JP2745332B2 - 鋼帯のレーザ突き合わせ溶接方法ならびにその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は鋼帯のレーザ突き合わせ溶接方法ならびにそ
の装置に係り、詳しくは、板厚0.5mm以下、なかでも、
0.15mm程度若しくはそれ以下の薄物であって板幅が1.0m
程度若しくはそれ以上の広巾の鋼帯を全巾にわたり、確
実に高い精度で突き合わせでき、良好にレーザ溶接でき
る溶接方法ならびにその装置に係る。

従来の技術 従来から、鋼帯の連続処理ラインにおいては、鋼帯を
突き合わせ溶接によって継ぎ合わせ、圧延その他の処理
を連続化している。また、鋼帯は製品として需要先等に
供給する前には、例えば巻直し、巻込み、溶接、スリッ
ト、カット等の処理を行ない、とくに、製品としての鋼
帯を突き合わせ溶接によって継ぎ合わせて連続化し、こ
の連続化した鋼帯を需要先の要求する単重に見合ってス
リットし、製品として送出している。なかでも、この場
合には、その後にほとんど手入れされずに送出されるこ
とから、厳格な溶接品質が要求され、例えば、珪素鋼帯
は板厚が薄いものほど電力損失が減少するため、板厚0.
15mm以下程度まで圧延され極薄状態の製品が要望され、
この極薄状態のものを溶接することが要求され、この溶
接のときに高品質でかつ後の手入れの必要のない溶接部
が得られることが求められる。

すなわち、珪素鋼帯を継ぎ合わせるために、溶接する
場合には、突き合わせ開先を形成するときに、溶接に先
立って切断された鋼帯切断面が真直で直線性を持ってず
れ、屈曲等がないことが要求される。

また、方向性珪素鋼帯は、電力損失の減少の上から板
厚を0.35〜0.30mm程度から0.30〜0.10mm程度まで薄物化
する傾向にある。

このため、珪素鋼帯の溶接には、TIG、MIG等に代って
エネルギ密度が高くビーム径を小さくできるレーザ溶接
が適用されている。すなわち、レーザ溶接であると、ビ
ーム径が0.1mm程度まで小さくでき、これに伴って、エ
ネルギ密度が高められ、熱影響部（HAZ）を小さくでき
る。

しかし、鋼帯が薄物であると、レーザ溶接に適合す
る。換言すると、その特徴が充分に発揮できる開先を形
成することがきわめてむづかしく、なかでも、溶接始端
と溶接終端では、溶け落ちが発生し易く、達成するのに
は、両鋼帯の切断面の突き合わせが鋼帯パスラインに対
し直角でかつ直線状で、更に、板厚方向にも波打ちがな
く平坦に調整されていないと、溶接継手の品質が損なわ
れ、例えば、その後に圧延などの処理する間に溶接継手
で破断することが多く、その破断率は50％以上にも達す
る。

このところから、特開昭61−276793号公報に示す如
く、先行鋼帯ならびに後行鋼帯の両対向端部を重ね合わ
せ、この重合部をクランプ状態で回転研削砥石によって
切断し、その後、これら切断面を互いに突き合わせて開
先を形成する方法が記載されている。

しかしながら、この方法であると、ギャップ実質的零
の突き合わせが達成できるが、切断毎に重合部から多量
のスクラップが発生して材料の無駄がかさむほか、スク
ラップの除去に手間がかかり、研削砥石による切断によ
らないと、バリやだれ等の発生により、突き合わせに手
間がかかる。

また、特開昭62−230491号公報に記載される、鋼帯の
レーザ突き合わせ溶接装置は、先行鋼帯と後行鋼帯との
対向端部を切断後、レーザトーチの両側に、固定クラン
プを設けるほかに、移動クランプ装置を設け、この移動
クランプ装置を鋼帯パスライン方向に数値制御モータに
より移動自在に構成する一方、先行鋼帯の切断面若しく
は突き合わせ面に向って後行鋼帯を移送するピンチロー
ルの回転駆動を数値制御モータによって制御できるよう
構成して成るレーザ突き合わせ溶接装置である。

この装置では、両鋼帯のパスライン方向への移動が高
精度に制御されて正確な突き合わせが達成できるが、薄
板の場合の板厚方向への反りなどの防止が不十分であ
る。すなわち、この溶接装置においては、突き合わせ時
には両鋼帯の切断面をワークテーブルに設けた電磁チャ
ックで吸引して反りなどが吸収できる。しかし、電磁チ
ャックを設けることは装置が大型化して機構が複雑化
し、鋼帯も励磁されるために鋼帯の微動がむづかしくな
って必ずしも正確な突き合わせが達成できない。

