KR101235953B1

KR101235953B1 - 매쉬 심 용접 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101235953B1
Application number: KR1020117000401A
Authority: KR
Inventors: 신이찌 가가; 노리아끼 도미나가; 다께히꼬 사이또오; 미쯔루 오노세; 야스쯔구 요시무라; 히로또시 다가따; 유우지로오 와따나베; 사또루 제니따니; 이꾸오 와까모또
Original assignee: 미쯔비시 히다찌 세이떼쯔 기까이 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2013-02-21
Also published as: EP2322308A4; JP4500883B2; JPWO2010004656A1; CN102089111A; KR20110018418A; EP2322308A1; BRPI0822917A2; US20110120979A1; CN102089111B; WO2010004656A1

Abstract

상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)을, 그들의 축심(17, 18)이 2매의 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)에 형성되는 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 서로 반대 방향으로 경사지도록 배치하여, 전동 모터(61, 62)로 적극적으로 구동하면서 매쉬 심 용접을 행한다. 이에 의해 접합부의 두께 증가량 및 단차 구배를 대폭 저감할 수 있어, 응력 집중 계수가 저감되고, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다. 또한, 너깃(N)이 접합 계면으로부터 벗어나지 않도록 접합된다. 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)의 경사 방향은, 전극륜(1, 2)의 진행 방향 부분(1A, 2A)이 수평면 내에서 전극륜(1, 2)이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향을 향하는 방향으로 한다. 이에 의해 겹침 부분(L)의 금속판의 단부가 전극륜(1, 2)에 파고 들어가 전극륜에 흠집을 발생시키는 것을 방지하여, 용접시에 먼지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

매쉬 심 용접 방법 및 장치{MASH SEAM WELDING METHOD AND EQUIPMENT}

본 발명은, 2매의 금속판의 단부를 겹치고, 그 겹침 부분을 상하 한 쌍의 전극륜으로 가압하고, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하여, 2매의 금속판을 접합하는 매쉬 심 용접 방법 및 장치에 관한 것이다.

매쉬 심 용접기는, 2매의 금속판의 단부를 겹치고, 그 겹친 부분을 한 쌍의 전극륜으로 가압하고, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하는 동시에, 고온 상태로 가열되어 연화된 접합부를 전극륜으로 압연함으로써, 접합부 두께를 저감하는 용접 방식이다. 그러나 이 용접 방식에서는, 접합부를 모재 두께 상당까지 압연할 수는 없고, 접합부 두께는 모재(금속판)의 두께의 120 내지 160％ 정도로 증가하여, 접합부와 모재 사이에는 단차가 생성되는 문제가 있다.

상기 접합부 두께를 저감하는 방법으로서, 상하 한 쌍의 전극륜에 인접하여 그 편측에 상하 한 쌍의 가압 롤러를 설치하고, 매쉬 심 용접 전에, 그들 전극륜 및 가압 롤러를 지지하는 받침 프레임을 가압 롤러가 선도하는 방향으로 이동하여 금속판의 겹침부를 가압 롤러로 압연하고, 압연 완료 후, 겹친 금속판을 미소량 이격시켜, 접합부 두께를 감소시킨 후에, 상기 받침 프레임을 반대 방향으로 이동하여 당해 겹침부를 한 쌍의 전극륜으로 가압하고, 용접 전류를 흘리면서, 연속적으로 매쉬 심 용접하고, 다시 당해 접합부를 가압 롤러로 압연함으로써, 접합부 두께를 감소시키는 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 1 및 2).

또한, 매쉬 심 용접의 접합부 두께를 저감하고, 또한 택트 타임을 저감할 목적으로, 상하 한 쌍의 전극륜에 인접하여 그 양측에 상하 한 쌍의 제1 및 제2 가압 롤러를 설치하고, 그들 전극륜 및 가압 롤러를 지지하는 받침 프레임을 제1 가압 롤러가 선도하는 일 방향으로 이동하여 금속판의 겹침부를 한 쌍의 제1 가압 롤러로 압연 후, 상기 가압 롤러에 후행하는 한 쌍의 전극륜으로 상기 압연부를 가압하여, 용접 전류를 흘리면서, 연속적으로 매쉬 심 용접을 행하고, 다시 상기 전극륜에 후행하는 제2 가압 롤러로 상기 접합부를 압연함으로써, 접합부 두께를 감소시키는 방법 및 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 1 및 2).

또한, 겹쳐진 2매의 금속판을 매쉬 심 용접 방식으로 접합하는 경우에는, 한 쌍의 전극륜으로 파지한 금속판 두께의 중앙부에 너깃이라 칭하는 용융 응고부가 생성된다. 금속판의 판 두께차가 클수록, 접합 계면은 겹친 금속판 두께의 중앙부로부터 이격되므로, 접합 계면이 너깃으로부터 벗어나, 접합 강도가 저하되는 문제가 있다. 이로 인해, 접합하는 금속판의 판 두께비를 제한해야 하는 과제가 있었다.

접합하는 금속판의 판 두께비의 제한을 완화하기 위해, 매쉬 심 용접 후의 각 금속판의 판 두께가 거의 동등해지도록, 전극륜과 재료 사이의 접촉 면적을 각각 설정하고, 너깃을 접합 계면에 생성시켜, 허용 접합 판 두께비를 확대하는 수단이 제안되어 있다(특허 문헌 3).

특허 문헌 1 : 일본 특허 공고 평2-15314호 명세서 특허 문헌 2 : 일본 특허 공고 평2-16191호 명세서 특허 문헌 3 : 일본 특허 제3350933호 명세서

매쉬 심 용접기는, 2매의 금속판의 단부를 겹치고, 그 겹친 부분을 한 쌍의 전극륜으로 가압하고, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하는 동시에, 고온 상태로 가열되어 연화된 접합부를 전극륜으로 압연함으로써, 접합부 두께를 저감하는 용접 방식이므로, 접합 재료의 두께를 감소시키는 소성 가공 일의 대부분을 전극륜에 의한 압연이 담당한다. 두께 감소되는 접합부의 소성 유동은 전극륜의 압연 방향이 주체가 되지만, 접합부는 인접하는 금속판의 모재와 연속체의 관계에 있어, 압연 방향으로의 소성 유동은 모재의 구속을 받는다. 이 결과, 접합부를 모재 두께까지 압연할 수는 없고, 매쉬 심 용접 방식의 접합부 두께는 모재(금속판)의 두께의 120 내지 160％ 정도로 증가하여, 접합부와 모재의 두께가 다름으로써, 높은 응력 집중 계수를 갖는 단차가 접합부에 생성된다. 이 접합부에 응력이 작용하는 경우에는, 현저하게 강도가 저하되는 문제가 있어, 이 제약에 의해 매쉬 심 용접의 적용 범위가 제한되는 과제가 있었다. 또한, 급준한 단차에 의한 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 발생 혹은 생산성 및 수율 저하의 문제가 있었다.

예를 들어, 매쉬 심 용접기의 접합부는 모재의 120 내지 160％ 정도로 스텝 형상으로 두께 증가하기 때문에, 매쉬 심 용접기를 그대로 합계 압하율이 큰 냉간 압연 설비에 적용한 경우에는, 접합부의 단차부가 모재에 균열 형상으로 끼워 넣어지는 결과, 스트립이라 칭해지는 금속판의 상기 접합부에서 유효 단면적이 저하됨으로써, 냉간 압연시에 부여되는 장력에 대한 단위 장력이 증가하는 동시에, 균열 형상으로 끼워 넣어진 단차의 선단부가 특이 응력장으로 됨으로써, 비약적으로 파단 확률이 높아진다. 이에 의해, 저렴하고 소형인 매쉬 심 용접기는 합계 압하율이 큰 냉간 압연 설비에의 적용은 할 수 없고, 고가이고 대형인 플래시 버트 용접기 혹은 레이저 빔 용접기를 적용할 수 밖에 없는 과제가 있었다.

또한, 테일러드 블랭크에서는, 다른 두께 및 재료 강도를 갖는 강판을 저렴하게 접합할 수 있는 매쉬 심 용접기가 적용되어 있지만, 두께 증가된 접합부의 성형성에 문제가 발생하는 부위 및 접합부 단차에 기인하는 응력 집중의 문제가 발생하는 부위에의 접합에는 적용할 수 없고, 고가인 레이저 빔 용접기를 적용할 수 밖에 없었다.

또한, 제철 업계에 있어서의 연속 어닐링 라인, 아연 도금 강판 제조 설비 등의 생산 라인에는, 수율 및 생산성을 향상시킬 목적으로, 생산 프로세스를 연속화하기 위한 접합 장치로서, 저렴한 매쉬 심 용접기가 적용되어 있다. 그러나 상술한 바와 같이, 매쉬 심 용접에서는 접합부 두께가 두꺼워져 급준한 단차가 형성되므로, 접합부가 스킨 패스 압연기를 통과할 때에는, 작업 롤에의 손상 방지 및 접합부 단차의 작업 롤에의 마크 전사를 방지할 목적으로, 스킨 패스 압연기 전후의 라인 속도를 저하시켜, 압연기의 작업 롤을 개방 내지는 압연 하중을 저하시켜, 작업 롤에의 손상을 방지하는 등의 운전 방법을 채용하여, 생산성 및 수율이 저하되는 과제가 있었다.

특허 문헌 1 및 2에 기재된 종래의 방법 중, 압연 완료 후, 겹쳐진 금속판을 미소량 이격시켜, 접합부 두께를 감소시킨 후에 연속적으로 매쉬 심 용접하고, 다시 당해 접합부를 가압 롤러로 압연하는 전자의 방법에서는, 모재의 110％ 정도의 두께까지 접합부 두께를 감소시킬 수 있다. 그러나 금속판의 단부를 이격시키는 거리가 지나치게 큰 경우에는, 접합부 근방에, 용접 전의 가압 롤러의 압연에 의한 오목부가 남고, 이격량이 부족한 경우에는 접합부의 두께 증가량이 증대된다. 이로 인해, 이격 설정량의 최적 범위가 핀 포인트에밖에 존재하지 않아, 로버스트성이 떨어져, 높은 품질의 접합 강도를 안정적으로 확보하는 것이 곤란하였다.

특허 문헌 1 및 2에 기재된 종래의 방법 중, 전극륜의 양측에 가압 롤러를 설치하고, 받침 프레임의 일 방향의 이동으로 용접 전의 압연, 용접, 용접 후의 압연을 연속적으로 행하는 방법에서는, 접합부의 두께를 충분히 저감시킬 수 없는 등의 과제가 있다. 즉, 금속판은 매쉬 심 용접시의 겹침량이 어긋나지 않도록 클램프 장치에 의해 파지되고, 그 클램프 장치에 의해 용접선 직각 방향으로 구속되어 있으므로, 용접 후의 가압 롤러에 의한 압연 가공에 있어서는, 용접선 직각 방향의 소성 유동량은 제한되고, 상기 롤러 진행 방향으로, 금속을 소성 유동시키는 것이 주체가 된다. 상술한 매쉬 심의 전극륜의 압연과 마찬가지로 하여, 가압 롤러에 의한 압연부의 소성 유동은 모재의 구속을 받아 연신이 현저하게 제한되므로, 모재 두께까지 두께 감소시킬 수 없었다. 또한, 가압 롤러에 의한 압연 가공에 있어서는, 압연에 의해 감소한 접합부 두께의 체적은, 접합부의 길이 방향으로 소성 유동되어 접합부 길이가 길어짐으로써, 흡수된다. 따라서, 가압 롤러에 의해 연신된 접합부와 모재 사이에서 연신차가 발생하여, 접합부가 만곡 혹은 파 형상으로 변형되는 문제가 있었다.

이들에 의해, 매쉬 심 용접 방식에서는, 접합부의 두께 증가를 억제하여, 접합부와 모재 사이에 단차를 생성시키는 일 없이 접합하는 것은 종래 곤란하여, 안정적으로 접합부의 두께 증가량 및 단차 구배를 저감하고, 또한 높은 접합 강도를 갖는 매쉬 심 용접 방법이 요망되어 왔다.

