JP2019166539A - ボックス柱およびボックス柱の溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接の作業効率を向上できるボックス柱およびボックス柱の溶接方法を提供すること。【解決手段】ボックス柱１は、軸方向の開口部５の第１辺部５１に形成された第１開先５３と、開口部５の第１辺部５１に隣接する第２辺部５２に形成された第２開先５４と、第１開先５３と第２開先５４とを開口部５の周方向に隔てる仕切部５５とを備え、仕切部５５は、当該ボックス柱１の軸方向の端部によって構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ボックス柱およびボックス柱の溶接方法に関する。

従来、鋼材にボックス柱を溶接する方法として、ボックス柱の軸方向の開口部に形成された開先内にタブを配置し、開口部の対向する２辺を溶接した後、開口部の他の２辺を溶接するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２９７１４４号公報

特許文献１に記載のボックス柱の溶接方法では、開口部の各辺をセラミックス製のタブで仕切った後、各辺を溶接する。この場合、タブに当接する溶接継目の当接面にセラミックスが残存することに加えて、当該当接面に不陸が生じてしまうので、そのまま溶接すると溶接欠陥が生じてしまう。このため、溶接継目の当接面をアークエアガウジングやグラインダ等で仕上げる必要があり、作業効率が悪いという問題がある。
その他のボックス柱の溶接方法として、開口部の各辺を鋼製のタブで仕切った後、各辺を溶接するものがある。この場合、タブの化学成分が溶接によって変化してしまうため、タブをガウジングやグラインダによって除去する必要があり、作業効率が悪いという問題がある。

本発明の目的は、溶接の作業効率を向上できるボックス柱およびボックス柱の溶接方法を提供することにある。

本発明のボックス柱は、軸方向の開口部の第１辺部に形成された第１開先と、前記開口部の前記第１辺部に隣接する第２辺部に形成された第２開先と、前記第１開先と前記第２開先とを前記開口部の周方向に隔てる仕切部とを備え、前記仕切部は、当該ボックス柱の前記軸方向の端部によって構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１開先と第２開先とを隔てる仕切部をボックス柱の軸方向の端部で構成するため、開先を溶接した後に仕切部をガウジング等によって除去する必要がなく、溶接の作業効率を向上できる。

本発明のボックス柱において、前記仕切部の前記軸方向の端縁は、前記軸方向からみて線状とされ、前記第１開先および前記第２開先は、前記仕切部の前記線状の端縁を挟んで互いに隣接することが好ましい。

本発明によれば、第１開先および第２開先が仕切部の線状の端縁を挟んで互いに隣接するため、第１開先の溶接継目と第２開先の溶接継目とを繋げることができるので、溶接強度を十分に確保することができる。

本発明のボックス柱において、前記第１開先は、前記第１辺部に沿って延設され、延設方向の端部が当該延設方向に開放されていることが好ましい。

本発明によれば、第１開先の延設方向の端部が延設方向に開放されているため、第１開先の延設方向の端部を容易に溶接することができ、溶接の作業効率をより向上できる。

本発明のボックス柱の溶接方法は、前述した本発明のボックス柱を鋼材に溶接するボックス柱の溶接方法であって、前記ボックス柱の前記開口部から突出させた裏当金を当該開口部に溶接する工程と、前記第１開先および前記第２開先の一方にバッキング材を配置する工程と、前記第１開先および前記第２開先の一方を前記鋼材に溶接する工程と、前記第１開先および前記第２開先の一方から前記バッキング材を除去する工程と、前記第１開先および前記第２開先の他方を前記鋼材に溶接する工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、裏当金によるルートギャップが存在しても、第１開先および第２開先の一方にバッキング材を配置することにより、溶接継目の欠陥の発生を防止できる。また、仕切部があることにより、一方の開先側からみたバッキング材の露出面積が小さく、バッキング材に対する溶接継目の当接面積が小さいので、当該当接面をガウジング等で修正する必要がない。したがって、溶接継目の欠陥発生を防止しつつ、溶接の作業効率を向上できる。