発明が解決しようとする課題 本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的には、薄
い、なかでも、0.1〜0.6mm程度の板厚の鋼帯を突き合わ
せてレーザ溶接する際に、切断後の両鋼帯を正確かつ高
精度に突き合わせでき、両鋼帯をレーザ溶接できる方法
ならびにその装置を提案する。

課題を解決するための手段ならびにその作用 すなわち、本発明に係るレーザ突き合わせ溶接方法
は、先行鋼帯ならびに後行鋼帯の対向端部を切断後、こ
れら切断面を突き合わせ面として突き合わせて突き合わ
せ開先を形成し、その後、この突き合わせ開先に沿って
レーザ溶接トーチを走行させてレーザ溶接する際に、先
行鋼帯ならびに後行鋼帯の対向端部の切断後、これら先
行鋼帯ならびに後行鋼帯の両切断部に鋼帯パスラインに
直交する板幅方向に張力をかけ、この張力状態で両切断
面を突き合わせることを特徴とする。

また、この方法を実施するのに好適な装置は、先行鋼
帯ならびに後行鋼帯の対向端部の切断後、これら切断面
を突き合わせ面として突き合わせて、突き合わせ開先を
形成し、その後、この突き合わせ開先に沿ってレーザ溶
接する鋼帯のレーザ突き合わせ溶接装置において、先行
鋼帯の切断部両端の耳部をクランプする先行クランプ装
置と、後行鋼帯の切断両端の耳部をクランプする後行ク
ランプ装置とを設け、これら先行ならびに後行クランプ
装置において、対向する各クランプ片を鋼帯パスライン
に平行な方向ならびに鋼帯パスラインに直交する板幅方
向に移動自在に構成して成ることを特徴とする。

そこで、これら手段たる構成ならびにその作用につい
て図面によって更に具体的に説明すると、次の通りであ
る。

なお、第１図ならびに第２図は本発明を実施する装置
の一例の平面図と側面図であり、第３図はそのクランプ
装置の一部を断面で示す説明図であり、第４図（ａ）な
らびに（ｂ）は鋼帯の反りの一例の説明図と本発明によ
ってこの反りを矯正した例の説明図であり、第５図は本
発明における開先線の一例を示す平面図である。

まず、第１図ならびに第２図において、鋼帯の連続圧
延ライン上で先行鋼帯１ならびに後行鋼帯２をレーザ溶
接により互いに継ぎ合わせるのに先立って、例えば、連
続圧延ラインの上流側か、レーザ溶接を行なうところで
先立って、先行ならびに後行の両鋼帯１、２の対向端部
を切断する。すなわち、先行鋼帯１の後端部と後行鋼帯
２の先端部とを対向させ、これら対向端部を上下からク
ランプし、クランプ状態で、両対向端部を例えば上下シ
ャーからなるダブルカットシャーによって同時に切断す
る。

次に、このように切断してから、第１図ならびに第２
図に示す如く、先行鋼帯１ならびに後行鋼帯２の各切断
面1a、2aを突き合わせ面として突き合わせ開先を形成す
るが、このときに、各切断面1a、2aには、鋼帯のパスラ
インＰに対して直交する板厚方向に張力かけて、この引
張った状態で対向する各切断面1a、2aを突き合わせ、こ
の突き合わせ開先に沿ってレーザトーチ３を走行させて
レーザ溶接する。

すなわち、例えば、板厚0.1〜0.6mm程度の如く、極め
て薄い鋼帯であると、突き合わせのときに、鋼帯１、２
は例えば第４図（ａ）に示す如く波を打って反りが生じ
易い。このように波を打っている状態であっても、形成
される開先がパスラインＰに直交すうる板幅方向に一致
し、高精度な直線性が保持する状態で、両切断面1a、2a
を突き合わせることができ、この開先であると、レーザ
トーチ３の走行線と一致する。しかしながら、各切断面
1a、2aや突き合わせ開先がパスラインＰと直交する板幅
方向と正確に一致していても、板厚方向で波打ちや反り
があるときには、開先線全長にわたって均一な溶込みが
得られず、溶接部の継手強度が低下する。このため、こ
のような溶接継手で鋼帯１、２を継ぎ合わせると、圧延
プロセスのときに溶接部が破断し、破断率がきわめて高
くなる。

