KR0148512B1 - 연속 열간압연방법 및 박판강 용접장치 - Google Patents

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미노루 다나까
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Abstract

박판강은, 주행하는 동안, 품질결함을 야기함이 없이 스윙 롤러 따위의 고가의 대형장치를 필요로 하지 않고, 효과적으로 접합되고 연속적으로 열간압연된다.
본 발명은, 연속 열간압연라인의 거친 압연기 및 다듬질 압연기 사이에서 선주행 박판강의 후방부위를 후주행 박판강의 전방부위에 맞대고, 박판강이 주행하는 동안 맞대어진 부분을 레이저빔 또는 플라즈마 아크에 의해 박판강의 상부면으로부터 용접한다.
본 발명에 따르면, 박판강을 연속 다듬질 압연하기 전에, 박판강을 정지시키거나 얼룩 또는 버르를 야기시키지 않고 짧은 시간동안 상부면에서 시작하여 박판강을 접합할 수 있다. 용접장치는 박판강 반송 테이블과 간섭을 일으키지 않기 때문에, 고품질의 고온 스트립을 경제적인 장치를 사용하여 효과적으로 제조할 수가 있다.

Description

연속 열간압연방법 및 박판강 용접장치
제1도는 본 발명에 따른 연속 열간압연라인의 일예의 개요를 보인 배열도.
제2도는 본 발명에 따른 맞대기 용접방법을 적절히 수행하는 장치의 개략 도시도.
제3a도 및 제3b도는 본 발명에 따른 박판강의 에지 프로파일의 일예를 보인 도시도로서,
제3a도는 맞대기 박판강의 에지 프로파일의 도시도.
제3b도는 레이저 절단 후의 에지 프로파일의 도시도.
제4a도는 주행 박판강 전단기에 의해 절단된 박판강의 두께 및 유효용접두께간의 관계를 보인 선도.
제4b도는 유효용접두께의 도시도.
제5도는 일측부의 용접 단면적의 비율과 연속 열간압연공정중에 박판강이 파단되지 않는 비율간의 관계도.
제6도는 용접속도에 대한 용접두께 및 온도의 영향을 보인 도시도.
제7도는 본 발명이 적용되는 주행 박판강 레이저빔 용접시스텝에 적절한 장치배열을 보인 개략도.
제8a도, 제8b도 및 제8c도는 본 발명의 적용되는 주행 박판강 레이저빔 용접장치의 박판강 추종방법을 보인 도시도로서, 제8a도는 적절한 구성의 개요를 보인 배열도이고, 제8b도는 A-A선 단면도이며, 제8c도는 B-B선 단면도.
제9도는 본 발명이 적용되는 복수 레이저빔 용접시스템의 개략 도시도.
제10도는 본 발명이 적용되는 레이저빔 용접장치의 용접속도와 용접 갭간의 관계도.
제11도는 본 발명이 적용되는 레이저빔 용접장치의 진동시스템의 개략 도시도.
제12a도 및 제12b도는 본 발명이 적용되는 측부 조임기구를 포함하는 밀기장치의 개략 도시도로서, 제12a도는 사시도, 제12b도는 정면도.
제13a도 및 제13b도는 본 발명이 적용되는 상부 및 하부 조임기구를 포함하는 밀기장치의 개략 도시도로서, 제13a도는 측면도, 제13b도는 정면도.
제14도는 본 발명이 적용되는 용접부 모방장치의 개략 도시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a : 선주행 박판강 1b : 후주행 박판강
2 : 거친 압연기 3 : 반송 테이블
4 : 주행중 박판강 전단기 7 : 용접기
8 : 다듬질 압연기군 10 : 고속 전단기
12 : 유압실린더 13 : 고정 레이저 광원
14 : 압연방향 가동 반사거울 15 : 수직방향 가동 반사거울
16 : 폭방향 가동 집광거울시스템 17: 용접부 모방장치
19 : 가동본체 주행장치 20 : 위치결정장치
21 : 높이조정장치 22 : 폭방향 주행장치
34 : 조임기구 35 : 밀기장치
41 : 용접부 47 : 미세조정 캐리지
본 발명은 박판강을 연속적으로 열간압연할 때 고온의 스트립을 제조하기 위한 연속 열간압연방법에 관한 것으로, 특히 박판강을 연속적으로 압연하는 연속 압연방법 및 압연속도로 주행하면서 박판강을 접합하는 박판강 용접장치에 관한 것이다.
종래의 고온 압연라인에 있어서는, 가열로에서 강괴가 가열된 후, 강괴는 차례로 가열로에서 추출되어 간헐적으로 거친 압연 및 다듬질 압연공정을 거치게 된다. 따라서, 제품의 위쪽 부분에서부터 아래쪽 부분까지 품질이 균일한 제품을 생산하기가 어렵다. 또한, 스트립의 상부가 코일러에 이르기 전에 압연속도를 올리는 것은 불가능하다. 종래의 방법 및 장치에 있어서는, 상기한 문제점은 품질과 생산성에 영향을 미치게 된다. 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 최근들어 박판강을 연속적으로 열간압연하는 여러 가지 방법으로서 박판강이 주행하는 동안 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위를 맞대어 용접하고, 용접된 박판강을 연속적으로 압연하는 방법 등이 제안되었다.
이러한 열간압연방법에 있어서는, 다음의 조건이 충족되어야 한다.
(1) 스케일 압인표식 따위의 품질결함이 야기되지 않아야 한다.
(2) 박판강은 연속적으로 열간압연되기 때문에, 선주행 박판강 및 후주행 박판강은 정지하지 않고 짧은 시간동안에 접합되어야 한다.
(3) 박판강 용접장치는, 기존의 열간압연라인에 쉽게 설치될 수 있도록, 그 크기가 작은 것이 바람직하다.
한편, 종래의 연속 열간압연방법에 의하면 품질결함이 야기될 가능성이 있으므로, 종래의 연속 열간압연방법을 실제로 실시하는데는 어려움이 따른다. 예를 들어, 테르밋 용접에 의해 박판강을 접합하는 방법이 일본국 공개특허공보 소 60-24201호에 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은, 박판강 용접공정중에 야기되는 얼룩 및 버르(burr)가 연속 압연공정중 박판강에서 벗겨짐으로써 롤러가 손상되고 스트립의 표면에 결합이 생긴다는 결점이 있다. 또한, 테르밋 용접방법에 있어서는, 용융 및 냉각에 필요한 시간이 길고, 박판강을 접합하는데 시간이 많이 소요된다.
선주행 박판강의 후방부위 및 후주행 박판강의 전방부위를 가열하고 압력을 가하여 맞댐으로써 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 용접하는 방법이 다수 개시되어 있다.
