WO1994016838A1

WO1994016838A1 - Procede de laminage a chaud continu et dispositif de jonction de materiaux lamines

Info

Publication number: WO1994016838A1
Application number: PCT/JP1994/000127
Authority: WO
Inventors: Shigeru Nishibayashi; Masahiro Ohara; Katsuhiro Minamida; Tadatsugu Yoshida; Rokuro Kohno; Atsushi Sugihashi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 1995-07-28
Also published as: DE69429046D1; US5814787A; EP0641614B1; KR0148512B1; KR950700793A; DE69429046T2; US5994665A; EP0641614A4; EP0641614A1

Description

明細書連続熱間圧延方法およびその圧延材接合装置技術分野

本発明はシートバーを連続的に熱間圧延し、ホットストリップを製造する連続熱間圧延方法に関し、特に圧延速度で自走しながらシ一トバーを接合し、連続的に圧延する方法およびその接合装置に関するものである。従来の技術

従来、熱間圧延ラインでは、加熱炉で加熱されたスラブを一本ずつ抽出して、断続的に粗圧延および仕上げ圧延されているのが実情である。そのため先端から後端まで均一な製品が得られ難く、また. ストリップ先端がコイラ一に達するまではストリップの圧延速度を大きくすることができない等といった品質面、生産性面で問題があつた。この問題に対し、近年、シートバーを連続的に熱間圧延するために、圧延中の走行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部とを突合せて接合し、この接合したシートバーを連続圧延する方法が多数提案されている。

この時、必要な要件としては、 ①スケール押し込み疵等の品質上の欠陥を発生させないこと。 ②連続熱間圧延方法であるが故に、先行圧延材と後行圧延材とを停止させることなく短時間で接合できること。また望ましくは、 ③大がかりな設備を導入することなく、既設ラインにも容易に組み込みが可能な方法であること、が挙げられ

0 ο

一方、従来の連続圧延方法は、品質上の欠陥を発生させる可能性を多数含んでおり、実用に供し難いのが実状である。この分野の公知技術として例えば、特開昭 60 - 2420 1号公報にはテルミッ卜溶接で接合する方法が提示されているが、溶融接合時のスプラッシュ ' 铸バリが後続の圧延中で剝離し、圧延ロールを損傷しストリップの疵発生に槃がる問題があり、溶融冷却時間が長く、接合時間にも問題力くあった。

また、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部とを加熱し、これら両端部をお互いに押圧して接合する方法が多数開示されている, この連続圧延方法について、特開昭 6 1— 1 26983号公報にはホットスカーファ一で接合端面を同時に加熱し、突合せて圧接する方法が開示されている。また、特開平 4一 891 09 号公報には、接合端面を接触させその領域にて鋼片の厚み方向に貫通する磁界を印加して加熱し、押圧して接合する方法が開示されている。しかし、これらの押圧を必要とする接合方法では、一般に必要な押圧力が面圧にして 3 k g f /難² 以上と高く、この押圧力を発生させるために必要なシ一トバーのクランプ力は、シートバーとクランパーの摩擦力で決定されるので、過大なクランプ力が加わる。このため、クランプ部でシートバー表面のスケールを押し込み、製品疵を発生させるという問題点があつた。

これを解決しょうとすると、クランパーの入側に高圧水のデスケ一リング装置が更に必要になり、設備費が高価となると同時に温度低下をもたらし、エネルギーロスが大きくなる問題があった。加えて、これら押圧して接合する方法では、接合押圧部は山形に増肉変形してバリを発生し、この部位が後続の圧延でへゲ状の製品疵となり、また圧延材より剝離した場合は圧延ロールを損傷して製品疵に繫がる問題を抱えている。従って、このバリを除去するために研削装置が必要になり、更に装置構成が複雑、高価になるという問題があった o

また、先行圧延材と後行圧延材とを停止させることなく接合する従来の連続圧延方法として、特開昭 57— 1 09504号公報にはシ一トバ一をクランプし、かつ走行しながら溶接する方法が開示されている力干渉を避けるスイングローラ群を用いねばならず、取り分け既設ミルを連続圧延化する場合、スイングローラ化のために既設基礎の大幅な改造が必要となり、設備費が非常に高くなると共に、ミル休止時間が長くなる等の問題があった。発明の開示

本発明はこのような数多くの問題を抱える従来の連続熱間圧延方法に替わり、スケール押し込み疵やへゲ疵の品質上の問題を発生することなく、かつ、シートバーの走行中に、しかもスイングローラ等の大がかりで高価な設備を導入することなく、短時間で効果的にシートバーを接合し連続熱間圧延を可能とする方法を提供するものである。

本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。

( 1 ) 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部とを突合わせて接合した後、接合した圧延材を連続圧延する連続圧延方法において、圧延材と同期速度で自走しながら、該圧延材の上面より該突合わせ部を、レーザーないしプラズマを用いて溶融溶接することを特徴とする連続熱間圧延方法。

( 2 ) 前記圧延材の突合わせ方法は、該圧延材の端部処理用の走間切断シヤーと該圧延機の間に、少なくとも 2対以上のピンチ口一ルを配し、更に該ピンチロール間に、先行圧延材と後行圧延材を独立に油圧サイドガイドにより圧延設備中心に保持する（ 1 ) 記載の連続熱間圧延方法。 ( 3 ) 前記圧延材の突合わせ方法は、該圧延材の端部処理用の走間切断シャ—と該圧延機の間に、該圧延材の上面より、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部をそれぞれ板側面部をクランプするクランパーと該クランパ一を連結した押圧装置を配し、該圧延材と同期速度で進行しながら、先行圧延材と後行圧延材を突合わせる

