JP2003117654A

JP2003117654A - 溶接接合方法および溶接接合部

Info

Publication number: JP2003117654A
Application number: JP2002222515A
Authority: JP
Inventors: Tadateru Katayama; 忠輝形山; Haruhito Okamoto; 晴仁岡本; Nobuyuki Nakamura; 信行中村; Toshifumi Kojima; 敏文小嶋; Hisaya Kamura; 久哉加村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接された鋼構造部材の溶接部に発生する亀
裂が、突合せ溶接による溶接熱影響部に沿って進行し、
該溶接接合部の強度低下を起こすことを防止する溶接方
法およびそれによる溶接接合部を提供する。【解決手段】鋼構造部材における第一の鋼材に厚さを
増す増厚加工をする工程と、該第一の増厚加工された端
部に開先加工を施す工程と、前記第一の鋼材と溶接され
るべき第二の鋼材面を突合せて配置する工程と、該突合
された開先部に突合せ溶接を行う工程と、前記第一の鋼
材の増厚部の所定の範囲に、前記突合せ溶接部に連続し
た、化粧盛溶接を行う工程とを有することを特徴とし、
また前記増厚部の増厚厚さが、化粧盛溶接により形成さ
れた溶接熱影響部の深さ以上であることを特徴とし、さ
らに、前記化粧盛溶接の上に重ねて重ね化粧盛り溶接を
行う工程をも有することを特徴とする溶接接合方法、お
よび、それによる溶接接合部。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、構造部材の溶接
接合方法およびそれによる構造部材の溶接接合部、特
に、建築・土木構造物、柱梁などの鋼構造部材の溶接接
合部に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築などの鉄骨構造の接合部で
は、溶接に伴う溶接金属に隣接して発生する溶接熱影響
部の軟化、脆化部に起因する亀裂伝播、強いては破壊の
発生という問題があり、このため鋼材の持つ高い靱性が
十分に発揮されない場合があった。

【０００３】図１０は、特開２０００−１５８１２７号
公報に開示された従来の建築・土木構造物、柱梁などの
鋼構造部材の溶接接合部を示す側面図である。図１０に
おいて、通しダイアフラム２０の側端２１をＨ鋼梁２の
材軸方向に対して傾斜させている。すなわち、溶接線を
応力方向に対して斜めとし、破壊に対して最弱となる部
分を分散させることで、溶接部からの破壊を防止してい
る。しかしながら、かかる方法では、柱梁仕口パネルな
どの被接合材同士が角度をもっているところ（例えば、
柱梁仕口では９０度）では、溶接線が２ヶ所できてしま
うこと、幾何学的に不可能であることなどで、現実的で
なかった。

【０００４】また、鋼材の化学成分を調整することで、
溶接部の靱性値をほぼ均等にし、他に比べて弱い部分を
作りにくくする方法もあるが、元の鋼材が限定されるこ
と、特殊な処理が必要なため、材料のコストが高くなっ
てしまうなどの問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】建築・土木構造物にお
いては、柱梁接合部や梁端接合部など、応力が高くなる
ところに溶接接合部が存在するケースがしばしば現れ
る。このように、応力集中が生じる箇所、形状的に応力
が集中し易い箇所、繰り返し変形を受けて最終的に脆性
破壊がおこる箇所等における溶接部には、鋼材の脆性的
な破壊が先行して、鋼材の持つ高い靱性が発揮されない
場合があった。そこで、従来の方法を極端に変えること
なく、溶接ワイヤや鋼材などの被接合材に特殊な成分を
必要としないで、亀裂の発生位置、亀裂伝播方向などを
制御できる溶接方法が強く要求されている。

【０００６】図１１は、従来の建築・土木構造物、柱梁
などの鋼構造部材の溶接接合部を示す断面図である。図
１１において、鋼構造部材の溶接接合部は、開先面１２
が加工された第一の鋼材１と第二の鋼材２を突合せ溶接
した場合、溶接金属３０に接する溶融線に沿って溶接熱
影響部４０が形成され、軟化、脆化した部分が生じる。
なお、５は裏当て金、Ｘは亀裂伝播方向を示す。この鋼
構造部材の溶接接合部に許容値以上の応力がかかった場
合、応力により発生した表面亀裂は、この軟化、脆化し
た部分に伝播進行（図６のＸ方向）し、遂にはこの部分
の破壊に至る。従って、前述のごとく、亀裂に対して鋼
材の持つ高い靱性を発揮せしめるために、亀裂の発生位
置、亀裂伝播方向などを最適に制御し得る溶接方法およ
び溶接接合部が強く望まれている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接接合方
法は、以下のとおりである。（１）鋼構造部材を溶接接合する溶接接合方法であっ
て、第一の鋼材の端部に厚さを増す増厚加工をする工程
と、該第一の鋼材の増厚加工された端部に開先加工を施
す工程と、前記第一の鋼材端部と溶接されるべき第二の
鋼材面を突き合わせて配置する工程と、該突合された開
先部に突合せ溶接を行う工程と、前記第一の鋼材の増厚
部の所定の範囲に、前記突合せ溶接部に連続した、化粧
盛り溶接を行う工程とを有することを特徴とするもので
ある。

