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JP2000317645A - 帯状材料の溶接方法と接合方法、及びその装置 - Google Patents

帯状材料の溶接方法と接合方法、及びその装置

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Publication number
JP2000317645A
JP2000317645A JP11127234A JP12723499A JP2000317645A JP 2000317645 A JP2000317645 A JP 2000317645A JP 11127234 A JP11127234 A JP 11127234A JP 12723499 A JP12723499 A JP 12723499A JP 2000317645 A JP2000317645 A JP 2000317645A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
strip
joining
materials
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11127234A
Other languages
English (en)
Inventor
Takumi Ono
琢美 大野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP11127234A priority Critical patent/JP2000317645A/ja
Publication of JP2000317645A publication Critical patent/JP2000317645A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 板厚または材質の異なる2枚以上の帯状材料
を長手方向に歪みのない平坦な形状に溶接、接合する方
法およびその装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 帯状材料の溶接方法は、板厚または材質
の異なる2枚以上の帯状材料を、長手方向に連続して溶
接する方法において、帯状材料の長手方向の溶接線に沿
って、溶接線に所定の温度に加熱または保温し且つその
後徐冷することにより、溶接線に沿って発生する熱歪み
を防止し、溶接後の帯状材料を歪みのない平坦な形状に
することを特徴とする。また、帯状材料の溶接方法は、
板厚または材質の異なる2枚以上の帯状材料を、長手方
向に連続して接合する方法において、接合時の熱歪みを
逃すために、帯状材料の長手方向の接合線に沿って、予
め接合部分に切り欠けを設け、且つその後接合線に沿っ
て接合することにより、接合後の帯状材料を歪みのない
平坦な形状にすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、板厚または材質の
異なる2枚以上の帯状材料を、長手方向に連続して溶接
する方法及び接合する方法及びその装置に関し、特に溶
接または接合後の帯状材料を歪みのない平坦な形状にす
ることに関する。
【0002】
【従来の技術】焼入硬化性を有する溶接材料をレーザー
溶接する方法が特開昭57−106488号公報に開示
される。この方法は、焼入硬化性を有する2枚の溶接材
料を溶接部を含む溶接線を加熱しながら同時に突き合わ
せ溶接する。この方法においては、溶接時に溶接部のみ
ならず溶接部周辺部をも同時に加熱することによって、
焼入硬化性を有する溶接材料が、溶接中及び溶接後に、
溶接の熱及びその後の冷却に原因する割れの発生を防止
している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】焼入硬化性を有する溶
接材料をレーザー溶接する方法では、溶接中に溶接部周
辺を加熱することによって、溶接した材料に割れの発生
をもたらすことを防止できるが、しかし溶接後の溶接さ
れた材料形状を平坦なものにすること、すなわち、溶接
した材料に熱歪みが発生することを防止できるものでな
い。
【0004】特に、2枚以上を溶接する材料では、板厚
が互いに異なる場合及び材質が互いに異なる場合、溶接
線に沿って熱歪みが蓄積し溶接後の溶接材料の形状を平
坦に維持することが困難となる。さらに、材質及び板厚
の異なる溶接材料が、長尺の帯状材料であり長手方向に
