鋼板のレーザ溶接方法、およびレーザ溶接装置
【課題】被溶接材溶接部の形状不良を低減させ、十分な接合強度を得ることができる鋼板のレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】水が付着した複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接方法であって、鋼板の端面を突き合わせに適する形状に形成する切断工程と、切断工程により形成された端面を突き合わせる突き合わせ工程と、突き合わせ部分を加熱し、水を除去する第1の加熱工程と、第1の加熱工程により加熱された前記突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接工程とを備える鋼板のレーザ溶接方法とする。
【解決手段】水が付着した複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接方法であって、鋼板の端面を突き合わせに適する形状に形成する切断工程と、切断工程により形成された端面を突き合わせる突き合わせ工程と、突き合わせ部分を加熱し、水を除去する第1の加熱工程と、第1の加熱工程により加熱された前記突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接工程とを備える鋼板のレーザ溶接方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼板の突き合わせ部分のレーザ溶接方法およびそのレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、熱延鋼板や冷延鋼板等の鋼板を処理するプロセスライン(酸洗、焼鈍、圧延、巻戻し、検査等のライン)においては、連続的に鋼板が供給され、供給された鋼板を連続的に処理する連続ラインがよく用いられる。
【0003】
このような連続的に処理可能な連続ラインに対して、処理する鋼板を連続的に供給するためには、この連続ラインの上流工程において、鋼板と鋼板を突き合わせ溶接することによって途切れることなく鋼板を連続ラインへ供給する必要がある。
【0004】
この連続ラインの上流工程に配置される一般的な溶接装置として、先行する鋼板である溶接材(以下、先行被溶接材という)の端面と、先行被溶接材に対して後行する鋼板である溶接材(以下、後行被溶接材という)の端面とを溶接して接続する溶接装置がある。さらに、溶接する被溶接材が高炭素鋼及び高張力鋼板である場合に、生産性の向上、品質の安定化を目的としてレーザ光を用いて溶接するレーザ溶接装置がよく用いられている。しかしながら、このような高炭素鋼および高張力鋼板のレーザ溶接においては、溶接後の急冷による被溶接材内部のマルテンサイト生成に伴い、溶接割れを生起することが多い。そのため、マルテンサイト生成度合いを低減して溶接割れを少なくさせるため、被溶接材の急激な温度変化を低減する必要があった。
【0005】
例えば、特許文献1には、レーザ溶接を行う端面を相対させた鋼板の突き合わせ溶接部に沿い溶接機の溶接トーチの移動に同期して走行する台車と、この台車に回転可能に配設するとともに、台車の走行に伴い溶接部に下方から裏当てするように構成したロータリー式裏当て部材と、台車の走行に伴い溶接トーチに先行して突き合わせ部及びその近傍部分を予熱するコイルを備える板継溶接装置が記載されている。
【0006】
特許文献2には、レーザビームが通過した後に所定の温度に加熱することにより、溶接金属の硬化を防止し、成形性の良好な溶接部を形成する高張力鋼板のレーザ溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平6−312285号公報
【特許文献2】特開2004−209497号公報
【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、特許文献1に記載の板継溶接装置では、以下のような問題点があった。即ち、鋼板が連続処理される連続ラインに使用されるレーザ溶接装置は、先行被溶接材の端と後行被溶接材の端とを精度良く溶接するため、前処理として先行被溶接材の端と後行被溶接材の端を板継溶接装置に内蔵した切断装置で切断する。このとき、突き合わせ部を形成する端部は平らな面ではなく微小な形状のばらつきを生じ得るとともに、かえりが発生する場合がある。このような端部の形状がばらついたり、かえりが発生したりする状態で誘導加熱及びレーザ溶接を行うと板端の突き合わせギャップの変化により段差溶接または穴あき溶接等の溶接部の形状不良が生じるという問題点があった。
【0009】
また、特許文献1に記載の板継溶接装置では、特に先行被溶接材の板厚と後行被溶接材の板厚とが異なる場合、溶接部において母材との間に段差が生じる。そのため、この段差が生じた状態で被溶接材が後工程である連続ラインに供給され繰り返し曲げを受ける場合、溶接部に局所的に曲げ応力が作用してこの溶接部で破断するという問題があった。
【0010】
さらに、特許文献1に記載の板継溶接装置では、被溶接材の板厚方向に磁束を発生させるので、被溶接材の端面間の接触状況により貫通磁束量が変化し、安定した均一な加熱が難しいという問題がある。
【0011】
ところで、連続ラインに鋼板が供される前には、鋼板表面のスケール粉などの異物を除去するために鋼板表面にスプレー水を供給することが一般的に行われている。あるいは、鋼板表面のスケール粉等の異物がロールに付着しないように、ロール表面にスプレー水を吹きかけながら通板する場合もある。また、スプレー水を供給しない場合であっても、鋼板が水冷却工程などを経ている場合には、鋼板に冷却水が残存していることがある。従って、上記した鋼板の溶接を行う際には、鋼板端部の突き合わせ部分が洗浄水や冷却水により濡れている場合が多い。水分が残存した突き合わせ部にレーザを照射することにより溶接を行うと、水蒸気が発生する。この水蒸気は、溶融金属を吹き飛ばして溶接部の表面が大きく窪んだ欠陥を形成させたり、溶接金属中に残存してブローホール欠陥を形成したりする。このような欠陥を含んだ溶接部は、接合強度の低下を招く。その結果、連続ラインの途中で溶接部から鋼板が破断し、製造ラインを止めてしまう。止められた製造ラインは所定の対処をして復旧させることが必要である。このようなラインの停止及び復旧は製造効率の観点から回避すべき問題である。
【0012】
一方、レーザ溶接を用いるために水による洗浄をしない場合にはスケール粉等が鋼板に残り、これが後の処理により鋼板表面に生じるキズ等の原因となる場合があった。
【0013】
特許文献2等に記載された発明をはじめとする従来の技術では、レーザ溶接の鋼板への適用はされているものの、上記問題ついてこれを解決するものではなく、依然解決の要望が高かった。
【0014】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被溶接材溶接部の形状不良を低減させ、十分な接合強度を得ることができる鋼板のレーザ溶接方法、及びその装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
以下本発明について説明する。
【0016】
請求項1に記載の発明は、水が付着した複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接方法であって、鋼板の端面を突き合わせに適する形状に形成する切断工程と、切断工程により形成された端面を突き合わせる突き合わせ工程と、突き合わせ部分を加熱し、水を除去する第1の加熱工程と、第1の加熱工程により加熱された突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接工程とを備える鋼板のレーザ溶接方法を提供することにより前記課題を解決する。
【0017】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、第1の加熱工程は、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルにより加熱することを特徴とする。
【0018】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、突き合わせ工程と第1の加熱工程との間にさらに、突き合わせ部分を板厚の上下方向から押圧することにより突き合わせ部分の鋼板表裏面を整形する整形工程を備えることを特徴とする。
【0019】
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、レーザ溶接工程で溶接された鋼板の溶接部を加熱する第2の加熱工程と、第2の加熱工程により加熱された溶接部を板厚の上下方向から押圧することによって溶接部を整形する加圧工程とを備えることを特徴とする。
【0020】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、第2の加熱工程は、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルにより加熱することを特徴とする。
【0021】
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の鋼板のレーザ溶接方法における第2の加熱工程による加熱はレーザ溶接工程と同時に行うことを特徴とする。
【0022】
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の鋼板のレーザ溶接方法における第1の加熱工程で、突き合わせ部分の加熱により該突き合わせ部分の鋼板表裏面の温度がいずれも200℃以上に達することを特徴とする。
【0023】
請求項8に記載の発明は、鋼板に水を接触させる装置の下流側に配置され、複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接装置であって、鋼板の端面を突き合わせに適する形状に形成する切断手段と、突き合わせ部分を加熱して水を除去する第1の加熱手段と、第1の加熱手段により加熱された突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接手段とを備える鋼板のレーザ溶接装置を提供することにより前記課題を解決する。
【0024】
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置において、第1の加熱手段は、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルであることを特徴とする。
【0025】
請求項10に記載の発明は、請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置におけるレーザ溶接手段により突き合わせ部分を溶接する前に該突き合わせ部分を板厚の上下方向から押圧することにより突き合わせ部分の鋼板表裏面を整形する整形手段を備えることを特徴とする。
【0026】
請求項11に記載の発明は、請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置におけるレーザ溶接手段により溶接された鋼板の溶接部を加熱する第2の加熱手段と、該第2の加熱手段により加熱された溶接部を板厚の上下方向から押圧することにより、溶接部を整形する加圧手段とを備えることを特徴とする。