【０００８】（２）前記（１）において、前記増厚部の
増厚厚さが、前記化粧盛り溶接により形成された溶接熱
影響部の深さ以上であることを特徴とするものである。

【０００９】（３）前記（１）または（２）において、
前記突合せ溶接の上に、さらに第二の化粧盛り溶接を行
う工程を有することを特徴とするものである。

【００１０】（４）前記（１）乃至（４）の何れかにお
いて、前記化粧盛り溶接が、前記第一の鋼材に施された
開先の開先端部から当該第一の鋼材の材軸方向に５ｍｍ
以上の距離の範囲まで行われることを特徴とするもので
ある。

【００１１】（５）前記（１）乃至（４）の何れかに記
載において、前記化粧盛り溶接の止端と前記第二の化粧
盛り溶接の止端との距離が、１５ｍｍ以下であることを
特徴とするものである。

【００１２】また、本発明に係る溶接接合部は、以下の
とおりである。（６）端部に開先加工が施された第一の鋼材と、該開先
部と突合せ溶接された第二の鋼材からなる溶接接合部で
あって、前記第一の鋼材の端部が増厚加工されており、
該増厚部の所定の範囲に、前記突合せ溶接部に連続し
て、化粧盛り溶接がされていることを特徴とするするも
のである。

【００１３】（７）前記（６）において、前記第一の鋼
材が、前記化粧盛り溶接が行なわれた表面に沿った溶接
熱影響部を有することを特徴とするするものである。

【００１４】（８）前記（６）または（７）において、
前記増厚部の増厚厚さが、前記化粧盛り溶接により形成
された溶接熱影響部の深さ以上であることを特徴とする
するものである。

【００１５】（９）前記（６）乃至（８）の何れかにお
いて、前記増厚部の形状は、第一の鋼材の表裏両面側
に、または表面あるいは裏面の片面側に、直線的または
曲線的に増厚されたものであることを特徴とするもので
ある。

【００１６】（１０）前記（６）乃至（９）の何れかに
おいて、前記化粧盛り溶接の溶接止端部における前記増
厚部の増厚厚さが、その位置における前記化粧盛り溶接
により形成された溶接熱影響部の深さ以上であることを
特徴とするものである。

【００１７】（１１）前記（６）乃至（１０）の何れか
において、前記第一の鋼材が角形鋼管、溶接４面ボック
スまたは円形鋼管、前記第二の鋼材がダイアフラムであ
り、第一の鋼材および第二の鋼材による鋼構造が建築・
土木用柱であることを特徴とするものである。

【００１８】（１２）前記（６）乃至（１１）の何れか
において、前記第一の鋼材が梁フランジ、前記第二の鋼
材がダイヤフラムであり、前記溶接接合部が梁端部の接
合部であることを特徴とするものである。

【００１９】（１３）前記（６）乃至（１２）の何れか
において、前記突合せ溶接および化粧盛り溶接の上に、
さらに重ねて重ね化粧盛り溶接がされていることを特徴
とするものである。

【００２０】（１４）前記（６）乃至（１３）の何れか
において、前記突合せ溶接および化粧盛り溶接の上に、
さらに重ねて重ね化粧盛り溶接がされていることを特徴
とするものである。

【００２１】（１５）前記（６）乃至（１４）の何れか
において、前記化粧盛り溶接が、前記第一の鋼材に施さ
れた開先の開先端部から当該第一の鋼材の材軸方向に５
ｍｍ以上の距離の範囲までされていることを特徴とする
ものである。

【００２２】（１６）前記（６）乃至（１５）の何れか
において、前記化粧盛り溶接の止端と前記重ね化粧盛り
溶接の止端との間隔が、１５ｍｍ以下であることを特徴
とするものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は、化粧盛り溶接によっ
て、亀裂伝播経路（図６のＸ方向）を変更するようにし
たものである。すなわち、亀裂の伝播を制御し得る溶接
熱影響部（後記する化粧盛り熱影響部４１またはＨＡＺ
４１）を化粧盛り溶接（後記する化粧盛り溶接３１）に
よって形成させることにより、板厚方向に対してほぼ平
行な突合せ溶接部（図６の突合せ溶接３０）の溶融線、
溶接熱影響部（図６の突合せ熱影響部３０またはＨＡＺ
３０と云う）を通るものであった従来の亀裂伝播経路
（図６のＸ方向）を、板厚方向に対してほぼ垂直な方向
に変更するようにしたものである。つまり、亀裂発生点
をＨＡＺ４１の方へ変更させ、ＨＡＺ４１を貫通し熱影
響の小さい母材（図６の母材１）に亀裂を到達させ、そ
の後母材の靱性に従った挙動を行なわせるようにしたも
のである。

