JPH08215872A - 高炭素鋼帯の溶接方法及びその装置 - Google Patents

高炭素鋼帯の溶接方法及びその装置

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JPH08215872A
JPH08215872A JP7026933A JP2693395A JPH08215872A JP H08215872 A JPH08215872 A JP H08215872A JP 7026933 A JP7026933 A JP 7026933A JP 2693395 A JP2693395 A JP 2693395A JP H08215872 A JPH08215872 A JP H08215872A
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JP
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welding
steel strip
high carbon
carbon steel
curve
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JP7026933A
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Yuji Sato
裕二 佐藤
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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Abstract

(57)【要約】 【目的】溶接部の微細割れの発生を抑制し、且つ溶接開
先のルートギャップに変化のない溶接方法及びその装置
を提供することを目的としている。 【構成】炭素量0.5%以上を含有する高炭素鋼帯の幅
方向端部同士を突合わせて一端より他端へ逐次溶接する
に際し、溶接完了部分に追従して温度低下を補償する熱
を加え、恒温変態曲線(S曲線)のオーステナイト−パ
ーライト領域を通過するよう徐冷することを特徴とする
高炭素鋼帯の溶接方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プロセスライン上にあ
る高炭素鋼帯の溶接方法及びその装置に関し、特に、鋼
帯の両端同士の溶接後に、その溶接部の冷却速度を調整
する方法とこの方法の実施に利用できる装置に係わる。
【0002】
【従来の技術】近年、鋼板製造プロセスのコスト合理
化、品質向上を目的として、熱間圧延から冷間圧延に至
る各工程の連続化が進められている。この連続圧延を行
うためには、先行する鋼帯のボトム部とこれに後続する
鋼帯のトップ部とを溶接する必要があり、この溶接には
通常フラッシュバット溶接やレーザ溶接が用いられてい
る。
【0003】ところで、高炭素鋼帯(以下、単に鋼帯と
いう)の両端を鋼板製造プロセスライン上で突き合わせ
て溶接した場合には、該溶接部及びその熱影響部はマル
テンサイト変態を生じて硬化し、プロセスラインを通板
中に破断することがある。そこで、上記溶接部及び熱影
響部を軟化させる方法として、特公平2−17277号
公報に開示されているように、鋼帯を突合わせた溶接部
の裏当て装置に加熱機能を設け、溶接予定及び完了部分
を加熱して冷却速度を遅くし、上記マルテンサイトの生
成を阻止する方法及び溶接後に該溶接部分を焼戻し熱処
理する方法が提案されている。また、特開平6−210
470号公報に開示されたように、レーザ溶接後、該突
き合わせ溶接部分をインダクタと鉄心でクランプしなが
ら焼きなます方法も知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
公平2−17277号記載の方法では、鋼帯の幅方向全
域をレーザ溶接完了後に加熱した場合、レーザビームに
よる溶接部は被熱部が狭く冷却速度が大きいため、溶接
を開始した側はすでに冷却され、その部分の温度が所謂
Ms点(マルテンサイト変態の開始温度)より降下して
おり、鋼帯の幅方向全域にわたってマルテンサイト生成
を阻止することは困難であった。また、レーザ溶接開始
前から予熱もできるが、その場合には突合わせた開先部
分の近傍も加熱され、開先のルートギャップが変化して
寸法精度に敏感なレーザ溶接が円滑に行えなくなるとい
う欠点があった。同公報に記載された溶接後に焼戻し熱
処理する方法あるいは特開平6−210470号公報記
載のインダクタと鉄心でクランプしながら焼きなます方
法では、加熱までに時間がかかり、溶接部温度は完全に
Ms点より降下しているので、鋼帯の幅方向全域にマル
テンサイトが生成し、その際の体積膨張に起因する微細
な割れが生成するという問題があった。
【0005】本発明は、前記問題点を解決し、溶接部の
