特開 2024-58509 塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024058509

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/167 20060101AFI20240418BHJP

   B23K 9/235 20060101ALI20240418BHJP

   B23K 9/29 20060101ALI20240418BHJP

   B23D 1/08 20060101ALI20240418BHJP

   B23D 9/00 20060101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

B23K9/167 A

B23K9/235 Z

B23K9/29 B

B23D1/08

B23D9/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022165926

(22)【出願日】2022-10-15

(71)【出願人】

【識別番号】599095159

【氏名又は名称】株式会社ムラタ溶研

(74)【代理人】

【識別番号】100129540

【弁理士】

【氏名又は名称】谷田 龍一

(74)【代理人】

【識別番号】100137648

【弁理士】

【氏名又は名称】吉武 賢一

(72)【発明者】

【氏名】村田 彰久

(72)【発明者】

【氏名】村田 唯介

【テーマコード（参考）】

3C050

4E001

【Ｆターム（参考）】

3C050AB01

3C050AC02

3C050AD08

4E001AA03

4E001BB07

4E001LH12

(57)【要約】

【課題】 塗装されたコイル材の継ぎ足しにかかる時間を短縮しつつ溶接品質を安定させ、溶接ヒュームの発生量を少なくし安全性も向上させ得る、塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法を提供する。
【解決手段】 両面に塗膜が形成された第１帯状金属薄板１の後端縁と両面に塗膜が形成された第２帯状金属薄板２の先端縁とを裏当て金上で突合せ、剥離バイト５とバイトガイド部材６とを用いて、突合せ面の両側の所定幅の塗膜を同時に片面のみ削り取る剥離工程と、前記剥離工程において塗膜を削り取った母材面に沿って前記母材面の両側面を塗膜が隠れるように一対の押え金により前記裏当て金上で押えておいて、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチを所定アーク長及び所定速度で移動させて前記突合せ部位を溶接する溶接工程と、を含む。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

両面に塗膜が形成された第１帯状金属薄板の後端縁と両面に塗膜が形成された第２帯状金属薄板の先端縁とを裏当て金上で突合せ、剥離バイトとバイトガイド部材とを用いて、突合せ面の両側の所定幅の塗膜を同時に片面のみ削り取る剥離工程と、
前記剥離工程において塗膜を削り取った母材面に沿って前記母材面の両側面を塗膜が隠れるように一対の押え金により前記裏当て金上で押えておいて、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチを所定アーク長及び所定速度で移動させて前記突合せ部位を溶接する溶接工程と、
を含む、
塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法。

【請求項2】

前記バイトガイド部材を前記裏当て金の所定位置に位置決めするための位置決め手段を備え、前記位置決め手段により前記バイトガイド部材を前記裏当て金上に位置決めする、請求項１に記載の塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法。

【請求項3】

前記バイトガイド部材がスリットを備え、前記スリットに沿って前記剥離バイトを移動させることにより、前記塗膜を削り取る、請求項１に記載の塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法。

【請求項4】

前記第１帯状金属薄板及び第２帯状金属薄板の厚さが０．２～０．４ｍｍ、前記一対の押え金の離間幅が１．５～２．０ｍｍ、前記ＴＩＧ溶接トーチの移動速度が２０００～６０００ｍｍ／分、溶接電流が１００～１４０Ａ、且つ、アーク長が０．４～０．７ｍｍである、請求項１に記載の塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法。

【請求項5】

前記剥離バイトが１．５～３．０ｍｍ幅の切れ刃を有し、前記剥離バイトを用いて、１．５～３．０ｍｍ幅の塗膜を削り取る、請求項１に記載の塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カラー鋼板等の表面に塗料が塗布された塗膜付き帯状金属薄板を突合せ溶接により接合する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、表面に塗料を塗布して色調やその他の機能を付加した鋼板（カラー鋼板又は塗装鋼板とも言う。）の二次製品が、住宅屋根等の建築建材用として広く用いられている。斯かる二次製品の製造は、主にコイル材（フープ材とも言う。）を特殊な成形ロールを用いて連続的に生産されている。