溶接される場合には、溶接線が長くなるので溶接線に沿
う熱歪みの蓄積はさらに顕著になり、溶接後の形状が乱
れて品質の低下をもたらす問題がある。
【0005】本発明は、板厚及び材質が異なり且つ長尺
である2枚以上の材料を、長手方向に溶接または接合す
る方法及びその装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、以
下に述べる本発明の帯状材料の溶接方法、接合方法及び
その装置により解決することが可能となる。本発明の帯
状材料の溶接方法は、板厚または材質の異なる2枚以上
の帯状材料を、長手方向に連続して溶接する方法におい
て、帯状材料の長手方向の溶接線に沿って溶接線に所定
の温度に加熱または保温し且つその後徐冷することによ
り溶接線に沿って発生する熱歪みを防止し、溶接後の前
記帯状材料を歪みのない平坦な形状にすることによって
達成される。
【0007】さらに、本発明の帯状材料の溶接方法は、
溶接手段が、突合せ溶接、重ね溶接、スポット溶接及び
シーム溶接のいずれか一つの手段であることを特徴とす
る。本発明の帯状材料の接合方法は、板厚または材質の
異なる2枚以上の帯状材料を、長手方向に連続して接合
する方法において、接合時の熱歪みを逃すために帯状材
料の長手方向の接合線に沿って予め接合部分に切り欠け
を設け、且つその後接合線に沿って接合することにより
接合後の前記帯状材料を歪みのない平坦な形状にするこ
とによって達成される。
【0008】さらに、本発明の帯状材料の接合方法は、
接合手段が、溶接及び接着剤のいずれか一つの手段であ
ることを特徴とする。本発明の帯状材料の溶接装置は、
板厚または材質の異なる2枚以上の帯状材料を長手方向
に連続して溶接する装置において、帯状材料の長手方向
の溶接線に沿って帯状材料を溶接する装置、及び溶接線
に所定の温度に加熱または保温し且つその後徐冷する装
置ことによって達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】請求項1から5項の方法及び装置
により、発明者は上記課題を解決した。次に、溶接時に
被溶接材料が溶接熱によって変形(熱歪み)する原理を
以下に説明するが、他の接合方法、例えばろう付け、半
田付け及び熱硬化樹脂等の接着剤等を使用した場合も同
様の原理で説明できることは言うまでもない。
【0010】二つの異なる板厚の被溶接材料を溶接した
場合の溶接後の一般的な被溶接材料の板温度分布を図1
に示す。図1において、横軸は溶接後の経過時間(h)
を示し、縦軸は所定時間経過後の温度(T)を示す。厚
手材料と薄手材料との異なる板厚の材料を溶接した場
合、両者の材料の熱容量の相違により、図1に示すよう
に溶接後空冷した場合にh1 時間経過後の厚手材料の温
度はT1 となり、薄手材料の温度はT2 となり、その冷
却過程中において温度差ΔTが発生する。
【0011】次に、上記温度差ΔTが、被溶接材料の溶
接線を挟んで熱歪みにより板の形状を乱す現象の理由を
説明する。同一材質で板厚の異なる厚板材料(2)と薄
板材料(3)との二つの材料を溶接した被溶接材料
(1)の部分図を図2に示す。図2において、異なる板
厚の被溶接材料(1)の溶接線(L)上の、室温におけ
る仮想の領域の長さ(室温基本長さ)をL0 とする。溶
接後の経過時間h1 での温度T1 における厚手材料
(2)の長さをL1 とすると、長さL1 は、 L1 =μ×L0 ×T1 式1 となる。ここで被溶接材料のμは線膨張係数である。
【0012】また、溶接後の経過時間h1 での温度T2
における薄手材料(3)の長さをL 2 とすると、長さL
2 は、 L2 =μ×L0 ×T2 式2 となる。厚板材料(2)及び厚板材料(3)の両材料間
に発生する熱歪みεは、 ε=(L1 −L2 )/L0 =μ×(T1 −T2 ) 式3 となる。
【0013】また、熱応力σは、 σ=E×ε=E×μ×(T1 −T2 ) 式4 で表せる。T1 とT2 との温度におけるこれらの材料の
降伏応力をσy とすると、溶接された材料が熱によって
変形される条件は、 σy >σ 式5 である。すなわち、 σy >E×μ×(T1 −T2 ) 式6 となる。
【0014】すなわち、溶接後に厚板材料(2)及び厚
板材料(3)の両材料間に発生する熱歪みによる変形を
防止するには、請求項1の方法では、式6より、 σy /Eμ>(T1 −T2 ) 式7 を満足する場合に、熱応力により材料は降伏変形するこ
とが防止される。したがって、溶接後に溶接線近傍をな
