JP4505071B2

JP4505071B2 - 鋼帯の接合方法

Info

Publication number: JP4505071B2
Application number: JP07581099A
Authority: JP
Inventors: 雅謙竹本; 康治田中; 誠村井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000263262A

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において溶接してプレス成形用に供されるようにす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は、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、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】
前記したような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、複数の異なる鋼帯のエッジ部を連続的に溶接するに際し、複数の鋼帯を、溶接ロールと、傾斜して配置する複数の押さえロー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のエッジ部端面に押付力が働くようにしながら溶接位置検出器により溶接位置を検出し、その検出値に基づきレーザー発射管を溶接位置へ追従させてレーザー溶接することにある。また、このような方法において、鋼帯の溶接を行わない側の端部の一方に端部位置決め装置を設置し、押さえロールをそれぞれの鋼帯が前記した端部位置決め装置が設置されている方向に押付力が働くように傾斜させて鋼帯の突き合わせ面を同一平面上で押し付けることを特徴とする鋼帯の接合方法を請求項２に係る発明とし、前記した各発明において、レーザー溶接する溶接点の上流側にフランジロールを配置して鋼帯の間に隙間を設けるようにして行なう方法を請求項３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帯鋼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複数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、板厚等の異なる鋼帯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、更に溶接位置を検出してレーザーを照射するレーザー発射管を溶接位置へ追従させることにより生産性を向上させるとともに、接合品質が良好となる接合を可能とした点にある。
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２種の鋼帯１、２のエッジ部を連続的に接合するものであり、これら鋼帯１と鋼帯２とを並べて上側の押さえロール３、４と、これら押さえロール３、４に比べて大径の下側の溶接ロール５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５側に巻き付けられて通過するものであるが、前記した押さえロール３、４は溶接ロール５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て鋼帯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５に押付ける。
【０００８】
このように本発明では、押さえロール３、４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とともに、溶接位置が変動した際にはレーザーを照射するレーザー発射管を溶接位置へ追従さ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、レーザー溶接するを行う場合、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３、４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、凹凸のよる隙間についても著しく低減させることにより、溶接点のおいて鋼帯１．２の端部間の隙間を著しく小さくするとともに、鋼帯幅の精度不良などにより溶接位置が変動した際には、レーザーを照射するレーザー発射管を溶接位置へ追従させるようにして、安定した溶接品質の確保を可能とするものである。
【０００９】
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３、４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３、４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。
【００１０】
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３、４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３、４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１０に対して、一般的には接合面１０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３、４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１０に向かって両側より押付力を働かせるのは、接合面１０が常に溶接位置に変動しないように両側よりの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３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４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ものであるが、鋼帯幅の精度不良などの要因で溶接位置が若干変動した際には、レーザーを照射するレーザー照射管を溶接位置へ追従させれば有利な接合が可能であ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４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５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５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。
【００１１】
本発明は、レーザービーム９を照射する固定されたレーザー発射管６の位置と、溶接される接合面１０の溶接位置とが一致するように種々の検討を行い、溶接される接合面１０の溶接位置があまり変動しないように通常の発想とは大きく異なる発想を取り入れたものであり、更に、鋼帯の幅精度不良などの要因で若干の変動が生じた場合でもその変動を検出し、その検出値よりレーザー発射管６を溶接位置へ追従するようにしたものである。即ち、通常は接合面１０の位置が溶接位置から変動しないように接合面１０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に示す如く、端部位置決め装置として鋼帯１の外側に入側エッジガイド７と出側エッジガイド８を設け、その入側エッジガイド７と出側エッジガイド８の方向へ鋼帯１が移動するよう傾斜した押さえロール３を溶接ロール５の上部に設ける。押さえロール３は、例えば、シリンダーなどにより溶接ロール５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３は角度θ₁だけ傾斜しているので、鋼帯１は入側エッジガイド７と出側エッジガイド８へ押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３は、その押し付け力と角度θ₁を調整できるようにしている。また、鋼帯１が入側エッジガイド７と出側エッジガイド８に拘束された時、鋼帯１の溶接される接合面１０の位置が溶接位置となるよう入側エッジガイド７と出側エッジガイド８を鋼帯１の幅方向の調整が可能としている。
【００１２】
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４により拘束した状態で移動させ、且つ、θ₂と押さえロール４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１０が鋼帯１の接合面１０に適度な押付力を働かせるようにし、鋼帯１、２のエッジ間に面圧を立て、隙間を押し潰した状態で溶接することとなり、言い換えれば、ピンチ方式の突き合わせをすることになり、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１０と溶接位置を有利に調整した後にレーザー発射管６よりレーザービーム９を照射して溶接し、鋼帯１、２を接合する。なお、押さえロール３、４は、図３、図４に示す如く、鋼帯１、２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。
【００１３】
次に、レーザー発射管６が接合面１０である溶接位置へ追従する方法について述べると、先ず、鋼帯１と鋼帯２の溶接位置である接合面１０を溶接位置検出器１４により検出する。その溶接位置検出器１４は透過型のラインセンサー（オートワイド）タイプとかＣＣＤカメラを利用した画像処理型などが考えられるが、この溶接位置検出器１４のタイプも特にこだわるものではない。そして、例えば鋼帯幅の精度不良などの要因で鋼帯が変動した際、前記した溶接位置検出器１４により検出された溶接位置の検出値は増幅器１５に送られ、制御器１６から変動分の移動をするためモーター１７によりねじ軸１８を回転させてねじ軸１８に固定されているレーザー発射管位置調整機構１９を移動させ、このレーザー発射管位置調整機構１９に固定されているレーザー発射管６を移動させて溶接位置に追従するようにしたものである。なお、２０はねじ軸１８に平行に設けられた支持軸である。また、レーザー発射管６の位置調整は、前記した方式の他に位置制御シリンダーを用いるなどその他の方式も考えられ、その方式は特にこだわるものではない。
【００１４】
また、溶接ロール５は図５に示す如く、溶接位置に相当する箇所に溝１１を設けたものとして、溶接時における溶接ロール５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の接合を示しているが、溶接ロール５の径は全長の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の上面を合わせて溶接し、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５の溝１１を挟んで左右の径を変えた溶接ロール５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５の左右の径を可変するには溶接ロール５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。
【００１５】
さらに、本発明では図８に示す如く、溶接点１２の上流側にフランジロール１３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１２へ搬送するものであるが、その為に鋼帯１、２の接合面１０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１３を設けることはより好ましいものである。
【００１６】
なお、本発明に用いる押さえロール３、４は、それぞれ角度θ₁、θ₂傾斜させるものであるが、角度θ₁、θ₂は共に２°〜２５°が好ましく、また、押さえロール３、４の押さえ力は３５０Ｎ〜２００００Ｎが好ましい。その理由は、角度θ₁、θ₂が２°未満もしくは押さえ力が３５０Ｎ未満では、鋼帯１、２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、θ₂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。
【００１７】
なお、これまで本発明を２条の鋼帯１、２を接合する場合について説明してきたが、３条の鋼帯を前記した２条の鋼帯の場合と同様にして接合してもよく、また、３条の鋼帯を鋼帯の進行方向に対して同一位置で溶接しても、或いは２箇所の溶接位置が異なる位置で溶接してもよく、鋼帯の数や溶接位置は特にこだわるものではない。
【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を接合した。
なお、本発明においては、溶接位置検出器として透過型のラインセンサーを用いてレーザー発射管を溶接位置に追従させながら（図１参照）接合した。
その条件を表１に示し、溶接結果を表２および表３に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

