在利用雷射熔接手段將對接部分進行熔接之前，藉由將該對接部分從板厚的上下方向進行擠壓，而將對接部分的鋼板表背面進行整形。

申請專利範圍第11項所記載的發明係於申請專利範圍第8項所記載的鋼板之雷射熔接裝置中，具備有：將利用雷射熔接手段進行熔接的鋼板熔接部施行加熱的第2加熱手段；以及將利用該第2加熱手段進行加熱的該對接部分，從板厚的上下方向進行擠壓，而將熔接部進行整形的加壓手段。

申請專利範圍第12項所記載的發明係於申請專利範圍第11項所記載的鋼板之雷射熔接裝置中，第2加熱手段為產生平行且貫通於鋼板表面之磁通的線圈。

申請專利範圍第13項所記載的發明係於申請專利範圍第11項所記載的鋼板之雷射熔接裝置中，設有可游走的熔接座，該熔接座係具備有：整形手段、第1加熱手段、 雷射熔接手段、第2加熱手段及加壓手段。

申請專利範圍第14項所記載的發明係於申請專利範圍第8項~第13項中任一項所記載的鋼板之雷射熔接裝置中，雷射熔接手段為具備有：由並排配置的複數纖維狀或碟狀結晶體所構成的雷射束振盪器；以及將從該振盪器所釋出之雷射光進行傳輸的光纖。

根據本發明之雷射熔接裝置及雷射熔接方法，可減少被熔接材熔接部的形狀不良，更可降低被熔接材的熔接龜裂。且，在連續製程中可防止熔接部之斷裂，而可防止因此情況所導致之生產線運轉停止，提升生產性。

以下，針對實施本發明的較佳形態，參照圖式進行說明。

<第1實施形態>

圖1所示係本發明第1實施形態的雷射熔接裝置之立體圖。

如圖1所示，第1實施形態的雷射熔接裝置1係具備有：保持著板狀被熔接材的夾鉗2；一邊朝圖1中的Y方向移動，一邊將朝X方向搬送的被熔接材進行熔接的熔接座3；以及碳酸氣體雷射振盪器4。

圖2所示係第1實施形態的雷射熔接裝置1之熔接座3之截面的剖視圖。

如圖2所示，熔接座3係具備有：截斷機5a、5b、整形輥6a、6b、預熱處理用感應加熱頭7、加工頭9、背壓軋 輥8、後熱處理用感應加熱頭10、以及加壓輥11a、11b。其中，該截斷機5a、5b係將所搬送的被熔接材二端切斷的手段。該整形輥6a、6b係藉由將利用夾鉗2所保持的被熔接材中相對接的部分從板厚之上下方向進行擠壓而進行整形的手段。該預熱處理用感應加熱頭7係將經整形輥6a、6b進行整形的被熔接材施行感應加熱的第1加熱手段。該加工頭9係將利用預熱處理用感應加熱頭7施行加熱過的被熔接材，照射雷射光而將該被熔接材施行熔接的手段。該背壓軋輥8係配置於加工頭9的正下方，將熔接中的前導被熔接材與後推被熔接材之端面從下面支撐著，且防止從熔接中的被熔接材下面所洩漏的雷射光照射於外部。該後熱處理用感應加熱頭10係將經加工頭9施行熔接的被熔接材，進行感應加熱的第2加熱手段。該加壓輥11a、11b係將經加工頭9施行熔接的熔接部，從板厚的上下方向包夾而進行整形的加壓手段。

熔接座3係配設為將被熔接材從上下包夾，經由利用伺服馬達控制著旋轉速度的滾珠螺桿(未圖示)，朝箭頭Y的正方向、或箭頭Y的反方向移動。此外，截斷機5a、5b、整形輥6a，6b、預熱處理用感應加熱頭7、背壓軋輥8、加工頭9、後熱處理用感應加熱頭10、及加壓輥11a、11b，係相隔既定間隔設置，並朝Y方向配置於直線上。