【００２４】また、前記のように亀裂が発生し、母材に
亀裂が到達した場合、鋼材が、通常の板厚（原板）で
は、その部分の正常な状態（熱影響を受けていない）に
ある鋼材の断面積は、ＨＡＺ４１のために他の部分に比
べて減少しており、強度低下を起こす恐れがある。従っ
て、本発明は、これに対処するために、鋼材端部に増厚
加工をすることにより、前記断面積の減少を防止し、亀
裂がＨＡＺ４１を貫通して母材に到達した後でも、母材
の板厚が確保（原板の厚さ以上）できるため鋼材の強度
を十分に期待することができ、より高い安全性を得るこ
とができるものである。以下、図面に従い詳細に説明す
る。

【００２５】（溶接接合方法）図１および図２は本発明
の実施の形態に係る溶接接合方法を示す断面図である。
図１の（ａ）において、１は第一の鋼材であって、均一
な肉厚を有している。なお、第一の鋼材１は、鋼板であ
る場合、鋼管やＨ形鋼の一部である場合がある。

【００２６】図１の（ｂ）において、１１は第一の鋼材
１の端部に設けた増厚部であって、位置Ｃを境にして略
直線状または略円弧状に増厚している。

【００２７】図１の（ｃ）において、１２は前記第一の
鋼材１の増厚部１１に加工した開先の斜面（以下、開先
加工面と称す）である。なお、開先加工面１２の開口側
口元の稜線を開先端部（図中、Ｋで示す）、開先加工面
１２の底側の稜線を開先底部（図中、Ｊで示す）と称
す。

【００２８】図１の（ｄ）において、２は第二の鋼材、
５は裏当て金である。第一の鋼材１は第二の鋼材２に略
垂直に配置され、開先底部Ｊは第二の鋼材２から所定の
距離だけ離れ（以下、ルートギャップと称す）、該ルー
トギャップが裏当て金５によって閉鎖されている。

【００２９】図２の（ｅ）において、３０は突合せ溶接
部の溶接金属（以下、突合せ溶接金属と称す）、４０は
突合せ溶接による溶接熱影響部（以下、突合せ熱影響部
またはＨＡＺ４０と称す）である。第一の鋼材の開先加
工面１２と第二の鋼材２の表面との間で溶融した溶接金
属は、開先加工面１２（図中、破線にて示す）から所定
の距離だけ第一の鋼材１の中に溶け込んで溶融線５０
（以下、突合せ溶融線と称す）を形成する。突き合わせ
溶融線５０が鋼材１の表面と交差する稜線をＷで示す。
さらに、第一の鋼材１には突合せ溶融線５０から所定の
距離に渡り、熱影響部４０が発生する（以下、突合せ熱
影響部またはＨＡＺ４０と称す）。突合せ熱影響部４０
と第一の鋼材（熱影響を受けていない）１との境面を突
合せ熱影響線６０と呼称する。

【００３０】図２の（ｆ）において、３１は化粧盛り溶
接部の溶接金属（以下、化粧盛り溶接金属と称す）、４
１は化粧盛り溶接による溶接熱影響部（以下、化粧盛り
熱影響部またはＨＡＺ４１と称す）。化粧盛り溶接によ
り、化粧盛り溶接金属３１は第一の鋼材の表面（図中、
破線で示す）から所定の距離だけ第一の鋼材１の中に溶
け込んで溶融線５１（以下、化粧盛り溶融線と称す）を
形成する。化粧盛り溶融線５１が鋼材１の表面と交差す
る稜線をＡで示す。さらに、第一の鋼材１には化粧盛り
溶融線５１から所定の距離に渡り、熱影響部４１が発生
する（以下、化粧盛り熱影響部またはＨＡＺ４１と称
す）。化粧盛り熱影響部４１と第一の鋼材（熱影響を受
けていない）１との境面を化粧盛り熱影響線６０と呼称
する。

【００３１】図２の（ｇ）において、３２は重ね化粧盛
り溶接部の溶接金属（以下、重ね化粧盛り溶接金属と称
す）である。すなわち、化粧盛り溶接金属３１の上に重
ねて重ね化粧盛り溶接金属３２が溶着している。重ね化
粧盛り溶接金属３２の止端部と化粧盛り溶接金属３１の
表面との境界をＢで示す。重ね化粧盛り溶接によって、
化粧盛り熱影響部４１は後記再熱効果を受けている。な
お、図中、重ね化粧盛り溶接金属３２を一層で示してい
るが、一層に限定するものではなく、複数の層に重なっ
て溶接されたものであってもよい（以下の図において同
じ）。

【００３２】（増厚・開先加工）図３は本発明の実施の
形態に係る溶接接合方法における第一の鋼材の増厚加工
および開先加工を示す断面図である。図３の（ａ）に示
す第一の鋼材１０１は、片側面Ｓｏ（表面）側に増厚さ
れた増厚部１１１が形成され、増厚部１１１に増厚側
（表面側）に開いた開先が加工されている。片側面Ｓｏ
（表面）の該増厚が開始する位置をＣ、該開先が加工さ
れた斜面を開先加工面１１２、開先加工面１１２が片側
面Ｓｏ（表面）と交差する稜線を開先端部Ｋ、および他
方の片側面Ｓｉ（裏面）と交差する稜線を開先底部Ｊと
称す。