【0027】
請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の鋼板のレーザ溶接装置において、第2の加熱手段は、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルであることを特徴とする。
【0028】
請求項13に記載の発明は、請求項11に記載の鋼板のレーザ溶接装置における整形手段、第1の加熱手段、レーザ溶接手段、第2の加熱手段および加圧手段を有する溶接キャリッジを走行可能に設けることを特徴とする。
【0029】
請求項14に記載の発明は、請求項8〜13のいずれかに記載の鋼板のレーザ溶接装置におけるレーザ溶接手段は、並列に配置された複数のファイバ状またはディスク状の結晶体から構成されるレーザビーム発振器と該発振器から放出されるレーザ光を伝送する光ファイバとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0030】
本発明のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、被溶接材溶接部の形状不良を低減させ、さらに被溶接材の溶接割れを低減させることができる。そして、連続プロセス中に溶接部の破断を防止することができ、これによる生産ラインの稼動停止を防止し、生産性を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【図2】第1の実施形態に係るレーザ溶接装置の溶接キャリッジの断面を示した断面図である。
【図3】被溶接材を切断するギロチンシャーの説明図である。
【図4】予熱処理用誘導加熱ヘッド及び後熱処理用誘導加熱ヘッドの加熱作用について説明する説明図である。
【図5】ギロチンシャーにより切断された被溶接材を突き合わせた状態を示す板厚方向からみた断面を示す説明図である。
【図6】ギロチンシャーで切断した後の被溶接材を突き合わせた状態を示す平面図である。
【図7】整形ロールで押圧された被溶接材の断面図である。
【図8】フィラワイヤーを使用しないで被溶接材を溶接した場合における溶接部の断面図である。
【図9】フィラワイヤーを使用して被溶接材を溶接した場合の溶接部の断面図である。
【図10】加工ロールで押圧された被溶接材の断面図である。
【図11】被溶接材の厚さが異なる場合において、加工ロールで押圧された被溶接材の断面図である。
【図12】第3の実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【図13】実施例における溶接部断面を示す図である。
【図14】実施例における溶接部断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下に本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【0033】
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【0034】
図1に示すように、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1は、板状の被溶接材を保持するクランプ2と、図1のY方向に移動しながらX方向に搬送される被溶接材を溶接する溶接キャリッジ3と、炭酸ガスレーザ発振器4とを備える。
【0035】
図2は、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1の溶接キャリッジ3の断面を示した断面図である。
【0036】
図2に示すように、溶接キャリッジ3は、搬送される被溶接材の両端を切断する手段であるギロチンシャー5a、5bと、クランプ2により保持された被溶接材のうち突き合わされた部分を板厚の上下方向から押圧することによって整形する手段である整形ロール6a、6bと、整形ロール6a、6bにより整形された被溶接材を誘導加熱する第1の加熱手段である予熱処理用誘導加熱ヘッド7と、予熱処理用誘導加熱ヘッド7により加熱された被溶接材にレーザ光を照射することによってこの被溶接材を溶接する手段である加工ヘッド9と、加工ヘッド9の直下に配置され、溶接中の先行被溶接材及び後行被溶接材の端面を下面から支えると共に、溶接中の被溶接材の下面から漏洩するレーザ光が外部に照射されるのを防止するバックロール8と、加工ヘッド9により溶接された被溶接材を誘導加熱する第2の加熱手段である後熱処理用誘導加熱ヘッド10と、加工ヘッド9により溶接された溶接部を板厚の上下方向から挟み込むことによって整形する加圧手段である加圧ロール11a、11bとを備える。
【0037】
溶接キャリッジ3は、被溶接材を上下から挟むように配設され、サーボモータにより回転速度を制御されたボールネジ(図示せず)を介し、矢印Yの正方向、又は矢印Yの逆方向に移動する。また、ギロチンシャー5a、5b、整形ロール6a、6b、予熱処理用誘導加熱ヘッド7、バックロール8、加工ヘッド9、後熱処理用誘導加熱ヘッド10、及び加圧ロール11a、11bは所定の間隔を設けてY方向に直線上に配置されている。
【0038】
図3は、被溶接材を切断するギロチンシャー5a、5bの説明図である。
【0039】
図3に示すように、クランプ2は、先行被溶接材100aをクランプする前方クランプ2Fと後行被溶接材100bをクランプする後方クランプ2Rとを備えている。前方クランプ2Fは、前方クランプ下部2Fa、前方クランプ上部2Fb、及び前方クランプ上部2Fbを上下方向に駆動させる前方クランプシリンダ2Fcを備えている。同様に、後方クランプ2Rは、後方クランプ下部2Ra、後方クランプ上部2Rb、及び後方クランプ上部2Rbを上下方向に駆動させる後方クランプシリンダ2Rcを備えている。
【0040】
また、図3に示すように、ギロチンシャー5は、下部シャー刃5a、上部シャー刃5b、及び上部シャー刃5bを上下方向に駆動させるシリンダ5cとを備えている。そして、ギロチンシャー5は、溶接キャリッジ3の移動に伴い、前方クランプ2Fと後方クランプ2Rとの間に進入し、または後退する。
【0041】
図4は、予熱処理用誘導加熱ヘッド7及び後熱処理用誘導加熱ヘッド10の加熱作用について説明する説明図である。後熱処理用誘導加熱ヘッド10は予熱処理用誘導加熱ヘッド7と同様の構成を有するので、ここでは予熱処理用誘導加熱ヘッド7についてのみ説明する。
【0042】
図4に示すように、予熱処理用誘導加熱ヘッド7は、鉄心7aとこの鉄心7aに巻回されたコイル7bとを備える。そして、電源(図示しない)からこのコイル7bに電流を通電して磁束(交番磁束)を発生させ、この磁束を被溶接材100a、100bに貫通させることにより被溶接材100a、100bに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて被溶接材100a、100bを加熱する。
【0043】
ここで、予熱処理用誘導加熱ヘッド7の鉄心7a、コイル7bによって発生した磁束は、図4に示すように、被溶接材100a、100bの板厚方向に対して直角な方向、即ち、被溶接材100a、100bの表面に平行に被溶接材100a、100bを貫通する。従って、被溶接材100a、100bの突き合わせ端面の板幅方向における接触・非接触の状態、すなわち被溶接材の対向した端面間の隙間の有無に拘わらず、被溶接材100a、100bを貫通する磁束量は板幅方向に同程度となる。これにより、予熱処理用誘導加熱ヘッド7ならびに後熱処理用誘導加熱ヘッド10は、被溶接材100a、100bの突き合わせ部(溶接部)を均一に加熱昇温するので、それぞれ予熱、後熱を均一に行うことができる。なお、図4では、予熱処理用誘導加熱ヘッド7を被溶接材の下方に設ける場合を示したが、これに限定されるものでなく、被溶接材の上方に設けてもよい。
【0044】
予熱処理用誘導加熱ヘッド7による加熱の程度は上流工程における水洗浄の程度、被溶接材の板厚、予処理用誘導加熱ヘッド7の被溶接材との位置関係等により、適切な到達温度、及び保持時間が採用される。従って特に限定されるものではない。その中でも、確実に水分を除去することができるとともに、製造効率及びエネルギー効率の観点から、突き合わせられた部分における被溶接材の表裏面の温度がいずれも200℃以上とされるとともに、これが1秒間以上保持される加熱が好ましい。これにより必要以上のエネルギーを消費することなく、かつ製造効率を適切に維持することが可能となる。
【0045】
また、図2に示すように、バックロール8は、加工ヘッド9の直下に配置されている。バックロール8は、溶接中の被溶接材100a、100bの端面を下面から支え、被溶接材100a、100bの突き合わせ精度の向上を図り、また、溶接中の被溶接材100a、100bの下面から漏洩するレーザビームが外部に照射されるのを防止する。
【0046】
整形ロール6は、図2に示すように、下部整形ロール6aと、上部整形ロール6bと、上部整形ロール6bを上下方向に駆動するシリンダ6c(図示せず)とを備えている。下部整形ロール6a及び上部整形ロール6bは上下に直線上に配置されており、シリンダ6cにより下部整形ロール6aと上部整形ロール6bとの上下間隔を調整することができる。また、下部整形ロール6a及び上部整形ロール6bは各々支持軸(図示せず)を中心に回転する構造を有する。
【0047】
加圧ロール11は、図2に示すように、下部加圧ロール11aと、上部加圧ロール11bと、上部加圧ロール11bを上下方向に駆動するシリンダ11c(図示せず)とを備えている。下部加圧ロール11a及び上部加圧ロール11bは、上下に直線上に配設されており、下部加圧ロール11aと上部加圧ロール11bとの上下間隔は、シリンダ11cにより調整させる。また、下部加圧ロール11a及び上部加圧ロール11bは、各々支持軸(図示せず)を中心に回転する構造を有する。
【0048】
次に、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1の作用について、図を参照しつつ説明する。
【0049】
まず、先行被溶接材100aが、図1の矢印Xで示す方向に向かってレーザ溶接装置1の溶接キャリッジ3内へ搬送される。その後、搬送された先行被溶接材100aの尾端と所定の間隔を空けて後行被溶接材100bが、レーザ溶接装置1の溶接キャリッジ3内へ搬送される。
【0050】
そして、溶接キャリッジ3内へ搬送された先行被溶接材100aは、図3に示すように、先行被溶接材100aの尾端がギロチンシャー5内に導かれ図3に示す位置で停止する。また、溶接キャリッジ3内へ搬送された後行被溶接材100bも同様に、後行被溶接材100bの先端が同じギロチンシャー5内に導かれ図3に示す位置で停止する。
【0051】
その後、クランプ2F、2Rが先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bを固定する。具体的には、前方クランプ上部2Fbが前方クランプシリンダ2Fcの動力により下降し、前方クランプ下部2Faとの間で、先行被溶接材100aを挟み込むことによって固定する。同様に、後方クランプ上部2Rbが後方クランプシリンダ2Rcの動力により下降し、後方クランプ下部2Raとの間で、後行被溶接材100bを挟み込むことによって固定する。