【0003】

コイル材の連続生産中にコイル材が途切れると、途切れたコイル材に新たなコイル材が継ぎ足される。カラー鋼板は、例えば塗装溶融５５％Ａｌ－Ｚｎ合金メッキ鋼板の両面にポリエステル樹脂系塗装が施されていて溶接できないため、リベット留め等の機械的接合が一般に用いられる（非特許文献１等）。カラー鋼板のはんだ付けが必要な場合は、カラー鋼板の接合する箇所（通常は、帯状のコイル材の端部）の両面の塗料をサンドペーパー等で除去してから、カラー鋼板の両面の塗料を除去した部分を重ね合わせて、はんだ付けや抵抗スポット溶接等を用いて重ね溶接を行う（非特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【非特許文献1】株式会社平出精密ホームページ「リベット カラー鋼板、塗装鋼板の部品接合、締結」［令和４年１０月１４日検索］，インターネット ＜URL：https://www.hiraide.co.jp/productlist/1117/＞

【非特許文献2】ウィキペディア［令和４年１０月１４日検索］，インターネット ＜URL： https://ja.wikipedia.org/wiki/カラー鋼板＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、継ぎ足されたコイル材は、成形ロールを通過する際に、リベット等の機械的接合箇所やカラー鋼板の重ね合わせ個所の段差部が成形ロールに引っ掛かり、成形ロールを傷つけるため、継ぎ足し箇所が成形ロールを通過する度に成形ロールを開放する必要があるが、成形ロールは多段（例えば５～１０段）設けられており、継ぎ足し箇所を通過させるために全ての成形ロールを開放する必要があり、成形ロールの開放及び閉鎖に多くの時間と手間を要する。

【0006】

上記のことから、カラー鋼板のコイル材の生産ラインにおいてコイル材が一旦途切れると、コイル交換のために数時間の生産ラインの停止を余儀なくされ、生産性を大幅に低下させていた。

【0007】

また、サンドペーパーによる塗料の除去作業は、多くの時間を要する上、作業時間が区々となり、また、剥離ムラが生じやすく、更に、数センチ幅以上の広い範囲の塗料を除去するために多量の粉塵が発生する。剥離ムラは溶接品質に悪影響を及ぼし、多量の粉塵は安全性に欠ける。

【0008】

そこで本発明は、塗装されたコイル材の継ぎ足しにかかる時間を短縮しつつ溶接品質を安定させ、安全性も向上させ得る、塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明に係る塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法の一態様は、両面に塗膜が形成された第１帯状金属薄板の後端縁と両面に塗膜が形成された第２帯状金属薄板の先端縁とを裏当て金上で突合せ、剥離バイトとバイトガイド部材とを用いて、突合せ面の両側の所定幅の塗膜を同時に片面のみ削り取る剥離工程と、前記剥離工程において塗膜を削り取った母材面に沿って前記母材面の両側面を塗膜が隠れるように一対の押え金により前記裏当て金上で押えておいて、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチを所定アーク長及び所定速度で移動させて前記突合せ部位を溶接する溶接工程と、を含む。

【0010】

前記バイトガイド部材を前記裏当て金の所定位置に位置決めするための位置決め手段を備え、前記位置決め手段により前記バイトガイド部材を前記裏当て金上に位置決めすることが好ましい。

【0011】

前記バイトガイド部材がスリットを備え、前記スリットに沿って前記剥離バイトを移動させることにより、前記塗膜を削り取ることが好ましい。

【0012】

前記第１帯状金属薄板及び第２帯状金属薄板の厚さが０．２～０．４ｍｍ、前記一対の押え金の離間幅が１．５～２．０ｍｍ、前記ＴＩＧ溶接トーチの移動速度が２０００～６０００ｍｍ／分、溶接電流が１００～１４０Ａ、且つ、アーク長が０．４～０．７ｍｍであることが好ましい。

【0013】

前記剥離バイトが１．５～３．０ｍｍ幅の切れ刃を有し、前記剥離バイトを用いて、１．５～３．０ｍｍ幅の塗膜を削り取ることが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、突合せ溶接のため重ね溶接のような段差がなく、成形ロールの開放も不要となり、また、塗膜の除去は片面だけで済み、剥離バイトをバイトガイド部材に沿わせて塗膜を削り取るため除去作業もムラなく迅速に行える。また、上記所定の溶接条件によって溶接することにより、短時間で安定した品質の溶接が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法の一実施工程を説明するための斜視図である。

