(57)【要約】      （修正有）【課題】板幅方向に走行し、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させる誘導加熱装置で突き合わせ部分を加熱した後にレーザ溶接する場合に、溶接欠陥の発生を防止することのできる鋼板のレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および溶接鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】加熱は、複数の鋼板のうち板幅が狭い方の鋼板の板幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて移動しつつ鋼板の表面に平行に該鋼板を貫通する磁束を発生させる誘導加熱装置により行われ、誘導加熱装置のコイルの長さをＬとしたとき、鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌである位置にコイルの尾端が達するまでに誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ１’に比べ、コイルの尾端が鋼板の他方の端部から０．６Ｌの位置を通過して鋼板の他方の端部に達するまでに誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ２’の方が小さくなるように加熱が行われる。【選択図】図６
2010042430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、該鋼板の突き合わせ端部を加熱し、加熱した突き合わせ端部にレーザビームを照射して前記突き合わせ端部を溶接する鋼板のレーザ溶接方法であって、
前記加熱は、前記複数の鋼板のうち板幅が狭い方の鋼板の板幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて移動しつつ前記鋼板の表面に平行に該鋼板を貫通する磁束を発生させる誘導加熱装置により行われるとともに、
前記誘導加熱装置に備えられるコイルの長さをＬとしたとき、前記鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌである位置に前記コイルの尾端が達するまでに前記誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ１’に比べ、前記コイルの尾端が前記鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌである位置を通過して前記鋼板の他方の端部に達するまでに前記誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ２’の方が小さくなるように前記加熱が行われることを特徴とする鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記誘導加熱装置の移動速度は一定であり、前記誘導加熱装置が発生させる磁束を変更することにより前記単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ１’、Ｅ２’を調整することを特徴とする請求項１に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌの位置に前記コイルの尾端が達するまでは前記誘導加熱装置の出力は一定とし、前記鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌの位置を前記コイルの尾端が通過した後に前記誘導加熱装置の出力を減少させることにより前記エネルギ平均値Ｅ１’、Ｅ２’を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記エネルギ平均値Ｅ１’と前記エネルギ平均値Ｅ２’とがＥ２’／Ｅ１’≦０．７を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記突き合わせ部の加熱により該突き合わせ部の鋼板表面温度がいずれも２００℃以上に達することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接方法で溶接する工程を含むことを特徴とする溶接鋼板の製造方法。
【請求項７】
複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、該鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接装置であって、
前記複数の鋼板のうち板幅が狭い方の鋼板の板幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて走行しながら鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させることにより突き合わせ部分を加熱する誘導加熱装置と、
前記誘導加熱装置に備えられるコイルの長さをＬとしたとき、前記鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌの位置に前記コイルの尾端が達するまでに前記誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ１’に比べ、前記コイルの尾端が前記鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌの位置を通過して前記鋼板の他方の端部に達するまでに前記誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ２’を小さくするように前記誘導加熱装置の磁束を前記鋼板の板幅方向に調整する調整手段と、
前記誘導加熱装置により加熱された突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接手段とを備えることを特徴とする鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項８】
前記鋼板の他方の端部には、前記鋼板の表面温度を測定する温度計、前記鋼板の突き合わせ部分の間隔を測定する装置、および前記突き合わせ部における複数の鋼板の段差を測定する装置の少なくとも１つを具備する請求項７に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項９】
前記レーザ溶接手段は、並列された複数のファイバ状またはディスク状の結晶体から構成されるレーザビーム発振器と該発振器から放出されるレーザ光を伝送する光ファイバとを備える請求項７又は８に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の突き合わせ部分のレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および溶接鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、熱延鋼板や冷延鋼板等の鋼板を処理するプロセスライン（酸洗、焼鈍、圧延、巻戻し、検査等のライン）においては、連続的に鋼板が供給され、供給された鋼板を連続的に処理する連続ラインがよく用いられる。
【０００３】
このような連続的に処理可能な連続ラインに対して、処理する鋼板を連続的に供給するためには、この連続ラインの上流工程において、鋼板と鋼板を突き合わせ溶接することによって途切れることなく鋼板を連続ラインへ供給する必要がある。
【０００４】
この連続ラインの上流工程に配置される一般的な溶接装置として、先行する鋼板である溶接材（以下、先行被溶接材という）の端面と、先行被溶接材に対して後行する鋼板である溶接材（以下、後行被溶接材という）の端面とを溶接して接続する溶接装置がある。さらに、溶接する被溶接材が高炭素鋼及び高張力鋼板である場合に、生産性の向上、品質の安定化を目的としてレーザ光を用いて溶接するレーザ溶接装置がよく用いられている。しかしながら、このような高炭素鋼および高張力鋼板のレーザ溶接においては、溶接後の急冷による被溶接材内部のマルテンサイト生成に伴い、溶接割れを生起することが多い。そのため、マルテンサイト生成度合いを低減して溶接割れを少なくさせるため、被溶接材の急激な温度変化を低減する必要があった。
【０００５】
