JPH09174265A - 鋼材の熱間接合方法 - Google Patents

鋼材の熱間接合方法

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JPH09174265A
JPH09174265A JP7338698A JP33869895A JPH09174265A JP H09174265 A JPH09174265 A JP H09174265A JP 7338698 A JP7338698 A JP 7338698A JP 33869895 A JP33869895 A JP 33869895A JP H09174265 A JPH09174265 A JP H09174265A
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JP
Japan
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steel
welding
laser
laser welding
deoxidizer
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Pending
Application number
JP7338698A
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English (en)
Inventor
Motoi Kido
基 城戸
Katsuhiro Minamida
勝宏 南田
Naoya Hamada
直也 浜田
Hiroyuki Yamamoto
博之 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

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  • Metal Rolling (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ溶接部のブローホール発生を防止する
鋼材の熱間接合方法を提供する。 【解決手段】 鋼材1を熱間でレーザ溶接する方法にお
いて、開先部2に粉末または粒状の脱酸剤Pをあらかじ
め供給し、レーザ溶接する。脱酸剤P中の還元性金属が
ブローホールの主発生原因であるスケール中の炭素と酸
素との反応を阻み、一酸化炭素ガスの発生を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、厚板や鋼片など
の鋼材を熱間でレーザ溶接により接合する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】鋼材、たとえばシートバーやスラブなど
の鋼片の熱間圧延では、先行鋼片の後端部と後行鋼片の
前端部とを接合することが行われている。これら鋼片
は、厚みが20〜50 mm 、幅が600〜2000 mm
程度である。また、鋼片の温度は1000℃前後であ
る。この鋼片の接合方法の一つとして、先行鋼片の後端
部と後行鋼片の先端部とを突き合わせ、突き合わせ部を
溶接によって仮付けし、引き続き仮付け溶接部およびそ
の近傍を鋼片厚み方向に圧下して両鋼片を接合する方法
が知られている。
【0003】上記仮付け溶接にレーザ溶接が用いられる
ことも知られている。たとえば、WO.94/6838
号公報には、圧延中の先行圧延材の後端部と後行圧延材
の先端とを突き合わせたのち、突き合わせ部をレーザ溶
接で仮付けし、ついで連続圧延する方法が開示されてい
る。レーザ溶接は、レンズまたは凹面鏡でレーザビーム
を円形に集光してエネルギ密度を高くできる。このため
に、集光照射部の鋼が瞬時に蒸発して鋼片表面にキーホ
ールが発生する。レーザ溶接では、このキーホールを溶
接線に沿って移動し、鋼片を接合溶接する。このキーホ
ールの移動によりキーホール周辺の鋼が溶融して溶融プ
ールが形成され、キーホールの移動によりその後方で溶
融プール中の溶融した鋼が凝固して溶接が完了する。
【0004】また、レーザ溶接において、溶接部に金属
を添加することにより、溶接開先部の接合面に凹凸があ
る場合でも良好な溶接部が得られることが知られている
(たとえば、特開昭58−184028号公報参照)。
【0005】上記レーザ溶接による仮付けでは突き合わ
せ面の形状を整えるために、仮付け前に鋼片の先端部と
後端部とをそれぞれクロップシャーで切断する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】鋼材、たとえばシート
バーなどの鋼片の接合面は、後続の圧延工程で破断しな
い十分な接合強度を備えていなければならない。この必
要強度は図2の接合断面積率(あるいは溶接深さ割合)
と後続の圧延工程における破断のグラフが示すように鋼
片の開先線に沿った断面積の約30%が必要である。こ
のため、突き合わせ部のビード中に許容以上のブローホ
ール(気泡)があってはならない。なぜなら、ブローホ
ールの存在により接合部分の厚さが等価的に低下し、接
合強度も比例的に低下するからである。この低下は図3
に表されている。縦軸は接合部の引張り強度でありブロ
ーホールのない健全な溶接部の強度を1.0として相対
評価している。横軸は溶接部における開先線方向に平行
な断面積からブローホールの面積を引いた有効な接合面
積率を示している。引張り強度は、断面の有効な接合面
積率に比例していることが分かる。この結果、鋼材の必
