JP3648489B2 - 鉄骨構造物の柱梁接合部の片側溶接方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物・橋梁構造物・一般構造物等において、消耗式の裏当金や裏当材を用いて、鉄骨構造部材を片側から溶接施工する片側溶接方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の建築鉄骨技術では、図１のように部材をセットし、図２に示すように、鉄骨構造溶接を片側から施工する裏当金付き継手が標準になっている。
この場合、部材の接合予定端部の開先加工をしたのち、裏当金の製作及び裏当金取付の仮付溶接を行っている。
【０００３】
また、従来の方法では、継手溶接の前に、図１７のようにＴ継手における鉄骨ダイアフラム１の表面に溶接ビード１３を置いたり、図１８のようにＴ継手における鉄骨ダイアフラム１の表面及び対向する部材２の開先裏面に予め溶接ビード１３および１３Ａを置く方法が公表されている。
また、溶接開始点と終了点が重なる角形鋼管や丸形鋼管の周溶接と異なり、Ｈ型鋼のフランジの端部を溶接する場合、フランジ幅が有限幅になり、溶接の始端部と終端部に欠陥のない良好な溶接を得るために、従来の方法では、図２４に示すように鋼製エンドタブ２５および裏当金３の延長が必要になる。なお、この鋼製エンドタブの代わりにセラミックス又はフラックス製のエンドタブを使用することが最近増加しつつある。
【０００４】
更に、図３の一例に示すように、溶接継手部材端部の裏面に非溶融式の銅当金を用いて肉盛溶接を行った後、消耗式の裏当金や裏当材を用いず、部材を片側から溶接施工する片側溶接方法で継手溶接し、溶接継手部材端面部の部材の板厚・板幅を超えるのど厚を獲得する技術の方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法は、図１に示すように部材１及び２が裏当金３と接する開先５のルート部に２カ所の凹みコーナ１Ｒ及び２Ｒが存在して、この部分が溶融し難く溶込み不良の原因になり易く、また、図１及び図２に示すように、開先５の加工をした後に裏当金３の製作及び裏当金取付の仮付溶接４を必要とし、継手溶接能率面から製作工数が大きく掛かる上に、その後の継手溶接６では、裏当金３を放置している為、仮付溶接４の残留や裏当金３と部材１及び２との間に応力集中をもたらす有害なノッチ７及び７Ａが残留することになり、曲げ延性・疲労強度や耐震強度等の継手性能を阻害する要因となっている。
【０００６】
更に、図１及び図２に示す従来の方法では、継手部材の接合予定部の開先加工をしてから、裏当金３の製作・裏当金取付の仮付溶接４を必要とし、継手の溶接６に直ちに着手できない為、製作工程手順面から鉄骨製作工数が大きく掛かるという不利益がある。また、従来の技術では、裏当金３を省略すると開先の表側から第１層目の裏面に欠陥の無い整った波形のビードを作る裏波溶接を行う必要があるが、鉄骨製作では素材の寸法精度に起因する開先精度の保持の困難性、裏波溶接技量の確保の困難性、及び初層からの大電流使用の困難性があるため、その実現が困難である。また、良好な裏波ビード形成のために消耗式の裏当材の使用も可能であるが、この方法ではやはりビード終端部に欠陥が発生しやすく、消耗式の裏当材が高価で取付の作業及び取り外しの作業が掛かるという問題がある。図３０に示す建築鉄骨の仕口部のように内部が閉じられた空間になる場合は溶接後の消耗式の裏当材の取り外しが出来ないという問題もある。
【０００７】
一方、図１７の施工法のように、Ｔ継手の端面でない方の部材１の上に予め肉盛溶接１３を置いてから、部材２をあてがい開先の表側から第１層目の溶接１４を行い、しかる後に、継手溶接６を行う方法がある。この方法は裏当金を省略できるという簡便さはあるが、肉盛溶接ビードの波の凹凸がある上に予め肉盛溶接１３の位置を決めておくため寸法精度が一定でない部材同士の肌合わせ位置の調整及び変更が容易でないこと、溶接姿勢が横向きでないと施工が難しいこと、裏波ビード形成のため図１７の部材１が一定の傾きを必要とすること、裏面からの第１層目の溶接１４に熟練が必要であり且つ大電流が使えないこと、のど厚２Ａの増加には繋がらないことなどの問題がある。
【０００８】