例えば、特許文献１には、レーザ溶接を行う端面を相対させた鋼板の突き合わせ溶接部に沿い溶接機の溶接トーチの移動に同期して走行する台車と、この台車に回転可能に配設するとともに、台車の走行に伴い溶接部に下方から裏当てするように構成したロータリー式裏当て部材と、台車の走行に伴い溶接トーチに先行して突き合わせ部及びその近傍部分を予熱するコイルを備える板継溶接装置が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、高周波誘導加熱装置のコイル部に関し、被加熱材の両端部における加熱コイル部と被加熱材との間の間隔よりも、被加熱材の中央部における加熱コイル部と被加熱材との間の間隔の方が小さくなるように配置する高周波誘導加熱装置について記載されている。これによれば、レーザの突き合わせ溶接において鋼板の板厚を貫通する磁束を発生させる誘導加熱コイルと被加熱材との間隔を幅方向に調節することができ、幅方向の温度が均一になるように予熱して溶接割れを防止することが可能となる。
【特許文献１】特開平６−３１２２８５号公報
【特許文献２】特開平４−２４２０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
連続ラインに鋼板が供される前には、鋼板表面のスケール粉などの異物を除去するために鋼板表面にスプレー水を供給することが一般的に行われている。あるいは、鋼板表面のスケール粉等の異物がロールに付着しないように、ロール表面にスプレー水を吹きかけながら通板する場合もある。また、スプレー水を供給しない場合であっても、鋼板が水冷却工程などを経ている場合には、鋼板に冷却水が残存していることがある。従って、上記した鋼板の溶接を行う際には、鋼板端部の突き合わせ部分が洗浄水や冷却水により濡れている場合が多い。このように水分が残存した突き合わせ部にレーザを照射して溶接を行うと水蒸気が発生する。この水蒸気は、溶融金属を吹き飛ばして溶接部の表面が大きく窪んだ欠陥を形成したり、溶接金属中に残存してブローホール欠陥を形成する。このような欠陥を含んだ溶接部は、接合強度の低下を招く。その結果、連続ラインの途中で溶接部から鋼板が破断し、製造ラインを止めて復旧させることが必要となる。これは製造効率上回避すべき問題である。一方、レーザ溶接を用いるために水による洗浄をしない場合にはスケール粉等が鋼板に残り、これが後の処理により鋼板表面に生じるキズ等の原因となる場合があった。
【０００８】
特許文献１に記載の板継溶接装置では、被溶接材の板厚方向に磁束を発生させるので、被溶接材の端面間の接触状況により貫通磁束量が変化し、安定した均一な加熱が難しい。従って、水分除去、又はその他の理由で加熱した場合に、当該不均一な加熱に起因する被溶接材の変形が生じ、溶接欠陥が発生することがあった。
【０００９】
また、特許文献２に記載の高周波誘導加熱装置では、コイル部が被溶接材の板幅より大きいことが必要であり、大きな板幅の鋼板に対応するためには大きなコイル部が必要であった。
【００１０】
一方、これに対して幅方向に走行する誘導加熱コイルを用い、レーザ溶接の前に突き合わせ部を誘導加熱する方法においては、部分加熱にともない被溶接材が変形するため、溶接欠陥が発生しやすい。
【００１１】
そこで本発明は、板幅方向に走行し、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させる誘導加熱装置を用いて、突き合わせ部分を加熱した後にレーザ溶接する場合において、溶接欠陥の発生を防止することのできる鋼板のレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および溶接鋼板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、本発明について説明する。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、該鋼板の突き合わせ端部を加熱し、加熱した突き合わせ端部にレーザビームを照射して突き合わせ端部を溶接する鋼板のレーザ溶接方法であって、加熱は、複数の鋼板のうち板幅が狭い方の鋼板の板幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて移動しつつ鋼板の表面に平行に該鋼板を貫通する磁束を発生させる誘導加熱装置により行われるとともに、誘導加熱装置に備えられるコイルの長さをＬとしたとき、鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌである位置にコイルの尾端が達するまでに誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ１’に比べ、コイルの尾端が鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌである位置を通過して鋼板の他方の端部に達するまでに誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ２’の方が小さくなるように加熱が行われることを特徴とする鋼板のレーザ溶接方法により前記課題を解決する。
【００１４】
ここで、「複数の鋼板のうち板幅が狭い方の鋼板」において、複数の鋼板の板幅が異なる場合を示しているが、本発明ではこのように板幅が異なる場合の他、当該複数の鋼板が同じ板幅である場合も含むものとする。このとき、板幅が狭い方の鋼板は複数の鋼板のうちいずれの鋼板であってもよい。以下同様である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋼板のレーザ溶接方法において誘導加熱装置の移動速度は一定であり、誘導加熱装置が発生させる磁束を変更することにより単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ１’、Ｅ２’を調整することを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌの位置にコイルの尾端が達するまでは誘導加熱装置の出力は一定とし、鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌの位置をコイルの尾端が通過した後に誘導加熱装置の出力を減少させることによりエネルギ平均値Ｅ１’、Ｅ２’を調整することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、エネルギ平均値Ｅ１’とエネルギ平均値Ｅ２’とがＥ２’／Ｅ１’≦０．７を満たすことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、突き合わせ部の加熱により該突き合わせ部の鋼板表面温度がいずれも２００℃以上に達することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼板のレーザ溶接方法で溶接する工程を含むことを特徴とする溶接鋼板の製造方法を提供することにより前記課題を解決する。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、該鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接装置であって、複数の鋼板のうち板幅が狭い方の鋼板の板幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて走行しながら鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させることにより突き合わせ部分を加熱する誘導加熱装置と、誘導加熱装置に備えられるコイルの長さをＬとしたとき、鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌの位置にコイルの尾端が達するまでに誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ１’に比べ、コイルの尾端が鋼板の他方の端部からみて０．６Ｌの位置を通過して鋼板の他方の端部に達するまでに誘導加熱装置が出力する単位時間当たりのエネルギ平均値Ｅ２’を小さくするように誘導加熱装置の磁束を前記鋼板の板幅方向に調整する調整手段と、誘導加熱装置により加熱された突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接手段とを備えることを特徴とする鋼板のレーザ溶接装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の鋼板のレーザ溶接装置において、鋼板の他方の端部には、鋼板の表面温度を測定する温度計、鋼板の突き合わせ部分の間隔を測定する装置、および突き合わせ部における複数の鋼板の段差を測定する装置の少なくとも１つを具備することを特徴とする。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の鋼板のレーザ溶接装置において、レーザ溶接手段は、並列された複数のファイバ状またはディスク状の結晶体から構成されるレーザビーム発振器と該発振器から放出されるレーザ光を伝送する光ファイバとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、板幅方向に走行し、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させる誘導加熱装置を用いて、突き合わせ部分を加熱した後にレーザ溶接する方法において、アンダーフィル、段状等の溶接欠陥の発生を防止することのできる鋼板のレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および溶接鋼板の製造方法を提供することが可能となる。