한편, 매쉬 심 용접에서는 한 쌍의 전극륜에 의해 가압된 2매의 금속판의 판 두께 방향 중앙부에 너깃이 생성된다. 2매의 금속판의 판 두께차가 큰 경우에는, 너깃 생성 개소가 접합 계면을 벗어나, 접합 강도가 저하되는 문제가 있어, 접합하는 2매의 금속판의 판 두께비를 1:1.5 정도 이하로 제한하고, 이 이상의 판 두께비에 대해서는 매쉬 심 용접을 적용하지 않는 것이 실정이었다.

종래, 그 문제를 해결하는 방법으로서는, 특허 문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 서로 평행한 2 축심 주위로 회전 가능하게 설치된 한 쌍의 전극륜 중, 두꺼운 금속판측의 접촉 면적을 얇은 금속판측의 전극륜의 접촉 면적보다 작게 함으로써, 매쉬 심 후의 판 두께를 개략 일치시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나 2매의 금속판의 판 두께차를 정량적으로 제어하기 위해서는, 금속판의 겹침부를 전극륜 단부에 배치해야 한다. 예를 들어, 2㎜와 3㎜의 금속판의 접합에서는, 금속판의 겹침량은 개략 판 두께 상당으로 되므로, 전극륜과 재료 사이의 접촉 폭은 2㎜ 내지 3㎜ 정도로 된다. 전극륜의 몸통 단부에 접합부를 배치하고, 전극륜과 금속판 사이의 면압을 필요 정밀도로 유지하는 경우에는, 상하 방향으로 동작하는 전극륜 프레임의 간극, 전극륜 베어링 간극 및 전극륜의 마모량을 0.2㎜ 내지 0.3㎜ 정도의 높은 수준으로 관리하여, 접합 폭 방향의 위치 결정 정밀도를 높여야 하는 과제가 있었다. 또한, 금속판의 위치를 결정하는 클램프 장치에도 높은 강성과 정밀도가 요구되어, 설비가 대형이고 고가인 것으로 되는 과제가 있었다. 또한, 가령 너깃을 접합 계면 중앙부에 생성시킬 수 있었다고 해도, 접합부 두께를 모재와 동일한 정도로 저감시킬 수 없어, 피로 강도가 요구되는 부위에의 적용은 한정된다고 하는 과제가 남았다.

본 발명의 제1 목적은, 2매의 금속판의 접합부의 단차 구배를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있는 매쉬 심 용접 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은, 판 두께가 다른 금속판을 접합하는 경우에, 비교적 간단하고 저렴한 구성으로, 매쉬 심 용접에 의해 생성되는 너깃을 접합 계면에 생성시킬 수 있어, 접합 강도를 향상시키고, 허용 접합 이후량(異厚量)을 확대할 수 있는 매쉬 심 용접 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

<제1 발명>

상술한 과제를 해결하는 제1 발명은, 2매의 금속판의 단부를 겹치고, 그 겹침 부분을 상하 한 쌍의 전극륜으로 가압하여, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하여, 상기 2매의 금속판을 접합하는 매쉬 심 용접 방법에 있어서, 상기 한 쌍의 전극륜의 축심을, 상기 2매의 금속판의 겹침 부분에 형성되는 용접선에 직교하는 직선에 대해, 서로 반대 방향으로 수평면 내에서 경사시켜, 상기 한 쌍의 전극륜을 적극적으로 구동하면서 상기 2매의 금속판을 접합하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 상하 한 쌍의 전극륜의 축심을 경사시켜, 한 쌍의 전극륜을 적극적으로 구동하면서 2매의 금속판을 접합함으로써, 2매의 금속판의 겹침 부분에 용접선에 직교하는 방향의 전단력이 작용하고, 이것이 겹침 부분에 동일 방향의 전단 변형을 부여하고, 종래의 전극륜의 압연에 의한 용접선 방향의 소성 유동에 더하여, 용접선에 직교하는 방향의 소성 유동이 발생하여, 이 용접선에 직교하는 방향의 소성 유동에 의해 접합 후의 겹침 부분(접합부)의 두께 증가량을 현저하게 저감한다. 그 결과, 그 직후에 그 접합부를 가압 롤러로 압연함으로써, 접합부의 두께 증가량이 더욱 저감되어, 단차 구배를 대폭 저감할 수 있다. 또한, 단차 구배가 저감되므로, 응력 집중 계수가 저감되어, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 2매의 금속판의 판 두께가 다른 경우는, 금속판의 판 두께에 따라서 전극륜의 축심의 경사 각도를 조정함으로써, 겹침 부분에 있어서의 각각의 금속판의 두께 감소량이 조정되므로, 너깃이 접합 계면으로부터 벗어나지 않도록 접합된다. 따라서, 단차 구배의 저감에 의한 응력 집중 계수의 저감에 더하여, 너깃을 접합 계면에 생성시킴으로써 접합부의 접합 강도가 비약적으로 향상되어, 허용 접합 이후량을 확대하여, 조업의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한, 한 쌍의 전극륜을 경사시켜 적극 구동할 뿐인 구성이므로, 비교적 간단하고 저렴한 구성으로 실현할 수 있다.

<제2 발명>

상술한 과제를 해결하는 제2 발명은, 제1 발명에 관한 매쉬 심 용접 방법에 있어서, 상기 한 쌍의 전극륜의 진행 방향 부분이 수평면 내에서, 상기 전극륜이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향을 향하도록, 상기 한 쌍의 전극륜의 축심을 상기 용접선에 직교하는 직선에 대해 각각 경사시켜 상기 2매의 금속판을 접합하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 전극륜이 용접의 진행에 따라서 겹침 부분을 이동할 때, 겹침 부분의 금속판의 단부가 전극륜에 파고 들어가 전극륜에 흠집을 발생시키는 것을 방지하여, 그 결과 그 흠집이 원인으로 용접시에 먼지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

<제3 발명>

상술한 과제를 해결하는 제3 발명은, 제1 또는 제2 발명에 관한 매쉬 심 용접 방법에 있어서, 상기 2매의 금속판은 판 두께가 다르고, 상기 2매의 금속판의 판 두께가 두꺼운 측의 전극륜의 축심의 경사 각도를 얇은 측의 전극륜의 축심의 경사 각도보다 크게 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 2매의 금속판의 판 두께가 두꺼운 측의 전극륜의 축심의 경사 각도를 크게 함으로써, 판 두께가 두꺼운 측의 금속판의 두께 감소량을 크게 하여, 판 두께가 얇은 금속판의 두께 감소량과 거의 일치시켜, 너깃이 접합 계면에 생성되도록 접합하여, 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

<제4 발명>

상술한 과제를 해결하는 제4 발명은, 제1 내지 제3 발명 중 어느 하나에 관한 매쉬 심 용접 방법에 있어서, 상기 겹침 부분의 용접 개시 전과 용접 종료 후 중 적어도 한쪽의 공정에서는, 상기 한 쌍의 전극륜을 접촉시키는 제1 설정과, 상기 한 쌍의 전극륜을 접촉시키지 않거나, 상기 용접시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정 중 어느 하나의 설정으로 하고, 상기 제1 설정에서는 상기 한 쌍의 전극륜을 비구동으로 하고, 상기 제2 설정에서는 상기 한 쌍의 전극륜을 구동하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 상하 전극륜에 과대한 스러스트력이 작용하는 것을 방지할 수 있어 상하 전극륜 베어링의 수명이 연장되고, 나아가서는 상하 전극륜의 마모가 억제되어, 운전 비용을 저감할 수 있다.

<제5 발명>

상술한 과제를 해결하는 제5 발명은, 제1 내지 제4 발명 중 어느 하나에 관한 매쉬 심 용접 방법에 있어서, 상기 2매의 금속판을 상기 매쉬 심 용접에 의해 접합한 후, 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 상기 용접선에 직교하는 직선에 대해 수평면 내에서 경사시켜, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 적극적으로 구동하여 상기 접합부의 단차를 상기 가압 롤러의 진행 방향으로 압연하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 상하 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 경사시켜, 한 쌍의 가압 롤러를 적극적으로 구동하면서 압연함으로써, 상하 한 쌍의 전극륜의 축심을 경사시킨 경우와 마찬가지로, 접합부에 용접선에 직교하는 방향의 전단력이 작용하고, 이것이 접합부에 전단 변형을 부여하여, 이 용접선에 직교하는 방향의 전단 유동에 의해 접합부의 두께 증가량을 현저하게 저감시킨다. 그 결과, 전극륜에 의한 매쉬 심 용접시와 가압 롤러에 의한 압연시의 양쪽에서, 용접선에 직교하는 방향의 전단 변형에 의해 접합부의 두께 증가량을 저감시키고, 동일 두께의 금속판의 접합에서는 금속판의 모재 두께 상당까지 확실하게 압연하여 단차를 평활화할 수 있어, 이 두께의 금속판의 접합부는 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 대폭 저감할 수 있다. 그 결과, 전극륜의 축심만을 경사시킨 경우에 비해, 보다 확실하게 응력 집중 계수를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

<제6 발명>

상술한 과제를 해결하는 제6 발명은, 제5 발명에 관한 매쉬 심 용접 방법에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러의 진행 방향 부분이 수평면 내에서, 상기 가압 롤러가 처음에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 상기 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 상기 용접선에 직교하는 직선에 대해, 각각 경사시켜 상기 접합부의 단차를 상기 진행 방향으로 압연하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 단차부가 금속판의 모재에 끼워 넣어지는 것을 방지할 수 있고, 단차부가 모재에 끼워 넣어진 경우에 생성되는 균열 형상 결함(미용착 결함)을 방지할 수 있어, 접합부의 품질이 향상된다.

<제7 발명>

상술한 과제를 해결하는 제7 발명은, 2매의 금속판의 단부를 겹치고, 그 겹침 부분을 상하 한 쌍의 전극륜으로 가압하여, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하여, 2매의 금속판을 접합하는 매쉬 심 용접 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 전극륜은, 각각의 축심이 상기 2매의 금속판의 겹침 부분에 형성되는 용접선에 직교하는 축선에 대해, 서로 반대 방향으로 수평면 내에서 경사지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 제1 발명에 관한 매쉬 심 용접 방법에 있어서, 2매의 금속판의 접합부의 단차 구배를 저감하기 위해, 응력 집중 계수가 저감되고, 높은 접합 강도를 확보하는 동시에, 2매의 금속판의 판 두께가 다른 경우는, 비교적 간단하고 저렴한 구성으로 매쉬 심 용접에 의해 생성되는 너깃을 접합 계면에 생성하여 접합 강도를 향상시켜, 허용 접합 이후량을 확대하는 제조 설비를 제공할 수 있다.

<제8 발명>

상술한 과제를 해결하는 제8 발명은, 제7 발명에 관한 매쉬 심 용접 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 전극륜의 축심을 상기 용접선에 직교하는 축선에 대해, 각각 독립적으로 수평면 내에서 경사시키는 기구를 갖는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 금속판의 판 두께에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 금속판의 판 두께의 이후 범위가 넓은 매쉬 심 용접 장치를 제공할 수 있다.

<제9 발명>

상술한 과제를 해결하는 제9 발명은, 제7 또는 제8 발명에 관한 매쉬 심 용접 장치에 있어서, 상기 매쉬 심 용접에 의해 접합한 2매의 금속판의 접합부를 압연하는 상하 한 쌍의 가압 롤러를 더 구비하고, 상기 한 쌍의 가압 롤러는, 각각의 축심이 상기 접합부의 용접선에 직교하는 직선에 대해 수평면 내에서 경사지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 제5 발명에 관한 매쉬 심 용접 방법에 있어서, 전극륜에 의한 매쉬 심 용접시와 가압 롤러에 의한 압연시의 양쪽에서, 용접선에 직교하는 방향의 전단 변형에 의해 접합부의 두께 증가량을 저감하고, 금속판의 접합부는 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 대폭 저감할 수 있어, 보다 확실하게 응력 집중 계수를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보하는 제조 설비를 제공할 수 있다.