また、図１８のように、Ｔ継手の端面でない方の部材１に加え端面部材２にそれぞれ予め溶接肉盛ビード１３及び１３Ａを置いてから、部材２をあてがい開先の表側から第１層目の溶接１４を行い、しかる後に、継手溶接６を行う方法がある。この方法も裏当金を省略できるという簡便さはあるが、図１７と同様な問題がある。更に、図１８の継手部材２の先端に肉盛溶接１３Ａするときの溶接が容易でなく、そのうえ、Ｔ継手の両部材にそれぞれに予め肉盛溶接１３および１３Ａを置く必要があり、請求項１の発明に係る方法のように溶接熱源で溶融する補助部材を使用してすみ肉溶接するのに比較し溶接施工の難しさ及び製作工数増加の問題がある。
【０００９】
また、図２４に示すように、有限幅のＨ型鋼のフランジ端部に対し、有限長の溶接を行いその始端部及び終端部の健全性を得るための鋼製エンドタブ２５を用いているが、該エンドタブ２５の製作費と取付費が掛かるため、該エンドタブ２５を省略する安価で容易な施工法が望まれる。該エンドタブ２５の代わりにセラミックス又はフラックス製のエンドタブを使用することが最近増加しつつあるが、この場合もフラックス又はセラミックス製の高価な製作費用と取付作業が必要になる。更に、該エンドタブではノッチ２５Ａから破壊が起こり易く、また、該エンドタブに溶接ビード始終端が集まりやすく溶接欠陥が発生しやすいという問題がある。
【００１０】
また、図３に示すように、溶接継手部材端面部の裏面に非溶融式銅当金を用いて肉盛溶接を行った後、消耗式の裏当金や裏当材を用いず、部材を片側から溶接施工する片側溶接方法で継手溶接し、溶接継手部材端面部の部材の板厚・板幅を超えるのど厚を獲得する技術の方法がある。この方法においては、非溶融式銅当金をセットするための治具が必要であり、肉盛溶接及び継手溶接のなお一層の能率向上が望まれている。
【００１１】
【目的】
本発明は、上記の継手溶接能率面からみた製作工数の削減、製作工程手順面からみた鉄骨製作工数の削減、継手部材間の位置調整の容易性の向上、溶接施工性の向上、のど厚の増大、及び、裏当金又はエンドタブと部材との間に応力集中をもたらす有害なノッチが残留することによる継手性能の阻害要因の排除および治具を用いる手間の省略を、継手部材そのものによって形成されるよりも大きな開先面を形成させること、及び、アーク熱等の溶接熱源により溶融する補助部材等を用いることにより達成することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決する為に、裏当金・エンドタブ・肉盛溶接・治具を用いない方法を種々調査・研究した結果、請求項１に係る発明の方法を導入した。即ち、請求項１の発明に係る方法では、発明の構成の第１は鉄骨構造物のＴ型溶接継手部材又は突合せ溶接継手部材の端面又は該部材の開先加工予定部裏面又は側面又はその両方に、溶接熱源により溶融する補助部材をあてがうことであり、構成の第２は該継手部材と補助部材との間ですみ肉溶接を行うことであり、構成の第３は該継手部材及び該すみ肉溶接金属および補助部材を共に同一面で開先加工することであり、構成の第４は継手部材同士を対向させて開先の表側から少なくとも該すみ肉溶接金属開先面を溶融しながら溶接継手部材同士を溶接接合することであり、構成の第５は溶接継手の少なくとも片方の継手部材板厚を超える板厚方向ののど厚又は溶接継手の少なくとも片方の継手部材板幅を超える板幅方向ののど厚又は該板厚・板幅を各々超えるのど厚を確保することである。本発明の新規性は、補助部材を用いて継手部材端部裏面又は側面又はそれらの両面に対しすみ肉溶接し、継手部材の板厚・板幅以上の大きな深さ・幅の開先加工を行うことであり、そのことにより、継手溶接を実施した場合継手部材の板厚・板厚以上ののど厚を確保できる点にある。本発明によれば、補助部材は開先加工で削除される所にほんの少しの仮付け溶接を実施するだけでセットできる点に新規性がある。
【００１３】
請求項２の発明にかかる方法では、構成は請求項１の発明に係る方法に加えて、開先加工後裏面に溶接熱源により溶融しない裏当材をあてがい、裏波溶接を行った上で継手の片側溶接を行うことである。新規性は、請求項１の発明に係る方法の新規性に加えて、銅などの溶接熱源により溶融しない裏当材を、補助部材を含めた裏面すみ肉溶接部下部に当てて裏波溶接を初層部で行い初層部の健全性を高めることである。
