JP4312918B2 - 鋼材の重防食方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
例えば海水の干満帯は、鋼材にとって極めて苛酷な腐食環境である。このため例えば海洋構造物に用いる鋼材の干満帯には重防食被覆が施される。即ち例えば鋼材の表面に防食ペーストシートを貼り付け、更に防食ペーストシートの表面を厚さが２〜６ｍｍのポリエチレンシートで覆う防食方法が、重防食被覆として広く用いられている。この際、防食ペーストシートやポリエチレンシート等の防食材は、長期間に亘って鋼材表面から剥離する事なく、長期間に亘って鋼材表面を重防食する事が重要である。本発明は長期間に亘っても、防食材が鋼材表面から剥離する事がない、鋼材の重防食方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材表面への防食材の止着けは工場で行なう場合があるが、鋼構造物を構築した後で工事現場でその干満帯に防食材を止着ける場合もある。従って防食材の止め付けは水中でも実施できる事が好ましく、また鋼構造物が構築された後でも実施できることが好ましい。
【０００３】
特願平１０−１８５５７３号は、防食材と鋼材の双方を貫通するボルト挿通孔を穿孔し、有頭ボルトを防食材がない側の鋼材面からボルト挿通孔に挿通し、有頭ボルトの他端を防食材から突出せしめ、この他端にナットを螺合ししめつける方法を記載している。しかしながら鋼構造物を構築した後では、防食材がない側の鋼材面は、土砂やセメントで充填されている場合が多い。このため有頭ボルトを防食材がない側の鋼材面からボルト挿通孔に挿入するには、この土砂やセメントの除去が必要で、工事が厄介になる。従って工事現場で簡易に行なえる方法ではない。
【０００４】
例えば干満帯に配した防食材には、波浪による外力が繰り返し加わる。防食材の止着けが不確実な場合は、この繰り返す波浪の外力により防食材は鋼材表面から剥離する。特願平１０−１８５５７６号は、水中でも用いる事ができる鋲打銃を用いて、防食材側から鋼材面に向けて鋲を打ち込み、鋼材の表面に防食材を鋲で止着ける方法を記載している。この方法によると、防食材がない側の鋼材面が土砂やセメントで充填されている、構築が完了した後の鋼構造物の干満帯にも防食材を簡易に止着けることができる。しかし鋲による止着けは、長期間使用し得る十分に確実な止着け方法ではない。
【０００５】
工事現場で防食材を止着ける装置は、電源容量、装置の輸送方法、設備費用等の面から過大な装置は不適当で、簡易な装置である事が好ましい。図６は特願平１０−１８５５７２の防食材止着け方法の説明図である。即ち１または２以上の防食材４，５を鋼材２の表面に層状に配し、最外層の防食材５の表面に局所的な押え材６を配し、一端は鋼材２に連結され、防食材４，５と押え材６を貫通して他端は押え材から突出したねじ溝付き棒材１にナット３を螺合ししめつけて防食材４，５を鋼材２と押え材６により挾みつけて鋼材２の表面に止着ける方法である。図中８は例えば有機樹脂製のキャップであり、８１は有機樹脂系接着剤である。
【０００６】
図６（Ａ）において、ねじ溝付き棒材１は鋼材２に連結する。特願平１０−１８５５７２は、この連結に溶着または接着手段を用いると記載している。接着剤を用いる接着は簡易な連結手段ではあるが、十分な連結強度を長期間に亘って保持せしめる事は難しい。ねじ溝付き棒材１と鋼材２の連結を溶接により行なうと、十分な連結を長期間に亘って保持せしめることができる。
【０００７】
既に述べた如く、防食材の止着けは、水中でも行なえる方法である事が好ましい。ねじ溝付き棒材１と鋼材２を水中で溶接接合する方法としては、アークの発生が不必要な抵抗溶接法を用いる事が好ましい。しかしながら抵抗溶接は、抵抗熱のみによるため、アーク溶接に比較して数１０倍もの大電流を必要とする。また溶接機の容量が不十分な場合は、接合部に欠陥が発生し易い。