<제10 발명>

상술한 과제를 해결하는 제10 발명은, 제9 발명에 관한 매쉬 심 용접 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 상기 용접선에 직교하는 직선에 대해, 각각 독립적으로 수평면 내에서 경사시키는 기구를 갖는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 단차량에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 금속판의 판 두께의 이후 범위가 넓은 접합 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 매쉬 심 용접 방식으로 금속판을 접합하는 경우에, 상하 한 쌍의 전극륜의 축심을 경사시켜, 한 쌍의 전극륜을 적극적으로 구동하면서 2매의 금속판을 접합하므로, 용접선 직각 방향으로 전단 변형에 의해 접합부의 두께 증가량을 현저하게 저감하여, 단차 구배를 대폭 저감하는 것이 가능해지고, 그 결과, 응력 집중 계수가 저감되어 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 2매의 금속판의 판 두께가 다른 경우는, 금속판의 판 두께에 따라서 전극륜의 축심의 경사 각도를 조정함으로써, 너깃을 접합 계면에 생성시킬 수 있고, 이것에 의해서도 접합 강도를 향상시켜, 허용 접합 이후량을 확대하여, 조업의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한, 한 쌍의 전극륜을 경사시켜, 적극 구동할 뿐인 비교적 간단하고 저렴한 구성으로 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 금속판의 접합부의 단차 구배를 저감 혹은 접합부의 단차를 평활화함으로써, 접합부의 응력 집중 계수를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있으므로, 하기와 같이 매쉬 심 용접의 적용 범위 확대, 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 방지 혹은 생산성 및 수율 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명에서는, 매쉬 심 용접의 접합부의 단차 구배를 저감, 혹은 접합부의 단차를 평활화하여, 접합부의 응력 집중 계수를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있으므로, 제철용 냉간 압연 프로세스에 있어서는, 다음 공정에 있어서의 냉간 압연시의 작업 롤에의 흠집 발생 방지 및 내장력 성능이 향상되므로, 종래 적용되지 않은 냉간 압연 프로세스에의 매쉬 심 용접이 적용 가능해진다.

또한, 테일러드 블랭크에 있어서도, 그 접합부 단차의 응력 집중에 의해, 피로 강도가 필요한 부위에의 매쉬 심 용접의 적용이 회피되어 왔지만, 단차 구배의 저감 혹은 단차의 평활화에 의해 응력 집중이 완화되고, 프레스 성형성도 향상됨으로써, 고가인 레이저 빔 용접기로부터 저렴한 매쉬 심 용접기로의 변경이 가능해진다.

또한, 연속 어닐링 라인, 아연 도금 강판 제조 설비 등의 생산 라인에서는, 스킨 패스 압연기의 작업 롤과 접합부의 접촉 각도(응력 집중 계수)를 저감시킬 수 있고, 이 결과 작업 롤과 재료 사이의 접촉 면압을 저감하여, 라인 속도를 저하시키는 일 없이 작업 롤에의 흠집 발생 및 접합부 마크 전사를 방지할 수 있어, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전극륜의 축심을 수평면 내에서 반대 방향으로 경사시켰으므로, 전극륜에 의한 접합시, 접합부에 작용하는 전단력이, 클램프 장치를 향하는 힘과 서로 상쇄되게 되어, 이에 의해 클램프 장치를 접합부의 부근에 배치하지 않아도, 판 두께가 얇은 금속판을 접합할 때의 클램프 장치와 접합부 사이의 금속판 부분의 좌굴(buckling)을 방지할 수 있고, 그 결과 클램프 장치와 접합부 사이에 비교적 넓은 공간을 확보할 수 있어, 전극륜 및 가압 롤러 및 그들에 관한 설비 배치의 제약을 완화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 매쉬 심 용접 장치의 개략도이다.
도 2는 판 두께가 동등한 2매의 금속판을 겹치고, 그 겹침 부분을 상하 하나의 전극륜으로 가압하고 있는 용접 개시시의 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 종래의 축심을 경사시키지 않는 전극륜을 사용하여 판 두께가 동등한 2매의 금속판을 매쉬 심 용접에 의해 접합한 직후의 단차를 갖는 접합부 형상을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 의한 전극륜을 사용하여 2매의 금속판을 매쉬 심 용접에 의해 접합한 직후의 단차를 갖는 접합부 형상을 도시하는 도면이다.
도 5는 전극륜의 축심을 경사지게 하여 겹침부를 접합하는 경우의 접촉호 길이 내에서의 메탈 플로우를 도시하는 도면이며, 일례로서 상부 전극륜(1)의 경우를 도시하는 도면이다.
도 6은 한 쌍의 전극륜의 축심을 용접선에 직교하는 직선에 대해, 전극륜의 진행 방향의 측에 위치하는 부분이 수평면 내에서, 전극륜이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 각각 경사시킨 경우의 용접시의 접합부 단면 및 전극륜을, 전극륜 후방으로부터 전극륜 진행 방향으로 본 도면이다.
도 7a는 도 6의 용접시의 상태에 있어서, 상부 전극륜을 경사시키는 방향을 명확하게 하기 위해, 상부 전극륜을 연직 상방으로부터 본 도면이다.
도 7b는 도 6의 용접시의 상태에 있어서, 하부 전극륜을 경사시키는 방향을 명확하게 하기 위해, 하부 전극륜을 연직 상방으로부터 본 도면이다.
도 8은 한 쌍의 전극륜의 축심을 용접선에 직교하는 직선에 대해, 전극륜의 진행 방향의 측에 위치하는 부분이 수평면 내에서, 전극륜이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향을 향하도록, 각각 경사시킨 경우의 용접시의 접합부 단면 및 전극륜을, 전극륜 후방으로부터 전극륜 진행 방향으로 본 도면이다.
도 9a는 도 8의 용접시의 상태에 있어서, 상부 전극륜을 경사시키는 방향을 명확하게 하기 위해, 상부 전극륜을 연직 상방으로부터 본 도면이다.
도 9b는 도 8의 용접시의 상태에 있어서, 하부 전극륜을 경사시키는 방향을 명확하게 하기 위해, 하부 전극륜을 연직 상방으로부터 본 도면이다.
도 10a는 종래의 축심을 경사시키지 않는 전극륜을 사용하여 동일 두께의 2매의 금속판을 매쉬 심 용접에 의해 접합한 경우의 너깃 생성 개소를 도시하는 도면이다.
도 10b는 종래의 축심을 경사시키지 않는 전극륜을 사용하여 다른 두께의 2매의 금속판을 매쉬 심 용접에 의해 접합한 경우의 너깃 생성 개소를 도시하는 도면이다.
도 11은 접합 후의 각 금속판의 두께가 균등해지도록, 판 두께가 두꺼운 금속판측의 전극륜 축심의 경사 각도를, 얇은 측과 비교하여 크게 설정하여, 접합하는 경우의 용접시의 상태를 도시하는 도면이다.
도 12a는 도 11의 용접시의 상태에 있어서, 상부 전극륜을 경사시키는 방향을 명확하게 하기 위해, 상부 전극륜을 연직 상방으로부터 본 도면이다.
도 12b는 도 11의 용접시의 상태에 있어서, 하부 전극륜을 경사시키는 방향을 명확하게 하기 위해, 하부 전극륜을 연직 상방으로부터 본 도면이다.
도 13은 매쉬 심 용접 개시 전의 상하 전극륜의 축심을 경사시켜, 상하 전극륜을 압박하고 있는 상태와 상하 가압 롤을 압박하고 있는 상태를 도시하는 도 1과 동일한 도면이다.
도 14는 상하 전극륜의 축심을 경사시킨 상태에서 상하 전극륜을 압박 및 구동하였을 때의 상하 전극륜의 속도 벡터 및 상대 미끄러짐 속도를 도시하는 도면이다.
도 15는 도 1에 도시한 매쉬 심 용접 장치의 제어계의 개략을 도시하는 도면이다.
도 16은 전극륜의 축심의 경사 각도를 임의의 각도로 변경 가능하게 하는 전극륜 경사 기구를 도시하는 도면이다.
도 17은 접합부에 단차가 있는 상태의 응력 집중 개소를 도시하는 도면이다.
도 18a는 종래의 매쉬 심 용접부와 압연기용 작업 롤의 맞댐을 도시하는 도면이다.
도 18b는 전극륜의 축심을 경사시켜 압연하고, 접합부의 단차를 평활화한 경우의 매쉬 심 용접부와 압연기용 작업 롤의 맞댐을 도시하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 매쉬 심 용접 장치의 개략도이다.
도 20a는 한 쌍의 가압 롤러의 진행 방향 부분이 수평면 내에서, 가압 롤러가 처음에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 용접선에 직교하는 직선에 대해 각각 경사시켜, 압연하는 경우의 가압 롤러 압연 초기 상태를 도시하는 도면이다.
도 20b는 도 20a와 같이 압연한 경우의 가압 롤러 압연 종료 상태를 도시하는 도면이다.
도 21a는 도 20a와 비교하여, 가압 롤러를 역방향으로 경사시킨 경우, 즉 한 쌍의 가압 롤러의 진행 방향 부분이 수평면 내에서, 가압 롤러가 처음에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판이 존재하는 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러의 축심을 용접선에 직교하는 직선에 대해 각각 경사시켜, 압연하는 경우의 가압 롤러 압연 초기 상태를 도시하는 도면이다.
도 21b는 도 21a와 같이 압연한 경우의 가압 롤러 압연 종료 상태를 도시하는 도면이다.
도 22는 금속판이 보통강인 경우의 재료 온도와 변형 저항의 상관을 나타내는 도면이다.

다음에, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서의 금속판은 제철 라인에 있어서의 냉간 압연 강판을 예로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 매쉬 심 용접 장치의 개략도이다.

도 1에 있어서, 본 실시 형태에 관한 매쉬 심 용접 장치는, 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2), 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4), 입구측 및 출구측 클램프 장치(7, 8), 캐리지 프레임(9), 전극륜 압박 장치(10) 및 가압 롤러 압박 장치(11)를 구비하고 있다. 전극륜 압박 장치(10) 및 가압 롤러 압박 장치(11)는 예를 들어 유압 실린더이다. 상부 전극륜(1)과 상부 가압 롤러(3)는 각각 전극륜 압박 장치(10) 및 가압 롤러 압박 장치(11)를 통해 캐리지 프레임(9)의 상부 수평 프레임(9a)에 지지되고, 하부 전극륜(2)과 하부 가압 롤러(4)는 각각 설치 블록(51, 52)을 통해 캐리지 프레임(9)의 하부 수평 프레임(9b)에 지지되어 있다. 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)는 캐리지 프레임(9) 내에서 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)에 인접하여 배치되어 있다.

캐리지 프레임(9)은 저부에 지지 롤러(54)를 구비하고, 지지 롤러(54)를 통해 대판(55) 상을 접합하는 2매의 금속판(5, 6)에 직교하는 방향(용접 방향)으로 이동 가능하다. 입구측 및 출구측 클램프 장치(7, 8)는, 각각 상하 한 쌍의 클램프 부재(7a, 7b ; 8a, 8b)와, 상하의 압박 실린더 장치(7c, 7d ; 8c, 8d)와, 지지 프레임(7e ; 8e)을 갖고, 클램프 부재(7a, 7b ; 8a, 8b)는 지지 프레임(7e ; 8e) 내에서 상하의 압박 실린더 장치(7c, 7d ; 8c, 8d)를 통해 지지되고, 지지 프레임(7e ; 8e)은 대판(55) 상에 지지되어 있다.

매쉬 심 용접 장치는, 또한 상하 한 쌍의 전극륜 회전 구동용 전동 모터(61, 62)를 구비하고, 상하 한 쌍의 전극륜 회전 구동용 전동 모터(61, 62)는, 각각 전극륜 압박 장치(10) 및 설치 블록(51)의 측면에 설치되고, 예를 들어 체인 및 스프로킷 기구(67)에 의해 전극륜(1, 2)의 회전축에 연결되고, 전동 모터(61, 62)의 회전 동력이 전극륜(1, 2)에 전달된다.

또한, 전극륜 압박 장치(10)에는, 전극륜(1, 2)의 축심을 경사시키기 위한 경사 기구(27)(도 16)가 설치되어 있다.

