JP2010194604A

JP2010194604A - 溶接用裏当て金

Info

Publication number: JP2010194604A
Application number: JP2009046047A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nakamura; 正中村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】角型鋼管よりなるコラムのコーナ部内周面に隙間なく当接することができる溶接用裏当て金を提供する。
【解決手段】角型鋼管よりなるコラム８の端部とダイヤフラム９とを溶接する際に使用する溶接用裏当て金であって、裏当て金本体１のコラムのコーナ部内周面に当接する部分に、機械加工によりコラムのコーナ部内周面に沿うように曲げる機械曲げ領域２を設けると共に、機械曲げ領域の少なくとも一端側に連続する部分に、曲げ角度を調整する曲げ角度調整領域３を設けたもので、曲げ角度調整領域により曲げ角度を微調整することにより曲げ角度を修正することができるため、機械曲げ領域の外周面をコラムのコーナ部内周面に隙間なく密着させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明はビル等の鉄骨構造物を構成するコラムの端部とダイヤフラムを溶接する際に使用する溶接用裏当て金に関する。

従来ビル等の鉄骨構造物を構成するコラムには、丸型鋼管や角型鋼管が使用されており、これらコラムの多くは長尺なことから、輸送制限内の長さのコラムとダイヤフラムを予め工場で溶接した後建築現場に搬入し、建築現場でさらにコラムとダイヤフラムを長さ方向に突き合わせて、コラムとダイヤフラムを溶接することにより、所定の長さのコラムを製作することが多い。
また工場や建築現場でコラムとダイヤフラムを溶接する場合、突き合わせ部の内側に裏当て金を当接して、コラムとダイヤフラムの溶接を行っており、コラムの溶接に使用する裏当て金としては、例えば特許文献１や２に記載のものが公知である。
特許文献１に記載の裏当て金は、金板本体の曲げ部に相当する内面に、長手方向と直交する方向に複数の切り欠き溝を設けたもので、切り欠き溝が内角部に位置するようにして金板本体を切り欠き溝部分で曲げることにより、角形コラムのコーナー部内面に沿った形状に金板本体が曲げ加工できるようになっており、切り欠き溝により曲げ部を形成する際の曲げ応力を低減できる上、曲げ形状のフレキシブル性を向上できる等の効果を有している。

一方引用文献２に記載の裏当て金は、溶接母材の各湾曲部の内曲面に当てるべき部分に、一群の溝が並列に配置されて形成されており、前記溝の形状は、その深さにおける５０％以上の部分の両側面が平行な形状であり、その溝位置における残存板厚が１．５〜２．５ｍｍであり、各溝の幅が４ｍｍ以下であり、該当湾曲部における曲率半径をｒ（ｍｍ）、鋼板の厚みをｔ（ｍｍ）、前記残存板厚をｄ（ｍｍ）、溝幅をａ（ｍｍ）、鋼板を曲げたときの溶接母材との最大間隔をｓ（ｍｍ）、溝ピッチ間角度を２θ（ラジアン）、そしてその該当湾曲部の中心角をＤ（ラジアン）とし、溝数をｎ１およびｎ２としたとき、ｎ１＝｛ｔ−（ｄ〜ｄ／２）｝・Ｄ・１／ａ−１によって溝数ｎ１を計算するとともに、ｃｏｓθ＝１−ｓ／ｒ、ｎ２＝Ｄ／２θ−１によって溝数ｎ２を計算し、溝数を前記ｎ１およびｎ２のうち、多い方の値以上で、溝のピッチが２．５５ｍｍ以上となる数値に設定した構成となっている。

実開昭６３−１５７４９７号公報特開２００３−３２６３９１号公報

この種の裏当て金は、コラムとダイヤフラムを溶接する際、裏当て金本体の外周面をコラムの端部内周面に隙間なく当接させる必要がある。
このため従来では、裏当て金本体を機械加工する際曲げ精度を上げて、裏当て金本体の外周面がコラムの内周面に隙間が生じないように加工しているが、裏当て金本体を精度よく曲げ加工するのに多くの工数を必要とするため、生産性が悪くコスト高になる上、角型鋼管よりなるコラムは寸法形状にバラツキがあることから、機械で精度よく加工しても実際に使用する際には、裏当て金本体の外周面とコラムの内周面との間に隙間が発生することは避けられないという問題がある。

