JP6269582B2 - 継目溶接部異常判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、継目溶接部異常判定方法に関し、特に、帯鋼同士の端部をフラッシュバット溶接により継目溶接して形成された継目溶接部の異常の有無を判定する継目溶接部異常判定方法に関する。

鋼材製造ラインにおいては、素材となる帯鋼同士の端部を継目溶接して連続的に製造を行う方式がある。これは、巻き戻した帯鋼を通板し、先行帯鋼の後端と後行帯鋼の先端とを継目溶接により連結して材料を連続的に供給することによって製造するものである。このような方式は、溶接鋼管の製造ラインに適用され、また、冷間圧延鋼板製造ラインやメッキ鋼板ラインにおいても用いられている。

ところで、帯鋼同士の端部を継目溶接して形成された継目溶接部では、帯鋼の通板中に破断が生じる場合がある。継目溶接部に破断が生じた場合は、製造ライン内に残った帯鋼の処理や製造ラインへの再通板が必要となり作業効率が著しく低下し、歩留りも悪化する。したがって、帯鋼同士の端部をフラッシュバット溶接により継目溶接して連続的に通板を行う鋼材製造ラインでは、継目溶接部の異常を早期に検出し、異常な継目溶接部を切断した上で再度継目溶接を行い、健全な継目溶接部を確保することで継目溶接部の破断によるトラブルを防止することが重要である。

継目溶接部の破断防止策として、継目溶接部を加熱処理して延性を改善する方法が例えば特許文献１に開示されている。
しかしながら、連続圧延ラインでは、帯鋼搬送時において継目溶接部に強大な引張応力が掛かるため、特許文献１のように継目溶接部の延性を改善する対策では継目溶接部の破断による操業トラブルを十分に防ぐことは困難である。

特開２０１１−３６８９８号公報

そこで、本発明者らは、帯鋼同士の端部をフラッシュバット溶接した後の溶接状態や、溶接された継目溶接部の溶接ビードを切削する際の切削状態が継目溶接部の破断に影響することに着目し、本発明をなした。
本発明の目的は、帯鋼の通板中における継目溶接部の破断を抑制することが可能な技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る継目溶接部異常判定方法は、帯鋼同士の端部をフラッシュバット溶接により継目溶接して形成された継目溶接部の溶接ビードを、電動機の動力によって動作するトリマーで切削除去する際に、電動機にかかる負荷電流を測定する負荷電流測定ステップと、負荷電流測定ステップで測定された負荷電流値が予め定められた閾値範囲を外れた場合に継目溶接部を異常有りと判定する異常判定ステップとを備えている。
本発明の上記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。

本発明によれば、帯鋼の通板中における継目溶接部の破断を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法を実施する制御コンピュータを具備した連続造管方式の連続圧延ラインを示すブロック図である。 フラッシュバット溶接機の概略構成を示す概略構成図である。 フラッシュバット溶接機で継目溶接された継目溶接部を示す模式図である。 トリマーの概略構成を示す概略構成図である。 制御コンピュータが実行する継目溶接部判定プログラムを示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法を説明する前に、この継目溶接部異常判定方法を実施する制御コンピュータを具備した連続造管方式の連続圧延ラインについて説明する。
図１に示すように、連続造管方式の連続圧延ライン１０は、帯鋼１をライン上に送り出すアンコイラー３と、通板直後の帯鋼１の形状を矯正しながら送り出すコイルレベラー４とを備えている。また、連続圧延ライン１０は、送り出された帯鋼１の端部の切断及び継目溶接を行うフラッシュバット溶接機５と、溶接後の帯鋼１を蓄えるコイルルーパー６とを備えている。また、連続圧延ライン１０は、トリマー７、制御コンピュータ８及び出力装置９を備えている。

フラッシュバット溶接機５は、通板された帯鋼１において、先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部と（帯鋼１同士の端部）をシャー切断した後に、先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部とをフラッシュバット溶接により継目溶接するようになっている。
また、フラッシュバット溶接機５は、図２に示すように、固定台１１及び移動台１５を有している。固定台１１は、床面上に固定されている。移動台１５は、図示していない案内レールや油圧シリンダなどにより構成された移動機構によって帯鋼１の通板方向に沿って前後移動するようになっている。そして、固定台１１は、先行帯鋼１ａを上下方向から挟み込むように、図示していない油圧シリンダなどの駆動装置によって上下方向に動作が可能な上側電極１２及び下側電極１３を有している。同様に、移動台１５においても、後行帯鋼１ｂを上下方向から挟み込むように、図示していない油圧シリンダなどの駆動装置によって上下方向に移動が可能な上側電極１６及び下側電極１７を有している。上側電極１２及び下側電極１３、並びに上側電極１６及び下側電極１７は、図示しない溶接用電源に接続されている。

