(57)【要約】【課題】テーラード溶接部及び鋼管長手方向溶接部の溶接品質健全性を担保し、特にハイドロフォーム加工用素管として優れた鋼管を製造するテーラード鋼管の製造方法及び製造設備を提供すること。【解決手段】二種以上の肉厚と鋼種の一方又は双方からなる鋼管を接合したテーラード鋼管を製造する設備列であって、鋼板あるいは鋼帯を所定の大きさに切り出す第１の切断装置、前記切断装置にて切断した鋼板を接合するテーラードブランク装置、前記接合した鋼板を所定のサイズに切断する第２の切断装置、前記所定のサイズに切断された鋼板を板巻き成形する成形装置、前記成形した鋼板の突合せ部をレーザー溶接する溶接装置とを備えたことを特徴とするテーラード鋼管の製造設備列。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二種以上の肉厚と鋼種の一方または双方からなる鋼管を接合したテーラード鋼管を製造する方法であって、まず鋼板あるいは鋼帯を所定の大きさに切り出し、前記切り出した鋼板を接合し、前記接合した鋼板を所定のサイズに切断し、前記所定のサイズに切断された鋼板を板巻き成形し、前記成形した鋼板の突合せ部をレーザー溶接にて溶接することを特徴とするテーラード鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記接合した鋼板を所定のサイズに切断する際の鋼板の幅：Ｗを下記の式（１）に従って決定することを特徴とする請求項１記載のテーラード鋼管の製造方法。
Ｗ＝（Ｄ―ｔ）×π                            ・  ・  ・（１）
ただし、Ｗ：鋼板の幅
Ｄ：鋼管外径
ｔ：鋼板の代表厚み＝（ｔ１＋ｔ２＋・・ｔｎ）／ｎ
ｔ１、ｔ２・・ｔｎ：鋼板厚み
【請求項３】
二種以上の肉厚と鋼種の一方または双方からなる鋼管を接合したテーラード鋼管を製造する設備列であって、鋼板あるいは鋼帯を所定の大きさに切り出す第１の切断装置、前記切断装置にて切断した鋼板を接合するテーラードブランク装置、前記接合した鋼板を所定のサイズに切断する第２の切断装置、前記所定のサイズに切断された鋼板を板巻き成形する成形装置、前記成形した鋼板の突合せ部をレーザー溶接する溶接装置とを備えたことを特徴とするテーラード鋼管の製造設備列。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加工性に優れたテーラード鋼管、特にハイドロフォーム加工性に優れた鋼管の製造方法及び製造設備列とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の車体を構成する構造部材は、鋼板を所定の形状にプレス成形し、それらを組み合わせたり、重ね合わせて溶接して必要な強度を備えた部材としていた。ところが、近年では、車体の構造部材を鋼板製から鋼管製に変更することが行われるようになってきて、特に、鋼管を液圧で膨らませて所定の形状とするハイドロフォーム（液圧成形）によって成形した構造部材が用いられるようになってきている。
【０００３】
このような車体の構造部材は、部分的に板厚や強度が異なることが要求されるので、構造部材の製造のための鋼管には、二種または複数の板厚及び／又は異鋼種の鋼板からなる鋼管（テーラード鋼管）が求められる。
【０００４】
一般に、二種または複数の板厚と鋼種の一方または双方の鋼板からなるテーラード鋼管を製造する方法としては、図１に示すように、先に板厚の異なるそれぞれの鋼板を管状に成形し、溶接１して鋼管２、２’を製造した後、それぞれの鋼管２、２’を軸方向に溶接３してテーラード鋼管４とする製造方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図２に示すように、板厚の異なるそれぞれの鋼板５、５’を所定の板幅にせん断後、テーラード鋼板に突合せ溶接６により接合し、その状態で管状に成形し、鋼板端部を溶接７することによりテーラード鋼管４を製造する方法がある。
【０００６】
しかし、前者の方法では、それぞれの鋼板から製造された鋼管同士を溶接接合するため、円周方向の溶接が必要となり、円周方向の溶接が可能な例えばフラッシュバット溶接などが必須となる。その場合、溶接欠陥無しに、かつ真直に接合することは非常に困難であり溶接部の欠陥が発生し易い。
【０００７】
また、後者の方法では、それぞれの鋼板を所定の板幅にせん断し、溶接し、更にそれを丸めて成形した後、それぞれの鋼板のエッジ部を溶接するが、テーラードに溶接時点で歪みが発生して変形し、そのまま突合せて、溶接しようとしてもそのエッジ部は１直線とはならない。従って突合せ部を真っ直ぐに溶接接合することは一般的に難しく、溶接部、特に図３で示すような十字継手部８で健全な溶接が困難となるといった問題があった。
【０００８】
このように従来は、いずれの方法によるテーラード鋼管の製造方法でもテーラード鋼板溶接部ないしは長手方向溶接部の信頼性が低く、ハイドロフォーム用部材としては採用できない、あるいは著しく加工度を小さくせざるを得ないという問題があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１６００５８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は前述した従来技術の問題点を解決し、テーラード鋼板の溶接部及び鋼管長手方向溶接部の溶接品質健全性を担保し、特にハイドロフォーム加工用素管として優れたテーラード鋼管を製造するテーラード鋼管の製造方法及び製造設備列を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決する手段】