( 1 ) 記載の連続熱間圧延方法。

( 4 ) 前記圧延材の突合わせ方法は、該圧延材の端部処理用の走間切断シャ一と該圧延機の間に、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部をそれぞれ板上下面をクランプするクランパーと該クランパーを連結した押圧装置を配し、該圧延材と同期速度で進行しながら、先行圧延材と後行圧延材を突合わせる（ 1 ) 記載の連続熱間圧延方法。

( 5 ) 前記圧延材の突合わせ前に、突合わせ時の隙間が少なくなるように、先行圧延材の後端部および後行圧延材の先端部の一方または両方を、当該材と同期速度で自走しながら、圧延材の上面よりレーザーで溶削または切断し、予備成形することを特徴とする（ 1 ) から（ 4 ) のいずれかに記載の連続熱間圧延方法。

( 6 ) 前記圧延材の接合は、圧延材幅の両端部から圧延材断面積に対し少なくとも片側 3 %以上の接合断面積を接合し、しかる後、その非接合部を後続の圧延機の第 1 スタンドでロール圧接する（ 1 ) から（ 5 ) のいずれかに記載の連続熱間圧延方法。

( 7 ) 前記圧延材の接合はシヤー切断面またはレーザー切断後の突合わせ有効板厚から、幅方向の接合長さを決定する（ 1 ) から ( 6 ) のいずれかに記載の連続熱間圧延方法。

( 8 ) 前記圧延材の接合の速度を、圧延材の板温度、レーザー出力および目標接合板厚より決定する（ 1 ) から（ 7 ) のいずれかに記載の連続熱間圧延方法。 ( 9 ) 前記圧延材の接合は、レーザー照射ビームとして、先行圧延材の先端部および後行圧延材の後端部の両方に、かつ同時に複数のレーザービームを照射し溶融させることにより、突合わせ精度の向上をはかる（ 1 ) から（ 8 ) のいずれかに記載の連続熱間圧延方法

( 10) 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を突合せ接合する装置において、レーザー固定光源に対向して自走可能なる可動本体走行装置に、圧延方向可動反射垂直方向可動反射および幅方向可動集光ミラーおよび接合部倣い装置を設け、該接合部倣い装置によって自走しながら接合位置を検出し制御する接合機を設けたことを特徴とする連続熱間圧延材接合装置。

( 11 ) 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を突合せ接合する装置において、少なくとも 2対以上のピンチロールを設け、該ピンチロール間に先行圧延材と後行圧延材を独立に圧延設備中心に保持する油圧サイドガイドを設け、該圧延材と同期速度で自走する接合機を設けたことを特徴とする連続熱間圧延材接合装置。

( 12) 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を突合せ接合する装置において、圧延材の上面より、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部をそれぞれ板側面部をクランプするクランパーと該クランパーを連結した押圧装置および該圧延材との速度同期装置を設け、該圧延材と同期速度で自走する接合機を設けたことを特徵とする連続熱間圧延材接合装置。

( 13) 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を突合せ接合する装置において、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部をそれぞれ板上下面をクランプするクランパーと該クランパーを連結した押圧装置および該圧延材との速度同期装置を設け、該圧延材と同期速度で自走する接合機を設けたことを特徴とする連続熱間圧延材接合装置。

( 14) 前記接合機はレーザーを使用する（1 1 ) から（13) のいずれかに記載の連続熱間圧延材接合装置。

( 15) 接合機はレーザー接合機であって、圧延材の両端または片端と中央より実施できるようにレーザー加工へッドを 2対備え、圧延材の両端または片端と中央より同時にレーザー切断およびレーザ一溶接する（10) から（13) のいずれかに記載の連続熱間圧延材接合装置。

( 16) 接合機はレーザー接合機であって、レーザー照射ビームを振動させ、突合わせ精度の許容度の向上をはかる（10) から（15) のいずれかに記載の連続熱間圧延材接合装置。

( 17) 接合部の形状認識する装置であって、半導体レーザー発振器、半導体レーザー波長を中心とする数 n m幅のバンドパスフィルター、集光レンズおよび C C Dからなる接合部倣い装置を使用する

( 10) から（16) のいずれかに記載の連続熱間圧延材接合装置。図面の簡単な説明

第 1 図は本発明に係わる連続熱間圧延ラインの実施の一例を示す既略構成図である。

第 2図は本発明に係わる突合せ溶接方法に好適な設備構成説明図ある。

第 3図は本発明に係わる圧延材のエッジ形状の一例を示し、（ a ) は突合せ圧延材のエッジ形状、（ b ) はレーザ切断後のエッジ形状 t7ある。

第 4図（ a ) は走間切断シヤーによる切断面の圧延材の材料厚みと接合有効板厚の関係を示し、（ b ) は接合有効板厚を示す図である

第 5図は圧延材の片側接合断面積率と連続圧延実施時の破断しない割合を示す図である。

第 6図は接合板厚と接合材の温度が接合速度に及ぼす影響を示す図である。

第 7図は本発明に係わる具体的実施例である走間レーザー接合システムに好適な設備構成説明図である。

第 8図は本発明に係わる具体的実施例である走間レーザー接合機の圧延材追従方法を示し、（ a ) は好適な概略構造図、（ b ) は A-A断面図、（ c ) は B-B矢視図である。