圖3係將被熔接材切斷的截斷機5a、5b之說明圖。

如圖3所示，夾鉗2係具備有：夾鉗著前導被熔接材100a的前方夾鉗2F；與夾鉗著後推被熔接材100b的後方夾鉗 2R。前方夾鉗2F係具備有：前方夾鉗下部2Fa、前方夾鉗上部2Fb、及將前方夾鉗上部2Fb朝上下方向驅動的前方夾鉗氣缸2Fc。同樣地，後方夾鉗2R係具備有：後方夾鉗下部2Ra、後方夾鉗上部2Rb、及將後方夾鉗上部2Rb朝上下方向驅動的後方夾鉗氣缸2Rc。

再者，如圖3所示，截斷機5係具備有：剪床下刀片5a、剪床上刀片5b、以及將剪床上刀片5b朝上下方向驅動的氣缸5c。而，截斷機5係隨熔接座3的移動，在前方夾鉗2F與後方夾鉗2R之間進行進入或後退。

圖4係針對預熱處理用感應加熱頭7與後熱處理用感應加熱頭10的加熱作用進行說明的說明圖。因為後熱處理用感應加熱頭10具有如同預熱處理用感應加熱頭7的相同構造，因而在此僅就預熱處理用感應加熱頭7進行說明。

如圖4所示，預熱處理用感應加熱頭7係具備有：鐵心7a、與在該鐵心7a上所捲繞的線圈7b。然後，從電源(未圖示)對該線圈7b通入電流而產生磁通(交變磁通)，藉由使該磁通貫通被熔接材100a、100b，而在被熔接材100a、100b中誘發渦電流，藉由該渦電流產生焦耳熱，而將被熔接材100a、100b進行加熱。

此處，利用預熱處理用感應加熱頭7的鐵心7a、線圈7b所產生的磁通，係如圖4所示，平行並貫通於對被熔接材100a、100b的板厚方向呈直角之方向，亦即被熔接材100a、100b表面。所以，不論被熔接材100a、100b的 相對接端面之板寬方向係呈接觸‧非接觸狀態，亦即被熔接材相對向的端面間有無隙間存在，貫通被熔接材100a、100b的磁通量在板寬方向上將呈相同程度。藉此，因為預熱處理用感應加熱頭7及後熱處理用感應加熱頭10對被熔接材100a、100b的對接部(熔接部)均勻施行加熱升溫，因而可分別均勻地施行預熱、後熱。另外，圖4中，雖圖示將預熱處理用感應加熱頭7設置於被熔接材下方的情況，為並不僅侷限於此，亦可設置於被熔接材的上方。

利用預熱處理用感應加熱頭7施行的加熱程度，係依照上游步驟的水洗淨程度、被熔接材板厚、預處理用感應加熱頭7與被熔接材間之位置關係等，而採用適當的到達溫度、及保持時間。所以並無特別的限制。其中，從可確實地將水分去除，以及製造效率及能量效率的觀點而言，最好相對接部分的被熔接材表背面溫度均達200℃以上，且將其保持1秒鐘以上的加熱。藉此不致消耗所需以上的能量，且可適當地維持製造效率。

再者，如圖2所示，背壓軋輥8係配置於加工頭9的正下方。背壓軋輥8係將熔接中的被熔接材100a、100b之端面從下面支撐著，俾達到被熔接材100a、100b的對接精度之提升，且防止從熔接中的被熔接材100a、100b下面所洩漏之雷射束照射於外部。

整形輥6係如圖2所示，具備有：下整形輥6a、上整形輥6b、以及將上整形輥6b朝上下方向驅動的氣缸(未圖示)。下整形輥6a與上整形輥6b係配置呈上下且朝Y方 向配置於直線上，利用氣缸可調整下整形輥6a與上整形輥6b間之上下間隔。此外，下整形輥6a與上整形輥6b係具有以各自支撐軸(未圖示)為中心進行旋轉的構造。