要な有効溶接断面積は、鋼材の開先線に平行な断面積の
30%以上であることが分かる。このブローホールの発
生は、熱間での溶接時においては主に鋼材表面部に発生
したスケールに起因している。そのメカニズムは、スケ
ール中の酸素と炭素との反応の結果発生する一酸化炭素
ガスが溶鋼中に気泡を形成することによりなる。しか
し、スケールを完全に取り除くことは、被接合材が約1
000℃である熱間圧延鋼材の接合では技術的にも、生
産コスト的にも不可能であるため、レーザ溶接による接
合法はその用途が限定されていた。この発明が対象とす
る鋼材の熱間接合温度としては、鋼材の高温酸化スケー
ルの影響によりブローホールが発生する温度である60
0℃以上である。この温度によるスケール発生は、温度
が高いほど大きいので接合鋼材の温度が高いほどこのニ
ーズは大きくなる。
【0007】この発明は、レーザ溶接部のブローホール
発生を防止する鋼材の熱間接合方法を提供しようとする
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の鋼材の熱間接
合方法は、開先部に粉末または粒状の脱酸剤をあらかじ
め供給し、レーザ溶接する。
【0009】この発明は、鋼材が鋼片、特にシートバー
やスラブであり、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部
とを突き合わせ、突き合わせ部をレーザ溶接して熱間接
合するのに適している。この発明の熱間接合方法は、レ
ーザによる溶接の負荷を小さくするため鋼材の熱間接合
の必要溶接面積全部をレーザ溶接で行うのではなく一部
のみを溶接し、さらにそれに続く圧延により圧接すると
いう形態をとるレーザによる仮付け溶接にも有効であ
る。
【0010】脱酸剤は、酸素との反応性が高い(還元力
の高い)金属、たとえばアルミニウム、シリコン、チタ
ンまたは、これらの組み合わせである金属体が一定以上
含まれることが必要である。アルミニウム等は単体で、
あるいは鉄合金として脱酸剤に含まれる。鉄は溶加金属
として作用し、開先部分が凹凸であるなどの理由で隙間
がある場合でも、その部位を埋めることにより安定な溶
接を可能とする。脱酸剤には、炭素の成分含有量が0.
1%以下、アルミニウム、シリコン、およびチタンの1
種または2種以上を0.05〜3%含み、残部が鉄より
なる脱酸剤が適している。脱酸剤中の炭素は、一酸化炭
素を発生するので、できるだけ少ない方がよい。アルミ
ニウム、シリコン、およびチタンの含有量の下限を0.
05%としたのは、0.05%未満では十分な還元力が
得られないためである。また、これら元素の成分含有量
の上限を3%としたのは、3%を超えると溶接部での脆
化が激しく、後段の圧延工程で接合部が破断するためで
ある。なお、脱酸剤をワイヤ状にして供給する方式が一
般に用いられている。このワイヤ供給方式に対して、脱
酸剤を粉末または粒状にして供給するこの発明の方式
は、ワイヤ供給ノズルをレーザ溶接位置に設置する必要
がなく、脱酸剤をレーザ溶接位置から離れた位置で投入
すればよいので、レーザ溶接ヘッド回りが複雑な構造と
ならないという利点がある。
【0011】あらかじめ開先部に連続的に供給された脱
酸剤は、レーザ溶接位置の近傍でレーザビームにより加
熱され、溶融状態で溶融プールに供給される。溶融プー
ルに供給された脱酸剤は、溶融ビードの成分である溶融
母材(鋼材)金属とスケールとの混在物内に溶け込む。
脱酸剤中の還元性金属がブローホールの主発生原因であ
るスケール中の炭素と酸素との反応を阻み、一酸化炭素
ガスの発生を防ぐ。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の接合方法を実
施するレーザ溶接装置の溶接点回りの装置レイアウトの
一例である。このレーザ溶接装置は、先行、後行鋼片1
を接合する。脱酸剤供給装置11は、粒状の脱酸剤Pを
収納したホッパー12を備えている。ホッパー12の底
部に電磁バイブレータからなる加振機13を介して脱酸
剤供給樋14が取り付けられている。脱酸剤供給樋14
の下端は鋼片1の開先部2に向かって開口している。溶
接進行方向に対してホッパー12の上流側に、レーザ溶
接ヘッド16が配置されている。
【0013】上記のように構成された装置において、脱
酸剤供給装置11とレーザ溶接ヘッド16とは、開先部
2に沿って移動しながら、先行、後行鋼片1をレーザ溶
接する。脱酸剤Pは、ホッパー12から開先部2に連続
的に供給される。レーザビームBは、開先底部近くに焦
点を合わせられる。開先部2に供給された脱酸剤Pは、
レーザ溶接位置近傍でレーザビームBにより加熱され、
溶融状態で溶融プール3に供給される。溶融プールで、
脱酸剤Pは、ブローホールの主発生原因であるスケール
中の炭素と酸素の反応を阻害し、一酸化炭素ガスの発生
を防ぐ。なお、レーザ照射位置に、シールドガスおよび
プラズマコントロールガスをそれぞれ供給することが望
ましい。シールドガスは溶融金属の酸化を防止し、プラ
ズマコントロールガスはレーザ溶接で発生するプラズマ
を溶接方向に移行させ、プラズマによるレーザエネルギ
ーの吸収を防ぐ。
【0014】
【実施例】熱間圧延シートバーの接合を例として、この
発明の実施例を説明する。図4は熱間圧延設備に設けら
れたシートバー接合設備の概略側面図であり、図5は上
記設備の平面図である。
【0015】シートバー5、6の先端部および後端部は
走間シャー21でシートバー幅方向に沿って切り落とさ
れ、接合面が形成される。シートバー5、6は長さが3