【００２４】
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための最良の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
図１は、１つの実施形態に係るレーザ溶接装置１の斜視図である。図１に示すように、レーザ溶接装置１は、板状の被溶接材を保持するクランプ２と、図１のＹ方向に移動しながらＸ方向に搬送される被溶接材を溶接する溶接キャリッジ３と、ＹＡＧ系レーザ発振器、又は複数のファイバ状結晶体を並列に配置したファイバ状レーザ発振器あるいはディスク状レーザ発振器等の発振器４を備える。加えて、この発振器４から発光された光を伝送する光ファイバ１２及び該光ファイバ１２により伝送されたレーザ光を被溶接材の突き合わせ部に照射する加工ヘッド９を具備する。
なお、ファイバ状レーザ発振器とは、ダブルクラッドファイバのコアファイバにＹｂ（イッテリビウム）を添加し、このダブルクラッド層に導入されたＬＤ（レーザダイオード）励起光が伝送することで、コアファイバが励起・増幅することによりレーザビームを取り出すモジュールを並列に接続して出力を増加するように構成された公知の発振器である。
本発明に係るレーザ溶接装置は、この他にもあらゆるレーザ発振器に、例えば炭酸ガスレーザ発振器に適用可能であり、同様に被溶接材の溶接部の形状不良を低減させることができる。
【００２７】
図２は、レーザ溶接装置１の溶接キャリッジ３の断面を示した断面図である。図２に示すように、溶接キャリッジ３は、搬送される被溶接材の両端を切断する手段であるギロチンシャー５（５ａ、５ｂ）と、クランプ２により保持された被溶接材のうち突き合わされた部分を板厚の上下方向から押圧することによって整形する手段である整形ロール６（６ａ、６ｂ）を備えている。さらにレーザ溶接装置１は、整形ロール６（６ａ、６ｂ）により整形された被溶接材を誘導加熱する第１の加熱手段である予熱処理用誘導加熱ヘッド７と、予熱処理用誘導加熱ヘッド７により加熱された被溶接材にレーザ光を照射することによってこの被溶接材を溶接する手段である加工ヘッド９とを具備している。また、レーザ溶接装置１には、加工ヘッド９の直下に配置され、溶接中の先行被溶接材及び後行被溶接材の端面を下面から支えると共に、溶接中の被溶接材の下面から漏洩するレーザ光が外部に照射されるのを防止するバックロール８と、加工ヘッド９により溶接された被溶接材を誘導加熱する第２の加熱手段である後熱処理用誘導加熱ヘッド１０と、加工ヘッド９により溶接された溶接部を板厚の上下方向から挟み込むことによって整形する加圧手段である加圧ロール１１ａ、１１ｂとが設けられている。
【００２８】
溶接キャリッジ３は、被溶接材を上下から挟むように配設され、サーボモータにより回転速度を制御されたボールネジ（図示せず）を介し、矢印Ｙの正方向、又は矢印Ｙの逆方向に移動する。また、ギロチンシャー５（５ａ、５ｂ）、整形ロール６（６ａ、６ｂ）、予熱処理用誘導加熱ヘッド７、バックロール８、加工ヘッド９、後熱処理用誘導加熱ヘッド１０、及び加圧ロール１１ａ、１１ｂは所定の間隔を設けてＹ方向に並列されている。
【００２９】
図３は、クランプ２、および被溶接材を切断するギロチンシャー５を説明するための図である。図３に示すように、クランプ２は、先行被溶接材１００ａをクランプする前方クランプ２Ｆと後行被溶接材１００ｂをクランプする後方クランプ２Ｒとを備えている。前方クランプ２Ｆは、前方クランプ下部２Ｆａ、前方クランプ上部２Ｆｂ、及び前方クランプ上部２Ｆｂを上下方向に駆動させる前方クランプシリンダ２Ｆｃを備えている。同様に、後方クランプ２Ｒは、後方クランプ下部２Ｒａ、後方クランプ上部２Ｒｂ、及び後方クランプ上部２Ｒｂを上下方向に駆動させる後方クランプシリンダ２Ｒｃを備えている。ここで、クランプ下部２Ｆａ、２Ｒａは、クランプ上部２Ｆｂ、２Ｒｂに比べてその前方と後方との間隔が広く形成されている。これによりクランプ上部２Ｆｂ、２Ｒｂでは突き合わせ面にできるだけ近い位置を押さえることができる。一方、クランプ下部２Ｆａ、２Ｒａ間には、下部シャー刃５ａ、予熱処理用誘導加熱ヘッド７、後熱処理用誘導加熱ヘッド１０等の比較的大きい機器を被溶接材の下面に近づけることができる。
【００３０】
また、図３に示すように、ギロチンシャー５は、下部シャー刃５ａ、上部シャー刃５ｂ、及び上部シャー刃５ｂを上下方向に駆動させるシリンダ５ｃとを備えている。そして、ギロチンシャー５は、溶接キャリッジ３の移動に伴い、前方クランプ２Ｆと後方クランプ２Ｒとの間に進入し、または後退する。
【００３１】
図４は、予熱処理用誘導加熱ヘッド７の加熱作用について説明するための図である。図４に示すように、予熱処理用誘導加熱ヘッド７は、鉄心７ａとこの鉄心７ａに巻回されたコイル７ｂとを備える。そして、電源（図示しない）からこのコイル７ｂに電流を通電して磁束（交番磁束）を発生させ、この磁束を被溶接材１００ａ、１００ｂに貫通させることにより被溶接材１００ａ、１００ｂに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて被溶接材１００ａ、１００ｂを加熱する。
【００３２】
ここで、予熱処理用誘導加熱ヘッド７の鉄心７ａ、コイル７ｂによって発生した磁束は、図４に示すように、被溶接材１００ａ、１００ｂの板厚方向に対して直角な方向、即ち、被溶接材１００ａ、１００ｂの表面に平行に貫通する。従って、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ端面の板幅方向における接触・非接触の状態、すなわち被溶接材の対向した端面間の隙間の有無に拘わらず、被溶接材１００ａ、１００ｂを貫通する磁束量は板幅方向に同程度となる。これにより、予熱処理用誘導加熱ヘッド７は、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部（溶接部）を加熱昇温するので、該突き合わせ部を効率よく予熱することができる。なお、図４では、予熱処理用誘導加熱ヘッド７を被溶接材の下方に設ける場合を示したが、これに限定されるものでなく、被溶接材の上方に設けてもよい。
【００３３】
予熱処理用誘導加熱ヘッド７は、被溶接材１００ａ、１００ｂの板幅方向に走行する。図５に説明図を示した。図５では、被溶接材１００ａ、１００ｂの板幅方向を紙面左右方向とし、予熱処理用誘導加熱ヘッド７が被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部の下方を当該板幅方向に左から右に走行する場面を模式的に示した。なお、図５において、Ｌは予熱処理用誘導加熱ヘッドに備えられるコイル７ｂの長さであり、Ｗは複数の被溶接材のうち板幅の狭い方の被溶接材の板幅である。本実施形態では２つの被溶接材１００ａ、１００ｂの板幅は同じである。本発明は当該複数の鋼板が同じ板幅である場合も含むものとし、このときにはＷはいずれの鋼板の板幅であってもよい。
【００３４】
はじめに、図５（ａ）に示したように、予熱処理用誘導加熱ヘッド７は、該予熱処理用誘導加熱ヘッド７のコイル７ｂの先端が被溶接材１００ａ、１００ｂの幅方向一端（溶接始端）と同じ位置となるように配置される。そして当該図５（ａ）の状態から予熱処理用誘導加熱ヘッド７の出力が開始されるとともに、紙面右側への移動も始められる。そして最終的には図５（ｃ）に示したようにコイル７ｂの尾端７ｔが被溶接材１００ａ、１００ｂの幅方向他端（溶接終端）と同じ位置になるまで移動する。このように予熱処理用誘導加熱ヘッドを移動式にすることにより、板幅の変更に応じて移動距離を変更するのみで対応することができ、汎用性、利便性を向上させることが可能である。本実施形態では上記のように被溶接材１００ａ、１００ｂの板幅が同じなので、溶接始端はいずれの被溶接材においても板幅方向一端となり、溶接終端は板幅方向他端となる。しかし、被溶接材の板幅が異なる場合には、溶接始端は板幅の狭い方の鋼板の板幅方向一端となり、溶接終端は板幅の狭い方の鋼板の板幅方向他端となる。
【００３５】
ここで、本発明では図５（ａ）に示した加熱開始から、図５（ｃ）に示した加熱終了までの間の図５（ｂ）に示した所定の位置で予熱処理用誘導加熱ヘッド７の出力を変更する。所定の位置は、図５（ｂ）に示したように、コイル７ｂの尾端７ｔ側においてコイル７ｂと被溶接材１００ａ、１００ｂとの重なりがＸとなる位置である。ここで、当該Ｘを表すものとして、図５（ａ）におけるコイル７ｂの尾端７ｔを０（移動始点）とし、出力を変更する所定位置における尾端７ｔの位置を予熱制御開始点Ｓとする（図５（ｂ）参照。）。従って、移動始点と予熱制御開始点との距離はＳとなる。