本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
【００１２】
（１）  二種以上の肉厚と鋼種の一方または双方からなる鋼管を接合したテーラード鋼管を製造する方法であって、まず鋼板あるいは鋼帯を所定の大きさに切り出し、前記切り出した鋼板を接合し、前記接合した鋼板を所定のサイズに切断し、前記所定のサイズに切断された鋼板を板巻き成形し、前記成形した鋼板の突合せ部をレーザー溶接にて溶接することを特徴とするテーラード鋼管の製造方法。
【００１３】
（２）  前記接合した鋼板を所定のサイズに切断する際の鋼板の幅：Ｗを下記の式（１）に従って決定することを特徴とする上記（１）項記載のテーラード鋼管の製造方法。
Ｗ＝（Ｄ―ｔ）×π                            ・  ・  ・（１）
ただし、Ｗ：鋼板の幅
Ｄ：鋼管外径
ｔ：鋼板の代表厚み＝（ｔ１＋ｔ２＋・・ｔｎ）／ｎ
ｔ１、ｔ２・・ｔｎ：鋼板厚み
【００１４】
（３）  二種以上の肉厚と鋼種の一方または双方からなる鋼管を接合したテーラード鋼管を製造する設備列であって、鋼板あるいは鋼帯を所定の大きさに切り出す第１の切断装置、前記切断装置にて切断した鋼板を接合するテーラードブランク装置、前記接合した鋼板を所定のサイズに切断する第２の切断装置、前記所定のサイズに切断された鋼板を板巻き成形する成形装置、前記成形した鋼板の突合せ部をレーザー溶接する溶接装置とを備えたことを特徴とするテーラード鋼管の製造設備列。
【００１５】
即ち、本発明は加工性に優れたテーラード鋼管、特にハイドロフォーム加工性に優れた部材の製造方法と製造設備列に関するものであり、本製造方法及び本製造設備列であればテーラード溶接部及び鋼管長手方向溶接部の溶接品質健全性を担保し、特にハイドロフォーム加工用素管として優れた鋼管を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図６により、本発明のテーラード鋼管の製造方法及びその製造設備列について詳細に説明する。
【００１７】
図６は、本発明に係わる製造工程を示す。先ず、所望の板厚あるいは材質の二種以上のコイルあるいは切り板から所定の長さ、幅の二種以上の鋼板を第１の切断装置２にて目標サイズよりも大きい所定の大きさに切り出す。
【００１８】
次に切り出したそれぞれの鋼板をテーラードブランク装置３にてテーラードブランク溶接を行いテーラード鋼管の素材となるテーラードブランク材を製造する。テーラードブランク装置は、異材質（異鋼種）や異肉厚の鋼板（ブランク）を溶接し、１枚の鋼板（ブランク）に仕上げる装置であり、異材の鋼板装入装置、鋼板エッジ端面突合せ装置、溶接機及び仕上がり品の搬出装置を備えていることを特徴としている。
【００１９】
その後、当該テーラードブランク材を製造する鋼管外径寸法に合わせ第２の切断装置４にて最終的な素板サイズに切断する。
【００２０】
本発明では第１の切断装置と第２の切断装置を設けたのは、第１の切断装置によって鋼板或いは鋼帯を連続して所定の幅にせん断後、所定の長さに切断し、切断した鋼板を溶接後、第２の切断装置によって鋼管の外径に必要な幅に精密に切断するようにするためである。
【００２１】
第１の切断装置は、鋼板或いは鋼帯を幅方向に精密な寸法でせん断する機能は特に必要がない。第１の切断装置で鋼管に必要な幅で鋼板或いは鋼帯をせん断し、溶接部１５で溶接しテーラードブランク化すると、図７（ａ）の幅違い模式図に示すように、微小ながら幅（Ｗ１≠Ｗ２）が違って溶接されたり、図７（ｂ）のずれ模式図に示すように、溶接部１５がずれて溶接されるといったことが発生するため、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼管製造装置側でオープン管に成形した際に、特に材料が変わる箇所等でギャップ量が変化し、オープン管のギャップ１７が生じ溶接欠陥の原因となる。このため、本発明は第２の切断装置を設け、テーラードブランク化した後に所定のサイズに精密に切断するので上記溶接欠陥の発生を防止できる。
【００２２】
そして、それぞれの切断装置としては、例えば、コイル幅方向にせん断可能なスリッター、矯正レベラ及びコイル長さ方向切断可能なフライングシャーを備えた装置を第１の切断装置とし、切断長さ位置にセットするゲージ（バックゲージ）があるスケアシャーによって精密な幅に切断可能な装置を第２の切断装置とすることができる。
【００２３】
図４に示すようにその際、切断する鋼板の幅：Ｗは、鋼管外径：Ｄ、鋼板厚み：ｎ板の鋼板の各板厚ｔ１、ｔ２…ｔｎから平均して求めた代表厚み：ｔより下記式により求めたものを採用することが望ましい。
Ｗ＝（Ｄ―ｔ）×π                          ・  ・  ・（１）
【００２４】
即ち、ハイドロフォーム加工の場合、テーラード鋼管のように異なる肉厚の鋼管を接合したものでもその外形を等しくする必要がある。それは、ハイドロフォーム加工の金型形状にあわせて素管が拡管するので、異なる肉厚の接合部において、外側にギャップがあると局部的に大きな歪みが発生するため好ましくないからである。従って外径が同じになるように内側にギャップを持たせた状態でテーラード溶接を行なう。