加壓輥11係如圖2所示，具備有：下加壓輥11a、上加壓輥11b、以及將上加壓輥11b朝上下方向驅動的氣缸(未圖示)。下加壓輥11a與上加壓輥11b係配置呈上下且朝Y方向配置於直線上，而下加壓輥11a與上加壓輥11b間之上下間隔係可利用氣缸進行調整。此外，下加壓輥11a與上加壓輥11b係具有以各自支撐軸(未圖示)為中心進行旋轉的構造。

其次，針對第1實施形態的雷射熔接裝置1之作用，參照圖1及圖2進行說明。

首先，前導被熔接材100a係朝圖1中箭頭X所示方向被搬入於雷射熔接裝置1的熔接座3內。然後，將與所搬入的前導被熔接材100a尾端呈相隔既定間隔的後推被熔接材100b，搬入於雷射熔接裝置1的熔接座3內。

然後，被搬送於熔接座3內的前導被熔接材100a，係如圖3所示，將前導被熔接材100a的尾端導引於截斷機5內，並停止於圖3所示位置處。且，被搬送於接座3內的後推被熔接材100b，亦同樣的地使後推被熔接材100b的前端導引於相同的截斷機5內，並停止於圖3所示位置處。

然後，夾鉗2F、2R將前導被熔接材100a與後推被熔接材100b固定。具體而言，前方夾鉗上部2Fb係利用前方 夾鉗氣缸2Fc的動力而下降，並藉由在與前方夾鉗下部2Fa之間，夾持前導被熔接材100a而進行固定。同樣的，後方夾鉗上部2Rb係利用後方夾鉗氣缸2Rc的動力而下降，並藉由在與後方夾鉗下部2Ra之間，夾持後推被熔接材100b而進行固定。

然後，熔接座3所內設的截斷機5之剪床上刀片5b，係利用氣缸5c的動力而下降，並藉由於與剪床下刀片5a之間進行挾持，將前導被熔接材100a與後推被熔接材100b的相對向端部同時切斷(切斷步驟)。藉此，可使前導被熔接材100a的截面、與後推被熔接材100b的截面呈大致平行，而可輕易進行熔接。

其次，雷射熔接裝置1的截斷機5係使剪床上刀片5b上升。然後，將約束著後推被熔接材100b的後方夾鉗2R，朝約束著前導被熔接材100a的前方夾鉗2F側，僅移動剪床上刀片5b的刀片寬度W距離。藉此，使前導被熔接材100a尾端、與後推被熔接材100b前端相對接(對接步驟)。

圖5為顯示利用截斷機5切斷的前導被熔接材100a與後推被熔接材100b，從板厚方向所觀看到之截面的剖視圖，圖6為顯示係使經截斷機5切斷後的被熔接材100a、100b呈對接之狀態的平面圖。

如圖5所示，利用截斷機5切斷後，若使前導被熔接材100a與後推被熔接材100b的端面相對接，則有產生微小形狀偏差、或產生毛邊的情況。且，如圖6所示，在被熔接材100a、100b的對接部將有部分地產生間隙的情況。

在此種對接狀態下，將前導被熔接材100a與後推被熔接材100b進行熔接時，將因板端相對接的間隙變化，而有發生段差熔接或孔洞熔接的情形。

所以，藉由整形輥6a、6b將經截斷機5切斷後的對接部進行擠壓(整形步驟)，可將因切斷而所產生的毛邊、或切斷形狀偏差等對接部的形狀不良情形進行矯正。

具體而言，首先，雷射熔接裝置1係使熔接座3朝如圖2所示之箭頭Y方向移動。此時，上整形輥6b將依成為預設的上整形輥6b與下整形輥6a間之間隔的方式，利用氣缸的動力下降。然後，隨熔接座3朝Y方向的移動，將如圖7所示，上整形輥6b將載乘於前導被熔接材100a與後推被熔接材100b的對接部上，並一邊旋轉，一邊施加預設荷重，而將前導被熔接材100a與後推被熔接材100b的對接部進行擠壓。藉此，可將因切斷而產生的被熔接材100a、100b之對接部形狀之不良情形進行矯正。