도 2는 판 두께가 동등한 2매의 금속판(5, 6)을 겹치고, 그 겹침 부분을 본 실시 형태의 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)으로 가압하고 있는 용접 개시시의 상태를 도시하는 도면이고, 도 3은 종래의 축심을 경사시키지 않는 전극륜을 사용하여 판 두께가 동등한 2매의 금속판(5, 6)을 매쉬 심 용접에 의해 접합한 직후의 단차를 갖는 접합부 형상을 도시하는 도면이고, 도 4는 본 실시 형태에 의한 전극륜(1, 2)을 사용하여 2매의 금속판(5, 6)을 매쉬 심 용접에 의해 접합한 직후의 단차를 갖는 접합부 형상을 도시하는 도면이다.

본 실시 형태에 있어서, 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)은, 도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 각각의 축심(17, 18)이 2매의 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)(도 2의 사선 부분)에 형성되는 용접선(X)(도 5 참조)에 직교하는 축선(Y)(도 5 참조)에 대해, 서로 반대 방향으로 수평면 내에서 경사지도록 설치되고, 전극륜(1, 2)을 전동 모터(61, 62)로 적극적으로 구동하면서 2매의 금속판(5, 6)을 접합하는 구성으로 되어 있다. 전극륜 압박 장치(10)에는 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)의 경사 각도를 조정하기 위한 경사 기구(27)(도 16)가 설치되어 있다.

금속판(5, 6)의 접합시에는, 우선 금속판(5, 6)의 단부를 겹치고, 그 상태에서 입구측 및 출구측 클램프 장치(7, 8)의 클램프 부재(7a, 7b ; 8a, 8b)로 금속판(5, 6)을 파지하여 위치를 고정한다. 계속해서, 대판(55) 상에 설치한 실린더 장치(57) 등의 구동 장치에 의해 캐리지 프레임(9)을 용접 방향으로 이동시킴으로써, 캐리지 프레임(9)에 지지된 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)과 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 금속판(5, 6)에 대해 상대적으로 이동시켜, 접합과 가압을 연속해서 실시한다. 이때, 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)을 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2) 사이에 끼우고, 전극륜 압박 장치(10)에 의해 전극륜(1, 2)을 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)에 압박하고, 전동 모터(61, 62)로 전극륜(1, 2)을 적극적으로 회전 구동하면서, 전극륜(1, 2)에 용접 전류를 흘려 저항 발열시켜, 용접(매쉬 심 용접)한다. 또한, 전극륜(1, 2)에 의해 겹침 부분(L)을 용접한 직후, 그 접합부(용접부)(J)를 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4) 사이에 끼우고, 가압 롤러 압박 장치(11)에 의해 가압 롤러(3, 4)를 접합부에 압박하면서, 금속판(5, 6)의 접합부(J)를 가압하여 압연한다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 종래의 축심을 경사시키지 않는 전극륜(1, 2)을 사용하여 매쉬 심 용접한 경우의 접합부(J)(도 3의 사선 부분)의 두께는 금속판(5, 6)의 모재의 판 두께의 120 내지 160％ 정도로 증가하여, 접합부와 모재[금속판(5, 6)] 사이에 단차(S)가 생성된다. 즉, 전극륜(1, 2)을 경사시키지 않는 종래 기술에서는, 전극륜 압박 장치(10)에 의해 전극륜(1, 2)을 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)에 압박하여 용접하면서 압연하였다고 해도, 용접선 직각 방향의 소성 유동은 전극륜(1, 2)과 재료 사이의 마찰 계수로 구속됨으로써 한정되고, 또한 전극륜(1, 2)의 진행 방향의 소성 유동은 인접하는 모재의 구속을 받으므로, 금속판의 모재 두께까지, 전극륜(1, 2)에 의해 접합부 두께를 저감할 수 없었다.

본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)을, 그들의 축심(17, 18)이 겹침부(L)의 용접선에 직교하는 직선(용접선 직각 방향의 직선)에 대해 수평면 내에서 서로 반대 방향으로 경사지도록 배치하고, 전극륜(1, 2)을 전동 모터(61, 62)로 적극적으로 구동하면서 매쉬 심 용접을 행한다.

이에 의해 압연 방향[전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향]뿐만 아니라, 용접선(접합선)(X)에 직교하는 직선(Y)의 방향, 즉 용접선 직각 방향의 전단력(14)이 겹침부(L)에 작용하고, 이 전단력(14)에 의한 전단 변형에 의해 용접선 직각 방향의 소성 유동이 촉진되어, 접합부 두께(접합부의 두께 증가량)를 현저하게 저감한다. 그 결과, 그 직후에 그 접합부(J)를 가압 롤러(3, 4)로 압연함으로써, 접합부(J)의 두께 증가량을 더욱 저감하여 금속판의 모재 두께 상당까지 압연하여, 단차 구배를 대폭 저감할 수 있다. 또한, 단차 구배가 저감되므로, 응력 집중 계수가 저감되어, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 경사시킴으로써, 용접선 직각 방향의 소성 유동(메탈 플로우)이 촉진되는 작용의 상세를 도 5를 사용하여 설명한다.

도 5는 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 경사시켜 겹침부(L)를 접합하는 경우의 접촉호 길이 내에서의 메탈 플로우를 도시하는 도면으로, 일례로서 상부 전극륜(1)의 경우를 도시하고 있다. 도면 중, 부호 A는 전극륜(1)의 진행 방향(용접 방향)을 도시하는 화살표이고, X는 용접 방향(A) 상에 있는 겹침부(L)에 형성되는 용접선을 가상적으로 도시하는 직선이고, Y는 용접선(X)에 직교하는 직선이다. 또한, 부호 45는 전극륜(1)의 축심(17)에 직교하는 직선(축심 직각 방향의 직선)이며, 전극륜(1)의 폭 방향 중앙부를 통과하는 직선이고, α는 전극륜(1)의 경사 각도[용접선(X)과 상부 전극륜(1)의 축심 직각 방향의 직선(45)이 이루는 각도]이다. 또한, 부호 46은 전극륜(1)이 겹침부(L)에 접촉하는 접촉호 길이 부분이고, R은 접촉호 길이 부분(46)에 있어서의 전극륜(1)의 속도 벡터이고, R1은 속도 벡터(R)의 용접선(X)의 방향의 성분이고, R2는 속도 벡터(R)의 용접선(X)에 직각 방향의 성분이다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 전극륜(1)의 축심(17)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사시켜 전극륜(1)을 겹침 부분(L)에 압박하면서 적극적으로 회전 구동하면, 전극륜(1)과 겹침 부분(L) 사이의 압박력 및 마찰 계수에 의해, 겹침 부분(L)과의 접촉호 길이 부분(46)에 용접선(X)에 직각 방향의 속도 벡터 성분(R2)에 대응한 전단력이 겹침 부분(L)에 작용하여, 겹침 부분(L)에 속도 벡터 성분(R1)의 방향[용접선(X)에 평행한 방향]의 메탈 플로우뿐만 아니라 속도 벡터 성분(R2)의 방향[용접선(X)에 직각 방향]의 메탈 플로우, 즉 전단력(14)에 의한 전단 변형에 의한 용접선(X)에 직각 방향의 소성 유동이 발생한다. 이 용접선(X)에 직각 방향의 전단 변형 내지는 소성 유동에 의해 겹침 부분(L)의 접합 후의 두께(접합부 두께)를 저감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 각각 경사시켜, 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 전동 모터(61, 62)로 적극적으로 구동하면서 겹침 부분(L)을 가압하면서 용접함으로써, 겹침 부분(L)에 용접선 직각 방향의 전단력(14)이 작용하여, 겹침 부분(L)의 접합부 두께를 저감한다. 이 전단력(14)은 재료의 변형 저항에 의존하므로, 변형 저항이 높을수록 금속판(5, 6)으로부터 전극륜(1, 2)에 작용하는 스러스트력(13)이 증대된다. 이와 같이 스러스트력(13)이 증대된 경우, 전극륜(1, 2) 및 그 베어링의 수명 저하나, 스러스트력(13)에 대한 유지력을 설정함으로써 장치 전체가 대형화되는 문제가 있다.

본 실시 형태에서는, 상술한 전극륜(1, 2)의 축선(17, 18)의 경사에 의한 스러스트력(13)의 발생시는, 겹침 부분(L)의 가열 용접(매쉬 심 용접)시이다. 매쉬 심 용접시에는, 금속판의 판 두께에도 의존하지만, 접합부 근방의 온도는 1000℃ 내지 1400℃ 정도까지 상승한다. 따라서, 접합부(J)는 이 이상의 온도일 것이라 추정된다. 한편, 금속판(5, 6)의 변형 저항은 재료 온도에 의존하고, 접합부(J)의 온도가 1000℃ 내지 1400℃ 정도인 경우의 변형 저항은 극히 작아(도 22 참조), 스러스트력(13)의 증대를 억제함으로써 설비를 소형화할 수 있다. 또한, 고온에서의 전단 변형이므로, 접합부 두께를 효과적으로 저감할 수 있다.

도 6, 도 7a 및 도 7b와 도 8, 도 9a 및 도 9b는, 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 경사시키는 각도 α 방향의 2종류의 설정 상태를 도시하는 도면이다.

상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 경사시키는 각도 α의 방향은 2종류 설정 가능하다.

제1 설정 방법은, 도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 전극륜(1, 2)의 진행 방향(A)의 측에 위치하는 부분(이하, 진행 방향 부분이라 함)(1A, 2A)이 수평면 내에서, 전극륜(1, 2)이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록 각각 경사시키는[상부 전극륜(1)의 진행 방향 부분(1A)은 도시 우측의 금속판(6)측으로 경사시키고, 하부 전극륜(2)의 진행 방향 부분(2A)은 도시 좌측의 금속판(5)측으로 경사시키는] 것이다. 이 경우는, 금속판(5, 6)의 단부(5A, 6A)로부터 금속판(5, 6)이 존재하는 방향으로 전극륜(1, 2)으로부터 금속판(5, 6)에 상기 속도 벡터 성분(R2)에 대응한 전단력(14)이 작용하여, 동일 방향의 용접선 직각 방향으로 전단 변형을 부여하면서 매쉬 심 용접을 행하여, 접합부 두께를 저감한다. 또한, 이때 겹침 부분(L)[접합부(J)]으로부터 전극륜(1, 2)에 전단력(14)과 반대 방향의 힘이 스러스트력(13)으로서 작용한다. 환언하면, 겹침 부분(L)에 스러스트력(13)의 반력이 전단력(14)으로서 작용한다.

제2 설정 방법은, 도 8, 도 9a 및 도 9b에 도시하는 바와 같이, 제1 설정 방법과 비교하여, 전극륜(1, 2)을 역방향으로 경사시키는 것이다. 즉, 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 전극륜(1, 2)의 진행 방향 부분(1A, 2A)이 수평면 내에서, 전극륜(1, 2)이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향을 향하도록, 각각 경사시키는[상부 전극륜(1)의 진행 방향 부분(1A)은 도시 좌측의 금속판(5)측으로 경사시키고, 하부 전극륜(2)의 진행 방향 부분(2A)은 도시 우측의 금속판(6)측으로 경사시키는] 것이다. 이 경우는, 금속판(5, 6)이 존재하는 측으로부터 금속판(5, 6)의 단부(5A, 6A)를 향하는 방향으로 전극륜(1, 2)으로부터 금속판(5, 6)에 상기 속도 벡터 성분(R2)에 대응한 전단력(14)이 작용하고, 동일 방향의 용접선 직각 방향으로 전단 변형을 부여하면서 매쉬 심 용접을 행하여, 접합부 두께를 저감한다. 이때도, 겹침 부분(L)[접합부(J)]으로부터 전극륜(1, 2)에는 전단력(14)과 반대 방향의 힘이 스러스트력(13)으로서 작용한다.

본 실시 형태에서는 제2 설정 방법을 채용한다. 그 이유는 하기와 같다.