一方前記特許文献１や２に記載の裏当て金のように、コラムのコーナ部内周面に当接する部分に、複数の溝や切り欠きを形成したものでは、機械や工具を使用しなくとも裏当て金本体の曲げ加工が可能になるため、機械により曲げ加工する場合に比べて曲げ加工に要するコストを低減できる利点はあるが、次のような問題がある。
すなわち裏当て金本体の長手方向に対し直交する方向に形成された溝や切り欠きは、溝または切り欠き溝のピッチを小さくして本数を多くするほど曲げやすくなるため、人力のみで種々の曲率にも対応することができるが、人力等で裏当て金を曲げるようにしたものは、機械により曲げ加工したものに比べて加工精度が低いため、コラムのコーナ部内周面に沿うよう曲げ加工しても、実際に使用する際には裏当て金本体の外周面とコラムの内周面との間に多少の隙間が発生することは避けられない。

また溝または切り欠き溝の本数を多くして曲げやすくした場合、裏当て金本体に小さな外力が作用しただけでも曲率や曲げ角度が変化するため、裏金本体の複数の個所を曲げ加工している間に既に曲げた個所の曲げ曲率や曲げ角度が変化してしまうことがある。
その結果曲げ加工後コラムの端部内周面に裏当て金を当接した際、裏当て金本体の外周面とコラムの端部内周面との間に隙間が発生することがあり、隙間が生じないように修正するのに多く工数を必要とするため、作業能率が悪い問題もある。
本発明はかかる従来の問題を改善するためになされたもので、角型鋼管よりなるコラムのコーナ部内周面に隙間なく当接することができる溶接用裏当て金を提供することを目的とするものである。

本発明の溶接用裏当て金は、角型鋼管よりなるコラムの端部とダイヤフラムとを溶接する際に使用する溶接用裏当て金であって、裏当て金本体のコラムのコーナ部内周面に当接する部分に、機械加工によりコラムのコーナ部内周面に沿うように曲げる機械曲げ領域を設けると共に、機械曲げ領域の少なくとも一端側に連続する部分に、曲げ角度を調整する曲げ角度調整領域を設けたものである。

前記構成により、角型鋼管よりなるコラムの寸法形状にバラツキがあるため、予め機械加工により精度よく曲げ加工された機械曲げ領域の外周面とコラムの内周面との間に隙間が発生しても、機械曲げ領域に連続する曲げ角度調整領域により曲げ角度を微調整することにより曲げ角度を修正することができるため、機械曲げ領域の外周面をコラムのコーナ部内周面に隙間なく密着させることができる。
また機械により精度よく曲げ加工された機械曲げ領域は、曲げ角度調整領域により曲げ角度を微調整しても曲率は変化することがないため、機械により曲げ加工された精度を維持することができ、これによって隙間が生じないように修正するのに多く工数を必要としないため、作業能率の向上が図れる。

本発明の溶接用裏当て金は、曲げ角度調整領域の内周面側に、裏当て金本体の長手方向と直交し、かつ裏当て金本体の長手方向に間隔を存して複数の角溝またはＶ溝よりなる凹溝を形成したものである。

前記構成により、人力により曲げ角度の微調整が行えるため、曲げ角度の修正作業が容易かつ短時間で行える。

本発明の溶接用裏当て金は、第２凹溝の深さを、裏当て金本体の板厚のほぼ１／２としたものである。

前記構成により、人力による曲げ角度の微調整が容易に行えると共に、曲げ角度の微調整中に裏金本体が第２凹溝部分より折損する虞がない。

本発明の溶接用裏当て金は、機械曲げ領域の内周面側中央に、裏当て金本体の長手方向と直交する方向に曲げ中心溝を形成したものである。

前記構成により、機械曲げ領域を機械曲げする際に、まず曲げ中心溝部から曲げ加工が開始されるため、所定の曲率に機械曲げ加工された機械曲げ領域の曲率中心線を、コラムのコーナ部の曲率中心線に正確に一致させることができる。

本発明の溶接用裏当て金によれば、角型鋼管よりなるコラムに寸法形状にバラツキがあるため、予め機械加工により精度よく曲げ加工された機械曲げ領域の外周面とコラムの内周面との間に隙間が発生しても、機械曲げ領域に連続する曲げ角度調整領域により曲げ角度を微調整することにより曲げ角度を修正することができるため、機械曲げ領域の外周面をコラムのコーナ部内周面に隙間なく密着させることができる。