【0052】
そして、溶接キャリッジ3に内蔵されたギロチンシャ−5の上部シャー刃5bがシリンダ5cの動力により下降し、下部シャー刃5aとの間で挟み込むことによって、先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bの対向する端部を同時に切断する(切断工程)。これにより、先行被溶接材100aの断面と後行被溶接材100bの断面とをほぼ平行することができ、溶接を容易にすることができる。
【0053】
次に、レーザ溶接装置1のギロチンシャー5は、上部シャー刃5bを上昇させる。そして、後行被溶接材100bを拘束している後方クランプ2Rを上部シャー刃5bの刃幅W分だけ先行被溶接材100aを拘束している前方クランプ2F側へ移動させる。これにより、先行被溶接材100aの尾端と後行被溶接材100bの先端とが突き合わされる(突き合わせ工程)。
【0054】
図5は、ギロチンシャー5により切断された先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bを板厚方向からみた断面を示す断面図であり、図6は、ギロチンシャー5で切断した後の被溶接材100a、100bを突き合わせた状態を示した平面図である。
【0055】
図5に示すように、ギロチンシャー5で切断した後、先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bの端面を突き合わせると、微小な形状のばらつきが生じたり、かえりが発生したりする場合がある。さらに図6に示すように、被溶接材100a、100bの突き合わせ部に部分的にギャップが生じる場合がある。
【0056】
このような突き合わせ状態において先行被溶接材100aと後行被溶接材100bとを溶接した場合、板端の突き合わせギャップの変化により段差溶接または穴あき溶接が生じることがある。
【0057】
そこで、整形ロール6a、6bが、ギロチンシャー5で切断した後の突き合わせ部を押圧する(整形工程)ことで、切断によって生じるかえりや切断形状のばらつき等の突き合わせ部における形状不良を矯正することができる。
【0058】
具体的には、まず、レーザ溶接装置1は、図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。その際、上部整形ロール6bは、予め設定された上部整形ロール6bと下部整形ロール6aとの間隔となるように、シリンダ6cの動力により下降される。そして、溶接キャリッジ3のY方向への移動と共に、図7に示すように、上部整形ロール6bは先行被溶接材100aと後行被溶接材100bとの突き合わせ部に乗り上げ、回転しながら予め設定された荷重にて先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bの突き合わせ部を押圧する。これにより、切断によって生じる被溶接材100a、100bの突き合わせ部の形状不良を矯正することができる。
【0059】
次に、レーザ溶接装置1は、さらに図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。
【0060】
溶接キャリッジ3の移動に伴い、被溶接材100a、100bの突き合わせ部は、整形ロール6a、6bと所定の間隔を設けて配置されている予熱処理用誘導加熱ヘッド7の上部を通過する。その際、被溶接材100a、100bの突き合わせ部は、予熱処理用誘導加熱ヘッド7によりレーザ溶接の予熱に必要な温度になるように誘導加熱される(第1の加熱工程)。具体的には、電源(図示せず)から予熱処理用誘導加熱ヘッド7のコイル7bに電流を通電して磁束(交番磁束)を発生させ、この磁束を被溶接材100a、100bの表面方向と平行になるように被溶接材100a、100b内を貫通させる。これにより被溶接材100a、100bに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて誘導加熱する。
【0061】
このように、予熱処理用誘導加熱ヘッド7は、被溶接材100a、100bの板厚方向に対して直角な方向、即ち、被溶接材100a、100bの表面に平行に磁束を貫通させることにより、被溶接材100a、100bを誘導加熱するので、被溶接材100a、100bの溶接部を均一に加熱昇温することができる。これにより、被溶接材100a、100bの溶接部の水分を蒸発させ、溶接欠損の発生を防止することができる。
【0062】
また、予熱処理用誘導加熱ヘッド7による加熱によって、溶接部の冷却速度が小さくなり、マルテンサイトの出現が抑制される効果や、加熱によるマルテンサイトの焼き戻しの効果などが得られる。さらに、整形ロール6a、6bにより整形された後に被溶接材100a、100bを誘導加熱するので、熱膨張により突き合わせギャップを最適化することができる。また、後述する加工ヘッド9のレーザパワーの低減や溶接速度の増加の効果を得ることもできる。予熱処理用誘導加熱ヘッド7による予熱の程度は、上流側の工程における水洗浄の程度、被溶接材100a、100bの厚さ、予熱処理用誘導加熱ヘッド7の被溶接材100a、100bとの位置関係等により、適切な到達温度、及び保持時間が採用される。従って特に限定されるものではない。その中でも、確実に水分を除去することができるとともに、製造効率及びエネルギー効率の観点から、突き合わせられた部分における被溶接材の表裏面の温度がいずれも200℃以上とされるとともに、これが1秒間以上保持される加熱が望ましい。これにより必要以上のエネルギーを消費することなく、かつ製造効率を適切に維持することができる。
【0063】
次に、レーザ溶接装置1は、さらに図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。
【0064】
溶接キャリッジ3の移動に伴い、被溶接材100a、100bの突き合わせ部は、バックロール8の上部を通過する。このとき、被溶接材100a、100bは、加工ヘッド9及びバックロール8によって、レ−ザ溶接される(レーザ溶接工程)。具体的には、炭酸ガスレーザ発振器4からの空気伝播されたレーザ光が加工ヘッド9から被溶接材100a、100bの突き合わせ部に照射され、これにより、先行被溶接材100aと後行被溶接材100bとが溶接される。レーザの出力、焦点径、焦点位置、溶接速度等の条件は、鋼板の種類及び板厚、突き合わせにおける鋼板同士の間隙の大きさ、鋼板と加工ヘッドとの距離などにより適宜選択される。
【0065】
さらに、レーザ溶接装置1は、図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。
【0066】
溶接キャリッジ3の移動に伴い、被溶接材100a、100bの突き合わせ部(溶接部)は、後熱処理用誘導加熱ヘッド10の上部を通過する。その際、被溶接材100a、100bの突き合わせ部(溶接部)は、後熱処理用誘導加熱ヘッド10により所定温度に誘導加熱される(第2の加熱工程)。例えば、400℃以上900℃以下の温度に加熱する。これにより、溶接後の急冷が抑制されるため、急冷に伴う溶接部の過剰な硬化が抑制され、通板時の破断が防止される。加熱温度は、550℃程度以上800℃以下とすることが望ましい。具体的には、電源(図示しない)から後熱処理用誘導加熱ヘッド10のコイル10aに電流を通電して磁束(交番磁束)を発生させ、この磁束を被溶接材100a、100bに磁束が表面方向と平行になるように貫通させることにより被溶接材100a、100bに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて誘導加熱する。
【0067】
次に、レーザ溶接装置1は、さらに、図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。その際、上部加圧ロール11bは、予め設定された上部加圧ロール11bと下部加圧ロール11aとの間隔となるように、シリンダ11cの動力により下降される。そして、溶接キャリッジ3の移動と共に、上部加圧ロール11bは被溶接材100a、100bの溶接部分に乗り上げ、回転しながら予め設定された荷重にて被溶接材100a、100bの溶接部分を押圧する(加圧工程)。これにより、被溶接材100a、100bの表裏面を滑らかに仕上げ、先行被溶接材100aと後行被溶接材100bの板厚が同じ場合は、溶接部の板厚を先行被溶接材100aと後行被溶接材100bの板厚とほぼ同じにすることができる。
【0068】
また、先行被溶接材100aと後行被溶接材100bの板厚が異なる場合においても、上部加圧ロール11bと下部加圧ロール11aとの押圧により溶接部の表面形状を滑らかにすることができる。
【0069】
以上により、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1によれば、被溶接材100a、100bの突き合わせ部の形状不良を矯正して、溶接時の穴あき等の溶接欠損を防止し、更に溶接割れを防止することができる。
【0070】
なお、整形ロ−ル6a、6b、予熱処理用誘導加熱ヘッド7、加工ヘッド9、バックロール8、後熱処理用誘導加熱ヘッド10、加圧ロール11a、11bは溶接進行方向に向かって所定の間隔で配置されている。そのため、予熱処理用誘導加熱ヘッド7による予熱処理及び/又は後熱処理用誘導加熱ヘッド10による後熱処理が必要でない鋼種の被溶接材100a、100bを溶接する場合は、これら予熱処理及び/又は後熱処理を省略するように制御することもできる。
【0071】
<第2の実施形態>
第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1では、予熱処理用誘導加熱ヘッド7により加熱された被溶接材100a、100bにレーザ光を照射することによってこの被溶接材100a、100bを溶接する加工ヘッド9を備える構成とした。
【0072】
第2の実施形態に係るレーザ溶接装置1aでは、加工ヘッド9の替わりにフィラワイヤーを注入する機能を有する加工ヘッド9aを備える構成とする。
【0073】
ここで、フィラワイヤーとは、金属の溶加材であり、特に被溶接材100a、100bが高炭素鋼、高Si鋼等の難溶接材である場合等によく用いられる。加工ヘッド9aにより溶接部にフィラワイヤーを注入しながらレーザ溶接した場合、溶接金属を希釈する効果があり溶接品質を向上させることができる。また、ギロチンシャー5の経年劣化により機械精度が低下し、被溶接材100a、100bの突き合わせ部の形状にばらつきが生じた場合にも、この溶接部にフィラワイヤーを注入しながらレーザ溶接することによって、この被溶接材100a、100bの突き合わせ部における形状のばらつきを吸収することができる。
【0074】
図8は、フィラワイヤーを使用しないで溶接した場合における溶接部の断面図であり、図9はフィラワイヤーを使用して溶接した場合の溶接部の断面図である。
【0075】
図8に示すように、フィラワイヤー無しで被溶接材100a、100bを溶接した場合には溶接部は被溶接材100a、100bの元の厚さに対しやや薄くなる。一方、図9に示すように、フィラワイヤーを用いて溶接した場合、溶接部は被溶接材100a、100bの元の厚さに対し厚くなる。このような被溶接材100a、100bの溶接部継手形状の変化は圧延ラインにおいて圧延した時の鋼板の破断の原因となる。