일반적으로 전극륜(1, 2)의 재질은 전기 전도율이 높은 구리계 재료가 적용된다. 구리계 재료는 접합 재료와 비교하여, 재료 강도적으로 떨어지는 문제가 있다. 전극륜(1, 2)의 진행 방향 부분(1A, 2A)이 수평면 내에서, 전극륜(1, 2)이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 각각 경사시키고, 금속판(5, 6)의 단부(5A, 6A)로부터 금속판(5, 6)이 존재하는 방향으로 전극륜(1, 2)으로부터 금속판(5, 6)에 전단력(14)을 작용시킨 경우는, 용접의 진행에 따라서 전극륜 표면이 금속판(5, 6)의 단부(5A, 6A)의 코너부에 파고 들어가는 방향으로 전극륜(1, 2)이 진행되므로, 접합 재료의 코너부에서 전극륜 표면이 깎아내어지는 새로운 과제가 발생한다. 이러한 경우에는, 전극륜(1, 2)과 재료 사이의 전류 밀도가 국소적으로 집중되어, 먼지의 요인이 되는 동시에 전극륜 수명을 현저하게 저하시킨다.

이에 대해, 전극륜(1, 2)의 진행 방향 부분(1A, 2A)이 수평면 내에서, 전극륜(1, 2)이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향을 향하도록, 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 각각 경사시켜, 금속판(5, 6)이 존재하는 측으로부터 금속판(5, 6)의 단부(5A, 6A)를 향하는 방향으로 전극륜(1, 2)으로부터 금속판(5, 6)에 상부 전단력(14)을 작용시킨 경우는, 금속판(1, 2)의 단부(1A, 2A)의 코너부의 파고들어감에 의한 전극륜(1, 2)의 손상을 회피하고, 또한 금속판(5, 6)측으로의 전단 응력 부여가 가능해진다.

전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)의 경사 각도(α)는 금속판(5, 6)의 판 두께에 따라서 설정한다. 정성적으로는, 판 두께가 작은 경우에는 경사 각도(α)를 작게 설정하고, 판 두께가 커질수록 경사 각도(α)를 크게 설정한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상부 전극륜(1)의 축심(17)의 경사에 의한 전단 변형은 상부 전극륜(1)과 재료 사이의 접촉호 길이 부분(46) 내에서, 경사 각도(α)에 의해 지배되므로, 금속판(5, 6)의 판 두께에 따라서 설정하는 경사 각도(α)를 적절하게 조정한다. 금속판(5, 6)의 판 두께가 다른 재료를 접합한 경우에는, 상부 전극륜(1)의 경사 각도(α)는 겹침 부분(L)의 상측에 위치하는 금속판의 판 두께에 따라서 설정하고, 하부 전극륜(2)의 경사 각도(α)는 겹침 부분(L)의 하측에 위치하는 금속판의 판 두께에 따라서 설정한다. 즉, 다른 두께의 금속판을 접합하는 경우는, 상하의 전극륜(1, 2)으로 경사 각도(α)를 다르게 한다.

도 10a 및 도 10b는, 종래의 축심을 경사시키지 않는 전극륜을 사용하여 2매의 금속판(5, 6)을 매쉬 심 용접에 의해 접합한 경우의 너깃 생성 개소를 도시하는 도면으로, 도 10a는 동일 두께의 금속판을 접합한 경우를 도시하고, 도 10b는 다른 두께의 금속판을 접합한 경우를 도시한다. 도 11, 도 12a 및 도 12b는, 본 실시 형태에 의한 전극륜(1, 2)을 사용하여 두께가 다른 금속판(5, 6)을 매쉬 심 용접에 의해 접합한 경우의 너깃 생성 개소 및 상하 전극륜(1, 2)의 경사 각도의 차이를 도시하는 도면이다.

매쉬 심 용접에서는, 도 10a에 도시하는 바와 같이, 너깃(N)이 전극륜(1, 2)으로 파지한 판 두께 중앙부에 생성된다. 금속판(5)과 금속판(6)의 판 두께차가 적은 경우에는, 접합 계면 중앙부에 너깃(N)이 생성되지만, 금속판(5)과 금속판(6)의 판 두께차가 큰 경우에는, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 너깃(N)이 접합 계면 중앙부로부터 벗어나는 문제가 있어, 이 제약에 의해, 매쉬 심 용접 방식의 금속판(5)과 금속판(6)의 접합 판 두께의 이후 비율은 1:1.5 정도 이하로 제한되어 왔다.

본 발명에서는, 도 11, 도 12a 및 도 12b에 도시하는 바와 같이, 전극륜(1, 2)이 처음에 접촉하는 금속판(5, 6)이 존재하는 방향을 전극륜(1, 2)의 진행 방향 부분(1A, 2A)이 향하도록, 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사시키는 동시에, 판 두께가 두꺼운 측의 금속판인 금속판(5)과 접촉하는 상부 전극륜(1)의 경사 각도(α1)를 판 두께가 얇은 쪽의 금속판인 금속판(6)과 접촉하는 하부 전극륜(2)의 경사 각도(α2)보다도 크게 함으로써, 전극륜(1, 2)과 금속판(5, 6)의 재료 사이의 압박력 외에, 두꺼운 측의 금속판(5)의 재료에 보다 많은 용접선 직각 방향의 전단 변형(전단 응력)을 작용시킴으로써, 겹쳐 접합한 후의 각각의 금속판 부분의 판 두께가 개략 일치하도록 접합시키는 것이 가능해진다.

상기 경사 각도(α1, α2)는 이후량에 따라서, 이후차의 저감에 필요한 전단 변형이 부여되도록 설정된다. 이에 의해 너깃(N)을 접합 계면 상에 생성시킬 수 있어, 접합 강도를 저하시키는 일 없이, 이후 비율을 높일 수 있고, 또한 겹침 접합부(J)의 두께 증가량을 저감시켜, 조업상의 제약을 적게 하는 동시에, 이후 접합시의 접합 품질을 향상시킬 수 있다.

도 13은 매쉬 심 용접 개시 전의 상하 전극륜의 축심을 경사시키고, 상하 전극륜을 압박하고 있는 상태와 상하 가압 롤을 압박하고 있는 상태를 도시하는, 도 1과 동일한 도면이다.

도 14는 상하 전극륜의 축심을 경사시킨 상태에서 상하 전극륜을 압박 및 구동하였을 때의 상하 전극륜의 속도 벡터 및 상대 미끄러짐 속도를 도시하는 도면이다.

종래 겹침 부분의 단부로부터 전극륜(1, 2)으로 압연하면서 용접을 행하는 경우에는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 접합 개시 전의 상태에서 전극륜(1, 2)끼리를 압박 및 회전시켜, 전극륜(1, 2)이 겹침 부분(L)의 단부에 도달 후, 그대로 상하 전극륜(1, 2)에 의해 압연 및 용접을 개시한다. 상하 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 경사시켜 압박 및 구름 이동시킨 경우에는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 상하 전극륜(1, 2)의 롤러 속도 벡터(28, 29)가 일치하지 않고, 전극륜(1, 2)의 축 방향으로 상대 미끄러짐 속도(30)가 생성된다. 이 상대 미끄러짐 속도(30)는, 전극륜(1, 2) 사이의 압박력 및 마찰 계수에 의해, 상하 전극륜(1, 2)의 축 방향으로 스러스트력이 생성된다. 이들 스러스트력은 전극륜 베어링 수명을 저하시키는 동시에, 전극륜(1, 2) 사이에서 스틱 슬립을 생성시켜, 기계계의 이상 진동 및 전극륜(1, 2)의 마모를 촉진한다. 이로 인해, 본 발명에서는, 겹침부(L)의 용접 개시 전과 용접 종료 후 중 적어도 한쪽의 공정, 바람직하게는 양쪽의 공정에서는, 상하 전극륜(1, 2)끼리를 접촉시키는 제1 설정과, 상하 전극륜(1, 2)끼리를 접촉시키지 않거나, 혹은 용접시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정 중 어느 하나의 설정으로 하고, 전자의 제1 설정에서는, 상하 전극륜(1, 2)의 전동 모터(61, 62)에 의한 회전은 비구동으로 하고, 후자의 제2 설정에서는, 상하 전극륜(1, 2)의 전동 모터(61, 62)에 의한 회전은 구동으로 한다. 그리고 제1 설정에서는, 상하 전극륜(1, 2)이 겹침 부분(L)의 측단부에 도달 후, 즉시 전동 모터(61, 62)의 구동을 개시하여, 상하 전극륜(1, 2)을 적극적으로 회전 구동한다. 또한, 제2 설정에서는, 상하 전극륜(1, 2)이 접합부(J)의 측단부에 도달 후, 즉시 전극륜 압박 장치(10)의 구동을 용접시의 설정으로 전환하여, 상하 전극륜(1, 2)에 압박력을 부여한다. 이에 의해 과대한 스러스트력의 생성을 방지할 수 있고, 베어링 수명을 연장시키는 동시에, 상하 전극륜(1, 2)의 마모를 억제한다.

도 15는, 도 1에 도시한 매쉬 심 용접 장치의 제어계의 개략을 도시하는 도면이다. 매쉬 심 용접 장치의 제어계는, 상위 제어 장치(71)와, 캐리지 프레임 구동 제어 장치(72), 매쉬 심 제어 장치(73) 및 가압 롤러 제어 장치(74)를 갖고, 상위 제어 장치(71)는 캐리지 프레임 구동 제어 장치(72), 매쉬 심 제어 장치(73) 및 가압 롤러 제어 장치(74)의 제어를 통괄하고, 캐리지 프레임 구동 제어 장치(72)는 캐리지 프레임(9)의 구동용 실린더 장치(57)의 유압 회로(도시하지 않음)에 작동 지령을 부여하여, 실린더 장치(57)의 구동을 제어하고, 매쉬 심 제어 장치는 전극륜 압박 장치(10)의 유압 회로(도시하지 않음) 및 전동 모터(61, 62)에 작동 지령을 부여하여, 이들 구동을 제어하고, 가압 롤러 제어 장치는 가압 롤러 압박 장치(11)의 유압 회로(도시하지 않음)에 작동 지령을 부여하여, 이들 구동을 제어한다. 또한, 캐리지 프레임(9)의 상부 수평 프레임(9a)에는 상부 전극륜(1)에 인접하여 레이저 거리계(75)가 설치되고, 매쉬 심 제어 장치(73) 및 가압 롤러 제어 장치(74)는 레이저 거리계(75)의 검출 신호를 입력하고, 그 신호에 기초하여 금속판(5, 6)의 겹침 부분의 단부가 레이저 거리계(75)의 바로 아래에 온 타이밍을 검출한다. 또한, 매쉬 심 제어 장치(73) 및 가압 롤러 제어 장치(74)에는 레이저 거리계(75)와 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4) 사이의 거리와, 캐리지 프레임(9)의 이동 속도가 미리 입력되어 있고, 금속판(5, 6)의 겹침 부분의 단부가 레이저 거리계(75)의 바로 아래에 온 타이밍과 그들의 거리 및 이동 속도에 기초하여 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4)가 금속판(5, 6)의 겹침 부분의 단부를 끼워 넣는 타이밍을 연산하고, 그 타이밍의 전후에서, 상하 전극륜(1, 2)의 접촉에 관한 상술한 설정 상태(제1 설정인지 제2 설정인지)에 따라서 전극륜 압박 장치(10) 및 전동 모터(61, 62)의 제어 및 가압 롤러 압박 장치(11)의 제어를 적절하게 다르게 한다.

전극륜(1, 2)의 축심의 경사 각도는 고정이라도 좋지만, 바람직하게는 임의의 각도로 변경 가능하게 한다. 도 16은 그 경우의 전극륜의 경사 기구를 도시하는 도면이다. 또한, 도시의 번잡함을 피하기 위해, 전극륜을 회전 구동하는 전동 모터 및 체인 및 스프로킷 기구의 도시는 생략하고 있다.

도 16에 있어서, 전극륜 압박 장치(10)에는 경사 기구(27)가 설치되고, 경사 기구(27)를 작동시킴으로써 상부 전극륜(1)의 축심의 경사 각도는 수평면 내에서 임의의 각도로 설정 가능하다. 경사 기구(27)는 각종 방식을 취할 수 있지만, 도시의 예에서는 전동 구동 방식이다. 즉, 경사 기구(27)는, 전극륜 압박 장치(10)의 상단부에 설치되고, 캐리지 프레임(9)의 상부 수평 프레임(9a)에 회전 가능하게 삽입된 회전축(81)과, 이 회전축(81)을 피니언(82, 83)을 통해 회전 구동하는 전동 모터(84)를 구비하고, 전동 모터(84)는 경사 각도 제어 장치(85)에 의해 제어된다. 도시는 하지 않았지만, 경사 기구(27)는 설정 후의 경사각을 유지하기 위한 로크 장치를 구비하고 있다.

