JP4047470B2

JP4047470B2 - 鋼帯の接合方法

Info

Publication number: JP4047470B2
Application number: JP33996998A
Authority: JP
Inventors: 雅謙竹本; 康治田中; 満岡本; 庸夫佐々木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000158165A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は板厚や強度或いは性質などの異なる複数の鋼帯を、その長手方向の端部を溶接しプレス成形用に供される鋼帯の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車部品の製造において、深絞り成形、張出し成形等成形性が要求される自動車部品あるいは高強度が要求される自動車部品毎に、その要求に応じた鋼板をプレス成形して自動車部品を製造していたが、自動車部品の中には、成形性が厳しく要求される部位とそれ程成形性が要求されない部位とを備えた自動車部品や高強度が厳しく要求される部位とそれ程高強度が要求されない部位を備えた自動車部品等がある。このような自動車部品を製造する場合、従来は要求される性能に耐えられる一枚の鋼板を用いてプレス成形を行い、成形後の自動車部品を溶接して自動車を製造していた。
【０００３】
また、最近では自動車部品の製造において、必要な部位に必要な板厚と強度を持たせるために、板厚あるいは強度の異なる鋼板をレーザー等で接合して一枚の鋼板となし、その後一体でプレスに供するという、いわゆるテーラードブランクと呼ばれる方法が注目されてきており、このような方法は、例えば、特開平７−２９０１８２号、特開平８−１７４２４６号公報等に見ることができる。また、亜鉛メッキ鋼帯同士をレーザービームで突き合わせ溶接する方法も特公平５−２５５９６号公報などにより公知となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同一素材の一枚の鋼板を用いて自動車部品を成形する方法では、成形する自動車部品に要求される成形性がそれ程要求されない部位まで優れた成形性を有することになり、言い換えれば、素材のオーバーアクションとなるもので、それに伴う素材費のコストアップとなる問題を有していた。また、特開平７−２９０１８２号公報、特開平８−１７４２４６号公報などにより知られるテーラードブランク法は、鋼板を小さな形状に剪断し、これを接合して一枚の鋼板とするために生産性が高められないという課題を有しており、更に、溶接開始端と終了端では接合品質が安定せず、この部分を切り捨てなければならず、製品の歩留りが悪いという欠点を有しており、一方、前述した特公平５−２５５９６号公報に記載された方法では接合が満足するものでなく、有利な接合方法の出現が待たれているところである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した要望に応えることを目的として完成された本発明に係る鋼帯の接合方法の基本構成は、３条の異なる鋼帯１、２、３のエッジ部を連続的に溶接するに際し、鋼帯１、２の溶接を行わない側の端部の一方に、鋼帯の端部位置決め装置を設置し、鋼帯１、２を、溶接ロ−ルと、前記端部位置決め装置を設置してある方向に押付力が働くように同一方向に傾斜して配置する複数の押さえロ−ルとの間を通過させることにより鋼帯に幅方向の力を加えて鋼帯１、２のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレ−ザ−溶接し、次いで、溶接された鋼帯１、２と鋼帯３を、別の溶接ロ−ルと、前記押さえロ−ルと同一方向に傾斜して配置する別の複数の押さえロ−ルとの間を通過させることにより鋼帯に幅方向の力を加えて鋼帯１、２と鋼帯３のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレ−ザ−溶接することにある。また、このような方法において、レ−ザ−溶接する溶接点の上流側にフランジロ−ルを配置して鋼帯の間に隙間を設けるようにしてあることを特徴とする鋼帯の接合方法を請求項２に係る発明とする。