【0076】
しかし、この第2の実施形態に係るレーザ溶接装置では、溶接部を上部加圧ロール11b及び下部加圧ロール11aにより予め設定された荷重で押圧することにより、図10に示すように、溶接部の表裏面を滑らかに仕上げる事ができる。
【0077】
そのため、溶接部の被溶接材100a、100bの溶接部継手形状が急変する事がないので圧延ラインにおいても鋼板の破断を防止することができる。
【0078】
また、先行被溶接材100aの板厚と後行被溶接材100bの板厚とが異なる場合でも、図11に示すように、溶接部形状を滑らかにする事ができる為、圧延ラインにおいて鋼板の破断を防止することができる。
【0079】
<第3の実施形態>
図12は、第3の実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【0080】
第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1では、炭酸ガスレーザ発振器4と、この炭酸ガスレーザ発振器4から空中伝播されたレーザ光を被溶接材100a、100bの突き合わせ部に照射する加工ヘッド9を備える構成とした。
【0081】
第3の実施形態に係るレーザ溶接装置1bでは、炭酸ガスレーザ発振器4の替わりにYAG系レーザ発振器、複数のファイバ状結晶体を並列に配置したファイバ状レーザ発振器又はディスク状レーザ発振器等の発振器4bを備え、この発振器4bから発光され、光ファイバ12にて伝送されたレーザ光を被溶接材100a、100bの突き合わせ部に照射する加工ヘッド9bを備える構成とする。
なお、ファイバ状レーザ発振器とは、ダブルクラッドファイバのコアファイバにYb(イッテリビウム)を添加し、このダブルクラッド層に導入されたLD(レーザダイオード)励起光が伝送することで、コアファイバが励起・増幅することによりレーザビームを取り出すモジュールを並列に接続して出力を増加するように構成された公知の発振器である。
【0082】
このように、本発明に係るレーザ溶接装置は、あらゆるレーザ発振器に適用可能であり、同様に被溶接材100a、100bの溶接部の形状不良、及び溶接割れを低減させることができる。
【実施例】
【0083】
次に実施例によりさらに詳しく説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【0084】
実施例では、表裏面に水分が残存し、端部を突き合わせ形状に切断成形した鋼板を用い、この鋼板を突き合わせ、その突き合わせ部を所定温度に加熱した後、突き合わせ部をレーザにて溶接する本発明方法を行った場合(本発明例)と、突き合わせ部を加熱せずにレーザにて溶接を行った場合(比較例)とにおいて、接合強度の比較をおこなった。なお、本発明例と比較例2は、水分残存量が大きい鋼板を用いた場合で、比較例1は、水分残存量が小さい鋼板を用いた場合である。
<条件>
以下に条件を示す。
・レーザの種類:炭酸ガスレーザ、ファイバレーザ
・レーザの出力:10kW
・鋼板の突き合わせ間隙:0.0mm
・鋼板の板厚:2.2mm、4.0mm
・溶接速度:8.0m/分(板厚2.2mm時)、6.0m/分(板厚4.0mm時)
・突き合わせ部の加熱:誘導加熱にて表裏面の温度を200℃以上に、200℃以上の保持時間1.0秒以上
【0085】
<評価方法>
曲率半径60mmの繰り返し曲げ試験を行い、破断までの回数を比較することにより接合強度を評価した。最大繰り返し数を20回とし、20回の繰り返し曲げをおこなっても破断しなかったものについては接合強度が良好であると判断した。
【0086】
<結果>
表1に結果を示す。
【0087】
【表1】
【0088】
表1に示すように、本発明のレーザ溶接方法によりレーザ溶接をした鋼板では板厚にかかわらず高い繰り返し曲げ強度が得られ、良好な接合強度が得られている。一方、比較例では、水分残存量が大きい場合(比較例1−2、比較例2−2)には、板厚にかかわらず接合強度が極めて低く、水分残存量が小さい場合(比較例1−1、比較例2−1)でも板厚4.0mmでは接合強度が低下した。
【0089】
図13、図14にそれぞれ炭酸ガスレーザとファイバレーザによる溶接部の断面の例を示した。図13(a)および図14(a)は本発明のレーザ溶接方法によるもの、図13(b)及び図14(b)は比較例により溶接したものである。図13(b)および図14(b)に見られるように、水分が残存したままレーザ溶接をすることにより、図13(b)のAで示したようにブローホールの欠陥や図13(b)のB、および図14(b)に示す表面が大きく窪んだ欠陥が見受けられ、この欠陥により溶接強度が低下したものと推察される。
【0090】
以上、現時点において最も実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う、鋼板のレーザ溶接方法、及びそのレーザ溶接装置も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【0091】
1、1a、1b レーザ溶接装置
2 クランプ(保持手段)
3 溶接キャリッジ
4 炭酸ガスレーザ発振器
4b YAG系レーザ発振器
5 ギロチンシャー
6 整形ロール(整形手段)
7 予熱処理用誘導加熱ヘッド(第1の加熱手段)
8 バックロール
9 加工ヘッド(レーザ溶接手段)
10 後熱処理用誘導加熱ヘッド(第2の加熱手段)
11 加圧ロール(加圧手段)
100a、100b 被溶接材
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼板の突き合わせ部分のレーザ溶接方法およびそのレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、熱延鋼板や冷延鋼板等の鋼板を処理するプロセスライン(酸洗、焼鈍、圧延、巻戻し、検査等のライン)においては、連続的に鋼板が供給され、供給された鋼板を連続的に処理する連続ラインがよく用いられる。
【0003】
このような連続的に処理可能な連続ラインに対して、処理する鋼板を連続的に供給するためには、この連続ラインの上流工程において、鋼板と鋼板を突き合わせ溶接することによって途切れることなく鋼板を連続ラインへ供給する必要がある。
【0004】
この連続ラインの上流工程に配置される一般的な溶接装置として、先行する鋼板である溶接材(以下、先行被溶接材という)の端面と、先行被溶接材に対して後行する鋼板である溶接材(以下、後行被溶接材という)の端面とを溶接して接続する溶接装置がある。さらに、溶接する被溶接材が高炭素鋼及び高張力鋼板である場合に、生産性の向上、品質の安定化を目的としてレーザ光を用いて溶接するレーザ溶接装置がよく用いられている。しかしながら、このような高炭素鋼および高張力鋼板のレーザ溶接においては、溶接後の急冷による被溶接材内部のマルテンサイト生成に伴い、溶接割れを生起することが多い。そのため、マルテンサイト生成度合いを低減して溶接割れを少なくさせるため、被溶接材の急激な温度変化を低減する必要があった。
【0005】
例えば、特許文献1には、レーザ溶接を行う端面を相対させた鋼板の突き合わせ溶接部に沿い溶接機の溶接トーチの移動に同期して走行する台車と、この台車に回転可能に配設するとともに、台車の走行に伴い溶接部に下方から裏当てするように構成したロータリー式裏当て部材と、台車の走行に伴い溶接トーチに先行して突き合わせ部及びその近傍部分を予熱するコイルを備える板継溶接装置が記載されている。
【0006】
特許文献2には、レーザビームが通過した後に所定の温度に加熱することにより、溶接金属の硬化を防止し、成形性の良好な溶接部を形成する高張力鋼板のレーザ溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平6−312285号公報
【特許文献2】特開2004−209497号公報
【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、特許文献1に記載の板継溶接装置では、以下のような問題点があった。即ち、鋼板が連続処理される連続ラインに使用されるレーザ溶接装置は、先行被溶接材の端と後行被溶接材の端とを精度良く溶接するため、前処理として先行被溶接材の端と後行被溶接材の端を板継溶接装置に内蔵した切断装置で切断する。このとき、突き合わせ部を形成する端部は平らな面ではなく微小な形状のばらつきを生じ得るとともに、かえりが発生する場合がある。このような端部の形状がばらついたり、かえりが発生したりする状態で誘導加熱及びレーザ溶接を行うと板端の突き合わせギャップの変化により段差溶接または穴あき溶接等の溶接部の形状不良が生じるという問題点があった。
【0009】
また、特許文献1に記載の板継溶接装置では、特に先行被溶接材の板厚と後行被溶接材の板厚とが異なる場合、溶接部において母材との間に段差が生じる。そのため、この段差が生じた状態で被溶接材が後工程である連続ラインに供給され繰り返し曲げを受ける場合、溶接部に局所的に曲げ応力が作用してこの溶接部で破断するという問題があった。
【0010】
さらに、特許文献1に記載の板継溶接装置では、被溶接材の板厚方向に磁束を発生させるので、被溶接材の端面間の接触状況により貫通磁束量が変化し、安定した均一な加熱が難しいという問題がある。
【0011】
ところで、連続ラインに鋼板が供される前には、鋼板表面のスケール粉などの異物を除去するために鋼板表面にスプレー水を供給することが一般的に行われている。あるいは、鋼板表面のスケール粉等の異物がロールに付着しないように、ロール表面にスプレー水を吹きかけながら通板する場合もある。また、スプレー水を供給しない場合であっても、鋼板が水冷却工程などを経ている場合には、鋼板に冷却水が残存していることがある。従って、上記した鋼板の溶接を行う際には、鋼板端部の突き合わせ部分が洗浄水や冷却水により濡れている場合が多い。水分が残存した突き合わせ部にレーザを照射することにより溶接を行うと、水蒸気が発生する。この水蒸気は、溶融金属を吹き飛ばして溶接部の表面が大きく窪んだ欠陥を形成させたり、溶接金属中に残存してブローホール欠陥を形成したりする。このような欠陥を含んだ溶接部は、接合強度の低下を招く。その結果、連続ラインの途中で溶接部から鋼板が破断し、製造ラインを止めてしまう。止められた製造ラインは所定の対処をして復旧させることが必要である。このようなラインの停止及び復旧は製造効率の観点から回避すべき問題である。
【0012】
一方、レーザ溶接を用いるために水による洗浄をしない場合にはスケール粉等が鋼板に残り、これが後の処理により鋼板表面に生じるキズ等の原因となる場合があった。
【0013】
特許文献2等に記載された発明をはじめとする従来の技術では、レーザ溶接の鋼板への適用はされているものの、上記問題ついてこれを解決するものではなく、依然解決の要望が高かった。
【0014】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被溶接材溶接部の形状不良を低減させ、十分な接合強度を得ることができる鋼板のレーザ溶接方法、及びその装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