これに反し、本発明においては、鋼帯１、２の切断面
1a、2aはその両端の耳部で引張ると、鋼帯の板厚が薄い
こともあって、引張り状態では、第４図（ｂ）に示す如
く、波打ちや反りが矯正される。従って、引張り状態で
両切断面1a、2aを突き合わせると、開先線全長にわたっ
て均一な溶込みが得られ、溶接部には十分な継手強度が
維持できる。このため、圧延のときに溶接部に大きな圧
下力を加えても破断することがほとんどなく、破断率は
大巾に低下できる。

また、上記の如く、両切断面1a、2aに張力をかけると
き、各切断面1a、2aを個別的にクランプするために、先
行クランプ装置４と後行クランプ装置５とを設ける。こ
れらクランプ装置４、５はクランプ片4a、4b、5a、5bか
ら成って、一対のクランプ片4a、4bによって先行鋼帯１
の切断面1aの両端耳部をクランプし、一対のクランプ片
5a、5bによって後行鋼帯２の両端耳部をクランプする。
従って、先行クランプ装置４において、対向する両クラ
ンプ片4a、4bを互いに遠ざかるよう鋼帯パスラインＰに
対して直交する板幅方向に移動させると、第４図（ｂ）
に示す如く、先行鋼帯１の切断面1aが引張られる。ま
た、後行クランプ装置５においても同様に両クランプ片
5a、5bの移動によって後行鋼帯２の切断面2aが引張られ
る。

また、先行ならびに後行クランプ装置４、５におい
て、各クランプ片4a、4b、5a、5bは鋼帯パスラインＰに
平行な方向、つまりパスライン方向または鋼帯パスライ
ンＰに直交する方向、つまり板幅方向に移動できるよ
う、構成する。これら両方向の移動機構はいずれにも構
成できるが、パスラインＰに直交する方向に移動させる
板幅移動方向は、各クランプ片4a、4b、5a、5bにそれぞ
れ油圧シリンダ6a、6b、7a、7bを取付けて構成し、パス
ラインＰに平行な移動機構は走行台車8a、8b、9a、9bな
らびに油圧シリンダ10a、10b、11a、11bから構成する。
すなわち、各クランプ片4a、4b、5a、5bは後記の如く上
側のクランプ片を昇降自在に構成するほか、これらには
それぞれ油圧シリンダ6a、6b、7a、7bを取付け、これら
油圧シリンダ6a、6b、7a、7bによって各クランプ片4a、
4b、5a、5bが板幅方向にそれぞれ個別的に移動させる。
これら各油圧シリンダ6a、6b、7a、7bはそれぞれ走行台
車8a、8b、9a、9b上に配置し、一つの側の走行台車8a、
9aはパスラインＰと平行に設けた一方のレール軌道12に
沿って走行させ、他の側の走行台車8b、9bは他方のレー
ル軌道13に沿って走行させる。この走行力は各走行台車
8a、8b、9a、9bに個別的に油圧シリンダ10a、10b、11
a、11bを取付けて与える。

このように構成すると、各クランプ片4a、4b、5a、5b
はパスラインＰと直交する板幅方向と、パスラインＰと
平行な方向に個別的に確実に走行でき、上記の通りの突
き合わせが達成できる。なお、各クランプ片4a、4b、5
a、5bは第３図に示す如く構成され、上側のクランプ片
が油圧シリンダ13により上下動して鋼帯１、２の耳部が
クランプできるように構成されている。

すなわち、先行ならびに後行鋼帯１、２の対向端部を
レーザ溶接により継ぎ合わせるのに先立って、各対向端
部を例えばダブルカットシャーにより切断し、そののち
に、両鋼帯１、２の耳部を各クランプ片4a、4b、5a、5b
でクランプする。このときは、第４図（ａ）に示す状態
にあって、油圧シリンダ6a、6b、7a、7bによってクラン
プ片4a、4b、5a、5bを互いに遠ざかる方向に移動させ
て、第４図（ｂ）に示す状態から第４図（ｂ）に示す状
態に引張って矯正する。その後、各走行台車8a、8b、9
a、9bを走行させて突き合わせ、レーザトーチ３の走行
線と一致するよう、突き合わせ開先を形成し、この開先
に沿ってレーザトーチ３を走行させてレーザ溶接を行な
う。

溶接継手の両側端部分の処理については、下記二通り
の方法がある。

すなわち、両側端まで完全に接合する場合は、クラン
プする位置を鋼帯の端部から反溶接用先側へ適当な距離
だけずらせることにより、鋼帯を突き合わせた状態で先
行鋼帯側クランプと後行鋼帯側クランプの間に必要な空
隙をもたせ、溶接トーチを走行させて開先の端から端ま
で溶接することができる。しかし、この方法ではクラン
プによる開先線の緊張効果が減殺される。

