(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間圧延処理に先だって、連続して該冷間圧延処理の対象となる２枚の鋼板の端部同士を溶接する鋼板の溶接方法であって、
前記鋼板のおもて面に噴射する、レーザー溶接のアシストガスの種類および／または流量と、前記鋼板の裏面に噴射する、レーザー溶接のアシストガスの種類および／または流量とを、互いに異なるように調整して、前記端部間に形成される溶接部を、前記鋼板のおもて面からの突出量と裏面からの突出量とが均等な形状、かつ前記鋼板のおもて面における圧延方向長さと裏面における圧延方向長さとが均等な形状に突出させるよう制御する形状制御ステップを含み、前記溶接部を突出させた状態で前記鋼板が冷間圧延されることを特徴とする鋼板の溶接方法。
【請求項２】
冷間圧延処理に先だって、連続して該冷間圧延処理の対象となる２枚の鋼板の端部同士を溶接する鋼板の溶接装置であって、
前記鋼板のおもて面に噴射する、レーザー溶接のアシストガスの種類および／または流量と、前記鋼板の裏面に噴射する、レーザー溶接のアシストガスの種類および／または流量とを、互いに異なるように調整して、前記端部間に形成される溶接部を、前記鋼板のおもて面からの突出量と裏面からの突出量とが均等な形状、かつ前記鋼板のおもて面における圧延方向長さと裏面における圧延方向長さとが均等な形状に突出させるよう制御する形状制御手段を備え、前記溶接部を突出させた状態で前記鋼板が冷間圧延されるよう配置されていることを特徴とする鋼板の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の連続冷間圧延ラインにおいて、冷間圧延を行う前に先行材と後行材とを溶接する鋼板の溶接方法および鋼板の溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鋼板を製造するプロセスラインは、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍が連続した連続ラインの形態が主流となっている。このような鋼板の連続ラインでは、処理対象の鋼板を間断なく供給するために、連続ラインの入側で先行材と後行材とを突合せ溶接により接合している。このような鋼板同士の溶接は、フラッシュバット溶接やレーザー溶接による場合が多い。特に電磁鋼板やステンレス鋼板などの難圧延材について、冷間圧延を行う連続ライン（連続冷間圧延ライン）では、多くの場合、レーザー溶接によって溶接される。
【０００３】
レーザー溶接では、非特許文献１に記載されているように、発振器で生成されたレーザー光が導光路を介して集光レンズで集光された後、鋼板間に供給された溶接金属に照射される。溶接金属は、照射されたレーザー光を熱源として加熱され溶融し、溶接部を形成する。その際、溶融した溶接金属の酸化を防止するため、ＡｒやＨｅ等の不活性ガスがアシストガスとして供給される。
【０００４】
しかしながら、連続冷間圧延ラインでは、鋼板がレーザー溶接後に急冷されて硬化するため、溶接部の靱性が十分に確保されない。特に、Ｓｉを多く含む電磁鋼板に対して連続冷間圧延ラインでレーザー溶接が行われた場合、溶接部は著しく脆化し、冷間圧延時に破断する場合がある。鋼中のＳｉ含有量が多いほど、その傾向は著しい。冷間圧延中に鋼板が破断すると、復旧に時間がかかり、連続冷間圧延ラインの稼働率が低下してしまう。また、圧延ロールがダメージを受けることにより圧延ロール原単位が悪化してしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１には、電磁鋼板を溶接する際に、フィラーを添加して溶接金属のＳｉを希釈することにより、靱性に優れた溶接継手（溶接部）を得る技術が記載されている。この技術により、電磁鋼板を溶接する際に、溶接部に粗大フェライトが生成され機械的性質が劣化することや、熱影響部で結晶粒が粗大化して熱影響部で破断することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３０５４６６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】アマダレーザー加工研究会編  「レーザー溶接加工」マシニスト出版  １９９６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、Ｓｉ含有量が１．