JPH08257775A - 熱間圧延鋼片の接合方法 - Google Patents

熱間圧延鋼片の接合方法

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JPH08257775A
JPH08257775A JP7061160A JP6116095A JPH08257775A JP H08257775 A JPH08257775 A JP H08257775A JP 7061160 A JP7061160 A JP 7061160A JP 6116095 A JP6116095 A JP 6116095A JP H08257775 A JPH08257775 A JP H08257775A
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JP
Japan
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welding
steel
tack
laser output
laser
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JP7061160A
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English (en)
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Katsuhiro Minamida
勝宏 南田
Motoi Kido
基 城戸
Hiroyuki Yamamoto
博之 山本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 仮付溶接時の溶落ちをなくし、仮付溶接に続
くの圧延工程で鋼片の破断を防ぐことができる熱間圧延
鋼片の接合方法を提供する。 【構成】 高温の先行鋼片の後端面と後行鋼片の前端面
とを突き合わせ、この突合せ部に沿ってレーザ溶接で突
合せ部を仮付溶接し、引き続き仮付溶接した鋼片を鋼片
厚み方向に圧下して両鋼片を接合する方法において、溶
接速度を一定に保持し、鋼片の一方の側端から仮付溶接
を開始し、レーザ出力を漸増しながら側端部を仮付溶接
し、レーザ出力があらかじめ設定した定常出力に達する
とレーザ出力を定常出力に保持して仮付溶接を続行し、
仮付溶接が鋼片の他方の側端近くまで進むとレーザ出力
を漸減し、仮付溶接を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シートバーやスラブ
などの熱間圧延鋼片の接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シートバーやスラブなどの鋼片の熱間圧
延では、先行鋼片の後端部と後行鋼片の前端部とを接合
することが行われている。これら鋼片は、厚みが20〜
50 mm 、幅が600〜2000 mm 程度である。ま
た、鋼片の温度は1000℃前後である。この鋼片の接
合方法の一つとして、先行鋼片の後端面と後行鋼片の前
端面とを突き合わせ、突合せ部に沿って仮付溶接し、引
き続き仮付溶接部した鋼片を鋼片厚み方向に圧下して両
鋼片を接合する方法が周知である。また、仮付溶接にレ
ーザ溶接が用いられることも知られている。
【0003】レーザ溶接は、レンズまたは凹面鏡でレー
ザビームを集光してエネルギ密度を高くできる。このた
めに、集光照射部の鋼が瞬時に蒸発して鋼片表面にキー
ホールが発生する。レーザ溶接では、このキーホールを
溶接線に沿って移動し、鋼片を接合溶接する。このキー
ホールの移動によりキーホール周辺の鋼が溶融して溶融
プールが形成され、キーホールの移動によりその後方で
溶融プール中の溶融した鋼が凝固して溶接が完了する。
このキーホールの移動による溶融プールの長さは、レー
ザ出力と鋼片温度に比例し、移動速度(溶接速度)に逆
比例する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4は、鋼片を常温で
レーザ溶接した場合の熱履歴を示している。また、図5
は鋼片を熱間(1000℃)でレーザ溶接した場合の熱
履歴を示している。なお、これら図において、TM は鋼
の溶融温度、TV は鋼の蒸発温度をそれぞれ示してい
る。常温でのレーザ溶接の場合、溶融・凝固時間は熱間
での場合に比べて数分の1と短いので、溶融した鋼の凝
固に必要な時間が短い。一方、熱間圧延工程中の鋼片は
高温(約1000℃)であり、冷却効果が小さいために
図5に示すように溶融後の凝固に必要な時間が長く、そ
れに伴い溶融プールが長くなる。この結果、図6に示す
ように先行鋼片1と後行鋼片3との接合部6の側端部で
は溶融した鋼が溶融プールから鋼片側端に沿って流れ落
ち、溶落ち9が容易に発生する。
【0005】鋼片の突合せ部をレーザ溶接で仮付けする
場合、従来では図3に示すように、仮付溶接に際しレー
ザ出力を所定の出力に上昇させ、その出力を一定に保持
した状態で鋼片の一方の側端から他方の側端まで仮付溶
接していた。したがって、上述のように溶落ちが容易に
発生していた。
【0006】図7(a)に示している曲線Aは、圧下に
よるメタルフロー線を表している。圧延ロールは中高の
ロールクラウンが形成されているので、メタルフロー線