이러한 연속 압연방법을 살펴보면, 일본국 공개특허공보 소 61-126983호에는 접합될 단부면을 고온 스카퍼(scarfer)에 의해 동시에 가열하고 상호 맞대기를 한 후 박판강을 압연하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본국 공개특허공보 소 4-89109호에는 접합될 단부면을 상호 접촉시키고 박판강의 두께방향으로 접촉영역에 자계를 일으켜서 가열함으로써 박판강을 압력을 가하여 접합하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 박판강이 상호 맞대어지도록 밀어야하는 용접방법에 있어서는, 일반적으로 박판강을 미는 힘이 크다. 즉 표면압으로 변환하였을 때 미는 힘은 3 kgf/㎟보다 적지 않다. 이러한 큰 미는 힘을 발생시키기 위해서는, 미는 힘이 박판강과 조임기구간에 인가되는 마찰력에 의해 결정되기 때문에 큰 조임력이 필요하다. 이러한 이유로 인해, 스케일이 박판강의 표면에 압착되어 제품의 표면에 결합이 생기는 문제점이 야기될 수도 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서는, 조임기구의 입구쪽에 고압수를 사용하는 스케일 제거장치를 제공할 필요가 있으나, 이는 장치의 단가상승을 초래하고, 박판강의 스케일이 고압수에 의해 제거될 때 박판강의 온도가 낮아져서 에너지 손실이 증가하게 된다. 이밖에도, 박판강을 상호 밀어서 접합시키는 방법에 있어서는, 접합될 박판강의 접합이 이루어지는 부분이 변형되고 그 부분의 두께가 증가하여 버르가 야기된다. 따라서, 이러한 변형부는 연속하는 열간압연공정에서 헤지(hege) 결함이 된다. 이 변형부가 박판강에서 벗겨지는 경우, 압연기의 롤러는 손상됨으로써 제품의 표면에는 결함이 발생하게 된다. 따라서, 버르를 제거하기 위해서는, 연마기를 제공하여야 하기 때문에 장치의 구성이 더욱 복잡해지고 제작비가 장치의 가격이 상승한다.
선주행 박판강 및 후주행 박판강을 정지시키지 않고 접합하는 것을 요지로 하는 일본국 공개특허공보 소 57-109504호에 개시된 종래의 연속 압연방법에 의하면, 박판강은 주행하는 동안 조여지고 용접된다. 이 경우, 장치간의 간섭을 피하기 위하여, 일군의 스윙 롤러를 채용할 필요성이 있다. 특히, 기존의 압연기가 연속 압연기로 개조되는 경우, 스윙 롤러를 채용하기 위해서는 기본설비가 크게 변경되어야 한다.
따라서, 설비비가 크게 증가하고, 압연기는 설비가 구축되는 동안 오랜시간 정지되어야 한다.
상기한 바와 같은 여러 가지 문제점을 갖는 종래의 연속 열간압연방법에 대신하여, 본 발명은 스케일 표식 또는 헤지 결함 따위의 품질을 떨어뜨리는 문제를 야기함이 없이, 또한 스윙 롤러 따위의 크고 비용이 많이 드는 장치를 설치함이 없이 단시간에 주행 박판강을 효과적으로 용접하는 연속 열간압연방법을 제공한다.
본 발명을 요약하면, 다음과 같다.
1. 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위를 맞대어 용접한 후 용접된 박판강을 연속적으로 압연하는 연속 열간압연방법으로서, 레이저빔 및 플라즈마 아크중 하나를 이용하여 박판강의 상부면으로부터 맞대어진 부분에 용융 용접공정을 수행하는 단계로 구성되며, 용융 용접공정은 용접기가 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
2. 제1항에 있어서, 주행 박판강의 단부를 절단하는 전단기와 고온 압연기 사이에 배치되는 적어도 두쌍의 핀치 롤러로 박판강을 고정하고, 쌍으로 된 핀치 롤러 사이에 배치된 유압 안내부에 의해 압연기의 중심에서 독립적으로 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
3. 제1항에 있어서, 선주행 박판강의 후방부위의 측면과 후주행 박판강의 전방부위의 측면이 밀기장치와 연결된 조임기구에 의해 각각 조여져 있는 동안 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 맞대는 단계를 포함하며, 조임기구는 주행 박판강의 단부를 절단하는 전단기와 압연기 사이에 배치되고, 조임공정은 박판강의 상부로부터 시작되고, 맞대기 공정은 박판강의 속도와 동일한 속도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
4. 제1항에 있어서, 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위의 상부면 및 하부면이 밀기장치와 연결된 조임기구에 의해 각각 조여져 있는 동안 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 맞대는 단계를 포함하며, 조임기구는 주행 박판강의 단부를 절단하는 전단기와 압연기 사이에 배치되고, 맞대기 공정은 박판강의 속도와 동일한 속도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 박판강을 맞대기 전에 맞대어지는 부분에 형성되는 갭이 감소될 수 있도록 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강 전방부위의 한쪽 또는 양쪽을 예비성형하는 단계를 포함하며, 상기 예비성형은 박판강의 속도와 동일한 속도로 레이저빔 스카핑 및 절단중 한 방법에 의해 박판강의 상부면으로부터 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 박판강의 폭에 대하여 일측부의 용접부위의 단면적이 박판강의 단면적의 3% 보다 적지 않도록 박판강의 양단부를 용접하고, 압연기의 제1 롤러스탠드(roller stand)로 압력을 가하여 용접되지 않은 부위를 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
7. 제1항에 있어서, 표면이 전단기 절단 및 레이저빔 절단중 한 방법에 의하여 형성되는 맞대어진 부분의 유효두께로부터 박판강의 폭방향 용접길이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 박판강의 온도, 레이저빔 출력 및 목표 용접판 두께로부터 박판강의 용접속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
9. 제1항에 있어서, 선주행 박판강의 후방부위 및 후주행 박판강의 전방부위에 다수의 레이저빔을 동시에 조사하여 후방부위 및 전방부위를 용융시킴으로써 맞대어진 부분의 치수 정확도를 향상시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
10. 선주행 박판강의 후방부위 및 후주행 박판강의 전방부위를 맞대어 용접하는 연속 열간압연 박판강 용접장치로서, 고정 레이저 광원에 대향하여 주행할 수 있는 가동본체 주행장치를 갖추고, 가동본체 주행장치는 압연방향 가동 반사거울, 수직방향 가동 반사거울, 폭방향 집광거울 및 용접부 모방장치를 포함하며, 용접장치가 주행하는 동안 용접장치는 용접부 모방장치를 사용하여 박판강의 용접위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
11. 선주행 박판강의 후방부위 및 후주행 박판강의 전방부위를 맞대어 용접하는 연속 열간압연 박판강 용접장치로서, 적어도 두 쌍의 핀치 롤러와, 쌍으로 된 핀치롤러 사이에 제공되고 압연기의 중심에서 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 독립적으로 고정하는 유압 안내부와, 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 용접기를 갖춘 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 연속 열간압연 박판강 용접장치는, 상기 박판강의 상부면으로부터 선주행 박판강의 후방부위의 측면과 후주행 박판강의 전방부위의 측면을 조이는 조임기구와, 상기 조임기구와 연결되는 밀기장치와, 박판강의 속도에 따라 속도를 동기시키는 속도 동기장치와, 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 용접기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
13.제10항에 있어서, 상기 연속 열간압연 박판강 용접장치는, 선주행 박판강의 후방부위의 상하면과 후주행 박판강의 전방부위의 상하면을 조이는 조임기구와, 상기 조임기구와 연결되는 밀기장치와, 박판강의 속도에 따라 속도를 동기시키는 속도 동기장치와, 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 용접기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
14. 제10항에 있어서, 상기 용접장치는 레이저빔형으로 되어 있고, 두 쌍의 레이저 처리헤드를 포함하여 레이저빔으로 박판강의 양측부를 동시에 절단하고 용접하거나, 레이저 빔으로 일측부와 중앙을 동시에 절단하고 용접하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
15. 제10항에 있어서, 상기 용접장치는 레이저빔형으로 되어 있고, 레이저 빔은 허용될 수 있는 맞대기 정확도의 범위가 증가될 수 있도록 발진되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
16. 선주행 박판강의 후방부위 및 후주행 박판강의 전방부위를 맞대어 용접하는 연속 열간압연 박판강 용접장치로서, 고정 레이저 광원에 대향하여 주행할 수 있는 가동본체 주행장치를 갖추고, 가동본체 주행장치는 압연방향 가동 반사거울, 수직방향 가동 반사거울, 폭방향 집광거울 및 용접부 모방장치를 포함하며, 용접장치가 주행하는 동안 용접장치는 용접부 모방장치를 사용하여 박판강의 용접위치를 검출하며, 상기 용접부 모방장치는 반도체 레이저빔 발진기와, 반도체 레이저빔의 파장에 대해 그 폭이 수 nm인 대역 필터와, 집광렌즈 및 전하결합 디바이스(CCD)로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
본 발명에 있어서는, 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 접합하기 위해 레이저빔 또는 플라즈마 아크형 용융 용접방법이 사용된다. 따라서 압력용접장치의 경우처럼 높은 용접압력을 용접부에 인가할 필요가 없고, 통상의 용접압력으로 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 위치시키는 것을 충분하다. 이렇게 하여, 품질을 떨어뜨리는 문제점이 해결된다. 또한 용융 용접방법에 있어서는, 용접부를 국부적으로 용융함으로써 얼룩이 발생되지 않으며, 용융공정은 매우 효과적으로 수행되고, 용접시간은 줄어든다. 또한, 장치의 길이가 짧아질 수 있다.
