JPH0275478A - 条材の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、建設現場等の現場作業で行われる、鉄筋・管
・棒鋼・形鋼等の条材の接合作業において、拡散接合を
適用することにより、簡便に作業出来、また確実な接合
品質を得ることの出来る、条材の接合方法に関するもの
である。

（従来技術） 鉄筋・管・棒鋼・形鋼等の条材の接合方法としては、ガ
ス圧接法やアーク溶接法が用いられているが、主として
ガス圧接法が広（用いられている。

ガス圧接法は接合面を突き合わせた後、加熱しながら加
圧する工程を数回繰り返し、接合部が十分なふ（らみを
持つ形状にすることにより接合する方法である。

そのため、（社団法人）日本圧接協会の［鉄筋のガス圧
接工事標準仕様書」においても、鉄筋の接合部のふくら
み形状については、接合部直径は鉄筋径の１．４−１．
６倍、接合部の長手方向のふくらみ長さは鉄筋径の１．
２−１．５倍と十分なふくらみを得るような接合条件を
規定している。

しかし、このガス圧接法では下記のような欠点がある。

（１）十分なふくらみを持った接合部形状を得るために
、作業者が接合中の形状を目視にて監視し、鉄筋の加熱
温度や加圧するタイミングを経験に基づいて行っていた
。そのため、作業に熟練度を要し、また作業条件が一定
しないため接合部の品質が安定しない。

（ｉｉ　）接合部のふくらみが大きいために、接合部の
肩部に応力集中が起こり、疲労強度が低下する。

また、コンクリートに埋め込んだ後、接合部の肩部の応
力集中により、接合部周囲のコンクリートにひび割れが
発生する。

上述したガス圧接法にて問題となった、接合部の形状に
より応力集中が起こりコンクリート打設硬化後のひび割
れ等が起こる問題に対する改良方法として、特開昭６２
−９７８５号公報や特開昭６２−１６８７２号公報にて
開示された鉄筋の接合方法がある。

前者は、接合部同士を直接接合するのではなく、接合部
端面間に接合用金属片を挿入し、加熱後、径方向に加圧
する方法であり、後者は、接合端面間に粉粒状の接合金
属を充填し、加熱後、径方向に加圧する方法である。

これらの方法では、鉄筋に軸方向の加圧力を加えないこ
とにより、接合部のふ（らみが過大とならないため、接
合部に応力集中が発生せず、コンクリートのひび割れが
起こらないとしている。

しかし、これらの方法でも下記の欠点を有している。

（ｉ）装置が、加熱される鉄筋および接合用金属と近接
あるいは、接触しているため、装置が、高温となる問題
があり、耐熱材料を用いる等の対策が必要である。

（ｉｉ　）鉄筋の接合部だけではなく、接合用金属をも
溶かす必要があり、高温で長時間の加熱が必要である。

（ｉｉｉ　）加熱温度を抑えるため、低融点金属を用い
る場合、接合部は異種金属との接合となるため、接合強
度、曲げ強度および疲労強度等が低下するという問題が
ある。　　− （発明が解決しようとする課ｉ！Ｉｌ）本発明が解決し
ようとする課題は下記の点である。

（ｉ）接合部のふくらみが過大なため、接合部の肩部に
起こることによる疲労強度の低下、およびコンクリート
のひび割れ防止に対し、接合部のふくらみを極力小さ（
すること。

（ｉｉ　）接合作業が簡単に行え、熟練度による差や作
業条件が一定しないことによる接合部品質の不安定を解
消すること。

以上述べたように、簡便な装置・方法で接合部の形状を
改善し、さらに接合部品質が安定することにより十分な
接合強度を確保出来る、条材の接合方法が望まれていた
。

（課題を解決するための手段） ここに、本発明は、接合面にインサート材を挟んだ状態
で両側の条材を固定し、接合面に一定の初期荷重を付加
後、接合部近傍を加熱することにより、拡散接合させる
ことを特徴とする条材の接合方法である。

条材としては、鉄筋・管・棒鋼・形鋼等があるが、接合
する面をインサート材で挟持し、接合出来る条材であれ
ば良い。

インサート材としては、拡散接合の時間を短縮させるた
め、また接合後の接合部に酸化物が残存することによる
品質劣化を防止するため、非晶質金属等の低融点材料が
望ましい。

インサート材の接合面への挟持方法としては、箔を条材
間で挟み込む方法や、接合面に予めスポット溶接で固定
する方法、あるいは接合面に粉末状の非晶質金属を溶射
してお（方法等がある。

さらに、接合面への一定の初期荷重付加については、荷
重を付加せずにインート材を単に挟み込むだけではなく
、積極的に接合面に荷重を加え、インサート材にひずみ
を与えるのが目的であり、３００ｋｇ／ｃｄ以上の荷重
を与えるのが望ましい。

