(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼帯の連続処理ラインにおいて定回転型の電極輪回転モーターを用いた溶接機により先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを重ね合わせ溶接により接合する方法において、最小の電極輪使用可能径で使用する際の加圧時の電極輪周速が溶接速度よりも大きくなるように、前記電極輪回転モーターの回転数を溶接前に設定することを特徴とする連続処理ラインにおける鋼帯の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯の連続処理ラインにおいて先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを重ね合わせ溶接により接合する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯の連続処理ラインにおいて先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを接合する方法としては、先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを重ね合わせ、板幅方向に走行する上下一対の電極輪で加圧しながら溶接を行う重ね合わせ（シーム）溶接方法が一般に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法で先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしの重ね合わせ溶接を行うと、溶接部表面に疵が付いたり、溶接部に貫通孔が生じたりするなどの問題を生じ、最悪のケースでは炉内で鋼帯が破断する場合もある。
【０００４】
しかし、このような溶接欠陥の発生については長らくその原因が判らず、適切な対策を講じることができなかった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを接合するための重ね合わせ溶接において、良好な溶接部を得ることができる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上述の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下のような事実を見出した。
【０００７】
すなわち、鋼帯の連続処理ラインにおいて先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを接合するための重ね合わせ溶接では、重ね合わせ溶接機の電極輪回転エアーモーターは通常定回転型であり、上下の電極輪が無負荷時（空転時）には回転数Roは一定であるが、溶接時には鋼帯への加圧により回転数は低下してR1となる。また、電極輪を繰返し使用すると電極輪径が次第に減少し、電極輪周速が溶接機の移動速度すなわち溶接速度よりも小さくなる。このように径が小さくなった電極輪を使用すると、電極輪周速が溶接速度に追随できなくなってスリップし、この結果、溶接温度のハンチングが発生して上述した異常溶接の原因となることが判った。ここで、溶接温度のハンチングとは、溶接温度が不規則に上下変動する現象を指す。
【０００８】
本発明者等はこのような知見に基づきさらに検討を進めた結果、電極輪が使用可能な最小径になる時点まで、電極輪周速が溶接速度より常に大きくなるように電極輪回転数及び電極輪径を設定することにより、電極輪と鋼帯のスリップを防ぎ溶接温度のハンチングを防止することができることが判った。
【０００９】
本発明はこのような知見に基づきなされたものであり、その特徴は、鋼帯の連続処理ラインにおいて定回転型の電極輪回転モーターを用いた溶接機により先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを重ね合わせ溶接により接合する方法において、最小の電極輪使用可能径で使用する際の加圧時の電極輪周速が溶接速度よりも大きくなるように、前記電極輪回転モーターの回転数を溶接前に設定することを特徴とする連続処理ラインにおける鋼帯の接合方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明による鋼帯の接合方法の一実施形態を示すもので、図１は鋼帯の連続処理ラインにおいて先行鋼帯と後行鋼帯との端部どうしを接合するための重ね合わせ溶接機、およびこの重ね合わせ溶接機による溶接状況を示す説明図であり、図１は、先行鋼帯５と後行鋼帯６の端部どうしの重ね合わせ部７、つまり溶接部７の断面を見たもので、これら先行鋼帯５および後行鋼帯６は紙面に垂直な方向に移動する。図２は電極輪の周速と溶接部の温度（重ね合わせ部の溶接温度平均値からの偏差）との関係の一例を示すグラフである。
