JP2007090358A

JP2007090358A - レ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法及びレ形２段開先専用ゲージ

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Publication number: JP2007090358A
Application number: JP2005279194A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hashimoto; 誠橋本
Original assignee: JAPAN STEEL-RIB FABRICATING ASSOCIATION
Current assignee: JAPAN STEEL-RIB FABRICATING ASSOCIATION
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP4041827B2

Abstract

【課題】作業効率のよい、生産性の高い、レ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法及びレ形２段開先専用ゲージを提供する。
【解決手段】被溶接面を傾斜面とした厚さが２５ｍｍ以上の第１鋼材と被溶接面を垂直面とした第２鋼材の各被溶接面を、所定のルートギャップ及び開先角度をおいて突き合わせ、突き合わせ部の裏面に裏当て材を当接させて、前記突き合わせ部に溶接ワイヤの溶融物を充填させつつ一体に溶接するレ形開先ガスシールドアーク溶接方法において、ルートギャップを４〜６ｍｍとし、そして開先角度を、第１の開先角度が２４〜２６°とするとともに、第１鋼材の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる第２の開先角度を１４〜１６°としたことを特徴とするレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法及びレ形２段開先専用ゲージを使用する。その結果、作業効率のよい、生産性の高い、ガスシールドアーク溶接を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法及びレ形２段開先専用ゲージに関する。

鋼柱、鋼梁などの突合せ溶接において、図９に示すように、被溶接面を傾斜面とした第１鋼材５１、被溶接面を垂直面とした第２鋼材５２及び裏当て材５３により形成されるレ形開先形状のガスシールドアーク溶接が知られている。レ形開先の標準開先形状は、社団法人日本鋼構造協会「溶接開先標準（ＪＳＳＩ０３−１９９２）」に示されているように、開先角度が３５°（許容差≧−５°）、ルートギャップが７ｍｍ（許容差≧−２ｍｍ）である。近年、レ形開先のガスシールドアーク溶接において、溶接に使用される溶接ワイヤの使用量を減少させて、作業効率及び生産性を改善させるために、開先角度が２５°、ルートギャップが５ｍｍの開先形状での溶接が試みられている（例えば、非特許文献１）。
滝野忠男、山田浩二、「ガスシールド溶接における２５度狭開先の溶接条件の検討」、東骨技報、株式会社東京鉄骨橋梁、２００３年、Ｎｏ．４９．ｐ．１０６−１１６佐藤邦彦、向井喜彦、豊田政男、「溶接工学」、理工学社、１９７９年、ｐ．８４

しかしながら、このようなガスシールドアーク溶接方法によっても、溶接ワイヤの使用量が依然として多く、作業効率及び生産性の改善が十分なものではなく、更なる改善が求められている。

このような問題を解決するため、種々の方法が試みられているが、上記の問題点を解決する方法は未だ見出されていない。

本発明はかかる従来の難点を解決すべくなされたもので、作業効率のよい、生産性の高い、レ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法及びレ形２段開先専用ゲージを提供することを目的とする。

本発明のレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法は、被溶接面を傾斜面とした厚さが２５ｍｍ以上の第１鋼材と被溶接面を垂直面とした第２鋼材の各被溶接面を、所定のルートギャップ及び開先角度をおいて突き合わせ、突き合わせ部の裏面に裏当て材を当接させて、前記突き合わせ部に溶接ワイヤの溶融物を充填させつつ一体に溶接するレ形開先ガスシールドアーク溶接方法において、ルートギャップを４〜６ｍｍとし、そして開先角度を、第１の開先角度を２４〜２６°とするとともに、第１鋼材の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる第２の開先角度を１４〜１６°としたことを特徴とする。前記第１の開先角度を２５°とするとともに、前記第２の開先角度を１５°としたことが好ましい。また、前記ルートギャップを４〜５ｍｍとしたことが好ましい。さらに、本発明のレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法は、垂直面と第１鋼材の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる傾斜面の頂部をガイド部（ならい）として半自動溶接によるストレートビードの初層溶接を行うことが好ましい。