【図2】本発明に使用する剥離バイトの一実施形態を示す斜視図である。

【図3】本発明に使用するバイトガイド部材の一実施形態を示す斜視図である。

【図4】本発明に使用するバイトガイド部材と剥離バイトを用いて塗膜を削り取る状態を示す斜視図である。

【図5】本発明の一実施工程を説明するための平面図であり、塗膜を削り取った後の状態を示す。

【図6】本発明の一実施工程を説明するための縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明に係る塗膜付き帯状金属薄板の突合せ溶接方法の実施形態について以下に図１～図６を参照して説明する。

【0017】

先ず、図１に示すように、両面に塗膜が形成された第１帯状金属薄板１の後端縁１ａと両面に塗膜が形成された第２帯状金属薄板２の先端縁２ａとを裏当て金３の上で突合せる。第１帯状金属薄板１及び第２帯状金属薄板２は、カラー鋼板の他、表面に塗料が塗装されたアルミ板、その他、表面に塗料が塗布された帯状金属薄板であって、厚さが０．２～０．４ｍｍの金属薄板を好適に用いることができる。

【0018】

突合せ方法として、裏当て金３の凹溝３ａの中央から昇降する、自動溶接機のセンタープレート４を用いることができる。自動溶接機のセンタープレート４は、例えば特開２００３－２０５３６９等により公知である。具体的には、裏当て金３の凹溝３ａの中央からセンタープレート４を図１の仮想線の位置に上昇させ、第１帯状金属薄板１の後端縁１ａをセンタープレート４に当接させ、第１帯状金属薄板１をその位置で保持しておいて、次いで、センタープレート４を下降させ、第２帯状金属薄板２の先端縁２ａを、第１帯状金属薄板１の後端縁１ａに当接させる。なお、第２帯状金属薄板２の先端縁２ａをセンタープレート４に当接させて位置決めしてから、センタープレート４を下降させて第１帯状金属薄板１の後端縁１ａを第２帯状金属薄板２の先端縁２ａに当接させてもよい。

【0019】

第１帯状金属薄板１と第２帯状金属薄板２を突き合わせた状態で固定する。この固定は、第１帯状金属薄板１及び第２帯状金属薄板２の位置がずれないように固定されておればよく、クランプ等の種々の固定手段（図示せず。）を用いることができる。また、その固定に際して、例えば、上記具体例では、先ず第１帯状金属薄板１をセンタープレート４に当接させてから固定し、次いで、センタープレート４を下降させて第２帯状金属薄板２の先端縁２ａを第１帯状金属薄板１の後端縁１ａに当接させた後、第２帯状金属薄板２を固定する。

【0020】

上記のようにして第１帯状金属薄板１と第２帯状金属薄板２とが突合わされて固定された状態で、剥離バイト５（図２）とバイトガイド部材６（図４）とを用いて突合せた後端縁１ａ及び先端縁２ａの其々の所定幅Ｗ１（図５）の塗膜を片面のみ削り取る。第１帯状金属薄板１と第２帯状金属薄板２の反対側の面（裏面）の塗膜１ｄ、２ｄ（図６参照）は削り取る必要が無い。

【0021】

剥離バイト５は、図２に示すように、切れ刃５ａと、切れ刃５ａに連設されたすくい面５ｂと、すくい面と反対側の面に設けられた逃げ面５ｃとを備えている。剥離バイト５の切れ刃５ａは、好適には１．５～３．０ｍｍの幅寸法５ｄを有する。剥離バイト５の切れ刃５ａは、超硬合金で形成することが好ましい。

【0022】

バイトガイド部材６は、図３に示すように、剥離バイト５の切れ刃５ａが入るスリット６ａを備えることができる。スリット６ａの幅寸法６ｗは、１．５～３．０ｍｍが好ましく、剥離バイト５の切れ刃５ａの幅寸法５ｄと合わせることが好ましい。図４に示すように、スリット６ａの中央に突合せ面Ｘが位置するようにバイトガイド部材６を配置する。そして、剥離バイト５の切れ刃５ａを有する先端部をスリット６ａに挿入し、スリット６ａを定規にして剥離バイト５の移動させることにより、突合せ面における第１帯状金属薄板１及び第２帯状金属薄板２の塗膜を同時に所定幅Ｗ１の１．５～３．０ｍｍの剥離幅で削り取る（図５参照）。剥離バイト５は、スリット６ａに沿って数回往復させるとよく、具体的には２～３回の往復で削り取ることができる。バイトガイド部材６は、図示例に限らず、直定規の形態、その他の種々の形態を採用することができる。