이하, 첨부도면을 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 실제의 연속 열간압연라인에 적용되는, 본 발명에 따른 용접장치의 일예의 개략 도시도이다. 제1도에 도시한 연속 열간압연라인은 다음과 같이 배열된다. 가열로에서 가열된 강괴가 거친 압연기(2)에 의해 압연된 후, 반송 테이블(3)상을 주행하는 박판강의 전방부위 및 후방부위가 주행 박판강 전단기에 의해 절단된다. 박판강이 다음질 압연기군(8)에 도입되기 전에, 선주행 박판강(1a)과 후주행 박판강(1b)을 맞대기 위한 핀치 롤러(5a, 5b)와, 폭방향으로 박판강을 안내하는 회전롤러를 갖춘 유압 안내부(6a, 6b)가 제공되어 있다. 또한, 박판강의 속도와 동일한 속도로 이동하는 레이저 절단 및 용접장치(7)가 제공되어 있다.
마무리 압연기군(8)에 의해 마무리 압연되는 선주행 박판강(1a)이 회전롤러를 구비한 유압 안내부(6a, 6b)에 의해 폭방향으로 안내되는 동안, 선주행 박판강(1a)의 후방부위는 주행 박판강 전단기(4)에 의해 절단됨으로써, 박판강의 단부의 형상이 제어된다. 그후, 후주행 박판강(1b)이 공통 안내부에 의해 중심설정이 되도록 안내되는 동안, 후주행 박판강(1b)의 전방부위는 주행 박판강 전단기(4)에 의해 절단됨으로써, 후주행 박판강(1b)의 전방부위의 형상이 제어된다. 그런 다음 후주행 박판강(1b)은 핀치 롤러(5a)에 의해 이동됨으로써 후주행 박판강(1b)의 전방부위는 선주행 박판강의 후방부위에 맞대어진다.
제2도에 도시한 바와 같이, 회전롤러를 갖춘 유압 안내부는 선주행 박판강 및 후주행 박판강이 독립적으로 압연기의 중앙에 고정될 수 있도록 구성된다. 후주행 박판강(1b)의 전방부위가 입구쪽 핀치 롤러(5a)를 관통한 후에, 입구쪽 안내롤러(6a)는 소정의 압력으로 후주행 박판강상에서 중심결정을 수행함으로써 후주행 박판강은 압연기의 중앙에 위치할 수 있고, 후주행 박판강의 전방부위는 선주행 박판강(1a)의 후방부위에 맞대어진다. 이때, 선주행 박판강은 안내롤러(6b)에 의해 독립적으로 안내됨으로써 선주행 박판강은 마무리 압연기의 중앙에 위치하게 된다. 선주행 박판강의 폭이 후주행 박판강의 폭과 다른 경우에도, 박판강은 압연기의 중앙에 고정되어 정확하게 맞대어질 수 있다. 이때, 박판강은 핀치 롤러에 의해 고정됨으로써, 서로 맞대어졌을 때 상승되는 일은 일어나지 않는다.
상기한 바와 같이, 적어도 두쌍의 핀치 롤러가 박판강의 단부를 절단하는 주행 박판강 전단기 및 압연기 사이에 배치되며, 압력 용접장치에서 인가되는 힘보다 크지 않고 통상의 마무리 스케일 제어용 핀치 롤러에 의해 인가되는 힘과 동일한 힘이 인가됨으로써, 맞대기 공정중에 박판강이 힘에 의해 상승되는 일은 없다. 동시에, 회전롤러를 갖춘 유압 안내부는, 박판강이 폭방향으로 안내될 수 있도록, 압연기의 중앙에서 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 고정한다. 따라서, 박판강은 사각형태로 절단되어 높은 정확도로 맞대어질 수 있으며, 맞대어진 상태가 유지될 수 있다.
이 경우, 유압 안내부에는 회전롤러가 제공되지만, 회전롤러가 없는 평행 안내부가 채용되더라도 동일한 효과를 제공할 수 있다. 회전롤러가 없는 평행 안내부가 사용될 경우, 박판강의 폭의 단부간에 간섭이 일어나서, 장치의 길이가 늘어나서 바람직하지 못하다. 본 발명에 따르면, 선주행 박판강의 폭이 후주행 박판강의 폭과 다를 때 신속히 응답할 수 있도록, 신속히 응답가능한 유압 안내부가 채용된다. 박판강의 전체 폭을 포함할 수 있도록 유압 실린더(12)의 행정이 결정될 수도 있다. 그러나, 유압 실린더의 경우, 선주행 박판강의 폭과 후주행 박판강의 폭간의 최대차는 제한될 수도 있으며, 선주행 박판강 및 후주행 박판강의 폭의 차가 매우 큰 경우, 유압 실린더와 함께 전기식 폭설정기구를 사용할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 반송 테이블(3)과의 간섭을 방지하기 위하여 제12a도 및 제12b도에 도시한 박판강 맞대기 방법을 채용할 수도 있다. 제12a도는 그러한 방법을 보여주는 사시도, 제12b도는 정면도이다. 이 방법에 따르면, 조임기구(34) 및 조임기구(34)와 연결되는 밀기장치(35)가 제공된다. 조임기구(34) 및 밀기장치(35)는 박판강(1a, 1b)을 절단하는 주행 박판강 전단기(4) 및 압연기(8) 사이에 배치되며, 조임기구(34)는 박판강의 상부면으로부터 선주행 박판강(1a)의 후방부위의 측면을 조이고, 후주행 박판강(1b)의 전방부위의 측면을 또한 조인다. 후주행 박판강(1b)이 밀기장치(35)의 행정범위내까지 선주행 박판강(1a)에 접근하는 경우, 선주행 박판강(1a) 및 후주행 박판강(1b)의 측면은 테이블(3)과 간섭을 일으키지 않는 조임기구(34)에 의해 조여진 다음, 선주행 박판강(1a) 및 후주행 박판강(1b)은 밀기장치(35)에 의해 맞대어진다.