以下本発明について説明する。
【0016】
請求項1に記載の発明は、水が付着した複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接方法であって、鋼板の端面を突き合わせに適する形状に形成する切断工程と、切断工程により形成された端面を突き合わせる突き合わせ工程と、突き合わせ部分を加熱し、水を除去する第1の加熱工程と、第1の加熱工程により加熱された突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接工程とを備える鋼板のレーザ溶接方法を提供することにより前記課題を解決する。
【0017】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、第1の加熱工程は、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルにより加熱することを特徴とする。
【0018】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、突き合わせ工程と第1の加熱工程との間にさらに、突き合わせ部分を板厚の上下方向から押圧することにより突き合わせ部分の鋼板表裏面を整形する整形工程を備えることを特徴とする。
【0019】
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、レーザ溶接工程で溶接された鋼板の溶接部を加熱する第2の加熱工程と、第2の加熱工程により加熱された溶接部を板厚の上下方向から押圧することによって溶接部を整形する加圧工程とを備えることを特徴とする。
【0020】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の鋼板のレーザ溶接方法において、第2の加熱工程は、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルにより加熱することを特徴とする。
【0021】
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の鋼板のレーザ溶接方法における第2の加熱工程による加熱はレーザ溶接工程と同時に行うことを特徴とする。
【0022】
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の鋼板のレーザ溶接方法における第1の加熱工程で、突き合わせ部分の加熱により該突き合わせ部分の鋼板表裏面の温度がいずれも200℃以上に達することを特徴とする。
【0023】
請求項8に記載の発明は、鋼板に水を接触させる装置の下流側に配置され、複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接装置であって、鋼板の端面を突き合わせに適する形状に形成する切断手段と、突き合わせ部分を加熱して水を除去する第1の加熱手段と、第1の加熱手段により加熱された突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接手段とを備える鋼板のレーザ溶接装置を提供することにより前記課題を解決する。
【0024】
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置において、第1の加熱手段は、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルであることを特徴とする。
【0025】
請求項10に記載の発明は、請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置におけるレーザ溶接手段により突き合わせ部分を溶接する前に該突き合わせ部分を板厚の上下方向から押圧することにより突き合わせ部分の鋼板表裏面を整形する整形手段を備えることを特徴とする。
【0026】
請求項11に記載の発明は、請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置におけるレーザ溶接手段により溶接された鋼板の溶接部を加熱する第2の加熱手段と、該第2の加熱手段により加熱された溶接部を板厚の上下方向から押圧することにより、溶接部を整形する加圧手段とを備えることを特徴とする。
【0027】
請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の鋼板のレーザ溶接装置において、第2の加熱手段は、鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルであることを特徴とする。
【0028】
請求項13に記載の発明は、請求項11に記載の鋼板のレーザ溶接装置における整形手段、第1の加熱手段、レーザ溶接手段、第2の加熱手段および加圧手段を有する溶接キャリッジを走行可能に設けることを特徴とする。
【0029】
請求項14に記載の発明は、請求項8〜13のいずれかに記載の鋼板のレーザ溶接装置におけるレーザ溶接手段は、並列に配置された複数のファイバ状またはディスク状の結晶体から構成されるレーザビーム発振器と該発振器から放出されるレーザ光を伝送する光ファイバとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0030】
本発明のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、被溶接材溶接部の形状不良を低減させ、さらに被溶接材の溶接割れを低減させることができる。そして、連続プロセス中に溶接部の破断を防止することができ、これによる生産ラインの稼動停止を防止し、生産性を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【図2】第1の実施形態に係るレーザ溶接装置の溶接キャリッジの断面を示した断面図である。
【図3】被溶接材を切断するギロチンシャーの説明図である。
【図4】予熱処理用誘導加熱ヘッド及び後熱処理用誘導加熱ヘッドの加熱作用について説明する説明図である。
【図5】ギロチンシャーにより切断された被溶接材を突き合わせた状態を示す板厚方向からみた断面を示す説明図である。
【図6】ギロチンシャーで切断した後の被溶接材を突き合わせた状態を示す平面図である。
【図7】整形ロールで押圧された被溶接材の断面図である。
【図8】フィラワイヤーを使用しないで被溶接材を溶接した場合における溶接部の断面図である。
【図9】フィラワイヤーを使用して被溶接材を溶接した場合の溶接部の断面図である。
【図10】加工ロールで押圧された被溶接材の断面図である。
【図11】被溶接材の厚さが異なる場合において、加工ロールで押圧された被溶接材の断面図である。
【図12】第3の実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【図13】実施例における溶接部断面を示す図である。
【図14】実施例における溶接部断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下に本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【0033】
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【0034】
図1に示すように、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1は、板状の被溶接材を保持するクランプ2と、図1のY方向に移動しながらX方向に搬送される被溶接材を溶接する溶接キャリッジ3と、炭酸ガスレーザ発振器4とを備える。
【0035】
図2は、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1の溶接キャリッジ3の断面を示した断面図である。
【0036】
図2に示すように、溶接キャリッジ3は、搬送される被溶接材の両端を切断する手段であるギロチンシャー5a、5bと、クランプ2により保持された被溶接材のうち突き合わされた部分を板厚の上下方向から押圧することによって整形する手段である整形ロール6a、6bと、整形ロール6a、6bにより整形された被溶接材を誘導加熱する第1の加熱手段である予熱処理用誘導加熱ヘッド7と、予熱処理用誘導加熱ヘッド7により加熱された被溶接材にレーザ光を照射することによってこの被溶接材を溶接する手段である加工ヘッド9と、加工ヘッド9の直下に配置され、溶接中の先行被溶接材及び後行被溶接材の端面を下面から支えると共に、溶接中の被溶接材の下面から漏洩するレーザ光が外部に照射されるのを防止するバックロール8と、加工ヘッド9により溶接された被溶接材を誘導加熱する第2の加熱手段である後熱処理用誘導加熱ヘッド10と、加工ヘッド9により溶接された溶接部を板厚の上下方向から挟み込むことによって整形する加圧手段である加圧ロール11a、11bとを備える。
【0037】
溶接キャリッジ3は、被溶接材を上下から挟むように配設され、サーボモータにより回転速度を制御されたボールネジ(図示せず)を介し、矢印Yの正方向、又は矢印Yの逆方向に移動する。また、ギロチンシャー5a、5b、整形ロール6a、6b、予熱処理用誘導加熱ヘッド7、バックロール8、加工ヘッド9、後熱処理用誘導加熱ヘッド10、及び加圧ロール11a、11bは所定の間隔を設けてY方向に直線上に配置されている。
【0038】
図3は、被溶接材を切断するギロチンシャー5a、5bの説明図である。
【0039】
図3に示すように、クランプ2は、先行被溶接材100aをクランプする前方クランプ2Fと後行被溶接材100bをクランプする後方クランプ2Rとを備えている。前方クランプ2Fは、前方クランプ下部2Fa、前方クランプ上部2Fb、及び前方クランプ上部2Fbを上下方向に駆動させる前方クランプシリンダ2Fcを備えている。同様に、後方クランプ2Rは、後方クランプ下部2Ra、後方クランプ上部2Rb、及び後方クランプ上部2Rbを上下方向に駆動させる後方クランプシリンダ2Rcを備えている。
【0040】
また、図3に示すように、ギロチンシャー5は、下部シャー刃5a、上部シャー刃5b、及び上部シャー刃5bを上下方向に駆動させるシリンダ5cとを備えている。そして、ギロチンシャー5は、溶接キャリッジ3の移動に伴い、前方クランプ2Fと後方クランプ2Rとの間に進入し、または後退する。
【0041】
図4は、予熱処理用誘導加熱ヘッド7及び後熱処理用誘導加熱ヘッド10の加熱作用について説明する説明図である。後熱処理用誘導加熱ヘッド10は予熱処理用誘導加熱ヘッド7と同様の構成を有するので、ここでは予熱処理用誘導加熱ヘッド7についてのみ説明する。
【0042】
図4に示すように、予熱処理用誘導加熱ヘッド7は、鉄心7aとこの鉄心7aに巻回されたコイル7bとを備える。そして、電源(図示しない)からこのコイル7bに電流を通電して磁束(交番磁束)を発生させ、この磁束を被溶接材100a、100bに貫通させることにより被溶接材100a、100bに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて被溶接材100a、100bを加熱する。
【0043】