【0023】

バイトガイド部材６は、剥離バイト５を用いて所定幅Ｗ１の塗膜を削り取るために、裏当て金３の所定位置に位置決めするための位置決め手段を備える。図示例において位置決め手段は、図１に示す作業テーブル７に形成された位置決め溝７ａと、位置決め溝７ａに係合する位置決めピン６ｂとを備える。図示例の位置決めピン６ｂは、ビスで構成されていて、裏面に雄螺子部（図示せず。）が突き出している。バイトガイド部材６の位置決め手段は、位置決めピンの他、位置決めガイド等の種々の形態を採用することができる。位置決め手段によりバイトガイド部材６を裏当て金３の上に位置決めする。

【0024】

バイトガイド部材６をセットして剥離バイト５を数回往復させるだけで、突合せ面Ｘの所定幅Ｗ１の塗膜を剥離できるため、塗膜剥離作業を短時間で終えることができ、上記した従来の剥離方法に比べて、塗膜の剥離工程に要する時間を短縮することができる。また、従来のようにグラインダーやサンドペーパーを用いて塗膜を除去する場合に比べ、剥離バイト５で塗膜を削り取るため、粉塵が発生し難く、安全性が向上する。また、塗膜を剥離する幅（所定幅Ｗ１）は小さくできるので、塗膜の廃棄量も少なくて済む。また、塗膜の除去は、上記従来のように両面の塗膜を除去する必要がなく、片面のみ塗膜を除去するため、除去作業が短縮される。なお、剥離バイト５で削り取った塗膜は、刷毛等で掃き出して、掃除機等で吸引することができる。

【0025】

塗膜を剥離する上記の剥離工程において、図６に示すように、塗膜１ｂ、２ｂを削り取った母材面１ｃ、２ｃに沿って母材面１ｃ、２ｃの両側面を塗膜１ｂ、２ｂが隠れるように一対の押え金８、９により裏当て金３上で押えておいて、突合せ面Ｘを、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチによりＴＩＧ溶接する。

【0026】

裏当て金３は、通常、熱伝導性の良い銅が用いられ、冷却作用を利用して過大な熱入力を防いで溶け落ちを防止するとともに、裏波ビードの溶着を防ぐために凹溝３ａが形成されている。裏当て金３の凹溝３ａは、板厚によもよるが、幅２～６ｍｍ、深さ０．５～２ｍｍとすることが好ましい。溶接時に裏波ビードの酸化防止のため、不活性ガスＢＧによるガスシールド（バックシールドとも呼ばれる。）がガス孔３ｂから供給される。バックシールドは、例えばアルゴンガスを使用でき、流量を２～５リットル／分とすることが好ましい。

【0027】

押え金８、９は、裏当て金３と同様に、通常熱伝導性の良い銅が用いられ、冷却作用による過大な熱流入力を防ぐ。また、一対の平行な押え金８、９の離間幅Ｗ２は、１．５～２．０ｍｍとすることが好ましい。押え金８、９の離間幅Ｗ２は、２．０ｍｍより広いと、冷却作用が低下し、溶け落ち（穴あき）が発生しやすくなり、１．５ｍｍより狭いと、過度な冷却作用により熱量入力が不足して、溶接が不十分になりやすい。また、塗膜を削り取った母材面１ｃ、２ｃの両側面を塗膜１ｂ、２ｂが隠れるように押え金８、９により押えるため、押え金８、９の離間幅Ｗ２は、剥離幅（所定幅Ｗ１）よりも狭いか同じ（Ｗ２≦Ｗ１）に設定される。押え金８、９の離間幅Ｗ２が剥離幅（所定幅Ｗ１）より広いと、一対の押え金８、９の間に塗膜１ｂ、２ｂが露出するため、溶接時に塗膜１ｂ、２ｂが溶融して蒸発し、タングステン電極の先端に付着し、電極の消耗を早める。また、溶接ヒューム（特定化学物質）が拡散するため好ましくない。

