JP4047469B2

JP4047469B2 - 鋼帯の接合方法

Info

Publication number: JP4047469B2
Application number: JP33996898A
Authority: JP
Inventors: 雅謙竹本; 康治田中; 満岡本; 庸夫佐々木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000158164A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板厚や強度或いは性質などの異なる複数の鋼帯を、その長手方向の端部を溶接しプレス成形用に供される鋼帯の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車部品の製造において、深絞り成形、張出し成形等成形性が要求される自動車部品あるいは高強度が要求される自動車部品毎に、その要求に応じた鋼板をプレス成形して自動車部品を製造していたが、自動車部品の中には、成形性が厳しく要求される部位とそれ程成形性が要求されない部位とを備えた自動車部品や高強度が厳しく要求される部位とそれ程高強度が要求されない部位を備えた自動車部品等がある。このような自動車部品を製造する場合、従来は要求される性能に耐えられる一枚の鋼板を用いてプレス成形を行い、成形後の自動車部品を溶接して自動車を製造していた。
【０００３】
また、最近では自動車部品の製造において、必要な部位に必要な板厚と強度を持たせるために、板厚あるいは強度の異なる鋼板をレーザー等で接合して一枚の鋼板となし、その後一体でプレスに供するという、いわゆるテーラードブランクと呼ばれる方法が注目されてきており、このような方法は、例えば、特開平７−２９０１８２号、特開平８−１７４２４６号公報等に見ることができる。また、亜鉛メッキ鋼帯同士をレーザービームで突き合わせ溶接する方法も特公平５−２５５９６号公報などにより公知となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同一素材の一枚の鋼板を用いて自動車部品を成形する方法では、成形する自動車部品に要求される成形性がそれ程成形性が要求されない部位まで優れた成形性を有することとなり、言い換えれば、素材のオーバーアクションとなるもので、それに伴う素材費のコストアップとなる問題を有していた。また、特開平７−２９０１８２号公報、特開平８−１７４２４６号公報などにより知られるテーラードブランク法は、鋼板を小さな形状に剪断し、これを接合して一枚の鋼板とするために、生産性が高められないという課題を有しており、更に、溶接開始端と終了端では接合品質が安定せず、この部分を切り捨てなければならず、製品の歩留りが悪いという欠点を有しており、一方、前述した特公平５−２５５９６号公報に記載された方法では接合が満足するものでなく、有利な接合方法の出現が待たれているところである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した要望に応えることを目的として完成された本発明に係る鋼帯の接合方法の基本構成は、３条の異なる鋼帯を、溶接ロールと、各条の鋼帯毎に設けられた押さえロールとの間を通過させながら鋼帯のエッジ部を連続的に溶接する方法であって、中央の鋼帯の押さえロールは進行方向に対して直角方向に配置し、両側の鋼帯の押さえロールは傾斜して配置し、両側の鋼帯の押さえロールを傾斜させることにより両側の鋼帯に幅方向の力を加えて中央の鋼帯と両側の鋼帯との間のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレーザー溶接することにある。また、このような方法において、レーザー溶接する溶接点の上流側にフランジロールを配置して鋼帯の間に隙間を設けるようにしてあることを特徴とする鋼帯の接合方法を請求項２に係る発明とする。
【０００６】
即ち、本発明は、自動車部品に供される鋼板を同一素材の一枚の鋼板とするのではなく、プレス成形する前に板厚や強度或いは性質などの異なる素材を鋼帯のまま溶接しておき、これより成形しようとする自動車部品が要求する成形性あるいは強度を必要な部位に具備する鋼板を得る鋼帯の接合方法であり、しかも、異質の鋼板を小さな形状に剪断した後、これらの端部を突き合わせて接合するという生産性が悪い方法に代え、コイルから捲戻された３条の異なる鋼帯の端部同士を連続的の溶接することにより、生産性が良好でしかも鋼帯の端部の形状精度が悪い場合でも接合品質が良好となる極めて有利な接合方法を提供することにある。なお、本発明により得られた鋼帯から製造される自動車部品としては、自動車の骨格構造部位などの柱状に近い部品あるいはフロアなどの異種材が平行に接合されて使用される可能性のある部品などがあり、本発明方法によってこれらの部品の飛躍的生産性と歩留りの向上を図ることとなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は前記したように、材質、板厚等の異なる３条の鋼帯のエッジ部を連続的に有利に溶接する鋼帯の接合方法であり、その大きな特徴とするところは、中央の鋼帯の押さえロールは進行方向に対して直角方向に配置することにより中央の鋼帯の幅方向への変動をなくし、傾斜する押さえロールを両側の鋼帯に押しつけることにより鋼帯の幅方向に力を加えて中央の鋼帯と両側の鋼帯との間のエッジ間に押付力が働くようにして生産性と共に、接合品質が良好となる接合を可能とした点にある。
【０００８】
以下、図１〜図８により本発明を詳細に説明する。
本発明では材質、板厚等の異なる３種類の鋼帯１、２、３のエッジ部を連続的に接合するものであり、これら鋼帯１、２、３を並べて各条の鋼帯毎に設けられた上側の押さえロール４、５、６と、これら押さえロール４、５、６に比べて大径の溶接ロール７との間を通過させる。このとき鋼帯１、２、３は大径の溶接ロール７側に巻き付けて通過するものであるが、前記押さえロール５は溶接ロール７と同様に鋼帯２の進行方向に対して直角方向に配置して、鋼帯２の幅方向への変動をなくし、一方、押さえロール４、６は溶接ロール７の長手方向に対してそれぞれ角度θ₁、θ₂だけ傾斜させて配置されるようにして鋼帯１、３が中央の鋼帯２に向けて幅方向の力が積極的に加えられるようにして溶接ロール７に押し付ける。
【０００９】