本発明の実施の形態になる溶接用裏当て金に設けられた機械曲げ領域及び曲げ角度調整領域の正面図である。本発明の実施の形態になる溶接用裏当て金に設けられた機械曲げ領域及び曲げ角度調整領域の平面図である。本発明の実施の形態になる溶接用裏当て金を曲げ加工した状態の平面図である。本発明の実施の形態になる溶接用裏当て金に設けられた機械曲げ領域及び曲げ角度調整領域の斜視図である。本発明の実施の形態になる溶接用裏当て金を使用してコラムとダイヤフラムを溶接する状態の断面図である。本発明の実施の形態になる溶接用裏当て金の曲げ角度調整領域を使用して曲げ角度を調整する際の作用説明図である。本発明の実施の形態になる溶接用裏当て金の第１変形例を示す平面図である。本発明の実施の形態になる溶接用裏当て金の第２変形例を示す平面図である。

本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１は裏当て金本体に設けられた機械曲げ領域及び曲げ角度調整領域の正面図、図２は同平面図、図３は曲げ加工された裏当て金本体の平面図、図４は機械曲げ領域及び曲げ角度調整領域の斜視図、図５コラムとダイヤフラムを溶接する状態の断面図、図６は作用説明図、図７及び図８は裏当て金の変形例を示す説明図である。
図１ないし図３に示す裏当て金本体１は、後述するコラム８やダイヤフラム９と同材質の帯状鋼板よりなり、板厚ｔ及び幅Ｗ１が全長に亘ってほぼ一定となっている。
裏当て金本体１は、角型鋼管よりなるコラム８の端部内周面に当接するよう予め曲げ加工された状態で使用するが、曲げ形状は例えば図３に示すようにほぼコ字型となっており、一対の裏当て金本体１の両端部を互に突き合せた状態でコラム８端部の内周面に当接できる寸法に形成されている。

またコラム８のコーナ部内周面に当接する部分には、予め図１および図２に示すように、機械曲げ領域２と曲げ角度調整領域３が設けられている。
機械曲げ領域２は、ダイヤフラム９を溶接するコラム８のコーナ部内周面の曲率に合せて機械により曲げ加工する部分で、曲げる曲率により長さＬ１は異なるが、例えばＬ１＝３０ｍｍ程度となっている。
機械曲げ領域２の両端側には、角溝よりなる第１凹溝４が裏当て金本体１の長手方向と直交する方向に形成されている。
これら第１凹溝４は、裏当て金本体１を折り曲げた際、コラム８の内周面と当接する面を外周面とすると、その反対面である内周面側に形成されていて、溝幅Ｗ２は１．４〜２．５ｍｍ程度に、深さは裏当て金本体１の板厚ｔが例えば約９ｍｍの場合、その１／２ｔのほぼ４．５ｍｍ程度となっている。
機械曲げ領域２の中間部には、機械曲げ領域２を機械により曲げ加工した際、曲面の中心がコラム８のコーナ部の中心と一致するよう曲げ加工されるように、浅い凹溝よりなる曲げ中心溝５が第１凹溝４と平行するよう形成されている。

一方機械曲げ領域２の両端部に連続するよう形成された曲げ角度調整領域３は、機械曲げ領域２がコラム８のコーナ部内周面に隙間なく密着するよう裏当て金本体１の長辺１ａ及び短辺１ｂ部分の角度を調整するためのもので、この曲げ角度調整領域３は、機械を使用せずに角度調整ができるようになっている。
曲げ角度調整領域３の長さＬ２は、例えばＬ２＝３５ｍｍ程度となっていて、これら曲げ角度調整領域３には、裏当て金本体１の内周面側に複数の第２凹溝６が裏当て金本体１の長手方向と直交する方向に形成されている。
これら第２凹溝６は第１凹溝４と同様な角溝よりなり、第２凹溝６の溝幅Ｗ３は、機械曲げ領域２に形成された第１凹溝４の溝幅Ｗ２とほぼ同じ１．４〜２．５ｍｍ程度となっており、深さもほぼ同じ１／２ｔとなっている。
なお第２凹溝６の深さを裏当て金本体１の板厚ｔのほぼ同じ１／２ｔとした理由は、裏当て金本体１の板厚ｔのほぼ同じ１／２ｔより浅いと、人力による曲げ作業が困難になり、これより深いと第２凹溝６底部の肉厚が薄くなって、曲げ角度を微調整する際裏当て金本体１が折損する虞があるためである。

これら第２凹溝６のうち、機械曲げ領域２の両端側に形成された第１凹溝４に隣接する第２凹溝６ａのピッチＰ１は、他の第２凹溝６ｂのピッチＰ２より大きい例えば１０ｍｍとなっており、第２凹溝６ｂのピッチＰ２は例えば７ｍｍ程度となっていて、第２凹溝６ａは１個、第２凹溝６ｂは、例えば３個形成されている。
そして機械曲げ領域２に形成された第１凹溝４や曲げ中心溝５、曲げ角度調整領域３に形成された第２凹溝６は、フライス盤のような切削手段を使用して裏当て金本体１の所定個所、すなわちコラムのコーナ部内周面に当接する個所に予め精度よく機械加工されている。