０重量％以上の電磁鋼板では、レーザー溶接時にフィラーを添加して溶接部のＳｉを希釈しても、冷間圧延中の鋼板の破断を完全に防止することはできないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷間圧延中に溶接部で破断が発生しない鋼板の溶接方法および鋼板の溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼板の溶接方法は、冷間圧延処理に先だって、連続して該冷間圧延処理の対象となる２枚の鋼板の端部同士を溶接する鋼板の溶接方法であって、前記鋼板のおもて面に噴射する、レーザー溶接のアシストガスの種類および／または流量と、前記鋼板の裏面に噴射する、レーザー溶接のアシストガスの種類および／または流量とを、互いに異なるように調整して、前記端部間に形成される溶接部を、前記鋼板のおもて面からの突出量と裏面からの突出量とが均等な形状、かつ前記鋼板のおもて面における圧延方向長さと裏面における圧延方向長さとが均等な形状に突出させるよう制御する形状制御ステップを含み、前記溶接部を突出させた状態で前記鋼板が冷間圧延されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る鋼板の溶接装置は、冷間圧延処理に先だって、連続して該冷間圧延処理の対象となる２枚の鋼板の端部同士を溶接する鋼板の溶接装置であって、前記鋼板のおもて面に噴射する、レーザー溶接のアシストガスの種類および／または流量と、前記鋼板の裏面に噴射する、レーザー溶接のアシストガスの種類および／または流量とを、互いに異なるように調整して、前記端部間に形成される溶接部を、前記鋼板のおもて面からの突出量と裏面からの突出量とが均等な形状、かつ前記鋼板のおもて面における圧延方向長さと裏面における圧延方向長さとが均等な形状に突出させるよう制御する形状制御手段を備え、前記溶接部を突出させた状態で前記鋼板が冷間圧延されるよう配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷間圧延中に溶接部で破断が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、従来の溶接処理により形成される溶接部の圧延方向および圧下方向に平行な断面図である。
【図２】図２は、従来の溶接処理により形成される溶接部の冷間圧延後の圧延方向および圧下方向に平行な断面図である。
【図３】図３は、本発明の溶接処理により形成される溶接部の圧延方向および圧下方向に平行な断面図である。
【図４】図４は、本発明の溶接処理により形成される溶接部の圧延後の圧延方向および圧下方向に平行な断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る溶接装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、従来の溶接処理と本発明の溶接処理とにより形成された溶接部の破断発生率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である溶接装置および溶接処理を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１６】
［発明の原理］
まず、図１〜４を参照して、本発明の原理について説明する。従来、連続冷間圧延ライン上を前後して搬送される２枚の鋼鈑Ｓをレーザー溶接により溶接すると、鋼板Ｓ間に形成される溶接部Ｍは、鋼板Ｓのおもて面からの突出量と裏面からの突出量とが不均等な形状になる。この場合、図１に例示するように、溶接部Ｍの圧延方向Ａおよび圧下方向Ｂに平行な断面形状において、鋼板Ｓのおもて面からの突出量ｅ１と裏面からの突出量ｅ２（図１において、ｅ２≒０のため不図示）とが不均等になる。
【００１７】