【0028】

ＴＩＧ溶接には、特開２０１２－１３９７０４等により公知の狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチを用いる。図６に示すように、狭窄ノズル１０は内径３．０～４．０ｍｍのモリブデン製のノズルであり、この狭窄ノズル１０をタングステン電極１１とガスノズル１２の間に装着することでシールドガスの流路を狭窄ノズル１０の内側流路１３と外側流路１４とに分離し，内側流路１３のシールドガスＧ１の流量と外側流路１４のシールドガスＧ２の流量とを独立して調整することができる。内側流路１３を流れるシールドガスＧ１は狭窄ノズル１０によって高速化されてアークプラズマに吹き付けられるため、アークプラズマは緊縮し熱流束の集中およびアークプラズマの指向性の向上といった効果が得られる。その結果、溶接速度の高速化が可能となり、さらに細い溶接ビードが得られるといった、極薄板溶接に適した熱源特性を得ることができる。

【0029】

狭窄ノズル１０を備えるＴＩＧ溶接トーチ１５に流すシールドガスの流量は、溶接する板厚（０．２～０．４ｍｍ）により、シールドガスＧ１を２～３リットル毎分、シールドガスＧ２を１０～１２リットル毎分とすることが好ましい。

【0030】

押え金８、９の離間幅Ｗ２を１．５～２．０ｍｍのように狭くすることで、いわゆるサーマルピンチ効果により、ＴＩＧ溶接トーチ１５を突合せ面Ｘに沿って移動させる際に、アークプラズマが押え金８、９の長手方向に細長く変形し、溶融プールがタングステン電極の中心より常に前方に位置し、突合せ部の隙間発生を無くし、穴あき不良を無くすことができる。

【0031】

板厚や板材料によるが、ＴＩＧ溶接トーチ１５に保持されたタングステン電極１１の先端と溶接対象である突合せ部との距離、即ち、アーク長Ｌは０．４～０．７ｍｍとすることが好ましく、アーク電流（溶接電流）は１００～１４０Ａとすることが好ましく、ＴＩＧ溶接トーチ１５の移動速度は２０００～６０００ｍｍ毎分とすることが好ましい。

【0032】

アーク長は、０．４ｍｍより短いとタングステン電極の先端の消耗が激しく、タングステン電極の交換頻度が増し、０．７ｍｍより長いと、アークプラズマの指向性が低下し、アークプラズマが不安定になって溶接品質が低下する。アーク電流は、１００Ａ未満であると入熱量が不足し、１４０Ａを超えると入熱量が過大となる。

【0033】

ＴＩＧ溶接トーチの移動速度は、２０００ｍｍ毎分より遅いと、入熱が過大となり、ビード幅が広くなり、溶け落ちによる穴あきが発生しやすく、接合面で割れが生じやすくなり、また、裏面の塗膜１ｄ、２ｄが蒸発し、アークが不安定になり、６０００ｍｍ毎分より早いと、アークが不安定になり、入熱が不足して溶接が不十分になる。

【0034】

突合せ溶接する帯状金属薄板の片面の塗膜を、１．５～３．０ｍｍという狭い幅で剥離し、押え金８、９により離間幅１．５～２．０ｍｍという狭い間隔で拘束して塗膜を覆い、ＴＩＧ溶接トーチ１５を２０００～６０００ｍｍ毎分という高速で移動させ、１００～１４０Ａという大電流とすることで、アークプラズマを安定化させ、高強度且つ再現性に優れた溶接品質を得ることができる。

【0035】

溶接ビードは、圧延ローラによって圧延し、溶接ビードの凸部を平坦にしておくことができる。

【0036】

本発明の突合せ溶接方法は、特開２００２－３３６９６４等により公知の突合せ自動溶接機（フープウェルダー）を用いて実施することができる。

【0037】

本発明は、上記実施形態に限定解釈されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ 第１帯状金属薄板
１ａ 塗膜
１ｂ 母材面
２ 第２帯状金属薄板
２ａ 塗膜
２ｂ 母材面
３ 裏当て金
３ａ 凹溝
４ センタープレート
５ 剥離バイト
６ バイトガイド部材
６ａ スリット
７ 突合せ面
８ 押え金
９ 押え金
１０ 狭窄ノズル
１５ ＴＩＧ溶接トーチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】