このように本発明では、押さえロール４、６は、例えば、シリンダーなどにより溶接ロール７へ押さえる力を与えると共に、押さえロール４、６を傾斜させておくことにより鋼帯１、３に幅方向の力を積極的に加え、溶接する鋼帯１、２、３のエッジ間に面圧を働かせることを大きな特徴としている。鋼帯１、２、３の端部を突き合わせてレーザー溶接する際、溶接する鋼帯１、２、３の間に隙間が発生すると溶接後にアンダーカット等の品質不良が発生しやすくなる。しかし、通常、鋼帯を製造する際には鋼帯幅精度や鋼帯端部の形状品位を確保するために、鋼帯中央部をスリットしたり、端部をトリミングするなどの端部の剪断加工により仕上げるが、鋼帯端部には微少な凹凸が残るため、これらの端面を突き合わせた場合に多少の隙間が発生し、更に、レーザー溶接を行う場合、溶接部の熱収縮により鋼帯の突き合わせ面を押し開こうとする力が加わるため溶接部上流近傍では隙間が発生する。そこで、本発明では押さえロール４、６を傾斜させ、鋼帯１、３に幅方向の力を加え、溶接する鋼帯１、２、３の端部に突き合わせ力を与えることにより、熱収縮による隙間を押しつけ、更に、鋼帯端部の凸部の弾性変形もしくは塑性変形を加え、凹凸による隙間についても著しく低減させることにより、溶接点のおいて、鋼帯１、２、３の端部間の隙間を著しく小さくすることができ、安定した溶接品質の確保を可能とするものである。
【００１０】
この際、鋼帯の幅方向の力を与えるには、通常、サイドガイドロール等により力を加える方法が一般的に考えられるが、自動車部品に用いられるような薄手の鋼帯に対しては、これらの方法では大きな力を加えると鋼帯の座屈や端部の耳荒れ等を発生するため大きな力を加えることができず、十分に前述の溶接する鋼帯の端部間の隙間を小さくすることができないという問題があった。そこで、本発明では鋼帯１、３に幅方向の力を加えるのに押さえロール４、６を傾斜させて押しつけるという方法を採用し、押さえロール４、６の押し付ける力と傾斜角度を適正に調整することにより、鋼帯１、２、３の座屈や端部の耳荒れを発生させることなく十分な押し付ける力を自動車部品に用いられるような薄手の鋼帯にも与えることができるようにする。
【００１１】
前記したように、本発明は３条の鋼帯１、２、３を溶接するものであるが、レーザービーム８ａ、８ｂを照射する固定されたレーザー発射管９ａ、９ｂの位置に対して、溶接される接合面１０ａ、１０ｂが常に溶接位置になることが必要であり、そのために鋼帯２は押さえロール５により幅方向に位置変動しないようにし、鋼帯１、３は傾斜する押さえロール４、６により鋼帯２とのエッジ部端面に押付力が働くようにしながら溶接するものである。
即ち、鋼帯１、３は角度θ₁、θ₂だけ傾斜させ押さえロール４、６により拘束した状態で移動させ、且つ、θ₁、θ₂と押さえロール４、６の押さえ力を適度に調整することにより、鋼帯１、３の接合面１０ａ、１０ｂが鋼帯２の接合面１０ａ、１０ｂに適度な押付力を働かせるようにし、鋼帯１、２、３のエッジ面に面圧を立て、隙間を押し潰した状態で溶接することとなり、言い換えれば、ピンチ方式の突き合わせをすることになり、溶接品質が向上し、極めて有利なものである。
【００１２】
更に、本発明の如く、鋼帯１、２、３を大径の溶接ロール７に巻き付けるのは鋼帯１、２、３の厚み方向の突き合わせ精度を良く合わせることが可能となるもので、巻付けをしないと鋼帯１、２、３と溶接ロール７の間の空間ができやすく、鋼帯１と鋼帯２と鋼帯３の厚み方向の突き合わせ精度が十分でない可能性が高いからである。
なお、押さえロール４、５、６は図３、図４に示す如く、鋼帯１、２、３毎に４個用いてもよく、その配置形態は種々考えられるが、特にこだわるものではない。
【００１３】
また、溶接ロール７は図５に示す如く、溶接位置に相当する箇所に溝１１ａ、１１ｂを設けたものとして、溶接時における溶接ロール７の熱影響による損傷を防止するものとしている。この図５では厚みの異なる鋼帯１、２、３の接合を示しているが、溶接ロール７の径が全長にわたって同一径としているために鋼帯１、２、３は鋼帯１、２、３の下面に合わせて溶接するようにしている。なお、図６では鋼帯１、２、３の上面の合わせて溶接し、図７では厚い鋼帯１の厚みの中央に薄い鋼帯２を溶接するとともに鋼帯２を厚い鋼帯３の中央に溶接しているものであるが、このような接合の形態は溶接ロール７の溝１１ａ、１１ｂを挟んで左右の径を変えた溶接ロール７を用いるようにすれば容易になされるものである。また、溶接ロール７の左右の径を可変するのは溶接ロール７を拡縮自在とするようにしてもよくその手段は特にこだわるものではない。
【００１４】
さらに、本発明では図８に示す如く、溶接点１２ａ、１２ｂの上流側にフランジロール１３ａ、１３ｂを配置して鋼帯１、２、３の間に隙間を設けるようにしている。また、本発明は鋼帯１、２、３を同一平面上で通板し、溶接点１２は搬送するものであるが、その為に、鋼帯１、２、３の接合面１０ａ、１０ｂが擦れたり、鋼帯１と鋼帯２あるいは鋼帯２と鋼帯３が重なる場合があるので、それを防止するために鋼帯１、２間にフランジロール１３ａ、１３ｂを設けることはより好ましいものである。
【００１５】
なお、本発明に用いる押さえロール４、６は、それぞれ角度θ₁、θ₂傾斜させるものであるが、角度θ₁、θ₂は共に２°〜２５°が好ましく、また、押さえロール４、６の押さえ力は３５０Ｎ〜２００００Ｎが好ましい。その理由は、角度θ₁、θ₂が２°未満もしくは押さえ力が３５０Ｎ未満では、鋼帯１、３の幅方向への押付力が不足して溶接品質が好ましくなく、角度θ₁、θ₂が２５°超もしくは押さえ力が２００００Ｎ超では押付力が大きくなりすぎ、鋼帯１、３の座屈等が発生する場合があるからである。但し、角度や押さえ力の前記した範囲は好ましい範囲を述べたに過ぎないもので、座屈等の発生がなければこの範囲にこだわるものでない。
なお、本発明の３条の異なる鋼帯とは隣接する鋼帯の材質とか板厚等を異にしているものであり、両端の鋼帯が同一で中央の鋼帯が異なるものも対象としているものである。
【００１６】
【実施例１】
常法に従い製造された表１に示す化学成分の板厚０．７ｍｍ、幅２５０ｍｍの鋼帯１と板厚１．４ｍｍ、幅６９０ｍｍの鋼帯２と板厚０．７ｍｍ、幅２５０ｍｍの鋼帯３を準備し、２ｋｗのレ−ザ−溶接機にて１．７ｍ／分の速度で鋼帯１と鋼帯２と鋼帯３を接合した。
その条件を表１に示し、溶接結果を表２および表３に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【表３】

