溶接形鋼の製造方法及び製造装置
【課題】めっき鋼帯を素材として高周波抵抗溶接によって溶接形鋼を製造する際に、めっきに起因する溶接部外観の低下などがない溶接形鋼を効率的に製造する。
【解決手段】めっき処理された鋼帯を素材とし、フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯がＴ字継ぎ手にて高周波抵抗溶接された溶接形鋼を製造する際、フランジ用鋼帯のウエブと接合される領域、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯の給電チップが接触する領域及び給電チップ接触部から接合部に到る領域の一部或いは全部の範囲のめっき層の一部或いは下地の鋼材を含むめっき層全部を溶接前にバイトを用いて切削除去した後、前記フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯をＴ字状に当接し、その後に高周波溶接する。
【解決手段】めっき処理された鋼帯を素材とし、フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯がＴ字継ぎ手にて高周波抵抗溶接された溶接形鋼を製造する際、フランジ用鋼帯のウエブと接合される領域、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯の給電チップが接触する領域及び給電チップ接触部から接合部に到る領域の一部或いは全部の範囲のめっき層の一部或いは下地の鋼材を含むめっき層全部を溶接前にバイトを用いて切削除去した後、前記フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯をＴ字状に当接し、その後に高周波溶接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はめっき鋼帯を用いて高周波抵抗溶接によって溶接形鋼を製造する際に、めっきに起因する溶接部外観などの不良を軽減する方法及びそのための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばフランジとウエブがＴ字継ぎ手で接合された溶接形鋼の代表的断面形状であるＨ形鋼を溶接法で製造する際には、図１に示すように、供給されたウエブ１とフランジ２との間に高周波電源４及び給電チップ５を用いて高周波電流を流して被溶接部を加熱した後、圧接ロール６の押圧力を利用して溶着させている。
ウエブ１及びフランジ２にめっき鋼帯を用いる場合、給電チップはめっき層表面を摺動しながら鋼帯に電流を供給することとなる。電流は給電チップから鋼帯表面付近を流れて溶接点まで到達する。このとき、給電チップは温度上昇により溶融した低融点のめっき金属と合金化し、摺動により機械的に合金化した部分が給電チップより脱落することによりアーキングが発生し給電チップとの接触部の品質を損なう上、給電チップも損耗する。
この給電チップに起因する問題点に関しては、特許文献１において、給電チップの材質と大きさを規定することで改善されている。
【０００３】
一方給電チップから溶接点までの通電経路もジュール熱により過熱される。特に溶接点付近では高周波電流が表面付近に集中して流れる表皮効果と、ウエブとフランジに流れる電流の相互作用である近接効果により溶着可能な温度まで過熱される。このように溶融温度近傍まで加熱されたウエブ端部とフランジ表面を圧接ロール６の押圧力を利用して溶着する。このとき被溶接部を部分的に加熱溶融させ圧着して接合しているので、溶融物の一部が押出されて固化し、「ビード」と称される突起物となって接合部に残る。
ビード形状については、特許文献２〜５等にビード形状の修正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０７６３７３号公報
【特許文献２】特開昭５８‐１０３９７６号公報
【特許文献３】特開昭６０‐１１４４０８号公報
【特許文献４】特開２００３‐２７５８９６号公報
【特許文献５】特開２００３‐２８５１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
めっきのない鋼帯をフランジ及びウエブに使用した際のビードは長手方向に比較的均一な形状を呈しており、美観や補修塗料の付きまわりに関して、何ら問題はない。
しかしながら、フランジ及びウエブにめっき鋼帯を用いた場合、溶接ビード形状が長手方向に変動し、凹凸の目立つビード形状となりやすい。特にめっき層がＡｌやＭｇを含んだ低融点のＺｎ系合金のめっき鋼板の場合に顕著である。また、このような問題はめっき付着量の増大に伴って顕著になる。
このような凹凸のあるビードは外観が劣り取扱の際に邪魔になる上、補修塗料の付きまわりが悪く一部に塗料が乗らない部分が発生するため、ビード部の耐食性が劣るという問題もある。
さらには、給電チップとの接触部、給電チップから溶接点に到るまでの領域及び接合部分において鋼帯の表層付近を流れる電流によって発生するジュール熱の一部が鋼材に比べて融点が低いめっき層を溶融させるために消費されるため溶接に費やされる電力が目減りするため、めっきのない鋼帯を溶接する場合に比べて溶接速度が低下し、生産性を損なうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、めっき鋼帯を素材として高周波抵抗溶接によって溶接形鋼を製造する際に、めっきに起因する溶接部外観の低下などがない溶接形鋼を効率的に製造する方法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】