【０００６】
即ち、本発明は、自動車部品に供される鋼板を同一素材の一枚の鋼板とするのではなく、プレス成形する前に板厚や強度或いは性質などの異なる素材を鋼帯のまま溶接しておき、これより成形しようとする自動車部品が要求する成形性あるいは強度を必要な部位に具備する鋼板を得る鋼帯の接合方法であり、しかも、異質の鋼板を小さな形状に剪断した後、これらの端部を突き合わせて接合するという生産性が悪い方法に代え、コイルから捲戻された３条の異なる鋼帯の端部同士を連続的に溶接することにより、生産性が良好でしかも鋼帯の端部の形状精度が悪い場合でも接合品質が良好となる極めて有利となる鋼帯の接合方法を提供することにある。なお、本発明により得られた鋼帯から製造される自動車部品としては、自動車の骨格構造部位などの柱状に近い部品あるいはフロアなどの異種材が平行に接合されて使用される可能性のある部品などがあり、本発明方法によってこれらの部品の飛躍的生産性と歩留りの向上を図ることができることとなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は前記したように、材質、板厚等の異なる３条の鋼帯１、２、３のエッジ部を連続的に有利に溶接する鋼帯の接合方法であり、その大きな特徴とするところは、傾斜する押さえロールを鋼帯１、２に押しつけることにより鋼帯の幅方向に力を加えて鋼帯のエッジ間に押付力が働くようにして溶接し、次いで、溶接された鋼帯１、２と鋼帯３を前述したと同様に傾斜する押さえロールを用いてエッジ間に押付力が働くようにして溶接位置が異にして溶接し、３条の鋼帯１、２、３の溶接を容易にして生産性と共に、接合品質が良好となる接合を可能とした点にある。
【０００８】
以下、図１〜図８を参照しながら本発明を詳細に説明する。
本発明では材質、板厚等の異なる３種類の鋼帯１、２、３のエッジ部を連続的に接合するものであり、先ず、鋼帯１、２を並べて上側の押さえロール４ａ、５ａと、これら押さえロール４ａ、５ａに比べて大径の溶接ロール７ａとの間を通過させる。このとき鋼帯１、２は大径の溶接ロール７ａ側に巻き付けて通過するものであるが、前記押さえロール４ａ、５ａは鋼帯１、２の進行方向と直交するよう配置されている溶接ロール７ａの長手方向に対してそれぞれ角度θ₁、θ₂だけ傾斜させて配置されるようにし、鋼帯１、２に幅方向の力が積極的に加えられるようにして溶接ロール７ａに押し付ける。
【０００９】
このように本発明では、押さえロール４ａ、５ａを傾斜させておくことにより鋼帯１、２に幅方向の力を積極的に加え、溶接する鋼帯１、２のエッジ間に面圧を働かせることを大きな特徴としている。鋼帯１、２の端部を突き合わせてレーザー溶接する際、溶接する鋼帯１、２の間に隙間が発生すると溶接後にアンダーカット等の品質不良が発生しやすくなる。しかし、通常、鋼帯を製造する際には鋼帯幅精度や鋼帯端部の形状品位を確保するために、鋼帯中央部をスリットしたり、端部をトリミングするなどの端部の剪断加工により仕上げるが、鋼帯端部には微少な凹凸が残るため、これらの端面を突き合わせた場合に多少の隙間が発生し、更に、レーザー溶接を行う場合、溶接部の熱収縮により鋼帯の突き合わせ面を押し開こうとする力が加わるため溶接部上流近傍では隙間が発生する。そこで、本発明では押さえロール４ａ、５ａを傾斜させ、鋼帯１、２に幅方向の力を加え、溶接する鋼帯１、２の端部に突き合わせ力を与えることにより、熱収縮による隙間を押しつけ、更に、鋼帯端部の凸部の弾性変形もしくは塑性変形を加え、凹凸による隙間についても著しく低減させることにより、溶接点において、鋼帯１、２の端部間の隙間を著しく小さくすることができ、安定した溶接品質の確保を可能とするものである。
【００１０】