【００１４】
請求項３の発明にかかる方法では、構成は請求項１の発明に係る方法に加えて、開先加工後裏面ルート部で裏面から補助部材を含むすみ肉溶接部と相手継手部材とを溶接した後に、継手の片側溶接を行うことである。新規性は、請求項１の発明に係る方法の新規性に加えて、裏面から補助部材を含めたすみ肉溶接部と相手継手部材とを溶接することである。これは、裏面すみ肉部と相手継手部材との間に隙間が開いていても健全な溶接ができる所に新規性がある。
【００１５】
請求項４の発明に係る方法では、構成は請求項１の発明に係る方法に加えて、該すみ肉溶接予定部にカットワイヤ又は鉄粉を予め充填して、溶接継手部材の裏面と該部材との間ですみ肉溶接を行うことである。新規性は、請求項１の発明に係る方法の新規性に加えて、補助部材と継手部材との間にカットワイヤ又は鉄粉を予め充填してすみ肉溶接を行うことである。
【００１６】
請求項５の発明にかかる方法では、構成は請求項１の発明に係る方法に加えて、開先空間部の１部又は全部にカットワイヤ又は鉄粉を予め充填して、開先の表側からすみ肉溶接開先面を溶融しながら溶接継手部材同士を溶接接合することである。新規性は、請求項１の発明に係る方法の新規性に加えて、継手部材・すみ肉溶接、補助部材で囲まれた開先空間部の１部又は全部にカットワイヤ又は鉄粉を予め充填して、高能率な継手溶接を行うことである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施例１
請求項１の発明に係る方法では、図１に示すような溶接後に継手に残留する裏当金３を用いず、図４に示すように、開先加工前のＴ型溶接継手部材２の端面２Ｔ、又は突合せ継手部材２の片方の端面に、アーク熱等の溶接熱源により溶融する金属の補助部材８をあてがい、溶接継手端面部２Ｔの裏面と該補助部材８との間で所定の形状にすみ肉溶接９を行って部材端面部板厚を増大させてから、図５に示すように、開先予定線９Ａで切断又は切削し、図９に示すように、該すみ肉溶接金属９および補助部材８を含めて溶接継手端面部材の開先加工を共に同一面になるように行い、Ｔ継手では図１０又は突合せ継手では図１１に示すように継手のセットを行い、それぞれ図１４および図１５に示すように開先の表側から少なくともすみ肉溶接金属開先面１０を溶融しながら溶接継手部材同士１と２を溶接接合して、溶接継手端面部の部材の板厚２Ａを超えるのど厚１Ａを確保する片側溶接を行う。なお、補助部材８の肉厚は安定なすみ肉溶接施工と開先加工の容易さから２ｍｍから６ｍｍ程度が適当であった。
【００１８】
実施例２
図１９及び図２０に、請求項１の発明に係る方法において、継手部材の端部となる開先加工予定部位置１５Ａの裏面に補助部材８を置き該補助部材８と継手部材２との間で予め所定形状のすみ肉溶接９を通常１乃至３パス施工し、その後に、開先予定部の部材及び該すみ肉溶接金属を共に相手部材面に対し所定の角度で開先加工する位置を示す一例である。この例のように切断又は加工したあと、請求項１に係る発明では、図９に示すように少なくともすみ肉溶接金属９を含めて継手部材２の開先加工を行う。しかる後、Ｔ継手の例では、図１０に示すようにセットして図１４のように継手溶接し、突合せ継手では図１１のようにセットし図１５のように継手溶接を実施する。尚、図１９及び図２０における継手部材の端部となる開先加工予定部の寸法１５Ａは通常０乃至５００ｍｍである。
【００１９】
実施例３
請求項１の本発明に係る方法では、Ｔ型溶接継手及び突合せ継手の施工において、図１０及び図１１に示すようにすみ肉溶接後に開先加工した継手部材端面部の先端部を相手部材の所定位置に当接させセットしてからそのまま該開先加工部１０に継手溶接すれば良いので、図１の裏当金３の省略ができ、部材２のセットの容易性が得られ、裏面すみ肉溶接部９による裏面からの支持があるため第１層目の大電流使用が可能になり、裏当金３のない部材２の板厚２Ａよりも深い開先１Ｃのため、部材ルートの良好な溶込みが容易に得られ、このように溶け込みが容易に得られるので図１０の元の継手部材の開先ギャップ２Ｇを図１の裏当金使用時の約７ｍｍに比較し５０％程度に縮小できて開先断面積を減少させる事ができるので継手溶着金属量を減少させることができ溶接時間の短縮と溶接ひずみを減少させることができる上に溶接積層時パス間温度の低下が得られ、これらの効果の複合により、部材ルート部の欠陥防止や継手溶接施工面から鉄骨製作工数の削減を５０％以上に大幅に行うことが出来、鉄骨寸法精度の確保を図ることが出来る。