接著，雷射熔接裝置1進一步使熔接座3朝圖2所示箭頭Y方向移動。

隨熔接座3的移動，被熔接材100a、100b的對接部將通過與整形輥6a、6b相隔既定間隔配置的預熱處理用感應加熱頭7上部。此時，被熔接材100a、100b的對接部係利用預熱處理用感應加熱頭7，感應加熱至雷射熔接的預熱所必要之溫度(第1加熱步驟)。具體而言，從電源(未圖示)對預熱處理用感應加熱頭7的線圈7b通入電流而產生磁通(交變磁通)，並依使該磁通平行於被熔接材100a、 100b表面方向的方式，貫通被熔接材100a、100b內。藉此，將在被熔接材100a、100b中誘發出渦電流，藉由該渦電流產生焦耳熱而進行感應加熱。

依此，預熱處理用感應加熱頭7係藉由使磁通平行並貫通被熔接材100a、100b板厚方向的直角方向、亦即被熔接材100a、100b表面，而將被熔接材100a、100b進行感應加熱，因而可將被熔接材100a、100b的熔接部均勻地加熱升溫。藉此，使被熔接材100a、100b的熔接部水分蒸發，可防止發生熔接缺陷。

再者，藉由利用預熱處理用感應加熱頭7施行加熱，可達到減小熔接部的冷卻速度，並抑制麻田散鐵出現的效果，且可獲得利用加熱而進行麻田散鐵回火的效果等。此外，因為在利用整形輥6a、6b進行整形後，才將被熔接材100a、100b施行感應加熱，故可利用熱膨脹使對接間隙最佳化。另外，亦可獲得降低後述加工頭9的雷射功率、增加熔接速度的效果。利用預熱處理用感應加熱頭7施行的預熱程度，係依照上游步驟的水洗淨程度、被熔接材100a、100b厚度、預熱處理用感應加熱頭7與被熔接材100a、100b間之位置關係等，而採用適當的到達溫度及保持時間。所以，並無特別的限制。其中，從可確實地將水分去除，以及製造效率及能量效率的觀點而言，最好相對接部分的被熔接材表背面溫度均達200℃以上，且將其保持1秒鐘以上的加熱。藉此不致消耗所需以上的能量，且可適當地維持製造效率。

接著，雷射熔接裝置1再使熔接座3朝圖2所示之箭頭Y方向移動。

隨熔接座3的移動，被熔接材100a、100b的對接部將通過背壓軋輥8上方。此時，被熔接材100a、100b的對接部利用加工頭9與背壓軋輥8施行雷射熔接(雷射熔接步驟)。具體而言，來自碳酸氣體雷射振盪器4且經空氣傳播的雷射光，從加工頭6照射於被熔接材100a、100b的對接部，藉此，前導被熔接材100a與後推被熔接材100b被熔接。雷射的輸出、焦點直徑、焦點位置、熔接速度等條件，將依照鋼板的種類與板厚、對接時的鋼板間之間隙大小、鋼板與加工頭間之距離等而適當選擇。

然後，雷射熔接裝置1再使熔接座3朝圖2所示之箭頭Y方向移動。

隨熔接座3的移動，被熔接材100a、100b的對接部(熔接部)將通過後熱處理用感應加熱頭10上方。此時，被熔接材100a、100b的對接部(熔接部)利用後熱處理用感應加熱頭10進行感應加熱至既定溫度(第2加熱步驟)。例如加熱至400℃以上、900℃以下的溫度。藉此，因為抑制熔接後的急冷，故抑制因急冷所造成的熔接部過度硬化，俾防止通板時發生斷裂情況。加熱溫度最好設定為550℃左右以上且800℃以下。具體而言，從電源(未圖示)在後熱處理用感應加熱頭100的線圈10a中流通電流而產生磁通(交變磁通)，藉由使該磁通在被熔接材100a、100b中，依磁通平行於表面方向的方式貫通，而在被熔接材 100a、100b中產生渦電流，利用該渦電流產生焦耳熱而施行感應加熱。