この際、鋼帯の幅方向の力を与えるには、通常、サイドガイドロール等の鋼帯の溶接しない側の端部から力を加える方法が一般的に考えられるが、自動車部品に用いられるような薄手の鋼帯に対しては、これらの方法では大きな力を加えると鋼帯の座屈や端部の耳荒れ等を発生するため大きな力を加えることができず、十分に前述の溶接する鋼帯の端部間の隙間を小さくすることができないという問題があった。そこで、本発明では鋼帯１、２に幅方向の力を加えるのに押さえロール４ａ、５ａを傾斜させて押しつけるという方法を採用し、押さえロール４ａ、５ａの押し付ける力と傾斜角度を適正に調整することにより、鋼帯１、２の座屈や端部の耳荒れを発生させることなく十分な押し付ける力を自動車部品に用いられるような薄手の鋼帯にも与えることができるようにする。
【００１１】
また、本発明では鋼帯１、２の溶接を行わない側の端部の一方に、鋼帯の端部位置決め装置を設置し、押さえロール４ａ、５ａをそれぞれの鋼帯１、２が前記端部位置決め装置を設置してある方向に押付力が働くように傾斜させておくもので、このために押さえロール４ａ、５ａを同一方向に傾斜させることも特徴としている。即ち、鋼帯１と鋼帯２の接合面１０ａに対して、一般的には接合面１０ａに向かって両側より押しつける力を働かせて接合するものであるが、本発明では鋼帯１と鋼帯２共に同一方向に押付力を働かせるようにしたものであり、そのために、押さえロール４ａ、５ａは共にそれぞれ同じ方向の角度θ₁、θ₂だけ傾斜させるものとしてある。接合面１０ａに向かって両側より押付力を働かせるのは、接合面１０ａが常に溶接位置に変動しないように両側よりに押付力をバランス良く調整する必要があるが、その両側よりの押付力を調整することが難しく、本発明の如く、端部位置決め装置側の鋼帯１に対し、押さえロール４ａをθ₁傾けて押しつけることにより鋼帯１の端部位置決め装置側の端部を端部位置決め装置に押し付け、鋼帯１の幅方向位置を安定させることができることとなる。さらに、押さえロール５ａをθ₂傾けて押し付けることにより鋼帯１の溶接端部に押し付けられる鋼帯２の幅方向位置も安定することから、接合面１０ａと溶接位置が変動しないように調整することが極めて容易とする知見より成されたものである。また、溶接する鋼帯端部間の押付力は押さえロール５ａの押し付け力と傾斜角θ₂を調整することにより容易に制御することができ、さらにまた、鋼帯１、２を大径の溶接ロール７ａに巻き付けるのは鋼帯１、２の厚み方向の突き合わせ精度を良く合わせることが可能となるもので、巻き付けをしないと鋼帯１、２と溶接ロール７ａの間の空間ができやすく、鋼帯１と鋼帯２の厚み方向の突き合わせ精度が十分でない可能性が高いからである。
【００１２】
本発明はレーザービーム８ａを照射する固定されたレーザー発射管９ａの位置に対して、溶接される接合面１０ａが常に溶接位置になるように種々の検討を行い、その結果、通常の発想とは大きく異なる本発明に至ったものである。即ち、通常は接合面１０ａの位置が溶接位置から変動しないように接合面１０ａを中心に、その位置へ両側から押付力が鋼帯に与える発想がなされるものであるが、本発明では鋼帯１、２の一側に鋼帯が移動するよう押付力を付与する発想よりなされたものである。例えば、図１の示す如く、端部位置決め装置として鋼帯１の外側にエッジガイド１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設け、そのエッジガイド１１ａ、１１ｂ、１１ｃの方向へ鋼帯１が移動するよう傾斜した押さえロール４ａを溶接ロール７ａの上部に設ける。押さえロール４ａは、例えば、シリンダーなどにより溶接ロール７ａへ押さえる力を与え、鋼帯１を拘束しながら鋼帯１を矢印の方向へ移動させる。このとき押さえロール４ａは角度θ₁だけ傾斜しているので、鋼帯１はエッジガイド１１ａ、１１ｂへ押し付けられるものである。なお、鋼帯１のエッジが損傷しないように押さえロール４ａは押し付け力と角度θ₁を調整できるようにしている。また、鋼帯１がエッジガイド１１ａ、１１ｂに拘束された時、鋼帯１の溶接される接合面１０ａの位置が溶接位置となるようにエッジガイド１１ａ、１１ｂを鋼帯１の幅方向の調整が可能としている。
【００１３】