Aは図に示すように山形となる。したがって、仮付溶接
およびその近傍は圧延ロールで圧下されると、図7
(a)に示すように鋼片中央部に圧縮応力が、また側端
部に引張応力が発生する。このために、接合部に溶落ち
があると、図7(b)に示すように圧下により鋼片の側
端部に耳割れが生じ、さらには耳割れが成長して図7
(c)に示すように接合部が破断することがあった。
【0007】この発明は、仮付溶接時の溶落ちをなく
し、仮付溶接に続くの圧延工程で鋼片の破断を防ぐこと
ができる熱間圧延鋼片の接合方法を提供しようとするも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明の熱間圧延鋼
片の接合方法は、高温の先行鋼片の後端面と後行鋼片の
前端面とを突き合わせ、この突合せ部に沿ってレーザ溶
接で突合せ部を仮付溶接し、引き続き仮付溶接した鋼片
を鋼片厚み方向に圧下して両鋼片を接合する方法におい
て、溶接速度を一定に保持し、鋼片の一方の側端から仮
付溶接を開始し、レーザ出力を漸増しながら側端部を仮
付溶接し、レーザ出力があらかじめ設定した定常出力に
達するとレーザ出力を定常出力に保持して仮付溶接を続
行し、仮付溶接が鋼片の他方の側端近くまで進むとレー
ザ出力を漸減し、仮付溶接を終了する。
【0009】レーザ出力の時間に対する増加率および減
少率は、熱間鋼片の厚みおよび温度、溶接速度、ならび
に定常出力などをパラメータとし、実機について実験に
より決める。たとえば、増加率および減少率は10〜2
0 kW/s 程度である。鋼片側端部における溶接開始また
は終了時のレーザ出力は、定常出力の30〜70%であ
る。また、レーザ出力が漸増または漸減する鋼片側端部
における溶接長さは、100〜200 mm 程度である。
【0010】第2の発明の熱間圧延鋼片の接合方法は、
高温の先行鋼片の後端面と後行鋼片の前端面とを突き合
わせ、この突合せ部に沿ってレーザビームで突合せ部を
仮付溶接し、引き続き仮付溶接した鋼片を鋼片厚み方向
に圧下して両鋼片を接合する方法において、レーザ出力
を一定に保持し、鋼片の一方の側端から仮付溶接を開始
し、溶接速度を徐々に減速しながら側端部を仮付溶接
し、溶接速度があらかじめ設定した定常速度に達すると
溶接速度を定常速度に保持して仮付溶接を続行し、仮付
溶接が鋼片の他方の側端近くまで進むと溶接速度を徐々
に加速し、仮付溶接を終了する。
【0011】溶接速度の減速度および加速度は、熱間鋼
片の厚みおよび温度、レーザ出力、ならびに定常速度な
どをパラメータとし、実機について実験により決める。
たとえば、減速度および加速度は0.1〜0.3 m/s2
程度である。鋼片側端部における溶接開始または終了時
の溶接速度は、定常速度の0.5〜1.0倍程度であ
る。また、溶接速度が漸増または漸減する鋼片側端部に
おける溶接長さは、第1の発明と同様に100〜200
mm 程度である。
【0012】
【作用】第1の発明では、鋼片の側端部でレーザ出力が
漸増または漸減されるので、側端部では鋼片中央部での
レーザ出力(定常出力)よりも低い出力で溶接される。
したがって、キーホールの深さは鋼片側面に近付くほど
浅くなりので、溶融プールの大きさも鋼片側面に近付く
ほど徐々に小さくなる。この結果、鋼片の側端面から溶
融金属が流れ落ちることはなく、溶落ちは発生しない。
【0013】第2の発明では、鋼片の側端部で一定の溶
接速度から徐々に減速または加速されるので、側端部で
は鋼片中央部よりもレーザビーム照射時間は短くなる。
つまり、側端部に供給される単位面積当たりのレーザビ
ームのエネルギは、鋼片中央部よりも小さい。したがっ
て、第1の発明と同様に、鋼片の側端面から溶融金属が
流れ落ちることはなく、溶落ちは発生しない。
【0014】
【実施例】熱間圧延シートバーの接合を例として、第1
の発明の実施例を説明する。図8は熱間圧延設備に設け
られたシートバー接合設備の概略側面図であり、図9は
同設備の平面図である。
【0015】シートバー1、3の先端部および後端部は
走間シャー11でバー幅方向に沿って切り落とされ、接
合面が形成される。シートバー1、3は、長さが20m
、幅が1100 mm 、厚みは33 mm である。また、
シートバー1、3の温度は1000℃である。シートバ
ー1、3の送り速度は、80m/min である。
【0016】ついで、先行シートバー1の後端面と後行
シートバー3の前端面とを突き合わせ、この突合せ部5
に沿ってレーザ溶接で突合せ部5を仮付溶接7する。レ
ーザはCO2 レーザであり、定常出力は45 kW であ
る。レーザ発振器13は固定されているが、溶接ヘッド
15はシートバー1、3とともに移動する。レーザビー
ム伝送光学系14を介してレーザ発振器13から移動す
る溶接ヘッド15にレーザビームが伝送される。溶接ヘ
ッド15は伝送されてきたレーザビームを所要のスポッ
ト径に集光する。溶接速度は10 m/minであり、ビード
幅は3.0 mm である。仮付溶接は、レーザ出力を20
kW/s で漸増し、25 kW になると、シートバー1、3
の一方の側端から仮付溶接を開始する。仮付溶接開始後
は、レーザ出力が45 kW に達するとレーザ出力を45
kW に保持して仮付溶接を続行する。レーザ出力が45
kW に達した時点で、溶接長さは約170 mm である。
