JP2009249981A

JP2009249981A - 鉄筋の溶接方法及びその溶接部探傷方法

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Publication number: JP2009249981A
Application number: JP2008102165A
Authority: JP
Inventors: Takao Kawamura; 貴夫河村; Tadashi Kawada; 正川田; Nobuo Hiyama; 信男日山; Akio Mitsui; 章雄三井
Original assignee: KYUSHU SANKYO KK
Current assignee: KYUSHU SANKYO KK
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】鉄筋を建築や土木構造物の現場で溶接するとき、溶接継手部に鋭角的な窪み等の欠陥が生じることを防止して機械的強度が良好な鉄筋溶接継手を形成する。
【解決手段】鉄筋１ａ，１ｂの軸線方向の先端部に、鉄筋１ａ，１ｂと比較して炭素当量が低く、溶接性が良好な材料の丸鋼３ａ，３ｂを技術的に充分に管理された工場で接合する。丸鋼３ａ，３ｂを有する鉄筋１ａ，１ｂを建築や土木構造物の現場で接合するとき、丸鋼３ａ，３ｂの先端部を位置決めして被覆アーク溶接法や炭酸ガスアーク溶接法などで溶接して溶接継手４を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、鉄筋コンクリート構造物に使用する鉄筋を突き合せて接合する鉄筋の溶接方法及びその溶接部探傷方法に関するものである。

近年、鉄筋コンクリート構造物の大型化に伴い、高強度，大径の鉄筋が使用されている。この鉄筋にはコンクリートとの付着性を考慮して、軸線方向の突起であるリブと軸線方向以外の突起である節が設けられている。この鉄筋を連結するために、建築や土木構造物の現場で２本の鉄筋の端面を突合せて接合している。この鉄筋を突き合せて接合する方法としては、ガス炎を用いるガス圧接継手工法や、スリーブあるいはねじを用いて連結する機械式継手工法、アーク熱を用いるアーク溶接継手工法又は抵抗熱を用いる抵抗溶接継手工法などが使用されている。

ガス圧接継手工法は、研削して平坦にした鉄筋の端面を加圧接触させながらガス炎を用いて加熱して圧接する方法である。機械式継手工法の代表的な方法は、継手部に鉄筋の外径に応じた鋼スリーブを同心円状に配置し、周囲から加圧させて圧着させる方法と、鉄筋自体にねじを加工しておき、これにナットを捩じ込んで接合する方法がある。アーク溶接継手工法は、特許文献１や特許文献２に示すように、被覆ア−ク溶接法や炭酸ガスアーク溶接法などを用い、あらかじめ所定間隔で設けた鉄筋端面間の隙間を溶融金属で充填しながら接合する方法である。抵抗溶接継手工法にはアプセット工法とフラッシュ工法の２種類あり、アプセット工法は鉄筋の端面を接触させ、これに大電流を流してジュ−ル熱で加熱した後に圧接する方法である。フラッシュ工法は大電流を用いるが、端面の加熱に短絡ア−ク熱を用いて圧接する方法である。

また、鉄筋溶接継手の溶接部を非破壊検査するため、特許文献２や特許文献３に示すように超音波探傷方法が使用されている。特許文献２や特許文献３に示された超音波探傷方法は、図６に示すように、鉄筋１の一方のリブ１２に発信用探触子１０を密着させた状態でリブ１２に沿って移動しながら超音波を発信し、他方の対向するリブ１２に密着した受信用探触子１１で溶接部からの反射波を受信して溶接部の欠陥を検知している。
特開２０００−１１７４３３号公報特開２００２−４５９６７号公報特開２００５−１２１４９７号公報

これらの鉄筋溶接継手の製造方法を、建築や土木構造物の鉄筋に適用する場合、その溶接継手の引張り試験において、最終破断位置は溶接継手の部分でなく鉄筋母材部でなければならないと規定されている。

一方、鉄筋にはリブと節が設けられているため、溶接する２本の鉄筋の端部表面形状は非対称で外周部に凹凸がある。このため溶接した鉄筋端部と溶接金属との境界部付近に鋭角的な窪みやオーバラップの欠陥が生じ、これらは局部的に応力集中を発生し、低荷重で破断や割れが生じるおそれがある。