【０００７】
本発明の溶接形鋼の製造方法は、その目的を達成するため、めっき処理された鋼帯を素材とし、フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯がＴ字継ぎ手にて溶接された溶接形鋼の製造方法であって、フランジ用鋼帯のウエブと接合される領域、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯の給電チップが接触する領域及び給電チップ接触部から接合部に到る領域の一部或いは全部の範囲のめっき層の一部或いは下地の鋼材を含むめっき層全部を溶接前に除去した後に、前記フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯をＴ字状に当接し、その後に高周波溶接することを特徴とする。
めっき層を除去する手段としては、バイトを用いた切削法を採用することが好ましい。
素材鋼帯としては、少なくともＡｌ：４.０〜１０.０質量％、Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含む溶融Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ溶融合金めっき層で被覆されたものが好ましい。
【０００８】
本発明の溶接形鋼の製造装置は、それぞれアンコイラーより巻き出された、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯を走行させながら連続的にＴ字継ぎ手にて高周波溶接することにより溶接形鋼を製造する装置において、アンコイラーより下流に配置されたルーパーより下流かつ高周波溶接用の圧接ロールよりも上流側の範囲内に、フランジ用鋼帯及びウエブ用鋼帯に対して、当該フランジ用鋼帯及び当該ウエブ用鋼帯がその表面に垂直な方向へ移動・振動することを防止するための押さえロール或いは押えパッドと、当該押さえロール或いは押えパッドにより拘束された前記フランジ用鋼帯のウエブとの接合面のめっき層を除去するための切削バイト及び前記押さえロール或いは押えパッドにより拘束された前記ウエブ用鋼帯のめっき層を除去するための切削バイトが設けられていることを特徴とする、溶接形鋼の製造装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、めっき鋼帯を高周波抵抗溶接して製造した形鋼であっても、溶接ビード形状が良好な製品を得ることができる。また、耐食性向上を目的にめっきの付着量を増大させたり、或いはめっき層がＡｌやＭｇを添加した溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金であっても、ビード形状の悪化を招くことがないことから、従来よりも耐食性に優れた溶接形鋼を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の溶接形鋼の製造方法及び製造装置の一部を示す説明図
【図２】本発明による溶接形鋼の製造方法及び製造装置の一部を示す説明図
【図３】本発明の別の実施形態を示す説明図
【図４】本発明によるめっき除去前後のフランジ及びウエブのめっき層の状況を示す説明図
【符号の説明】
【００１１】
１：ウエブ ２：上下フランジ
１ａ，２ａ：めっき除去部 ３：ウエブ端面プリアプセットロール
４：高周波発振機 ５：給電チップ
６：圧接ロール ７：ウエブガイドロール
８ａ，８ｂ，８ｃ：めっき除去用切削バイト
９ａ，９ｂ，９ｃ：押さえパッド
１０ａ，１０ｂ，：切削クズ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：押さえロール
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、めっき鋼帯を素材として高周波抵抗溶接によって溶接形鋼を製造する際に、めっき層が厚くなると、或いはＡｌやＭｇを含んだ低融点のＺｎ系合金がめっきされた鋼帯を用いたときに、ビード形状が不安定となって、溶接部の外観が低下しやすい原因と対策について鋭意検討を重ねてきた。
まず、めっき鋼板において高周波抵抗溶接のビード形状が不安定となる原因として、通電経路となる鋼板表面において鋼材よりも融点の低いめっき層が溶融し安定した電流が供給されなくなること、及び溶接点近傍の溶融した金属の粘度・表面張力等の物性がめっき金属の混入の影響を受けることなどが推定される。
【００１３】
そこで、めっき鋼板において高周波抵抗溶接のビード形状を改善するためには、給電チップから溶接点までの通電経路の一部或いは全てのめっき層を除去することが効果的であるとの結論に至った。
すなわち、めっき処理された鋼帯を素材とし、フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯がＴ字継ぎ手にて溶接された溶接形鋼を高周波溶接により製造する際に、フランジ用鋼帯のウエブと接合される領域、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯の給電チップが接触する領域及び給電チップ接触部から接合部に到る領域の一部或いは全部の範囲のめっき層の一部或いは下地の鋼材を含むめっき層全部を溶接前に除去した後に高周波溶接することで、めっき層に起因する前記問題点を軽減できることを見出した。