仮付溶接がシートバー1、3の他方の側端手前約170
mm に達すると、レーザ出力を20 kW/s で漸減し、仮
付溶接を終了する。図1は、上記仮付溶接のレーザ出力
の経時変化を示している。
【0017】仮付溶接に引き続いて仕上圧延機列16
で、圧延ロール17により仮付溶接したシートバー1、
3を、シートバー厚み方向に圧下して両シートバー1、
3を接合する。圧下率は、30%である。
【0018】上記方法でシートバーを100回接合した
結果、溶落ちは発生せず、接合部が破断することもなか
った。
【0019】一方、上記と同じシートバーを同じ接合設
備で従来法により接合した。図3に示すように、レーザ
出力を45 kW 一定として仮付溶接を行った。この結
果、シートバーを100回接合した結果、90回溶落ち
が発生した。溶落ちが発生したものはすべて、圧延によ
り接合部が破断した。
【0020】つぎに、第2の発明の実施例について説明
する。シートバー接合設備、および熱間圧延設備は、上
記実施例の設備と同じである。また、シートバーの寸法
および温度も上記実施例のものと同じである。
【0021】レーザ出力は、45 kW 一定に保持する。
あらかじめ設定した溶接速度(5 m/min)で一方の側端
から仮付溶接を開始し、減速度(0.1 m/s2 )で減速
しながらシートバー1、3の側端部を仮付溶接する。溶
接速度があらかじめ設定した定常速度(10 m/min)に
達すると溶接速度を定常速度に保持して仮付溶接を続行
する。溶接速度が定常速度に達した時点で、溶接長さは
約170 mm である。そして、仮付溶接が他方の側端手
前約170 mm に達すると、溶接速度を加速度(0.1
m/s2 )で加速し、仮付溶接を終了する。ビード幅は
3.0 mm である。
【0022】仮付溶接に引き続いて仕上圧延機列16
で、圧延ロール17により仮付溶接したシートバーを、
シートバー厚み方向に圧下して両シートバー1、3を接
合する。圧下率は、30%である。
【0023】上記方法でシートバーを100回接合した
結果、溶落ちは発生せず、接合部が破断することもなか
った。
【0024】
【発明の効果】この発明では、鋼片の側端部でレーザ出
力が漸増もしくは漸減される、または溶接速度が徐々に
減速もしくは加速される。したがって、側端部に供給さ
れる単位面積当たりのレーザビームのエネルギは漸減
し、溶融プールの大きさは小さくなる。この結果、溶落
ちは発生せず、また圧延時に先行鋼片と後行鋼片との接
合部が破断することもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の方法において、仮付溶接のレーザ
出力の経時変化を示す線図である。
【図2】第2の発明の方法において、仮付溶接の溶接速
度の経時変化を示す線図である。
【図3】従来法において、仮付溶接のレーザ出力の経時
変化を示す線図である。
【図4】鋼片を常温でレーザ溶接した場合の熱履歴を示
す線図である。
【図5】鋼片を熱間(1000℃)でレーザ溶接した場
合の熱履歴を示す線図である。
【図6】溶落ちを模式的に示す斜視図である。
【図7】鋼片接合部の破断発生機構を説明する図面であ
る。
【図8】この発明の方法を実施する鋼片接合設備の一例
を示す概略側面図である。
【図9】図7に示す設備の平面図である。
【符号の説明】
1 先行鋼片 3 後行鋼片 5 突合せ部 7 仮付溶接 9 溶落ち 11 走間シャー 13 レーザ発振器 15 溶接ヘッド 16 仕上圧延機列 17 圧延ロール

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高温の先行鋼片の後端面と後行鋼片の前
    端面とを突き合わせ、この突合せ部に沿ってレーザ溶接
    で突合せ部を仮付溶接し、引き続き仮付溶接した鋼片を
    鋼片厚み方向に圧下して両鋼片を接合する方法におい
    て、溶接速度を一定に保持し、鋼片の一方の側端から仮
    付溶接を開始し、レーザ出力を漸増しながら側端部を仮
    付溶接し、レーザ出力があらかじめ設定した定常出力に
    達するとレーザ出力を定常出力に保持して仮付溶接を続
    行し、仮付溶接が鋼片の他方の側端近くまで進むとレー
    ザ出力を漸減し、仮付溶接を終了することを特徴とする
    熱間圧延鋼片の接合方法。
  2. 【請求項2】 高温の先行鋼片の後端面と後行鋼片の前
    端面とを突き合わせ、この突合せ部に沿ってレーザビー
    ムで突合せ部を仮付溶接し、引き続き仮付溶接した鋼片
    を鋼片厚み方向に圧下して両鋼片を接合する方法におい
    て、レーザ出力を一定に保持し、鋼片の一方の側端から
    仮付溶接を開始し、溶接速度を徐々に減速しながら側端
    部を仮付溶接し、溶接速度があらかじめ設定した定常速
    度に達すると溶接速度を定常速度に保持して仮付溶接を
    続行し、仮付溶接が鋼片の他方の側端近くまで進むと溶
    接速度を徐々に加速し、仮付溶接を終了することを特徴
    とする熱間圧延鋼片の接合方法。
JP7061160A 1995-03-20 1995-03-20 熱間圧延鋼片の接合方法 Pending JPH08257775A (ja)

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