【００３６】
さらに詳しく説明する。図６は、コイル７ｂの尾端７ｔの位置と、コイル予熱処理用誘導加熱ヘッド７の出力との関係を模式的なグラフで表したものである。図６は横軸にコイル７ｂの尾端位置を示した。横軸の左端は図５（ａ）におけるコイル７ｂの尾端位置であり、移動始点である。また、横軸の右端は図５（ｃ）におけるコイル７ｂの尾端位置で、該尾端７ｔが被溶接材１００ａ、１００ｂの溶接終端位置に達した位置であり、これを移動終点とする。すわなち、移動終点はＬ＋Ｗで表される。また、図６のグラフの２つの縦軸のうち左側の軸（第１縦軸）は予熱処理用誘導加熱ヘッド７の出力を示している。一方、右側の軸（第２縦軸）は、予熱処理用誘導加熱ヘッド７が単位時間当たりに出力するエネルギ平均値Ｅ’を表している。
【００３７】
図６からわかるように、この場合には移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは予熱処理用誘導加熱ヘッド７の出力を一定値Ｑ１とし、予熱制御開始点Ｓ以降に当該出力を単調に減少させ、移動終点で出力を０とする。またこの場合では、移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌで表される位置に対して予熱制御開始点Ｓは移動終点側となるように制御されている。なお、ここでは予熱処理用誘導加熱ヘッド７を等速で移動させることを考える。
【００３８】
かかる場合、コイル７ｂの尾端７ｔが移動始点から位置Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌまで移動する際(図６にＡで示した領域）に予熱処理用誘導加熱ヘッド７が出力した総エネルギはＥ１で表される。また、コイル尾端７ｔが位置Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌから移動終点まで移動する際（図６にＢで示した領域）に予熱処理用誘導加熱ヘッド７が出力した総エネルギはＥ２で表される。ここで、コイル尾端７ｔが移動始点から位置Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌまで移動するために要した時間をｔ１とすると、この際に単位時間当たりに出力した予熱処理用誘導加熱ヘッド７が出力するエネルギ平均値Ｅ１’は、Ｅ１／ｔ１で表される。同様に、コイル尾端７ｔが位置Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌから移動終点まで移動するために要した時間をｔ２とすると、この際に単位時間当たりに出力した予熱処理用誘導加熱ヘッド７が出力したエネルギ平均値Ｅ２’は、Ｅ２／ｔ２で表される。本発明では当該Ｅ１’、Ｅ２’に関し、Ｅ１’＞Ｅ２’、すなわちＥ２’／Ｅ１’＜１．０が成立するように予熱処理誘導加熱ヘッド７の出力を調整することを特徴とする。ここでＥ２’／Ｅ１’を「エネルギ比率」とする。これによりアンダーフィル欠陥や段状の欠陥を抑制することができる。これら欠陥を抑制することができる理由については後で詳しく説明する。
【００３９】
予熱処理用誘導加熱ヘッド７の出力は、Ｅ２’／Ｅ１’＜１．０を満たしていればよく、必ずしも図６のような出力パターンに限定されるものではない。図７〜図９には他の例を示した。図７（ａ）は、予熱制御開始位置Ｓより移動始点側は一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力Ｑ１を維持し、予熱制御開始位置Ｓより移動終点側では予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を０とする場合である。これによればＥ２は移動始点から距離Ｌ＋Ｗ−０．６である位置から予熱制御開始位置Ｓまでに出力された値となり、エネルギ平均値はＥ２’で表され、Ｅ２’／Ｅ１’＜１．０を満たす。図７（ｂ）は、予熱制御開始位置Ｓより移動始点側は一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力Ｑ１を維持し、予熱制御開始位置Ｓより移動終点側では予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を当該一定の誘導加熱ヘッド出力より低い出力Ｑ２に維持する場合である。これによってもＥ２’／Ｅ１’＜１．０を満たす。
【００４０】
図８は、予熱制御開始位置Ｓより移動始点側は一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力Ｑ１を維持し、予熱制御開始位置Ｓより移動終点側で予熱処理用誘導加熱ヘッド出力のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合である。これによってもＥ２’／Ｅ１’＜１．０を満たすことができる。
【００４１】
図９は、予熱制御開始位置Ｓが位置Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌに一致する場合である。図９（ａ）では、位置Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌより移動始点側は一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力Ｑ１を維持し、位置Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌより移動終点側は、単調にその出力を減少させている。図９（ｂ）では、位置Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌより移動終点側でその出力を０としている。かかる場合にもＥ２’／Ｅ１’＜１．０を満たすことができる。
【００４２】
以上、図６〜図９に予熱処理用誘導加熱ヘッド出力の例を示したがＥ２’／Ｅ１’＜１．０を満たすものであればこれらパターンに限定されることはない。ここではいずれも予熱制御開始点ＳがＬ＋Ｗ−０．６Ｌの位置よりも移動始点側にくることはないが、予熱制御開始点ＳがＬ＋Ｗ−０．６Ｌの位置よりも移動始点側であってもよい。また、上記したパターンはいずれも直線的な制御の組み合わせであったが、これに限定されるものではなく、曲線的なパターンでもよい。
【００４３】
以上の例では、予熱処理用誘導加熱ヘッドの移動速度を等速とし、該予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を変更することによりＥ２’／Ｅ１’＜１．０とすることについて説明した。しかし、予熱処理用誘導加熱ヘッドの移動速度を変更することによってもこれが可能である。例えば予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を一定とし、図６の予熱制御開始位置Ｓ以降で予熱処理用誘導加熱ヘッドの移動速度を上げることにより、Ｅ２’／Ｅ１’＜１．０を満たす加熱をすることもできる。
【００４４】
また、予熱中に実際に突き合わせ端部の温度、隙間量または段差量を測定し、これを予熱制御にフィードバックしてこの測定値に基づき、Ｅ２’を調整することもできる。これによれば、個々の予熱に対してより確実な予熱制御をすることが可能なり、さらに欠陥発生防止の信頼性を向上させることができる。突き合わせ端部の温度を測定する温度センサとしては、例えば赤外線を用いた非接触式温度測定器を挙げることができる。また、突き合わせ端部の隙間量や段差量の測定としては例えばレーザセンサを用いた非接触形状測定器を用いることができる。
【００４５】
ここで、Ｅ２’／Ｅ１’＜１．０を満たすことにより、これを満たさない予熱でレーザ溶接をした場合に比べて、アンダーフィル欠陥や段状欠陥を抑制することが可能となる。ただし、より効果的にこれら欠陥を抑制する観点からはＥ２’／Ｅ１’≦０．７であることが好ましい。
【００４６】
予熱処理用誘導加熱ヘッド７による加熱の程度は上流工程における水洗浄の程度、被溶接材の板厚、予処理用誘導加熱ヘッド７の被溶接材との位置関係等により、適切な到達温度、及び保持時間が採用される。従って特に限定されるものではない。その中でも、確実に水分を除去してブローホール欠陥を防止すること、および製造効率及びエネルギ効率の観点から、突き合わせられた部分における被溶接材の表裏面の温度がいずれも２００℃以上とされるとともに、これが１秒間以上保持される加熱が好ましい。これにより必要以上のエネルギを消費することなく、かつ製造効率を適切に維持することが可能となる。
【００４７】