このように鋼帯１を巾方向の位置調整するものであるが、同様に鋼帯２を角度θ₂だけ傾斜させた押さえロール５ａにより拘束した状態で移動させ、且つ、θ₂と押さえロール５ａの押さえ力を適度に調整することにより、鋼帯２の接合面１０ａが鋼帯１の接合面１０ａに適度な押付力を働かせるようにし、鋼帯１、２のエッジ面の面圧を立て、隙間を押し潰した状態で溶接することとなり、言い換えれば、ピンチ方式の突き合わせをすることにより、溶接品質が向上し、極めて有利なものである。かくすることにより、一方向への押付力を考慮するのみで、鋼帯１、２の接合位置が精度良く調整できると共に、鋼帯１、２のエッジ間に面圧を立てて溶接することとなり溶接品質が向上するものである。このように鋼帯１、２の接合面１０ａを溶接位置へ調整した後にレーザー発射管９ａよりレーザービーム８ａを照射して溶接し、鋼帯１、２を接合する。
【００１４】
このように鋼帯１と鋼帯２を溶接した後、溶接された鋼帯１、２と鋼帯３を、別の溶接ロール７ｂと、傾斜して配置する別の複数の押さえロール４ｂ、５ｂ、６との間を通過させることにより鋼帯に幅方向の力を加えて鋼帯１、２と鋼帯３のエッジ端面に押付力が働くようにしながらレーザー溶接するものである。
即ち、鋼帯１と鋼帯２とを溶接したのと同様に、溶接された鋼帯１、２に鋼帯３を溶接するものであり、角度θ₃、θ₄だけ傾斜した押さえロール４ｂ、５ｂを溶接ロール７ｂの上部に設け、該押さえロール４ｂ、５ｂにより溶接ロール７ｂへ押さえる力を与え、鋼帯１、２をエッジガイド１１ｂ、１１ｃの方向へ移動させる。同様に、鋼帯３を角度θ₅だけ傾斜した押さえロール６により拘束した状態で移動させ、且つ、θ₅と押さえロール６の押さえ力を適度に調整することにより、鋼帯３の接合面１０ｂが鋼帯１、２の接合面１０ｂに適度な押付力を働かせるようにし、鋼帯１、２と鋼帯３のエッジ面に面圧を立て、隙間を押し潰した状態で溶接することとなり、溶接品質が向上し、極めて有利なものである。
なお、押さえロール４、５、６は図３、図４に示す如く、鋼帯１、２、３毎に４個用いてもよく、その配置形態は種々考えられるが、特にこだわるものではない。
【００１５】
また、溶接ロール７ａは図５に示す如く、溶接位置に相当する箇所に溝１２ａを設けたものとして、溶接時における溶接ロール７ａの熱影響による損傷を防止するものとしている。この図５では厚みの異なる鋼帯１、２、３の接合を示しているが、溶接ロール７ａの径が全長にわたって同一径としているために鋼帯１、２は鋼帯１、２の下面に合わせて溶接するようにしている。なお、図６では鋼帯１、２の上面の合わせて溶接し、図７では厚い鋼帯１の厚みの中央に薄い鋼帯２を溶接しているものであるが、このような接合の形態は溶接ロール７の溝１２ａを挟んで左右の径を変えた溶接ロール７ａを用いるようにすれば容易になされるものである。また、溶接ロール７ａの左右の径を可変するのは溶接ロール７ａを拡縮自在とするようにしてもよくその手段は特にこだわるものではない。なお、図５〜図７により溶接ロール７ａを例にして溝１２ａについて述べたが、溶接ロール７ｂについても溶接位置に相当する箇所に溝１２ｂ（図示せず）が設けられており、溶接ロール７ｂについても溶接ロール７ａとその形態は同様である。
【００１６】
さらに、本発明では図８に示す如く、溶接点１３ａの上流側にフランジロール１４ａを配置して鋼帯１、２の間に隙間を設けるようにしている。また、本発明は鋼帯１、２を同一平面上で通板し、溶接点１３ａへ搬送するものであるが、その為に、鋼帯１、２の接合面１０ａが擦れたり、鋼帯１と鋼帯２が重なる場合があるので、それを防止するために鋼帯１、２間にフランジロール１４ａを設けることはより好ましいものである。なお、溶接点１３ｂの上流側にもフランジロール１４ｂを設けることは同様により好ましいものである。
【００１７】