本発明のレ形２段開先専用ゲージは、被溶接面を傾斜面とした厚さが２５ｍｍ以上の第１鋼材と被溶接面を垂直面とした第２鋼材の各被溶接面を、ルートギャップを４〜６ｍｍとし、そして第１の開先角度を２４〜２６°とするとともに、第１鋼材の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる第２の開先角度を１４〜１６°とした開先角度をおいて突き合わせ、突き合わせ部の裏面に裏当て材を当接させて形成するレ形２段開先を規定するレ形２段開先専用ゲージであって、その末端部が、裏当て材と両端点で接触することを特徴とする。

本発明のレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法及びレ形２段開先専用ゲージによれば、溶接ワイヤの使用量を減少させ、作業効率をよく、そして生産性を高くすることができる。

以下に、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法及び他の実施形態に係るレ形２段開先専用ゲージについて説明する。初めに、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法のレ形２段開先の開先（形状）を示す側面図である。このレ形２段開先（形状）は、２つの開先角度、即ち第１の開先角度（α）及び第２の開先角度（β）を有している。この実施形態に用いられる第１鋼材１は、被溶接面を２段階の傾斜面（第１の傾斜面４、第２の傾斜面５）としたものである。この第１鋼材１は、第２の傾斜面５の頂部（開口部端部）６を有する。この実施形態おいては第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３により、レ形２段開先が形成される。この裏当て材３が第２鋼材２の被溶接面（垂直面）に対してほぼ直角に当接されることで、ルートギャップ（ＲＧ）をおいて配置された第１鋼材１の２段階の傾斜面（４，５）と第２鋼材２の垂直面によりレ形２段開先の開先（形状）が形成される。この第１鋼材１の２つの傾斜角度（第１の傾斜角度（γ）、第２の傾斜角度（δ））は、それぞれ、２つの開先角度（第１の開先角度（α）、第２の開先角度（β））と対応する。裏当て材３が第２鋼材２の被溶接面（垂直面）に対して直角に当接される場合には、第１鋼材１の第１の傾斜角度（γ）と第１の開先角度（α）とを合計すると９０°になり、第１鋼材１の第２の傾斜角度（δ）と第２の開先角度（β）とを合計すると９０°になる。

この実施形態の開先形状において、第１の開先角度（α）は２４〜２６°の範囲内の角度である。２４．５〜２５．５°の範囲が好ましく、２５°が最も好ましい。第２の開先角度（β）は、１４〜１６°の範囲内の角度である。１４．５〜１５．５°の範囲が好ましく、１５°が最も好ましい。第１鋼材の底面から第２の開先角度が始まるまでの高さ（Ｌ）は、２１〜２３ｍｍの範囲である。２１．５〜２２．５ｍｍの範囲が好ましく、２２ｍｍが最も好ましい。

この実施形態の開先形状において、ルートギャップ（ＲＧ）は４〜６ｍｍの範囲である。４〜５ｍｍの範囲が好ましく、５ｍｍが最も好ましい。ルートギャップが４ｍｍ未満であると溶接トーチの開先形状への挿入が困難になり、溶接ワイヤが被溶接部に十分供給されないおそれがあり、ルートギャップが６ｍｍを越えると溶接ワイヤの使用量を十分減少させることができず、作業効率及び生産性を改善させることができなくなるからである。

なお、ルートギャップ（ＲＧ）、第１の開先角度（α）、第２の開先角度（β）及び第１鋼材の底面から第２の開先角度が始まるまでの高さ（Ｌ）は、それぞれ関連する。

この実施形態における被溶接面を２段階の傾斜面とした第１鋼材１は、どのような種類の鋼材であってもよい。これらの種類としては、例えば一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳＧ３１０１）、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳＧ３１０６）、建築構造用圧延鋼材（ＪＩＳＧ３１３６）及び国土交通大臣認定品を挙げることができる。これらのうち建築構造用圧延鋼材及び国土交通大臣認定品が好ましい。また、この実施形態に用いられる第１鋼材１は２段階の傾斜面を有するものであれば、鋼柱、鋼梁等いずれの形状であってもよい。この鋼材の厚さは２５ｍｍ以上である。この鋼材の厚さは、厚いほど好ましい。一般的には、厚さは２５〜１００ｍｍの範囲のものが使用される。