第 9図は本発明に係わる複数レーザ一接合ビーム方式の概略説明図である。

第 10図は本発明に係わるレーザー接合の接合速度と接合隙間との関係を示す図である。

第 11図は本発明に係わるレーザー接合ビームの振動方式の概略説明図である。

第 12図は本発明に係わる側面クランパーによる押圧装置の概略説明図で、（ a ) は斜視図、（ b ) は正面図である。

第 13図は本発明に係わる上下面クランパーによる押圧装置の概略説明図で、（ a ) は側面図、（ b ) は正面図である。

第 14図は本発明に係わる接合部倣い装置の概略説明図である。発明を実施するための最良の形態

本発明は先行および後行圧延材の接合装置にレーザーまたはブラズマによる溶融溶接方法を採用することによって、圧接方式のような高い加圧力を必要とせず、通常の低加圧力で、先行および後行材を位置決めすればよく、品質問題を同時に解決するものである。さらに溶融溶接法においては、接合箇所のみを局所的に溶融するのでスプラッシュ等の発生もなく、高効率にして、接合時間を短縮し、かつ、設備長さも短縮可能とするものである。

以下本発明について図面に従って詳細に説明する。

第 1 図は本発明の連続熱間圧延用接合装置を実ラインに適用した実施の一例を示す概略図である。第 1 図に示す連続熱間圧延ラインは、加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延機 2 によって圧延した後、搬送テーブル 3上を走行中の圧延材の先端および後端を切断するための走間切断シヤー 4を設け、かかる仕上げ圧延機群 8 に入る前に先行圧延材 1 a と後行圧延材 1 bの突合せ用のピンチロール 5 a ,

5 bと幅方向に圧延材を拘束する回転ローラ付き油圧サイドガイド

6 a , 6 bを設け、圧延材料と同期速度で動くレーザ切断，接合機 7を設置する。

この仕上げ圧延機群 8 により仕上げ圧延されている先行圧延材 1 aの後端を、回転ローラ付き油圧サイドガイド 6 a , 6 bで幅方向を拘束しながら、走間切断シヤー 4 によって切断し端部形状を整える。しかる後、後行圧延材 1 bの先端部を通常のサイドガイド付き走間切断シヤー 4で、幅方向にセンターリングしながら切断して端部を整え、圧延材突合せ用ピンチロール 5 aで先行材の後端部に突合せるべく送り出す。

回転ローラ付き油圧サイドガイドは、第 2図に示すように、独立に先行、後行圧延材を圧延機設備中心に保持できる構造を有しており、入側ピンチロール 5 aを後行材 1 bの先端が通過すると、入側ガイドロール 6 aは所定圧で圧延機中心に後行材をセンターリングし、その後、後行材の先端は先行材 1 aの後端部に突合せられる。この時、先行材は、出側ガイドロール 6 bで独立に仕上げ圧延機中心に材料中心を案内されており、先行材と後行材が異幅であっても精度良く圧延機中心を保持して突合せができる。また、この時、圧延材はお互いにピンチロールで押さえられており、突合せ時の圧延材の浮き上がりを防止している。

このように、圧延材の端部処理用の走間切断シヤーと圧延機の間に、少なくとも 2対以上のピンチロールを配して、圧接方式のような高い加圧力ではなく、通常の仕上げデスケーリングピンチロール程度の加圧で、圧延材の突合せと浮き上がり防止機能を果たさせると共に、先行、後行材を独立に圧延設備中心に保持する回転ローラ突き油圧サイドガイドが、幅方向にもセンターリング拘束することで、圧延材の精度の良い直角な切断と突合せおよびその突合せ状態の保持が可能となった。

この場合に、回転ローラー付き油圧サイドガイドとしたが、回転ローラーなしの平行ガイドでもその効果は発揮できる。その場合は. 圧延材の幅端部の接合との干渉が発生するので、設備距離が長くなる欠点がある。又、先行材と後行材の幅差に迅速に対応するために高応答の油圧サイドガイドを採用した。油圧シリンダー 6 cのス卜ロークは、圧延材全幅をカバーできるもので良いが、先行、後行材の最大幅変わり差を制約し、大幅な幅替えは電動設定機構を併用しても良い。

また、本発明においてテーブル 3 と干渉しない突合わせ方法として、第 12図（ a ) および（ b ) に示すような方法を用いてもよい。第 12図（ a ) はその斜視図であり、（ b ) はその正面図である。この方法では、圧延材 l a、 l bの端部処理用の走間切断シャ一 4 と圧延機 8の間に、圧延材の上面より、先行圧延材 1 aの後端部と後行圧延材 1 bの先端部のそれぞれの板側面部をクランプするクランパー 34とそのクランパー 34を連結した押圧装置 35を設けるものである。この押圧装置 35のストローク内に先行圧延材 1 a と後行圧延材 1 bが接近した段階で、高さとしてテーブル 3 と干渉しないクランパ一 34で先行圧延材 1 a と後行圧延材 1 bの板側面部をクランプし押圧装置 35で先行圧延材 1 a と後行圧延材 1 bを突合わせる。