以下にその詳細を説明する。
【００１４】
本発明を実施するための形態について、図２を用いて詳細に説明する。
図２は本発明の溶接Ｈ形鋼の製造装置に組み込まれたフランジのめっき除去装置の概略図である。フランジがウエブと接合する部分及びフランジ側給電チップから接合部までの領域のめっきを除去するための切削用バイト８ａと、フランジ用鋼帯がその表面に垂直な方向に変位するのを防止するための押えパッド９ａ，９ｂ、及びウエブ用鋼帯の給電チップから鋼帯端部までの領域のめっきを除去するための切削用バイト８ｂ，８ｃとウエブ用鋼帯がその表面に垂直な方向に変位するのを防止するための押さえパッド９ｃよりなるめっき除去装置を、装置前段のアンコイラーより下流に配置されたルーパー（図２左側方向、図示せず）と溶接のための圧接ロール６との間の任意の位置に設けている。その他この間には溶接に備えてウエブ用鋼帯のエッジ形状を調整するためのウエブエッジプリアプセットロール３等が配置されるが、ウエブ用鋼帯のめっき除去装置はウエブエッジプリアプセットロールよりも上流に設置する方が好ましい。フランジ用鋼帯のめっき除去装置の配置には特に制約はない。
なお、上記態様ではめっき層を除去するためにバイトを用いて切削除去しているが、除去手段としては、バイトによる切削に限らず、例えば砥石による研削除去、ＴＩＧアークやその他の高エネルギー密度熱源による蒸発除去等、他の手段を採用してもよい。
【００１５】
このような構成の溶接Ｈ形鋼の製造装置において、装置後段に配置されたプルアウトロール（図２右側方向、図示せず）により形鋼が一定速度で駆動され溶接装置によりフランジとウエブが連続的に溶接される。
めっき除去装置においては押えパッド９ａ，９ｂで上下方向への変位が規制された状態でウエブ用鋼帯及び押えパッド９ｃにてライン水平方向への変位が規制されたウエブ用鋼帯がパッドと摺動しながら一定速度で送られる。押えパッド９ａ，９ｂにより鋼帯表面の位置が規制されており、切削バイト８ａをフランジ用鋼帯２の表面に押し付けてさらに食い込ませることによりめっき層或いはめっき層とその下地の鋼材の一部が切削クズ１０となって除去される。切削クズ１０はその形態（連続クズ、或いは細かく分断した切り粉状）に応じた手段で装置外に排除される。
ウエブ用鋼帯１についても押えパッド９ｃ及び切削バイト９ｃ，８ｃによって同様にめっき層の一部或いは全部が除去される。
【００１６】
めっきを除去する範囲を最小限に止めるため、給電チップはその幅方向位置をできる限りＴ字継ぎ手の接合部に近づけて配置するとともに、その幅方向寸法もできる限り小さくするのが好ましい。すなわちフランジ用給電チップについてはできる限りフランジ中央寄りに、ウエブ用給電チップについてはできる限りエッジ寄りに配置するのが好ましく、給電チップの形状についても幅方向寸法を抑制し、長手方向寸法を増大させて接触面積を確保するのが好ましい。
めっき層の厚み方向の除去量については、ビード形状を改善する効果を最大限発揮させるためには可能な限りめっき層全部を除去することが好ましくめっき層を確実に除去するために鋼素地の一部も含んで切削することが好ましいが、切削バイトの負荷や切削クズの処理のための負荷を軽減させるためにある程度のビード形状改善効果が得られる範囲で一部のめっき層を残留させても良い。
めっきが除去された部分についてはめっき層が消失した溶接ビードと同様に耐食性の低下を招くおそれがあるため、亜鉛やアルミなどの金属粉／片を含んだ防錆塗料を塗布するか、アルミ或いは亜鉛等の金属を溶射することが好ましい。
【００１７】
なお、本発明の溶接形鋼を製造するに当たっては、素材めっき鋼帯としては、多用されているＺｎ系のめっき鋼帯でもよいが、より耐食性に優れ、疵が付き難い硬質なＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の合金めっき鋼帯を用いることが好ましい。さらには、少なくともＡｌ：４.０〜１０.０質量％、Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含む溶融Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ合金めっきが施された鋼帯を用いることが好ましい。
Ｍｇは、めっき層の最表層にＭｇを含むＺｎ系腐食生成物を形成させ、めっき層中のＡｌとともに水分を含む環境下においてめっき層の腐食速度を減少させる効果がある。また、めっき層中にＺｎ−Ｍｇ系の金属間化合物を形成させてめっき層を硬質化させるという効果もある。Ａｌは、めっき層中のＺｎ，ＭｇがＭｇを含むＺｎ系腐食生成物を形成するのに対し、めっき層中のＡｌは固着性の極めて強いＺｎ−Ａｌ系腐食生成物を形成し、耐食性の向上に寄与する。
含有させたＡｌ，Ｍｇの前記効果を効率的に発揮させるためには、Ａｌ：４.０〜１０.０質量％、Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含有した合金めっきが施された鋼帯を用いることが好ましい。
【００１８】
他に、微量のＴｉやＢを、或いは希土類元素，Ｙ，Ｚｒ，Ｓｉのような易酸化性元素を含むものであってもよい。ＴｉやＢを含ませたものとすることにより、表面外観を害するＺｎ11Ｍｇ2相の生成を抑制して表面外観に優れた溶接形鋼を提供することができる。また、前記した易酸化性元素を含ませたものとすることにより、めっき鋼板に生じやすい「めっき層の表面光沢劣化」なる現象が抑制された溶接形鋼を提供することができる。