本発明の一実施形態に係るボックス柱の斜視図。 図１のボックス柱の溶接構造を示す分解斜視図。 図２の溶接構造を示す拡大断面図。 図２の溶接構造における溶接手順を示す斜視図。 図２の溶接構造における溶接手順を示す斜視図。 本発明の変形例に係るボックス柱の斜視図。 本発明の変形例に係るボックス柱の溶接構造を示す分解斜視図。 図７の溶接構造を示す拡大断面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２において、ボックス柱１は、４つの鋼板が互いに溶接された四角筒状の鋼管である。ボックス柱１は、スキンプレート２Ａ、２Ｂ、角鋼３（図１参照）、端面部４（図２参照）、および開口部５を備えている。開口部５内には、当該開口部５から突出させた裏当金６が溶接される。

スキンプレート２Ａ、２Ｂは、ボックス柱１の側面部を構成する。このうち、対向する一対のスキンプレート２Ａは、ボックス柱１のフランジ面部を構成し、対向する他の一対のスキンプレート２Ｂは、ボックス柱１のウェブ面部を構成する。スキンプレート２Ａ、２Ｂには、例えば、ＳＭ４９０材やＳＮ４９０材が用いられる。

角鋼３は、ボックス柱１の内側の四隅に溶接された棒状の裏当金であり、ボックス柱１の軸方向に延設されている。角鋼３は、ボックス柱１の軸方向の両端側で、ボックス柱１の長さよりも短くなっている。角鋼３の材質は、特に限定されないが、ボックス柱１と同じ鋼材、またはボックス柱１と同程度の特性を有する鋼材が好ましい。

端面部４は、ボックス柱１の軸方向の一端側に設けられ、当該一端側の軸方向の開口を閉塞する。端面部４の材質は、特に限定されないが、ボックス柱１と同じ鋼材、またはボックス柱１と同程度の特性を有する鋼材が好ましい。

開口部５は、ボックス柱１の軸方向の他端側に設けられ、当該他端側の軸方向の開口５Ａを形成する。開口部５は、開口５Ａを挟んで対向する一対の第１辺部５１と、開口５Ａを挟んで第１辺部５１に対して直角をなして対向する一対の第２辺部５２とで構成される。開口部５は、第１開先５３、第２開先５４、および仕切部５５を備えている。

第１開先５３および第２開先５４は、カッタ、グラインダ、ドリル等による機械的な研削や、ガス切断、プラズマ切断、レーザ切断等の熱切断によって形成される。第１開先５３および第２開先５４は、ボックス柱１を製造する前にスキンプレート２Ａ、２Ｂに形成されてもよいし、ボックス柱１を製造した後で開口部５に形成されてもよい。

第１開先５３は、開口部５の第１辺部５１に形成されている。第１開先５３は、第１辺部５１に沿って延設され、延設方向の両端が当該延設方向に開放されている。本実施形態の場合、スキンプレート２Ａの軸方向の端部に、当該端部の延設方向の一端から他端にかけて傾斜面５３Ａが延設され、当該傾斜面５３Ａによって第１開先５３が構成される。

第２開先５４は、開口部５の第２辺部５２に形成されている。第２開先５４は、第２辺部５２に沿って延設された傾斜面５４Ａと、傾斜面５４Ａの延設方向の両端からボックス柱１の軸方向に立ち上がる平面状の立上面５４Ｂとを備えている。傾斜面５４Ａは、第２辺部５２において第１辺部５１の内面を延長した延長面の位置まで形成され、立上面５４Ｂは、当該延長面に沿った平面とされている。本実施形態の場合、スキンプレート２Ｂの軸方向の端部に、当該端部の延設方向の一端から他端にかけて傾斜面５４Ａが延設され、スキンプレート２Ａの内面によって立上面５４Ｂが構成される。

仕切部５５は、ボックス柱１の軸方向の端部によって構成され、第１開先５３と第２開先５４とを開口部５の周方向に隔てる。すなわち、仕切部５５は、ボックス柱１の母材であり、スキンプレート２Ａ、２Ｂの一部である。仕切部５５の軸方向の端縁５５Ａは、ボックス柱１の軸方向の端縁であり、開口部５の内周縁を含む平面上、つまり第１開先５３および第２開先５４を形成する前のボックス柱１の軸方向の端面上に位置する。端縁５５Ａは、ボックス柱１の軸方向からみて、開口部５の内周縁が第１開先５３に沿って延長された線状とされており、当該線状の端縁５５Ａを挟んで第１開先５３と第２開先５４とが互いに隣接している。