【００２０】
実施例４
また、請求項１の本発明に係る方法では、図１７及び図１８の例のように溶接作業性の面で裏波溶接１３を安定に行うための溶接姿勢が横向きに制限されることもなく、すみ肉溶接部による裏面からの支持により、通常の継手溶接と同様に全姿勢で安定な施工が可能である。同時に、開先加工後の裏当金の製作と取付のオフライン作業工程を省略し、開先加工前にすみ肉溶接をしておけば、開先加工から始めて多くの継手溶接を連続して行えるので、製作工程手順面から鉄骨製作工数の削減を大幅に行うことが出来る。また、本発明にかかる方法では、図２の従来法のノッチ７をなくし、ノッチ７Ａに相当するノッチは存在してものど厚の増大を図ることが出来るので有害なノッチとならず、継手曲げ延性や疲労強度の向上が得られ、耐震強度が容易に確保できる。実験に依れば、のど厚の増加が１０％以上であれば、継手の曲げ延性が２倍程度に向上し、疲労強度が１０倍程度に改善できた。
【００２１】
実施例５
請求項２の発明に係る方法は、請求項１の記載の方法に於いて、Ｔ型溶接継手部材又は突合せ溶接継手部材継手に対し、図２５に示すように、すみ肉溶接部９の裏面に溶接熱源により溶融しない裏当材８Ｎをあてがい、図２６に示すように初層の裏波溶接１４を行った上で片側溶接６を行う方法である。即ち、本発明にかかる方法によれば、図２５及び図２６に示すように、裏面にすみ肉溶接９して片側溶接６をする場合に、裏面に該裏当材８Ｎを設置し裏波溶接を可能にさせる点に新規性がある。本発明によれば、図１４に示すように、ルート部９Ｂのギャップが大きくなると溶接時に溶け落ちが生じやすくなったり、部材１の肉厚が部材２の肉厚と同等以下になるとルート部のノッチにより応力集中が大きくなるのを防止できる。また、本発明にかかる方法を用いれば、すみ肉溶接９の量を少なくしすみ肉溶接の効率を向上させることも可能である。なお、Ｈ形鋼フランジの溶接のように片側溶接するものでも外面に露出している継手の場合は該裏当材８Ｎを設置するための外部からのアクセスが可能である。
【００２２】
実施例６
請求項３の発明にかかる方法は、請求項１の記載の方法に於いて、Ｔ型溶接継手部材又は突合せ溶接継手部材継手に対し、図２７に示すように、すみ肉溶接部９の下部ルート部で、裏面からすみ肉溶接部９と継手の相手部材１とをシーリング溶接３６した後に、図２８に示すように継手の片側溶接６を行う方法である。即ち、本発明にかかる方法によれば、図２７及び図２８に示すように、裏面にすみ肉溶接９して片側溶接６をする場合に、裏面にシーリング溶接３６を行った上で完全溶け込み溶接を可能にさせる点に新規性がある。本発明によれば、請求項２と同様に、図１４に示すように、ルート部９Ｂのギャップが大きくなると溶接時に溶け落ちが生じやすくなったり、部材１の肉厚が部材２の肉厚と同等以下になるとルート部のノッチにより応力集中が大きくなるのを防止できる。また、本発明にかかる方法を用いれば、すみ肉溶接９の量を少なくしすみ肉溶接の効率を向上させることも可能である。請求項２の方法は工場溶接で実施しやすく、請求項３の方法は工場だけでなく現場に於いても実施するのに適している。なお、Ｈ形鋼フランジの溶接のように片側溶接するものでも外面に露出している継手の場合は外部からのアクセスが可能であり、シーリング溶接３６は溶接継手部材１とすみ肉溶接９との組立溶接の延長として行えばよいので大きな工数の増加にはならない。
【００２３】
実施例７
請求項４の発明に係る方法は、請求項１の記載の方法に於いて、Ｔ型溶接継手部材端面又は突合せ溶接継手部材端面に対し補助部材８をあてがい、図２９に示すように、すみ肉溶接予定部にカットワイヤ又は鉄粉３７を予め充填して、図４に示すように、溶接継手部材端面部２Ｔの裏面と該補助部材８との間ですみ肉溶接９を行う方法である。本発明にかかる方法によれば、図２９に示すように、裏面にすみ肉溶接９をする場合に、すみ肉溶接予定部に溶接補助材料であるカットワイヤ又は鉄粉３７を予め充填して、すみ肉溶接効率を増加させる点に新規性がある。実験によれば５０％以上の能率向上が得られた。カットワイヤとしては、直径１ｍｍで長さ１ｍｍ程度のものが適当である。