加熱方法としては、高周波加熱コイルを用いる方法やガ
ス加熱による方法等があり、いずれの場合も加熱装置を
小型化出来るため、現場での接合作業は容易であり、能
率も従来の圧接作業と同等で優れている。

接合雰囲気については、高周波加熱の場合は、真空下、
アルゴン、窒素、ヘリウム等の非酸化雰囲気とすること
が望ましい、また、ガス加熱の場合には、強還元炎を用
いて還元雰囲気にすることが望ましい。

また、拡散接合時間はイノサート材の厚さに大きく依存
する。接合後、接合面にインサート材の脆い合金層が残
存しないようにするには、厚さは１００ミクロン以下と
することが望ましい。

接合面への荷重付加装置としては、条材の挟持装置の中
に油圧等のジヤツキを組み込む方法がある。

（作用） 本発明の接合方法によれば、インサート材を挿入した接
合面に一定の初期荷重を付加し、その後加熱することに
より、接合面の表面の凹凸による間隙を無くしてインサ
ート材を溶融させ液相拡散接合を行う。

インサート材を用い、接合面に初期荷重を付加すること
により、接合面の表面の凹凸によって接合部に発生する
欠陥を防止出来る。また、全接合面に溶融したインサー
ト材が均一に濡れるため、インサート材中の元素の拡散
により、母材＆ｌ織と同一な接合部ｍｍが全接合面に得
られるため、品質の安定した、良好な接合強度を有する
接合部を得ることが出来る。

さらに、液相拡散による接合のため、ガス圧接のように
接合強度確保のための大きな加圧変形は必要としない、
そのため、ガス圧接のように過大なふくらみを持つ接合
部形状とはならず、接合部の応力集中による疲労強度の
低下、およびコンクリート打設硬化後のひび割れも防止
することが出来る。

（実施例） 以下、本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する
。

第１図は本発明の原理を示す図である。連結体ｌとヘッ
ド２とに固定して接続されたクランプ機構３により、被
接合材４は接合面にインサート材５を挟持した状態で突
き合わされる。ヘッド２はジヤツキ６により、連結体１
に沿って移動することにより接合面に荷重を付加する。

さらに、接合部に加熱装置７を置き、接合部近傍を加熱
することにより拡散接合を行う。

第２（ａ）、山）図には、加熱方法として高周波加熱コ
イルを用いた装置の例を示すが、第２（ａ）図は正面図
、第２伽）図は側面図である。この装置は、クランプ機
構３が被接合材４の外径に合った大型に作ってあり、固
定ボルト８とピン９により被接合材４を固定するように
なっている。さらに連結体１には、油圧ジヤツキ６にて
与えられた接合面にかかる荷重を測定するためにロード
セル１１を設けである。

接合荷重の測定方法としては、油圧ジヤツキ６の油圧力
を直接測定し、接合荷重を管理する方法もある。

また、図示例では加熱装置として高周波加熱コイル７１
を接合部に置き、シールボックス１０でコイルを含む接
合部近傍を囲み、アルゴン、窒素等の不活性ガスでシー
ルドすることにより、非酸化性の雰囲気で拡散接合を行
う。

一方、第３（ａ）、（ｂ）図には、加熱方法としてガス
加熱を用いた装置の例を示すが、第３（ａ）図は正面図
、第３（ｂ）図は側面図である０条材の保持機構は第２
図と同一であるが、加熱装置としてリングバーナー７２
を接合部に置き、強還元炎にて還元雰囲気とし拡散接合
を行う。

この装置を用いた接合作業を実施例に基づいて説明する
。

まず、被接合材４となる鉄筋をクランプ機構３にセント
し、接合面上にインサート材５として非晶質金属材を挟
み込み、鉄筋をクランプ機構３の固定ボルト８を締めつ
けることにより固定した。

ここで用いた鉄筋およびインサート材は、第１表に示す
ものである。

第１表 ２５ミクロン厚の非晶質金属材を挟み込んだ鉄筋の接合
面に４００ｋｇ／−の荷重がかかるように、油圧ジヤツ
キ６によりヘッド２を移動させた。荷重はロードセルに
より測定し、コントロールした。

その一定荷重の付加後、接合部上に設けられたリングバ
ーナー７２を用い、強還元炎ガスにより接合部近傍を１
２００−１２５０℃に加熱した。

この昇温による鉄筋の熱膨張にて一旦接合面にかかる接
合応力は上昇するが、材料の軟化による塑性変形により
接合応力は低下していく。

１分間の加熱後、リングバーナー７２を接合部から遠ざ
けるか、ガス供給を中止することにより、接合部の温度
は低下し接合応力は急激に低下する。

その後、クランプ機構３のボルト８を緩めて鉄筋を装置
より取り外す。

一方、加熱方法として高周波加熱コイルを用いる場合は
、接合部近傍に設けたシールボックスに非酸化性ガスを
吹き込み、非酸化性雰囲気とした後、高周波加熱コイル
に通電することにより接合部近傍は加熱される。