조임기구(34) 및 밀기장치(35)는, 박판강의 측면이 조여진 후에, 박판강과 동일한 속도로 진행될 필요가 있다. 이 경우, 조임기구(34) 및 밀기장치(35)는 박판강을 추종하거나 사전설정된 위치에서 박판강을 기다릴 수도 있으며, 박판강이 조여진 후에는 박판강에 의해 이동할 수도 있다. 선주행 박판강(1a) 및 후주행 박판강(1b)의 용접공정이 완료될 때까지 박판강이 맞대어진 상태는 밀기장치(35)에 의해 유지된다. 박판강이 용접된 후에, 조임기구(34)는 개방됨으로써 박판강이 조임기구에서 풀려지고, 조임기구는 그 전체가 대기위치로 철수하여 다음 맞대기 공정에 대비한다. 이러한 연결에 있어서는, 박판강이 용융용접에 의해 용접되기 때문에, 밀기장치(35)의 미는 힘은 용접에 필요한 갭이 유지될 수 있는 값으로 결정된다. 따라서, 미는 힘은 2.0 kgf/㎟ 이하로 설정되고, 약 0.5 kgf/㎟로 설정되는 것이 바람직하다. 이렇게 결정된 미는 힘이 박판강에 인가되면, 버르는 야기되지 않는다. 박판강의 열이 보존될 수 있도록, 조임기구(34)의 박판강과 접촉되는 부분은 열전도성이 낮은 세라믹으로 만들어진다.
본 발명에 있어서, 상기한 측면 조임기구(34) 대신에, 제13a도 및 제13b도에 도시한 바와 같이 선주행 박판강(1a)의 후방부위 및 후주행 박판강(1b)의 전방부위의 상하면을 조이는 조임방법이 채용될 수 있다. 박판강의 측면을 조이는 본 발명의 조임방법과 비교하여, 박판강의 상하면을 조이는 종래의 조임방법은 간섭을 방지하기 위해 반송 테이블에는 큰 스케일 함몰 테이블이 제공되어야만 하기 때문에 구성이 복잡해지고 비용이 많이 드는 결점이 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 다수의 테이블 롤러로 함몰 테이블(37)을 대체시키면, 박판강의 상하면을 조일 수 있다. 따라서, 장치의 구성을 단순화할 수 있고 장치의 제조비용을 줄일 수 있다.
이와 관련하여, 제13a도 및 제13b도에 도시한 방법에 따라, 조임기구는 박판강의 측면으로 접근하여 박판강의 상하면을 조인다. 그러나, 본 발명은 상기한 방법에 제한을 받지 않으며, 다른 방법을 채용할 수도 있다. 예를 들어, 조임기구는 박판강의 상부 또는 하부로부터 박판강에 독립적으로 그리고 단독으로 접근할 수도 있다.
박판강의 측면을 조이는 방법과 비교하여, 이 방법은 테이블(3)과의 간섭을 방지하기 위하여 여러개의 롤러로 구성되는 함몰 테이블(37)을 제공할 필요가 있기 때문에, 구성이 복잡하고 장치의 제조비용이 상승하는 결점이 있다. 그러나, 상기한 결점에도 불구하고 이 방법을 채용할 수 있다.
박판강의 맞대어진 부분은 높은 정확도를 가지고 폭방향으로 사각형태로 절단된다.
그러나, 박판강은 전단형 절단기에 의해 절단된다. 그러므로, 경우에 따라, 제3a도에 도시한 바와 같이, 박판강의 맞대어진 부분에 휘어짐이 발생한다. 드럼형 전단기에 의해 수행되는 절단공정의 결과에 따르면, 에지의 상부에서의 갭(Gap-U)은 작지만, 에지의 하부에서는 갭(Gap-U)이 크게 증가한다. 강괴의 두께가 45 내지 50mm인 경우, 갭(Gap-U)은 약 4mm까지 증가한다. 싱글 스폿 레이저빔 용접의 경우, 레이저빔은 1mm 이하의 직경으로 집광됨으로써 에너지 밀도가 향상되며, 키-홀 용접은 전자빔을 사용하는 경우와 동일하게 수행된다. 갭이 1mm 보다 적지 않은 값으로 증가할 경우, 레이저빔은 재료에 정확히 조사되지 않으며, 흡수효율이 더욱 낮아진다.
전술한 이유로 인해, 용접결함이 야기되고, 용접을 수행할 때 용융부를 확장할 필요가 있기 때문에, 용접속도는 더욱 낮아지고 용접시간은 늘어난다. 제3b도는 단부가 레이저빔에 의해 절단된 강괴의 에지 프로파일을 보인 것이다. 이 경우, 상부 에지의 갭(Gap-U) 및 하부 에지의 갭(Gap-U)은 균일하게 된다. 강괴의 두께가 45 내지 50mm인 경우에도, 갭은 1mm 이하로 유지될 수 있기 때문에, 레이저 용접에서는 어떠한 문제점도 야기되지 않는다.
레이저빔으로 절단하는 이유는 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위가 맞대어지기 전의 박판강의 단면 프로파일을 향상시키기 위해서이다. 레이저 절단 및 용접기(7)가 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 동안, 선주행 박판강의 후방부위 및 후주행 박판강의 전방부위의 한쪽 또는 양쪽은 레이저 절단 및 용접기(7)에 의해 스카프되거나 절단됨으로써, 맞대어진 부분에서의 돌출부가 스카프되거나 절단된다. 결함이 있는 단면 프로파일이 향상된 후, 박판강은 맞대어진다.
진자형 절단기를 사용하는 경우, 박판강은 사각형태로 절단되고, 제3b도에 도시한 프로파일을 사전에 제공할 수 있다. 이 경우, 상기한 절단공정은 생략된다.
선주행 박판강 및 후주행 박판강이 폭방향 및 두께방향으로 정확히 맞대어진 후에, 박판강의 속도와 동일한 속도로 이동하는 레이저 절단 및 용접기(7)에 의해 박판강의 상부면으로부터 맞대어진 부분에 용접공정이 수행된다. 그 후, 박판강은 마무리 압연기군(8)에 의해 연속적으로 압연되어 고온의 스트립으로 형성되고, 고온의 스트립은 냉각영역(9)에서 냉각된 후 고속 전단기에 의해 절단됨으로써, 고온의 스트립은 소정 길이로 절단될 수 있다. 그 후, 고온의 스트립은 최종적으로 코일러(11)에 감기게 된다.
레이저빔 절단 및 용접기(7)는, 주행하는 동안 박판강을 절단하고 용접한다. 싱글 스폿 레이저빔 용접의 경우, 레이저빔은 통상적으로 1mm 미만의 직경으로 집광됨으로써 에너지 밀도가 향상되며, 키-홀 용접은 전자빔을 사용하는 경우와 동일하게 수행된다.
전술한 이유로 인해, 박판강의 두께방향으로 단지 용접이 필요한 제한된 부분만이 깊이 가열되고 용융된다. 박판강의 폭에 대해 양단부에서 박판강을 용접하는 것으로 충분하며, 일측부에서의 용접부의 단면적은 박판강의 단면적의 3% 보다 적지 않으며, 용접이 되지 않은 부분은 후에 마무리 압연기의 제1 롤러반의 압력에 의해 접합된다. 이렇게 하여, 박판강은 압연라인상에서 연속적으로 주행한다.
일측부상에서의 용접면적이 3% 보다 적지않게 결정되어야 하는 이유는 다음과 같다:
박판강은 주행중 박판강 압연기에 의해 절단되기 때문에, 유효 접합영역은 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같은 박판강의 두께에 따라 변동한다. 따라서, 용접길이 대신에 용접면적이 사용되는 것이 좋다. 제4a도 및 제4b도는 진자형 전단기를 사용한 예를 보인 것이다. 제5도는 용접 단면적이 변동할 때 다듬질 압연기내에서 야기되는 파단수의 비율을 보인 것이다. 제5도에 도시한 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 박판강은, 일측부에서의 용접 단면적이 3% 보다 적지 않은 경우, 파단을 일으킴이 없이 다듬질 압연기에 의해 매끄럽게 압연된다.