【００２４】
実施例８
請求項５の発明にかかる方法は、請求項１の記載の方法に於いて、Ｔ型溶接継手部材又は突合せ溶接継手部材継手に対し、図１２又は図１３に示すように、開先部空間部の１部又は全部にカットワイヤ又は鉄粉３７を予め充填して、開先の表側から少なくとも該すみ肉溶接金属開先面１０を溶融しながら溶接継手部材同士１と２を溶接接合する片側溶接方法である。本発明にかかる方法によれば、従来法による図２の裏当金付きの継手溶接よりも高性能で溶接効率が高い継手溶接法で、請求項１の発明に係る施工に対し開先部空間部の１部又は全部に溶接補助材料であるカットワイヤ又は鉄粉３７を予め充填して、継手溶接効率を更に高める点に新規性がある。実験によれば５０％以上の能率向上が得られた。カットワイヤとしては、直径１ｍｍで長さ１ｍｍ程度のものが適当である。
【００２５】
実施例９
図１４及び図１６は、請求項１の発明に係る一例である。図１４は、通常のＴ継手に対する応用の一例であるが、図１６に建築鉄骨仕口部などにある角形鋼管柱とダイアフラムとの継手断面図の一例を示す。従来方法では、角形鋼管１１の内周に裏当金を取り付けて継手溶接するため、裏当金取付の為の角形鋼管縦継手の除去が必要で、柱裏当金の製作・部材同士の位置合わせ・仮付溶接に手間が掛かり、製作工数が大きく掛かるが、請求項１の本発明に係る方法では、角形鋼管端面に予め開先付きのすみ肉溶接９がなされているので角形鋼管１１をダイアフラム１２にあてがうだけで、角形鋼管１１のダイアフラム１２に対する位置調整が容易で、角形鋼管１１とダイアフラム１２との間のギャップ調整や仮付溶接が不要で、高能率で溶接姿勢に依らず直ちに継手溶接６が可能となる。図１６は角形鋼管に対する応用であるが、丸鋼管についても同様に応用できる。
【００２６】
実施例１０
図２１に、鉛直に立てられた角形鋼管又は丸鋼管柱の突合せ継手の従来法による組み立ての一例の断面図を示す。鋼管同士の組み立ての肌合わせ及び開先ギャップの調整は難しいため、この例では１つの継手に裏当金１８とストッパー１９を用い、上部部材１６に仮付された裏当金１８を下部部材１７に印籠で挿入することにより肌合わせを行い、裏当金１８の上下位置及び長短及びストッパー１９の上下位置により開先ギャップを調整している。この従来法は、裏当金とストッパーの製作と正確な取付に組み立て工数が掛かる上に、鋼管の製品寸法精度のバラツキにより調整が難しい。
【００２７】
実施例１１
図２２に、請求項１の発明に係る方法において、鉛直に立てられた角形鋼管又は丸形鋼管柱の突合せ継手の組立ての一例の断面図を示す。図２２において、すみ肉溶接２２および２３が補助部材８を使用してそれぞれ図１９および図２０に示す位置で開先加工されセットされている。図２２から自明のように、両部材間に目違いが多少有っても両部材を当接させるだけで部材の間隔及びギャップは一定に保たれ、図２３に示すように継手溶接により十分な溶け込みと部材板厚を超えるのど厚が容易に確保される。この場合、部材板厚程度ののど厚を安定確保するだけであれば、図２２および図２３に示すようにすみ肉溶接２２を縮小又は省略することができる。尚、本施工例は、建築だけではなく、鋼管ライン、土木構造物や水圧鉄管の外側又は内側からの安定した溶接施工にも容易に適用でき、その継手の強度と品質の確保及び製作工数の削減に有効である。
【００２８】
実施例１２
図３０に、従来法に係る建築鉄骨仕口部ダイアフラム１２と角形鋼管柱１１との継手、及び該ダイアフラム１２とＨ型鋼フランジ２６との継手の一例を示す。継手はいずれも裏当金３及び仮付溶接４が多用されている。
【００２９】