この実施形態に用いられる被溶接面を垂直面とした第２鋼材２は、どのような種類の鋼材であってもよい。これらの種類としては、例えば一般構造用圧延鋼材、溶接構造用圧延鋼材、建築構造用圧延鋼材及び国土交通大臣認定品を挙げることができる。これらのうち建築構造用圧延鋼材及び国土交通大臣認定品が好ましい。また、この実施形態に用いられる第２鋼材２の形状は、鋼柱、鋼梁等であってもよい。好ましくは、この実施形態に用いられる第２鋼材２は、この実施形態に用いられる第１鋼材１と同じ種類（材質）である。第２鋼材２の厚さは、一般的には、１６〜１００ｍｍの範囲のものが使用される。

この実施形態に用いられる裏当て材３は、どのような種類の裏当て材であってもよい。これらの種類としては、例えば一般構造用圧延鋼材、溶接構造用圧延鋼材及び建築構造用圧延鋼材を挙げることができる。これらのうち建築構造用圧延鋼材が好ましい。この実施形態に用いられる裏当て材３は、好ましくはこの実施形態に用いられる第１鋼材１及び／又は第２鋼材２と同じ種類（材質）である。裏当て材３の厚さは、一般的には、６〜１２ｍｍの範囲のものが使用される。９ｍｍのものがより使用される。

この実施形態に用いられる第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３が、全て同じ種類（材質）からなるものが最も好ましい。

図２は、本発明の一実施形態において用いられる溶接ワイヤ７を供給する溶接トーチのガスノズル８を示す図である。この溶接ワイヤ７は、溶接トーチのガスノズル８の端面の略中心部に配置されたチップ９を通って供給される。この実施形態において用いられる溶接トーチのガスノズル８はテーパー形状を有する。この溶接トーチのガスノズル８のベース部から中央部までの距離（Ａ）は３３ｍｍ、中央部から先端部までの距離（Ｂ）は４５ｍｍである。この溶接トーチのガスノズル８の先端部の径は、外径（φＫ）：１５ｍｍ、内径（φＬ）：１１ｍｍである。この溶接トーチのガスノズル８のベース部の径は、外径（φＭ）：３１ｍｍ、内径（φＮ）：２１ｍｍである。この溶接トーチのガスノズル８の先端部のテーパー形状は、概ね１０°の傾斜角度（θ）を有する。この実施形態に用いられる溶接トーチのガスノズルは先端部の外径（φＫ）が、１７ｍｍのものも使用可能である。この場合溶接トーチのガスノズルの先端部のテーパー形状は、概ね１０°の傾斜角度（θ）を有する。この実施形態に用いられる溶接トーチのガスノズル８は、上記の形状（寸法）のものに限定されないが、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法のレ形２段開先の開先形状において、溶接トーチのガスノズル８の端面の略中心部に配置されたチップ９から突出する溶接ワイヤ７の先端部が被溶接部に到達し、十分に溶接され得る形状（寸法）であることが必要である。溶接トーチの外装部の材質は、例えば銅をクロムメッキしたものを用いることができる。また、セラミック、炭素繊維等を使用することも可能である。

この実施形態に用いられる溶接ワイヤ７は、ソリッドワイヤを使用する。例えば、ＹＧＷ１１、ＹＧＷ１８等を挙げることができる。フラックス入りワイヤを使用しないことにより、スラグの発生等が少なくなるからである。

この溶接ワイヤとしては、直径が１．０ｍｍ径（φ）、１．２ｍｍ径、１．４ｍｍ径及び１．６ｍｍ径のものが挙げられる。これらのうち、１．２ｍｍ径及び１．４ｍｍ径の溶接ワイヤが経済性、操業性のため好ましい。

この実施形態における溶接トーチのガスノズル８中の端面の略中心部に配置されたチップ９からの溶接ワイヤ７の突出長さ（Ｃ）は、３５ｍｍ以下である。突出長さが３５ｍｍを越えると、溶接時のアークの安定性が低下する。溶接ワイヤ７の突出長さ（Ｃ）は、通常２０〜３５ｍｍ程度で使用される。この実施形態に用いられるチップ９は、溶接トーチのガスノズル８の端面の略中心部に配置される。このチップ９の先端部は、溶接トーチのガスノズル８の先端部より外側に位置していても（突き出ていても）又は内側に位置していてもよい。このようなチップ９の先端部と溶接トーチのガスノズル８の先端部との位置の差（距離のずれ）は通常±５ｍｍ以内である。