裏当金６は、平面視にて略四角枠状に形成されている。裏当金６の材質は、特に限定されないが、ボックス柱１と同じ鋼材、またはボックス柱１と同程度の特性を有する鋼材が好ましい。

以下、ボックス柱１を鋼材としての他のボックス柱１に溶接する手順について説明する。なお、この際の溶接としては、各種のアーク溶接が採用できる。
先ず、図２に示すように、上側のボックス柱１の開口部５を下に向けて、当該ボックス柱１を下側のボックス柱１の端面部４上に配置する。この際、第１開先５３および第２開先５４は、下側のボックス柱１の端面部４に対して、いわゆるレ形開先を形成する。また、上側のボックス柱１の開口部５と下側のボックス柱１の端面部４との間には、図３に示すように、上側のボックス柱１の開口部５から突出した裏当金６により、７ｍｍ程度のルートギャップＧ１が存在する。

次に、図４に示すように、上側のボックス柱１の一対の第２開先５４内において、セラミックス製のバッキング材７を一方の第１開先５３側に寄せて配置した状態で、当該一方の第１開先５３を下側のボックス柱１に溶接する。第１開先５３の溶接は、直線状の横向き溶接であるため、溶接ロボットにより自動溶接してもよいし、作業者が溶接してもよい。その後、第２開先５４からバッキング材７を取り除く。同様にして、上側のボックス柱１の一対の第２開先５４内において、バッキング材７を他方の第１開先５３側に寄せて配置した状態で、当該他方の第１開先５３を下側のボックス柱１に溶接した後、第２開先５４からバッキング材７を取り除く。次いで、上側のボックス柱１の一方の第２開先５４を下側のボックス柱１に溶接した後、上側のボックス柱１の他方の第２開先５４を下側のボックス柱１に溶接する。第２開先５４の溶接も、直線状の横向き溶接であるため、溶接ロボットにより自動溶接してもよいし、作業者が溶接してもよい。

ここで、仕切部５５がボックス柱１の端部で構成されているため、第１開先５３の溶接後に仕切部５５を残したまま第２開先５４を溶接でき、仕切部５５をガウジング等で除去する必要がない。また、仕切部５５があることにより、第１開先５３側からみたバッキング材７の露出面積が小さく、バッキング材７に対する溶接継目の当接面の面積が小さいので、当該当接面の形状をガウジング等で修正する必要がない。

以上のような実施形態によれば、第１開先５３と第２開先５４とを隔てる仕切部５５をボックス柱１の軸方向の端部で構成するため、溶接後に仕切部５５をガウジング等によって除去する必要がなく、溶接の作業効率を向上できる。
また、仕切部５５を残したまま開口部５を溶接することができるので、溶接量を低減することができる。
また、開口部５の溶接が直線状の横向き溶接のみで実現できるので、溶接ロボットによりボックス柱１を自動溶接することができる。

また、第１開先５３および第２開先５４が仕切部５５の線状の端縁５５Ａを挟んで互いに隣接するため、第１開先５３の溶接継目と第２開先５４の溶接継目とを繋げることができるので、溶接強度を十分に確保することができる。

また、第１開先５３の延設方向の端部が延設方向に開放されているため、第１開先５３の延設方向の端部を容易に溶接することができ、溶接の作業効率をより向上できる。

また、裏当金６によるルートギャップＧ１が存在しても、第２開先５４にバッキング材７を配置することにより、溶接継目の欠陥の発生を防止できる。また、仕切部５５があることにより、第２開先５４からみたバッキング材７の露出面積が小さく、バッキング材７に対する溶接継目の当接面積が小さいので、当該当接面をガウジング等で修正する必要がない。したがって、溶接継目の欠陥発生を防止しつつ、溶接の作業効率を向上できる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、第２開先５４内にバッキング材７を配置せず、図５に示すように、第１開先５３内にバッキング材７Ａを配置してもよい。バッキング材７Ａは、図５に示すように、第１開先５３に合わせた形状とされている。この場合、先に第２開先５４を溶接し、第１開先５３からバッキング材７Ａを除去した後、第１開先５３を溶接すればよい。