フラッシュバット溶接機５は、先ず、固定台１１の上側電極１２及び下側電極１３で先行帯鋼１ａを上下方向から挟み込むとともに、移動台１５の上側電極１６及び下側電極１７で後行帯鋼１ｂを上下方向から挟み込む。そして、この挟み込んだ状態で先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部とをシャー切断する。そして、シャー切断した後、移動台１５を前進移動させて固定台１１に近づけ、先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部とを突き合わせるようにして軽く接触させる。そして、軽く接触させた状態で先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部との間に大電流を流すことによって先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部との接触部位を加熱して溶融状態であるフラッシングを起こさせる。そして、移動台１５を更に前進移動させることによりフラッシングを次々と起こさせて接触部位全体を溶融状態にする。そして、適温に達した時点で移動台１５を固定台１１側に強く前進移動させることにより先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部との間に強い圧力を加えて圧接する。これにより、先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部とがフラッシュバット溶接により継目溶接される。

このフラッシュバット溶接では、図３に示すように、継目溶接された継目溶接部２に溶接ビード２ａが形成される。この溶接ビード２ａは、先行帯鋼１ａ及び後行帯鋼１ｂの溶融状態の各々の端部を圧接する際に溶融金属が外側に盛り上がることにより形成される。したがって、溶接ビード２ａは、帯鋼１の表面側及び裏面側の各々に形成されるとともに、帯鋼１の板幅方向全体に亘って形成される。

トリマー７は、図１に示すように、帯鋼１同士の端部をフラッシュバット溶接により継目溶接して形成された継目溶接部２の溶接ビード２ａを電動機２５の動力で切削除去するようになっている。トリマー７は、これに限定されないが、例えば図４に示すように、切削刃２１を電動機２５の動力で継目溶接部２の長手方向（帯鋼の幅方向）に沿って移動させることにより切削刃２１で溶接ビード２ａを切削除去するようになっている。また、トリマー７は、帯鋼１の表面側及び裏面側に切削刃２１をそれぞれ備えており、帯鋼１の表面側及び裏面側の各々の溶接ビード２ａを一括して切削除去するようになっている。トリマー７は、この一実施形態に限定されるものではないが、図２に示すように、例えばフラッシュバット溶接機５の固定台１１と移動台１５との間で溶接ビード２ａの切削除去を行うように配置されている。

制御コンピュータ８は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置で構成されている。制御コンピュータ８は、図１に示すように、制御部３１と記憶部３２とを備えている。
記憶部３２は、ＲＯＭなどの不揮発性の記憶装置によって構成されている。記憶部３２は、継目溶接部２の溶接ビード２ａをトリマー７で切削除去する際にトリマー７の電動機２５にかかる負荷電流に対して予め定められた閾値範囲のデータを記憶している。閾値範囲は、継目溶接部２の健全性を示す閾値範囲であり、継目溶接部２の異常の有無を判定するための閾値範囲である。

また、記憶部３２は、継目溶接部２の異常の有無を判定する継目溶接部異常判定プログラムを記憶している。継目溶接部異常判定プログラムは、継目溶接部２の溶接ビード２ａをトリマー７で切削除去する際にトリマー７の電動機２５にかかる負荷電流を測定する負荷電流測定機能（負荷電流測定ステップ）と、測定した負荷電流値が予め定められた閾値範囲を外れる場合には継目溶接部を「異常有り」と判定し、測定した負荷電流値が予め定められた閾値範囲であれば継目溶接部を「異常なし」と判定する異常判定機能（異常判定ステップ）とを備えている。そして、継目溶接部異常判定プログラムは、継目溶接部２の異常判定結果のデータを出力装置９に送信する送信機能を備えている。

制御部３１は、ＣＰＵなどの演算処理装置で構成されている。制御部３１は、記憶部に記憶されている制御プログラムに従って制御コンピュータ８の動作を制御する。
出力装置９は、表示装置、印刷装置、音声出力装置などによって構成されている。そして、出力装置９は、制御コンピュータ８の継目溶接部異常判定結果を出力するようになっている。