【００１１】
図１の重ね合わせ溶接機は、先行鋼帯５と後行鋼帯６の端部どうしの重ね合わせ部７を挟む上下１対の電極輪（溶接ロール）１ａ、１ｂ、上電極輪１ａの電極駆動モーター（図示せず）、前記電極輪１ａ、１ｂに隣接して位置する上下１対のスウェージングロール２ａ、２ｂ（プラニッシュロール）、前記上電極輪１ａおよび上部スウェージングロール２ａをそれぞれ保持して昇降させるためのエアーシリンダー３、４、該エアーシリンダー３、４を保持し、鋼帯幅方向に移動可能な支持フレーム８から構成される。
【００１２】
前記上下電極輪１ａ、１ｂは、先行鋼帯５と後行鋼帯６の端部どうしの重ね合わせ部７を上下から挟んで加圧し、通電しながら鋼帯面上を転動することにより、前記先行鋼帯５と後行鋼帯６の端部どうしの重ね合わせ部７を溶接する。
【００１３】
前記上下スウェージングロール２ａ、２ｂは前記電極輪１ａ、１ｂに追従し、溶接部７を上下から挟んで押圧しながら転動することにより、当該溶接部７を平滑化する。本実施形態のスウェージングロール２ａ、２ｂは溶接機の移動速度に追従して回転するだけであるが、スウェージングロール２ａ、２ｂは駆動モーターによって駆動される形式でもよい。
【００１４】
前記支持フレーム８は、リードスクリュウ方式または油圧シリンダー方式によって鋼帯５および６の幅方向に走行自在に構成される。
【００１５】
図２は電極輪の周速と接合部の温度との関係の一例を示すグラフである。図２には初期電極輪径が２００φの場合と、１６５φの場合について、初期電極輪の周速Ｖ1をそれぞれ３ケース（Ｖ1a〜Ｖ1c、Ｖ1d〜Ｖ1f）設定して、溶接テストを行って、そのときの溶接部の溶接温度平均値からの偏差である温度偏差を調査した結果が示されている。
【００１６】
加圧時の電極輪回転数をR1(rpm)、電極輪直径をD1(mm)としたとき、設定電極輪周速Ｖ1 (mpm)は
Ｖ1 ＝πR1D1／1000
で表される。また電極輪の回転数は、上下電極に加圧を加えて回転させた場合（R1）において、無負荷で回転させた場合（Ro）に比べ加圧による抵抗によりα倍回転数が低下する。（R1=α×Ro)
また、溶接時の電極輪回転数をR2(rpm)、電極輪直径をD2(mm)としたとき、電極輪周速Ｖ2 (mpm)は
Ｖ2 ＝πR2D2／1000
で表される。
【００１７】
初期電極輪周速Ｖ1 が溶接機の移動速度（＝溶接速度）Ｖwよりも大きい、すなわち電極輪周速Ｖ1 ＞溶接速度Vwの場合、溶接時においては電極輪の回転数R2が低下し、電極輪周速Ｖ2が溶接速度Ｖwと同期する（Ｖ2 ＝Vwとなる）まで電極輪周速Ｖ2 が減少する。つまり図２の矢印ｂのように電極輪周速Ｖ2 は溶接速度Vwに一致するまで減少するが、このときの温度偏差は小さい。
【００１８】
これに対して、初期電極輪周速Ｖ1 が溶接機の移動速度（＝溶接速度）Ｖwよりも小さい、すなわち電極輪周速Ｖ1 ＜溶接速度Vwの場合、溶接時においては電極輪の回転数R2が上昇し、電極輪周速Ｖ2が溶接速度Vwと同期する（Ｖ2 ＝Vwとなる）まで電極輪周速Ｖ2 が増加する。つまり図２の矢印ａのように電極輪周速Ｖ2 は溶接速度Vwに一致するまで増加しようとするが、電極輪にスリップが生じてしまう。このようなスリップが生じると先に述べたような溶接温度のハンチングが発生しやすい。したがって、このときに温度偏差が大きい。
【００１９】
一方、電極輪は表面荒れによる溶接温度の変動を防ぐため一定の割合で表面の研磨が行われる。このため電極輪径は徐々に減少し、使用可能最小径（Dmin）となった時点で交換される。このような電極輪径の減少に伴い、当然のことながら、同じ回転数であっても電極輪周速は減少することとなる。一例として図３のモーター回転数を溶接前に３０ｒｐｍに設定した場合のように、電極輪径が縮小すればする程電極輪周速は低下し、この例では電極輪径が約１８５ｍｍとなったときに、電極輪周速Ｖ2 ＜溶接速度Vw となり溶接温度はハンチングを生じやすくなる。