るべく広い範囲を保温もしくは加熱したのちに徐冷する
のが好ましい。すなわち、式7を満足する温度差内で徐
冷することにより、熱応力により被溶接材料が降伏変形
することを防止することができ、溶接後に平坦な形状の
板に保持することができる。
【0015】また、本発明の請求項3の方法としては、
熱歪みが蓄積しないように、所定のピッチで熱歪みを開
放する切り込みをあらかじめ厚手材料及び薄手材料の双
方の長手方向縁部に入れ、発生した熱歪みを開放するよ
うにする。この切り欠けのピッチは、厚手材料及び薄手
材料の双方の板厚に依存し、板厚さが大きくなるほどピ
ッチは小さくなる。さらにこの切り欠けピッチは、この
被溶接材料から製作される部品の大きさにも依存する。
また、この被溶接材料をコイルに巻き取る場合には、そ
のコイル直径にも依存し、巻き取りコイルの1周に付き
少なくともとも1個の切り欠けをを必要とする。
【0016】
【実施例】<実施例1>溶接線に所定の温度に加熱また
は保温し且つその後徐冷して溶接線に沿って発生する熱
歪みを防止する実施例を以下に説明する。板厚の異なる
2枚以上の帯状材料を、長手方向に連続して溶接する方
法において、帯状材料の長手方向の溶接線に沿って、溶
接線に所定の温度に加熱または保温し且つその後徐冷し
て溶接線に沿って発生する熱歪みを防止する場合、式7
において、σy 、E及びμはそれぞれの温度に依存して
変化するので、温度tのときの降伏応力はσy (t)、
ヤング率はE(t)、及び線膨張率はμ(t)と表され
る。したがって、式7は、 (T1 −T2 )<σy (t)/E(t)μ(t) 式8 となる。すなわち、板厚の異なる2枚以上の帯状材料を
溶接した溶接線の溶接後の冷却過程においては、加熱装
置は、式8を満足するように加熱もしくは保温及びその
後の徐冷をする必要がある。
【0017】図3に溶接後の帯状材料の溶接線の加熱装
置を示す。図3において帯状材料(1)は、溶接された
後に、溶接部(4)の溶接終了方向(矢印X)に配置さ
れた加熱装置(5)によって、温度差ΔT=(T1 −T
2 )が式8を満足するように制御されつつ徐冷される。
図4に溶接後の帯状材料の溶接線に備えた複数の加熱装
置をを示す。この加熱装置としては、電熱線加熱装置、
誘導加熱装置、及びガス燃焼バーナー等を使用すること
ができる。図4に示されるように、温度差ΔT=(T1
−T2 )を保持するために、複数の加熱装置(5−1、
5−2、5−3)を設けることができ、各加熱装置は、
温度を順次低く保持し且つ厚板側と薄板側を所定の温度
勾配に制御することが好ましい。また、複数の加熱装置
の代わりに1台の加熱装置で、所定の冷却温度勾配に制
御することも可能である。
【0018】<実施例2>接合時の熱歪みを逃すため
に、前記帯状材料の長手方向の接合線に沿って、予め接
合部分に切り欠けを設ける実施例を以下に説明する。本
実施例は、板厚または材質の異なる2枚以上の帯状材料
を、長手方向に連続して接合する方法で、帯状材料の長
手方向の接合線に沿って予め接合部分に切り欠けを設け
ておき、接合時の熱歪みが累積して大きな変形となるこ
とを防止する。
【0019】図5に、接合線に切り欠けを設けた板厚の
異なる2枚の帯状材料を示す。切り欠けの片方7−1、
7−1が、板厚の異なる双方の帯鋼の接合線8に沿って
所定の切り欠けピッチPで設けられる。切り欠けの設け
られた板厚の異なる双方の帯鋼は、その後、溶接接合、
ロウ付け接合、半田付け接合及び熱硬化樹脂等の接着剤
らの種々の手段で接合する。
【0020】接合線に切り欠けを設け且つ異なる板厚の
2枚の接合後の帯状材料を図6に示す。接合線に設ける
切り欠けのピッチ(P)は、帯鋼等の用途によって異な
り、また、厚手材料及び薄手材料の双方の板厚に依存
し、板厚さが大きくなるほどピッチは小さくなる。さら
にこの切り欠けピッチは、この被溶接材料から製作され
る部品の大きさにも依存する。この切り欠けピッチは、
この接合鋼板から成形される最小部品の大きさを考慮し
100mm以上とする。また、この被溶接材料をコイル
に巻き取る場合には、そのコイル直径にも依存し、巻き
取りコイルの1周に付き少なくともとも1個の切り欠け
をを必要とするので、最大10m程度の切り欠けピッチ
とするのが好ましい。
【0021】熱歪みεにより熱応力σが大きくなった接
合線に沿って、熱歪みεすなわち熱応力σの緩和のため
に切り欠けを設けることで、接合後の帯状材料は、接合
線に沿って接合することにより、熱歪みのない平坦な形