ここで、継目溶接部２の溶接ビード２ａを切削除去する際にトリマー７の電動機２５にかかる負荷電流は、継目溶接部２の溶接状態や溶接ビード２ａの切削状態によって変化する。本発明の一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法は、継目溶接部２の溶接ビード２ａを切削除去する際にトリマー７の電動機２５にかかる負荷電流を測定して得られた負荷電流値と、予め定められた閾値範囲とを比較して、継目溶接部２の異常の有無を判定するものである。

次に、一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法について、図１に示したブロック図を適宜参照しながら図５に示すフローチャートを用いて説明する。図５に示すフローチャートは、制御コンピュータ８が実行する継目溶接部異常判定プログラムである。
図５に示す継目溶接部異常判定プログラムは、先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部と（帯鋼同士の端部）をフラッシュバット溶接により継目溶接が終了した後、継目溶接部２の溶接ビード２ａをトリマー７で切削除去する処理が開始されたタイミングで開始となる。

ステップＳＴ１において、制御コンピュータ８は、継目溶接部２の溶接ビード２ａをトリマー７で切削除去する際にトリマー７の電動機２５にかかる負荷電流を測定する。制御コンピュータ８は、溶接ビード２ａの切削除去が終了したタイミングでステップＳＴ２に移行する。このステップＳＴ１は、一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法の負荷電流測定ステップに対応している。

ステップＳＴ２において、制御コンピュータ８は、予め定められた閾値範囲を記憶部３２から読み出し、ステップＳＴ１で測定された負荷電流値が閾値範囲内か否かを判断する。
ステップＳＴ２において、制御コンピュータ８は、負荷電流値が閾値範囲を外れたと判断した場合には継目溶接部２を「異常有り」と判定し（ステップＳＴ３）、この判定結果を出力装置９に送信し、継目溶接部異常判定プログラムを終了する。このステップ３は、一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法の異常判定ステップに対応している。

一方、ステップＳＴ２において、制御コンピュータ８は、負荷電流値が閾値範囲内であると判断した場合には継目溶接部２を「異常無し」と判定し（ステップＳＴ４）、この判定結果を出力装置９に送信し、継目溶接部異常判定プログラムを終了する。すなわち、本発明の一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法は、継目溶接部２の溶接ビード２ａを切削除去する工程において、帯鋼１の継目溶接部２の異常の有無を早期に検出することができる。そして、継目溶接部２を「異常有り」と検出した場合は、「異常有り」と検出された継目溶接部２をフラッシュバット溶接機５で切断して除去し、再度継目溶接を行う。

ここで、継目溶接された帯鋼１の通板中に継目溶接部２が破断する原因としては、継目溶接部２の溶接状態に起因する破断と、溶接ビード２ａの切削状態に起因する破断とがある。
継目溶接部２の溶接状態に起因する破断としては、
（ａ）継目溶接部２の溶け込み不良による溶接強度の不足で生じる破断、
（ｂ）先行帯鋼１ａの後端部と後行帯鋼１ｂの先端部とを突き合わせた際に厚み方向に段差が生じ、この段差の脇部を起点にして生じる破断、
などがある。

溶接ビード２ａの切削状態に起因する破断としては、
（ｃ）溶接ビード２ａの過切削による継目溶接部２の溶接強度の低下で生じる破断、
（ｄ）溶接ビード２ａの切削不良による溶接ビード２ａを起点にして生じる破断、
などがある。
したがって、本発明の一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法では、負荷電流値が閾値範囲を下回った場合に、溶接ビード２ａの切削不足、若しくは狭小化による溶け込み不良として、継目溶接部２を「異常有り」と判定する。また、本発明の一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法は、負荷電流値が閾値範囲を上回った場合に、溶接ビード２ａの過切削、若しくは帯鋼１同士の端部を突き合わせた突合せ部での目違いとして、継目溶接部２を「異常有り」と判定する。

以上のように、連続造管方式の連続圧延ライン１０は、本発明の一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法を実施する制御コンピュータ８を備えている。そして、この一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法は、継目溶接部２の溶接ビード２ａを切削除去する工程において、継目溶接部２の溶接ビード２ａをトリマー７で切削除去する際にトリマー７の電動機２５にかかる負荷電流を測定して得られた負荷電流値が予め定められた閾値範囲を外れる場合に、継目溶接部２を「異常有り」と判定するので、帯鋼１の継目溶接部２の異常の有無を早期に検出することができる。この結果、フラッシュバット溶接機５において、「異常有り」と判定された継目溶接部２を切断して排除し、再度継目溶接を行うことにより継目溶接部２の健全性を高めることができるので、帯鋼１の通板中における継目溶接部２の破断を抑制することができる。