【００２０】
そこで、本発明法では、図３のモーター回転数を溶接前に３５ｒｐｍに設定した場合のように、電極輪径が使用可能最小径（Dmin）となった時点においても、モーターの回転数を考慮し、電極輪周速V1dmin が溶接速度Vw（本例では１５ｍｐｍ）より大きくなるように設定しておく。つまり、電極輪周速と溶接速度とが下式（１）を満たすように電極輪回転数及び最小の電極輪使用可能径（Dmin）を溶接前に設定する。
Ｖｗ＜Ｖ1dmin（＝π×R1×Dmin＝π×α×Ro×Dmin）  …（１）
ここで、Ｖw：溶接機の移動速度（＝溶接速度）、V1dmin：電極輪使用可能最小径時の周速、α：加圧による電極輪回転数の低下率、Ro：無負荷回転時の電極輪回転数、R1：加圧時の電極輪回転数(=α×Ro)、Dmin：電極輪の使用可能最小径
【００２１】
【実施例】
本発明を連続焼鈍設備の入側溶接機に適用した例について述べる。本実施例の連続焼鈍設備の入側溶接機は、図１に示すような構造を有している。
【００２２】
初期電極輪径は２００ｍｍφであり、１６５ｍｍφにまで径が減少したときに使用を中止して新品と交換するようにしている。また、溶接の度に荒れた電極輪をオンラインで磨くドレッサーが付帯している。上電極輪はエアーシリンダーで下方向に加圧され、上スウェージングロールも同様にエアーシリンダーで下方向に加圧されている。
【００２３】
図４および図５に、それぞれ比較例および本発明例の鋼帯板幅方向溶接温度チャートを示す。使用した鋼帯は先行鋼帯、後行鋼帯ともに板幅９５０ｍｍ、板厚０．４ｍｍであって、溶接温度偏差は板幅方向の溶接温度変動の標準偏差であり、溶接温度ハンチング量の指標とする。ここで溶接温度とは、先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしの重ね合わせ溶接線上で、溶接点より数センチメートル（通常約２ｃｍ）後方に離れた箇所において計測した温度である。
【００２４】
図４は比較例の鋼帯板幅方向溶接温度チャートを示しており、溶接速度１５ｍｐｍ、初期電極輪径φ２００とした場合、電極輪の無負荷での回転数を２５ｒｐｍとしたために初期電極輪周速が溶接速度より小さく設定されて、溶接温度のハンチング（図中矢印で示す）が発生して溶接温度偏差は３２℃であった。これに対して本発明例では、溶接速度１５ｍｐｍ、電極輪使用可能最小径φ１６５とした場合、電極輪の無負荷での回転数を３５ｒｐｍとすることにより電極輪周速が溶接速度より常に大きくなるように設定でき、図５に見られるように溶接温度偏差は１６℃となって、図４のような溶接温度のハンチングを防止することができた。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、鋼帯の連続処理ラインにおいて先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを接合するための重ね合わせ溶接時に、溶接温度のハンチングを発生させずに、安定的に鋼帯の重ね合わせ溶接をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による鋼帯の接合方法の一実施形態を示すもので、鋼帯の連続処理ラインにおいて先行鋼帯と後行鋼帯の端部どうしを接合するための重ね合わせ溶接機、およびこの重ね合わせ溶接機による溶接状況を示す説明図
【図２】本発明による鋼帯の接合方法の一実施形態を示すもので、電極輪の周速と溶接部の温度（重ね合わせ部の溶接温度平均値からの偏差）との関係の一例を示すグラフ
【図３】本発明による電極輪径と電極輪周速との関係の一例を示すグラフ
【図４】比較例の鋼帯板幅方向溶接温度チャート
【図５】本発明例の鋼帯板幅方向溶接温度チャート
【符号の説明】
１ａ  上電極輪
１ｂ  下電極輪
２ａ  上部スウェージングロール
２ｂ  下部スウェージングロール
３    エアーシリンダー
４    エアーシリンダー
５    先行鋼帯
６    後行鋼帯
７    重ね合わせ部
８    支持フレーム
【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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