0m、幅が1100 mm 、厚みが33 mm である。ま
た、シートバー5、6の温度は1000℃であり、シー
トバー5、6の送り速度は90m/min である。シャー切
断から溶接開始までの時間は約10秒であり、接合面に
生成したスケールの厚みは約50μm であった。
【0016】ついで、先行シートバー5の後端面と後行
シートバー6の先端面とを突き合わせ、この突き合わせ
部7に沿ってレーザ溶接で突き合わせ部7を溶接8す
る。レーザは炭酸ガスレーザであり、定常出力は45 k
W であり、加工速度は10m/min である。レーザ発振器
27からのレーザビームは、レーザ伝送光学系28を介
してレーザ溶接ヘッド29に伝送される。レーザ発振器
27は固定されているが、レーザ溶接ヘッド29、およ
び脱酸剤供給装置23は、シートバー5、6とともに移
動する。図5に示されるとおり、脱酸剤は脱酸剤供給装
置23から溶接進行方向下流側から送給されている。脱
酸剤の供給角度はシートバー5、6の表面に対して30
゜であり、突き合わせ面内にある。脱酸剤供給位置はレ
ーザビーム照射位置の下流側10 mm であり、供給速度
は100g/min である。脱酸剤の構成金属種は表1に示
してあり、脱酸剤の粒径は約0.2 mm である。溶接深
さは12 mm で、ブローホールは面積率0%であった。
【表1】
【0017】レーザ溶接に引き続き、連続圧延設備31
において圧延ロール32により、溶接部およびその近傍
を、シートバー厚み方向に圧下して両シートバー5、6
を接合する。圧下率は30%である。上記シートバーを
100回接合した結果、ブローホールは発生せず、接合
部が破断することもなかった。
【0018】一方、脱酸剤を用いずに上記と同じシート
バーを同じ条件、接合装置で接合した。この結果、10
0回接合した結果、すべてのシートバー接合部にブロー
ホールが発生した。また、有効接合面積率は20%であ
り、20%の確率で圧下により破断が発生した。
【0019】
【発明の効果】この発明では、レーザ溶接により溶接部
に発生するブローホールが抑制されるので、接合強度が
向上する。この結果、鋼材の接合部が、圧下などにより
破断することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の接合方法を実施するレーザ溶接装置
の一例を示す、装置主要部の模式図である。
【図2】接合断面積率と破断しない割合との関係を示す
グラフである。
【図3】有効接合面積率と接合部の熱間引張り強度との
関係を示すグラフである。
【図4】この発明の方法を実施する鋼片接合設備の一例
を示す側面図である。
【図5】図4に示す設備の平面図である。
【符号の説明】
1 鋼片 2 開先部 3 溶融プール 5 先行鋼片 6 後行鋼片 8 溶接 11 脱酸剤供給装置 12 ホッパー 13 加振機 14 脱酸剤供給樋 16 レーザ溶接ヘッド 21 走間シャー 23 脱酸剤供給装置 27 レーザ発振器 28 レーザ伝送光学系 29 レーザ溶接ヘッド 31 連続圧延設備 32 圧延ロール B レーザビーム P 脱酸剤
フロントページの続き (72)発明者 山本 博之 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼材を熱間でレーザ溶接により接合する
    方法において、開先部に粉末または粒状の脱酸剤をあら
    かじめ供給し、レーザ溶接することを特徴とする鋼材の
    熱間接合方法。
  2. 【請求項2】 前記鋼材が鋼片であり、先行鋼片の後端
    部と後行鋼片の先端部とを突き合わせ、突き合わせ部を
    レーザ溶接する請求項1記載の鋼材の熱間接合方法。
  3. 【請求項3】 前記レーザ溶接が仮付け溶接である請求
    項1または2記載の鋼材の熱間接合方法。
  4. 【請求項4】 前記脱酸剤が、炭素の成分含有量が0.
    1%以下、アルミニウム、シリコン、およびチタンの1
    種または2種以上を0.05〜3%含み、残部が鉄より
    なる請求項1または2記載の鋼材の熱間接合方法。
JP7338698A 1995-12-26 1995-12-26 鋼材の熱間接合方法 Pending JPH09174265A (ja)

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JPH09174265A true JPH09174265A (ja) 1997-07-08

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016132007A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 三井造船株式会社 レーザ・アークハイブリッド溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接構造体

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016132007A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 三井造船株式会社 レーザ・アークハイブリッド溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接構造体

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Effective date: 20030506