(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスライン内で複数の搬送ロールにより繰り返し曲げを受ける先行金属帯と後行金属帯とをラップシーム溶接により接続する金属帯の接続方法であって、前記両金属帯の組合せを下記式で表されるパラメーターαが0. 6以上2.5 以下となるようにすることを特徴とするラップシーム溶接による金属帯の接続方法。
α＝（σta・Ｈa ・Ｗa ）／（σYPb ・Ｈb ・Ｗb ）
σta＝σYPa ・｛（２・ｒ・σYPa ）／（Ｈa ・Ｅa ）−１｝
σYP；金属帯の降伏点、Ｈ；金属帯の板厚、Ｗ；金属帯の板幅、ｒ；複数の搬送ロールのうち最小径ロールのロール半径、Ｅ；金属帯のヤング率、添字ａ；板厚Ｈと板幅Ｗと降伏点σYPとの積が大きい方の、先行金属帯と後行金属帯の内の一方の金属帯、添字ｂ；板厚Ｈと板幅Ｗと降伏点σYPとの積の小さい方の、先行金属帯と後行金属帯の内の他方の金属帯
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスライン内で金属板を処理するためのラップシーム溶接による金属帯の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属帯の連続焼鈍ラインや連続溶融金属メッキライン等のプロセスラインにおいては、金属帯同士を接続する溶接方法として、ラップシーム溶接が広く用いられている。
たとえば、連続焼鈍ラインでは、図５に示すように、連続焼鈍炉３０より上流側に配置されたラップシーム溶接装置２０で先行金属帯１と後行金属帯２とをラップシーム溶接により接続し、両金属帯１、２に焼鈍を施している。
【０００３】
ラップシーム溶接装置２０の１例を図６に示す。図６において、１ａは先行金属帯の尾端部、２ａは後行金属帯の先端部、３は溶接部、４ａ、４ｂは上下の円板電極、５は溶接電源、６は変圧器、Ｈ１  、Ｈ２  はそれぞれ先行金属帯、後行金属帯の厚みである。
ラップシーム溶接では、先行金属帯１の尾端部１ａと、後行金属帯２の先端部２ｂとを重ね合わせ、上下から加圧して、溶接電源５から変圧器６を介して先行金属帯１と後行金属帯２の上下に配置された円板電極４ａ、４ｂに電流を流しながら、円板電極４ａ、４ｂを先行金属帯１および後行金属帯２の幅方向に移動させ、順次溶接部３を形成させることによって、先行金属帯１と後行金属帯２とを接続している。
【０００４】
そして、先行金属帯１と後行金属帯２とは、連続焼鈍ライン内で、図５に示すように、連続焼鈍炉３０内やルーパ３０ａ  内の搬送ロール７０により繰り返し曲げを受けている。
ところで、金属帯を接続するラップシーム溶接では、両金属帯の板厚や、両金属帯の材質等により溶接電流や電極加圧、溶接速度等が決められている。
【０００５】
たとえば、特開昭６３−２０３２８５号公報には、図７に示すように、曲線Ａと曲線Ｂに囲まれる範囲Ｃを制御器に記憶しておき、溶接時の鋼帯重ね厚みと、溶接直後の溶接部温度とを前記制御器へ導入し溶接良否を判定するプロセスラインの鋼帯接続溶接部の溶接判定方法が開示されている。
しかしながら、ラップシーム溶接により金属帯を接続し、連続焼鈍ライン内に通板した場合、溶接電流や電極加圧等を適正としても、金属帯の接続条件によっては、接続部から破断することがあった。
【０００６】
このため、連続プロセスライン内で破断した金属帯を除去する等の危険な作業を行ったり、復旧するまで長時間を要し、生産性を著しく低下させたり、また連続焼鈍炉を再度高温にするためエネルギー消費が増大するという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、従来技術の上記問題点を解消することにあり、プロセスライン内で搬送ロールにより繰り返し曲げを受けても接続部から破断することのないラップシーム溶接による金属帯の接続方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、連続焼鈍ライン内を通板している金属帯を詳細に観察したところ、先行金属帯１と後行金属帯２との接続部近傍で折れ曲がりが生じた破断寸前の金属帯を発見し、この原因がプロセスライン内の搬送ロールで繰り返し曲げを受けたことによることを知見して本発明を完成させた。
【０００９】
本発明は、プロセスライン内で複数の搬送ロールにより繰り返し曲げを受ける先行金属帯と後行金属帯とをラップシーム溶接により接続する金属帯の接続方法であって、前記両金属帯の組合せを下記式（１）で表されるパラメーターαが0. 6以上2.5 以下となるようにすることを特徴とするラップシーム溶接による金属帯の接続方法である。
【００１０】
α＝（σｔａ・Ｈａ  ・Ｗａ  ）／（σＹＰｂ  ・Ｈｂ  ・Ｗｂ  ）  ・・・・（１）
σｔａ＝σＹＰａ  ・｛（２・ｒ・σＹＰａ  ）／（Ｈａ  ・Ｅａ  ）−１｝