また、鉄筋は、一般の溶接構造用鋼材などと異なり不純物成分が比較的多く、溶接条件によっては溶接熱影響部に脆弱な金属組織が発生することが懸念される。これが鋭角的な窪みなどの欠陥と重畳すると破断等に対する影響はさらに大きくなる。

さらに、溶接施工後に溶接継手部を超音波探傷をするとき、図６に示すように、鉄筋１の相対するリブ１２上からのみ探傷検査を行うため、探傷範囲１３が局部的に制約され、溶接継手部全域を正確に検査できないという短所がある。

また、探触子をリブに沿って移動して超音波を発信しているため、超音波の発信位置にずれが生じ、探傷検査の再現性が劣るという短所もある。

この発明は、このような短所を解消し、溶接継手部に鋭角的な窪み等の欠陥が生じることを防止して機械的強度が良好な鉄筋溶接継手を形成する鉄筋の溶接方法と形成した溶接継手部全域を安定して探傷検査する溶接部探傷方法を提供することを目的とするものである。

この発明の鉄筋の溶接方法は、鉄筋コンクリート構造物に使用する鉄筋を突き合せて溶接する接合方法において、あらかじめ鉄筋の軸線方向の先端部に丸鋼を工場で接合し、前記鉄筋の先端部に接合した丸鋼の先端部を突き合せて溶接したことを特徴とする。

前記丸鋼は最大引張荷重が鉄筋の最大引張荷重を超えるように、丸鋼の機械的強度に応じてその直径を設定すると良い。

この発明の溶接部探傷方法は、前記鉄筋の溶接方法で溶接した鉄筋の溶接部探傷方法であって、二つ割で形成され、前記丸鋼と溶接継手の外周面に嵌合する湾曲部を有し、前記溶接継手に対応する部分の左右に前記鉄筋の軸線方向に沿った複数の長溝が前記鉄筋の軸線に対して対称に設けられた検査用治具を前記丸鋼と溶接継手からなる溶接継手部に装着し、前記検査用治具の鉄筋の軸線に対して対称な二つの長溝をガイドとして発信用探触子と受信用探触子をセットして溶接部の探傷検査を行い、前記発信用探触子と受信用探触子をセットする長溝を切り換えて探傷検査を繰り返すことを特徴とする。

この発明は、あらかじめ鉄筋の軸線方向の先端部に丸鋼を技術的に充分に管理された工場で接合することにより、丸鋼を鉄筋に確実に接合することができるとともに、接合部の機械的性質をきわめて良好にすることができる。

この丸鋼は最大引張荷重が鉄筋の最大引張荷重を超えるように、丸鋼の機械的強度に応じてその直径を設定することにより、丸鋼と接合面の機械的強度を鉄筋の機械的強度よりも高めることができる。

また、鉄筋の先端部に接合した丸鋼の先端部を突き合せて溶接することにより、丸鋼端部と溶接金属との境界部付近に鋭角的な窪みやオーバラップの欠陥が生じることを防ぐことができ、局部的に応力集中が発生しないで済み、溶接部の機械的強度を高めることができる。

さらに、接合した鉄筋の溶接部を探傷検査するとき、鉄筋の軸線方向に沿った複数の長溝が鉄筋の軸線に対して対称に設けられた検査用治具を丸鋼と溶接金属からなる溶接継手部に装着し、検査用治具の鉄筋の軸線に対して対称な二つの長溝をガイドとして発信用探触子と受信用探触子をセットして溶接部の探傷検査を行い、この発信用探触子と受信用探触子をセットする長溝を切り換えて探傷検査を繰り返すことにより、溶接部のほぼ全領域について安定して探傷検査することができる。

図１は、この発明の鉄筋の溶接方法により建築現場等で形成する鉄筋の溶接継手部を示す正面図である。図に示すように、１対の鉄筋１ａ，１ｂの溶接継手部２は、鉄筋１ａ，１ｂの端部にそれぞれ接合された丸鋼３ａ，３ｂと、各丸鋼３ａ，３ｂの端部を被覆ア−ク溶接法や炭酸ガスア−ク溶接法などで溶接して形成した溶接継手４で構成している。