当該ブローホール欠陥を防止する観点から、被溶接材の溶接端部の温度を温度センサにより測定し、例えば２００℃以下となりそうな場合に予熱処理用誘導加熱ヘッドにその旨の信号を送る等することもできる。当該信号を受信した予熱処理用誘導加熱ヘッドは、その出力を上げることにより被溶接材の終端温度を上げることが可能である。ただし、これは上記Ｅ２’／Ｅ１’＜１が満たされる範囲で行われることが必要である。当該温度センサとして例えば赤外線を用いた非接触式温度測定器を挙げることができる。
【００４８】
図１、図２に戻り、引き続きレーザ溶接装置１について説明する。バックロール８は、加工ヘッド９の直下に配置されている。バックロール８は、溶接中の被溶接材１００ａ、１００ｂの端面を下面から支え、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ精度の向上を図り、又溶接中の被溶接材１００ａ、１００ｂの下面から漏洩するレーザビームが外部に照射されるのを防止する。
【００４９】
整形ロール６は、図２に示すように、下部整形ロール６ａと、上部整形ロール６ｂと、上部整形ロール６ｂを上下方向に駆動するシリンダ６ｃ（図示せず）とを備えている。下部整形ロール６ａ及び上部整形ロール６ｂは上下に配置されており、シリンダ６ｃにより下部整形ロール６ａと上部整形ロール６ｂとの上下間隔を調整することができる。また、下部整形ロール６ａ及び上部整形ロール６ｂは各々支持軸（図示せず）を中心に回転する構造を有する。
【００５０】
後熱処理用誘導加熱ヘッド１０は、鉄心とこの鉄心に巻回されたコイルとを備える。そして、電源からこのコイルに電流を通電して磁束（交番磁束）を発生させ、この磁束を被溶接材１００ａ、１００ｂに貫通させることにより被溶接材１００ａ、１００ｂに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて被溶接材１００ａ、１００ｂを加熱する。ここで、後熱処理用誘導加熱ヘッド１０の鉄心、コイルによって発生した磁束は、被溶接材１００ａ、１００ｂの板厚方向に対して直角な方向、即ち、被溶接材１００ａ、１００ｂの表面に平行に貫通する。従って、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ端面の板幅方向における接触・非接触の状態、すなわち被溶接材の対向した端面間の隙間の有無に拘わらず、被溶接材１００ａ、１００ｂを貫通する磁束量は板幅方向に同程度となる。これにより、後熱処理用誘導加熱ヘッド１０は、被溶接材１００ａ、１００ｂの溶接部を均一に加熱昇温するので後熱を均一に行うことができる。
【００５１】
加圧ロール１１は、図２に示すように、下部加圧ロール１１ａと、上部加圧ロール１１ｂと、上部加圧ロール１１ｂを上下方向に駆動するシリンダ１１ｃ（図示せず）とを備えている。下部加圧ロール１１ａ及び上部加圧ロール１１ｂは上下に配設されており、下部加圧ロール１１ａと上部加圧ロール１１ｂとの上下間隔は、シリンダ１１ｃにより調整させる。また、下部加圧ロール１１ａ及び上部加圧ロール１１ｂは、各々支持軸（図示せず）を中心に回転する構造を有する。
【００５２】
以上のような構成を備えるレーザ溶接装置１により、突き合わせ端部のレーザ溶接においてアンダーフィル欠陥、段状の欠陥を防止することができる。次に、当該レーザ溶接装置１を用いて行われるレーザ溶接方法について説明する。ここでは、理解容易のためレーザ溶接装置１を用いておこなうレーザ溶接方法について説明するが、必ずしも当該方法はレーザ溶接装置１によることに限定されるものではなく、発明の趣旨を満たすものであればどのようなレーザ溶接装置によってもよい。
【００５３】
まず、先行被溶接材１００ａが、図１の矢印Ｘで示す方向に向かってレーザ溶接装置１の溶接キャリッジ３内に搬送される。その後、搬送された先行被溶接材１００ａの尾端と所定の間隔を空けて後行被溶接材１００ｂが、レーザ溶接装置１の溶接キャリッジ３内に搬送される。
【００５４】
そして、溶接キャリッジ３内へ搬送された先行被溶接材１００ａは、図３に示すように、先行被溶接材１００ａの尾端がギロチンシャー５内に導かれ図３に示す位置で停止する。また、溶接キャリッジ３内へ搬送された後行被溶接材１００ｂも同様に、後行被溶接材１００ｂの先端が同じギロチンシャー５内に導かれ図３に示す位置で停止する。
【００５５】
その後、クランプ２Ｆ、２Ｒが先行被溶接材１００ａ及び後行被溶接材１００ｂを固定する。具体的には、前方クランプ上部２Ｆｂが前方クランプシリンダ２Ｆｃの動力により下降し、前方クランプ下部２Ｆａとの間で、先行被溶接材１００ａを挟み込むことによって固定する。同様に、後方クランプ上部２Ｒｂが後方クランプシリンダ２Ｒｃの動力により下降し、後方クランプ下部２Ｒａとの間で、後行被溶接材１００ｂを挟み込むことによって固定する。
【００５６】
そして、溶接キャリッジ３に内蔵されたギロチンシャー５の上部シャー刃５ｂがシリンダ５ｃの動力により下降し、下部シャー刃５ａとの間で挟み込むことによって、先行被溶接材１００ａ及び後行被溶接材１００ｂの対向する端部を同時に切断する（切断工程）。これにより、先行被溶接材１００ａの断面と後行被溶接材１００ｂの断面とをほぼ平行することができ、溶接を容易にすることができる。
【００５７】
次に、レーザ溶接装置１のギロチンシャー５は、上部シャー刃５ｂを上昇させる。そして、後行被溶接材１００ｂを拘束している後方クランプ２Ｒを上部シャー刃５ｂの刃幅分だけ先行被溶接材１００ａを拘束している前方クランプ２Ｆ側へ移動させる。これにより、先行被溶接材１００ａの尾端と後行被溶接材１００ｂの先端とが突き合わされる（突き合わせ工程）。
【００５８】
図１０は、ギロチンシャー５により切断された先行被溶接材１００ａ及び後行被溶接材１００ｂの板厚方向からみた断面を示す断面図であり、図１１は、ギロチンシャー５で切断した後の被溶接材１００ａ、１００ｂを突き合わせた状態を示した平面図である。図１０に示すように、ギロチンシャー５で切断した後、先行被溶接材１００ａ及び後行被溶接材１００ｂの端面を突き合わせると、微小な形状のばらつきが生じたり、かえりが発生したりする場合がある。さらに図１１に示すように、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部に部分的にギャップが生じる場合がある。
【００５９】
このような突き合わせ状態において先行被溶接材１００ａと後行被溶接材１００ｂとを溶接した場合、板端の突き合わせギャップの変化により段差溶接または穴あき溶接が生じることがある。
【００６０】
そこで、整形ロール６（６ａ、６ｂ）が、ギロチンシャー５で切断した後の突き合わせ部を押圧する（整形工程）ことで、切断によって生じるかえりや切断形状のばらつき等の突き合わせ部における形状不良を矯正することができる。
【００６１】
具体的には、まず、レーザ溶接装置１は、図２に示した矢印Ｙで示す方向に溶接キャリッジ３を移動させる。その際、上部整形ロール６ｂは、予め設定された上部整形ロール６ｂと下部整形ロール６ａとの間隔となるように、シリンダ６ｃの動力により下降される。そして、溶接キャリッジ３のＹ方向への移動と共に、図１２に示すように、上部整形ロール６ｂは先行被溶接材１００ａと後行被溶接材１００ｂとの突き合わせ部に乗り上げ、回転しながら予め設定された荷重にて先行被溶接材１００ａ及び後行被溶接材１００ｂの突き合わせ部を押圧する。これにより、切断によって生じる被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部の形状不良を矯正することができる。
【００６２】
次に、レーザ溶接装置１は、さらに図２に示した矢印Ｙで示す方向に溶接キャリッジ３を移動させる。溶接キャリッジ３の移動に伴い、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部は、予熱処理用誘導加熱ヘッド７の上部に達する。ここで、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部は、予熱処理用誘導加熱ヘッド７によりレーザ溶接の予熱に必要な温度になるように誘導加熱される（第１の加熱工程）。具体的には、上記したように予熱処理用誘導加熱ヘッド７を突き合わせ端部に沿って移動させるとともに、その出力をＥ２’／Ｅ１’＜１．０となるように制御する。これにより溶接部における各種欠陥を防止することができる。以下に詳しく説明する。
【００６３】
図１３（ａ）に示したように、突き合わせ端部は加熱により図１３（ａ）に矢印で示した方向（溶接方向）に伸びを生じる。一方、クランプ２で固定された部分は拘束されており、多少の滑りを想定しても伸びが殆ど生じないと考えられる。この突き合わせ部分とクランプ固定部分との伸び差により、突き合わせ部分の隙間が拡大するような被溶接材の回転変形が生じる。突き合わせ部の一端から他端まで同じように加熱（予熱）すると、その終端部で図１３（ａ）に示したように間隙が生じる。この状態で溶接することにより図１３（ｂ）にＨで示したようなアンダーフィル欠陥が発生してしまう。ここで、アンダーフィル欠陥は終端部で大きい（深い）傾向にあり、これは隙間量が終端部に向けて蓄積されていくためであること、および板幅方向端部では自由端が多く、拘束が小さいので易いことが原因であると推察する。