図３１に、図３０と同じ継手に対し、本発明の請求項１に係る方法において、継手溶接６を適用する場合を示す。図３１において、ダイアフラム１２と角形鋼管１１との溶接では、請求項１に係る発明が適用され、裏当金３及び仮付溶接４がなく角形鋼管１１の裏面のすみ肉溶接９により、深い溶け込みと有害なノッチが無い状況が示されている。また、図３０では、ダイアフラム１２とＨ型鋼フランジ２６との継手において、大きな開口部であるスカラップ２８、裏当金及び仮付溶接が示されているが、図３１では、ダイアフラム１２とＨ型鋼フランジ２６との継手において、請求項１又は４の発明に係る方法によりすみ肉溶接９が施工され、請求項２，３，又は５に係る発明の方法で継手溶接６が施工される直前の様子が示され、点線では仕口部の継手溶接６及びノンスカラップのウエブの溶接予定部２７Ａを示している。この場合、図３１では、裏当金とその取付のための仮付溶接が無く、深い溶け込みと有害なノッチが無い状態が示されており、スカラップ２８も無い様子が図示されている。従って、本発明に係る方法で、鉄骨仕口部のＨ型鋼梁の接合部がノンスカラップ工法で施工が容易にできる。図３０の従来法の例では、スカラップを無くせば裏当金をウエブ２７の両側に分けて２本使うなど特殊な工夫が必要になり、本発明に係る実施例では、図３０の裏当金３やスカラップ２８が不要で、継手の安全性及び製作工数削減の面で優れている。
【００３０】
実施例１３
図６に継手部材２の端面と側面に補助部材８を置いた状態を示し、図７に継手部材２と補助部材８との間ですみ肉溶接をした状態を示し。図８では、図７を側面から見た状態を示し、開先位置２Ｃで加工すれば、継手部材２の裏面および側面にすみ肉溶接された状態で開先加工された継手部材２の端部が得られる。
【００３１】
実施例１４
本発明の請求項１から５の方法において、図４に示す補助部材に継手部材２より低強度の材料を用いるか、又は図４に示す溶融式補助部材８と継手端面部材２との間で施工するすみ肉溶接９に使用する溶接材料として、該継手端面部材２よりも低強度の溶接材料を用いれば、図１５に示す継手溶接６の引張強度を確保し且つ塑性ひずみの分散により応力集中の緩和をもたらし、溶接継手としての曲げ延性や疲労強度の向上により一層役立った。
【００３２】
実施例１５
本発明の請求項１から５の方法において、図１４に示すように開先の表側から補助部材を低めてすみ肉溶接金属開先面１０を溶融しながら溶接継手部材１と２を溶接する場合に、該補助部材又は該溶接継手のルート部即ち第一層目の溶接に該溶接継手部材１及び２よりも低強度の溶接材料を用いれば、ルート部における割れ発生感受性を緩和させることができ、該溶接継手部材よりも高強度の溶接材料を用いればルート部の強度を向上させ、いずれも溶接継手としての曲げ延性や疲労強度の向上に更に有効であった。
【００３３】
実施例１６
本発明の請求項１の発明の方法において、図３２に示すように溶接部材２とすみ肉溶接９と共に開先加工する時、開先底部３４に１乃至５ｍｍの曲率半径の曲面を形成するようにすると、開先底部３４が広がり図１５に示す継手溶接６のルート部における深い溶け込みが更に容易に得られることに有効であった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明による効果は従来法に比べ次の通りである。
１ 応力集中や溶接欠陥を発生しやすく溶接能率を低下させる裏当金及びその仮付溶接が不要である。
２ のど厚が部材板厚よりも大きくとれ、裏当金使用に伴う有害なノッチや応力集中が実効的に無くなるため、曲げ延性・疲労強度や耐震強度面でより安全な継手となる。
３ 裏当金が無く、開先深さが大きくて、深い溶け込みが得られるのでルート部の欠陥が発生しがたく、開先断面積もおおよそ２０％縮小されるので溶接工数が大幅に低減される。
４ 端部にすみ肉溶接した部材２を部材１にあてがうだけで、その取付の位置合わせが容易で、且つ寸法精度が確保しやすい。
５ 本発明に係る方法では、従来の部材端部に肉盛溶接して、肉盛溶接部を含めて部材の開先を取る方法と比較して、肉盛溶接用の非溶融式裏当材の治具によるセットが不要である。
６ すみ肉溶接を行ってから部材と共に開先加工し継手溶接を実施する本発明に係る施工法では、低強度の裏当金取付に伴う諸作業がなくなり、開先加工から継手溶接までの工程で一貫した連続作業が可能になり、継手溶接能率面の能率向上と製作工程手順面の効率化により鉄骨製作工数の削減を大幅に行うことが出来る。
７ すみ肉溶接を施工してから開先加工を行うので、継手部材及びすみ肉溶接部を含む開先面が精度良く得られ、継手溶接の欠陥防止に有効である。
８ 鋼板裏面及び側面を含めてすみ肉溶接し、すみ肉溶接部を含めて開先加工した場合、エンドタブが不要になり、同時に部材の板厚を超える板厚方向ののど厚又は部材板幅を超える板幅方向ののど厚又は板厚・板幅の両のど厚を各々超えるのど厚が確保され、引張強度・曲げ強度・疲労強度の向上が得られる。