이 경우, 압연공정은 다음과 같이 수행된다. 박판강의 온도가 900℃보다 적지 않은 온도로 유지되는 동안, 박판강은 박판강의 단부가 상호 거의 근접하여 접촉하는 조건하에서 다듬질 압연기의 제1 스탠드로 전송되고, 40%보다 적지 않은 감축비율로 압연된다. 이렇게 하여, 박판강의 단부는 고체상태에서 압력용접된다. 따라서, 용융용접에 필요한 용접 단면적은 다음의 조건을 충족하는 것으로 충분하다:
(1) 용접 단면적은, 맞대어진 접합부가 다듬질 압연기로 도입될 때 선주행 박판강 및 후주행 박판강의 맞대어진 접합부에 가해지는 기울어짐 및 굽힘을 견디는 용접강도를 제공할 수 있다.
(2) 박판강의 폭의 연장부는 다듬질 압연공정에서 억눌려짐으로써 압력용접이 매끄럽게 수행될 수 있다.
따라서, 일측부에서의 용접 단면적은 박판강의 단면적에 대해 3%보다 적지 않으면 된다. 전술한 이유로 인해, 필요한 단면적이 극도로 감소될 수 있고, 종래의 용융 용접방법에서 해결되어야 할 문제점중의 하나인 용접시간이 또한 줄어들 수 있다.
이하, 이 접합공정을 상세히 설명하기로 한다. 용량이 약 25kW인 고용량의 레이저빔 장치가 사용되는 경우에도, 박판강의 판두께가 20mm인 경우, 실온에서의 용접 속도는 약 20mm/sec이다. 따라서, 예를 들어, 폭이 1980mm인 박판강을 용접하는 경우, 용접시간은 99초 소요된다. 판두께가 최대 약 60mm인 박판강을 연속 열간압연으로 용접하는 경우, 소요되는 용접시간은 900초로 증가한다. 따라서, 상기한 접합방법은 실제로 사용하기 어려운 방법으로 간주되고 있다. 상기한 문제점에 대하여, 본 발명의 발명자는 다음과 같은 사항을 발견하였다.
주행중 박판강 전단기에 의해 절단된 박판강의 절단면을 고려하였을 때, 박판강의 판두께가 60mm인 경우에도, 박판강이 용접될 수 있는 유효두께는 단지 약 20mm에 불과하다. 따라서, 레이저빔 용접속도는 증가될 수 있다. 또한, 박판강의 실제 온도는 높으며, 약 1000℃이다. 따라서, 실온에서 레이저빔 용접이 수행되는 경우와 비교하여 열입력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 제6도에 도시한 바와 같이, 용접속도를 34mm/sec까지, 즉 실온에서의 용접속도보다 1.7배 빠르게 증가시키는 것이 가능하다.
용접속도는 34mm/sec까지 증가될 수 있고, 일측부에서의 연속압연에 필요한 용접단면적은 3%보다 적지 않기 때문에, 예를 들어, 판의 폭이 1980mm인 경우에도, 일측부에서의 용접 폭이 180mm이면 충분하다. 이러한 이유로, 용량이 25kW인 레이저빔 장치를 두세트 사용할 경우, 5.3초내에 용접공정이 수행될 수 있다.
기술이 진보하여 더욱 큰 용량의 레이저빔 장치가 사용될 수 있다면, 용접시간은 더욱 줄어들 수 있고, 용접공정은 하나의 레이저빔 장치에 의해 수행될 수 있다.
상기한 바와 같이, 레이저빔 용접을 위한 유효두께는 주행중 박판강 전단기에 의해 절단된 단면에서 발견되고, 또한 폭방향에 대한 단부표면으로부터 용접길이가 발견되며, 재료의 두께 및 온도가 고려되는 한, 용접속도 및 레이저빔 출력이 제어된다. 상기한 이유로 인해, 용융금속이 누출되거나 박판강이 녹는 문제점이 방지되고, 접합은 안정되게 수행될 수 있다.
폭방향에 대한 단부표면으로부터의 일측부상의 용접길이 L1은 다음의 식으로 표현된다.
L1 = C/100 x W x to/te (1)
여기서, C : 접합에 필요한 단면적율 (일측부에서 ≥ 3%)
W : 박판강의 폭(mm)
to : 박판강의 두께(mm)(제4b도 참조)
te : 접합 유효두께(mm)(제4b도 참조)
레이저빔 용접속도 V는 다음의 식으로 표현된다.
V = c1kWc2(c3 + c4Tc5)/tec6(2)
여기서, V : 레이저빔 용접속도(mm/sec)
kW : 레이저빔 출력(kW)
T : 박판강의 온도(℃)
te : 접합 유효 판두께(mm)
c1, c2, c3, c4, c5, c6 : 상수
제7도는 본 발명의 레이저빔 용접장치가 사용되는 박판강 용접장치를 보인 것이다.
레이저빔 용접장치는, 고정광원(13)과, 고정광원(13)으로부터 전송된 레이저빔을 수용하고 박판강의 속도와 동일한 속도로 이동하는 동안 압연방향으로 박판강을 추적하는 압연방향 가동 반사거울(14)과, 레이저빔을 수용하고 수직방향으로 이동하는 수직방향 가동 반사거울(15)과, 레이저빔을 최종적으로 수용하고 폭방향으로 이동하는 동안 박판강을 접합하는 폭방향 가동 집광거울시스템을 포함한다.
제8a도, 제8b도 및 제8c도는 본 발명의 자기진행형 레이저빔 용접장치의 구성을 보인 것이다. 제8a도는 전체 구성을 보인 평면도이다. 제8b도는 제8a도의 A-A선 단면도로, 가동본체 주행장치의 캐리지의 구성을 보인 것이다. 제8c도는 제8a도의 B-B선 단면도이다. 이 가동본체 주행장치(19)의 캐리지는 제8b도 및 제8c도에 도시한 바와 같이 구성된다. 제8a도에 도시한 바와 같이, 두세트의 주행 구동장치는 박판강의 폭방향에 대해 대칭적으로 제공된다. 따라서, 캐리지는 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행할 수 있고, 또한 가동본체 주행장치(19)는, 레이저빔을 미세하게 조정하여 폭방향으로 박판강의 용접선을 추종할 수 있도록 구성된다. 폭방향 주행장치(22)는 미세조정 캐리지(47)상에 제공된 높이 조정장치(21)위에 배치된다.
이 미세조정 캐리지(47)는 가동본체 주행장치(19)상의 위치결정장치(20)에 의해 압연방향으로 미세하게 조정될 수 있다. 본 발명의 장치의 구성은 이들 세가지 캐리지에 기초한다.
미세조정 캐리지(47)는 박판강의 중앙에서 두 부분으로 분할됨으로써, 미세조정 캐리지(47)의 각 부분의 위치는 개별적으로 그리고 독립적으로 미세하게 조정될 수 있다. 폭방향 가로레일(33)은 박판강의 중앙에서 서로 연결되기 때문에, 폭방향 주행장치(22)는 다른 단부부분으로 주행할 수 있다. 제8b도 및 제8c도에 도시한 바와같이, 가동거울은 각각 다음과 같이 제공된다. 압연방향 가동 반사거울(14)은 미세조정 캐리지(47)의 상부 위치에 제공되고, 수직방향 가동 반사거울(15)은 압연방향 가동 반사거울(14)의 하부 위치에 제공되고, 즉 수직방향 가동 반사거울(15)은 높이 조정장치(21)상의 수직방향 가동 반사거울 지지체(48)상에 제공되며, 폭방향 가동 집광거울시스템(16)은 수직방향 가동 반사거울(15)과 동일한 높이에서 폭방향 주행장치(22)상에 제공된다.