【００６４】
また、突き合わせ部始端から終端に向けて移動しながら加熱することにより、終端部が必要以上に加熱され、この状態でレーザ溶接をすると、終端部で適正範囲を超える過剰なエネルギ量が溶接部に投入され、溶融金属が溶接金属部に留まる事ができず、裏面側に吹き飛ばされ、溶接部の湯量が不足し、溶接部の表面にアンダーフィル欠陥が生じるとも推察される。
【００６５】
本発明によれば、突き合わせ部終端において加熱（予熱）のために投入するエネルギを制御しているので、上記のような終端部の間隙、および過加熱を抑制することができる。これによりアンダーフィル欠陥を防止することが可能となる。
【００６６】
また、段状欠陥についても次のように考察することができる。図１４に示したようにレーザ溶接装置において、上クランプと下クランプとで被溶接材の長手方向にその位置を変えていると、被溶接材の表裏温度差が生じ、図１４（ａ）に示したような被溶接材の端部が上下方向に曲がる変形を生じることがある。このとき先行被溶接材と後行被溶接材とが全く同じように変形すればよいが、実際には、鋼種、サイズ、表面状態、内部応力のばらつき等によりその変形量が異なる。この状態で溶接を行うと図１４（ｂ）に示したように先後溶接材間で板厚方向に段状となる欠陥が発生する。当該欠陥も加熱による温度のムラが原因なので、その加熱が過剰となる突き合わせ部終端で大きく発生する傾向にある。
【００６７】
これに対して本発明によれば、突き合わせ部終端において加熱（予熱）のために投入するエネルギを制御しているので、このような過加熱を抑制することができる。これにより段状の欠陥を防止することが可能となる。
【００６８】
また、予熱処理用誘導加熱ヘッド７による加熱によって、溶接部の冷却速度が小さくなり、マルテンサイトの出現が抑制される効果や、加熱によるマルテンサイトの焼き戻しの効果などが得られる。さらに、整形ロール６（６ａ、６ｂ）により整形された後に被溶接材１００ａ、１００ｂを誘導加熱するので、熱膨張により突き合わせギャップを最適化することができる。また、後述する加工ヘッド９のレーザパワーの低減や溶接速度の増加の効果を得ることもできる。予熱処理用誘導加熱ヘッド７による予熱の程度は、上流工程における水洗浄の程度、被溶接材１００ａ、１００ｂの厚さ、予熱処理用誘導加熱ヘッド７の被溶接材１００ａ、１００ｂとの位置関係等により、適切な到達温度、及び保持時間が採用される。従って特に限定されるものではない。その中でも、確実に水分を除去してブローホール欠陥を防止すること可能であるとともに、製造効率及びエネルギ効率の観点から、突き合わせられた部分における被溶接材の表裏面の温度がいずれも２００℃以上とされるとともに、これが１秒間以上保持される加熱が望ましい。これにより必要以上のエネルギを消費することなく、かつ製造効率を適切に維持することができる。
【００６９】
次に、レーザ溶接装置１は、さらに図２に示した矢印Ｙで示す方向に溶接キャリッジ３を移動させる。溶接キャリッジ３の移動に伴い、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部は、バックロール８の上部を通過する。このとき、被溶接材１００ａ、１００ｂは、加工ヘッド９及びバックロール８によって、レ−ザ溶接される（レーザ溶接工程）。具体的には、レーザ発振器４から光ファイバで伝送されたレーザ光が加工ヘッド９から被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部に照射され、これにより、先行被溶接材１００ａと後行被溶接材１００ｂとが溶接される。レーザの出力、焦点径、焦点位置、溶接速度等の条件は、鋼板の種類及び板厚、突き合わせにおける鋼板同士の間隙の大きさ、鋼板と加工ヘッドとの距離などにより適宜選択される。
【００７０】
さらに、レーザ溶接装置１は、図２に示した矢印Ｙで示す方向に溶接キャリッジ３を移動させる。溶接キャリッジ３の移動に伴い、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部（溶接部）は、後熱処理用誘導加熱ヘッド１０の上部を通過する。その際、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部（溶接部）は、後熱処理用誘導加熱ヘッド１０により所定温度に誘導加熱される（第２の加熱工程）。例えば、４００℃以上９００℃以下の温度に加熱する。これにより、溶接後の急冷が抑制されるため、急冷に伴う溶接部の過剰な硬化が抑制され、通板時の破断が防止される。加熱温度は、５５０℃程度以上８００℃以下とすることが望ましい。具体的には、電源（図示しない）から後熱処理用誘導加熱ヘッド１０のコイル１０ａに電流を通電して磁束（交番磁束）を発生させ、この磁束を被溶接材１００ａ、１００ｂに磁束が表面方向と平行になるように貫通させることにより被溶接材１００ａ、１００ｂに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて誘導加熱する。
【００７１】
次に、レーザ溶接装置１は、さらに、図２に示した矢印Ｙで示す方向に溶接キャリッジ３を移動させる。その際、上部加圧ロール１１ｂは、予め設定された上部加圧ロール１１ｂと下部加圧ロール１１ａとの間隔となるように、シリンダ１１ｃの動力により下降される。そして、溶接キャリッジ３の移動と共に、上部加圧ロール１１ｂは被溶接材１００ａ、１００ｂの溶接部分に乗り上げ、回転しながら予め設定された荷重にて被溶接材１００ａ、１００ｂの溶接部分を押圧する（加圧工程）。これにより、被溶接材１００ａ、１００ｂの表裏面を滑らかに仕上げ、先行被溶接材１００ａと後行被溶接材１００ｂの板厚が同じ場合は、溶接部の板厚を先行被溶接材１００ａと後行被溶接材１００ｂの板厚とほぼ同じにすることができる。
【００７２】
また、先行被溶接材１００ａと後行被溶接材１００ｂの板厚が異なる場合においても、上部加圧ロール１１ｂと下部加圧ロール１１ａとの押圧により溶接部の表面形状を滑らかにすることができる。
【００７３】
以上により、レーザ溶接装置１によれば、被溶接材１００ａ、１００ｂの突き合わせ部の形状不良を矯正して、溶接部におけるアンダーフィル欠陥、段状の欠陥、及びブローホール欠陥等の欠陥を防止し、溶接割れ等を防止することができる。
【００７４】
上記したどのようなパターンで予熱を制御するかについては、鋼種や寸法等により異なるものである。従って、予め、鋼板の種類、寸法等の種々の板組条件に応じて複数の予熱制御パターンを決定しておくことが好ましい。そして実際には、与えられた板組み条件に基づき複数の予熱制御パターンから一つの制御パターンを選択して適用する方法や、終端部の近傍の温度、隙間量、または段差量の測定可能な計測手段を設け、これら測定値が予め設定した範囲内となるように予熱を幅方向に制御する方法を用いることができる。
【００７５】
以下、実施例によりさらに詳しく説明する。ただし本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００７６】
（実施例１）
実施例では、予熱処理用誘導加熱ヘッドによる予熱において、上記したＥ１’、Ｅ２’を変更してレーザ溶接を行い、欠陥の発生の有無や程度を評価した。詳しくは次の通りである。
＜被溶接材＞
被溶接材は以下のものを用いた。
・鋼種：高張力鋼（強度３４０ＭＰａ）の熱間圧延鋼板
・寸法：板厚３．０ｍｍ、溶接長さ（板幅）Ｗ＝３００ｍｍ
・突き合わせ端面：機械研削による良好端面、突き合わせ端部に霧状の水を噴射
・非加熱時の突き合わせ間隙：０．０ｍｍ
【００７７】
＜予熱処理用誘導加熱装置＞
予熱処理用誘導加熱装置は次のような条件とした。
・インダクションヒータ：出力３．０ｋＷ（予熱狙い温度：２００℃）
・コイルサイズ：溶接方向長さＬ＝３３０ｍｍ、幅６ｍｍ
・移動速度：３．０ｍ／分
・移動位置：突き合わせ部の裏面側を突き合わせ部に沿って移動
【００７８】
＜レーザビーム＞
レーザビームは次のような条件で照射した。
・レーザの種類：ＬＤ−ＹＡＧレーザ発振機
・レーザ出力：４．５ｋＷ
・レーザ照射位置：インダクションヒータ尾端から２６５ｍｍ後方位置
・レーザビーム：集光距離Ｆ２００ｍｍ、板面上のスポット直径０．６ｍｍ
・レーザヘッドの移動速度：３．０ｍ／分
【００７９】
その他の条件および説明図を表１、図１５〜図１７に示した。表１、図１５〜図１７を参照しつつ説明する。
【００８０】
【表１】
2010042430.tif 000003
【００８１】
Ｎｏ．１は、比較例としての例であり、図１６（ａ）に示したように、移動始点から移動終点に至るまで一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力（３ｋＷ）とした。