また工場で用いるものと同程度の大容量の溶接機を用いると健全な接合部が得られるが、工事現場では大容量の溶接機の使用は馴染み難いという問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこれ等の問題点を解決するもので、即ち、本発明は図６のねじ溝付き棒材１と鋼材２を、大容量の溶接機を用いることなく、水中で溶接接合して、健全な接合部を得る方法の提供を課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の方法の例の説明図である。本発明では１又は２以上の防食材４、５を鋼材２の表面に層状に配し、最外層の防食材の表面に局所的な押え材６を配する。防食材４には例えばペトロラタムペーストなどの防食剤を含浸させた不織布を用いる事ができる。また防食材５としてはポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂製の厚さが２ｍｍ〜６ｍｍのシートを用いることができる。また押え材６としては高分子樹脂製の形材等を用いることができる。
【００１０】
本発明では、防食材４，５と押え材６を鋼材２の表面に止着けるが、その止着けは下記の如くに行なう。即ち押え材６を配した後で、押え材６側から押え材６と防食材４，５を貫通して鋼材２の表面に達した後、更に鋼材２の表面に直径が１〜３ｍｍの凹み７を形成する、ねじ溝付き棒鋼１の外径に見合った内径の挿通孔１０を穿孔する。
【００１１】
本発明においては、一端８を頂角３０〜１２０度の円錐状に形成した、直径が４〜１０ｍｍの、図１（Ｂ−１），（Ｂ−２）に図示したねじ溝付き棒鋼１を用いる。尚ねじ溝付き棒鋼１の円筒部分の外面には周方向のねじ溝が形成されている。本発明ではこのねじ溝付き棒鋼１を該一端８が該凹み７に当接するように該挿通孔１０に挿入し、抵抗溶接によりねじ溝付き棒鋼１の一端を鋼材２に溶接接合する。
【００１２】
本発明ではねじ溝付き棒鋼１の長さを所望の長さに選定する事により、ねじ溝付き棒鋼１の他端は押え材６から突出せしめる。また図１（Ｄ）の如くに突出した該他端にナット３を螺合ししめつけて、防食材４，５を、鋼材２と押え材６により挾みつけて鋼材２の表面に止着ける。尚必要により、高分子樹脂製のあるいは磁器性のキャップ８と、キャップ８に内蔵せしめた有機接着剤等を用いて、ねじ溝付き棒鋼１の他端とナット３を防食する。
【００１３】
図２は本発明の他の方法の例の説明図である。即ち押え材６を配した後で、押え材６側から押え材６と防食材４，５を貫通して鋼材２の表面に達した後更に鋼材２の表面に直径が１〜３ｍｍの凹みを形成する、ねじ溝付き棒鋼の外径に見合った内径の挿通孔を２本穿孔し、一端を頂角３０〜１２０度の円錐状に形成した直径が４〜１０ｍｍの２本のねじ溝付き棒鋼１−１，１−２のそれぞれを、該一端を該凹みに当接せしめてそれぞれの挿通孔に挿入し、一方のねじ溝付き棒鋼例えば１−１を溶接電源の正極に連結し、他方のねじ溝付き棒鋼例えば１−２を溶接電源の負極に連結して、２本のねじ溝付き棒鋼１−１，１−２を鋼材２に同時に抵抗溶接する方法である。この際には、溶接電流は点線矢印の如くに流れ、ねじ溝付き棒鋼１−１，１−２はシリーズ溶接によって同時に溶接される。
【００１４】
本発明はまた、防食剤４，５を鋼材２の表面に止着ける重防食が、すでに例えば工場で行われた鋼材が、使用の間に、防食材４，５が例えば消失しあるいは剥離して重防食が損傷した際の損傷部の補修方法として用いる事ができる。この際図１、図２の防食材４，５は、止着けが不良となったために再度止着ける防食材であり、あるいは補修用の新たな防食材である。この際にも押え材６を用いて本発明を行なうと、損傷部分には防食材４，５が確実に止着けられて、鋼材２の表面には再び重防食が施される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
電気抵抗溶接においては、被溶接物の接点における電気抵抗により熱を発生させて被溶接物を加熱し接合する。空中での電気抵抗溶接では抵抗熱の逸散が少ないために、被溶接物は容易に加熱され接合される。しかし水中では抵抗熱が逸散するために接合が難しい。大容量の溶接電流を用いると大きな抵抗熱が得られて接合が容易になるが、工事現場においては大容量の溶接電流を用いる事は難しい。従って工事現場や水中で電気抵抗溶接を行なうには格別の工夫が必要となる。