其次，雷射熔接裝置1再使熔接座3朝圖2所示之箭頭Y方向移動。此時，上加壓輥11b係依成為預設的上加壓輥11b與下加壓輥11a間之間隔的方式，利用氣缸的動力下降。然後，隨熔接座3的移動，上加壓輥11b載乘於被熔接材100a、100b的熔接部分上，並一邊進行旋轉一邊施加預設荷重，而將被熔接材100a、100b的熔接部分施行擠壓(加壓步驟)。藉此，將被熔接材100a、100b的表背面修整呈平滑，當前導被熔接材100a與後推被熔接材100b的板厚相同時，可將熔接部的板厚形成大致如同前導被熔接材100a與後推被熔接材100b的板厚。

再者，即使前導被熔接材100a與後推被熔接材100b的板厚不同的情況，藉由上加壓輥11b與下加壓輥11a的擠壓，可將熔接部的表面形狀形成平滑。

藉由上述，根據第1實施形態的雷射熔接裝置1，將矯正被熔接材100a、100b的對接部形狀不良，可防止熔接時發生孔洞等熔接缺陷，更可防止發生熔接龜裂。

另外，整形輥6a、6b、預熱處理用感應加熱頭7、加工頭9、背壓軋輥8、後熱處理用感應加熱頭10、及加壓輥11a、11b，係朝熔接進行方向依既定間隔配置。所以，當對不需要利用預熱處理用感應加熱頭7施行預熱處理及/或利用後熱處理用感應加熱頭10施行後熱處理的鋼種，將被熔接材100a、100b進行熔接時，亦可控制成省略該 等預熱處理及/或後熱處理。

<第2實施形態>

第1實施形態的雷射熔接裝置1中，具備有：對經預熱處理用感應加熱頭7施行加熱過的被熔接材100a、100b照射雷射光，而將該被熔接材100a、100b施行熔接的加工頭9。

第2實施形態的雷射熔接裝置1a係取代加工頭9，改為具有注入填充銲條(filler wire)之功能的加工頭9a。

此處，所謂「填充銲條」係指金屬的易熔材料，特別常使用於被熔接材100a、100b為高碳鋼、高Si鋼等難熔接材等情況。當一邊利用加工頭9a在熔接部中注入填充銲條，一邊施行雷射熔接時，具有將熔接金屬稀釋的效果，並可提升熔接品質。此外，即使截斷機5隨時間經過而劣化，導致機械精度降低，造成被熔接材100a、100b的對接部形狀出現偏差的情況，藉由一邊對該熔接部注入填充銲條，一邊施行雷射熔接，可吸收該被熔接材100a、100b的對接部之形狀偏差。

圖8係在未使用填充銲條的情況下施行熔接時，熔接部的剖視圖，而圖9係在使用填充銲條的情況下施行熔接時，熔接部的剖視圖。

如圖8所示，當在無填充銲條的情況下，將被熔接材100a、100b進行熔接時，熔接部將變為略薄於被熔接材100a、100b的原本厚度。另一方面，如圖9所示，當使用填充銲條進行熔接的情況時，熔接部將變為較厚於被熔 接材100a、100b的原本厚度。此種被熔接材100a、100b的熔接部接頭形狀變化，將成為在軋延生產線中施行軋延時之鋼板斷裂的肇因。