【００３３】図３の（ｂ）に示す第一の鋼材２０１は、
（裏面）側に増厚された増厚部２１１が形成され、増厚
部２１１に増厚側（表面側）に閉じた開先が加工されて
いる。片側面Ｓｉ（裏面）の該増厚が開始する位置を
Ｄ、該開先が加工された斜面を開先加工面２１２、開先
加工面２１２が片側面Ｓｏ（表面）と交差する稜線を開
先端部Ｋおよび他方の片側面Ｓｉ（裏面）と交差する稜
線を開先底部Ｊと称す。

【００３４】図３の（ｃ）に示す第一の鋼材３０１は、
両側面（表面および裏面）に増厚された増厚部３１１が
形成され、増厚部３１１に表面側に開いた開先が加工さ
れている。片側面Ｓｏ（表面）の該増厚が開始する位置
をＣ、他方の片側面Ｓｉ（裏面）の該増厚が開始する位
置をＤ、該開先が加工された斜面を開先加工面３１２、
開先加工面２３２が片側面Ｓｏ（表面）と交差する稜線
を開先端部Ｋおよび他方の片側面Ｓｉ（裏面）と交差す
る稜線を開先底部Ｊと称す。

【００３５】なお、第一の鋼材３０１がコラムを形成す
る部材である場合には、片側面Ｓｏ（表面）がコラム外
面、片側面Ｓｉ（裏面）がコラム内面となる。また、第
一の鋼材１がＨ形鋼のフランジを形成する部材である場
合には、片側面Ｓｏ（表面）がフランジの外側面、片側
面Ｓｉ（裏面）がフランジのウエブ側面となる。

【００３６】（増厚・開先加工）図４は本発明の実施の
形態に係る溶接接合方法における第一の鋼材の増厚加工
および開先加工を示す一部断面の斜視図である。なお、
図３と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明
を省略する。図４の（ａ）は、図３の（ａ）に示す第一
の鋼材１が角形コラムの場合である。図４の（ｂ）は、
図３の（ｂ）に示す第一の鋼材１がＨ形鋼の場合であっ
て、２０１はＨ形鋼のフランジ、２０２はＨ形鋼のウエ
ブ、２０３はウエブ２０２に設けたスカラップ、２１３
は増厚部、２１２は開先加工面である。

【００３７】（溶接接合部）図５は本発明の実施の形態
に係る溶接接合部を示す断面図である。なお、図２の
（ｇ）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説
明を省略する。図５において、第一の鋼材１の端部が増
厚されて増厚部１１を形成し、増厚部１１に開先加工面
１２が設けられ、該端部が第二の鋼材２と突合せ溶接さ
れている。突合せ溶接金属３０は第一の鋼材１に溶け込
み、突合せ溶融線５０と突合せ熱影響部４０を形成して
いる。

【００３８】さらに、突合せ溶接金属３０の上に化粧盛
り溶接（下層）がなされ、化粧盛り溶接金属３１は増厚
部１１に溶け込み、化粧盛り溶融線５１と化粧盛り熱影
響部４１（ＨＡＺ４１）を形成している。また、化粧盛
り溶融線５１と増厚部１１との境界（化粧盛り溶融線５
１の止端に同じ）を化粧盛り熱影響線６１とする。

【００３９】このとき、化粧盛り熱影響部４１は増厚部
１１内にある。すなわち、第一の鋼材１の表面Ｓｏの延
長面と開先加工面１２との交点Ｅを結ぶ面を原板表面Ｃ
Ｅとすると、化粧盛り熱影響線６１は原板表面ＣＥより
増厚側（図中、上方）に位置し、原板表面ＣＥより母材
側（図中、下方）に侵入していない。つまり、化粧盛り
溶接金属３１の止端Ａにおける化粧盛り熱影響線６１と
第一の鋼板１の裏面Ｓｉとの距離ｇ、すなわち、熱影響
を受けていない範囲の厚さが、母材の厚さｔより大きく
なっている。よって、溶接部（化粧盛り溶接部を含む）
の靭性は母材の靭性より高い値になる。したがって、増
厚加工はかかる状態（ｇ＞ｔ）を満足する必要がある。

【００４０】なお、通常、溶接熱影響部の厚さは２ｍｍ
程度であるため、化粧盛り溶接金属３１の止端Ａと原板
表面ＣＥとの距離ｆが母材の厚さｔの１０％以上または
２ｍｍ以上（母材の厚さｔが２０ｍｍ以下の場合）であ
ることが望ましい。

【００４１】さらに、化粧盛り溶接金属３１の止端Ａに
おいて発生した亀裂が第一の鋼材１の板厚方向（図中、
Ｙ方向）に伝播し、突合せ熱影響部４０に沿って伝播し
ないようにするためには、止端Ａと開先加工面１２の開
先端部Ｋとの距離（図中、距離ａ）が５ｍｍ以上である
ことが望ましい。なお、溶接コストの面から距離ａは板
厚の３倍以下にすることが望ましい。