【００１６】
本発明者当は、一次電源４０ＫＶＡ（１９０Ｖ〜４４０Ｖ）、二次出力７７００Ａの市販の空中で用いる直流簡易型抵抗溶接機を用いた。この程度の容量の抵抗溶接機は、工事現場においても使用する事ができる。
【００１７】
図３（Ａ）は有頭ボルトを抵抗溶接する際に用いる従来の溶接ガンである。この際にはホルダーの先端（右端）と鋼板でボルトヘッドを加圧して抵抗溶接する。従って溶接電流はボルトの幹には流れないで主としてホルダーの先端からボルトヘッドを経由して鋼板に流れる。
【００１８】
図３（Ｂ）は本発明の溶接ガンの例である。後で詳述するが、本発明で用いるねじ溝付き棒鋼にはボルトヘッドがない。従って本発明者等は図３（Ｂ）のごとく、ねじ溝付き棒鋼の後端（左端）に溶接電流が入り、ねじ溝付き棒鋼の幹を流れ、ねじ溝付き棒鋼の先端（右端）から鋼板に流れるように溶接ガンを改造した。また通常の有頭ボルトとは異なり、本発明のねじ溝付き棒鋼には、外周に、後でナットを螺合するためのねじ溝が設けられている。抵抗溶接に際しこのねじ溝が損傷する事を防止するために、溶接ガンの装着孔の内面には絶縁体を配した。
【００１９】
本発明では、一端を頂角３０〜１２０度に円錐状に形成した直径が４〜１０ｍｍのねじ溝付き棒鋼を用いる。本発明者等は板厚が２８ｍｍの炭素鋼鋼板の表面に頂角が９０度のドリルを用いて、直径が４ｍｍの凹みを形成した。この凹みに頂角が異なる直径７ｍｍの溝付き棒鋼を大気中で抵抗溶接した。表１はその結果の例である。本発明者等は、抵抗溶接を行なった後のねじ溝付き棒鋼をペンチで挾み、これに人力で曲げ応力を付与した。表中○は人力で曲げ応力をかけても折損しなかった場合で、×は折損した例である。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１にみられる如く、一端を頂角３０〜１２０度の円錐状とする事によって、ねじ溝付き棒鋼は強固に鋼板に溶接接合されている。この理由は必ずしも詳かではないが、円錐状の細い端部に溶接熱が集中し、溶接部の温度が効率よく上昇した事によると思われる。従って本発明のねじ溝付き棒鋼の一端は、頂角３０〜１２０度の円錐状に形成する。
【００２２】
尚本発明では直径が４〜１０ｍｍのねじ溝付き棒鋼を用いる。直径が４ｍｍ未満では防食材を止着ける強度が不十分である。しかし直径は１０ｍｍあれば十分である。重防食を施すに際しては、ねじ溝付き棒鋼の直径を１０ｍｍ超にするよりも、止付け個所を増やす方が、止付けは安定しかつ溶接電流が小さくなるために好ましい。
【００２３】
鋼材とねじ溝付き棒鋼を抵抗溶接する際には、溶接を施す部分の鋼材の表面にはスケールや異物がなく美麗である事が好ましい。研磨その他によってスケールや異物を鋼材の表面から除去する事も考えられるが、本発明においては図１（Ｂ−１），（Ｂ−２）に示す如く、押え材側から例えばドリルを用いて押え材と防食材を穿孔し、貫通してドリルの先端が鋼材の表面に達した後更に鋼材の表面に直径が１〜３ｍｍの凹みを形成する。
【００２４】
本発明者等は、鋼板の表面に直径が異なる凹みを形成し、直径が７ｍｍで先端の頂角が６０度のねじ溝付き棒鋼を、３％の食塩水中で、その先端をこの凹みに当接させて抵抗溶接により鋼材に溶接接合した。図４はその結果の例である。即ち凹みの径が小さいほど低入熱量で高強度の接合部が得られる。凹みの部分は小面積であるが、本発明の、先端が円錐状のねじ溝付き棒鋼を凹みに頭接させて抵抗溶接すると、凹みの近傍のスケールや有機物は抵抗溶接に際して押しのけられて、強固な接合部となる。尚凹みの直径が１ｍｍ未満では、抵抗溶接に際してねじ溝付き棒鋼の先端部の位置決めが不確実になり易い。しかし凹みの直径が３ｍｍ超で過大になると、図４にみられる如く、低入熱量の溶接で溶接部の引張強度は低くなる。
【００２５】
この凹み部分にも、海水中ではスケールが発生する。本発明者等は鋼板に凹みを形成し、海水中に放置し、その後溶接を行なった。図５は、この放置時間と溶接強度の関係を示す図である。図５にみられる如く、凹みを形成し、海水中に１２０分放置しその後溶接を行なっても、溶接部の引張り強度には大きな低下はない。尚１２０分は工事現場における重防食施工においても実施できる十分な時間である。