각각의 가동거울은, 가동본체 주행장치(19)가 압연방향으로 주행하고 압연방향으로의 미세조정이 위치결정장치(20)에 의해 수행됨으로써 박판강 접합위치로 조정될 수 있도록, 박판강 용접위치에 대해 그 위치가 정해진다. 높이 조정장치(21)에 의해, 수직방향 가동 반사거울(15) 및 폭방향 가동 집광거울시스템(16)이 수직으로 이동함으로써, 박판강의 두께가 변하는 경우의 박판강에 대한 초점거리가 일정하게 유지될 수 있다. 폭방향 가동 집광거울시스템(16)을 박판강의 폭방향으로 가로이동시키고 박판강 용접위치를 검출하기 위해, 용접부 모방장치(17)가 폭방향 가동 집광거울시스템(16)과 함께 폭방향 주행장치(22)내에 제공된다.
레이저빔을 전송하기 위한 레이저빔 침투부(46)는 각각의 거울과 캐리지 사이에 그리고 캐리지와 박판강 사이에 제공된다. 특히, 박판강 폭방향 주행부에는 슬릿형 레이저빔 침투부가 제공된다.
용접부 모방장치(17)는 주행중 박판강 전단기의 이송측상의 가동본체 주행장치상에 배치되어 박판강이 맞대어진 위치를 검출한다. 이 용접부 모방장치(17)는 선주행 박판강 및 후주행 박판강이 맞대어진 위치를 검출하고, 접합될 박판강의, 폭방향에 대한, 양단부를 또한 검출한다. 상기한 이유로 인해, 레이저빔이 조사될 좌표위치가 검출될 수 있다. 먼저, 박판강의 단부가 레이저빔에 의해 조사됨으로써, 폭방향 주행장치(22)에 의해 폭방향 가동 집광거울시스템(16)의 위치가 결정된다. 박판강의 두께에 따라, 높이조정장치(21)가 수직으로 이동함으로써, 폭방향 가동 집광거울시스템(16)의 초점이 조정될 수 있다.
본 발명의 용접장치의 상기한 구성에 따라, 다음과 같이 용접공정이 수행된다.
박판강이 상호 맞대어지기 전에, 맞대어지는 박판강 사이에 형성되는 갭을 감소시키기 위하여, 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위는 레이저빔에 의하여 사전에 스카프되고 절단된다. 그 후, 프로파일이 양호하지 않은 후주행 박판강의 전방부위는 박판강의 폭 전반에 걸쳐 절단된다. 이렇게 하여, 용접부내의 갭의 변동이 감소될 수 있고, 용접부내에 유효 두께부분이 유지될 수 있다. 그 후, 선주행 박판강의 후방부위 및 후주행 박판강의 전방부위는 핀치 롤러에 의해 맞대어진다. 이때, 레이저빔 장치의 세팅은 박판강의 단부가 용접되는 위치로 변경된다. 그 후, 용접공정은 박판강의 중앙에서 단부쪽으로 폭방향을 따라 시작된다.
본 발명의 용접부 모방장치가 제14도에 도시되어 있다. 이 용접부 모방장치는 두세트의 반도체 레이저 유니트(42)를 포함하며, 파장이 약 780nm인 레이저빔을 용접부에 조사한다. 레이저빔은 그 중심 파장이 반도체 레이저빔의 파장과 동일하고 대역폭은 수 nm인 대역필터(44)를 통과한다. 그런 다음, 레이저빔의 프로파일은 CCD에 의해 측정되고 인식됨으로써 레이저빔 조사위치가 검출될 수 있다.
레이저 용접장치의 가동본체 주행장치(19)가 가속됨으로써, 주행장치(19)의 주행속도는 핀치 롤러 유니트(5a)의 상부 아이들 롤러에서 측정된 박판강 속도에 동기될 수 있다. 동시에, 레이저 유니트는 위치결정장치(20)에 의해 박판강 용접부에서 위치하고, 레이저빔 조사가 시작됨으로써 용접공정이 폭방향을 따라 박판강의 중앙에서 단부쪽으로 시작된다. 주행장치(19)가 주행하고 있는 동안에도, 용접부는 용접부 모방장치(17)에 의해 검출된다. 박판강의 두께 및 온도에 따라, 그리고 레이저빔 출력에 따라, 가로이동 속도는 변동한다. 이렇게 하여, 일측부에서의 단면적이 3%보다 적지 않은, 박판강의 단부에서의 용접부에 대해 용접공정이 수행될 때까지 폭방향 가동 집광거울시스템(16)의 가로이동 위치는 제어된다.
박판강의 단부로부터 중앙까지 제공되는 용접 단면적을 일측부에서 3%보다 적지않게 얻기 위해서는, 용접공정이 박판강의 내측으로부터 시작되어 박판강의 단부의 방향으로 계속되어 단부 또는 단부에 근접한 위치까지 수행되는 것이 효과적이다.
용접공정이 완료된 후에, 가동본체 주행장치(19)는 주행중 박판강 전단기상의 대기 위치로 철수함으로써, 가동본체 주행장치(19)는 다음의 용접공정에 대비한다. 폭방향으로 위치 결정하는데 필요한 시간을 줄이기 위해서는, 거친 압연기의 이송측상에 배치된 폭 측정기에 의해 제공된 폭 게이지 정보에 따라 사전에 대략적으로 설정을 하는 것이 효과적이다.
용접공정전에 전단공정이 제공될 필요가 있을 때, 상기한 용접공정과 거의 동일한 방식으로 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 절단할 수 있다.
상기한 레이저 용접장치의 경우, 고정광원을 움직일 필요는 없으며, 반사거울은 고정광원에서 전송된 레이저빔을 수용한 후, 반사거울이 박판강의 속도와 동일한 속도로 이동하는 동안 전송된 레이저빔을 박판강의 용접부로 반사할 수도 있다. 또한, 레이저빔은 반송 테이블의 상부면으로부터 반사됨으로써, 간섭이 발생하는 것을 피할 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 이미 설치되어 있는 압연라인에 쉽게 조립 장착될 수 있다.
제9도는 다수의 레이저빔이 인가될 때 박판강의 맞대기 정확도를 향상시킬 수 있는 방법을 보인 것이다. 싱글 스폿 레이저빔이 사용되는 경우, 맞대기 부분의 홈의 상태가 양호하지 않으면, 레이저빔은 박판강을 조사하지 않고 그를 관통하기 때문에 충전 와이어가 홈내에 사용되어야 한다.
본 발명의 방법은 상기한 문제점을 해결한다. 본 발명의 방법에 따르면, 용접은 용접부상에서,
선주행 박판강 및 후주행 박판강 모두 동시에 다수의 레이저빔으로 조사됨으로써 갭이 용융금속으로 채워질 수 있도록 수행된다. 이렇게 하여, 접합이 수행되고, 접합부 전체가 용접된다.
상기한 이유로 인해, 맞대기 정확도는 크게 향상되고, 선주행 박판강 및 후주행 박판강은 충전 와이어를 사용함이 없이 안정되게 용접될 수 있다. 경우에 따라, 충전 와이어를 사용하는 것도 가능하다.
제10도는 다수의 레이저빔이 인가되는 이 시스템의 효과를 보인 그래프이다. 이러한 방법에 따라,
45kW의 레이저빔이 두 개로 분할됨으로써, 두 개의 레이저빔이 제공된다. 15mm 두께의 박판강이 실온에서 충전 와이어를 사용함이 없이 맞대어진다. 이 경우, 맞대어진 부분의 갭이 2mm에 이르더라도, 맞대어진 부분의 갭이 0mm인 경우와 동일한 속도로 용접이 행해질 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법과 싱글 스폿 시스템 방법을 비교하여 보면, 빔당 에너지 밀도는 반으로 감소된다. 따라서, 필요한 용접두께를 획득하기 위해서는 레이저빔의 용량이 두 배로 되어야 한다.