この実施形態における溶接条件は当業者であれば容易に最適条件を決定することができる。この実施形態における溶接電流は、使用される溶接ワイヤの種類、径に依存するが、通常１．２ｍｍ径の溶接ワイヤを使用する場合、下向溶接２７０〜３５０Ａ、横向溶接２５０〜３００Ａ程度である。また、１．４ｍｍ径の場合は、下向溶接３５０〜４５０Ａ、横向溶接２８０〜３５０Ａ程度である。

この実施形態に用いられるシールドガスとしては、不活性ガス（例えばアルゴン）及び二酸化炭素、等を使用することができる。不活性ガスと二酸化炭素の混合ガスを使用することもできる。経済性の面からは二酸化炭素を用いることが好ましい。シールドガスの供給量は、通常、２５±５［ｌ／分］程度である。

この実施形態において用いられる入熱は、鋼材の種類及び／又は溶接材料の種類によって異なるが通常、４０ｋＪ／ｃｍ以下又は３０ｋＪ／ｃｍ以下である。

本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法は、多層溶接を用いて行われる。この場合、各層のビードは１パスであっても２パス以上であってもよい。初層は１パスで行われることが必要である。本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法における、多層溶接を含むパス間温度は、鋼材の種類及び／又は溶接材料の種類によって異なるが通常、３５０℃以下又は２５０℃以下の温度に下げる。また、各層のビードは、スラグを除去した後に次のビードを行ってもよい。

本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法は、半自動溶接方法又は自動溶接方法（ロボット溶接方法）により行うことができる。

図３は、本発明の実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接を行う様子を示す側面図である。２段階の傾斜面（第１の傾斜面４、第２の傾斜面５）を有する第１鋼材１、垂直面を有する第２鋼材２及び裏当て材３により形成されたレ形２段開先中に、溶接ワイヤ７の先端部が被溶接部に到達するように溶接トーチのガスノズル８を挿入してガスシールドアーク溶接を行う。

本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法は、さらに、被溶接部と被溶接部とを最初に溶接する初層溶接の信頼性、安定性をより改善するため、好ましくは第２鋼材２の垂直面及び第１鋼材１の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる傾斜面（第２の傾斜面５）の頂部６をガイド部（ならい）として溶接（以下「ガイド溶接」という。）を行うことができる。まず、ガイド溶接を行うための条件として、第１鋼材１の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる第２の開先角度（β）が、溶接トーチのガスノズル８のテーパー角度（θ）の２倍の角度よりも小さくなる必要がある。そうでなければ、第２鋼材２の垂直面と第１鋼材１の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる傾斜面（第２の傾斜面５）の頂部６とが、溶接トーチのガスノズルのテーパー面を挟むことができず、第２鋼材２の垂直面と、第１鋼材１の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる傾斜面の頂部６をガイド部（ならい）として溶接を行うことができなくなるからである。また、信頼性、安定性のより高い初層溶接を得るためには、ガイド溶接において、溶接ワイヤの先端部をウィービングさせて溶接を行うウィービングビードよりも、溶接ワイヤの先端部をウィービングさせずに真っ直ぐに進めて溶接するストレートビードを行うことが必要である。そのため、使用される溶接ワイヤの径、溶接ワイヤの供給量等にも関係（依存）するが、ルートギャップは４〜５ｍｍの範囲が好ましい。