次に前記構成された溶接用裏当て金の作用を説明する。
建造物の建設に使用されるコラム８には、種々のサイズがあり、サイズにより一辺の長さやコーナ部内周の曲率も変化する。
またサイズの大きいコラム８の場合、鋼板を角筒状に折り曲げ、鋼板の縁部を突き合せた状態で溶接することにより、角型のコラム８を製作しており、何れの場合もダイヤフラム９を溶接する端部には、図５に示すように開先８ａが形成されている。

一方帯状鋼板により製作された裏当て金本体１には、コラム８のコーナ部内周面に当接する個所に図１及び図２に示すように、予め機械曲げ領域２及び曲げ角度調整領域３が設けられているが、例えば図３に示すように裏当て金本体１を予めコ字状に曲げ加工し、２個を１組として使用する場合は、裏当て金本体１の長辺部１ａと、長辺部１ａの両端に連続する短辺１ｂとの境界となる部分に予め機械曲げ領域２と曲げ角度調整領域３を形成する。
機械曲げ領域２と曲げ角度調整領域３を形成するに当っては、まず帯状鋼板を所定の長さに切断して裏当て金本体１を形成し、次に切削手段を使用してコラム８のコーナ部内周面に当接する個所に、前述した寸法に合せて第１凹溝４と曲げ中心溝５及び第２凹溝６を所定数切削形成する。
次に裏当て金本体１をコ字形に曲げ加工するが、曲げ加工に当っては、まずベンダー等の曲げ機械を使用して裏当て金本体１の機械曲げ領域２を曲げ加工する。
機械曲げ領域２の曲率は、使用するコラム８のコーナ部内周面の曲率と一致するよう機械加工により精度よく加工する。

また機械曲げ領域２の中間部には、浅い曲げ中心５が予め形成されているため、機械曲げする際に、まず曲げ中心溝５部から曲げ加工が開始される。これによって図６に示すように所定の曲率に機械曲げ加工された機械曲げ領域２の曲率中心線Ｏ１を、コラム８のコーナ部の曲率中心線Ｏ２に正確に一致させることができるようになる。
以上のようにして裏当て金本体１の例えば２個所を機械曲げ加工して図３に示すようなコ字形の裏当て金本体１を製作し、これをコラム８とダイヤフラム９を溶接する際の裏当て金として使用する。
裏当て金の使用に当っては、コラム８の端部内周面に裏当て金本体１を図５に示すように位置決めした後仮付け溶接するが、このときコラム８の端面より一定の長さ突出するようコラム８に対し裏当て金本体１を位置決めする。
またスケールや治具を使用して、コラム８端部からの突出量が一定となるよう位置決めするが、裏当て金本体１の外周面に、一辺に対し複数個の位置決め突起（図示せず）を予め突設し、これら位置決め突起をコラム８の端面に係止することにより、コラム８の端部に対し裏当て金本体１を位置決めするようにすれば、短時間で効率よく裏当て金本体１の位置決めが行える。

一方コラム８の端部内周面に裏当て金本体１を取り付ける際には、裏当て金本体１の機械曲げ領域２の外周面がコラム８のコーナ部内周面に隙間なく当接させる必要があるが、機械により機械曲げ領域２を精度よく曲げ加工しても、コラム８のコーナ部内周面と裏当て金本体１の外周面との間に隙間が生じることがある。
隙間が生じる原因としては、コラム８のコーナ部の形状に寸法的なバラツキがあることが多いが、曲げ加工を完了した裏当て金本体１を保管したり、運搬する際に加わる外力により裏当て金本体１が変形することがある。
図６は裏当て金本体１の曲げ加工した部分に連続する長辺１ａや短辺１ｂが仮想線で示すように外側へ変形しているため、機械曲げ領域２の外周面とコラム８のコーナ部内周面との間に隙間１０が生じた場合を示している。

このような場合は、外側に変形した部分を矢印Ａ方向へ移動させて、機械曲げ領域２に連続する曲げ角度調整領域３を変形させることにより、曲げ角度を微調整する。
これによって曲げ角度が図６の実線位置に修正されるので、予め機械加工により精度よく曲げ加工された機械曲げ領域２の外周面がコラム８のコーナ部内周面に密着して、両者の間に生じていた隙間１０がなくなるので、その他のコーナ部についても同様に曲げ角度を微調整して、コラム８のコーナ部内周面に機械曲げ領域２の外周面を隙間なく当接させ、この状態で裏当て金本体１をコラム８に仮付け溶接する。
裏当て金本体１の曲げ角度調整領域３には、板厚ｔのほぼ１／２の深さの第２凹溝６が予め複数形成されているため、裏当て金本体１の他の部分に比べて曲げ加工しやすくなっており、裏当て金本体１の長辺１ａや短辺１ｂを手で持って修正方向へ押すか、引くことにより曲げ角度の微調整が容易かつ正確に行える。