この溶接部Ｍに対して冷間圧延処理を行うと、図２に例示するように、圧延された溶接部Ｍの圧延方向Ａおよび圧下方向Ｂに平行な断面形状は、鋼板Ｓの板厚の中心線Ｃを対称軸として非対称の形状になる。すなわち、図２に楕円で囲んで示す領域Ｒ１のように、同一の圧下方向Ｂ線上で、溶接部Ｍの溶接金属が鋼板Ｓのおもて面あるいは裏面のいずれか一方にのみに表出する領域が生じる。このような領域Ｒ１では、鋼板Ｓのおもて面と裏面とで延性が異なることにより、圧延時に鋼板Ｓの母材と溶接部Ｍの溶接金属との境界部分に歪が集中して破断の起点となってしまう。
【００１８】
一方、溶接部Ｍが、鋼板Ｓのおもて面からの突出量と裏面からの突出量とが均等な形状であれば、図３に例示するように、溶接部Ｍの圧延方向Ａおよび圧下方向Ｂに平行な断面形状は、鋼板Ｓのおもて面からの突出量ｅ１と裏面からの突出量ｅ２とが均等になる。この場合、図４に例示するように、圧延された溶接部Ｍの圧延方向Ａおよび圧下方向Ｂに平行な断面形状は、鋼板Ｓの板厚の中心線Ｃを対称軸としてほぼ線対称の形状になる。すなわち、図４に丸で囲んで示す領域Ｒ２のように、溶接部Ｍの溶接金属は、同一の圧下方向Ｂ線上で鋼板Ｓのおもて面および裏面の両面に表出する。このような領域Ｒ２では、鋼板Ｓの両面の延性が同じであるため、鋼板Ｓに歪が生じることがなく破断が発生しない。
【００１９】
本発明は、溶接部Ｍの形状を、鋼板Ｓのおもて面からの突出量と裏面からの突出量とが均等な形状に制御するものである。ここで、鋼板Ｓのおもて面からの突出量と裏面からの突出量とが均等とは、溶接部Ｍの圧延方向Ａおよび圧下方向Ｂに平行な断面において、母材に対する溶接金属の板厚方向のおもて面からの突出量ｅ１と裏面からの突出量ｅ２との差が２０％以内の範囲であることを意味する。また、鋼板Ｓのおもて面および裏面からの突出量とは、溶接される２枚の鋼板Ｓの板厚が異なる場合には、先行材のおもて面および裏面からの突出量を意味する。
【００２０】
また、図１では、溶接部Ｍの圧延方向Ａおよび圧下方向Ｂに平行な断面において、鋼板Ｓのおもて面における溶接部Ｍの圧延方向長さｆ１と裏面における溶接部Ｍの圧延方向長さｆ２とが不均等となっている。これらの溶接部Ｍの圧延方向長さの不均等は、溶接部Ｍの突出量の不均等に比べて圧延された溶接部Ｍの断面形状に与える影響は少ないが、圧延前の溶接部Ｍの圧延方向長さをより均等とすることによって、圧延された溶接部Ｍの断面形状を、鋼板Ｓの板厚の中心線Ｃを対称軸としてより線対称に近い形状とすることができる。よって、本発明では、さらに溶接部Ｍの形状を、鋼板Ｓのおもて面における溶接部Ｍの圧延方向長さｆ１と裏面における溶接部Ｍの圧延方向長さｆ２とが均等である形状に制御することが好ましい。ここで、鋼板Ｓのおもて面における溶接部Ｍの圧延方向長さｆ１と裏面における溶接部Ｍの圧延方向長さｆ２とが均等であるとは、溶接部Ｍの圧延方向Ａおよび圧下方向Ｂに平行な断面において、母材に対する溶接金属のおもて面における圧延方向長さｆ１と裏面における圧延方向長さｆ２との差の絶対値が圧延方向長さｆ１又は圧延方向長さｆ２のいずれか長い方に対して２０％以下の範囲内にあることを意味する。
【００２１】
［溶接装置の構成］
次に、図５を参照して、本実施の形態の溶接装置について説明する。図５に示すように、溶接装置１は、発振器２、導光路３、集光部４、ワイヤー供給装置５および制御部６を備えて構成される。制御部６は、処理プログラムを実行するＣＰＵ等の演算処理装置を用いて実現され、溶接装置１の各構成部を制御する。
【００２２】
この制御部６の制御により、発振器２で生成されたレーザー光Ｌは、導光路３を介して集光部４の集光レンズで集光され、溶接部Ｍに照射される。この溶接部Ｍは、接合する２枚の鋼板Ｓの端部間に、ワイヤー供給装置５から供給された溶接金属で構成される。溶接部Ｍの溶接金属が、照射されたレーザー光Ｌにより加熱され溶融することにより、２枚の鋼板Ｓの端部同士が接合される。
【００２３】
この溶接装置１において、溶融した金属の酸化や溶接過程でのプラズマの発生を防止するために、ＡｒやＨｅ等の不活性ガスからなるアシストガスが供給される。アシストガスは、レーザー光Ｌによる溶接特性を左右する重要なパラメータの一つである。本実施の形態の溶接装置１では、アシストガスとして、センターガスＧ１と、サイドガスＧ２と、バックガスＧ３とが、制御部６の制御により噴射される。センターガスＧ１は、レーザー光Ｌと同軸に鋼板Ｓのおもて面に噴射される。サイドガスＧ２は、鋼板Ｓのおもて面にサイドから噴射される。バックガスＧ３は、鋼板Ｓの裏面に噴射される。