また、帯鋼１の通板中における継目溶接部２の破断を抑制することができるので、帯鋼１同士の端部をフラッシュバット溶接により継目溶接して帯鋼を連続的に通板させる連続圧延ライン１０において安定した製造を行うことができる。
なお、図１に示した連続圧延ライン１０において、フラッシュバット溶接による継目溶接を実施し、その後、継目溶接部２の溶接ビード２ａを切削する際に本発明の一実施形態に係る継目溶接部異常判定方法を実施した。その後、継目溶接部２を中心に板サンプルを採取し、溶接ビード切削後の外観の確認と継目溶接部２の長手方向に対して９０°方向の引張試験による破断位置での継目溶接部２の健全性の評価を行った。板サンプルについては、負荷電流値に対して基準となる閾値範囲を設け、負荷電流値が閾値範囲内のサンプル、閾値範囲未満のサンプル、閾値範囲より大きいサンプルとして大別し、それぞれにおいて溶接ビード切削後の外観の評価と引張試験時において破断位置が継目溶接部２となる頻度を求めた。この結果を表１に示す。負荷電流値（Ａ）に対する閾値範囲は、８０〜１２０である。

表１から分かるように、負荷電流値が閾値範囲のものについては、継目溶接部２で破断が発生しなかったのに対して、負荷電流値が閾値範囲未満の場合と閾値範囲より大きい場合においては継目溶接部２での破断の頻度が高かった。
以上より、フラッシュバット溶接により継目溶接して形成された継目溶接部２の溶接ビード２ａを切削除去する際にトリマー７の電動機２５にかかる負荷電流を測定することにより、継目溶接部２の異常の有無を検出し、継目溶接部２での破断の発生を防止できることが確かめられた。

以上、本発明を上記一実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
例えば、上述の一実施形態では、フラッシュバット溶接機の固定台と移動体との間で溶接ビード２ａの切削除去を行うようにトリマー７を配置した製造ラインについて説明したが、本発明はフラッシュバット溶接機５の後段で溶接ビード２ａの切削除去を行うようにトリマー７を配置した製造ラインにも適用することができる。

また、上述の一実施形態では、連続造管方式の連続圧延ラインについて説明したが、本発明は冷間圧延鋼板製造ラインやメッキ鋼板ラインなどの鋼板製造ラインにも適用することができる。すなわち、本発明は、素材となる帯鋼同士の端部を継目溶接して連続的に製造を行う製造ライン全般に適用することができる。

１，１ａ，１ｂ…帯鋼
２…継目溶接部、２ａ…溶接ビード
３…アンコイラー
４…コイルレベラー
５…フラッシュバット溶接機
６…コイルルーパー
７…トリマー（切削装置）
８…制御コンピュータ（制御装置）
９…出力装置
１０…連続圧延ライン
１１…固定台、１２…上側電極、１３…下側電極
１５…移動台、１６…上側電極、１７…下側電極
２１…切削刃、２５…電動機
３１…制御部、３２…記憶部

Claims (5)

1. 帯鋼同士の端部をフラッシュバット溶接により継目溶接して形成された継目溶接部の溶接ビードを、電動機の動力によって動作するトリマーで切削除去する際に、前記電動機にかかる負荷電流を測定する負荷電流測定ステップと、
   前記負荷電流測定ステップで測定された負荷電流値が予め定められた閾値範囲を外れる場合に前記継目溶接部を異常有り、と判定する異常判定ステップと、
   を備えていることを特徴とする継目溶接部異常判定方法。
2. 前記異常判定ステップは、前記負荷電流値が予め定められた前記閾値範囲であれば前記継目溶接部を異常無し、と判定することを特徴とする請求項１に記載の継目溶接部異常判定方法。
3. 前記異常判定ステップは、判定結果を出力装置に送信することを特徴とする請求項２に記載の継目溶接部異常判定方法。
4. 前記異常判定ステップは、前記負荷電流値が前記閾値範囲を下回った場合に、前記溶接ビードの切削不足、若しくは狭小化による溶け込み不良として前記継目溶接部を異常有りと判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の継目溶接部異常判定方法。
5. 前記異常判定ステップは、前記負荷電流値が前記閾値範囲を上回った場合に、前記溶接ビードの過切削、若しくは前記帯鋼の突合せ部の目違いとして前記継目溶接部を異常有りと判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の継目溶接部異常判定方法。

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