微細割れの発生を抑制し、且つ溶接開先のルートギャッ
プに変化のない溶接方法及びその装置を提供することを
目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】発明者は、前記問題点を
解決するために、高炭素鋼の溶接条件と熱処理条件、及
び溶接熱サイクルと熱処理時期を組み合わせた多数の溶
接及び熱処理を行い、その試験片を種々の試験により評
価した。その結果、溶接入熱による溶接部の冷却速度を
調整することが有効であると確信した。そして、その具
現化のためには、従来の装置のような固定式加熱手段で
はなく、溶接完了部分のみを局部的に加熱可能で、且つ
鋼帯幅方向に移動可能な加熱手段を設けることに着眼し
た。
【0007】すなわち、本発明は、炭素量0.5%以上
を含有する高炭素鋼帯の幅方向端部同士を突合わせて一
端より他端へ逐次溶接するに際し、溶接完了部分に追従
して温度低下を補償する熱を加え、恒温変態曲線(S曲
線)のオーステナイト−パーライト領域を通過するよう
徐冷することを特徴とする高炭素鋼帯の溶接方法であ
る。また、本発明は、高炭素鋼帯表面側の上方で幅方向
に移動自在な溶接トーチを備えた溶接装置において、上
記鋼帯裏面側の下方に上記溶接トーチと同方向に移動可
能な加熱源を追設したことを特徴とする高炭素鋼帯の溶
接装置でもあり、上記溶接トーチがレーザビーム用トー
チで、さらに加熱源が誘導加熱手段であることを特徴と
する高炭素鋼帯の溶接装置である。
【0008】
【作用】本発明では、炭素量0.5%以上を含有する高
炭素鋼帯の幅方向端部同士を突合わせて一端より他端へ
逐次溶接するに際し、溶接完了部分に追従して温度低下
を補償する熱を加え、恒温変態曲線(S曲線)のオース
テナイト−パーライト領域を通過するよう徐冷すること
を特徴とす恒温変態曲線(S曲線)のオーステナイト−
パーライト領域を通過するよう徐冷するようにしたの
で、溶接直後にすべての溶接完了部がMs点以下に直ち
に冷却することはなくなり、よってマルテンサイトの生
成に起因する溶接部の微細割れ発生が抑制できるように
なる。また、溶接前に加熱すると、溶接開先が熱膨張
し、ルートギャップの変化が生ずるが、本発明では溶接
前の加熱はないので、ルートギャップの変化なしで溶接
が可能になった。さらに、本発明では、高炭素鋼帯表面
側の上方で幅方向に移動自在な溶接トーチを備えた溶接
装置において、上記鋼帯裏面側の下方に上記溶接トーチ
と同方向に移動可能な加熱源を追設するようにしたの
で、比較的簡単で、且つ安価に上記効果が達成できるよ
うになり、上記溶接トーチがレーザビーム用トーチで、
加熱源が誘導加熱手段として上記効果を確実なものにし
た。以下、実施例において、図1〜3に基づき、本発明
の内容を具体的に説明する。
【0009】
【実施例】図1は、本発明に係る高炭素鋼帯の溶接方法
を実施した1例を示す説明図である。そこでは、鋼帯の
幅方向が紙面に垂直な方向に向けてあるので、鋼帯同士
の突合わせ部分は見えないが、レーザ溶接トーチ3は、
鋼帯表面の上方を溶接完了部2から未溶接部1へ→の方
向に逐次移動して溶接されるようになっている。
【0010】そして、本発明では、該鋼帯突合わせ部分
の裏面側に加熱手段5が配置してあり、表側溶接トーチ
と同じ方向に、且つ溶接直後に移動させて鋼帯の溶接完
了部2を加熱するようにしてある。図2は、図1の側面
図であり、上記鋼帯の溶接完了部2の下にインダクタ8
を有するローラ6で移動する加熱手段5を配置している
ことを示している。従って、電源7からの電流がインダ
クタ8に流れると、該インダクタ8と鋼帯の溶接完了部
2とのまわりに誘導電流10が生じ、溶接完了部2は逐
次加熱されることになる。
【0011】なお、この加熱手段5は、鋼帯の未溶接部
1の加熱、昇温はせず、溶接開先のルートギャップは溶
接中に一定に維持できるので、円滑な溶接作業ができる
のである。図3は、本発明に係る高炭素鋼帯の溶接方法
において、溶接完了部分の冷却過程を説明する時間−温
度図であり、所謂炭素鋼の恒温変態図である。
【0012】従来の溶接方法では、破線11で示すよう
に、溶接部分が溶接後に急速冷却されるため、Ms点を
通過して単相のマルテンサイト組織を形成してしまう。
そのため、該溶接部には、冷却完了時点でマルテンサイ
ト変態に伴う体積膨張に起因して微細割れが生じてしま
った。それに対して、本発明では、レーザ溶接トーチ3
の通過直後、つまり、溶接直後に、溶接完了部分のみを
上記加熱手段5で局部的に加熱するため、溶接完了部の
冷却は、実線12のように緩やかに行えるようになる。
図3では、オーステナイト領域からS字曲線の上部を横
横切りパーライト領域に移動することを示している。本
発明では、冷却速度を一定範囲に規定するものではな
く、溶接完了部を加熱手段5が移動し、それが鋼帯から