ここで、予熱処理用誘導加熱ヘッド7の鉄心7a、コイル7bによって発生した磁束は、図4に示すように、被溶接材100a、100bの板厚方向に対して直角な方向、即ち、被溶接材100a、100bの表面に平行に被溶接材100a、100bを貫通する。従って、被溶接材100a、100bの突き合わせ端面の板幅方向における接触・非接触の状態、すなわち被溶接材の対向した端面間の隙間の有無に拘わらず、被溶接材100a、100bを貫通する磁束量は板幅方向に同程度となる。これにより、予熱処理用誘導加熱ヘッド7ならびに後熱処理用誘導加熱ヘッド10は、被溶接材100a、100bの突き合わせ部(溶接部)を均一に加熱昇温するので、それぞれ予熱、後熱を均一に行うことができる。なお、図4では、予熱処理用誘導加熱ヘッド7を被溶接材の下方に設ける場合を示したが、これに限定されるものでなく、被溶接材の上方に設けてもよい。
【0044】
予熱処理用誘導加熱ヘッド7による加熱の程度は上流工程における水洗浄の程度、被溶接材の板厚、予処理用誘導加熱ヘッド7の被溶接材との位置関係等により、適切な到達温度、及び保持時間が採用される。従って特に限定されるものではない。その中でも、確実に水分を除去することができるとともに、製造効率及びエネルギー効率の観点から、突き合わせられた部分における被溶接材の表裏面の温度がいずれも200℃以上とされるとともに、これが1秒間以上保持される加熱が好ましい。これにより必要以上のエネルギーを消費することなく、かつ製造効率を適切に維持することが可能となる。
【0045】
また、図2に示すように、バックロール8は、加工ヘッド9の直下に配置されている。バックロール8は、溶接中の被溶接材100a、100bの端面を下面から支え、被溶接材100a、100bの突き合わせ精度の向上を図り、また、溶接中の被溶接材100a、100bの下面から漏洩するレーザビームが外部に照射されるのを防止する。
【0046】
整形ロール6は、図2に示すように、下部整形ロール6aと、上部整形ロール6bと、上部整形ロール6bを上下方向に駆動するシリンダ6c(図示せず)とを備えている。下部整形ロール6a及び上部整形ロール6bは上下に直線上に配置されており、シリンダ6cにより下部整形ロール6aと上部整形ロール6bとの上下間隔を調整することができる。また、下部整形ロール6a及び上部整形ロール6bは各々支持軸(図示せず)を中心に回転する構造を有する。
【0047】
加圧ロール11は、図2に示すように、下部加圧ロール11aと、上部加圧ロール11bと、上部加圧ロール11bを上下方向に駆動するシリンダ11c(図示せず)とを備えている。下部加圧ロール11a及び上部加圧ロール11bは、上下に直線上に配設されており、下部加圧ロール11aと上部加圧ロール11bとの上下間隔は、シリンダ11cにより調整させる。また、下部加圧ロール11a及び上部加圧ロール11bは、各々支持軸(図示せず)を中心に回転する構造を有する。
【0048】
次に、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1の作用について、図を参照しつつ説明する。
【0049】
まず、先行被溶接材100aが、図1の矢印Xで示す方向に向かってレーザ溶接装置1の溶接キャリッジ3内へ搬送される。その後、搬送された先行被溶接材100aの尾端と所定の間隔を空けて後行被溶接材100bが、レーザ溶接装置1の溶接キャリッジ3内へ搬送される。
【0050】
そして、溶接キャリッジ3内へ搬送された先行被溶接材100aは、図3に示すように、先行被溶接材100aの尾端がギロチンシャー5内に導かれ図3に示す位置で停止する。また、溶接キャリッジ3内へ搬送された後行被溶接材100bも同様に、後行被溶接材100bの先端が同じギロチンシャー5内に導かれ図3に示す位置で停止する。
【0051】
その後、クランプ2F、2Rが先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bを固定する。具体的には、前方クランプ上部2Fbが前方クランプシリンダ2Fcの動力により下降し、前方クランプ下部2Faとの間で、先行被溶接材100aを挟み込むことによって固定する。同様に、後方クランプ上部2Rbが後方クランプシリンダ2Rcの動力により下降し、後方クランプ下部2Raとの間で、後行被溶接材100bを挟み込むことによって固定する。
【0052】
そして、溶接キャリッジ3に内蔵されたギロチンシャ−5の上部シャー刃5bがシリンダ5cの動力により下降し、下部シャー刃5aとの間で挟み込むことによって、先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bの対向する端部を同時に切断する(切断工程)。これにより、先行被溶接材100aの断面と後行被溶接材100bの断面とをほぼ平行することができ、溶接を容易にすることができる。
【0053】
次に、レーザ溶接装置1のギロチンシャー5は、上部シャー刃5bを上昇させる。そして、後行被溶接材100bを拘束している後方クランプ2Rを上部シャー刃5bの刃幅W分だけ先行被溶接材100aを拘束している前方クランプ2F側へ移動させる。これにより、先行被溶接材100aの尾端と後行被溶接材100bの先端とが突き合わされる(突き合わせ工程)。
【0054】
図5は、ギロチンシャー5により切断された先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bを板厚方向からみた断面を示す断面図であり、図6は、ギロチンシャー5で切断した後の被溶接材100a、100bを突き合わせた状態を示した平面図である。
【0055】
図5に示すように、ギロチンシャー5で切断した後、先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bの端面を突き合わせると、微小な形状のばらつきが生じたり、かえりが発生したりする場合がある。さらに図6に示すように、被溶接材100a、100bの突き合わせ部に部分的にギャップが生じる場合がある。
【0056】
このような突き合わせ状態において先行被溶接材100aと後行被溶接材100bとを溶接した場合、板端の突き合わせギャップの変化により段差溶接または穴あき溶接が生じることがある。
【0057】
そこで、整形ロール6a、6bが、ギロチンシャー5で切断した後の突き合わせ部を押圧する(整形工程)ことで、切断によって生じるかえりや切断形状のばらつき等の突き合わせ部における形状不良を矯正することができる。
【0058】
具体的には、まず、レーザ溶接装置1は、図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。その際、上部整形ロール6bは、予め設定された上部整形ロール6bと下部整形ロール6aとの間隔となるように、シリンダ6cの動力により下降される。そして、溶接キャリッジ3のY方向への移動と共に、図7に示すように、上部整形ロール6bは先行被溶接材100aと後行被溶接材100bとの突き合わせ部に乗り上げ、回転しながら予め設定された荷重にて先行被溶接材100a及び後行被溶接材100bの突き合わせ部を押圧する。これにより、切断によって生じる被溶接材100a、100bの突き合わせ部の形状不良を矯正することができる。
【0059】
次に、レーザ溶接装置1は、さらに図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。
【0060】
溶接キャリッジ3の移動に伴い、被溶接材100a、100bの突き合わせ部は、整形ロール6a、6bと所定の間隔を設けて配置されている予熱処理用誘導加熱ヘッド7の上部を通過する。その際、被溶接材100a、100bの突き合わせ部は、予熱処理用誘導加熱ヘッド7によりレーザ溶接の予熱に必要な温度になるように誘導加熱される(第1の加熱工程)。具体的には、電源(図示せず)から予熱処理用誘導加熱ヘッド7のコイル7bに電流を通電して磁束(交番磁束)を発生させ、この磁束を被溶接材100a、100bの表面方向と平行になるように被溶接材100a、100b内を貫通させる。これにより被溶接材100a、100bに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて誘導加熱する。
【0061】
このように、予熱処理用誘導加熱ヘッド7は、被溶接材100a、100bの板厚方向に対して直角な方向、即ち、被溶接材100a、100bの表面に平行に磁束を貫通させることにより、被溶接材100a、100bを誘導加熱するので、被溶接材100a、100bの溶接部を均一に加熱昇温することができる。これにより、被溶接材100a、100bの溶接部の水分を蒸発させ、溶接欠損の発生を防止することができる。
【0062】
また、予熱処理用誘導加熱ヘッド7による加熱によって、溶接部の冷却速度が小さくなり、マルテンサイトの出現が抑制される効果や、加熱によるマルテンサイトの焼き戻しの効果などが得られる。さらに、整形ロール6a、6bにより整形された後に被溶接材100a、100bを誘導加熱するので、熱膨張により突き合わせギャップを最適化することができる。また、後述する加工ヘッド9のレーザパワーの低減や溶接速度の増加の効果を得ることもできる。予熱処理用誘導加熱ヘッド7による予熱の程度は、上流側の工程における水洗浄の程度、被溶接材100a、100bの厚さ、予熱処理用誘導加熱ヘッド7の被溶接材100a、100bとの位置関係等により、適切な到達温度、及び保持時間が採用される。従って特に限定されるものではない。その中でも、確実に水分を除去することができるとともに、製造効率及びエネルギー効率の観点から、突き合わせられた部分における被溶接材の表裏面の温度がいずれも200℃以上とされるとともに、これが1秒間以上保持される加熱が望ましい。これにより必要以上のエネルギーを消費することなく、かつ製造効率を適切に維持することができる。
【0063】
次に、レーザ溶接装置1は、さらに図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。
【0064】
溶接キャリッジ3の移動に伴い、被溶接材100a、100bの突き合わせ部は、バックロール8の上部を通過する。このとき、被溶接材100a、100bは、加工ヘッド9及びバックロール8によって、レ−ザ溶接される(レーザ溶接工程)。具体的には、炭酸ガスレーザ発振器4からの空気伝播されたレーザ光が加工ヘッド9から被溶接材100a、100bの突き合わせ部に照射され、これにより、先行被溶接材100aと後行被溶接材100bとが溶接される。レーザの出力、焦点径、焦点位置、溶接速度等の条件は、鋼板の種類及び板厚、突き合わせにおける鋼板同士の間隙の大きさ、鋼板と加工ヘッドとの距離などにより適宜選択される。
【0065】
さらに、レーザ溶接装置1は、図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。
【0066】