但是，該第2實施形態的雷射熔接裝置，係藉由將熔接部利用上加壓輥11b與下加壓輥11a，依預設荷重進行擠壓，而如同圖10所示，可將熔接部表背面修整為平滑。

所以，因為熔接部的被熔接材100a、100b之熔接部接頭形狀並無急遽變化，因而即使在軋延生產線上仍可防止發生鋼板斷裂。

再者，即使在前導被熔接材100a板厚、與後推被熔接材100b板厚不同的情況，如圖11所示，因為可將熔接部形狀形成為平滑，因而在軋延生產線中，可防止發生鋼板斷裂。

<第3實施形態>

圖12係第3實施形態的雷射熔接裝置之立體圖。

第1實施形態的雷射熔接裝置1，係具備有：碳酸氣體雷射振盪器4；以及將從該碳酸氣體雷射振盪器4所發出並經空中傳播的雷射光，照射於被熔接材100a、100b之對接部的加工頭9。

第3實施形態的雷射熔接裝置1b係取代碳酸氣體雷射振盪器4，改為設置：YAG系雷射振盪器；或將複數纖維狀結晶體並排配置的纖維狀雷射振盪器、或者碟狀雷射振盪器等振盪器4b；將從該振盪器4b所發光、並經光纖12傳輸的雷射光，照射於被熔接材100a、100b之對接部的 加工頭9b。

另外，所謂「纖維狀雷射振盪器」係指在雙纖殼光纖的核心光纖中添加Yb(鐿)，利用將被導入於雙纖殼層中的LD(雷射二極體)激發光進行傳輸，將核心光纖激發/放大，而取出雷射束的模組，藉由將該模組並排連接而構成增加輸出之構造的周知振盪器。

依此，本發明的雷射熔接裝置可適用於所有的雷射振盪器，同樣的，可減輕被熔接材100a、100b的熔接部形狀不良、及熔接龜裂情形。

[實施例]

其次，利用實施例進行更詳細的說明。惟本發明並不僅侷限於本實施例。

實施例中，使用在表背面殘留著水分，並將端部切斷成形對接形狀的鋼板，使該鋼板相對接，並將該對接部加熱至既定溫度後，將對接部利用雷射施行熔接而施行本發明方法的情況(本發明例)，以及在未將對接部施行加熱的情況下利用雷射施行熔接的情況(比較例)，針對二種情況的接合強度進行比較。另外，本發明例與比較例2係使用水分殘留量較大之鋼板的情況，比較例1係使用水分殘留量較小之鋼板的情況。

<條件>

以下所示係實施條件：‧雷射種類：碳酸氣體雷射、光纖雷射

‧雷射輸出：10kW

‧鋼板對接間隙：0.0mm

‧鋼板板厚：2.2mm、4.0mm

‧熔接速度：8.0m/分(板厚2.2mm時)、6.0m/分(板厚4.0mm時)

‧對接部加熱：利用感應加熱將表背面溫度加熱至200℃以上，並將200℃以上的保持時間設為1.0秒以上

<評估方法>

施行曲率半徑60mm的重複彎曲試驗，藉由比較直到斷裂為止的次數，而評估接合強度。將最大重複次數設為20次，即使施行20次重複彎曲仍未出現斷裂的情況，判斷屬於接合強度良好。

<結果>

結果如表1所示。

如表1所示，依照本發明之雷射熔接方法施行雷射熔接的鋼板，不管板厚均可獲得較高的重複彎曲強度，可獲得良好的接合強度。另一方面，比較例中，當水分殘留量較 大的情況(比較例1-2、比較例2-2)，不管板厚如何，接合強度均極低，即便在水分殘留量較小的情況(比較例1-1、比較例2-1)，板厚4.0mm時接合強度仍降低。