開口部５は、図６に示すように、第１開先５６、第２開先５７、および仕切部５８を備えていてもよい。
第１開先５６は、第１辺部５１に沿って延設された傾斜面５６Ａと、傾斜面５６Ａの延設方向の両端から開口部５の外周縁の角に向かって立ち上がる平面状または凹面状の立上面５６Ｂとを備えている。
第２開先５７は、第２辺部５２に沿って延設された傾斜面５７Ａと、傾斜面５７Ａの延設方向の両端から開口部５の外周縁の角に向かって立ち上がる平面状または凹面状の立上面５７Ｂとを備えている。
仕切部５８の軸方向の端縁５８Ａは、開口部５の内周縁の対角線が延長された直線であり、開口部５の内周縁を含む平面上、つまり第１開先５３および第２開先５４を形成する前のボックス柱１の軸方向の端面上に位置する。

開口部５は、第１開先５３と、第２開先５４に代わる第２開先５７とを備えていてもよい。この場合、第２開先５７の立上面５７Ｂは、仕切部５５の角（端縁５５Ａの先端）に向かって立ち上がるように構成すればよい。
第１開先５３および第２開先５４は、互いの形状が入れ替わってもよく、第１開先５３が第２開先５４の形状とされ、第２開先５４が第１開先５３の形状とされてもよい。
傾斜面５３Ａ、５４Ａ、５６Ａ、５７Ａは、曲面状であってもよい。
立上面５４Ｂ、５６Ｂ、５７Ｂは、曲面状であってもよい。
仕切部５５、５８の端縁５５Ａ、５８Ａは、ボックス柱１の軸方向からみて曲線状や波線状とされてもよい。

裏当金６は、なくてもよい。この場合、図７に示すように、ボックス柱１の軸方向の両端まで角鋼３を延設し、上下のボックス柱１の角鋼３の間にスペーサ８を配置してもよい。スペーサ８によって、上側のボックス柱１の開口部５と下側のボックス柱１の端面との間には、図８に示すように、数ｍｍ程度、例えば３ｍｍのルートギャップＧ２が設けられ、ボックス柱１を裏波溶接することができる。

バッキング材７の材質は、限定されず、例えば、フラックスバッキングや銅板を用いてもよい。
ルートギャップＧ１、Ｇ２の大きさは、実施形態で示した値に限られない。

ボックス柱１は、任意の姿勢で溶接でき、例えば、下向き溶接や立向き溶接がなされてもよい。
ボックス柱１は、他のボックス柱１の側面部に溶接されてもよい。
ボックス柱１を溶接する鋼材は、限定されず、例えば、コラム柱、鋼板、ダイアフラム、Ｈ型鋼であってもよい。
ボックス柱１は、三角筒状のものでもよいし、五角以上の筒状のものでもよい。

１…ボックス柱、５…開口部、６…裏当金、７…バッキング材、５１…第１辺部、５２…第２辺部、５３…第１開先、５４…第２開先、５５…仕切部、５５Ａ…端縁。

Claims (4)

1. ボックス柱であって、
   軸方向の開口部の第１辺部に形成された第１開先と、
   前記開口部の前記第１辺部に隣接する第２辺部に形成された第２開先と、
   前記第１開先と前記第２開先とを前記開口部の周方向に隔てる仕切部とを備え、
   前記仕切部は、当該ボックス柱の前記軸方向の端部によって構成されていることを特徴とするボックス柱。
2. 前記仕切部の前記軸方向の端縁は、前記軸方向からみて線状とされ、
   前記第１開先および前記第２開先は、前記仕切部の前記線状の端縁を挟んで互いに隣接することを特徴とする請求項１に記載のボックス柱。
3. 前記第１開先は、前記第１辺部に沿って延設され、延設方向の端部が当該延設方向に開放されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボックス柱。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボックス柱を鋼材に溶接するボックス柱の溶接方法であって、
   前記ボックス柱の前記開口部から突出させた裏当金を当該開口部に溶接する工程と、
   前記第１開先および前記第２開先の一方にバッキング材を配置する工程と、
   前記第１開先および前記第２開先の一方を前記鋼材に溶接する工程と、
   前記第１開先および前記第２開先の一方から前記バッキング材を除去する工程と、
   前記第１開先および前記第２開先の他方を前記鋼材に溶接する工程とを備えていることを特徴とするボックス柱の溶接方法。

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