これらの効果を効率的に発揮させるためには、Ｔｉは０．００１〜０．１質量％、Ｂは０．０００５〜０．０４５質量％、易酸化性元素は０．００５〜２．０質量％の範囲で含まれたものとすることが好ましい。
【実施例】
【００１９】
実施例１；
めっき付着量１３０ｇ／ｍ２（片面換算）の溶融亜鉛めっき鋼板よりなるウエブ材（板厚３.２ｍｍ、幅１４７ｍｍ）１条及びフランジ材（板厚４.５ｍｍ、幅１００ｍｍ）２条をアンコイラーより引き出してスパイラルルーパーを経た後、上下に所定の間隔を保ってそれぞれ水平に配置されたフランジ材の中間に垂直に立てたウエブ材をフランジ材との間に隙間を設けて配置し２０ｍ／分の速度で通板した。
水平に配置された２枚のフランジ材のそれぞれを上下より樹脂製のパッドで挟み込み、ウエブ材側のパッドのフランジ材幅方向中央に設けた切り欠きより刃幅２０ｍｍの突っ切りバイトをフランジ材の表面に押し当てて給電チップと接触する範囲からウエブと接合される部分までの範囲のめっき層を切除した。また、ウエブ用鋼帯を水平方向両側より樹脂製のパッドで挟み込み、表裏で上下対角方向に配置された切削バイトでそれぞれエッジから１５ｍｍの範囲のめっき層を除去した。それぞれめっき層の厚み約２０μｍに対してバイトの切り込み量を約２５μｍとした。
【００２０】
引き続いてプリアプセットロールによりウエブ材を幅方向に圧下してウエブ材の端面形状を成形した後、高周波抵抗溶接機２台により２枚のフランジとウエブ材を接合した後所定の長さに切断し、引き続いて溶接ビード及び給電チップとの接触部分に亜鉛を含有した補修塗装を施し溶接Ｈ形鋼を得た。
得られた溶接形鋼の溶接ビードは良好な外観を呈しており、アーキング痕、スパッタの付着も認められなかった。また、めっきを除去しない場合に比べて同様の溶接条件で約30%溶接速度が向上した。
【００２１】
実施例２；
めっき付着量２３０ｇ／ｍ２（片面換算）の溶融Ｚｎ‐６％Ａｌ‐３％Ｍｇ合金めっき鋼板よりなるウエブ材（板厚３.２ｍｍ、幅１４７ｍｍ）１条及びフランジ材（板厚４.５ｍｍ、幅１００ｍｍ）２条をアンコイラーより引き出してスパイラルルーパーを経た後、上下に所定の間隔を保ってそれぞれ水平に配置されたフランジ材の中間に垂直に立てたウエブ材をフランジ材との間に隙間を設けて配置し１７ｍ／分の速度で通板した。
水平に配置された２枚のフランジ材のそれぞれを上下より樹脂製のパッドで挟み込み、ウエブ材側のパッドのフランジ材幅方向中央に設けた切り欠きより刃幅２０ｍｍの突っ切りバイトをフランジ材の表面に押し当てて給電チップと接触する範囲からウエブと接合される部分までの範囲のめっき層を切除した。また、ウエブ用鋼帯を水平方向両側より樹脂製のパッドで挟み込み、表裏で上下対角方向に配置された切削バイトでそれぞれエッジから１５ｍｍの範囲のめっき層を除去した。それぞれめっき層の厚み約３８μｍに対してバイトの切り込み量を約２５μｍとした。
【００２２】
引き続いてプリアプセットロールによりウエブ材を幅方向に圧下してウエブ材の端面形状を成形した後、高周波抵抗溶接機２台により２枚のフランジとウエブ材を接合した後所定の長さに切断し、引き続いて溶接ビード及び給電チップとの接触部分に亜鉛を含有した補修塗装を施し溶接Ｈ形鋼を得た。
得られた溶接形鋼の溶接ビードは良好な外観を呈しており、アーキング痕、スパッタの付着も微量であった。また、めっきを除去しない場合に比べて同様の溶接条件で約１５％溶接速度が向上した。
【技術分野】
【０００１】
本発明はめっき鋼帯を用いて高周波抵抗溶接によって溶接形鋼を製造する際に、めっきに起因する溶接部外観などの不良を軽減する方法及びそのための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばフランジとウエブがＴ字継ぎ手で接合された溶接形鋼の代表的断面形状であるＨ形鋼を溶接法で製造する際には、図１に示すように、供給されたウエブ１とフランジ２との間に高周波電源４及び給電チップ５を用いて高周波電流を流して被溶接部を加熱した後、圧接ロール６の押圧力を利用して溶着させている。
ウエブ１及びフランジ２にめっき鋼帯を用いる場合、給電チップはめっき層表面を摺動しながら鋼帯に電流を供給することとなる。電流は給電チップから鋼帯表面付近を流れて溶接点まで到達する。このとき、給電チップは温度上昇により溶融した低融点のめっき金属と合金化し、摺動により機械的に合金化した部分が給電チップより脱落することによりアーキングが発生し給電チップとの接触部の品質を損なう上、給電チップも損耗する。
この給電チップに起因する問題点に関しては、特許文献１において、給電チップの材質と大きさを規定することで改善されている。
【０００３】
一方給電チップから溶接点までの通電経路もジュール熱により過熱される。特に溶接点付近では高周波電流が表面付近に集中して流れる表皮効果と、ウエブとフランジに流れる電流の相互作用である近接効果により溶着可能な温度まで過熱される。このように溶融温度近傍まで加熱されたウエブ端部とフランジ表面を圧接ロール６の押圧力を利用して溶着する。このとき被溶接部を部分的に加熱溶融させ圧着して接合しているので、溶融物の一部が押出されて固化し、「ビード」と称される突起物となって接合部に残る。