板側面部をクランプ後は、クランパー 34と押圧装置 35は圧延材と同期速度で進行する必要があり、圧延材を追尾する自走式であってもよいし、所定位置で待機させクランプ後に圧延材より推力をもらう追従式でも良い。本突合わせ後、レーザーまたはプラズマで先行圧延材 1 a と後行圧延材 1 bの接合が完了するまで、押圧装置 35で突合わせ状態を保持する。その後、クランパー 34を開いて圧延材を開放後、クランプ装置全体を次の突合わせの待機位置まで後退させる。なお、押圧装置 35での押付け力は、溶融接合であるのでギヤップを維持できる程度の加圧力として、 2. Okg f /mm ²未満で好ましくは 0. 5kgf /mm ²程度で良く、接合時にバリの発生はない。また、クランパー 34の板と接触する部位の材質は、圧延材より熱を奪い難いセラミック等を使用する。

さらに、本発明において上記の側面クランパー 34の代わりに、第 13図（ a ) および（ b ) に示すような、先行圧延材 1 aの後端部と後行圧延材 1 bの先端部の板上下面をクランプする方法を採用してもよい。従来法においては、板上下面からのクランプは、本発明の側面からのクランプ方法に比較して、搬送テーブルに干渉するのを防止するために、大がかりな沈込テーブルを設ける必要があり、構造が複雑になり設備的に高価なものとなる。しかし、本発明では数本のロールを沈込テーブル 37にするだけで、板上下面からのクランプを採用することが可能となり、設備の複雑化、高価格化を避けることが出来る。

なお、第 13図（ a ) および（ b ) に示す方法では、圧延材の側面からクランパーが近づき板上下面をクランプする方式であるが、本発明はこれにのみ限定されるものではなく、板上方および下方から独立、単独に近づきクランプする等の他の方法を採用してもよい。

この方法においては側面のクランプ方法に比較して、テーブル 3 に干渉するのを防止するための数本のロールからなる沈込テーブル 37等を設ける必要があり、その構造が複雑になり設備的には高価となるが、これらの方式を採用することも可能である。

圧延材の突合せは圧延材の幅方向では精度の良い直角な状態となつているが、シヤー型式による切断であるため、突合せ部の断面形状は第 3図（ a ) に示すようにダレが発生するケースがある。ドラムシャ一タイプの観測例では、エッジの上部では間隙（Gap - U)が少ないが、エッジの下部では間隙（Gap - L) が大きくなり、その値はスラブ厚が 45〜50mmの場合で 4 mm程度にも達するケ一スがぁる。シングルスポットレーザ溶接時ではレーザビームを通常 1 mm以下の径に集光して、エネルギー密度を高め、電子ビームと同様なキーホール溶接現象を用いる。間隙が 1賴以上になるとレーザビームの材料への照射ずれ、また、吸収効率の低下を招く。

これは接合時に溶接欠陥の要因になると共に溶融部を拡大して接合することが必要で接合速度が低下して溶接時間が長くなるという大きな問題が残る。第 3図（ b ) はレーザにて先端部を切断した後のエッジの形状を示している。エッジの上部では間隙（Gap - U)と、エッジの下部では間隙（Gap - L)は均一になり、その値はスラブ厚が 45〜50mmの場合でも 1 mm以下になり、レーザ溶接に問題を生じない突合せとなる。

このレーザ切断の工程は、先行の圧延材の後端部と後行の圧延材の先端を突合せる前に、レーザー接合に不適な断面形状を改善する事が目的であり、不良な断面形状を有する先行圧延材の後端部または後行圧延材の先端部の一方または両方を、レーザ切断 · 接合機 7 が当該材と同期速度で自走しながら、圧延材の上面よりレーザビームで突合せ間隔が少なくなるように突合せの接触の凸部を溶削または切断し、その後、その突合せを実施する。

ペンデュラムタイプの様に、シャ一切断面の直角度形状が良く第

3図（ b ) の形状が予め得られている場合は、この切断工程を省略出来る。

こうして、先行材と後行材が幅方向とエツジ方向にて精度良く突合せられた後、圧延材の速度に同期して移動するレーザ切断 · 接合機 7 により、圧延材突合せ面の上面より接合を行う。その後仕上げ圧延機群 8 において、連続的に圧延され冷却ゾーン 9を経て、一定長さに切断するために高速シャ一 10で切断され、コィラー 1 1によつて最終的に巻き取られる。

このレーザ切断 ·接合機 7 は走行中の圧延材を切断 · 接合するもので、シングルスポットレーザ溶接ではレーザビームを通常 1 mm以下の径に集光して、エネルギー密度を高め、電子ビームと同様なキ一ホール溶接現象とする。

これにより、接合に必要な局所部のみを圧延材板厚方向に深く加熱，溶融することができる。しかも、圧延材幅の両端から圧延材断面積の片側 3 %以上の接合断面積を溶融溶接すれば充分であり、しかる後、その非溶接部を後続の仕上げ圧延機の第 1 スタンドでロール圧接することで、連続的に走行させることができる。