圖13、圖14所示係分別利用碳酸氣體雷射與光纖雷射施行的熔接部之截面例。圖13(a)與圖14(a)所示係依照本發明之雷射熔接方法實施，圖13(b)與圖14(b)係依照比較例進行熔接。如圖13(b)與圖14(b)所示，藉由在殘留水分的情況下施行雷射熔接，將發生如圖13(b)中之A所示的吹孔缺陷、或如圖13(b)中的B、及圖14(b)所示之於表面出現較大凹陷的缺陷，推測該缺陷將導致熔接強度降低。

以上係就關於現時點下最能實踐且認為屬較佳的實施形態，對本發明進行說明，惟本發明並不僅侷限於本案說明書中所揭示的實施形態，在不違反申請專利範圍、以及自整體說明書所讀解的發明主旨或思想之範疇內，可予以適當變更，必須理解隨此種變更的鋼板之雷射熔接方法、及其雷射熔接裝置，亦均涵蓋於本發明的技術範圍內。

1、1a、1b‧‧‧雷射熔接裝置

2‧‧‧夾鉗(保持手段)

2F‧‧‧前方夾鉗

2Fa‧‧‧前方夾鉗下部

2Fb‧‧‧前方夾鉗上部

2Fc‧‧‧前方夾鉗氣缸

2R‧‧‧後方夾鉗

2Ra‧‧‧後方夾鉗下部

2Rb‧‧‧後方夾鉗上部

2Rc‧‧‧後方夾鉗氣缸

3‧‧‧熔接座

4‧‧‧碳酸氣體雷射振盪器

4b‧‧‧YAG系雷射振盪器

5‧‧‧截斷機

5a‧‧‧剪床下刀片(截斷機)

5b‧‧‧剪床上刀片(截斷機)

5c‧‧‧氣缸

6‧‧‧整形輥(整形手段)

6a‧‧‧下整形輥

6b‧‧‧上整形輥

7‧‧‧預熱處理用感應加熱頭(第1加熱手段)

7a‧‧‧鐵心

7b‧‧‧線圈

8‧‧‧背壓軋輥

9‧‧‧加工頭(雷射熔接手段)

9a‧‧‧加工頭

9b‧‧‧加工頭

10‧‧‧後熱處理用感應加熱頭(第2加熱手段)

11‧‧‧加壓輥(加壓手段)

11a‧‧‧下加壓輥

11b‧‧‧上加壓輥

12‧‧‧光纖

100a‧‧‧前導被熔接材

100b‧‧‧後推被熔接材

圖1為本發明第1實施形態的雷射熔接裝置之立體圖。

圖2為顯示第1實施形態的雷射熔接裝置之熔接座截面的剖視圖。

圖3為將被熔接材切斷的截斷機之說明圖。

圖4為針對預熱處理用感應加熱頭及後熱處理用感應加熱頭的加熱作用進行說明的說明圖。

圖5為顯示使利用截斷機切斷的被熔接材呈相對接的狀態，從板厚方向所觀看到的剖面的說明圖。

圖6為顯示使利用截斷機所切斷後的被熔接材呈相對接狀態的平面圖。

圖7為利用整形輥進行擠壓的被熔接材之剖視圖。

圖8為未使用填充銲條，將被熔接材進行熔接時的熔接部剖視圖。

圖9為使用填充銲條將被熔接材進行熔接時的熔接部剖視圖。

圖10為利用加工輥施行擠壓的被熔接材剖視圖。

圖11為被熔接材的厚度不同時，利用加工輥施行擠壓的被熔接材剖視圖。

圖12為第3實施形態的雷射熔接裝置立體圖。

圖13(a)及(b)為顯示實施例的熔接部剖面的圖。

圖14(a)及(b)為顯示實施例的熔接部剖面的圖。

3‧‧‧熔接座

5‧‧‧截斷機

5a‧‧‧剪床下刀片

5b‧‧‧剪床上刀片

6‧‧‧整形輥(整形手段)

6a‧‧‧下整形輥

6b‧‧‧上整形輥

7‧‧‧預熱處理用感應加熱頭(第1加熱手段)

8‧‧‧背壓軋輥

9‧‧‧加工頭(雷射熔接手段)

