JP2010221268A - アプセットバット溶接の電極構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、アプセットバット溶接した高強度鉄筋の強度確認試験における破断箇所が溶接部から離れた位置となるような電極構造を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、固定電極に挟持した高強度鉄筋の一端と可動電極に挟持した高強度鉄筋の他端を突き合わせ電流を流して溶接するアプセットバット溶接機において、前記固定電極の内側に非導電体の型を取り付け、前記可動電極の内側に非導電体の型を取り付けることで、電極間のクリアランスを広くしても芯ズレを起こさないことを特徴とするアプセットバット溶接の電極構造の構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、アプセットバット溶接した高強度鉄筋の強度確認試験における破断箇所が溶接部から離れた位置となるような電極構造に関する。

鉄筋コンクリート構造物に用いられる高強度鉄筋を溶接する方法としては、突合部に電流を流して加熱し、加圧することで溶接するバット溶接がある。尚、バット溶接には、アプセット法とフラッシュ法がある。

アプセットバット溶接は、高強度鉄筋の突合部を予め加圧しておき、電流を流して抵抗熱により溶融したら加圧して溶接する方法であるが、溶接部には据込みが発生するため、比較的小断面の金属線材の溶接に利用される。

また、フラッシュバット溶接は、高強度鉄筋の突合部に電流を流してアーク放電させ、突合部が溶融したら急速に加圧して溶接する方法であるが、火花が多く飛び、溶接部にはバリが生じやすい。

図１０は、アプセットバット溶接した高強度鉄筋を示す図である。図１１は、従来のアプセットバット溶接機の斜視図である。図１２は、従来のアプセットバット溶接の電極構造を示す図である。

鉄筋コンクリート構造物の鉄筋構造７は、主鉄筋７ａに加え剪断補強筋７ｂを使用することで耐震性を向上させることができる。剪断補強筋７ｂは、主鉄筋７ａに対し垂直方向に配されるが、複数の主鉄筋７ａの周りを環状に囲むように配する場合もある。

剪断補強筋７ｂには高強度鉄筋２を用いるが、環状にする場合は、高強度鉄筋２を折曲げ又は湾曲させた上で両端を突き合わせて溶接する。尚、アプセットバット溶接した場合には、溶接部２ｃにコブ状の据込み２ｄが生じる。

溶接機８は、高強度鉄筋２の一端を挟持する固定電極８ａと他端を挟持する可動電極８ｂとを有し、両電極８ａ、８ｂは銅などの通電素材８ｅの下面に溝８ｆを設けた上クランプ８ｃと通電素材８ｅの上面に溝８ｆを設けた下クランプ８ｄとからなる。

固定電極８ａに固定された高強度鉄筋２の一端に対し、可動電極８ｂに固定された他端を突き合わせ、突合部２ａ、２ｂを加圧した状態で電流を流して、抵抗熱により突合部２ａ、２ｂが溶融したら、可動電極８ｂを押し付けて溶接する。

尚、特許文献１に記載されているように、アプセット時の溶接に適する充分な加圧力を溶接部に伝え鍛圧不足による溶接不良の発生を抑制する圧接用電極クランプ方法の発明も公開されている。

強度確認試験においては、破断箇所が溶接部から公称直径以上離れた位置で、破断伸び値が５％以上であることが要求されるが、破断は電極で挟んでいる発熱部分の際で起こるため電極間を離す必要がある。

そこで、本発明は、電極間のクリアランスを広くしても芯ズレ等を起こさないように、電極形状を見直して電流と通電時間及びタイミング等を考慮することで、溶接部からの破断位置及び破断伸び値を改善することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、固定電極に挟持した高強度鉄筋の一端と可動電極に挟持した高強度鉄筋の他端を突き合わせ電流を流して溶接するアプセットバット溶接機において、前記固定電極の内側に非導電体の型を取り付け、前記可動電極の内側に非導電体の型を取り付けることで、電極間のクリアランスを広くしても芯ズレを起こさないことを特徴とするアプセットバット溶接の電極構造の構成とした。