제11도는 본 발명의 레이저빔이 약 60Hz의 주파수로 유압 서보기구에 의해 발진될 때 허용 가능한 맞대기 정확도의 범위를 확장시킬 수 있는 방법을 보인 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 레이저빔이 발진되지 않는 싱글 스폿 시스템의 경우, 충전 와이어가 사용되어야 한다. 본 발명에 따르면, 레이저빔이 홈내에 형성된 최대 갭보다 적지 않은 진폭으로, 용접선을 포함하는 평행한 홈 표면에 수직한 방향으로 발진된다. 박판강의 양측부가 상기한 레이저빔으로 조사될 때, 박판강은 확실하게 접합되고, 허용 가능한 맞대기 정확도의 범위가 크게 향상된다.
필요한 주파수가 제공되지 않는 경우, 초점거울을 발진시키는 것이 효과적이다. 접합부의 단면적이 충분하지 않은 경우, 충전 와이어를 더할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 레이저빔 용접방법 또는 플라즈마 아크 용접방법이 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 용접하는데 적용되면, 압력용접과는 달리 (3 kgf/㎟보다 적지않은)높은 압력을 가할 필요가 없다. 따라서, 선주행 박판강 및 후주행 박판강은 종래의 압연기의 다듬질 스케일 제거 핀치 롤러의 압력과 동일한 2.0 kgf/㎟보다 낮은 압력으로 위치결정될 수 있다. 2.0 kgf/㎟의 압력이 박판강의 표면에 인가될 때, 스케일 표식의 발생을 피할 수 있다. 선주행 박판강 및 후주행 박판강은 약 0.5 kgf/㎟의 압력에 의해 위치결정되는 것이 바람직하다. 따라서, 이 접합방법은 품질에 어떠한 문제도 일으키지 않는다.
이러한 용융용접방법에 따르면, 단지 접합이 필요한 부분만이 국부적으로 용융되어 용접된다. 따라서, 얼룩이 발생되지 않을뿐더러, 압력용접에서 볼 수 있는 버르가 야기되지 않는다. 상기한 품질의 측면에서의 장점 외에도, 얼룩이나 버르를 제거할 필요가 없기 때문에 용접방법의 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 접합시간이 줄어들 수 있고, 용접장치의 길이가 줄어들 수 있다.
용접부는 응고될 필요가 있고, 용접부가 제1 다듬질 스탠드로 도입되기 전에 사전 설정된 기계적인 강도가 제공될 필요가 있다. 일반적으로, 박판강의 온도는 약 1000℃이다. 따라서, 다량의 열이 가해지는 테르밋 용접방법과 같은 용융용접방법의 경우에는 용융부가 응고될 때까지 많은 시간이 소요된다. 따라서, 장치의 길이가 길어진다. 한편, 본 발명의 용접방법에 따르면, 용접부에 가해지는 열량이 감소될 수 있어서, 장치의 길이가 짧더라도 충분한 기계적 강도를 제공할 수 있다. 필요하다면, 용융부는 공기 또는 냉각수에 의해 냉각되도록 함으로써 장치의 길이를 더욱 줄일 수도 있다.
에너지 밀도가 높은 열원을 사용하는 레이저빔 용접 또는 플라즈마 아크용접에 의한 용접방법을 채용할 경우, 박판강이 단지 상부로부터 가열될 때, 박판강은 두께방향으로 가열되고, 용융되고 용접될 수 있다. 따라서, 박판강의 하부에 장치를 제공할 필요는 없다. 따라서, 스윙 롤러군 따위의 고가의 대형장치가 요구되지 않으며, 통상의 테이블 롤러군을 사용할 수 있다.
이하, 예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
[실시예 1]
강괴는 가열로에서 가열되었다. 그런 다음, 강괴는 거친 압연기에 의해 압연됨으로써, 판두께 60mm, 폭 1980mm 및 온도 1000℃의 박판강이 제공되었다. 100mpm의 속도로 주행하는 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위가 각각 진자형 전단기에 의해 절단됨으로써, 단부의 프로파일이 다듬어졌다. 그런 다음, 각각 용량이 25kW이고 용접속도는 34 mm/sec인 두 세트의 레이저빔 용접기를 사용하여, 상부면으로부터 박판강의 양단부에 용접을 수행함으로써, 단부가 각각 박판강의 단부에서 단부로부터 180mm 떨어진 위치까지 용접되었다. 이 경우, 일측부에서의 접합부의 단면적 비율을 3%이었다. 그 후, 용접된 박판강은 40%의 감축율로 제1 다듬질 압연기에 의해 압연되었다.
조사결과에 따르면, 레이저빔 용접이 행해지지 않은 맞대어진 부분은 연속하는 열간압연공정에서 제1 다듬질 압연기에 의해 압력이 인가된 상태에서 접합되었다. 따라서, 레이저빔 용접에 의해 용접된 부분을 포함하는 접합부의 전체면적은 75%보다 적지 않았다. 상기한 상태에서, 박판강은 후속하는 다듬질 압연기에 의해 연속적으로 열간압연되어, 6mm 두께의 제품이 완성되었다. 결과로서, 압연공정중에 어떠한 파단도 발생되지 않았다. 이와 관련하여, 레이저빔 반사거울의 주행거리는, 용접장치를 가속하고 감속하는데 필요한 거리를 포함하여, 압연방향으로 10m이었다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방식으로, 다음과 같이 용접공정이 수행되었다. 강괴는 가열로에서 가열되었다. 그런 다음, 강괴는 거친 압연기에 의해 압연됨으로써, 판두께 40mm, 폭 1550mm 및 온도 1050℃의 박판강이 제공되었다. 50mpm의 속도로 주행하는 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위는 각각 용량이 25kW이고 용접속도는 59 mm/sec인 두 세트의 레이저빔 용접기에 의해 용접되었고, 상부면으로부터 박판강의 양단부에 용접이 행해짐으로써, 단부가 각각 박판강의 단부에서 단부로부터 320mm 떨어진 위치까지 용접되었다. 이 경우, 일측부에서의 접합부의 단면적 비율을 8%이었다. 상기한 상태에서, 박판강은 후속하는 다듬질 압연기에 의해 연속적으로 열간압연되어, 2.0mm 두께의 제품이 완성되었다. 결과로서, 압연공정중에 어떠한 파단도 발생되지 않았다. 이와 관련하여, 레이저빔 반사거울의 주행거리는, 용접장치를 가속하고 감속하는데 필요한 거리를 포함하여, 압연방향으로 4.9m이었다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 방식으로, 다음과 같이 용접공정이 수행되었다. 강괴는 가열로에서 가열되었다. 그런 다음, 강괴는 거친 압연기에 의해 압연됨으로써, 판두께 25mm, 폭 1200mm 및 온도 1080℃의 박판강이 제공되었다. 48mpm의 속도로 주행하는 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위는 각각 용량이 25kW, 절단속도는 200 mm/sec, 용접속도는 100 mm/sec인 두 세트의 레이저빔 용접기에 의해 용접되었고, 상부면으로부터 박판강의 양단부에 용접이 행해짐으로써, 단부가 각각 박판강의 단부에서 단부로부터 600mm 떨어진 위치까지 용접되었다. 이 경우, 일측부에서의 접합부의 단면적 비율을 23%이었다. 상기한 상태에서, 박판강은 후속하는 다듬질 압연기에 의해 연속적으로 열간압연되어, 1.2mm 두께의 제품이 완성되었다. 결과로서, 압연공정중에 어떠한 파단도 발생되지 않았다.