次に、ガイド溶接を行うために、ルートギャップ（ＲＧ）、第１の開先角度（α）、第２の開先角度（β）、第１鋼材１の底面から第２の開先角度が始まるまでの高さ（Ｌ）、チップ９からの溶接ワイヤの突出長さ（Ｃ）、ならびに溶接トーチのガスノズル８の先端部の外径（φＫ）及びテーパー部の傾斜角度（θ）の、それぞれ関連する各々の要素を適切に設定（規定）する。当業者は簡単な試験によりこれらの要素を容易に設定できる。第１鋼材１の厚さは、第１鋼材１の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる傾斜面の頂部６を規定する。
これらの要素及び場合により第１鋼材１の厚さを適切に設定（規定）することにより、溶接トーチのガスノズルのテーパー面と、第２鋼材２の垂直面及び第１鋼材１の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる傾斜面の頂部６との間の離間距離（ギャップ）を適切にすることができ、ガイド溶接を行うことができる。
これらの要素の範囲としては、具体的には、ルートギャップ４〜５ｍｍ、第１の開先角度２４〜２６°、第２の開先角度１４〜１６°、第１鋼材１の底面から第２の開先角度が始まるまでの高さ２１〜２３ｍｍ、チップからの溶接ワイヤの突出長さ３５ｍｍ以下、溶接トーチのガスノズルの先端部の外径１５ｍｍ、溶接トーチの傾斜角度概ね１０°である。これらの範囲において、離間距離（ギャップ）を適切に規定する条件を容易に決定できる。好ましくは、ルートギャップ４〜５ｍｍ、第１の開先角度２４.５〜２５．５°、第２の開先角度１４．５〜１５．５°、第１鋼材１の底面から第２の開先角度が始まるまでの高さ２２ｍｍ、チップからの溶接ワイヤの突出長さ３５ｍｍ以下、溶接トーチのガスノズルの先端部の外径１５ｍｍ、溶接トーチの傾斜角度概ね１０°であり、最も好ましくはルートギャップ５ｍｍ、第１の開先角度２５°、第２の開先角度１５°、第１鋼材１の底面から第２の開先角度が始まるまでの高さ２２ｍｍ、チップからの溶接ワイヤの突出長さ３５ｍｍ以下、溶接トーチのガスノズルの先端部の外径１５ｍｍ、溶接トーチの傾斜角度概ね１０°である。

このように、それぞれの要素を上記のように設定することにより、本発明の実施形態であるガスシールドアーク溶接方法は、初層溶接において、ストレートビードによるガイド溶接を容易に行うことができる。そのために、初層溶接において、より溶込み不足が少なくなり、信頼性及び安定性の高い初層溶接を達成することができる。

図４は、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接における（初層）溶接１０を表す図である。初層溶接１０が十分にされていない場合には、全体の溶接が不十分となり溶接欠陥となる。母材（第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３）に対する溶込み深さ１１が、それぞれ０．５ｍｍ以上である場合には、良好な初層溶接を得ることができる。即ち、良好な溶接を達成することができる。図５は、図４の（初層）溶接の円内を拡大した図である。溶込み深さ１１は、第１鋼材１に対する溶込み深さ１１ａ、第２鋼材２に対する溶込み深さ１１ｂ、裏当て材３に対する溶け込み深さ１１ｃで示される。

次に、本発明の実施形態であるレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法の具体的な工程について説明する。まず、被溶接面を２段階の傾斜面（４、５）とした第１鋼材１と被溶接面が垂直面である第２鋼材２の各被溶接面を、所定のルートギャップをおいて突き合わせ、突き合わせ部の裏面に裏当て材３を当接させる。この突き合わせ部に、溶接ワイヤ７の先端部が被溶接部に到達するように溶接トーチを挿入する。ガスシールドアーク溶接により溶接ワイヤの溶融物を充填させつつ、第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３の被溶接部を溶接する。初層溶接１０の後に、いわゆる多層溶接により、図４の破線部分まで溶接を行い、溶接を完了する。

この実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法は、下向姿勢及び横向姿勢において行うことが可能である。

次に、本発明のさらに他の実施形態であるレ形２段開先専用ゲージについて説明する。このレ形２段開先専用ゲージは、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法のレ形２段開先を規定する。図６は、本発明の他の実施形態に係るレ形２段開先専用ゲージ１２を示す側面図である。このレ形２段開先専用ゲージ１２は、基準面１３及び第１の傾斜面１４と第２の傾斜面１５とからなる２段階の傾斜面１６を有する。この第１の傾斜面１４と第２の傾斜面１５は、第１鋼材１の第１の傾斜面４と第２の傾斜面５にそれぞれ対応する。このレ形２段開先専用ゲージは、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法のレ形２段開先の形状を規定することができる。本発明の他の実施形態に係るレ形２段開先専用ゲージの一方は、ルートギャップ（Ｄ）が４．０ｍｍであるレ形２段開先を規定することができ、他方はルートギャップ（Ｅ）が５．０ｍｍであるレ形２段開先を規定することができる。また、このレ形２段開先専用ゲージは、その末端部が、裏当て材と両端点で接触することでルートギャップを精度よく規定できるので、被溶接面との適合が容易となる。