一定時間の通電後、通電を中止することにより接合部の
温度は低下する。

以上が鉄筋での接合の実施例であるが、加熱温度はイン
サート材として用いる非晶質金属材の成分により融点が
変わるため一定ではないが、通常用いられる非晶質金属
では９００−１３００℃程度である。

一方、接合面に付加する初期応力および加熱時間につい
ても、被接合材の種類、成分や接合面の表面粗さおよび
インサート材等により拡散接合の条件が変わってくる。

また接合強度を確保した上に接合部のふくらみを極力小
さくする必要があるために条件が決められる。

以上のようにして行った本発明者らによる予備試験の結
果を第２表に示す、これは、接合条件の決定のため接合
面に付加する初期応力、インサート材（２５ミクロン厚
）の挿入枚数、および加熱時間の条件を変更して、接合
試験を行った。なお加熱方法としては、リングバーナー
を用いたガス加熱による方法で行った。

その後、ＪＩＳ　Ｇ３１１２鉄筋コンクリート用棒鋼に
規定された引張試験方法に従い接合部を含む引張試験片
にて引張試験を行った。引張試験の結果、および接合後
の接合部の寸法を測定した結果も合わせて第２表に示す
。

なお、比較材として従来法であるガス圧接法にても試験
を行ったので、その結果も合わせて記載した。

これらの結果より、本発明方法により作られた接合部は
、初期応力を３００ｋｉｒ／−以上、加熱時間は３０秒
以上とすることにより、ＪＩＳ　Ｇ３１１２５Ｄ３５に
規定された引張試験値を十分に満足し、破断位置も母材
と十分な接合強度を有することが分かった。

また接合部形状については、第４図に模式的に示すよう
に、鉄筋径をｄ１接合部径をＤ、接合部の長手方向のふ
くらみ長さをＬとすると、第２表より、接合部に付加す
る初期応力を１０００ｋｇ／−以下にすれば接合部のふ
くらみを小さく抑えられることがわかった。

なお、ここで決定された条件は第１表に上げた材料を用
いた場合であり、被接合材、インサート材が変われば、
接合条件が変わることは言うまでもない。

また、第３表に示すように、実施例で採用した条件（第
２表の条件７）にて作成し、接合部のふくらみを除去し
た棒状の試験片を用い、接合部を中心とした曲げ角度１
８０′の曲げ試験を各々１０本の試験片で行った結果、
本発明方法ではすべて割れ無しと良好な結果であったが
、従来のガス圧接法では接合部の破断が１本、接合部に
割れが有るもの１本となり、その破面には酸化物が残存
していた。

なお、本発明方法を適用する被接合材として、実施例で
は鉄筋を用いて説明したが、それに限定されるものでは
なく、管状の条材、棒鋼、形鋼等にも適用されるもので
ある。

（効果） 以上のように、本発明による接合方法は、構造が簡単で
、操作が容易な装置を用い、インサート材を接合面に挟
み、初期付加応力や加熱時間等を設定することにより、
容易にかつ確実な接合を行うことが出来るため、従来法
であるガス圧接法で問題となっていた、作業の熟練度に
よる差や作業条件が一定しないことによる品質の不安定
を解消することが出来た。

さらに、接合部のふくらみを小さくすることが出来るた
め、接合部の肩部に発生する応力集中を緩和出来、今ま
で問題となっていた疲労強度低下による破損や接合部周
囲のコンクリートのひび割れを防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を示す図； 第２（δ）図および第２（ｂ）図は、加熱方法として高
周波加熱コイルを用いた本発明の装置の１例を示すそれ
ぞれ正面図および側面図； 第３（ａ）図および第３（ｂ）図は、加熱方法としてガ
ス加熱を用いた本発明の装置の１例を示すそれぞれ正面
図および側面図：および 第４図は接合部のふくらみ形状の模式的説明図である。 １：連結体、　　　　　２：ヘッド、 ３：クランプ機構、　４：被接合材、 ５：インサート材、　　６：ジヤツキ、７；加熱装置、
　　　７１；高周波加熱コイル、７２；リングバーナー
、８：固定ボルト、９：とン、　　　　　ｌＯ：シール
ボックス、１１；ロードセル 出願人　鹿島建設株式会社　（外１名）代理人　弁理士
　広　瀬　章　− ４２と（１）ｆ５り も３（Ｑ）ＴＭ 第、４凹 奉２（ｂ）凹 Ｌ３（ｂ）ＷＪ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　条材の接合において、（ｉ）接合面にインサート材を
   挟持し、（ｉｉ）接合面に初期荷重を付加し、（ｉｉｉ
   ）接合部近傍を加熱することにより、拡散接合させるこ
   とを特徴とする条材の接合方法。