【００２４】
［溶接処理］
本実施の形態の溶接処理では、制御部６が、アシストガスの種類および流量を制御することにより、溶接部Ｍの形状を制御する形状制御処理を行う。具体的に、制御部６は、鋼板Ｓのおもて面に噴射するアシストガスの種類および流量と、裏面に噴射するアシストガスの種類および流量とを互いに異なるものに調整する。本実施例では、制御部６は、センターガスＧ１およびサイドガスＧ２により、鋼板Ｓのおもて面に所定の流量の不活性ガスを噴射させる。また、制御部６は、バックガスＧ３により、鋼板Ｓの裏面に、おもて面とは異なった所定の流量で不活性ガスを噴射させる、もしくはおもて面とは異なる種類の不活性ガスを噴射させる。これにより、溶接部Ｍの形状は、図３に例示するように、鋼板Ｓのおもて面からの突出量ｅ１と裏面からの突出量ｅ２とが均等な形状となり、あるいはさらに鋼板Ｓのおもて面における圧延方向長さｆ１と裏面における圧延方向長さｆ２とが均等な形状となる。
【００２５】
なお、鋼板Ｓのおもて面に噴射するアシストガスと裏面に噴射するアシストガスとは、種類あるいは流量のいずれか一方が異なればよい。
【００２６】
また、これらのアシストガスに加え、溶融した溶接金属と空気との接触を遮断するシールドガスを使って、溶接部Ｍの形状を制御してもよい。
【００２７】
以上、説明したように、本実施の形態の溶接装置および溶接処理によれば、制御部６が鋼板Ｓのおもて面に噴射するアシストガスの種類および／または流量と、鋼板Ｓの裏面に噴射するアシストガスの種類および／または流量とを、互いに異なるように調整することにより、溶接部Ｍの形状を、鋼板Ｓのおもて面からの突出量ｅ１と裏面からの突出量ｅ２とが均等な形状に制御する。これにより、圧延後の溶接部Ｍにおいて、同一の圧下方向Ｂ線上で、溶接金属が鋼板Ｓのおもて面および裏面の両面に表出し、両面の延性が同じになる。そのため、鋼板Ｓに局所的な歪が生じて異常変形が起こることが抑制されて破断の発生が防止され、生産性が高く安定した冷間圧延を行うことが可能となる。
【００２８】
［実施例］
板厚が０．４０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲の電磁鋼板を対象に、連続冷間圧延ラインに従来の溶接処理と本発明の溶接処理とを適用した。
【００２９】
本発明の溶接処理として、鋼板Ｓのおもて面に一定量のＡｒガスを噴射し、鋼板Ｓの裏面に、おもて面より少ない流量に種々調整したＡｒガスを噴射し、溶接部Ｍの形状を制御した。これにより、溶接部Ｍの形状は、鋼板Ｓのおもて面からの突出量ｅ１と裏面からの突出量ｅ２とが均等な形状になった（本発明１）。この処理を連続冷間圧延ラインでの１か月間の操業に適用した。また、裏面に噴射するガス量をより厳密に調整したところ、図３に例示したように、溶接部Ｍの形状は、鋼板Ｓのおもて面からの突出量ｅ１と裏面からの突出量ｅ２とが均等な形状、かつ鋼板Ｓのおもて面における圧延方向長さｆ１と裏面における圧延方向長さｆ２とが均等な形状となった（本発明２）。
【００３０】
また、従来の溶接処理として、鋼板Ｓのおもて面／裏面ともに同じ流量でＡｒガスを噴射した。この場合、溶接部Ｍの形状は、図１に例示したように、鋼板Ｓのおもて面からの突出量ｅ１と裏面からの突出量ｅ２とが不均等な形状になった。
【００３１】
図６は、従来の溶接処理と本発明の溶接処理とによる溶接部Ｍの破断発生率を示す図である。図６に示すように、全溶接回数に対する溶接部Ｍの破断発生率が、従来の溶接処理では１．４２％であったのに対し、本発明１の溶接処理では０．６５％、本発明２の溶接処理では０．４０％であった。これにより、本発明の溶接処理では、溶接部Ｍの破断発生率が低下することが確認された。
【００３２】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１  溶接装置
２  発振器
３  導光路
４  集光部
５  ワイヤー供給装置
６  制御部
Ｇ１  センターガス
Ｇ２  サイドガス
Ｇ３  バックガス
Ｌ  レーザー光
Ｍ  溶接部
Ｓ  鋼鈑
【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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