ビード形状については、特許文献２〜５等にビード形状の修正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０７６３７３号公報
【特許文献２】特開昭５８‐１０３９７６号公報
【特許文献３】特開昭６０‐１１４４０８号公報
【特許文献４】特開２００３‐２７５８９６号公報
【特許文献５】特開２００３‐２８５１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
めっきのない鋼帯をフランジ及びウエブに使用した際のビードは長手方向に比較的均一な形状を呈しており、美観や補修塗料の付きまわりに関して、何ら問題はない。
しかしながら、フランジ及びウエブにめっき鋼帯を用いた場合、溶接ビード形状が長手方向に変動し、凹凸の目立つビード形状となりやすい。特にめっき層がＡｌやＭｇを含んだ低融点のＺｎ系合金のめっき鋼板の場合に顕著である。また、このような問題はめっき付着量の増大に伴って顕著になる。
このような凹凸のあるビードは外観が劣り取扱の際に邪魔になる上、補修塗料の付きまわりが悪く一部に塗料が乗らない部分が発生するため、ビード部の耐食性が劣るという問題もある。
さらには、給電チップとの接触部、給電チップから溶接点に到るまでの領域及び接合部分において鋼帯の表層付近を流れる電流によって発生するジュール熱の一部が鋼材に比べて融点が低いめっき層を溶融させるために消費されるため溶接に費やされる電力が目減りするため、めっきのない鋼帯を溶接する場合に比べて溶接速度が低下し、生産性を損なうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、めっき鋼帯を素材として高周波抵抗溶接によって溶接形鋼を製造する際に、めっきに起因する溶接部外観の低下などがない溶接形鋼を効率的に製造する方法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】
【０００７】
本発明の溶接形鋼の製造方法は、その目的を達成するため、めっき処理された鋼帯を素材とし、フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯がＴ字継ぎ手にて溶接された溶接形鋼の製造方法であって、フランジ用鋼帯のウエブと接合される領域、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯の給電チップが接触する領域及び給電チップ接触部から接合部に到る領域の一部或いは全部の範囲のめっき層の一部或いは下地の鋼材を含むめっき層全部を溶接前に除去した後に、前記フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯をＴ字状に当接し、その後に高周波溶接することを特徴とする。
めっき層を除去する手段としては、バイトを用いた切削法を採用することが好ましい。
素材鋼帯としては、少なくともＡｌ：４.０〜１０.０質量％、Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含む溶融Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ溶融合金めっき層で被覆されたものが好ましい。
【０００８】
本発明の溶接形鋼の製造装置は、それぞれアンコイラーより巻き出された、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯を走行させながら連続的にＴ字継ぎ手にて高周波溶接することにより溶接形鋼を製造する装置において、アンコイラーより下流に配置されたルーパーより下流かつ高周波溶接用の圧接ロールよりも上流側の範囲内に、フランジ用鋼帯及びウエブ用鋼帯に対して、当該フランジ用鋼帯及び当該ウエブ用鋼帯がその表面に垂直な方向へ移動・振動することを防止するための押さえロール或いは押えパッドと、当該押さえロール或いは押えパッドにより拘束された前記フランジ用鋼帯のウエブとの接合面のめっき層を除去するための切削バイト及び前記押さえロール或いは押えパッドにより拘束された前記ウエブ用鋼帯のめっき層を除去するための切削バイトが設けられていることを特徴とする、溶接形鋼の製造装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、めっき鋼帯を高周波抵抗溶接して製造した形鋼であっても、溶接ビード形状が良好な製品を得ることができる。また、耐食性向上を目的にめっきの付着量を増大させたり、或いはめっき層がＡｌやＭｇを添加した溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金であっても、ビード形状の悪化を招くことがないことから、従来よりも耐食性に優れた溶接形鋼を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の溶接形鋼の製造方法及び製造装置の一部を示す説明図
【図２】本発明による溶接形鋼の製造方法及び製造装置の一部を示す説明図
【図３】本発明の別の実施形態を示す説明図
【図４】本発明によるめっき除去前後のフランジ及びウエブのめっき層の状況を示す説明図
【符号の説明】
【００１１】
１：ウエブ ２：上下フランジ
１ａ，２ａ：めっき除去部 ３：ウエブ端面プリアプセットロール
４：高周波発振機 ５：給電チップ
６：圧接ロール ７：ウエブガイドロール
８ａ，８ｂ，８ｃ：めっき除去用切削バイト