このように接合面積を片側 3 %以上の接合断面積にした理由は、走間シヤーで切断するので、第 4図に示すように粗圧延材の厚みにより有効接合面積が変化するので、接合長さで整理するよりも接合断面積で整理する方が妥当であるからである。なお、第 4図はペンデュラムタイプの例である。この接合断面積を変化させた場合の仕上げ圧延機内の破断率を第 5図に示すが、これから片側 3 %以上とれば、破断することなく円滑な仕上げ圧延が可能であることが分かすなわち、圧延材の温度を 900 °C以上に確保し、先行圧延材と後行圧延材の端部を略密着させた状態で仕上げ圧延機の第 1 スタンドに嚙み込ませ、 40 %以上の圧下率で圧延すれば固相圧接されるので、溶融溶接に必要な接合断面積は、仕上げ圧延機に先行 · 後行圧延材の突合せ面が嚙み込むまでの間に作用すると予想されるところの、撓み、曲げ等の応力に耐える接合強度を確保することと、仕上げ圧延時に圧延材の幅拡がりを押さえ、圧接がうまく行われる条件を整えることを満足す'る接合強度を満たしていれば良く、接合部端面から圧延材の断面積に対し、片側 3 %以上の接合断面積を確保して接合すれば充分である。これによつて、必要断面積を極めて小さくでき、従来溶融接合法で問題であつた接合時間を短縮化することができた。

この接合について詳述すると、レーザの常温での接合速度は 25 kW 規模の大容量レーザを用いても、板厚 20mm時に 20mmZ秒程度しかとれず、全幅を接合する場合は、例えば 1980謹幅では 9 9秒もかかり、連続化に必要な最大 60讓程度までの板厚も接合できることを考慮すると、更に接合時間は 900秒程度になり、実用的に使用できないと従来考えられていた。発明者らはこの問題に対し、走間シヤーでの切断面を考慮すれば 60謹の板厚でも、接合可能な有効板厚は 20mm程度であり、レーザ接合速度を上げられること、また、実際の板温度は 1000 °C程度と高く、常温の入熱量よりも少なくてすむことから、第 6図に示すごとく、常温の接合速度の 1. 7倍程度の 34匪ノ秒が確保できることを見い出した。

これと先述の連続圧延化に必要な接合断面積は片側 3 %以上で良いことから、例えば 1980ππη幅でも、接合幅は片側 180mmで良く、 25 kWレーザ一 2台を使用すれば、僅か 5.3秒程度で接合が可能となつ

7*- o

将来の技術進歩で、更に大容量レーザーが実用化されれば、接合時間の更なる短縮やレーザー 1 台での接合が可能となることは言うまでもない。

このように、走間シヤーでの切断面の形状よりレーザー接合のための有効板厚を求め、板幅方向の端面からの接合長さを求めると共に、その板厚と更に材料の温度も勘案した接合速度又はレーザー出力を制御することで、接合面での湯洩れ溶断等のトラブルを防止して、安定した接合を実施可能とした。

板幅方向の端面からの片側接合長さ L , は下式で求まる。

L■ = C /100 X Wx to/te … ( 1 )

ここに C ：必要接合断面積率（≥ 3 %Z片側）

W ：材料幅（mm)

to：材料厚（mm) … （第 4図（ b ) 参照）

te : 接合有効板厚（讓) … （第 4図（ b ) 参照）

レーザー接合速度 Vは下式で求まる。

V = c ,kW ^{c 2} ( c + c T ^{c 5}) /te^{c 6} … （ 2 )

ここに V ：レーザー接合速度（mmZ秒）

kW：レーザー出力（ kW)

T ：材料温度（°C)

te：接合有効板厚（mm)

C , C C C C C ：数

第 7図に、本発明のレーザー接合機を使用した場合の圧延材の接合システムを示す。

レーザー接合機は、固定光源 13とそのビームを受け速度同期しながら圧延材を圧延方向に追従する圧延方向可動反射ミラー 14、更にそのビームを受け垂直方向に昇降する垂直方向可動反射ミラー 15、最終的にビームを受け幅方向に動きながら圧延材を接合する幅方向可動集光ミラー系 16で構成される。

第 8図（ a ) 、 ( b ) および（ c ) に本発明の自走式レーザー接合装置の本体構造を示す、第 8図（ a ) は全体の構造を示す平面図第 8図（ b ) は可動本体走行装置の台車の構造を示す（ a ) 図の A 一 A断面図、第 8図（ c ) は（ a ) 図の B— B矢視図である。この可動本体走行装置 19の台車は第 8図（ b ) および（ c ) のごとく構成され、第 8図（ a ) のように、圧延材の幅方向に対照に 2台の走行駆動装置 25が設けられ、圧延材と同期の速度で自走可能であり、かつレーザーが接合線上を幅方向に追従可能に微調整できる機構となっている。すなわち、幅方向走行装置 22は微調台車 47上の高さ調整装置 21に載置され、この微調台車 47は位置決め装置 20によって可動本体走行装置 19上で圧延方向に微調整可能である。本発明はこれら 3組の台車構造を基本とするものである。

この微調台車 47は圧延材中央部にて 2組に分離されており、個々独立に位置を微調整することも可能である。また、幅方向横行レール 33が圧延材中央部にて接続されることによって、幅方向走行装置 22は互いに他の端部側まで横行は可能となっている。一方、各可動ミラーは第 8図（ b ) および（ c ) に示すように、圧延方向可動反射ミラー 14は微調台車 47の上部位置に設けられ、垂直方向可動反射ミラー 15はその垂直下方位置に、高さ調整装置 21上の垂直方向可動反射ミラー支持台 48に設けられ、幅方向可動集光ミラー系 16は垂直方向可動反射ミラー 15と同一高さ位置に幅方向走行装置 22上に設けりれ