次に、このレ形２段開先専用ゲージ１２の使用方法について説明する。まず、このレ形２段開先専用ゲージ１２の、第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３によるレ形２段開先の組立ての時の使用方法について、第１鋼材１としてスカラップ加工を施したＨ形鋼材を用いた例で説明する。
図７は、本発明の他の実施形態に係るレ形２段開先専用ゲージの使用の様子を示す側面図である。図７（ａ）は、この実施形態における、鋼材２２の被溶接面（垂直面）にレ形２段開先専用ゲージ１２の基準面１３を当接させた、レ形２段開先の組立て時における、レ形２段開先専用ゲージの使用方法の途中の段階を示す側面図である。図７（ｂ）は、この実施形態における、レ形２段開先の組立てが行われ、レ形２段開先専用ゲージ１２を取り除く前の段階を示す側面図である。Ｈ形鋼材２１は、その端部が２段階の傾斜面を有するフランジ部２４及びウェブ部２５を有するものであり、このウェブ部２５のフランジ部２４と近接する端部はスカラップ加工が施されたスカラップ加工部（Ｓ）を有する。まず、図７（ａ）に示されるように、鋼材２２の垂直面に、このレ形２段開先専用ゲージ１２の基準面１３を当接させて保持する。次に、フランジ部２４の端部の２段階の傾斜面が、このレ形２段開先専用ゲージ１２の２段階の傾斜面１６と当接するように、Ｈ形鋼材２１を移動させる。鋼材２２の垂直面とレ形２段開先専用ゲージ１２の基準面１３、ならびにレ形２段開先専用ゲージ１２の２段階の傾斜面１６とＨ形鋼材２１のフランジ部２４の端部の２段階の傾斜面がそれぞれ互いに当接された後、図７（ｂ）に示されるように、破線で示される裏当て材２３を、Ｈ形鋼材２１のウェブ部２５のスカラップ加工されたスカラップ加工部（Ｓ）中に、裏当て材２３の側面が鋼材２２の垂直面と、そして裏当て材２３の上面がレ形２段開先専用ゲージ１２の両端点及びＨ形鋼材２１のフランジ部２４の底部に、それぞれ当接するように挿入する。その後、このレ形２段開先専用ゲージ１２を取除くことにより、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先の溶接方法のレ形２段開先（の断面）を規定することができる。なお、これらの第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３は全て平面を有するので、被溶接部の幅方向の両端部においてのみこの専用ゲージを当接させてレ形２段開先を規定することにより、被溶接部全体のレ形２段開先を規定することができる。
次に、このレ形２段開先専用ゲージ１２の、レ形２段開先が規定（保持）されているかどうかの検査（確認）時の使用方法について説明する。被溶接面を２段階の傾斜面（４、５）とした第１鋼材１、被溶接面を垂直面とした第２鋼材２及び裏当て材３により規定されるレ形２段開先の被溶接部と、このレ形２段開先専用ゲージ１２を当接させる。レ形２段開先が規定の開先形状である場合には、このレ形２段開先専用ゲージ１２とレ形２段開先が（正確に）当接されるので、本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法におけるレ形２段開先（の断面）が保持されていることが確認できる。なお、上記の組立て時の使用方法での説明と同様に、被溶接部の幅方向の両端部においてのみこの専用ゲージを当接させることにより、被溶接部全体のレ形２段開先が保持されていることが確認できる。

本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法及びレ形２段開先専用ゲージは、例えば建築鉄骨等の溶接に好適に用いることができる。

以下に、実施例を参照しながら本発明の内容を説明する。

（実施例１）
まず、図１に示すように、第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３を用いて、２段階の開先角度を有するレ形２段開先（継手部）を形成した。第１鋼材１は、厚さが４０ｍｍであり、第１の開先角度は２５°であり、第１鋼材の底面から２２ｍｍの高さから始まる第２の開先角度は１５°であった。第２鋼材２の厚さは４０ｍｍ、そして裏当て材３の厚さは９ｍｍであった。第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３は、全て建築構造用圧延鋼材（ＳＮ４９０Ｂ）を使用した。また、ルートギャップは５ｍｍであった。

上記の開先形状で、以下の溶接条件でレ形２段開先ガスシールドアーク溶接を行った。二酸化炭素をシールドガスとして、半自動溶接により溶接を行った。溶接ワイヤは１．４ｍｍ径（φ）のＹＧＷ１１を使用した。シールドガス（ＣＯ_２）は２５ｌ／分で供給され、チップからのワイヤ突出長さは３５ｍｍ以下であった。また、初層溶接は、１パスのストレートビードで施工された。表１を参照されたい。このようにして、以下の各種試験用の試験体を作成した。