【００２５】
その際、図５（ａ）の鋼板の断面図に示すように、鋼板の厚みｔ０が厚い場合、目標の外径（Ｄ０）×πとして板幅Ｗ０を求め、その通りに切断すると、図５（ｂ）の鋼管の断面図に示すように、成形時に丸めた際にその肉厚の半分は、目標の外径Ｄ０の外側にはみでる外径Ｄ１形になり、その分外形は大きくなる。それに対し肉厚の薄い場合は、肉厚の影響が小さいので、目標の外径×πで板幅を切断してもほぼ目標の外径となる。
【００２６】
従って、厚肉材を基準とした外径から求めた板幅に合わせると薄肉側の外径が過小となり、逆に薄肉材を基準とした外径から求めた板幅に合わせると厚肉がわの外径が過大となってしまう。それで本願ではその平均の肉厚を基準とした外径から求めた板幅を両者に採用することが望ましいとしている。
【００２７】
そして、テーラードブランク材の切断後、板巻き成形によりオープン管を製作し、次にレーザー溶接によりその端部を接合することにより溶接部品質の優れたテーラード鋼管ができ、ひいてはハイドロフォーム加工性の優れたテーラード鋼管が製造可能となる。
【００２８】
このように幅方向せん断を異板厚・異鋼種においても同一の幅でせん断することで、特に十字継手部前後の溶接品質を悪化させること無しにテーラード鋼管を製造することが出来る。
【００２９】
このとき、突き合せエッジはエッジガイドフィンとサイジングロールを使用することが望ましく、そのことによって精度良く位置合せを行い、管状に成形した鋼管を長手方向へ連続的に移動することで溶接可能である。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
板厚１．２ｍｍと１．６ｍｍの２種類の炭素鋼板コイルをそれぞれ第１の切断装置で切断し、テーラードブランク装置にてこれら鋼板を突合せてレーザー溶接により接合してテーラードブランク材を製造した。そして、テーラードブランク材を板幅２９０．８ｍｍとなるように第２の切断装置で切断した。この板幅は、テーラード鋼管の目標外径９４．０ｍｍとするに必要な板幅を下記の式（１）によって求めた値である。
Ｗ＝（Ｄ−ｔ）×π                          ・  ・  ・（１）
【００３２】
2004337887.tif 000003
【００３３】
次いで、第２の切断装置で切断した鋼板を成形装置により板巻き成形し、成形した鋼板の突合せ部をレーザー溶接装置で溶接してテーラード鋼管を製造した。
【００３４】
一方、図２に示す従来方法に従って、外径９４．０ｍｍのテーラード鋼管とするために板厚１．２ｍｍと１．６ｍｍの２種類の炭素鋼板をそれぞれ板幅２９５．２ｍｍに切断した鋼板をテーラード溶接し、その後板巻きし、レーザー溶接することによりテーラード鋼管を製造した。
【００３５】
製造した両者の鋼管の十字継手近傍における溶接健全性を比較するために、単純拡管試験を行って評価した。その結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2004337887.tif 000004
【００３７】
単純拡管試験によれば、本発明によるテーラード鋼管の十字継手前後の溶接健全性は、従来法に比較して著しく向上していた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は加工性に優れたテーラード鋼管、特にハイドロフォーム加工性に優れた部材の製造設備列と製造方法に関するものであり、テーラード溶接部及び鋼管長手方向溶接部の溶接品質健全性を担保し、特にハイドロフォーム加工用素管として供することが可能な鋼管及びその製法を提供することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のテーラード鋼管製造方法を示す図である。
【図２】従来の別のテーラード鋼管製造方法を示す図である。
【図３】テーラード鋼管を示す図である。
【図４】テーラードブランク材の板幅と板厚との関係を示す図である。
【図５】テーラード鋼管の外径と板幅との関係を示す図である。
【図６】本発明によるテーラード鋼管の製造設備列を示す図である。
【図７】所定の幅にせん断した鋼板を溶接したテーラードブランク材を示す図で、（ａ）は幅違いに溶接された模式図で、（ｂ）はずれた状態で溶接された模式図である。
【図８】図７に示すテーラードブランク材をオープン管に成形した際にギャップが生じることを示す図である。
【符号の説明】
１  溶接
２、２’  鋼管
３  溶接
４  テーラード鋼管
５、５’  鋼板
６  溶接
７  溶接
８  十字継手部
９  コイル
１０  第１の切断装置
１１  テーラードブランク装置
１２  第２の切断装置
１３  板巻き成形装置
１４  溶接装置
１５  テーラードブランク装置の溶接部
１６  ずれ
１７  オープン管のギャップ
【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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【図８】
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