これら各可動ミラー位置を接合位置に対して設定するには、可動本体可動本体走行装置 19の台車が圧延方向に進退可能に走行して、さらに圧延方向の接合位置の微調整は前記位置決め装置 20によって行う。その高さ調整装置 21によって、垂直方向可動反射ミラ一 15と幅方向可動集光ミラ一系 1 6を上下に昇降して、板厚変化に対応し圧延材との焦点距離を一定にする。更に、圧延材の幅方向に幅方向可動集光ミラー系 16をトラバースおよび接合位置を検出し制御するための接合部倣い装置 Πが幅方向可動集光ミラー系 16とともに幅方向走行装置 22に設けられている。

さらに、レーザー波の伝送のためのレーザービーム貫通部 46を各可動ミラーおよび台車と圧延材間に設け、特に圧延材幅方向走行部にはスリット状のレーザービーム貫通部 46を設けている。

走間切断シヤー出側の可動本体走行装置上に配置され、突合わせ部を検出する接合部倣い装置 17にて、先行 · 後行圧延材の突き合わせ完了位置を検出すると共に、接合すべき板の幅方向両端部の位置を検出する。これにより、レーザーを照射すべき座標が定まる。最初のレーザー照射位置を板端部として、幅方向可動集光ミラー系 1 6 の位置を幅方向走行装置 22にて設定する。又圧延材の板厚に応じて. 高さ調整装置 21を上下させて、幅方向可動集光ミラー系 16の焦点を合わせる。

上記の本発明の接合機の構成によって、突合わせの前に、突合わせ時の隙間が少なくなる様に、自走しながら先行圧延材の先端部および後行圧延材の後端部のレーザ一ビーム照射による溶削または切断の予備成形後、すなわち不良形状側の後行圧延材の先端部を全幅カツ卜し、接合間隙のバラツキ減少と接合有効板厚部を確保が可能となり、その後ピンチロールで突合わせ、この間にレーザーは、端部接合に必要な位置に設定替えを実施し、その後板中央部から端部に向かって接合を開始することが可能となる。本発明の接合部倣い装置を第 1 4図に示す。この接合部倣い装置 1 7 は二組の半導体レーザー 42より接合部に約 780nm 波長のレーザーを照射し、それを半導体レーザー波長を中心とする数 nm幅のバンドパスフィルタ一 44およびレンズ 43を通し、 C C Dにて形状測定認識し- レーザー照射位置を検出する。

ピンチ口ール 5 aの上部非駆動口ールから取り出した板速度に、レ一ザ一接合機の可動本体走行装置 1 9を加速して速度同期を行うと共に、位置決め装置 20で圧延材接合部に位置合わせして、レーザーの照射を開始し、板中央部から板端部に向かって接合を開始する。走行中もこの接合部倣い装置 1 7によって接合部を検出する。圧延材の板厚と温度及びレーザー出力に応じてトラバース速度を可変にし、幅方向可動集光ミラー系 1 6のトラバース位置を板端部に向かって、片側 3 %以上の接合断面積で接合を終了するまで制御する。

又、板端から片側 3 %以上の接合断面積を得られるように、板内側から接合を開始し板端部の方向に板端部あるいは板端部近くまで接合することが有効となる。

接合が終了すると、可動本体走行装置 19は走間切断シヤー側の待機位置まで後退して、次材の接合に備える。幅方向位置合わせ時間の短縮のため、粗圧延機の出側の幅計による幅計情報を元に事前に粗設定を完了しておくのも有効である。

尚接合の前に切断工程を必要とする場合には、前述の接合工程とほ同様にして、先行材および後行材の切断をおこなうことが可能こめる。

レーザー接合機の場合、上記のように固定光源を動かす必要がなく、レーザー固定光源からのレーザー光を受けて圧延材接合部に投射する反射ミラーを圧延材と速度同期して動かせば良く、しかもテ一ブル上面から投射するので、走行範囲で干渉する設備もなく、既設ラインへの組み込みも容易である。

第 9図に、本発明のレーザー照射ビームを複数のレーザービームを用いて突き合わせ精度の拡大を図る方法を示す。レーザ一照射ビ一ムをシングルスポット方式とした場合では、突き合わせられた開先条件が悪いとレーザービームが材料に照射されず素通りする場合があり、フィラーワイヤの使用を余儀なくされる。

本方法は、これを防止するためのもので、レーザー照射ビームとして、先行圧延材および後行圧延材の両方に同時に、複数のレーザ一ビームを照射し、溶融させたメタルでその間隙を照射して埋めて接合（ブリッジ）を形成し、全体を溶接する方法である。

これにより突合わせ精度の大幅な改善と、フィラーワイヤなしで安定した接合を実現した。また、状況に応じてフィラーワイヤを使用することも可能である。

第 10図に、この複数のレーザービーム方式の効果を示す。この方法においては、 45KWレーザーを途中で 2分割し、 2本レーザービームとして、常温の板厚 1 5. Omm材をフイラ一ワイヤなしで、突合わせ時の間隙を 2 讓まで拡大しても間隙 0 顏と同様の接合速度で溶接が可能であることが分かる。ただし、シングルスポット式に比較すると 1本当たりのビームのエネルギー密度は半減するので、必要な溶接厚みを得るためにはレーザー容量を倍増させる必要がある。

第 1 1図に、本発明のレーザー照射ビームに油圧サーボ式で約 60H z の振動を付与することによって、突き合わせ精度の許容差の拡大を図る方法を示す。すでに述べたように、振動を与えないシングルスポット方式とした場合、フィラーワイヤの使用を余儀なくされる。本発明では、少なくとも、溶接線を含む開先平行面に垂直な方向に- 開先にある最大隙間以上の振幅でレーザー照射ビームを振動させる方式とし、両サイドの材料に照射することで、確実な接合ができるようにし、突き合わせ精度の許容度の大幅な改善ができ、安定した接合を実現した。