＊^１：図２を参照されたい。

（比較例１）
開先形状を、ルートギャップを５ｍｍ、開先角度を２５°とした以外は、実施例１と同様の条件で、レ形開先ガスシールドアーク溶接を行った。

（比較例２）
開先形状を、ルートギャップを７ｍｍ、開先角度を３５°とした以外は、実施例１と同様の条件で、レ形開先ガスシールドアーク溶接を行った。

実施例１は、第２鋼材２の垂直面及び第１鋼材１の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる傾斜面の頂部６をガイド部（ならい）として溶接（ガイド溶接）を行うことができた。比較例１及び比較例２は、ガイド溶接を行うことができなかった。

次に、実施例１、比較例１及び比較例２の試験体の溶接の断面マクロ検査結果を表２に示す。溶込み深さについては、第２鋼材２の垂直面に沿った裏当て材３の上面からの溶込み深さを測定した。また、溶込み不足、融合不良、割れ、スラグ巻込み、ブローホール及びピットについては、目視観察による評価を行った。目視評価については、特に問題がなく満足できるものを○印で、その中でも、より良好なものを◎印で表した。

実施例１、比較例１及び比較例２は、溶接に必要な０．５ｍｍ以上の溶込み深さを有していた。実施例１、比較例１及び比較例２は、溶込み不足、融合不良、割れ、スラグ巻込み、ブローホール、ピット等は特に問題はなく満足できるものであった。また、実施例１は、溶込み不足がより少なくなり、信頼性、安定性のより高い初層溶接が得られることが確認された。

図８は、実施例１、比較例１及び比較例２の第１鋼材１の厚さと開先形状の開先断面積との関係を示す図である。この開先断面積は、いわゆる余盛を含む断面積である。例えば、第１鋼材１の厚さが４０ｍｍの場合には、実施例１（第１の開先角度２５°、第２の開先角度１５°、ルートギャップ５ｍｍ）の開先断面積は、６４１（ｍｍ^２）であり、比較例２（開先角度３５°、ルートギャップ７ｍｍ）の開先断面積は１０１５（ｍｍ^２）であるので、約３７％の減少となる。第１鋼材１の厚さが厚くなればなるほど、開先断面積の減少幅は大きくなり、溶接の作業効率がよく、生産性が高くなる。

溶接縮み変形は全溶接入熱が少なければ減少する（非特許文献２）。溶接線の単位当たりに投入された溶接入熱の合計（全溶接入熱）の試験結果を表３にまとめた。

実施例１の下向姿勢の全溶接入熱は２６０ｋＪ／ｃｍ、横向姿勢の全溶接入熱は２５６ｋＪ／ｃｍであり、比較例２の下向姿勢の全溶接入熱は４９０ｋＪ／ｃｍ、横向姿勢の全溶接入熱は５４３ｋＪ／ｃｍであるので、実施例１は比較例２と比べると下向姿勢の溶接で４７％の減少となり、横向姿勢の溶接で５３％の減少となる。従って、実施例１は、比較例２と比較して、溶接縮み変形が減少すると考えられる。

次に、実施例１及び比較例２について、ＪＩＳＺ３１１１に従ったシャルピー衝撃試験及びＪＩＳＺ３１２１に従った継手引張試験を行った。実施例１及び比較例２のいずれも溶接に必要な強度を十分に得ることができ、ＪＩＳ規格値を十分満足するものであった。

（実施例２及び３）
開先形状のうち、ルートギャップを４ｍｍ又は６ｍｍにそれぞれ変更した以外は、実施例１と同様の条件でレ形２段開先ガスシールドアーク溶接を行った。その結果、実施例２はガイド溶接を行うことができた。また、実施例２及び３は、いずれも良好な断面マクロ検査結果、及び良好な強度結果を得ることができた。