鉄筋１ａ，１ｂは引張り強度が620Ｎ／ｍｍ２以上の鉄筋コンクリート用棒鋼ＳＤ４９０からなり、丸鋼３ａ，３ｂは鉄筋１ａ，１ｂと比較して炭素当量が低く、溶接性が良好な材料、例えば引張り強度が490〜610Ｎ／ｍｍ^２の建築構造用圧延棒鋼ＳＮＲ４９０Ｂや引張り強度が400〜510Ｎ／ｍｍ^２の一般構造用圧延鋼ＳＳ４００等からなる。この丸鋼３ａ，３ｂは技術的に充分に管理された工場で、図２に示すように、鉄筋１ａ，１ｂの軸線方向の先端部に例えば摩擦接合等で接合されている。

このように丸鋼３ａ，３ｂを鉄筋１ａ，１ｂに技術的に充分に管理された工場で接合することにより、丸鋼３ａ，３ｂを鉄筋１ａ，１ｂに確実に接合することができるとともに、接合部の機械的性質をきわめて良好にすることができる。

この丸鋼３ａ，３ｂと有する鉄筋１ａ，１ｂを建築や土木構造物の現場で接合するときは、丸鋼３ａ，３ｂの先端部を位置決めして被覆アーク溶接法や炭酸ガスアーク溶接法などで溶接して溶接継手４を形成する。このように同じ径で外周面に凹凸がない丸鋼３ａ，３ｂを溶接することにより、丸鋼３ａ，３ｂ端部と溶接継手４との境界部付近に鋭角的な窪みやオーバラップの欠陥が生じることを防ぐことができ、局部的に応力集中が発生しないで済み、溶接部の機械的強度を高めることができる。

丸鋼３ａ，３ｂの溶接が完了して溶接継手部２が常温に戻った後、溶接継手４の超音波探傷検査を行う。この超音波探傷検査を行うとき、まず、図３（ａ）の正面図と（ｂ）の側面図に示すように、検査用治具６を溶接継手部２に取付ける。この検査用治具６は、二つ割で形成され、丸鋼３ａ，３ｂと溶接継手４の外周面に嵌合する湾曲部を有し、溶接継手４に対応する部分７の左右に鉄筋１ａ，１ｂの軸線方向に沿った複数の長溝８が鉄筋１ａ，１ｂの軸線に対して一定角度例えば４５度で対称に設けられ、長手方向の両端部には連結部９を有する。この検査用治具６を溶接継手部２に装着して、図４（ａ）の正面図と（ｂ）の側面図に示すように、連結部９をボルトとナットで固定する。そして図５に示すように、検査用治具６の鉄筋１ａ，１ｂの軸線に対して対称な長溝８ａと長溝８ｂの一方の長溝８ａをガイドとして発信用探触子１０を丸鋼３ａの表面に接触させ、他方の長溝８ｂをガイドとして受信用探触子１１を丸鋼３ａの表面に接触させる。そして発信用探触子１０を長溝８ａに沿って所定の速度で移動しながら超音波を発信し、受信用探触子１１で溶接部からの反射波を受信して溶接部の欠陥を検知する。次に、受信用探触子１１の位置を長溝８ｂに沿って所定距離だけ移動して溶接部の欠陥検査を行う。この操作を順次繰り返した後、発信用探触子１０と受信用探触子１１を長溝８ａ，８ｂとそれぞれ隣接する長溝８にセットして丸鋼３ａの表面に接触させて欠陥検査を行う。この操作を順次繰り返して溶接部のほぼ全領域の欠陥検査を行う。

このように検査用治具６の長溝８をガイドとして発信用探触子１０と受信用探触子１１をセットすることにより、発信用探触子１０と受信用探触子１１を安定してセットすることができ、欠陥検査を安定して行うことができる。また、検査用治具６にガイドする複数の長溝８を設けて発信用探触子１０と受信用探触子１１のセット位置を変えることにより溶接部のほぼ全領域について安定して検査することができる。