９ 従来法では、裏当金を角形鋼管の内面に取り付けるのに角形鋼管内面の縦シーム溶接ビードを除去する必要があったが、本発明に係るすみ肉溶接では角形鋼管等の縦シーム溶接ビードの除去が不要で工数の削減に有効である。
１０ 耐震強度の高いノンスカラップ工法にも容易に適用できる。
１１ カットワイヤ又は鉄粉を用いた場合、溶着効率が５０％以上向上し、すみ肉溶接及び継手溶接の生産性が向上した。
１２ 継手部材端面切断のまま補助部材を使用し裏面にすみ肉溶接した場合、開先加工なしで部材板厚よりも大きな実効のど厚が得られ、部材板厚１６ｍｍ以下では６０％以上の生産効率が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】片側溶接実施前の従来の継手形状の断面図の一例
【図２】片側溶接実施後の従来の継手の断面図の一例
【図３】片側溶接実施後の肉盛法による継手の断面図の一例
【図４】継手部材端部に溶接熱源により溶融する補助部材をあてがいすみ肉溶接した断面図の一例
【図５】継手部材端部に溶接熱源により溶融する補助部材をあてがいすみ肉溶接した状態で開先加工予定線を示す断面図
【図６】継手部材端部に溶接熱源により溶融する補助部材を継手部材端面および側面にあてがった状態を示す立体図
【図７】継手部材端部に溶接熱源により溶融する補助部材を継手部材端面および側面にあてがいすみ肉溶接を行った状態を示す立体図
【図８】継手部材端部に溶接熱源により溶融する補助部材を継手部材端面および側面にあてがいすみ肉溶接を行った状態を示す側面図
【図９】継手部材端部にすみ肉溶接し該部材端部及びすみ肉溶接部を共に開先加工した状態の断面図で、継手部材２は図４と上下反対に表示。
【図１０】Ｔ継手で、継手部材端部にすみ肉溶接と開先加工し相手部材にあてがった状態の断面図
【図１１】突合せ継手で、部材端部にすみ肉溶接と開先加工し相手部材にあてがった状態の断面図
【図１２】Ｔ継手で、部材端部にすみ肉溶接と開先加工し相手部材にあてがいカットワイヤ又は鉄粉を開先内に充填した状態の断面図
【図１３】突合せ継手で、部材端部にすみ肉溶接と開先加工し相手部材にあてがいカットワイヤ又は鉄粉を開先内に充填した状態の断面図
【図１４】部材端部にすみ肉溶接と開先加工しＴ継手の相手部材にあてがい溶接した状態の断面図
【図１５】継手部材端部にすみ肉溶接と開先加工し突合せ継手の相手部材にあてがい溶接した状態の断面図
【図１６】角形鋼管柱をダイアフラムに溶接した本発明に係る鉄骨溶接事例の断面図。
【図１７】Ｔ継手のダイアフラムなどの部材表面の継手予定部裏面に予め肉盛溶接をして、Ｔ継手両部材を片側から裏波溶接する片側溶接方法を示す断面図。
【図１８】Ｔ継手のダイアフラムなどの部材表面の継手予定部裏面及び開先加工済みの継手端面部裏面の両方に肉盛溶接して、Ｔ継手両部材を片側から裏波溶接する片側溶接方法を示す断面図。
【図１９】部材開先予定部に溶接により溶融する補助部材をあてがい、１パスすみ肉溶接して、部材及びすみ肉溶接部を共に切断加工する断面図。
【図２０】部材開先予定部に溶接により溶融する補助部材をあてがい、１パスすみ肉溶接して、部材及びすみ肉溶接部を共に斜めに開先加工する断面図。
【図２１】鉛直に立てられた四角形鋼管又は丸鋼管柱の突合せ継手の従来法による組み立ての一例の断面図
【図２２】鉛直に立てられた四角形鋼管又は丸鋼管柱の突合せ継手の本発明に係る組み立ての一例の断面図
【図２３】鉛直に立てられた四角形鋼管又は丸鋼管柱の突合せ継手の本発明に係る溶接施工の一例の断面図
【図２４】柱梁継手の従来法による鋼製エンドタブ取付施工例
【図２５】Ｔ継手で、継手部材端部にすみ肉溶接と開先加工を施し、すみ肉溶接部裏面に溶接熱源で溶融しない裏当材をセットして、相手部材にあてがった状態の断面図
【図２６】Ｔ継手で、継手部材端部にすみ肉溶接と開先加工を施し、すみ肉溶接部裏面に非溶融式裏当材をセットして、相手部材にあてがった後、継手溶接を実施した状態の断面図
【図２７】Ｔ継手で、継手部材端部にすみ肉溶接と開先加工を施し、すみ肉溶接部裏面に相手部材とシーリング溶接を実施した状態の断面図