９ａ，９ｂ，９ｃ：押さえパッド
１０ａ，１０ｂ，：切削クズ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：押さえロール
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、めっき鋼帯を素材として高周波抵抗溶接によって溶接形鋼を製造する際に、めっき層が厚くなると、或いはＡｌやＭｇを含んだ低融点のＺｎ系合金がめっきされた鋼帯を用いたときに、ビード形状が不安定となって、溶接部の外観が低下しやすい原因と対策について鋭意検討を重ねてきた。
まず、めっき鋼板において高周波抵抗溶接のビード形状が不安定となる原因として、通電経路となる鋼板表面において鋼材よりも融点の低いめっき層が溶融し安定した電流が供給されなくなること、及び溶接点近傍の溶融した金属の粘度・表面張力等の物性がめっき金属の混入の影響を受けることなどが推定される。
【００１３】
そこで、めっき鋼板において高周波抵抗溶接のビード形状を改善するためには、給電チップから溶接点までの通電経路の一部或いは全てのめっき層を除去することが効果的であるとの結論に至った。
すなわち、めっき処理された鋼帯を素材とし、フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯がＴ字継ぎ手にて溶接された溶接形鋼を高周波溶接により製造する際に、フランジ用鋼帯のウエブと接合される領域、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯の給電チップが接触する領域及び給電チップ接触部から接合部に到る領域の一部或いは全部の範囲のめっき層の一部或いは下地の鋼材を含むめっき層全部を溶接前に除去した後に高周波溶接することで、めっき層に起因する前記問題点を軽減できることを見出した。
以下にその詳細を説明する。
【００１４】
本発明を実施するための形態について、図２を用いて詳細に説明する。
図２は本発明の溶接Ｈ形鋼の製造装置に組み込まれたフランジのめっき除去装置の概略図である。フランジがウエブと接合する部分及びフランジ側給電チップから接合部までの領域のめっきを除去するための切削用バイト８ａと、フランジ用鋼帯がその表面に垂直な方向に変位するのを防止するための押えパッド９ａ，９ｂ、及びウエブ用鋼帯の給電チップから鋼帯端部までの領域のめっきを除去するための切削用バイト８ｂ，８ｃとウエブ用鋼帯がその表面に垂直な方向に変位するのを防止するための押さえパッド９ｃよりなるめっき除去装置を、装置前段のアンコイラーより下流に配置されたルーパー（図２左側方向、図示せず）と溶接のための圧接ロール６との間の任意の位置に設けている。その他この間には溶接に備えてウエブ用鋼帯のエッジ形状を調整するためのウエブエッジプリアプセットロール３等が配置されるが、ウエブ用鋼帯のめっき除去装置はウエブエッジプリアプセットロールよりも上流に設置する方が好ましい。フランジ用鋼帯のめっき除去装置の配置には特に制約はない。
なお、上記態様ではめっき層を除去するためにバイトを用いて切削除去しているが、除去手段としては、バイトによる切削に限らず、例えば砥石による研削除去、ＴＩＧアークやその他の高エネルギー密度熱源による蒸発除去等、他の手段を採用してもよい。
【００１５】
このような構成の溶接Ｈ形鋼の製造装置において、装置後段に配置されたプルアウトロール（図２右側方向、図示せず）により形鋼が一定速度で駆動され溶接装置によりフランジとウエブが連続的に溶接される。
めっき除去装置においては押えパッド９ａ，９ｂで上下方向への変位が規制された状態でウエブ用鋼帯及び押えパッド９ｃにてライン水平方向への変位が規制されたウエブ用鋼帯がパッドと摺動しながら一定速度で送られる。押えパッド９ａ，９ｂにより鋼帯表面の位置が規制されており、切削バイト８ａをフランジ用鋼帯２の表面に押し付けてさらに食い込ませることによりめっき層或いはめっき層とその下地の鋼材の一部が切削クズ１０となって除去される。切削クズ１０はその形態（連続クズ、或いは細かく分断した切り粉状）に応じた手段で装置外に排除される。
ウエブ用鋼帯１についても押えパッド９ｃ及び切削バイト９ｃ，８ｃによって同様にめっき層の一部或いは全部が除去される。
【００１６】
めっきを除去する範囲を最小限に止めるため、給電チップはその幅方向位置をできる限りＴ字継ぎ手の接合部に近づけて配置するとともに、その幅方向寸法もできる限り小さくするのが好ましい。すなわちフランジ用給電チップについてはできる限りフランジ中央寄りに、ウエブ用給電チップについてはできる限りエッジ寄りに配置するのが好ましく、給電チップの形状についても幅方向寸法を抑制し、長手方向寸法を増大させて接触面積を確保するのが好ましい。
めっき層の厚み方向の除去量については、ビード形状を改善する効果を最大限発揮させるためには可能な限りめっき層全部を除去することが好ましくめっき層を確実に除去するために鋼素地の一部も含んで切削することが好ましいが、切削バイトの負荷や切削クズの処理のための負荷を軽減させるためにある程度のビード形状改善効果が得られる範囲で一部のめっき層を残留させても良い。
めっきが除去された部分についてはめっき層が消失した溶接ビードと同様に耐食性の低下を招くおそれがあるため、亜鉛やアルミなどの金属粉／片を含んだ防錆塗料を塗布するか、アルミ或いは亜鉛等の金属を溶射することが好ましい。
【００１７】