鉄筋１ａ，１ｂとして引張り強度が687Ｎ／ｍｍ^２の鉄筋コンクリート用棒鋼ＳＤ４９０で呼び名Ｄ４１すなわち公称直径41.3ｍｍのものを使用し、この鉄筋１ａ，１ｂに引張り強度が531Ｎ／ｍｍ^２の建築構造用圧延棒鋼ＳＮＲ４９０Ｂの径Ｄ２が50ｍｍの丸鋼３ａ，３ｂを摩擦接合し、この丸鋼３ａ，３ｂを炭酸ガスアーク溶接で溶接して溶接継手４を形成した。このとき使用した鉄筋１ａ，１ｂと丸鋼３ａ，３ｂの寸法と機械的性質を下記表１に示す。

この接合した鉄筋１ａ，１ｂの引張り試験を行った結果を下記表２に示す。表２に示すように、最終破断は鉄筋１の母材部となり、溶接継手４を含む溶接継手部２では十分な機械的強度を有することが確認できた。

また、鉄筋１ａ，１ｂとして引張り強度が680Ｎ／ｍｍ^２の鉄筋コンクリート用棒鋼ＳＤ４９０で呼び名Ｄ２５すなわち公称直径25.4ｍｍのものを使用し、この鉄筋１ａ，１ｂに引張り強度が527Ｎ／ｍｍ^２の建築構造用圧延棒鋼ＳＮＲ４９０Ｂの径Ｄ２が32ｍｍの丸鋼３ａ，３ｂを摩擦接合し、この丸鋼３ａ，３ｂを炭酸ガスアーク溶接で溶接して溶接継手４を形成した。このとき使用した鉄筋１ａ，１ｂと丸鋼３ａ，３ｂの寸法と機械的性質を下記表３に示す。

この接合した鉄筋１ａ，１ｂの引張り試験を行った結果を下記表４に示す。表４に示すように、最終破断は鉄筋１の母材部となり、溶接継手４を含む溶接継手部２では十分な機械的強度を有することが確認できた。

この発明の鉄筋の接合方法で溶接した鉄筋の溶接継手部を示す正面図である。丸鋼を接合した鉄筋を示す正面図である。検査用治具の構成図である。検査用治具を鉄筋の溶接継手部に取付けた状態を示す構成図である。鉄筋の溶接継手部を超音波探傷している状態を示す構成図である。従来の超音波探傷による探傷範囲を示す模式図である。

符号の説明

１；鉄筋、２；溶接継手部、３；丸鋼、４；溶接継手、
５；丸鋼と鉄筋の接合面、６；検査用治具、７；長溝、１０；発信用探触子、
１１；受信用探触子。

Claims

鉄筋コンクリート構造物に使用する鉄筋を突き合せて溶接する接合方法において、
あらかじめ鉄筋の軸線方向の先端部に丸鋼を工場で接合し、
前記鉄筋の先端部に接合した丸鋼の先端部を突き合せて溶接したことを特徴とする鉄筋の溶接方法。
前記丸鋼は最大引張荷重が鉄筋の最大引張荷重を超えるように、丸鋼の機械的強度におうじてその直径を設定する請求項１記載の鉄筋の溶接方法。
請求項１又は請求項２に記載の鉄筋の溶接方法で溶接した鉄筋の溶接部探傷方法であって、
二つ割で形成され、前記丸鋼と溶接継手の外周面に嵌合する湾曲部を有し、前記溶接継手に対応する部分の左右に前記鉄筋の軸線方向に沿った複数の長溝が前記鉄筋の軸線に対して対称に設けられた検査用治具を前記丸鋼と溶接継手からなる溶接継手部に装着し、
前記検査用治具の鉄筋の軸線に対して対称な二つの長溝をガイドとして発信用探触子と受信用探触子をセットして溶接部の探傷検査を行い、
前記発信用探触子と受信用探触子をセットする長溝を切り換えて前記探傷検査を繰り返すことを特徴とする溶接部探傷方法。