また曲げ角度調整領域３により曲げ角度を微調整しても、機械曲げ領域２の曲率は変化することがないため、機械により曲げ加工された精度を維持することができ、微調整により機械曲げ領域２の曲げ加工精度が低下することがない。
裏当て金本体１をコラム８の端部内周面に仮付け溶接したら、図５に示すように裏当て金本体１のコラム８端面より突出した部分にダイヤフラム９を載置して位置決めし、コラム８の開先８ａとダイヤフラム９の間に形成されたルートギャップを肉盛溶接して、コラム８の端部とダイヤフラム９の間を溶接するもので、特にコラム８のコーナ部内周面と裏当て金本体１の機械曲げ領域２外周面との間に隙間１０が生じていないので、安定した溶接ビードが得られるようになる。
さらに機械曲げ領域２がコラム８端部の内周面に当接されため、ロボット溶接等の高圧電流による溶接作業にも適した裏当て金となる。

なお前記実施の形態では、裏当て金本体１をほぼコ字形に折り曲げた例について説明したが、図７に示す第１変形例のように一体型にしても、図８に示す第２変形例のように４分割にしてもよい。
図７に示す第１変形例は、１本の裏当て金本体１を、コラム８端部の内周面に沿うよう折り曲げたもので、この場合コラム８の４個所のコーナ部と当接する部分に機械曲げ領域２と、その両端側に曲げ角度調整領域３を予め形成した裏当て金本体１を製作し、機械加工により順次コラム８のコーナ部と当接する部分を折り曲げるようにしたもので、前記実施の形態と同様に、機械曲げ領域２と連続する曲げ角度調整領域３により曲げ角度を微調整することができるため、一体構造の裏当て金本体１であっても、コラム８の４個所のコーナ部内周面に、機械曲げ領域２の外周面を隙間なく密着させることができるようになる。

また図８に示す第２変形例は、コラム８の各コーナ部毎に裏当て金本体を４分割し、それぞれの裏当て金本体１に、コラム８のコーナ部内周面に当接する機械曲げ領域２と、その両端側に曲げ角度調整領域３を予め形成している。
そしてコラム８のコーナ部と当接する部分を機械加工により曲げたもので、前記実施の形態と同様に、機械曲げ領域２と連続する曲げ角度調整領域３により曲げ角度を微調整することができるため、コラム８の４個所のコーナ部内周面に、機械曲げ領域２の外周面をそれぞれ隙間なく密着させることができるようになる。
さらに前記実施の形態及び変形例では、機械曲げ領域２の両端側に曲げ角度調整領域３を形成したが、機械曲げ領域２の一端側にのみ曲げ角度調整領域３を形成してもよく、また曲げ角度調整領域３に形成した凹溝６を角溝としたが、Ｖ溝にしても同様な効果が得られるものである。

１裏当て金本体
２機械曲げ領域
３曲げ角度調整領域
４第１凹溝
５曲げ中心溝
６第２凹溝
８コラム
９ダイヤフラム

Claims

角型鋼管よりなるコラムの端部とダイヤフラムとを溶接する際に使用する溶接用裏当て金であって、裏当て金本体の前記コラムのコーナ部内周面に当接する部分に、機械加工により前記コラムのコーナ部内周面に沿うように曲げる機械曲げ領域を設けると共に、前記機械曲げ領域の少なくとも一端側に連続する部分に、曲げ角度を調整する曲げ角度調整領域を設けたことを特徴とする溶接用裏当て金。
前記曲げ角度調整領域の内周面側に、前記裏当て金本体の長手方向と直交し、かつ前記裏当て金本体の長手方向に間隔を存して複数の角溝またはＶ溝よりなる第２凹溝を形成してなる請求項１に記載の溶接用裏当て金。
前記第２凹溝の深さを、前記裏当て金本体の板厚のほぼ１／２としてなる請求項２に記載の溶接用裏当て金。
前記機械曲げ領域の内周面側中央に、前記裏当て金本体の長手方向と直交する方向に曲げ中心溝を形成してなる請求項１ないし３の何れかに記載の溶接用裏当て金。