10‧‧‧後熱處理用感應加熱頭(第2加熱手段)

11‧‧‧加壓輥(加壓手段)

11a‧‧‧下加壓輥

11b‧‧‧上加壓輥

Claims (10)

1. 一種鋼板之雷射熔接方法，係使複數鋼板的端面彼此相對接，並對上述鋼板被對接之部位照射雷射束，而將上述被對接之部分進行熔接者，其具備有：切斷步驟，其將上述鋼板端面形成為適合對接的形狀；對接步驟，係使利用上述切斷步驟所形成的上述端面相對接；整形步驟，係將利用上述對接步驟所形成被對接之部位在加熱前從板厚的上下方向進行擠壓，藉此將上述被對接之部位的上述鋼板表背面進行整形；第1加熱步驟，係利用產生平行地貫通於上述鋼板表面之磁通的線圈，對利用上述整形步驟擠壓過的上述被對接之部位加熱；以及雷射熔接步驟，係利用雷射將經上述第1加熱步驟加熱過的上述被對接之部位進行熔接。
2. 如申請專利範圍第1項之鋼板之雷射熔接方法，係包括有：對利用上述雷射熔接步驟所熔接的上述鋼板熔接部加熱之第2加熱步驟；以及將經上述第2加熱步驟加熱過的熔接部，從板厚的上下方向擠壓，藉此將上述熔接部進行整形的加壓步驟。
3. 如申請專利範圍第2項之鋼板之雷射熔接方法，其中，上述第2加熱步驟係利用產生平行地貫通於上述鋼板表面之磁通的線圈進行加熱。
4. 如申請專利範圍第2項之鋼板之雷射熔接方法，其 中，利用上述第2加熱步驟所施行的加熱，係與上述雷射熔接步驟同時實施。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之鋼板之雷射熔接方法，其中，上述第1加熱步驟係利用對上述被對接之部位的加熱，使該被對接之部位的上述鋼板表背面溫度均達200℃以上。
6. 一種鋼板之雷射熔接裝置，係使複數鋼板的端面彼此相對接，並對上述鋼板被對接之部位照射雷射束，而將上述被對接之部位進行熔接者，其具備有：切斷手段，其將上述鋼板端面形成為適合上述對接之形狀；對接手段，其將利用上述切斷手段所切斷的部位相對接；整形手段，其將利用上述對接手段所形成被對接之部位在加熱前從板厚的上下方向進行擠壓，藉此將上述被對接之部位的上述鋼板表背面進行整形；第1加熱手段，其利用產生平行地貫通於上述鋼板表面之磁通的線圈，對利用上述整形手段擠壓過的上述被對接之部位加熱；以及雷射熔接手段，其利用雷射將經上述第1加熱手段加熱過的上述被對接之部位進行熔接。
7. 如申請專利範圍第6項之鋼板之雷射熔接裝置，其具備有：第2加熱手段，其對利用上述雷射熔接手段進行熔接的 上述鋼板熔接部加熱；以及加壓手段，其將經該第2加熱手段加熱過的上述熔接部，從板厚的上下方向進行擠壓，藉此將上述熔接部進行整形。
8. 如申請專利範圍第7項之鋼板之雷射熔接裝置，其中，上述第2加熱手段係產生平行地貫通於上述鋼板表面之磁通的線圈。
9. 如申請專利範圍第7項之鋼板之雷射熔接裝置，其中，設有可移行的熔接座，該熔接座具備有：上述整形手段、上述第1加熱手段、上述雷射熔接手段、上述第2加熱手段及上述加壓手段。
10. 如申請專利範圍第6至9項中任一項之鋼板之雷射熔接裝置，其中，上述雷射熔接手段具備有：雷射束振盪器，其係由並排地配置的複數纖維狀或碟狀結晶體所構成；以及光纖，其用以傳送從該振盪器所射出之雷射光。