JP2013022599A - 鋼材の溶接継手構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この溶接継手の構造は、母材1の強度が780N/mm2以上の強度を有する。母材1を接続する溶接金属3のルート5側の軟質溶接部6の強度が、490N/mm2以上で、かつ、母材1の強度より低い。溶接金属3の軟質溶接部6を除く残りの層からなる等質溶接部7が、母材1と同等以上の強度を有する。母材1の板厚to、軟質溶接部6の厚さtw、開先2の開先幅W、および開先角度θで表される形状と、母材強度σoおよび軟質溶接部6の強度σsから(1)式により表されるパラメータβが0.15以下である。
【数1】
【選択図】図1
Description
建築構造物に適用される溶接継手は、溶接部の材料強度を母材の材料強度より高くする、いわゆるオーバーマッチング継手が一般的である。
このため、低強度の軟質溶接部およびより高強度の等質溶接部の各面積と各強度の単純0和から求められる継手強度より高い強度の継手を製造することが可能である。
FEMによる数値解析では、図1に示す各パラメータを表1に示すように変化させて解析を行った。
解析結果は、継手強度σwを母材強度σoで無次元化した継手の無次元化強度σw/σoと、(2)式で表される継手パラメータαによりまとめた。
また、軟質溶接部厚さtwが薄く、開先幅Wが小さい方が継手強度が大きくなる傾向にあり、開先角度θが大きい方が継手強度が小さくなる傾向にあることから、(2)式に示すように、母材板厚toにて無次元化するとともに、これらの積をαとしてパラメータとした。
また、図2が表1における母材強度が980N/mm2(1000N/mm2級)で軟質溶接部強度が590N/mm2(600N/mm2級)の場合の結果を示し、図3が表1における母材強度が780N/mm2(800N/mm2級)で軟質溶接部強度が590N/mm2(600N/mm2級)の場合の結果を示し、図4が表1における母材強度が980N/mm2(1000N/mm2級)で軟質溶接部強度が490N/mm2(500N/mm2級)の場合の結果を示し、図5が表1における母材強度が780N/mm2(800N/mm2級)で軟質溶接部強度が490N/mm2(500N/mm2級)の場合の結果を示している。
また、グラフの各マークは、開先形状がレ型で開先角度θが30度の場合と、同じくレ型で45度の場合と、開先形状がV型で開先角度θが30度の場合と、同じくV型で45度の場合に対応している。また、同じ5つのマークは、それぞれ軟質溶接層の厚さが、3,6,9,12,18mmの場合に対応している。
そこで、母材強度および軟質溶接部強度の影響をパラメータに加味して整理したところ、(1)式で表されるパラメータβにより整理すれば、母材強度と軟質溶接部強度との影響を含めて一元的に表現できることが分かった。
この場合、σw/σoが1以上となる形状条件は、β≦0.15となる。
すなわち、本発明の鋼材の溶接継手構造は、鋼材同士を接続する鋼材の溶接継手の構造であって、開先の形状がレ型またはV型で、前記開先内の溶接金属が複数層からなる溶接工法により施工され、接続される母材の強度が780N/mm2以上の強度を有し、前記母材を接続するルート側の前記溶接金属の初層を含む複数層からなる軟質溶接部の強度が、490N/mm2以上とされるとともに、前記母材の強度より低くされ、前記溶接金属の前記軟質溶接部を除く残りの層が前記母材と同等以上の強度を有する等質溶接部とされ、前記母材の板厚to、前記軟質溶接部の厚さtw、前記開先の開先幅W、および前記開先の開先角度θで表される形状と、母材強度σoおよびルート側の前記軟質溶接部の強度σsとから(1)式により表されるパラメータβが0.15以下であることを特徴とする。
この実施形態の鋼材の溶接継手構造は、例えば、図1に示すように、互いに溶接すべき二つの母材1と、母材1に形成された開先2内に形成された溶接金属(溶材)3とを備える。この実施形態の溶接継手においては、開先2内の溶接金属3は、複数層に形成されている。すなわち、この溶接継手においては、溶接金属3が複数層からなる溶接工法(例えば、アーク溶接でビードを二層以上重ねる多層溶接)により施工されている。
二つの母材1のルート5側の間隔がルートギャップgである。
なお、図1に示される鋼材(母材1)の溶接継手構造は、一例であり、例えば、図1では、開先形状が一方の母材1に形成されるレ型となっているが、両方の母材1に形成されるV型であってもよい。
母材1は、780N/mm2以上(例えば、1000N/mm2級も含まれる)の高強度の材料を前提とし、上述のように母材1の開先2の開先形状がレ型またはV型の溶接継手である。
なお、低強度の溶接材料を使用することで、初層割れの抑制ができるとともに脆性破断を防止することが可能となる。
また、(1)式で示されるβを0.15以下とするものとしても、開先幅Wや開先角度θを有る程度確保することが可能であり、必ずしも狭開先とせずとも施工が可能である。これによって現場施工が容易になり、必ずしも特別な溶接技能・技術を必要としない。
また、この実施の形態の軟質溶接材および等質溶接材は、母材(鋼材)に対応するとともに強度に対応した周知のものを用いることができる。
2 開先
3 溶接金属
5 ルート
6 軟質溶接部
7 等質溶接部
θ 開先角度
W 開先幅
to 母材板厚
tw 軟質溶接部の厚さ
Claims (1)
- 鋼材同士を接続する鋼材の溶接継手の構造であって
開先の形状がレ型またはV型で、前記開先内の溶接金属が複数層からなる溶接工法により施工され、
接続される母材の強度が780N/mm2以上の強度を有し、
前記母材を接続するルート側の前記溶接金属の初層を含む複数層からなる軟質溶接部の強度が、490N/mm2以上で、かつ、前記母材の強度より低く、
前記溶接金属の前記軟質溶接部を除く残りの層が前記母材と同等以上の強度を有する等質溶接部とされ、
前記母材の板厚to、前記軟質溶接部の厚さtw、前記開先の開先幅W、および前記開先の開先角度θで表される形状と、母材強度σoおよびルート側の前記軟質溶接部の強度σsから(1)式により表されるパラメータβが0.15以下であることを特徴とする鋼材の溶接継手構造。
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-
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