【図２８】Ｔ継手で、継手部材端部にすみ肉溶接と開先加工を施し、すみ肉溶接部裏面に相手部材とシーリング溶接を実施した後、継手溶接を実施した状態の断面図
【図２９】継手部材端部に熔接熱源で溶融する補助部材をあてがい、該裏当材と部材端部との間にカットワイヤ又は鉄粉を充填しすみ肉溶接待ちしている状況の断面図
【図３０】従来工法の建築仕口部の柱・ダイアフラム及びダイアフラム・梁の溶接部の例
【図３１】本発明に係る建築仕口部の柱・ダイアフラム及びダイアフラム・梁の溶接部の例
【図３２】 部材端部にすみ肉溶接し継手部材端部及びすみ肉溶接部および補助部材を共に、曲面で開先加工した状態の断面図。
【符号の説明】
１ 溶接継手部材、例えば、建築鉄骨の柱や仕口部ダイアフラムなど
１Ａ 図１３と図１５における継手溶接６ののど厚
１Ｃ 開先深さ
２ 開先加工予定の、又は、行った継手部材
２Ａ 部材２の板厚ｔ、及び、図２における継手溶接ののど厚
２Ｂ 上向きの荷重又は曲げモーメント
２Ｃ 開先加工予定位置
２Ｇ 溶接継手部材２の裏面位置における溶接開先ギャップ
２Ｔ Ｔ型溶接継手部材２の開先加工前の端面
２Ｕ 溶接継手部材端面部の裏面
２Ｗ Ｈ型鋼部材のウエブ部分
３ 裏当金
４ 裏当金の仮付溶接
５ 開先
６ 継手溶接
７ Ｔ継手の端面部材側のノッチによる応力集中部
７Ａ Ｔ継手の部材表面側のノッチによる応力集中部
７Ｃ 肉盛溶接
８ 溶接熱源によって溶融する補助部材
８Ｎ 溶接熱源によって溶融しない銅などの裏当材
９ すみ肉溶接
９Ａ 切断・開先予定線
９Ｂ ルート部
１０ 継手端面部材とすみ肉溶接部とを共に開先加工した開先加工面、又は、継手端面部材のみに開先加工した開先加工面
１１ 四角形鋼管柱
１２ ダイアフラム
１３ ダイアフラム側置きビード
１３Ａ 開先側置きビード
１４ 裏波溶接
１５ 開先加工予定位置
１５Ａ 開先加工予定位置寸法
１６ 四角形鋼管柱又は丸鋼管柱の上部部材
１７ 四角形鋼管柱又は丸鋼管柱の下部部材
１８ 従来法の上部裏当金
１９ 従来法の下部ストッパー
２０ 上部部材に取り付けられた上部裏当金の仮付溶接
２１ 下部部材に取り付けられた下部ストッパー１９の仮付溶接
２２ 上部部材に開先加工前に施工されたすみ肉溶接
２３ 下部部材に開先加工前に施工されたすみ肉溶接
２４ 横向き継手溶接
２５ 鋼製エンドタブ
２５Ａ 部材とエンドタブの隙間により発生するノッチ
２６ Ｈ型鋼フランジ
２７ Ｈ型鋼ウエブ
２７Ａ ノンスカラップ溶接予定部
２８ スカラップ
２８Ａ 柱・ウエブの隅肉溶接
３４ 開先底部
３６ 建築の組立溶接を兼ねた、継手相手部材とすみ肉溶接金属部との間で施工する裏面からのシーリング溶接
３７ カットワイヤ又は鉄粉

Claims (5)

1. 鉄骨構造物のＴ型溶接継手部材又は突合せ溶接継手部材の端面又は該部材の開先加工予定部裏面又は側面又はその両方に、溶接熱源により溶融する補助部材をあてがい、該継手部材と補助部材との間ですみ肉溶接を行った後、該継手部材及び該すみ肉溶接金属および補助部材を共に同一面で開先加工して、しかる後、継手部材同士を対向させて開先の表側から少なくとも該すみ肉溶接金属開先面を溶融しながら溶接継手部材同士を溶接接合し、溶接継手の少なくとも片方の継手部材板厚を超える板厚方向ののど厚又は溶接継手の少なくとも片方の継手部材板幅を超える板幅方向ののど厚又は該板厚・板幅を各々超えるのど厚を確保する片側溶接方法。
2. 請求項１の記載の方法に於いて、開先加工後裏面に溶接熱源により溶融しない裏当材をあてがい、裏波溶接を行った上で継手の片側溶接を行う方法。
3. 請求項１の記載の方法に於いて、開先加工後裏面ルート部で裏面から補助部材を含めたすみ肉溶接部と相手継手部材とを溶接した後に、継手の片側溶接を行う方法。
4. 請求項１の記載の方法に於いて、すみ肉溶接予定部にカットワイヤ又は鉄粉を予め充填して、溶接継手部材の裏面と該部材との間ですみ肉溶接を行う方法。
5. 請求項１の記載の方法に於いて、開先空間部の１部又は全部にカットワイヤ又は鉄粉を予め充填して、開先の表側から少なくともすみ肉溶接開先面を溶融しながら溶接継手部材同士を溶接接合する片側溶接方法。

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