【００２６】
図２においいて、通常の抵抗溶接においては一本のねじ溝付き棒鋼（例えば１−１）を用い、溶接器の負極は鋼材２にアースクランプする。しかし電気抵抗による発熱は電流の方向に依存する事がない。従って溶接器の負極を鋼材２に連結しないで他のねじ溝付き棒鋼（例えば１−２）に連結する事により、１−１による抵抗溶接と１−２による抵抗溶接を同時に行なう事ができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、大容量の溶接機を用いることなく、ねじ溝付き棒鋼を、水中で、鋼材に溶接接合し、十分な強度を有する安定な接合部を得る事ができる。従ってこのねじ溝付き棒鋼にナットを螺合ししめつけることにより、鋼板の表面に防食材は安定且つ確実に止め着けされて、長期に亘る使用の間にも防食材が剥離する事がない重防食鋼材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の方法の例の説明図。
【図２】は本発明の他の方法の例の説明図。
【図３】は本発明で小する溶接ガンの例の説明図。
【図４】は本発明で形成する凹みの効果の説明図。
【図５】は凹み形成から溶接までの経過時間と溶接強度の関係を示す図。
【図６】は従来の重防食法の例の説明図。
【符号の説明】
１：ねじ溝付き棒鋼（スタッドボルト）、 ２：鋼材、 ３：ナット、 ４：防食材、 ５：防食材、 ６：押え材、 ７：凹み、 ８：ねじ溝付き棒鋼の一端（先端）、 ９：溶接金属、 １０：挿通孔。

Claims (5)

1. １又は２以上の防食材を鋼材の表面に層状に配し、最外層の防食材の表面に局所的な押え材を配し、一端は鋼材に連結され防食材と押え材を貫通して他端は押え材から突出したねじ溝付き棒鋼にナットを螺合ししめつけて防食材を鋼材と押え材により挾みつけて鋼材の表面に配する鋼材の重防食方法において、ねじ溝付き棒鋼と鋼材の連結が、押え材を配した後で押え材側から押え材と防食材を貫通して鋼材の表面に達した後更に鋼材の表面に直径が１〜３ｍｍの凹みを形成するねじ溝付き棒鋼の外径に見合った内径の挿通孔を穿孔し、一端を頂角３０〜１２０度の円錐状に形成した直径が４〜１０ｍｍのねじ溝付き棒鋼を該一端の先端を該凹みに当接せしめて該挿通孔に挿入し、ねじ溝付き棒鋼を鋼材に電気抵抗溶接するねじ溝付き棒鋼の鋼材への連結方法である事を特徴とする、鋼材の重防食方法。
2. 請求項１の鋼材の重防食方法において、ねじ溝付き棒鋼の鋼材への連結が、押え材を配した後で押え材側から押え材と防食材を貫通して鋼材の表面に達した後更に鋼材の表面に直径が１〜３ｍｍの凹みを形成するねじ溝付き棒鋼の外径に見合った内径の挿通孔を２本穿孔し、一端を頂角３０〜１２０度の円錐状に形成した直径が４〜１０ｍｍのねじ溝付き棒鋼２本のそれぞれを、該一端の先端を該凹みに当接せしめてそれぞれの挿通孔に挿入し、一方のねじ溝付き棒鋼を溶接電源の正極に連結し他方のねじ溝付き棒鋼を該電源の負極に連結して、２本のねじ溝付き棒鋼を同時に鋼材に電気抵抗溶接するねじ溝付き棒鋼の鋼材への連結方法である事を特徴とする、請求項１の鋼材の重防食方法。
3. 防食材が、鋼材の表面に接して配されたペトロラタムペーストを含浸せしめた不織布よりなる防食ペーストシートと、該防食ペーストシートの表面を覆って配された防食ポリエチレンシートの２枚の防食材である事を特徴とする、請求項１〜２の何れかに記載の鋼材の重防食方法。
4. 鋼材の重防食方法が、重防食がすでに施された後使用の間に重防食部が損傷した鋼材の該損傷部を補修する鋼材の重防食方法である事を特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の鋼材の重防食方法。
5. 鋼材の重防食方法が、水中または海水中で行われる鋼材の重防食方法である事を特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の鋼材の重防食方法。

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