なお、σＹＰ；金属帯の降伏点、Ｈ；金属帯の板厚、Ｗ；金属帯の板幅、ｒ；複数の搬送ロールのうち最小径のロールのロール半径、Ｅ；金属帯のヤング率、添字ａ；板厚Ｈと板幅Ｗと降伏点σＹＰとの積が大きい方の、先行金属帯と後行金属帯の内の一方の金属帯、添字ｂ；板厚Ｈと板幅Ｗと降伏点σＹＰとの積の小さい方の、先行金属帯と後行金属帯の内の他方の金属帯であり、前記各金属帯の降伏点、板厚、板幅、ヤング率は接続時の各金属帯の値である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
連続焼鈍ライン内における接続部の破断の原因が、図５に示したルーパー３０ａ  、連続焼鈍炉３０内の搬送ロール７０で先行金属帯１と後行金属帯２との接続部近傍が繰り返し曲げを受け、接続部近傍で局部的な厚みの減少を伴う折れ曲がりが生じることにあることを知見したので、以下のようにして接続部の繰り返し曲げ試験を行った。
【００１２】
図１（ａ）、図１（ｂ）は、それぞれ接続部の繰り返し曲げ試験片の初期配置を示す平面図および図１のＸ−Ｘ断面図である。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、繰り返し曲げ方法を説明する断面図である。図３は、接続部に生じた折れ曲がり部を示す断面図である。また、図４は、繰り返し曲げ試験におけるパラメーターαと折れ曲がり部発生の有無との関係を示すグラフである。
【００１３】
ここで、ａは一側の金属帯、ａｅは一側の金属帯の端部、ｂは他側の金属帯、ｂｅは他側の金属帯の端部、Ｗａ  は一側の金属帯の幅、Ｗｂ  は他側の金属帯の幅、Ｈａ  は一側の金属帯の厚み、Ｈｂ  は他側の金属帯の厚み、３は溶接部、４は溶接線、７はロール、ｒ０  はロール半径、８は折れ曲がり部である。
また、ａは、先行金属帯１と後行金属帯２との両金属帯について、それぞれ板厚Ｈ（ｍｍ）と板幅Ｗ（ｍｍ）と降伏点σＹＰ（Ｐａ）  との積を求め、該積の大きい方の金属帯であり、ｂは、該積の小さい方の金属帯である。
【００１４】
接続部の繰り返し曲げ試験片は、先行金属帯１および後行金属帯２について、それぞれの板厚、板幅、降伏点を種々変化させ、図６に示したラップシーム溶接装置で従来と同様に両金属帯をオーバーラップさせ、円板電極を移動させて行った後、接続部を切り出したものである。接続部の幅両端部近傍は、略円弧状に切断除去してある。
【００１５】
接続部の繰り返し曲げ試験片を、まず、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、一側の金属帯ａをロール７の周面上のＰ点と溶接部３との間に位置させて、半径ｒ０  のロール７上に配置した。第１回目の曲げは、金属帯ａ、ｂをロール７の周面に沿わせて、図２（ａ）に示すように曲げた。第２回目の曲げは、図２（ｂ）に示すように、金属帯ｂがロール７の周面上のＰ点と溶接部３との間になるように金属帯ａ、ｂを配置し、金属帯ａ、ｂをロール面に沿わせて、図２（ｃ）に示すように曲げた。次いで、図２（ｄ）に示すように、金属帯ａ、ｂを配置した。以後、曲げを、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示ように、所定回数繰り返した。
【００１６】
そして、各繰り返し曲げ試験片について、所定回数以内で、図３に示すように、接続部近傍で折れ曲がりが生じるか、否かを調査した。
なお、金属帯として薄鋼板を用い、ロール半径を７５０ｍｍ  、繰り返し曲げの所定回数を普通のプロセスラインにおける最大曲げ回数とし、常温下で行った。
また、所定回数の繰り返し曲げで折れ曲り部の発生しないものは、曲げ回数をさらに増やしても折れ曲りが発生せず、一方、所定回数以内で折れ曲り部の発生したものは、折れ曲りが生じてから数回曲げただけで破断した。そのため、所定回数以内で折れ曲り部が発生したものはその時点で試験を止めた。
【００１７】
この繰り返し曲げ試験の結果に基づき、金属帯ａと金属帯ｂの板厚、板幅、降伏点およびロール半径と折れ曲がり部の発生の有無との関係を種々検討し、式（２）で表されるパラメーターαによって、接続部における折れ曲がりの発生の有無が整理できることが明らかとなった。
すなわち、図４に示すとおり、両金属帯の組合せをパラメーターαが0. 6以上2.5 以下となるようにして接続することによって、折れ曲がりの発生を防止できることが判明したのである。
【００１８】
α＝（σｔａ・Ｈａ  ・Ｗａ  ）／（σＹＰｂ  ・Ｈｂ  ・Ｗｂ  ）  ・・（２）
式（２）において、一側の金属帯ａは、先行金属帯１および後行金属帯２のそれぞれについて、金属帯の板厚と板幅と降伏点との積を求め、板厚と板幅と降伏点との積が大きい方の金属帯とし、他側金属帯ｂは前記積の小さい方の金属帯としている。また、σＹＰａ  、σＹＰｂ  は金属帯ａ、ｂの降伏点、Ｗａ  、Ｗｂ  は金属帯ａ、ｂの幅、Ｈａ  、Ｈｂ  は金属帯ａ、ｂの厚みである。また、σｔａは金属帯ａを半径ｒ０  のロールに沿って曲げるのに必要な式（３）で表される張力、Ｅａ  は金属帯ａのヤング率（Ｐａ）である。