【００４２】さらに、化粧盛り溶接金属３１（下層）の
上に重ねて重ね化粧盛り溶接がなされ、重ね化粧盛り溶
接金属３２（上層）は化粧盛り溶接金属３１（下層）に
溶融している。そして、重ね化粧盛り溶接金属３２と化
粧盛り溶接金属３１（下層）との境界（重ね化粧盛り溶
接金属３２の止端に同じ）をＢで示し、該止端Ｂと前記
止端Ａとの間隔を距離ｂとする。

【００４３】重ね化粧盛り溶接（上層）は、化粧盛り溶
接（下層）の熱影響を緩和、すなわち、化粧盛り熱影響
部４１（ＨＡＺ４１）を焼き戻すものである。このた
め、前記止端Ｂが前記止端Ａに近接する程、ＨＡＺ４１
への入熱が効率的になるから、たとえば、距離ｂを５ｍ
ｍ以下にすることが望ましい。

【００４４】（距離ａの計算）次に、図５に基づいて距
離ａ（止端Ａと開先端部Ｋとの距離）、距離ｂ（止端Ａ
と止端Ｂとの間隔）の計算について説明する。第１の鋼
材１の母材の厚さｔ、増厚部１１の開始点Ｃと第二の鋼
材２との距離ｃ、止端Ａと第二の鋼材２との距離ｄ、お
よび増厚部１１の表面のテーパ角度がそれぞれ溶接終了
後に計測可能である。また、母材の厚さｔが分かると、
施工標準より開先面１２の傾きθ１とルートギャップｇ
が決定される。

【００４５】そして、図中、裏当て板５と第二の鋼材２
との接合部を原点Ｏ、第一の鋼材１の材軸方向（図中、
左方向）をＸ軸、第二の鋼材２の材軸方向（図中、上方
向）をＹ軸とすると、開先面１２は下記（１）式で、増
厚部１１の表面は下記（２）式で、それぞれ表すことが
できる。ｙ＝（ｘ−ｇ）×ｔａｎ（π／４−θ１）・・・（１）式ｙ＝（ｘ−ｃ）×ｔａｎ（−θ２）＋ｔ・・・・（２）式したがって、開先面１２と増厚部１１の表面との交点で
ある開先端部Ｋの位置（距離ｋ）が容易に求まるから、
距離ａはａ＝ｄ−ｋ・・・（３）式により計算される。なお、増厚部が直線状でなく、所定
の関数によって表示される場合は、ｙ＝ｆ（ｘ−ｃ）＋ｔ・・・（４）式として、（１）式と（４）式より距離ｋを求めればよ
い。

【００４６】（溶接接合部の実施例）図６は本発明の実
施の形態に係る溶接接合部の実施例を示す斜視図であっ
て、第一の鋼材がＨ形梁の場合である。Ｈ形梁４００の
フランジ端部に増厚加工および開先加工を施され、更に
図示しない第二の鋼材に突合せ溶接されている。なお、
図５と同じ部分には下２桁をこれと同じ符号を付し、一
部の説明を省略する。４０１はＨ形梁のフランジ、４０
２はＨ形梁のウエブ、４０３はウエブ４０２に設けたス
カラップ、４１１は増厚部、４１２は開先加工面であ
る。そして、４３０は突合せ溶接金属４３０、４４０は
突合せ熱影響部（ＨＡＺ４４０）、４３１は化粧盛り溶
接金属（下層）である。なお、化粧盛り熱影響部（ＨＡ
Ｚ４４１）、重ね化粧盛り溶接金属（上層）４３２、重
ね盛り化粧溶接熱影響部（ＨＡＺ４４２）は図示してい
ない。なお、図中、重ね化粧盛り溶接金属４３２を一層
で示しているが、一層に限定するものではなく、複数の
層に重なって溶接されたものであってもよい。

【００４７】なお、Ｈ形梁４０１のフランジ部は、前記
図３に準じてウエブ側の内側あるいは両側に増厚加工し
てもよい。さらに、かかる溶接は、片面から溶接する突
き合わせ溶接（片面開先）に限定するものではなく、両
面からの溶接（両面開先）あるいは、完全溶け込み溶
接、部分溶け込み溶接等のいずれの場合にも有効であ
る。また、開先加工は前記レ字状開先に限定するもので
はなく、開先の開先底部に平坦部を有するト字状開先で
あってもよい。さらに、両面から溶接する場合は、Ｋ字
状開先、板厚中央部に平坦部を有する略Ｋ字状開先であ
ってもよい。

【００４８】（化粧盛り溶接）なお、ここで云う「化粧
盛り溶接」とは、（イ）一般的な化粧盛り溶接、すなわ
ち、溶接表面を単にキレイに見せるための表面化粧のた
めの溶接であって、化粧盛り溶接金属によって突合せ溶
接部全体の強度の向上を殆ど期待しない溶接、および
（ロ）表面化粧のための溶接であって、化粧盛り溶接金
属自体が突合せ溶接金属の強度に匹敵する強度を有し、
突合せ溶接部全体の強度の向上を図る溶接をも含むもの
である。また、化粧盛り溶接は１層の場合または２層以
上の多層の場合がある。