또한, 경사 기구(27)는, 상부 전극륜(1)의 경사 각도를 검지하기 위한 각도 센서(86)를 구비하고, 경사 각도 제어 장치(85)는 접합 개시 전에 상위 제어 장치(71)로부터 금속판(5, 6)의 판 두께에 따라서 각도 정보를 입수하여 설정하고, 각도 센서(86)의 신호를 사용하여 전극륜(1)의 경사 각도가 설정 각도에 일치하도록 전동 모터(84)를 구동 제어한다. 그 경우, 금속판(5, 6)의 판 두께와 전극륜(1, 2)의 관계는, 사전에 제어 모델을 구축해 두고, 이들 제어 모델로부터 상위 제어 장치(71)에 있어서 데이터베이스를 구성하여, 상위 제어 장치(71)로부터 설정해야 할 각도를 수시로 부여한다. 이에 의해 금속판(5, 6)의 판 두께에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 접합재의 허용 이후 비율을 높이고, 또한 이후 접합부의 너깃(N)을 확실하게 접합 계면 중앙에 생성시킴으로써, 고품질의 접합부를 저렴한 기기 구성으로 실현할 수 있다. 각도 센서(86)는 도시한 바와 같이 회전축(81)의 회전 각도를 검출하는 것이라도 좋고, 전동 모터(84)의 회전 각도를 검출하는 인코더라도 좋다.

또한, 금속판(5, 6)의 판 두께는, 전극륜(1, 2)에 의한 용접 전에 예를 들어 전술한 레이저 거리계(75) 등의 검출 수단으로 계측하고, 이 판 두께의 계측값으로부터 데이터베이스의 설정 정보에 기초하여 설정해야 할 각도를 부여하여, 실시간으로 경사 각도를 제어해도 좋다.

도 17은 접합부에 단차가 있는 상태의 응력 집중 개소를 도시한다.

제철용 냉간 압연 및 테일러드 블랭크에 있어서의 프레스 성형에서는, 접합 후의 가공 공정에 있어서, 접합부에 높은 응력이 작용한다. 즉, 도 17에 도시하는 바와 같이, 금속판(5, 6)의 접합부(J)에 단차(S)가 있으면, 당해 단차 부분이 응력 집중 개소로 된다. 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 경사시켜 용접하고, 그 후, 가압 롤러(3, 4)로 접합부를 압연하고, 접합부(J)의 단차 구배를 대폭 저감함으로써, 응력 집중 계수를 저감할 수 있어, 접합부의 내강도가 향상되므로, 제철용 냉간 압연 및 프레스 성형에 의한 가공 용도에 적용할 수 있다.

도 18a는 종래의 매쉬 심 용접부와 압연기용 작업 롤의 맞댐을 도시하는 도면이고, 도 18b는 전극륜의 축심을 경사시켜 용접하고, 그 후, 가압 롤러로 압연하여, 접합부의 두께 증가량 및 단차 구배를 대폭 저감시킨 경우의 매쉬 심 용접부와 압연기용 작업 롤의 맞댐을 도시하는 도면이다.

종래, 예를 들어 스킨 패스 압연 공정에 있어서, 압연의 상부 공정인 접합 공정에서 접합된 접합부를 스킨 패스 압연기로 압연시킬 때에는, 도 18a에 도시하는 바와 같이, 접합부를 그대로 통과시키면 접합부의 급준한 단차(S)가 상부 작업 롤(22)에 닿아 작업 롤(22)을 손상시키거나, 상하 작업 롤(22, 23)에 접합부의 마크 전사를 발생시키므로, 통상 압연부와 비교하여, 압연 하중을 저하시켜 접합부를 통과시키거나, 상하 작업 롤(22, 23)을 개방함으로써, 작업 롤(22)의 손상 및 접합부의 작업 롤(22, 23)에의 마크 전사의 방지를 도모하고 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 경사시켜 용접하고, 그 후, 가압 롤러(3, 4)로 접합부를 압연하여, 도 18b에 도시하는 바와 같이 접합부의 단차 구배를 대폭 저감하므로, 작업 롤(22, 23)과 접합부의 접촉 각도(응력 집중 계수)를 저감시킬 수 있고, 이 결과 작업 롤(22, 23)과 재료 사이의 접촉 면압을 저감시켜, 라인 속도를 저하시키는 일 없이 작업 롤(22, 23)에의 손상 및 접합부 마크 전사를 방지할 수 있어, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.

이상 서술한 실시 형태에 따르면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

1. 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 경사시켜, 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 전동 모터(61, 62)로 적극적으로 구동하면서 금속판(5, 6)을 접합하므로, 2매의 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)에 용접선(X)에 직교하는 방향의 전단력이 작용하고, 이것이 겹침 부분(L)에 동일 방향의 전단 변형을 부여하고, 종래의 전극륜의 압연에 의한 용접선 방향의 소성 유동에 더하여, 용접선(X)에 직교하는 방향의 소성 유동이 발생하고, 이 용접선(X)에 직교하는 방향의 소성 유동에 의해 접합 후의 겹침 부분(접합부)(J)의 두께 증가량을 현저하게 저감시킨다. 그 결과, 그 직후에 그 접합부(J)를 가압 롤러(3, 4)로 압연함으로써, 접합부의 두께 증가량을 더욱 저감시켜 금속판의 모재 두께 상당까지 압연하여, 단차 구배를 대폭 저감시킬 수 있다. 또한, 단차 구배가 저감되므로, 응력 집중 계수가 저감되어, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 2매의 금속판(5, 6)의 판 두께가 다른 경우는, 금속판(5, 6)의 판 두께에 따라서 전극륜(1, 2)의 축심의 경사 각도를 조정함으로써, 겹침 부분(L)에 있어서의 각각의 금속판의 두께 감소량이 조정되므로, 너깃(N)이 접합 계면으로부터 벗어나지 않도록 접합된다. 따라서, 단차 구배의 저감에 의한 응력 집중 계수의 저감에 더하여, 너깃(N)을 접합 계면에 생성시킴으로써 접합부의 접합 강도가 비약적으로 향상되고, 허용 접합 이후량을 확대하여, 조업의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한, 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 경사시켜 적극 구동할 뿐인 구성이므로, 비교적 간단하고 저렴한 구성으로 실현할 수 있다.

또한, 금속판(5, 6)의 접합부(J)를 금속판의 모재 두께 상당까지 압연하여 단차 구배를 대폭 저감시킴으로써, 접합부의 응력 집중 계수를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있으므로, 종래 적용되지 않은 냉간 압연 프로세스나 테일러드 블랭크에의 매쉬 심 용접의 적용 확대, 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 방지 혹은 생산성 및 수율 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 실시 형태에서는, 매쉬 심 용접의 접합부의 단차 구배를 저감하고, 접합부의 응력 집중 계수를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있으므로, 제철용 냉간 압연 프로세스에 있어서는, 다음 공정에 있어서의 냉간 압연시의 작업 롤에의 손상 방지 및 내장력 성능이 향상되므로, 종래 적용되지 않은 냉간 압연 프로세스에의 매쉬 심 용접이 적용 가능해진다.

또한, 테일러드 블랭크에 있어서도, 그 접합부 단차의 응력 집중에 의해, 피로 강도가 필요한 부위에의 매쉬 심 용접의 적용이 회피되어 왔지만, 단차 구배의 저감에 의해 응력 집중이 완화되고, 프레스 성형성도 향상됨으로써, 고가의 레이저 빔 용접기로부터 저렴한 매쉬 심 용접기로의 변경이 가능해진다.

또한, 연속 어닐링 라인, 아연 도금 강판 제조 설비 등의 생산 라인에서는, 스킨 패스 압연기의 작업 롤과 접합부의 접촉 각도(응력 집중 계수)를 저감시킬 수 있고, 이 결과 작업 롤과 재료 사이의 접촉 면압을 저감하여, 라인 속도를 저하시키는 일 없이 작업 롤에의 손상 및 접합부 마크 전사를 방지할 수 있어, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.

2. 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 진행 방향 부분(1A, 2A)이 수평면 내에서, 전극륜(1, 2)이 처음에 접촉하는 금속판이 존재하는 방향을 향하도록, 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 용접선(X)에 직교하는 직선에 대해 각각 경사시켜, 2매의 금속판(5, 6)을 접합하므로, 전극륜(1, 2)이 용접의 진행에 수반하여 겹침 부분(L)을 이동할 때, 겹침 부분(L)의 금속판(5, 6)의 단부(5A, 6A)가 전극륜(1, 2)에 파고들어가 전극륜(1, 2)에 흠집을 부여하는 것을 방지하고, 그 결과 그 흠집이 원인으로 용접시에 먼지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

3. 2매의 금속판(5, 6)의 판 두께가 다른 경우에, 2매의 금속판(1, 2)의 판 두께가 두꺼운 측의 전극륜의 축심의 경사 각도를 얇은 측의 전극륜의 축심의 경사 각도보다 크게 하므로, 판 두께가 두꺼운 측의 금속판의 두께 감소량을 크게 하고, 판 두께가 얇은 금속판의 두께 감소량과 거의 일치시킬 수 있고, 이에 의해 너깃(N)을 접합 계면에 생성시킬 수 있고, 접합 강도가 향상되어, 허용 접합 이후량이 확대된다.

4. 겹침부(L)의 용접 개시 전과 용접 종료 후 중 적어도 한쪽의 공정에서, 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 접촉시키는 제1 설정과, 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 접촉시키지 않거나, 용접시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정 중 어느 하나의 설정으로 하고, 제1 설정에서는 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 비구동으로 하고, 제2 설정에서는 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 구동하므로, 상하 전극륜(1, 2)에 과대한 스러스트력이 작용하는 것을 방지할 수 있어, 상하 전극륜 베어링의 수명이 연장되고, 나아가서는 상하 전극륜(1, 2)의 마모가 억제되어, 운전 비용을 저감시킬 수 있다.

5. 한 쌍의 전극륜(1, 2)을, 각각의 축심(7, 18)이 2매의 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)에 형성되는 용접선(X)에 직교하는 축선(Y)에 대해, 서로 반대 방향으로 수평면 내에서 경사지도록 설치하였으므로, 상기한 바와 같이, 2매의 금속판의 접합부의 단차 구배를 저감시켜, 높은 접합 강도를 확보할 수 있는 동시에, 비교적 간단하고 저렴한 구성으로 매쉬 심 용접에 의해 생성되는 너깃(N)을 접합 계면에 생성시켜 접합 강도를 향상시키고, 허용 접합 이후량을 확대하는 제조 설비를 제공할 수 있다.

6. 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 용접선(X)에 직교하는 축선(Y)에 대해, 각각 독립적으로 수평면 내에서 경사시키는 기구(27)를 설치하였으므로, 금속판(1, 2)의 판 두께에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 금속판(1, 2)의 판 두께의 이후 범위가 넓은 매쉬 심 용접 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태를 도 19 내지 도 22를 사용하여 설명한다.

상기 실시 형태에서는, 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)는, 종래와 같이 서로 평행한 2축심 주위로 회전 가능한 가압 롤러로 하고, 매쉬 심 용접 후의 접합부의 압연을 그 가압 롤러(3, 4)로 압연하였다. 이와 같이 접합부를 압연해도, 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 경사시켜 매쉬 심 용접을 행함으로써, 상술한 바와 같이 매쉬 심 용접에 의한 용접부(접합부)의 두께 감소 효과가 크고, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차 구배를 대폭 저감시켜 접합부의 응력 집중 계수를 저감시켜, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다. 본 실시 형태는, 상하 한 쌍의 전극륜에 더하여, 상하 한 쌍의 가압 롤러의 축심도 경사시켜 압연함으로써, 금속판의 모재 두께 상당까지 확실히 압연하여 단차를 평활화할 수 있도록 한 것이다.