【００１９】
σｔａ＝σＹＰａ  ・｛（２・ｒ０  ・σＹＰａ  ）／（Ｈａ  ・Ｅａ  ）−１｝・・（３）
以上説明した本発明に用いるパラメータαは、横軸にＨａ  ／Ｈｂ  を取って示しているが、横軸にＨａ  ・Ｈｂ  、Ｗａ  ／Ｗｂ  やσＹＰａ  ／σＹＰｂ  等を取って示すこともできる。
以上説明した接続部の繰り返し曲げ試験では、金属帯として薄鋼板を用い、ロール半径を７５０ｍｍ  、繰り返し曲げの所定回数を普通のプロセスラインにおける最大曲げ回数とし、常温下で行っているが、パラメータαが半理論に基づいているため、繰り返し曲げ試験条件に限定されず、例えばプロセスライン通板中に温度が上昇して降伏点等の金属帯の特性値が変化する場合でも本願の接続方法は有効であり、各種金属の連続焼鈍ライン、連続溶融金属メッキライン、連続電気メッキライン等のラップシーム溶接による金属帯の接続に適用できる。
【００２０】
その際、式（３）におけるｒ０  は複数の搬送ロールのうち最小径のロールのロール半径とする。
【００２１】
【実施例】
本発明を図５に示す連続焼鈍ラインに適用した。連続焼鈍ライン内では、ペイオフリール１０で薄鋼帯を巻き戻し、シャーで２０ａ  先行金属帯１の尾端部および後行金属帯２の先端部を切断し、ノッチャー２０ｂ  で接続部の幅方向両端部を切断除去し、ラップシーム溶接機２０で先行金属帯１の尾端部と後行金属帯２の先端部を接続した後、ルーパー３０ａ  を有する連続焼鈍炉３０内で薄鋼帯を焼鈍した。
【００２２】
薄鋼帯はルーパー30a 内の複数の搬送ロール７や連続焼鈍炉30内の複数の搬送ロール７で繰り返し曲げを受けて搬送されているが、ロール半径を連続焼鈍炉30内の複数の搬送ロール７およびルーパー30a 内の複数の搬送ロール７のうち最小径のロールのロール半径とし、両金属帯の組合せを式（１）で表されるパラメーターαが0. 6以上2.5 以下となるように、両金属帯１、２を接続してからは、１度も破断することなく薄鋼板を連続焼鈍することができている。
【００２３】
なお、連続焼鈍ラインに本発明を適用してからすでに１年以上経過している。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、プロセスライン内の搬送ロールで繰り返し曲げを受けても、ラップシーム溶接で接続した接続部から破断することがなくプロセスライン内を通板できる。
このため生産性が向上し、省エネルギーに寄与するところが大きく、また破断した金属帯を除去する等の復旧作業が皆無となり安全も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）、図１（ｂ）は、それぞれ繰り返し曲げ試験片の配置を示す平面図および図１（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は、それぞれ繰り返し曲げ過程を示す断面図である。
【図３】図３は、繰り返し曲げ試験における折れ曲がり部を示す断面図である。
【図４】図４は、繰り返し曲げ試験におけるパラメーターαと折れ曲がり部発生の有無との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明を適用した連続焼鈍ラインの配置図である。
【図６】図６は、ラップシーム溶接機の一例の構成図である。
【図７】図７は、ラップシーム溶接条件の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  先行金属帯
２  後行金属帯
１ａ    先行金属帯の尾端部
２ａ    後行金属帯の先端部
Ｈ１      先行金属帯の厚み
Ｈ２      後行金属帯の厚み
３  溶接部
４  溶接線
５  溶接電源
６  変圧器
７  搬送ロール（ロール）
８  折れ曲がり部
ａ  一側の金属帯
ａｅ  一側の金属帯の端部
ｂ  他側の金属帯
ｂｅ  他側の金属帯の端部
Ｈａ      一側の金属帯の厚み
Ｈｂ      他側の金属帯の厚み
Ｗａ      一側の金属帯の幅
Ｗｂ      他側の金属帯の幅
ｒ  搬送ロール半径（プロセスライン内の複数の搬送ロールのうち、最小径のロールのロール半径）
１０    ペイオフリール
２０    ラップシーム溶接機
２０ａ      シャー
２０ｂ      ノッチャー
３０    連続焼鈍炉
３０ａ      ルーパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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