Ｎｏ．２は、図１６（ｂ）からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝５５０ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド７出力（３ｋＷ）とし、その後予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を０とした。
Ｎｏ．３は、図１６（ｂ）からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝５００ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド７出力（３ｋＷ）とし、その後予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を０とした。
Ｎｏ．４は、図１６（ｂ）からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝４７０ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド７出力（３ｋＷ）とし、その後予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を０とした。
Ｎｏ．５は、図１６（ｂ）からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝４００ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド７出力（３ｋＷ）とし、その後予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を０とした。
Ｎｏ．６は、図１７からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝５００ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは予熱処理用誘導加熱ヘッド７出力を３ｋＷとし、その後予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を０．７５ｋＷとした。
Ｎｏ．７は、図１７からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝５００ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは予熱処理用誘導加熱ヘッド７出力を３ｋＷとし、その後予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を１．５０ｋＷとした。
Ｎｏ．８は、図１７からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝５００ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは予熱処理用誘導加熱ヘッド７出力を３ｋＷとし、その後予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を２．２５ｋＷとした。
Ｎｏ．９は、予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を０とし、予熱を実施しない例であり、Ｎｏ．１０は、比較例であり、移動始点から移動終点に至るまで一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力（２．４ｋＷ）とした。
【００８２】
表１に示した項目は次のように得ることができる。Ｎｏ．２を例に説明する。
Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌは、上記したように当該位置の前後におけるＥ１’、Ｅ２’を比較する位置である。本実施例では、Ｗ＝３００．０（ｍｍ）、Ｌ＝３３０．０（ｍｍ）であるからその値は４３２．０（ｍｍ）となる。
予熱制御開始位置Ｓは、図１５にＳで示したように、予熱の制御を開始したときにおけるコイル尾端の位置である。Ｎｏ．２では５５０．０（ｍｍ）とした。
Ｘは、予熱制御開始位置Ｓにおけるコイルと鋼板との重なりの距離を表している。従って、Ｌ＋Ｗ−Ｓで算出することができ、Ｎｏ．２では６３０．０−５５０．０＝８０．０（ｍｍ）である。
Ｘ／Ｌは、上記重なりＸをコイルの長さＬで除した値であり、Ｎｏ．２では８０／３３０＝０．２４である。
【００８３】
予熱処理用誘導加熱ヘッド出力は、予熱制御開始前の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力、及び予熱制御開始後の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を表したものである。Ｎｏ．２では、予熱制御前が３．０（ｋＷ）、予熱制御後が０．０（ｋＷ）である。
【００８４】
コイル尾端の移動距離は、コイル尾端が移動始点から、該移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達するまでに移動する距離、および移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達した後、移動終点に達するまでに移動する距離をそれぞれ表したものである。Ｎｏ．２を含む本実施例では、Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌ＝４３２．０（ｍｍ）なので、コイル尾端が移動始点から、該移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達するまでに移動する距離は４３２．０（ｍｍ）であり、移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達した後、移動終点に達するまでに移動する距離は６３０．０−４３２．０＝１９８．０（ｍｍ）である。
コイル尾端の移動時間は、コイル尾端が移動始点から、該移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達するまでに要した時間、および移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達した後、移動終点に達するまでに要した時間をそれぞれ表したものである。Ｎｏ．２を含む本実施例では、Ｌ＋Ｗ−０．６Ｌ＝４３２．０（ｍｍ）、コイルの移動速度は３．０（ｍ／分）＝５０（ｍｍ／秒）なので、コイル尾端が鋼板の始端から、該移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達するまでに要する時間は、４３２．０／５０＝８．６（秒）であり、移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達した後、鋼板の終端に達するまでに要した時間は、１９８．０／５０＝４．０（秒）である。
【００８５】
Ｅ１は上記したように、コイル尾端が移動始点から、該移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達するまでに投入した総エネルギ量なので、Ｎｏ．２の場合には、３．０×８．６＝２５．８（ｋＷ・秒）である。
Ｅ２は、コイル尾端が移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達した後、移動終点に達するまでに投入した総エネルギ量なので、Ｎｏ．２の場合には、図１６（ｂ）からわかるように（５５０．０−４３２．０）／５０．０×３．０＝７．１（ｋＷ・秒）である。
【００８６】
Ｅ１’は、コイル尾端が移動始点から、該移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達するまでの単位時間当たりのエネルギ平均値である。従ってＮｏ．２の場合には、２５．８／８．６＝３．０（ｋＷ・秒／秒）である。
Ｅ２’は、コイル尾端が移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌである位置に達した後、移動終点に達するまでの単位時間当たりのエネルギ平均値である。従ってＮｏ．２の場合には、７．１／４．０＝１．８（ｋＷ・秒／秒）である。
【００８７】
エネルギ比率は上記したように、Ｅ２’／Ｅ１’で定義される値である。Ｎｏ．２では０．６である。
【００８８】
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８について同様に計算をおこなうことにより表１を得た。その結果、表１からわかるように本発明例であるＮｏ．２〜Ｎｏ．８ではいずれもＥ２’／Ｅ１’＜１．０を満たしている。一方、比較例であるＮｏ．１ではＥ２’／Ｅ１’＝１．０である。