上表から明らかなように、本発明によると座屈の発生もなく、アンダーカットの発生もなく、極めて良好な溶接品質が得られる。
【００２０】
【実施例２】
実施例１で示す鋼帯１と鋼帯２と鋼帯３を自動車部品（センターピラー）に成形すべく、各々１０００ｍｍに切断した。この場合、本発明は鋼帯１、２、３を接合した後に切断するものとし、比較例では鋼帯１、２、３を切断した後に鋼板を接合した。その時の所要時間を表４に示す。
【００２１】
【表４】

表４に示すように、本発明によると比較例で示す切板接合法に比べると、生産性も飛躍的に向上することが判る。
【００２２】
【発明の効果】
前記説明から明らかなように本発明によれば、自動車部品等をテーラードブランク法で製造する際、溶接品質が良好で、しかも、生産性の良い鋼帯の接合が可能となり、その効果は極めて大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の平面説明図である。
【図２】図１に示す本発明方法の側面説明図である。
【図３】押さえロールを多くした本発明方法の平面説明図である。
【図４】図３に示す本発明方法の側面説明図である。
【図５】本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図６】本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図７】本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図８】本発明方法の溶接点上流側にフランジロールを具備した状態の説明図である。
【符号の説明】
１鋼帯１
２鋼帯２
３鋼帯３
４押さえロール
５押さえロール
６押さえロール
７溶接ロール
８レーザービーム
９レーザー発射管
10 接合面
11 溝
12 溶接点
13 フランジロール

Claims

３条の異なる鋼帯を、溶接ロールと、各条の鋼帯毎に設けられた押さえロールとの間を通過させながら鋼帯のエッジ部を連続的に溶接する方法であって、中央の鋼帯の押さえロールは進行方向に対して直角方向に配置し、両側の鋼帯の押さえロールは傾斜して配置し、両側の鋼帯の押さえロールを傾斜させることにより両側の鋼帯に幅方向の力を加えて中央の鋼帯と両側の鋼帯との間のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレーザー溶接することを特徴とする鋼帯の接合方法。
レーザー溶接する溶接点の上流側にフランジロールを配置して鋼帯の間に隙間を設けるようにしてあることを特徴とする請求項１記載の鋼帯の接合方法。