なお、本発明の溶接形鋼を製造するに当たっては、素材めっき鋼帯としては、多用されているＺｎ系のめっき鋼帯でもよいが、より耐食性に優れ、疵が付き難い硬質なＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の合金めっき鋼帯を用いることが好ましい。さらには、少なくともＡｌ：４.０〜１０.０質量％、Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含む溶融Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ合金めっきが施された鋼帯を用いることが好ましい。
Ｍｇは、めっき層の最表層にＭｇを含むＺｎ系腐食生成物を形成させ、めっき層中のＡｌとともに水分を含む環境下においてめっき層の腐食速度を減少させる効果がある。また、めっき層中にＺｎ−Ｍｇ系の金属間化合物を形成させてめっき層を硬質化させるという効果もある。Ａｌは、めっき層中のＺｎ，ＭｇがＭｇを含むＺｎ系腐食生成物を形成するのに対し、めっき層中のＡｌは固着性の極めて強いＺｎ−Ａｌ系腐食生成物を形成し、耐食性の向上に寄与する。
含有させたＡｌ，Ｍｇの前記効果を効率的に発揮させるためには、Ａｌ：４.０〜１０.０質量％、Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含有した合金めっきが施された鋼帯を用いることが好ましい。
【００１８】
他に、微量のＴｉやＢを、或いは希土類元素，Ｙ，Ｚｒ，Ｓｉのような易酸化性元素を含むものであってもよい。ＴｉやＢを含ませたものとすることにより、表面外観を害するＺｎ11Ｍｇ2相の生成を抑制して表面外観に優れた溶接形鋼を提供することができる。また、前記した易酸化性元素を含ませたものとすることにより、めっき鋼板に生じやすい「めっき層の表面光沢劣化」なる現象が抑制された溶接形鋼を提供することができる。
これらの効果を効率的に発揮させるためには、Ｔｉは０．００１〜０．１質量％、Ｂは０．０００５〜０．０４５質量％、易酸化性元素は０．００５〜２．０質量％の範囲で含まれたものとすることが好ましい。
【実施例】
【００１９】
実施例１；
めっき付着量１３０ｇ／ｍ２（片面換算）の溶融亜鉛めっき鋼板よりなるウエブ材（板厚３.２ｍｍ、幅１４７ｍｍ）１条及びフランジ材（板厚４.５ｍｍ、幅１００ｍｍ）２条をアンコイラーより引き出してスパイラルルーパーを経た後、上下に所定の間隔を保ってそれぞれ水平に配置されたフランジ材の中間に垂直に立てたウエブ材をフランジ材との間に隙間を設けて配置し２０ｍ／分の速度で通板した。
水平に配置された２枚のフランジ材のそれぞれを上下より樹脂製のパッドで挟み込み、ウエブ材側のパッドのフランジ材幅方向中央に設けた切り欠きより刃幅２０ｍｍの突っ切りバイトをフランジ材の表面に押し当てて給電チップと接触する範囲からウエブと接合される部分までの範囲のめっき層を切除した。また、ウエブ用鋼帯を水平方向両側より樹脂製のパッドで挟み込み、表裏で上下対角方向に配置された切削バイトでそれぞれエッジから１５ｍｍの範囲のめっき層を除去した。それぞれめっき層の厚み約２０μｍに対してバイトの切り込み量を約２５μｍとした。
【００２０】
引き続いてプリアプセットロールによりウエブ材を幅方向に圧下してウエブ材の端面形状を成形した後、高周波抵抗溶接機２台により２枚のフランジとウエブ材を接合した後所定の長さに切断し、引き続いて溶接ビード及び給電チップとの接触部分に亜鉛を含有した補修塗装を施し溶接Ｈ形鋼を得た。
得られた溶接形鋼の溶接ビードは良好な外観を呈しており、アーキング痕、スパッタの付着も認められなかった。また、めっきを除去しない場合に比べて同様の溶接条件で約30%溶接速度が向上した。
【００２１】
実施例２；
めっき付着量２３０ｇ／ｍ２（片面換算）の溶融Ｚｎ‐６％Ａｌ‐３％Ｍｇ合金めっき鋼板よりなるウエブ材（板厚３.２ｍｍ、幅１４７ｍｍ）１条及びフランジ材（板厚４.５ｍｍ、幅１００ｍｍ）２条をアンコイラーより引き出してスパイラルルーパーを経た後、上下に所定の間隔を保ってそれぞれ水平に配置されたフランジ材の中間に垂直に立てたウエブ材をフランジ材との間に隙間を設けて配置し１７ｍ／分の速度で通板した。
水平に配置された２枚のフランジ材のそれぞれを上下より樹脂製のパッドで挟み込み、ウエブ材側のパッドのフランジ材幅方向中央に設けた切り欠きより刃幅２０ｍｍの突っ切りバイトをフランジ材の表面に押し当てて給電チップと接触する範囲からウエブと接合される部分までの範囲のめっき層を切除した。また、ウエブ用鋼帯を水平方向両側より樹脂製のパッドで挟み込み、表裏で上下対角方向に配置された切削バイトでそれぞれエッジから１５ｍｍの範囲のめっき層を除去した。それぞれめっき層の厚み約３８μｍに対してバイトの切り込み量を約２５μｍとした。
【００２２】
引き続いてプリアプセットロールによりウエブ材を幅方向に圧下してウエブ材の端面形状を成形した後、高周波抵抗溶接機２台により２枚のフランジとウエブ材を接合した後所定の長さに切断し、引き続いて溶接ビード及び給電チップとの接触部分に亜鉛を含有した補修塗装を施し溶接Ｈ形鋼を得た。