状を得ることができる。また、帯鋼をコイルに巻き取る
場合に接合された帯鋼の熱歪みεすなわち熱応力σが小
さく抑えられ、コイルへの巻取りが容易となり、巻取り
形状も良好であり、且つ巻きとれらたコイルの品質を高
く維持できる。
【0022】上記実施例は板厚の異なる帯鋼の例を示し
たが、本発明の方法は溶接及び接合が可能である異なる
鋼種同士の接合及び異なる金属同士にも適用できる。
【0023】
【発明の効果】本発明により、溶接、接合後の帯状材料
の平坦度が確保され、製品としての歩留りが高く維持で
起用になった。また、巻取り時の接合または溶接された
帯状材料の歪みを小さく抑えられることすなわち剛性を
低くすることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】二つの異なる板厚の被溶接材料を溶接した場合
の溶接後の一般的な被溶接材料の溶接後の経過時間屠蘇
のときの温度を示す板温度分布である。
【図2】同一材質で板厚の異なる厚板材料と薄板材料と
の二つの材料を溶接した被溶接材料の部分図を示す。
【図3】溶接後の帯状材料の溶接線の加熱装置を示す。
【図4】溶接後の帯状材料の溶接線に備えた複数の加熱
装置の側面図を示す。
【図5】接合線に切り欠けを設けた板厚の異なる2枚の
帯状材料を示す。
【図6】接合線に切り欠けを設け且つ異なる板厚の2枚
の接合後の帯状材料を示す。
【符号の説明】
1…二つの異なる厚さの被溶接材 2…厚手材料 3…薄手材料 4…溶接部 5…加熱装置 5−1…加熱装置 5−2…加熱装置 5−3…加熱装置 6…溶接トーチ 7…切り欠け 7−1…切り欠けの片方 8…接合線 h…溶接後の経過時間 L…溶接線 L0 …仮想の領域 T1 …溶接後の厚手材料の溶接部の温度 T2 …溶接後の薄手材料の溶接部の温度 ΔT…溶接後の厚手材料と薄手材料との溶接部の温度差 P…切り欠けのピッチ X…溶接方向

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板厚または材質の異なる2枚以上の帯状
    材料を、長手方向に連続して溶接する方法において、 前記帯状材料の長手方向の溶接線に沿って、前記溶接線
    に所定の温度に加熱または保温し且つその後徐冷するこ
    とにより、前記溶接線に沿って発生する熱歪みを防止
    し、 溶接後の前記帯状材料を歪みのない平坦な形状にするこ
    とを特徴とする帯状材料の溶接方法。
  2. 【請求項2】 溶接手段が、突合せ溶接、重ね溶接、ス
    ポット溶接及びシーム溶接のいずれか一つの手段である
    ことを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 板厚または材質の異なる2枚以上の帯状
    材料を、長手方向に連続して接合する方法において、 接合時の熱歪みを逃すために、前記帯状材料の長手方向
    の接合線に沿って、予め接合部分に切り欠けを設け、且
    つその後接合線に沿って接合することにより、接合後の
    前記帯状材料を歪みのない平坦な形状にすることを特徴
    とする帯状材料の接合方法。
  4. 【請求項4】 接合手段が、溶接、ろう付け、半田付け
    及び接着剤のいずれか一つの手段であることを特徴とす
    る請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 板厚または材質の異なる2枚以上の帯状
    材料を、長手方向に連続して溶接する装置において、 前記帯状材料の長手方向の溶接線に沿って、前記帯状材
    料を溶接する装置、及び前記溶接線に所定の温度に加熱
    または保温し且つその後徐冷する装置、を備えることを
    特徴とする帯状材料の溶接装置。
JP11127234A 1999-05-07 1999-05-07 帯状材料の溶接方法と接合方法、及びその装置 Pending JP2000317645A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009513358A (ja) * 2005-10-26 2009-04-02 エムティーユー エアロ エンジンズ ゲーエムベーハー 溶接継手の製作方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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