溶接キャリッジ3の移動に伴い、被溶接材100a、100bの突き合わせ部(溶接部)は、後熱処理用誘導加熱ヘッド10の上部を通過する。その際、被溶接材100a、100bの突き合わせ部(溶接部)は、後熱処理用誘導加熱ヘッド10により所定温度に誘導加熱される(第2の加熱工程)。例えば、400℃以上900℃以下の温度に加熱する。これにより、溶接後の急冷が抑制されるため、急冷に伴う溶接部の過剰な硬化が抑制され、通板時の破断が防止される。加熱温度は、550℃程度以上800℃以下とすることが望ましい。具体的には、電源(図示しない)から後熱処理用誘導加熱ヘッド10のコイル10aに電流を通電して磁束(交番磁束)を発生させ、この磁束を被溶接材100a、100bに磁束が表面方向と平行になるように貫通させることにより被溶接材100a、100bに渦電流を誘起させて、この渦電流によりジュール熱を発生させて誘導加熱する。
【0067】
次に、レーザ溶接装置1は、さらに、図2に示した矢印Yで示す方向に溶接キャリッジ3を移動させる。その際、上部加圧ロール11bは、予め設定された上部加圧ロール11bと下部加圧ロール11aとの間隔となるように、シリンダ11cの動力により下降される。そして、溶接キャリッジ3の移動と共に、上部加圧ロール11bは被溶接材100a、100bの溶接部分に乗り上げ、回転しながら予め設定された荷重にて被溶接材100a、100bの溶接部分を押圧する(加圧工程)。これにより、被溶接材100a、100bの表裏面を滑らかに仕上げ、先行被溶接材100aと後行被溶接材100bの板厚が同じ場合は、溶接部の板厚を先行被溶接材100aと後行被溶接材100bの板厚とほぼ同じにすることができる。
【0068】
また、先行被溶接材100aと後行被溶接材100bの板厚が異なる場合においても、上部加圧ロール11bと下部加圧ロール11aとの押圧により溶接部の表面形状を滑らかにすることができる。
【0069】
以上により、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1によれば、被溶接材100a、100bの突き合わせ部の形状不良を矯正して、溶接時の穴あき等の溶接欠損を防止し、更に溶接割れを防止することができる。
【0070】
なお、整形ロ−ル6a、6b、予熱処理用誘導加熱ヘッド7、加工ヘッド9、バックロール8、後熱処理用誘導加熱ヘッド10、加圧ロール11a、11bは溶接進行方向に向かって所定の間隔で配置されている。そのため、予熱処理用誘導加熱ヘッド7による予熱処理及び/又は後熱処理用誘導加熱ヘッド10による後熱処理が必要でない鋼種の被溶接材100a、100bを溶接する場合は、これら予熱処理及び/又は後熱処理を省略するように制御することもできる。
【0071】
<第2の実施形態>
第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1では、予熱処理用誘導加熱ヘッド7により加熱された被溶接材100a、100bにレーザ光を照射することによってこの被溶接材100a、100bを溶接する加工ヘッド9を備える構成とした。
【0072】
第2の実施形態に係るレーザ溶接装置1aでは、加工ヘッド9の替わりにフィラワイヤーを注入する機能を有する加工ヘッド9aを備える構成とする。
【0073】
ここで、フィラワイヤーとは、金属の溶加材であり、特に被溶接材100a、100bが高炭素鋼、高Si鋼等の難溶接材である場合等によく用いられる。加工ヘッド9aにより溶接部にフィラワイヤーを注入しながらレーザ溶接した場合、溶接金属を希釈する効果があり溶接品質を向上させることができる。また、ギロチンシャー5の経年劣化により機械精度が低下し、被溶接材100a、100bの突き合わせ部の形状にばらつきが生じた場合にも、この溶接部にフィラワイヤーを注入しながらレーザ溶接することによって、この被溶接材100a、100bの突き合わせ部における形状のばらつきを吸収することができる。
【0074】
図8は、フィラワイヤーを使用しないで溶接した場合における溶接部の断面図であり、図9はフィラワイヤーを使用して溶接した場合の溶接部の断面図である。
【0075】
図8に示すように、フィラワイヤー無しで被溶接材100a、100bを溶接した場合には溶接部は被溶接材100a、100bの元の厚さに対しやや薄くなる。一方、図9に示すように、フィラワイヤーを用いて溶接した場合、溶接部は被溶接材100a、100bの元の厚さに対し厚くなる。このような被溶接材100a、100bの溶接部継手形状の変化は圧延ラインにおいて圧延した時の鋼板の破断の原因となる。
【0076】
しかし、この第2の実施形態に係るレーザ溶接装置では、溶接部を上部加圧ロール11b及び下部加圧ロール11aにより予め設定された荷重で押圧することにより、図10に示すように、溶接部の表裏面を滑らかに仕上げる事ができる。
【0077】
そのため、溶接部の被溶接材100a、100bの溶接部継手形状が急変する事がないので圧延ラインにおいても鋼板の破断を防止することができる。
【0078】
また、先行被溶接材100aの板厚と後行被溶接材100bの板厚とが異なる場合でも、図11に示すように、溶接部形状を滑らかにする事ができる為、圧延ラインにおいて鋼板の破断を防止することができる。
【0079】
<第3の実施形態>
図12は、第3の実施形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。
【0080】
第1の実施形態に係るレーザ溶接装置1では、炭酸ガスレーザ発振器4と、この炭酸ガスレーザ発振器4から空中伝播されたレーザ光を被溶接材100a、100bの突き合わせ部に照射する加工ヘッド9を備える構成とした。
【0081】
第3の実施形態に係るレーザ溶接装置1bでは、炭酸ガスレーザ発振器4の替わりにYAG系レーザ発振器、複数のファイバ状結晶体を並列に配置したファイバ状レーザ発振器又はディスク状レーザ発振器等の発振器4bを備え、この発振器4bから発光され、光ファイバ12にて伝送されたレーザ光を被溶接材100a、100bの突き合わせ部に照射する加工ヘッド9bを備える構成とする。
なお、ファイバ状レーザ発振器とは、ダブルクラッドファイバのコアファイバにYb(イッテリビウム)を添加し、このダブルクラッド層に導入されたLD(レーザダイオード)励起光が伝送することで、コアファイバが励起・増幅することによりレーザビームを取り出すモジュールを並列に接続して出力を増加するように構成された公知の発振器である。
【0082】
このように、本発明に係るレーザ溶接装置は、あらゆるレーザ発振器に適用可能であり、同様に被溶接材100a、100bの溶接部の形状不良、及び溶接割れを低減させることができる。
【実施例】
【0083】
次に実施例によりさらに詳しく説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【0084】
実施例では、表裏面に水分が残存し、端部を突き合わせ形状に切断成形した鋼板を用い、この鋼板を突き合わせ、その突き合わせ部を所定温度に加熱した後、突き合わせ部をレーザにて溶接する本発明方法を行った場合(本発明例)と、突き合わせ部を加熱せずにレーザにて溶接を行った場合(比較例)とにおいて、接合強度の比較をおこなった。なお、本発明例と比較例2は、水分残存量が大きい鋼板を用いた場合で、比較例1は、水分残存量が小さい鋼板を用いた場合である。
<条件>
以下に条件を示す。
・レーザの種類:炭酸ガスレーザ、ファイバレーザ
・レーザの出力:10kW
・鋼板の突き合わせ間隙:0.0mm
・鋼板の板厚:2.2mm、4.0mm
・溶接速度:8.0m/分(板厚2.2mm時)、6.0m/分(板厚4.0mm時)
・突き合わせ部の加熱:誘導加熱にて表裏面の温度を200℃以上に、200℃以上の保持時間1.0秒以上
【0085】
<評価方法>
曲率半径60mmの繰り返し曲げ試験を行い、破断までの回数を比較することにより接合強度を評価した。最大繰り返し数を20回とし、20回の繰り返し曲げをおこなっても破断しなかったものについては接合強度が良好であると判断した。
【0086】
<結果>
表1に結果を示す。
【0087】
【表1】
【0088】
表1に示すように、本発明のレーザ溶接方法によりレーザ溶接をした鋼板では板厚にかかわらず高い繰り返し曲げ強度が得られ、良好な接合強度が得られている。一方、比較例では、水分残存量が大きい場合(比較例1−2、比較例2−2)には、板厚にかかわらず接合強度が極めて低く、水分残存量が小さい場合(比較例1−1、比較例2−1)でも板厚4.0mmでは接合強度が低下した。
【0089】
図13、図14にそれぞれ炭酸ガスレーザとファイバレーザによる溶接部の断面の例を示した。図13(a)および図14(a)は本発明のレーザ溶接方法によるもの、図13(b)及び図14(b)は比較例により溶接したものである。図13(b)および図14(b)に見られるように、水分が残存したままレーザ溶接をすることにより、図13(b)のAで示したようにブローホールの欠陥や図13(b)のB、および図14(b)に示す表面が大きく窪んだ欠陥が見受けられ、この欠陥により溶接強度が低下したものと推察される。
【0090】
以上、現時点において最も実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う、鋼板のレーザ溶接方法、及びそのレーザ溶接装置も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【0091】
1、1a、1b レーザ溶接装置
2 クランプ(保持手段)
3 溶接キャリッジ
4 炭酸ガスレーザ発振器
4b YAG系レーザ発振器
5 ギロチンシャー
6 整形ロール(整形手段)
7 予熱処理用誘導加熱ヘッド(第1の加熱手段)
8 バックロール
9 加工ヘッド(レーザ溶接手段)
10 後熱処理用誘導加熱ヘッド(第2の加熱手段)
11 加圧ロール(加圧手段)
100a、100b 被溶接材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水が付着した複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた前記鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して前記突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接方法であって、
前記鋼板の端面を突き合わせに適する形状に形成する切断工程と、
前記切断工程により形成された前記端面を突き合わせる突き合わせ工程と、
前記突き合わせ部分を加熱し、前記水を除去する第1の加熱工程と、
前記第1の加熱工程により加熱された前記突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接工程と、を備える鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項2】
前記第1の加熱工程は、前記鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルにより加熱することを特徴とする請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項3】
前記突き合わせ工程と前記第1の加熱工程との間にさらに、前記突き合わせ部分を板厚の上下方向から押圧することにより前記突き合わせ部分の前記鋼板表裏面を整形する整形工程を備えることを特徴とする請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項4】