得られた溶接形鋼の溶接ビードは良好な外観を呈しており、アーキング痕、スパッタの付着も微量であった。また、めっきを除去しない場合に比べて同様の溶接条件で約１５％溶接速度が向上した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき処理された鋼帯を素材とし、フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯がＴ字継ぎ手にて溶接された溶接形鋼の製造方法であって、フランジ用鋼帯のウエブと接合される領域、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯の給電チップが接触する領域及び給電チップ接触部から接合部に到る領域の一部或いは全部の範囲のめっき層の一部或いは下地の鋼材を含むめっき層全部を溶接前に除去した後に、前記フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯をＴ字状に当接し、その後に高周波溶接することを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
【請求項２】
めっき層を除去する手段として、バイトを用いた切削法を採用する請求項１に記載の溶接形鋼の製造方法。
【請求項３】
素材鋼帯として、少なくともＡｌ：４.０〜１０.０質量％、Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含む溶融Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ溶融合金めっき層で被覆されたものを用いる請求項１又は２に記載の溶接形鋼の製造方法。
【請求項４】
それぞれアンコイラーより巻き出された、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯を走行させながら連続的にＴ字継ぎ手にて高周波溶接することにより溶接形鋼を製造する装置において、アンコイラーより下流に配置されたルーパーより下流かつ高周波溶接用の圧接ロールよりも上流側の範囲内に、フランジ用鋼帯及びウエブ用鋼帯に対して、当該フランジ用鋼帯及び当該ウエブ用鋼帯がその表面に垂直な方向へ移動・振動することを防止するための押さえロール或いは押えパッドと、当該押さえロール或いは押えパッドにより拘束された前記フランジ用鋼帯のウエブとの接合面のめっき層を除去するための切削バイト及び前記押さえロール或いは押えパッドにより拘束された前記ウエブ用鋼帯のめっき層を除去するための切削バイトが設けられていることを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
【請求項１】
めっき処理された鋼帯を素材とし、フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯がＴ字継ぎ手にて溶接された溶接形鋼の製造方法であって、フランジ用鋼帯のウエブと接合される領域、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯の給電チップが接触する領域及び給電チップ接触部から接合部に到る領域の一部或いは全部の範囲のめっき層の一部或いは下地の鋼材を含むめっき層全部を溶接前に除去した後に、前記フランジ用鋼帯の表面にウエブ用鋼帯をＴ字状に当接し、その後に高周波溶接することを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
【請求項２】
めっき層を除去する手段として、バイトを用いた切削法を採用する請求項１に記載の溶接形鋼の製造方法。
【請求項３】
素材鋼帯として、少なくともＡｌ：４.０〜１０.０質量％、Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含む溶融Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ溶融合金めっき層で被覆されたものを用いる請求項１又は２に記載の溶接形鋼の製造方法。
【請求項４】
それぞれアンコイラーより巻き出された、フランジ用鋼帯とウエブ用鋼帯を走行させながら連続的にＴ字継ぎ手にて高周波溶接することにより溶接形鋼を製造する装置において、アンコイラーより下流に配置されたルーパーより下流かつ高周波溶接用の圧接ロールよりも上流側の範囲内に、フランジ用鋼帯及びウエブ用鋼帯に対して、当該フランジ用鋼帯及び当該ウエブ用鋼帯がその表面に垂直な方向へ移動・振動することを防止するための押さえロール或いは押えパッドと、当該押さえロール或いは押えパッドにより拘束された前記フランジ用鋼帯のウエブとの接合面のめっき層を除去するための切削バイト及び前記押さえロール或いは押えパッドにより拘束された前記ウエブ用鋼帯のめっき層を除去するための切削バイトが設けられていることを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２００７７５（Ｐ２０１２−２００７７５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９２４５（Ｐ２０１１−６９２４５）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【出願人】（５９６１８０８６９）株式会社山水 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【出願人】（５９６１８０８６９）株式会社山水 (9)
【Ｆターム（参考）】
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