外れるまで加熱が行われ、その後は自然放冷されること
にしてある。それを、図3では、実線12で示し、溶接
完了部の冷却速度は、屈折点13から再び大きくなって
いる。しかし、屈折点13は、すでにマルテンサイト生
成域を越えて、フェライトやパーライト、中間組織の生
成域に位置するので、マルテンサイト単相の場合より軟
らかい組織しか生成しないので、冷却後割れることが少
ないのである。
【0013】図4は、本発明の硬化を確認するために、
本発明に係る溶接法と従来法とで溶接実験した結果の1
例である。実験に供した高炭素鋼は、JIS G 40
51に規定するS55Cで、厚さ4.0mm、幅100
0mmである。割れの長さは、冷却後の溶接完了部にJ
IS Z 2343に規定する浸透探傷試験の指示模様
を測定することで評価した。その結果、本発明法による
溶接完了部の割れ長さは1m当り、2mmであり、従来
法での結果に比較してはるかに良好な結果が得られた。
【0014】なお、本実施例では溶接機としてレーザ溶
接機を用いたが、それはガスシールド・アーク溶接機等
他方式のものであっても良い。また、図3の恒温変態図
に表われるS曲線の形状及びMs点は、高炭素鋼であっ
ても他の成分元素の含有量によって異なる。そのため
に、本発明では冷却速度を特に限定しないのである。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、プロ
セスライン上での高炭素鋼の溶接でも、溶接完了部及び
熱影響部で割れの発生が大幅に低減できるようになっ
た。また、本発明では、溶接部を予熱することはなく、
溶接完了部のみを加熱するので、溶接開先のルートギャ
ップに変化がなく、開先部の寸法変化に敏感なレーザ溶
接においても十分な溶け込みが得られ、品質に優れた溶
接が円滑に行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高炭素鋼の溶接方法を実施した装
置の1例を示す構成図である。
【図2】図1の側面を示す図である。
【図3】本発明に係る高炭素鋼の溶接方法における冷却
過程の説明図である。
【図4】本発明の効果を示す図である。
【符号の説明】
1 鋼帯の未溶接部 2 鋼帯の溶接完了部 3 レーザ溶接トーチ 4 レーザビーム 5 加熱手段 6 加熱手段移動用のローラ 7 電源 8 インダクタ 9 絶縁物 10 誘導電流 11 溶接後の冷却曲線 12 本発明による冷却曲線 13 本発明による冷却曲線の屈折点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B23K 103:04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素量0.5%以上を含有する高炭素鋼
    帯の幅方向端部同士を突合わせて一端より他端へ逐次溶
    接するに際し、 溶接完了部分に追従して温度低下を補償する熱を加え、
    恒温変態曲線(S曲線)のオーステナイト−パーライト
    領域を通過するよう徐冷することを特徴とする高炭素鋼
    帯の溶接方法。
  2. 【請求項2】 高炭素鋼帯表面側の上方で幅方向に移動
    自在な溶接トーチを備えた溶接装置において、 上記鋼帯裏面側の下方に上記溶接トーチと同方向に移動
    可能な加熱源を追設したことを特徴とする高炭素鋼帯の
    溶接装置。
  3. 【請求項3】 上記溶接トーチがレーザビーム用トーチ
    であり、加熱源が誘導加熱手段であることを特徴とする
    請求項2記載の高炭素鋼帯の溶接装置。
JP7026933A 1995-02-15 1995-02-15 高炭素鋼帯の溶接方法及びその装置 Pending JPH08215872A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110284511A1 (en) * 2010-05-19 2011-11-24 Joining Technologies, Inc. Method and apparatus for laser strip splicing
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KR20160008690A (ko) 2014-07-14 2016-01-25 주식회사 포스코 판재 용접부 보강구조 및 그 형성장치
KR20160072083A (ko) 2016-06-07 2016-06-22 주식회사 포스코 판재 용접부 보강구조 및 그 형성장치
CN115958299A (zh) * 2022-12-26 2023-04-14 哈尔滨工业大学 一种点环激光-mag复合焊接超高强钢的方法

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