도 19는 본 실시 형태에 있어서의 매쉬 심 용접 장치의 개략도이다.

도 19에 있어서, 본 실시 형태에 관한 매쉬 심 용접 장치는, 상하 한 쌍의 가압 롤러 회전 구동용 전동 모터(63, 64)를 구비하고, 이 전동 모터(63, 64)도, 상하 한 쌍의 전극륜 회전 구동용 전동 모터(61, 62)와 마찬가지로, 각각 가압 롤러 압박 장치(11) 및 설치 블록(52)의 측면에 설치되고, 예를 들어 체인 및 스프로킷 기구(68)에 의해 가압 롤러(3, 4)의 회전축에 연결되고, 전동 모터(63, 64)의 회전 동력이 가압 롤러(3, 4)에 전달된다.

도 20a 및 도 20b 또는 도 21a 및 도 21b는, 매쉬 심 용접 후의 접합부를 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)로 압연하고 있는 상태를 도시하는 도면이다.

본 실시 형태에 있어서, 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)은, 상기 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 그들의 축심(17, 18)이 2매의 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)의 용접선에 직교하는 직선에 대해 수평면 내에서 서로 반대 방향으로 경사지도록 설치되고, 전극륜(1, 2)을 전동 모터(61, 62)로 적극적으로 구동하면서 매쉬 심 용접을 행하는 구성으로 되어 있다. 또한, 도 20a 및 도 20b 또는 도 21a 및 도 21b에 도시하는 바와 같이, 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)도, 그들의 축심(15, 16)이 2매의 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 용접선(X)에 직교하는 직선에 대해 수평면 내에서 서로 반대 방향으로 경사지도록 설치되고, 가압 롤러(3, 4)를 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 구동하면서 압연하는 구성으로 되어 있다.

이와 같이 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)과 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사시킴으로써, 전극륜(1, 2)에 의한 매쉬 심 용접과 그 후의 가압 롤러(3, 4)에 의한 압연의 양쪽에서 용접선 직각 방향의 소성 유동을 촉진시킨 두께 감소 작용이 얻어지고, 접합부(J)의 단차(S)를 모재 두께 상당까지 보다 확실하게 압연하여, 단차(S)를 평활화할 수 있다.

또한, 종래의 축심을 경사시키지 않는 전극륜(1, 2)에 의한 접합에 있어서는, 용접선 직각 방향의 소성 유동은 클램프 장치에 의해 제한되고, 그 때에 접합부로부터 클램프 장치의 파지부를 향하는 힘이 발생하므로, 판 두께가 얇은 금속판을 접합할 때에는, 접합부와 파지부의 금속 재료 부분에 좌굴이 발생할 가능성이 있다. 이 좌굴을 방지하기 위해서는, 클램프 장치를 접합부의 바로 근처에 배치하면 좋지만, 그 경우는 클램프 장치와 접합부 사이의 공간이 좁아져, 전극륜 및 가압 롤러 및 그것에 부대되는 설비의 배치에 제약을 발생하여, 설비 배치의 자유도가 손상된다고 하는 문제를 발생한다.

본 실시 형태에서는, 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 수평면 내에서 반대 방향으로 경사시켰으므로, 전극륜(1, 2)에 의한 접합시, 접합부(J)에 작용하는 전단력(14)이, 클램프 장치(7, 8)를 향하는 힘과 상쇄되게 된다. 이에 의해 클램프 장치(7, 8)를 접합부(J)의 바로 근처에 배치하지 않아도, 판 두께가 얇은 금속판을 접합할 때의 금속판의 좌굴을 방지할 수 있고, 그 결과 클램프 장치(7, 8)와 접합부(J) 사이에 비교적 넓은 공간을 확보할 수 있어, 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4) 및 그들에 관한 설비[예를 들어, 전동 모터(61 내지 64), 체인 및 스프로킷 기구(67, 68), 경사 장치 등]의 배치에 대한 제약을 완화할 수 있다.

상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사시킴으로써, 용접선 직각 방향의 소성 유동이 촉진되는 작용의 상세는, 도 5를 사용하여 설명한 전극륜(1, 2)의 경우와 동일하다.

상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 경사시키는 각도(α)의 방향은, 전극륜(1, 2)의 경우와 마찬가지로, 2종류 설정 가능하다.

제1 설정 방법은, 도 20a 및 도 20b에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5)이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사시키는 경우이다. 환언하면, 금속판(5, 6)의 접합부(J) 중, 접합부(J)의 단차(S)를 기점으로 하여 두께가 두꺼운 측[접합부(J) 중 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉하는 재료 부분]에 위치하는 가압 롤러(3, 4)의 축단부가 접합부(J)의 압연 방향(A)을 향하도록, 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사시킨다. 이 경우는, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차(S)로부터 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉한 금속 재료가 관계되는 금속판(5)이 존재하는 방향으로 상기 속도 벡터 성분(R2)에 대응한 전단력(14)이 작용하여, 동일 방향의 용접선 직각 방향으로 전단 변형을 부여하면서 단차부를 압연하여 평활화한다. 또한, 이때, 접합부(J)로부터 가압 롤러(3, 4)에는 전단력(14)과 반대 방향의 힘이 스러스트력(13)으로서 작용한다. 환언하면, 접합부(J)에 스러스트력(13)의 반력이 전단력(14)으로서 작용한다.

제2 설정 방법은, 도 21a 및 도 21b에 도시하는 바와 같이, 제1 설정 방법과 비교하여, 가압 롤러(3, 4)를 역방향으로 경사시키는 것이다. 즉, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5)이 존재하는 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사시키는 경우이다. 환언하면, 금속판(5, 6)의 접합부(매쉬 심 용접부)(J) 중, 접합부(J)의 단차(S)를 기점으로 하여 두께가 얇은 측[접합부(J) 중 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉하지 않는 재료 부분]에 위치하는 가압 롤러(3, 4)의 축단부가 접합부(J)의 압연 방향(A)을 향하도록, 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사시킨다. 이 경우는, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차(S)로부터 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉한 금속 재료가 관계되는 금속판(5)이 존재하는 방향과 반대 방향으로 상기 속도 벡터 성분(R2)에 대응한 전단력(14)이 작용하여, 동일 방향의 용접선 직각 방향에 전단 변형을 부여하면서 단차부를 압연하여 평활화한다. 이때도, 접합부(J)로부터 가압 롤러(3, 4)에는 전단력(14)과 반대 방향의 힘이 스러스트력(13)으로서 작용한다.

본 실시 형태에서는 제1 설정 방법을 채용한다. 그 이유는 하기와 같다.

상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 제2 설정 방법에 의해 경사시켜도 단차(S)는 전단력(14)에 의해 소성 유동을 받아, 평활화할 수 있다. 그러나 이 경우는, 도 21b에 도시하는 바와 같이 단차(S)의 부분이 모재에 끼워 넣어져, 단차(S)가 균열 형상으로 모재에 매몰되는 새로운 과제가 발생한다. 단순히 접합부(J)의 표면 성상이 평활한 것이 필요하고, 또한 강도를 필요로 하지 않는 부위에 적용하는 경우는 문제없지만, 응력이 작용하는 부위에 적용하는 경우 및 테일러드 블랭크와 같이 프레스 성형되는 소성 가공 용도에서는, 매몰된 단차의 선단부가 특이 응력장으로 되어, 파손의 원인으로 된다. 따라서, 적합하게는 가압 롤러(3, 4)를 경사시키는 방향은, 도 20a 및 도 20b에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5)이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 각각 경사시키는 방향이며, 이 경우는 도 20b에 도시하는 바와 같이 단차(S)를 균열 형상으로 모재에 매몰시키는 일 없이 접합부 단차를 평활화할 수 있어, 접합부의 품질이 향상된다.

가압 롤(3, 4)의 축심(15, 16)의 경사 각도[도 5의 경사 각도(α)에 상당]는, 접합부의 단차(S)의 크기(단차량)에 따라서 설정한다. 정성적으로는, 단차량이 작은 경우에는 경사 각도를 작게 설정하고, 단차량이 커질수록 경사 각도를 크게 설정한다. 즉, 도 5를 사용하여 설명한 전극륜의 경우와 마찬가지로, 상부 가압 롤(3)의 축심(15)의 경사에 의한 전단 변형은 상부 가압 롤러(3)와 재료 사이의 접촉호 길이 부분[도 5의 접촉 호장 부분(46)에 상당] 내에서, 경사 각도에 의해 지배되므로, 평활화해야 할 단차량에 따라서 설정하는 경사 각도를 적절하게 조정한다. 금속판(5, 6)의 두께가 다른 재료를 접합한 경우에는, 매쉬 심 용접부(J)의 단차량은 표리면에서 다르지만, 상술한 바와 같이 단차량에 상응한 상부 가압 롤(3)의 경사 각도로 설정함으로써, 단차를 평활화할 수 있다. 경사 각도를 부여한 하부 가압 롤러(4)에 의한 압연 상태도 마찬가지로, 하부 가압 롤러(4)의 경사 각도를 하측의 단차량에 따라서 설정한다.

상술한 바와 같이, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 각각 경사시켜, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 구동하면서 접합부(J)의 단차(S)를 압연함으로써, 접합부(J)에 용접선 직각 방향의 전단력이 작용하여, 단차(S)가 평활화된다. 이 전단력은 재료의 변형 저항에 의존하므로, 변형 저항이 높을수록 금속판(5, 6)으로부터 가압 롤러(3, 4)에 작용하는 스러스트력(13)이 증대된다. 이와 같이 스러스트력(13)이 증대된 경우, 가압 롤러(3, 4) 및 그 베어링의 수명 저하나, 스러스트력(13)에 대한 유지력을 설정함으로써 장치 전체가 대형화되는 문제가 있다.

도 22는 금속판이 보통강인 경우의 재료 온도와 변형 저항의 상관을 나타내는 도면이다. 금속판(5, 6)의 변형 저항은 재료 온도에 의존하고, 금속판(5, 6)이 보통강인 경우는 도 22에 도시하는 온도 특성을 갖는다. 스러스트력(13)을 저하시키기 위해, 접합부(J)의 온도를 적합하게는 300℃ 이상, 더욱 적합하게는 500℃ 이상으로 함으로써, 금속판(5, 6)의 변형 저항치를 저감시켜, 스러스트력(13)의 증대를 억제함으로써 설비를 소형화할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 캐리지 프레임(9) 내에서 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)에 인접하여 배치하고, 캐리지 프레임(9)을 용접 방향으로 이동시킴으로써 접합과 가압을 연속해서 실시한다. 금속판(5, 6)의 판 두께에도 의존하지만, 접합부 근방의 온도는 전극륜 통과 직후에 1000℃ 내지 1400℃ 정도까지 상승하고, 접합부(J)는 이 이상의 온도인 것으로 추정된다. 접합과 가압을 연속해서 실시함으로써, 용접에 의해 발생한 접합부(J)의 잔열을 이용하여 가압 롤러(3, 4)에 의한 가압시의 접합부(J)의 온도를 용이하게 300℃ 이상 혹은 500℃ 이상으로 할 수 있어, 설비를 소형화할 수 있다.