【００４９】（重ね化粧盛り溶接）さらに、ここで云う
「重ね化粧盛り溶接」とは、（ハ）表面化粧を目的とす
るとともに、化粧盛り溶接（下層）の熱影響を緩和、す
なわち、既に生成された溶接熱影響部（ＨＡＺ）を焼き
戻すものであって、重ね化粧盛り溶接金属によって突合
せ溶接部全体の強度の向上を殆ど期待しない溶接、およ
び（ニ）表面化粧を目的とするとともに、化粧盛り溶接
（下層）の熱影響を緩和すものであって、重ね化粧盛り
溶接金属自体が、突合せ溶接金属または化粧盛り溶接金
属（下層）の強度に匹敵する強度を有し、突合せ溶接部
全体の強度の向上を図る溶接をも含むものである。ま
た、重ね化粧盛り溶接は１層の場合または２層以上の多
層の場合がある。

【００５０】（化粧盛り溶接と靭性値の関係）図７およ
び図８は、それぞれ本発明の実施の形態に係る溶接接合
部の靭性値を測定するためのシャルピー衝撃試験片（以
下、試験片と称す）の採取状況を示す断面図、および測
定した吸収エネルギーを示す相関図である。なお、図５
と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省
略する。図７において、溶接接合部における亀裂の発生
が、化粧盛り溶接ビードの止端部Ａであることが予測さ
れることから、止端部Ａの位置（開先端部Ｋからの距離
ａ）を変更した溶接接合部を作成して、該止端部Ａの直
下にノッチが位置するようにして試験片を採取した。

【００５１】すなわち、止端Ａの開先端部Ｋからの距離
ａを２、５、１０、および１５ｍｍとした位置になるよ
うに化粧盛り溶接をして、第一の鋼材１の表面Ｓｏから
１ｍｍだけ追い込んだ面を表面とし、該止端部Ａの直下
に表面ノッチ（Ｆで示す）を加工した試験片７０（ＪＩ
Ｓ２２０２、一辺の長さ１０ｍｍの正方形柱に、深さ２
ｍｍで開き角度９０°のＶノッチが加工されている）を
採取した。また、止端Ｂと止端Ａとの間隔である距離ｂ
が５ｍｍとなるように、重ね化粧盛り溶接がされてい
る。また、母材の板厚ｔは２５ｍｍである。なお、図
中、重ね化粧盛り溶接金属を一層で示しているが、一層
に限定するものではなく、複数の層に重なって溶接され
たものであってもよい。

【００５２】図８は、これら試験片７０のシャルピー衝
撃試験結果であって、縦軸は各試験片の破面遷移温度に
おける吸収エネルギー、横軸は各試験片の距離ａ（止端
Ａと開先端部Ｋからの距離）である。図８において、距
離ａが５ｍｍ以上の場合（止端Ａが開先端部Ｋから遠く
にある場合）に靱性が増加していることがわる。特に、
距離ａが５ｍｍ未満になると、吸収エネルギーが急激に
減少している。

【００５３】すなわち、距離ａが５ｍｍｍである試験片
７０の場合、試験片のＶノッチの先端が、突合せ熱影響
部４０（ＨＡＺ４０）または化粧盛り熱影響部４１（Ｈ
ＡＺ４１）内になく、母材１内に位置していると推定さ
れるから、試験片７０は延性破壊することによって高い
吸収エネルギーの値を示したと考えられる。一方、距離
ａが２ｍｍｍである試験片７０の場合、試験片のＶノッ
チの先端が、化粧盛り熱影響部４１または突合せ熱影響
部４０あるいは化粧盛り溶接金属３１内、若しくはこれ
らに近接しているため、試験片７０が脆性破壊すること
によって低い吸収エネルギーの値を示したと考えられ
る。

【００５４】以上より、全厚試験片においても同様の結
果が得られると考えられるから、距離ａが５ｍｍ未満の
場合、止端Ａに発生した亀裂は、母材１内に伝播するこ
となく、突合せ熱影響部４０（突合せ溶融線６０）に沿
って伝播することが予測される。

【００５５】（重ね化粧盛り溶接と靭性値の関係）図９
は、本発明の実施の形態に係る溶接接合部の靭性値と重
ね化粧盛り溶接との関係を示す相関図である。図９にお
いて、図７に準じてシャルピー衝撃試験片（以下、試験
片と称す）を採取して、シャルピー衝撃試験を実施し
た。このとき、止端部Ａと開先端部Ｋとの距離ａを５ｍ
ｍにして、止端Ａと止端Ｂとの間隔である距離ｂを２、
８、１５、および１８ｍｍにし、各試験片（距離ｂを変
えている）について、それぞれの遷移温度における吸収
エネルギーを計測した。