従って、クランプはあくまで鋼帯の隅端一杯を把持し
て開先線の緊張効果を最大とし、クランプの部分は溶接
を行なわず、溶接後にノッチャにより円弧状に切欠き、
以後の圧延工程で破断源となることを防止する。この状
態を第５図に示し、符号15はノッチャ、16は切欠線であ
る。溶接後は、継ぎ合わせた鋼帯をパスラインＰ方向に
送って、所定の圧延を行なう。

実施例 厚さ0.5mmの鋼帯を常法によって切断後、第１図ならび
に第２図に示す装置によって、各切断面を板幅方向に引
張って、この状態で突き合わせた。この突き合わせ開先
に沿ってレーザトーチを走行させてレーザ溶接を行な
い、その後、常法によって連続的に冷間圧延した。この
時に、溶接部の破断率を求めたところ20％であった。

比較のために、常法によって突き合わせ開先を形成
し、同一の条件でレーザ溶接を行なったところ、溶接部
の破断率は50％であった。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明した通り、本発明は、先行鋼帯ならび
に後行鋼帯をレーザ溶接するのに先立って、先行鋼帯な
らびに後行鋼帯の対向端部を切断後、これら両切断部に
鋼帯パスラインに直交する板幅方向に張力をかけ、この
張力状態で両切断面を突き合わせることを特徴とする。

従って、従来例によって薄い鋼帯であると、突き合わ
せのときに、多少の形状不良による板厚方向の高さずれ
が生じて、溶接不良が生じるが、本発明によると、従来
例のように板幅全幅をクランプしないのにも拘らず、溶
接面の形状が平坦になり、突き合わせの際の高さずれが
軽減でき、溶接性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図ならびに第２図は本発明を実施する装置の一例の
平面図と側面図、第３図はそのクランプ装置の一部を断
面で示す説明図、第４図（ａ）ならびに（ｂ）は鋼帯の
反りの一例の説明図と本発明によってこの反りを矯正し
た例の説明図、第５図は本発明における開先線の一例を
示す平面図である。 符号１……先行鋼帯 ２……後行鋼帯 1a、2a……切断面 ４……先行クランプ装置 ５……後行クランプ装置 4a、4b、5a、5b……クランプ片 15…ノッチャ 16…切欠線 Ｐ……鋼帯パスライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平瀬 幸一 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (56)参考文献 特開 昭62−64487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−263887（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−276793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−230491（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先行鋼帯ならびに後行鋼帯の対向端部を切
   断後、これら切断面を突き合わせ面として突き合わせて
   突き合わせ開先を形成し、その後、この突き合わせ開先
   に沿ってレーザ溶接トーチを走行させてレーザ溶接する
   際に、 前記先行鋼帯ならびに前記後行鋼帯の対向端部の切断
   後、これら前記先行鋼帯ならびに前記後行鋼帯の両切断
   部に鋼帯パスラインに直交する板幅方向に張力をかけ、
   この張力状態で両切断面を突き合わせることを特徴とす
   る鋼帯のレーザ突き合わせ溶接方法。
2. 【請求項２】前記先行鋼帯ならびに前記後行鋼帯の両切
   断部において、その耳部をクランプして鋼帯パスライン
   に直交する板幅方向に張力をかけて溶接し、クランプ把
   持部分は溶接を行なわず、溶接後に円弧状に切欠くこと
   を特徴とする請求項１記載の鋼帯のレーザ突き合わせ溶
   接方法。
3. 【請求項３】先行鋼帯ならびに後行鋼帯の対向端部の切
   断後、これら切断面を突き合わせ面として突き合わせ
   て、突き合わせ開先を形成し、その後、この突き合わせ
   開先に沿ってレーザ溶接する鋼帯のレーザ突き合わせ溶
   接装置において、前記先行鋼帯の切断部両端の耳部をク
   ランプする先行クランプ装置と、前記後行鋼帯の切断両
   端の耳部をクランプする後行クランプ装置とを設け、こ
   れら先行ならびに後行クランプ装置において、対向する
   各クランプ片を鋼帯パスラインに平行な方向ならびに鋼
   帯パスラインに直交する板幅方向に移動自在に構成して
   成ることを特徴とする鋼帯のレーザ突き合わせ溶接装
   置。