必要な振動数が得られない時には焦点ミラーを振動させるのも有効である。接合断面積が不足するような時にはフイラ一ワイヤを添加することも可能である。

本発明は前記のごとく、先行 · 後行圧延材の接合にレーザ一、ないしプラズマによる溶融溶接方法を用いることによって、圧接方式のような高い加圧力（ 3 k g f / mm ² 以上）が不要になり、実質的にスケールの押し込み疵の発生がない通常ミルの仕上デスケーリングピンチロール程度の加圧力の 2. 0kg f /inm ²未満で好ましくは 0. 5k g f / mm ² 程度で先行 · 後行材を位置決めすれば良く、品質上の問題がない接合方法を実現した。

又、これらの溶融溶接方法では、接合に必要な箇所のみを局所的に溶融溶接するので、スプラッシュの発生はなく、又圧接に見られるような大きなバリの発生もないという品質上の利点に加え、スプラッシュの除去やバリ取りの必要性もなくなる高能率な溶接方法であることから、接合時間の短縮が図られ、接合に必要な設備長さも短縮できる。

又、仕上圧延機の第 1 スタンドに嚙み込むまでの間に溶融溶接した箇所は凝固して所定の強度に達することが必要があるが、圧延材の温度は一般的に 1000°C程度であることから、テルミット溶接法等の入熱が大きな溶融溶接方法では凝固するまでの時間がかかり、大きな距離が必要となるのに対して、本発明の溶接方法では入熱が小さくできることから、その距離も短くしてこの強度が充分に得られる利点がある。又、必要に応じて溶接部をエア一、冷却水等によつて冷却し、その距離を更に短縮することができる。

更に、上記のように溶融溶接方法として、レーザー、プラズマといった高密度エネルギー熱源を採用することによって、上面のみからの加熱で、圧延材の板厚方向に深く加熱 · 溶融溶接することができるため、圧延材下面での設備配置が不要になり、従って、スイングロ一ラー群等の大がかりな高価な設備を用いる必要はなくなり、通常のテーブルローラー群をそのまま用いることが可能になる。以下に本発明の実施例に基づいてさらに説明する。

実施例

実施例 1

加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延機によって圧延された後の板厚 60mm、幅 1 980mm、温度 1000 °C、 l OOmpmで走行中の先行圧延材の後端部と同条件の後行圧延材の先端部とそれぞれペンデユラムシヤーで切断して端部形状を整えて突き合わせ、 25kW、溶接速度 34mm/秒なる溶接条件のレーザー 2台を用いて、圧延材の上面より材料端部からそれぞれ 180mm (片側接合断面積率は圧延全断面の 3 %条件）を接合した。その後、 # 1仕上圧延機で圧下率 40 %の圧延を実施した。

この結果を調査すると、非レーザー接合端面は圧延機により圧接されており、レーザー接合部と合計すれば接合面積は 75 %以上に達した。この条件で、後続の仕上圧延機を用いて連続熱間圧延を実施し、板厚 6 卿の製品に仕上げたところ、破断なく良好な圧延が実施出来た。尚、この時のレーザーの反射ミラーの圧延方向の走行距離は加減速停止を含め 10 mであった。

実施例 2

実施例 1 と同様に、加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延機によつて圧延された後の板厚 40mm、幅 1550mm、温度 1 050 °C、 50mpm で走行中の圧延材の先行材後端部と後行材先端部とを、 25kW、溶接速度 59 mniZ秒なる溶接条件のレーザー 2台を用いて、圧延材の上面より材料端部からそれぞれ 320mm (片側接合断面積率で 8 %条件）接合した。この条件で、後続の仕上圧延機を用いて連続熱間圧延を実施し板厚 2. 0mmの製品に仕上げたところ、破断なく良好な圧延が実施出来た。尚、この時のレーザーの反射ミラ一の圧延方向の走行距離は加減速停止を含め 4. 9 mであった。

実施例 3

実施例 1 と同様に、加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延機によつて圧延された後の板厚 25mm、幅 1 200mm、温度 1 080 °C、 48mpm で走行中の圧延材の先行材後端部と後行材先端部とを、 25kW、切断速度 200mm/ 秒で溶接速度 100議/秒なる切断 · 溶接条件のレーザー 2 台を用いて、全幅を切断した後、圧延材の上面より材料端部からそれぞれ 600mm (片側接合断面積率で 23 % ) 接合した。この条件で、後続の仕上圧延機を用いて連続熱間圧延を実施し、板厚 1. 2關の製品に仕上げたところ、破断なく良好な圧延が実施出来た。

尚、この時のレーザーの反射ミラ一の圧延方向の走行距離は加減速停止を含め 6. 5mであった。

以上の実施例からも明らかなごとく、本発明は、レーザー、プラズマ溶融接合方法を使用して、粗圧延後の圧延材を先行する仕上圧延中の圧延材に、材料を停止することなく、上面より短時間で効率的に接合して、連続的に仕上圧延する方法を提供するものであり接合に必要な距離も実施例に示す如く非常に短くて済む。しかも、圧延材の上面からの接合方法であるため、圧延材搬送テーブルとの干渉もないことから、既設ラインへの組み込みにも経済性を有する力式でめる o