【００５６】図９の縦軸は、各試験片の遷移温度におけ
る吸収エネルギーを、距離ｂが８ｍｍである試験片の吸
収エネルギー（３４０Ｊ）で除した靭性比率であり、横
軸は距離ｂである。図９において、距離ｂが１５ｍｍ以
下の範囲で靭性値の改善がみられ、特に、距離ｂが８ｍ
ｍ以下の範囲（止端部Ａと止端部Ｂが近接する場合）に
おいて靭性値の改善が顕著である。

【００５７】以上より、重ね化粧盛り溶接（上層）に伴
う入熱によって化粧盛り溶接金属（下層）は再加熱され
て焼鈍（テンパー）されたものと推定される。つまり、
重ね化粧盛り溶接によって表面亀裂（脆性亀裂）の発生
が困難になると考えられる。なお、かかる再熱効果を効
果的に得るために、化粧盛り溶接（下層）の直後に重ね
化粧盛り溶接（上層）を施工することが望ましい。たと
えば、化粧盛り溶接（下層）の溶接ビードの温度が５０
℃以上であるうちに、重ね化粧盛り溶接（上層）を施工
することが望ましい。

【００５８】

【発明の効果】本発明により、溶接部の靱性を向上させ
るような鋼材の成分調整をするより安価で、簡易的な溶
接が可能となり、構造物の溶接接合部の信頼性の向上、
およびより安全な構造物を提供することが可能となっ
た。

【００５９】即ち、本発明は、端部に増厚加工をし、更
に増厚加工された端部に開先加工を施した第一の鋼材
と、該第一の鋼材端部と溶接されるべき第二の鋼材面を
突き合わせて突合せ溶接、および、前記突合せ溶接部に
連続した、化粧盛り溶接を行うことにより、また、前記
増厚加工された増厚部の増厚厚さを、前記化粧盛り溶接
により形成された溶接熱影響部の深さ以上とすることに
より、鋼構造物の溶接部における亀裂の発生、および亀
裂の伝播方向を制御し、亀裂の伝播方向を突合せ溶接の
溶接熱影響部の軟化、脆性部に沿うことを回避させるこ
とにより、接合部の強度低下を防止し、より信頼性と安
全性を有する鋼構造物を提供することができる。

【００６０】さらに、化粧盛り溶接（下層）の止端部の
開先端部からの距離を規定したことにより、亀裂の伝播
経路を制御することができるから、溶接接合部の強度を
確実に保証することが可能になる。

【００６１】さらに、化粧盛り溶接（下層）を行った上
に、さらに重ねて重ね化粧盛り溶接（上層）を行うこと
により、下層の化粧盛り溶接の止端部における亀裂の発
生を困難にするから、溶接接合部の強度を維持して鋼構
造物の信頼性と安全性を高めることができる。

【００６２】さらに、化粧盛り溶接（下層）の止端部と
重ね化粧盛り溶接（上層）の止端部との間隔を規定した
ことにより、亀裂の発生を制御することができるから、
溶接接合部の強度を確実に保証することが可能になる。

【００６３】よって、応力的に厳しいさまざまな種類の
建築・土木構造物において、溶接接合部の強度低下を防
止することができる。たとえば、以下に好適である。第一の鋼材が角形鋼管、溶接４面ボックスまたは円形
鋼管、第二の鋼材がダイアフラムであり、第一の鋼材お
よび第二の鋼材による鋼構造が建築用柱。更に、第一の鋼材が梁フランジ、第二の鋼材がダイヤ
フラムであり、第一の鋼材と第二の鋼材との接合部が梁
端部の接合部。また、第一の鋼材および第二の鋼材が角形鋼管、溶接
４面ボックス、または円形鋼管であり、第一の鋼材およ
び第二の鋼材による鋼構造が柱継手部。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る溶接接合方法を示
す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る溶接接合方法を示
す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る溶接接合方法にお
ける第一の鋼材の増厚加工および開先加工を示す断面図
である。

【図４】本発明の実施の形態に係る溶接接合方法にお
ける第一の鋼材の増厚加工および開先加工を示す一部断
面の斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る溶接接合部を示す
断面図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る溶接接合部の実施
例を示す斜視図であって、第一の鋼材がＨ形梁の場合で
ある。

【図７】本発明の実施の形態に係る溶接接合部の靭性
値を測定するためのシャルピー衝撃試験片（以下、試験
片と称す）の採取状況を示す断面図である。

【図８】本発明の実施の形態に係る溶接接合部の測定
した吸収エネルギーを示す相関図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る溶接接合部の靭性
値と重ね化粧盛り溶接との関係を示す相関図である。