이와 관련하여, 레이저빔 반사거울의 주행거리는, 용접장치를 가속하고 감속하는데 필요한 거리를 포함하여, 압연방향으로 6.5m이었다.
상기의 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 압연라인에서 박판강을 정지시킴이없이 레이저빔 또는 플라즈마 아크 용융용접에 의해, 다듬질 압연되어질 선주행 박판강에 거칠게 압연된 후주행 박판강을 접합함으로써, 박판강의 상부면으로부터 수행된 용접공정에 의해 박판강을 효과적으로 접합할 수 있는 방법을 제공한다.
따라서, 접합에 필요한 거리는 예에서 보인 바와 같이, 매우 짧다. 또한, 접합공정이 박판강의 상부면으로부터 수행되기 때문에, 용접장치와 박판강 반송 테이블간에는 어떠한 간섭도 일어나지 않는다. 따라서, 본 발명의 방법은 기존의 압연라인에 경제성을 가지고 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 접합부에서 버르에 의해 야기되는 제품표면의 결함발생을 방지할 수 있으며, 박판강의 표면이 강하게 압착될 때 야기되는 스케일 표식의 발생을 또한 방지할 수 있다. 따라서, 고품질의 고온 스트립을 얻을 수 있다. 본 발명에 따르면, 박판강이 연속 다듬질 압연으로 압연될 때, 생산성 및 품질의 향상을 이룰 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위를 맞대어 용접한 후 용접된 박판강을 연속적으로 압연하는 연속 열간압연방법으로서, 레이저빔 및 플라즈마 아크중 하나를 이용하여 박판강의 상부면으로부터 맞대어진 부분에 용융 용접공정을 수행하는 단계로 구성되며, 용융 용접공정은 용접기가 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  2. 제1항에 있어서, 주행 박판강의 단부를 절단하는 전단기와 고온 압연기 사이에 배치되는 적어도 두쌍의 핀치 롤러로 박판강을 고정하고, 쌍으로 된 핀치 롤러 사이에 배치된 유압 안내부에 의해 압연기의 중심에서 독립적으로 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  3. 제1항에 있어서, 선주행 박판강의 후방부위의 측면과 후주행 박판강의 전방부위의 측면이 밀기장치와 연결된 조임기구에 의해 각각 조여져 있는 동안 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 맞대는 단계를 포함하며, 조임기구는 주행 박판강의 단부를 절단하는 전단기와 압연기 사이에 배치되고, 조임공정은 박판강의 상부로부터 시작되고, 맞대기 공정은 박판강의 속도와 동일한 속도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  4. 제1항에 있어서, 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강의 전방부위의 상부면 및 하부면이 밀기장치와 연결된 조임기구에 의해 각각 조여져 있는 동안 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 맞대는 단계를 포함하며, 조임기구는 주행 박판강의 단부를 절단하는 전단기와 압연기 사이에 배치되고, 맞대기 공정은 박판강의 속도와 동일한 속도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 박판강을 맞대기 전에 맞대어지는 부분에 형성되는 갭이 감소될 수 있도록 선주행 박판강의 후방부위와 후주행 박판강 전방부위의 한쪽 또는 양쪽을 예비성형하는 단계를 포함하며, 상기 예비성형은 박판강의 속도와 동일한 속도로 레이저빔 스카핑 및 절단중 한 방법에 의해 박판강의 상부면으로부터 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 박판강의 폭에 대하여 일측부의 용접부위의 단면적이 박판강의 단면적의 3% 보다 적지 않도록 박판강의 양단부를 용접하고, 압연기의 제1 롤러스탠드(roller stand)로 압력을 가하여 용접되지 않은 부위를 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  7. 제1항에 있어서, 표면이 전단기 절단 및 레이저빔 절단중 한 방법에 의하여 형성되는 맞대어진 부분의 유효두께로부터 박판강의 폭방향 용접길이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 박판강의 온도, 레이저빔 출력 및 목표 용접판 두께로부터 박판강의 용접속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  9. 제1항에 있어서, 선주행 박판강의 후방부위 및 후주행 박판강의 전방부위에 다수의 레이저빔을 동시에 조사하여 후방부위 및 전방부위를 용융시킴으로써 맞대어진 부분의 치수 정확도를 향상시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연방법.
  10. 선주행 박판강(1a)의 후방부위 및 후주행 박판강(1b)의 전방부위를 맞대어 용접하는 연속 열간압연 박판강 용접장치로서, 고정 레이저 광원(13)에 대향하여 주행할 수 있는 가동본체 주행장치(19)를 갖추고, 가동본체 주행장치(19)는 압연방향 가동 반사거울(14), 수직방향 가동 반사거울(15), 폭방향 집광거울(16) 및 용접부 모방장치(17)를 포함하며, 용접장치가 주행하는 동안 용접장치는 용접부 모방장치(17)를 사용하여 박판강의 용접위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
  11. 선주행 박판강(1a)의 후방부위 및 후주행 박판강(1b)의 전방부위를 맞대어 용접하는 연속 열간압연 박판강 용접장치로서, 적어도 두 쌍의 핀치 롤러(5a, 5b)와, 쌍으로 된 핀치롤러(5a, 5b) 사이에 제공되고 압연기의 중심에서 선주행 박판강 및 후주행 박판강을 독립적으로 고정하는 유압 안내부(6a)와, 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 용접기를 갖춘 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 연속 열간압연 박판강 용접장치는, 상기 박판강의 상부면으로부터 선주행 박판강(1a)의 후방부위의 측면과 후주행 박판강(1b)의 전방부위의 측면을 조이는 조임기구(34)와, 상기 조임기구(34)와 연결되는 밀기장치(35)와, 박판강의 속도에 따라 속도를 동기시키는 속도 동기장치와, 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 용접기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 연속 열간압연 박판강 용접장치는, 선주행 박판강(1a)의 후방부위의 상하면과 후주행 박판강(1b)의 전방부위의 상하면을 조이는 조임기구(34)와, 상기 조임기구와 연결되는 밀기장치(35)와, 박판강의 속도에 따라 속도를 동기시키는 속도 동기장치와, 박판강의 속도와 동일한 속도로 주행하는 용접기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 용접장치는 레이저빔형으로 되어 있고, 두 쌍의 레이저 처리헤드를 포함하여 레이저빔으로 박판강의 양측부를 동시에 절단하고 용접하거나, 레이저 빔으로 일측부와 중앙을 동시에 절단하고 용접하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 용접장치는 레이저빔형으로 되어 있고, 레이저빔은 허용될 수 있는 맞대기 정확도의 범위가 증가될 수 있도록 발진되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
  16. 선주행 박판강(1a)의 후방부위 및 후주행 박판강(1b)의 전방부위를 맞대어 용접하는 연속 열간압연 박판강 용접장치로서, 고정 레이저 광원(13)에 대향하여 주행할 수 있는 가동본체 주행장치(19) 갖추고, 가동본체 주행장치는 압연방향 가동 반사거울(14), 수직방향 가동 반사거울(15), 폭방향 집광거울(16) 및 용접부 모방장치(17)를 포함하며, 용접장치가 주행하는 동안 용접장치는 용접부 모방장치(17)를 사용하여 박판강의 용접위치를 검출하며, 상기 용접부 모방장치(17)는 반도체 레이저빔 발진기(42)와, 반도체 레이저빔의 파장에 대해 그 폭이 수 nm인 대역 필터(44)와, 집광렌즈(43) 및 전하결합 디바이스(45, CCD)로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 박판강 용접장치.
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