【００８９】
次に溶接後の結果について説明する。評価結果を表２に示した。
ここで表２における板幅中央温度は、被溶接材の幅方向中央部が予熱により達した温度である。また、終端部温度は、被溶接材の溶接終端が予熱により達した温度である。
また、アンダーフィル欠陥は、被溶接材の板厚に対して１０％以上の深さのアンダーフィルが生じた場合をアンダーフィル欠陥とし、その量を「多」、「少」、「無」の３つのレベルに分けて目視で判断した。同様に段状欠陥も被溶接材の板厚に対して１０％以上の段差を生じた場合を段状欠陥とし、その量を「多」、「少」、「無」の３つのレベルに分けて目視で判断した。
ブローホール欠陥も、その有無を目視で判断し、その量を「多」、「少」、「無」の３つのレベルに分けて判断した。
【００９０】
【表２】
2010042430.tif 000004
【００９１】
表２からわかるように、比較例であるＮｏ．１は鋼板の終端部温度が３８０℃にも達し、終端部におけるアンダーフィル欠陥、および段状欠陥が大きく発生している。一方、本発明例であるＮｏ．２〜Ｎｏ．８ではいずれも鋼板終端部温度は低く抑えられ、アンダーフィル欠陥、および段状欠陥の発生を抑制することが可能である。参考例であるＮｏ．９、Ｎｏ．１０はアンダーフィル欠陥、および段状欠陥ともに少ないが、これらは加熱（予熱）がされていない又はその加熱量が低い場合であり、本発明のように相当程度の加熱が前提のものとは異なる。
【００９２】
また、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５では、アンダーフィル欠陥および段状欠陥は防止することができたが、若干のブローホール欠陥が発生した。これは終端部温度があまり上昇しなかったことによるものと考えられ、かかる観点から鋼板の中央温度に対して終端部温度があまり下がらない程度に予熱制御をすることが好ましい。Ｎｏ．４、Ｎｏ．５から、鋼板中央の温度に対して終端温度が半分（１００℃）となるのはＸ／Ｌが約０．６となるときである。これを考慮すると、予熱制御開始点Ｓは移動始点からの距離がＬ＋Ｗ−０．６Ｌとなる位置よりも終端側であることが好ましい。また、かかる観点からＥ１’とＥ２’とを対比する境界の適切な位置としてＬ＋Ｗ−０．６Ｌに設定した。
【００９３】
また、Ｎｏ．８では、少なくはあるがアンダーフィル欠陥および段状欠陥が発生した。これは鋼板の終端温度が他に比べて高くなったことによるものと推察する。そこでＮｏ．８のエネルギ比率をみると０．８４である。一方、これら欠陥を生じなかったＮｏ．７のエネルギ比率は０．６７である。従って、エネルギ比率は０．７０以下であることが好ましい。
【００９４】
（実施例２）
実施例２では、実施例１とは異なるパターンで予熱を制御した。表３に条件等、図１８に予熱処理用誘導加熱ヘッド出力のパターン等を示した。予熱パターン以外の条件は実施例１と同じである。
【００９５】
Ｎｏ．１１は、図１８（ａ）からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝４６５ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力（３．０ｋＷ）とし、その後予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を単調に減少させて移動終点では０ｋＷとするものである。
Ｎｏ．１２は、図１８（ｂ）からわかるように、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝４６５ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは一定の予熱処理用誘導加熱ヘッド出力（３．０ｋＷ）とし、その後移動始点からの距離が４８６ｍｍ〜５２７ｍｍの間と５６８ｍｍ〜６０９ｍｍの間の２回、予熱処理用誘導加熱ヘッド出力３．０ｋＷをパルス的に出力するものである。
Ｎｏ．１３は、移動始点から移動終点まで予熱処理用誘導加熱ヘッド出力を３．０ｋＷで一定とするものの、予熱制御開始点Ｓを移動始点からの距離Ｓ＝４６５ｍｍとし、移動始点から予熱制御開始点Ｓまでは予熱処理用誘導加熱ヘッドの移動速度を５０ｍｍ／秒とし、その後その後当該移動速度を１００ｍｍ／秒とする。
【００９６】
表３に示した項目の算出方法は上記表１で示した方法と同様である。ただし、Ｎｏ．１３において、Ｅ２’を算出する際にＥ２を除する時間のうち、予熱制御開始点Ｓから移動終点までの時間は、速度を変更しない際にかかる時間を用いた。
【００９７】
【表３】
2010042430.tif 000005
【００９８】
表３からわかるように、Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１３のいずれの場合もエネルギ比率Ｅ２’／Ｅ１’は１．０より小さくすることができた。表４に評価結果を示す。
【００９９】
【表４】
2010042430.tif 000006
【０１００】
表４からわかるようにＮｏ．１１〜Ｎｏ．１３のいずれの場合にもアンダーフィル欠陥、段状欠陥、およびブローホール欠陥が防止されている。
【０１０１】
以上、現時点において最も実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う、鋼板のレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および溶接鋼板の製造方法も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の１つの実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【図２】レーザ溶接装置の溶接キャリッジの断面を示した断面図である。
【図３】被溶接材を切断するギロチンシャーの説明図である。
【図４】予熱処理用誘導加熱ヘッドの加熱作用について説明する図である。
【図５】予熱処理用誘導加熱ヘッドの移動について説明する図である。
【図６】予熱処理用誘導加熱ヘッドの出力パターンの例を説明する図である。
【図７】予熱処理用誘導加熱ヘッドの出力パターンの他の例を説明する図である。
【図８】予熱処理用誘導加熱ヘッドの出力パターンの他の例を説明する図である。
【図９】予熱処理用誘導加熱ヘッドの出力パターンの他の例を説明する図である。
【図１０】ギロチンシャーにより切断された被溶接材を突き合わせた状態を示す板厚方向からみた断面を示す説明図である。
【図１１】ギロチンシャーで切断した後の被溶接材を突き合わせた状態を示す平面図である。
【図１２】整形ロールで押圧された被溶接材の断面図である。
【図１３】アンダーフィル欠陥の発生を説明するための図である。
【図１４】段状欠陥の発生を説明するための図である。
【図１５】実施例の条件を説明するための図である。加工ロールで押圧された被溶接材の断面図である。
【図１６】実施例における予熱処理用加熱ヘッドの出力パターンを説明する図である。
【図１７】実施例における予熱処理用加熱ヘッドの出力パターンを説明する図である。
【図１８】実施例における予熱処理用加熱ヘッドの出力パターンを説明する図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  レーザ溶接装置
２  クランプ（保持手段）
３  溶接キャリッジ
４  レーザ発振器
５  ギロチンシャー
６  整形ロール（整形手段）
７  予熱処理用誘導加熱ヘッド（第１の加熱手段）
７ｂ  コイル
８  バックロール
９  加工ヘッド（レーザ溶接手段）
１０  後熱処理用誘導加熱ヘッド（第２の加熱手段）
１１  加圧ロール（加圧手段）
１００ａ、１００ｂ  被溶接材
【図１】
2010042430.tif 000007
【図２】
2010042430.tif 000008
【図３】
2010042430.tif 000009
【図４】
2010042430.tif 000010
【図５】
2010042430.tif 000011
【図６】
2010042430.tif 000012
【図７】
2010042430.tif 000013
【図８】
2010042430.tif 000014
【図９】
2010042430.tif 000015
【図１０】
2010042430.tif 000016
【図１１】
2010042430.tif 000017
【図１２】
2010042430.tif 000018
【図１３】
2010042430.tif 000019
【図１４】
2010042430.tif 000020
【図１５】
2010042430.tif 000021
【図１６】
2010042430.tif 000022
【図１７】
2010042430.tif 000023
【図１８】
2010042430.tif 000024