【図１０】従来の建築・土木構造物、柱梁などの鋼構
造部材の溶接接合部を示す側面図である。

【図１１】従来の建築・土木構造物、柱梁などの鋼構
造部材の溶接接合部を示す断面図である。

【符号の説明】

１第一の鋼材２第二の鋼材５裏当て金２開先加工面１１増厚部３０突合せ溶接金属３１化粧盛り溶接金属３２重ね化粧盛り溶接金属４０突合せ熱影響部４１化粧盛り熱影響部４２重ね化粧盛り熱影響部５０突合せ熱影響線５１化粧盛り熱影響線５２重ね化粧盛り熱影響線６０突合せ溶融線６１化粧盛り溶融線６２重ね化粧盛り溶融線Ａ化粧盛り溶接金属の止端Ｂ重ね化粧盛り溶接金属の止端Ｃ増厚加工の立ち上がり点Ｋ開先端部Ｊ開先底部ａ化粧盛り溶接金属の止端Ａと開先端部Ｋとの距離ｂ化粧盛り溶接金属の止端Ａと重ね化粧盛り溶接金属
の止端Ｂとの間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村信行東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者小嶋敏文東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者加村久哉東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AA14 AA72 AB01 AB16 AC15 AC16 AF03 AG03 AG34 AG47 AG57 BB02 BB28 BB31 BD01 BE04 BE08 BF04 CA90 EA33 4E081 YB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼構造部材を溶接接合する溶接接合方法
であって、第一の鋼材の端部に厚さを増す増厚加工をす
る工程と、該第一の鋼材の増厚加工された端部に開先加
工を施す工程と、前記第一の鋼材端部と溶接されるべき
第二の鋼材面を突き合わせて配置する工程と、該突合さ
れた開先部に突合せ溶接を行う工程と、前記第一の鋼材
の増厚部の所定の範囲に、前記突合せ溶接部に連続し
た、化粧盛り溶接を行う工程とを有することを特徴とす
る溶接接合方法。
【請求項２】前記増厚部の増厚厚さが、前記化粧盛り
溶接により形成された溶接熱影響部の深さ以上であるこ
とを特徴とする請求項１記載の溶接接合方法。
【請求項３】前記突合せ溶接および化粧盛り溶接の上
に、さらに重ねて重ね化粧盛り溶接を行う工程を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の溶接接合方
法。
【請求項４】前記化粧盛り溶接が、前記第一の鋼材に
施された開先の開先端部から当該第一の鋼材の材軸方向
に５ｍｍ以上の距離の範囲まで行われることを特徴とす
る請求項１乃至３の何れかに記載の溶接接合方法。
【請求項５】前記化粧盛り溶接の止端と前記重ね化粧
盛り溶接の止端との距離が、１５ｍｍ以下であることを
特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の溶接接合方
法。
【請求項６】端部に開先加工が施された第一の鋼材
と、該開先部と突合せ溶接された第二の鋼材からなる溶
接接合部であって、前記第一の鋼材の端部が増厚加工さ
れており、該増厚部の所定の範囲に、前記突合せ溶接部
に連続して、化粧盛り溶接がされていることを特徴とす
る溶接接合部。
【請求項７】前記第一の鋼材が、前記化粧盛り溶接が
行なわれた表面に沿った溶接熱影響部を有することを特
徴とする請求項６記載の溶接接合部。
【請求項８】前記増厚部の増厚厚さが、前記化粧盛り
溶接により形成された溶接熱影響部の深さ以上であるこ
とを特徴とする請求項６または７記載の溶接接合部。
【請求項９】前記増厚部の形状は、第一の鋼材の表裏
両面側に、または表面あるいは裏面の片面側に、直線的
または曲線的に増厚されたものであることを特徴とする
請求項６乃至８の何れかに記載の溶接接合部。
【請求項１０】前記化粧盛り溶接の溶接止端部におけ
る前記増厚部の増厚厚さが、その位置における前記化粧
盛り溶接により形成された溶接熱影響部の深さ以上であ
ることを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の溶
接接合部。
【請求項１１】前記第一の鋼材が角形鋼管、溶接４面
ボックスまたは円形鋼管、前記第二の鋼材がダイアフラ
ムであり、第一の鋼材および第二の鋼材による鋼構造が
建築・土木用柱であることを特徴とする請求項６乃至１
０の何れかに記載の溶接接合部。
【請求項１２】前記第一の鋼材が梁フランジ、前記第
二の鋼材がダイヤフラムであり、前記溶接接合部が梁端
部の接合部であることを特徴とする請求項６乃至１１の
何れかに記載の溶接接合部。
【請求項１３】前記第一の鋼材および前記第二の鋼材
が角形鋼管、溶接４面ボックス、または円形鋼管であ
り、第一の鋼材および第二の鋼材による鋼構造が柱継手
部であることを特徴とする請求項６乃至１２の何れかに
記載の溶接接合部。
【請求項１４】前記突合せ溶接および化粧盛り溶接の
上に、さらに重ねて重ね化粧盛り溶接がされていること
を特徴とする請求項６乃至１３の何れかに記載の溶接接
合部。
【請求項１５】前記化粧盛り溶接が、前記第一の鋼材
に施された開先の開先端部から当該第一の鋼材の材軸方
向に５ｍｍ以上の距離の範囲までされていることを特徴
とする請求項６乃至１４の何れかに記載の溶接接合部。
【請求項１６】前記化粧盛り溶接の止端と前記重ね化
粧盛り溶接の止端との間隔が、１５ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項６乃至１５の何れかに記載の溶接接
合部。