축심(15, 16)을 경사시킨 상하 가압 롤러(3, 4)에 대해서는, 매쉬 심 용접 개시 전에 도 13을 사용하여 설명한 전극륜의 경우와 동일한 설정을 행할 수 있다. 즉, 접합부(J)의 압연 개시 전과 압연 종료 후 중 적어도 한쪽 공정, 바람직하게는 양쪽의 공정에서, 상하 가압 롤러(3, 4)끼리를 접촉시키는 제1 설정과, 상하 가압 롤러(3, 4)끼리를 접촉시키지 않거나, 혹은 압연시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정 중 어느 하나의 설정으로 하고, 전자의 제1 설정에서는, 상하 가압 롤러(3, 4)의 전동 모터(63, 64)에 의한 회전은 비구동 또는 정지로 하고, 후자의 제2 설정에서는, 상하 가압 롤러(3, 4)의 전동 모터(63, 64)에 의한 회전은 구동으로 한다. 그리고 제1 설정에서는, 상하 가압 롤러(3, 4)가 접합부(J)의 측단부에 도달 후, 즉시 전동 모터(63, 64)의 구동을 개시하여, 상하 가압 롤러(3, 4)를 적극적으로 회전 구동한다. 또한, 제2 설정에서는, 상하 가압 롤러(3, 4)가 접합부(J)의 측단부에 도달 후, 즉시 가압 롤러 압박 장치(11)의 구동을 가압 압연시의 설정으로 전환하여, 상하 가압 롤러(3, 4)에 압박력을 부여한다. 이에 의해 과대한 스러스트력의 생성을 방지할 수 있어, 베어링 수명을 연장시키는 동시에, 상하 가압 롤러의 마모를 억제한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서도, 도 9를 사용하여 설명한 앞의 실시 형태와 동일한 제어계를 채용할 수 있다. 즉, 상위 제어 장치와, 캐리지 프레임 구동 제어 장치, 매쉬 심 제어 장치, 가압 롤러 제어 장치 및 레이저 거리계를 갖는 제어계를 설치하고, 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4)가 금속판(5, 6)의 겹침 부분의 단부를 끼워 넣는 타이밍의 전후에서, 상하 전극륜(1, 2)의 접촉에 관한 상술한 설정 상태(제1 설정인지 제2 설정인지)와 상하 가압 롤러(3, 4)의 접촉에 관한 상술한 설정 상태(제1 설정인지 제2 설정인지)에 따라서 다른 구동 상태로 되도록, 캐리지 프레임(9)의 구동용 실린더 장치(57), 전극륜 압박 장치(10) 및 전동 모터(61, 62), 가압 롤러 압박 장치(11) 및 전동 모터(63, 64)의 구동을 제어할 수 있다.

또한, 축심(15, 16)을 경사시킨 상하 가압 롤러(3, 4)에 대해서도, 도 10을 사용하여 설명한 전극륜의 경우와 동일한 경사 장치를 설치할 수 있고, 이에 의해 단차량에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 접합 재료의 이후 범위가 넓은 접합 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 동일한 캐리지 프레임(9) 내에 경사 기구(27)를 갖는 전극륜 압박 장치(10) 및 경사 기구(27)를 갖는 가압 롤러 압박 장치(11)를 배치하였지만, 각각의 프레임에 그들을 배치해도 본 발명의 기능을 손상시키는 일은 없다.

이상 서술한 실시 형태에 따르면, 앞의 실시 형태에 있어서의 상기 1 내지 6의 효과에 더하여, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

1-A. 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 경사시켜, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 전동 모터(63, 64)로 적극적으로 구동하면서 압연하므로, 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 경사시킨 경우와 마찬가지로, 접합부(J)에 용접선(X)에 직교하는 방향의 전단력이 작용하여, 이것이 접합부(J)에 전단 변형을 부여하여, 이 용접선(X)에 직교하는 방향의 전단 유동에 의해 접합부의 두께 증가량을 현저하게 저감시킨다. 그 결과, 전극륜(1, 2)에 의한 매쉬 심 용접시와 가압 롤러(3, 4)에 의한 압연시의 양쪽에서, 용접선(X)에 직교하는 방향의 전단 변형에 의해 접합부(J)의 두께 증가량을 저감하여, 동일 두께의 금속판의 접합에서는 금속판의 모재 두께 상당까지 확실하게 압연하고 또한 단차를 평활화할 수 있고, 다른 두께의 금속판의 접합부는 단차를 평활화 혹은 단차 구배를 대폭으로 저감시킬 수 있다. 그 결과, 전극륜(1, 2)의 축심만을 경사시킨 경우에 비해, 보다 확실하게 응력 집중 계수를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차 구배를 저감 혹은 접합부(J)의 단차(S)를 평활화함으로써, 접합부의 응력 집중 계수를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있으므로, 종래 적용되지 않은 냉간 압연 프로세스나 테일러드 블랭크에의 매쉬 심 용접의 적용 확대, 강판 가공 라인에 있어서의 작업 롤의 손상 방지 혹은 생산성 및 수율 향상 등의 효과가 보다 확실해진다.

1-B. 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 수평면 내에서 반대 방향으로 경사시켰으므로, 가압 롤러(3, 4)에 의한 압연 가공시에 접합부(J)의 상면측과 하면측에서 전단력(14)이 역방향으로 작용하여, 클램프 장치(7, 8)를 향하는 힘은 상하에서 상쇄된다. 이에 의해 클램프 장치(7, 8)를 접합부(J)의 바로 근처에 배치하지 않아도, 판 두께가 얇은 금속판을 접합할 때의 금속판의 좌굴을 방지할 수 있고, 그 결과, 클램프 장치(7, 8)와 접합부(J) 사이에 비교적 넓은 공간을 확보할 수 있어, 전극륜(1, 2) 및 가압 롤러(3, 4) 및 그들에 관한 설비[예를 들어 전동 모터(61 내지 64), 체인 및 스프로킷 기구(67, 68), 경사 장치(27) 등]의 배치에 대한 제약을 완화할 수 있다.

2. 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5)이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 각각 경사시켜, 금속판(5, 6)의 접합부(J)의 단차(S)로부터 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉한 금속 재료가 관계되는 금속판(5)이 존재하는 방향으로 전단력을 작용시키면서 압연하므로, 단차부가 금속판(5, 6)의 모재에 끼워 넣어지는 것을 방지할 수 있고, 단차부가 모재에 끼워 넣어진 경우에 생성되는 균열 형상 결함(미용착 결함)을 방지할 수 있어, 접합부의 품질이 향상된다.

3. 매쉬 심 용접에 의해 접합한 2매의 금속판(5, 6)의 접합부(J)를 압연하는 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 더 설치하고, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를, 각각의 축심(15, 16)이 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사지도록 설치하였으므로, 2매의 금속판(5, 6)의 접합부의 단차 구배를 저감하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있는 동시에, 비교적 간단하고 저렴한 구성으로 매쉬 심 용접에 의해 생성되는 너깃(N)을 접합 계면에 생성하여 접합 강도를 향상시켜, 허용 접합 이후량을 확대하는 제조 설비를 제공할 수 있다.

4. 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 독립적으로 수평면 내에서 경사시키는 기구를 설치하였으므로, 단차량에 따라서, 적절하게 최적의 경사각을 용이하게 설정할 수 있는 동시에, 금속판의 판 두께의 이후 범위가 넓은 접합 장치를 제공할 수 있다.

1 : 상부 전극륜
1A : 전극륜 진행 방향 부분
2 : 하부 전극륜
2A : 전극륜 진행 방향 부분
3 : 상부 가압 롤러
4 : 하부 가압 롤러
5 : 금속판
5A : 단부
6 : 금속판
6A : 단부
7 : 입구측 클램프 장치
8 : 출구측 클램프 장치
9 : 캐리지 프레임
10 : 전극륜 압박 장치
11 : 가압 롤러 압박 장치
13 : 스러스트력
14 : 전단력
15 : 상부 가압 롤러 축심
16 : 하부 가압 롤러 축심
17 : 상부 전극륜 축심
18 : 하부 전극륜 축심
22 : 상부 작업 롤
23 : 하부 작업 롤
27 : 전극륜 경사 기구
28 : 상부 전극륜 속도 벡터
29 : 하부 전극륜 속도 벡터
30 : 상대 미끄러짐 속도
45 : 가압 롤러 축심 직각 방향 직선
46 : 접촉호 길이 부분
51, 52 : 설치 블록
54 : 지지 롤러
55 : 대판
57 : 캐리지 프레임 구동용 실린더 장치
61, 62 : 전동 모터
63, 64 : 전동 모터
67, 68 : 체인 및 스프로킷 기구
71 : 상위 제어 장치
72 : 캐리지 프레임 구동 제어 장치
73 : 매쉬 심 제어 장치
74 : 가압 롤러 제어 장치
75 : 레이저 거리계
81 : 회전축
82, 83 : 피니언
84 : 전동 모터
85 : 경사 각도 제어 장치
86 : 각도 센서
L : 겹침 부분
J : 접합부
S : 단차
N : 너깃
A : 진행 방향(압연 방향)
X : 용접선(접합선)
Y : 용접선 직각 방향
R : 접촉호 길이 부분에 있어서의 가압 롤러의 속도 벡터
R1 : 속도 벡터(R)의 용접선(X)의 방향의 성분
R2 : 속도 벡터(R)의 용접선(X)에 직각 방향인 성분
α, α1, α2 : 경사 각도

Claims

2매의 금속판(5, 6)의 단부를 겹치고, 그 겹침 부분(L)을 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)으로 가압하여, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하여, 상기 2매의 금속판을 접합하는 매쉬 심 용접 방법에 있어서,
상기 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을, 상기 2매의 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)에 형성되는 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 서로 반대 방향으로 수평면 내에서 경사시켜, 상기 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 적극적으로 구동하면서 상기 2매의 금속판을 접합하는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 방법.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 진행 방향 부분(1A, 2A)이 수평면 내에서, 상기 전극륜이 처음에 접촉하는 금속판(5 또는 6)이 존재하는 방향을 향하도록, 상기 한 쌍의 전극륜의 축심(17, 18)을 상기 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 각각 경사시켜, 상기 2매의 금속판을 접합하는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2매의 금속판(5, 6)은 판 두께가 다르고,
상기 2매의 금속판의 판 두께가 두꺼운 측의 전극륜(1 또는 2)의 축심(17 또는 18)의 경사 각도를 얇은 측의 전극륜의 축심의 경사 각도보다 크게 한 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 겹침 부분(L)의 용접 개시 전과 용접 종료 후 중 적어도 한쪽의 공정에서는, 상기 한 쌍의 전극륜(1, 2)을 접촉시키는 제1 설정과, 상기 한 쌍의 전극륜을 접촉시키지 않거나, 상기 용접시의 압박력에 비교하여 경하중으로 접촉시키는 제2 설정 중 어느 하나의 설정으로 하고, 상기 제1 설정에서는 상기 한 쌍의 전극륜을 비구동으로 하고, 상기 제2 설정에서는 상기 한 쌍의 전극륜을 구동하는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2매의 금속판(5, 6)을 상기 매쉬 심 용접에 의해 접합한 후, 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 상기 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사시키고, 상기 한 쌍의 가압 롤러를 적극적으로 구동하여 상기 2매의 금속판이 접합된 부분의 단차를 상기 가압 롤러의 진행 방향(A)으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 방법.
제5항에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 진행 방향 부분(3A, 4A)이 수평면 내에서, 상기 가압 롤러(3, 4)가 처음에 접촉하는 금속 재료가 관계되는 금속판(5 또는 6)이 존재하는 방향과 반대 방향을 향하도록, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 상기 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 경사시켜, 상기 2매의 금속판이 접합된 부분의 단차를 상기 진행 방향(A)으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 방법.
2매의 금속판(5, 6)의 단부를 겹치고, 그 겹침 부분(L)을 상하 한 쌍의 전극륜(1, 2)으로 가압하여, 용접 전류를 흘리면서 연속적으로 용접하여, 상기 2매의 금속판을 접합하는 매쉬 심 용접 장치에 있어서,
상기 한 쌍의 전극륜(1, 2)은, 각각의 축심(17, 18)이 상기 2매의 금속판(5, 6)의 겹침 부분(L)에 형성되는 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 서로 반대 방향으로 수평면 내에서 경사지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 장치.
제7항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극륜(1, 2)의 축심(17, 18)을 상기 용접선(X)에 직교하는 축선(Y)에 대해, 각각 독립적으로 수평면 내에서 경사시키는 기구(27)를 갖는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 매쉬 심 용접에 의해 접합한 2매의 금속판(5, 6)의 접합부(J)를 압연하는 상하 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)를 더 구비하고,
상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)는, 각각의 축심(15, 16)이 상기 접합부(J)의 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해 수평면 내에서 경사지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 장치.
제9항에 있어서, 상기 한 쌍의 가압 롤러(3, 4)의 축심(15, 16)을 상기 용접선(X)에 직교하는 직선(Y)에 대해, 각각 독립적으로 수평면 내에서 경사시키는 기구(27)를 갖는 것을 특징으로 하는, 매쉬 심 용접 장치.