又、本発明は、従来の方式の課題であった接合部でのバリ発生による圧延表面疵の発生や強押圧によるスケール押し込み疵の発生を防止し、品質の良好なストリップを得ることができ、仕上圧延を連続化することにより得られる生産性の向上並びに圧延品質の向上を享受できる効果を奏するものである。

Claims

請求の範囲

1. 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部とを突合わせて接合した後、接合した圧延材を連続圧延する連続圧延方法において、圧延材と同期速度で自走しながら該圧延材の上面より該突合わせ部を、レーザーないしプラズマを用いて溶融溶接することを特徴とする連続熱間圧延方法。

2. 前記圧延材の突合わせ方法は、該圧延材の端部処理用の走間切断シャ一と該圧延機の間に、少なくとも 2対以上のピンチロールを配し、更に該ピンチロール間に、先行圧延材と後行圧延材を独立に油圧サイドガイドにより圧延設備中心に保持する請求の範囲 1 記載の連続熱間圧延方法。

3. 前記圧延材の突合わせ方法は、該圧延材の端部処理用の走間切断シヤーと該圧延機の間に、該圧延材の上面より、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部をそれぞれ板側面部をクランプするクランパ一と該クランパーを連結した押圧装置を配し、該圧延材と同期速度で進行しながら、先行圧延材と後行圧延材を突合わせる請求の範囲 1記載の連続熱間圧延方法。

4. 前記圧延材の突合わせ方法は、該圧延材の端部処理用の走間切断シヤーと該圧延機の間に、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部をそれぞれ板上下面をクランプするクランパーと該クランパ一を連結した押圧装置を配し、該圧延材と同期速度で進行しながら先行圧延材と後行圧延材を突合わせる請求の範囲 1記載の連続熱間圧延方法。

5. 前記圧延材の突合わせ前に、突合わせ時の隙間が少なくなるように、先行圧延材の後端部および後行圧延材の先端部の一方または両方を、当該材と同期速度で自走しながら、圧延材の上面よりレ一ザ一で溶削または切断し、予備成形することを特徴とする請求の範囲 1 から 4のいずれかに記載の連続熱間圧延方法。

6. 前記圧延材の接合は、圧延材幅の両端部から圧延材断面積に対し少なくとも片側 3 %以上の接合断面積を接合し、しかる後、その非接合部を後続の圧延機の第 1 スタンドでロール圧接する請求の範囲 1 から 5のいずれかに記載の連続熱間圧延方法。

7. 前記圧延材の接合はシヤー切断面またはレーザー切断後の突合わせ有効板厚から、幅方向の接合長さを決定する請求の範囲 1 から 6のいずれかに記載の連続熱間圧延方法。

8. 前記圧延材の接合の速度を、圧延材の板温度、レーザー出力および目標接合板厚より決定する請求の範囲 1 から 7のいずれかに記載の連続熱間圧延方法。

9. 前記圧延材の接合は、レーザー照射ビームとして、先行圧延材の先端部および後行圧延材の後端部の両方に、かつ同時に複数のレーザービームを照射し溶融させることにより、突合わせ精度の向上をはかる請求の範囲 1 から 8のいずれかに記載の連続熱間圧延方法

10. 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を突合せ接合する装置において、レーザー固定光源に対向して自走可能なる可動本体走行装置に、圧延方向可動反射、垂直方向可動反射および幅方向集光ミラーおよび接合部倣い装置を設け、該接合部倣い装置によって自走しながら接合位置を検出し制御する接合機を設けたことを特徴とする連铳熱間圧延材接合装置。

1 1. 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を突合せ接合する装置において、少なくとも 2対以上のピンチロールを設け、該ピンチロール間に先行圧延材と後行圧延材を独立に圧延設備中心に保持する油圧サイドガイドを設け、該圧延材と同期速度で自走する接合機を設けたことを特徴とする連続熱間圧延材接合装置。

1 2. 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を突合せ接合する装置において、圧延材の上面より . 先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部をそれぞれ板側面部をクランプするクランパーと該クランパーを連結した押圧装置および該圧延材との速度同期装置を設け、該圧延材と同期速度で自走する接合機を設けたことを特徴とする連続熱間圧延材接合装置。

13. 熱間圧延装置の圧延機の入側で、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を突合せ接合する装置において、先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部をそれぞれ板上下面をクランプするクランパーと該クランパーを連結した押圧装置および該圧延材との速度同期装置を設け、該圧延材と同期速度で自走する接合機を設けたことを特徴とする連続熱間圧延材接合装置。

14. 前記接合機はレーザーを使用する請求の範囲 1 1 から 13 のいずれかに記載の連続熱間圧延材接合装置。

15. 接合機はレーザー接合機であって、圧延材の両端または片端と中央より実施できるようにレーザー加工へッドを 2対備え、圧延材の両端または片端と中央より同時にレーザー切断およびレーザー溶接する請求の範囲 10 から 13 のいずれかに記載の連続熱間圧延材接合装置。

16. 接合機はレーザー接合機であって、レーザー照射ビームを振動させ、突き合わせ精度の許容度の向上をはかる請求の範囲 10 から 15 のいずれかに記載の連続熱間圧延材接合装置。

17. 接合部の形状認識する装置であって、半導体レーザー発振器半導体レーザー波長を中心とする数 n m幅のバンドパスフィルタ一集光レンズおよび C C Dからなる接合部倣い装置を使用する請求の範囲 10 から 16 のいずれかに記載の連続熱間圧延材接合装置。