上表から明らかなように、本発明方法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、本発明では鋼帯１、２を接合した後に切断するものとし、比較例では鋼帯１、２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
２鋼帯
３押さえロール
４押さえロール
５溶接ロール
６レーザー発射管
７入側エッジガイド
８出側エッジガイド
９レーザービーム
10 接合面
11 溝
12 溶接点
13 フランジロール
14 溶接位置検出器
15 増幅器
16 制御器
17 モーター
18 ねじ軸
19 レーザー発振管位置調整機構
20 支持軸

Claims

複数の異なる鋼帯のエッジ部を連続的に溶接するに際し、複数の鋼帯を、溶接ロールと、傾斜して配置する複数の押さえロー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のエッジ部端面に押付力が働くようにしながら溶接位置検出器により溶接位置を検出し、その検出値に基づきレーザー発射管を溶接位置へ追従させてレーザー溶接することを特徴とする鋼帯の接合方法。
鋼帯の溶接を行わない側の端部の一方に端部位置決め装置を設置し、押さえロールをそれぞれの鋼帯が前記した端部位置決め装置が設置されている方向に押付力が働くように傾斜させて鋼帯の突き合わせ面を同一平面上で押し付けることを特徴とする請求項１記載の鋼帯の接合方法。
レーザー溶接する溶接点の上流側にフランジロー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請求項１または請求項２記載の鋼帯の接合方法。