これらの結果より、ルートギャップを４〜６ｍｍ、開先角度を２５°、１５°の２段階の開先角度とした場合には、作業効率がよく、生産性が高いガスシールドアーク溶接を行うことができることが確認できた。また、溶接縮み変形も減少すると考えられる。
また、ルートギャップを４〜５ｍｍ、開先角度を２５°、１５°の２段階の開先角度とした場合には、作業効率がよく、生産性が高い、さらに初層溶接の信頼性、安定性が高いガスシールドアーク溶接を行うことができることが確認できた。さらに、ルートギャップを５ｍｍ、開先角度を２５°、１５°の２段階の開先角度とした２段階の開先形状の溶接作業は、ルートギャップを５ｍｍ、開先角度を２５°とした開先形状の溶接作業と比較して、第１鋼材１の厚さの増加に伴って溶接ワイヤの使用量を減少させることができるので、作業効率、生産性の改善を達成することができ、さらに、溶接縮み変形も減少すると考えられるので、鉄骨の製作精度の改善等が期待できる。

本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法のレ形２段開先の開先（形状）を示す側面図である。本発明の一実施形態において溶接ワイヤを供給する溶接トーチのガスノズルを示す図である。本発明の実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接を行う様子を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るレ形２段開先ガスシールドアーク溶接における（初層）溶接を示す図である。図４の（初層）溶接の円内を拡大した図である。本発明の他の実施形態に係るレ形２段開先専用ゲージを示す側面図である。本発明の他の実施形態に係るレ形２段開先専用ゲージの使用の様子を示す側面図である。実施例１、比較例１及び比較例２の第１鋼材の厚さと開先形状の開先断面積との関係を示す図である。従来のレ形開先の開先形状を表す側面図である。

符号の説明

１第１鋼材
２第２鋼材
３裏当て材
４第１の傾斜面
５第２の傾斜面
６第２の傾斜面の頂部（開口部端部）
７溶接ワイヤ
８溶接トーチのガスノズル
９チップ
１０初層溶接
１１母材（第１鋼材１、第２鋼材２及び裏当て材３）への溶込み深さ
１１ａ第１鋼材１への溶込み深さ
１１ｂ第２鋼材２への溶込み深さ
１１ｃ裏当て材３への溶込み深さ
１２レ形２段開先専用ゲージ
１３基準面
１４専用ゲージの第１の傾斜面
１５専用ゲージの第２の傾斜面
１６専用ゲージの２段階の傾斜面
２１Ｈ形鋼材
２２第２鋼材
２３裏当て材
２４フランジ部
２５ウェブ部
５１第１鋼材
５２第２鋼材
５３裏当て材
α 第１の開先角度
β 第２の開先角度
γ 第１の傾斜角度
δ 第２の傾斜角度
θ テーパー角度
Ｌ第１鋼材の底面から第２の開先角度が始まるまでの高さ
ＲＧルートギャップ
Ｓウェブ部のスカラップ加工部

Claims

被溶接面を傾斜面とした厚さが２５ｍｍ以上の第１鋼材と被溶接面が垂直面である第２鋼材の各被溶接面を、所定のルートギャップ及び開先角度をおいて突き合わせ、突き合わせ部の裏面に裏当て材を当接させて、前記突き合わせ部に溶接ワイヤの溶融物を充填させつつ一体に溶接するレ形開先ガスシールドアーク溶接方法において、
前記ルートギャップを４〜６ｍｍとし、そして前記開先角度を、第１の開先角度を２４〜２６°とするとともに、第１鋼材の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる第２の開先角度を１４〜１６°としたことを特徴とするレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法。
前記第１の開先角度を２５°とするとともに、前記第２の開先角度を１５°としたことを特徴とする請求項１記載のレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法。
前記ルートギャップを４〜５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１又は２記載のレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法。
前記垂直面と第１鋼材の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる傾斜面の頂部をガイド部（ならい）として半自動溶接によるストレートビードの初層溶接を行うことを特徴とする請求項３記載のレ形２段開先ガスシールドアーク溶接方法。
被溶接面を傾斜面とした厚さが２５ｍｍ以上の第１鋼材と被溶接面を垂直面とした第２鋼材の各被溶接面を、ルートギャップを４〜６ｍｍとし、そして第１の開先角度を２４〜２６°とするとともに、第１鋼材の底面から２１〜２３ｍｍの高さから始まる第２の開先角度を１４〜１６°とした開先角度をおいて突き合わせ、突き合わせ部の裏面に裏当て材を当接させて形成するレ形２段開先を規定するレ形２段開先専用ゲージであって、その末端部が、裏当て材と両端点で接触することを特徴とするレ形２段開先専用ゲージ。