前記レーザ溶接工程で溶接された前記鋼板の溶接部を加熱する第2の加熱工程と、前記第2の加熱工程により加熱された溶接部を板厚の上下方向から押圧することによって前記溶接部を整形する加圧工程とを備えることを特徴とする請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項5】
前記第2の加熱工程は、前記鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルにより加熱することを特徴とする請求項4に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項6】
前記第2の加熱工程による加熱は前記レーザ溶接工程と同時に行うことを特徴とする請求項4に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項7】
前記第1の加熱工程で、前記突き合わせ部分の加熱により該突き合わせ部分の前記鋼板表裏面の温度がいずれも200℃以上に達することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項8】
鋼板に水を接触させる装置の下流側に配置され、複数の前記鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた前記鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して前記突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接装置であって、
前記鋼板の端面を前記突き合わせに適する形状に形成する切断手段と、
前記突き合わせ部分を加熱して前記水を除去する第1の加熱手段と、
前記第1の加熱手段により加熱された前記突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接手段と、を備える鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項9】
前記第1の加熱手段は、前記鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルであることを特徴とする請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項10】
前記レーザ溶接手段により前記突き合わせ部分を溶接する前に該突き合わせ部分を板厚の上下方向から押圧することにより前記突き合わせ部分の鋼板表裏面を整形する整形手段を備えることを特徴とする請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項11】
前記レーザ溶接手段により溶接された前記鋼板の溶接部を加熱する第2の加熱手段と、該第2の加熱手段により加熱された前記溶接部を板厚の上下方向から押圧することにより、前記溶接部を整形する加圧手段とを備えることを特徴とする請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項12】
前記第2の加熱手段は、前記鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルであることを特徴とする請求項11に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項13】
前記整形手段、前記第1の加熱手段、前記レーザ溶接手段、前記第2の加熱手段および前記加圧手段を有する溶接キャリッジを走行可能に設けることを特徴とする請求項11に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項14】
前記レーザ溶接手段は、並列に配置された複数のファイバ状またはディスク状の結晶体から構成されるレーザビーム発振器と該発振器から放出されるレーザ光を伝送する光ファイバとを備えることを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項1】
水が付着した複数の鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた前記鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して前記突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接方法であって、
前記鋼板の端面を突き合わせに適する形状に形成する切断工程と、
前記切断工程により形成された前記端面を突き合わせる突き合わせ工程と、
前記突き合わせ部分を加熱し、前記水を除去する第1の加熱工程と、
前記第1の加熱工程により加熱された前記突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接工程と、を備える鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項2】
前記第1の加熱工程は、前記鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルにより加熱することを特徴とする請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項3】
前記突き合わせ工程と前記第1の加熱工程との間にさらに、前記突き合わせ部分を板厚の上下方向から押圧することにより前記突き合わせ部分の前記鋼板表裏面を整形する整形工程を備えることを特徴とする請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項4】
前記レーザ溶接工程で溶接された前記鋼板の溶接部を加熱する第2の加熱工程と、前記第2の加熱工程により加熱された溶接部を板厚の上下方向から押圧することによって前記溶接部を整形する加圧工程とを備えることを特徴とする請求項1に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項5】
前記第2の加熱工程は、前記鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルにより加熱することを特徴とする請求項4に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項6】
前記第2の加熱工程による加熱は前記レーザ溶接工程と同時に行うことを特徴とする請求項4に記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項7】
前記第1の加熱工程で、前記突き合わせ部分の加熱により該突き合わせ部分の前記鋼板表裏面の温度がいずれも200℃以上に達することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項8】
鋼板に水を接触させる装置の下流側に配置され、複数の前記鋼板の端面同士を突き合わせ、突き合わせた前記鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射して前記突き合わせ部分を溶接する鋼板のレーザ溶接装置であって、
前記鋼板の端面を前記突き合わせに適する形状に形成する切断手段と、
前記突き合わせ部分を加熱して前記水を除去する第1の加熱手段と、
前記第1の加熱手段により加熱された前記突き合わせ部分をレーザにより溶接するレーザ溶接手段と、を備える鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項9】
前記第1の加熱手段は、前記鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルであることを特徴とする請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項10】
前記レーザ溶接手段により前記突き合わせ部分を溶接する前に該突き合わせ部分を板厚の上下方向から押圧することにより前記突き合わせ部分の鋼板表裏面を整形する整形手段を備えることを特徴とする請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項11】
前記レーザ溶接手段により溶接された前記鋼板の溶接部を加熱する第2の加熱手段と、該第2の加熱手段により加熱された前記溶接部を板厚の上下方向から押圧することにより、前記溶接部を整形する加圧手段とを備えることを特徴とする請求項8に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項12】
前記第2の加熱手段は、前記鋼板の表面に平行に貫通する磁束を発生させるコイルであることを特徴とする請求項11に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項13】
前記整形手段、前記第1の加熱手段、前記レーザ溶接手段、前記第2の加熱手段および前記加圧手段を有する溶接キャリッジを走行可能に設けることを特徴とする請求項11に記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【請求項14】
前記レーザ溶接手段は、並列に配置された複数のファイバ状またはディスク状の結晶体から構成されるレーザビーム発振器と該発振器から放出されるレーザ光を伝送する光ファイバとを備えることを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載の鋼板のレーザ溶接装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2013−27934(P2013−27934A)
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−231844(P2012−231844)
【出願日】平成24年10月19日(2012.10.19)
【分割の表示】特願2008−558111(P2008−558111)の分割
【原出願日】平成20年2月14日(2008.2.14)
【出願人】(000006655)新日鐵住金株式会社 (6,474)
【出願人】(501137636)東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【出願人】(591041369)多田電機株式会社 (13)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年10月19日(2012.10.19)
【分割の表示】特願2008−558111(P2008−558111)の分割
【原出願日】平成20年2月14日(2008.2.14)
【出願人】(000006655)新日鐵住金株式会社 (6,474)
【出願人】(501137636)東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【出願人】(591041369)多田電機株式会社 (13)
【Fターム(参考)】
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