なお、本発明に用いる押さえロール４、５、６は、それぞれ角度θ₁〜θ₅傾斜させるものであるが、角度θ₁〜θ₅は共に２°〜２５°が好ましく、また、押さえロール４、５、６の押さえ力は３５０Ｎ〜２００００Ｎが好ましい。その理由は、角度θ₁〜θ₅が２°未満もしくは押さえ力が３５０Ｎ未満では、鋼帯１、２、３の幅方向への押付力が不足して溶接品質が好ましくなく、角度θ₁〜θ₅が２５°超もしくは押さえ力が２００００Ｎ超では押付力が大きくなりすぎ、鋼帯１、２、３の座屈等が発生する場合があるからである。但し、角度や押さえ力の前記した範囲は好ましい範囲を述べたに過ぎないもので、座屈等の発生がなければこの範囲にこだわるものでない。
また、本発明の３条の異なる鋼帯とは、隣接する鋼帯の材質とか板厚等を異にしているものであり、両端の鋼帯が同一で中央の鋼帯が異なるものも対象としているものである。
【００１８】
【実施例１】
常法に従い製造された表１に示す化学成分の板厚０．７ｍｍ、幅２５０ｍｍの鋼帯１と板厚１．４ｍｍ、幅６９０ｍｍの鋼帯２と、板厚０．７ｍｍ、幅２５０ｍｍの鋼帯３を準備し、２ｋｗのレーザー溶接機にて１．７ｍ／分の速度で鋼帯１と鋼帯２を接合し、次いで、溶接された鋼帯１、２に鋼帯３を２ｋｗのレーザー溶接機にて１．７ｍ／分の速度で接合した。
以下、鋼帯の成分を表１に示し、接合条件および溶接結果を表２、３に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

上表から明らかなように、本発明によると座屈の発生もなく、アンダーカットの発生もなく、極めて良好な溶接品質が得られる。
【００２２】
【実施例２】
実施例１で示す鋼帯１と鋼帯２と鋼帯３を自動車部品（センターピラー）に成形すべく、各々１０００ｍｍに切断した。この場合、本発明は鋼帯１、２、３を接合した後に切断し、比較例では鋼帯１、２、３を切断した後に鋼板を接合した。その時の所要時間を表４に示す。
【００２３】
【表４】

表４に示すように、本発明によると比較例で示す切板接合法に比べると、生産性も飛躍的に向上することが判る。
【００２４】
【発明の効果】
前記説明から明らかなように本発明によれば、自動車部品等をテーラードブランク法で製造する際、溶接品質が良好で、しかも、生産性の良い鋼帯の接合が可能となり、その効果は極めて大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の平面説明図である。
【図２】図１に示す本発明方法の側面説明図である。
【図３】押さえロールを多くした本発明方法の平面説明図である。
【図４】図３に示す本発明方法の側面説明図である。
【図５】本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図６】本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図７】本発明方法の溶接近傍を示す拡大説明図である。
【図８】本発明方法の溶接点上流側にフランジロールを具備した状態の説明図である。
【符号の説明】
１鋼帯１
２鋼帯２
３鋼帯３
４押さえロール
５押さえロール
６押さえロール
７溶接ロール
８レーザービーム
９レーザー発射管
10 接合面
11 エッジガイド
12 溝
13 溶接点
14 フランジロール

Claims

３条の異なる鋼帯１、２、３のエッジ部を連続的に溶接するに際し、鋼帯１、２の溶接を行わない側の端部の一方に、鋼帯の端部位置決め装置を設置し、鋼帯１、２を、溶接ロ−ルと、前記端部位置決め装置を設置してある方向に押付力が働くように同一方向に傾斜して配置する複数の押さえロ−ルとの間を通過させることにより鋼帯に幅方向の力を加えて鋼帯１、２のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレ−ザ−溶接し、次いで、溶接された鋼帯１、２と鋼帯３を、別の溶接ロ−ルと、前記押さえロ−ルと同一方向に傾斜して配置する別の複数の押さえロ−ルとの間を通過させることにより鋼帯に幅方向の力を加えて鋼帯１、２と鋼帯３のエッジ部端面に押付力が働くようにしながらレ−ザ−溶接することを特徴とする鋼帯の接合方法。
レ−ザ−溶接する溶接点の上流側にフランジロ−ルを配置して鋼帯鋼帯の間に隙間を設けるようにしてあることを特徴とする請求項１記載の鋼帯の接合方法。