本発明は、高強度鉄筋をアプセットバット溶接した際に、強度確認試験において、破断箇所が溶接部から公称直径以上離れた位置、かつ、破断伸び値が５％以上の高い水準を満たすことができる。

本発明の実施例１に係るアプセットバット溶接機の斜視図である。 本発明の実施例１に係るアプセットバット溶接機の電極の斜視図である。 本発明の実施例１に係るアプセットバット溶接の電極構造を示す図である。 本発明の実施例２に係るアプセットバット溶接の電極構造を示す図である。 本発明の実施例３に係るアプセットバット溶接の電極構造を示す図である。 アプセットバット溶接に関する強度確認試験で破断した高強度鉄筋を示す図である。 アプセットバット溶接に関する強度確認試験の結果を示す表である。 アプセットバット溶接に関する強度確認試験の結果をまとめたグラフである。 アプセットバット溶接に関する強度確認試験で破断した高強度鉄筋における破断伸びについて示す図である。 アプセットバット溶接した高強度鉄筋を示す図である。 従来のアプセットバット溶接機の斜視図である。 従来のアプセットバット溶接の電極構造を示す図である。

本発明において、実施例１に係るアプセットバット溶接の電極構造は、固定電極に挟持した高強度鉄筋の一端と可動電極に挟持した高強度鉄筋の他端を突き合わせ電流を流して溶接するアプセットバット溶接機において、前記固定電極の内側に非導電体の型を取り付け、前記可動電極の内側に非導電体の型を取り付けることで、電極間のクリアランスを広くしても芯ズレを起こさないことを特徴とする。

本発明において、実施例２に係るアプセットバット溶接の電極構造は、固定電極に挟持した高強度鉄筋の一端と可動電極に挟持した高強度鉄筋の他端を突き合わせ電流を流して溶接するアプセットバット溶接機において、前記固定電極の内側に高電気抵抗素材の型を取り付け、前記可動電極の内側に高電気抵抗素材の型を取り付けることで、電極間のクリアランスを広くしても芯ズレを起こさないことを特徴とする。

本発明において、実施例３に係るアプセットバット溶接の電極構造は、固定電極に挟持した高強度鉄筋の一端と可動電極に挟持した高強度鉄筋の他端を突き合わせ電流を流して溶接するアプセットバット溶接機において、前記固定電極の内側に通電素材に絶縁素材を被せた型を取り付け、前記可動電極の内側に鉄材に絶縁素材を被せた型を取り付けることで、電極間のクリアランスを広くしても芯ズレを起こさないことを特徴とする。

図１は、本発明の実施例１に係るアプセットバット溶接機の斜視図である。図２は、本発明の実施例１に係るアプセットバット溶接機の電極の斜視図である。図３は、本発明の実施例１に係るアプセットバット溶接の電極構造を示す図である。

アプセットバット溶接機１は、高強度鉄筋２の一端を挟持する固定電極３と、高強度鉄筋２の他端を挟持する可動電極３ａとからなり、高強度鉄筋２の一端と他端とを突き合わせて、固定電極３と可動電極３ａの間に電流を流す。

高強度鉄筋２は、鉄製の棒を圧延して表面に凹凸を設けた異形棒鋼であり、１本の鉄筋を矩形状に折り曲げ又は環状に湾曲させる等して一端と他端を突き合わせても良いし、一の鉄筋の端と他の鉄筋の端を突き合わせても良い。

固定電極３は、上クランプ４と下クランプ４ａとからなり、上クランプ４の下面と下クランプ４ａの上面に高強度鉄筋２を挟むための溝４ｂを形成する。尚、溝４ｂを上面及び下面に形成しておけば、上クランプ４にも下クランプ４ａにも使用できる。

可動電極３ａも、上クランプ４と下クランプ４ａとからなり、上クランプ４の下面と下クランプ４ａの上面に高強度鉄筋２を挟むための溝４ｂを形成する。尚、溝４ｂを上面及び下面に形成しておけば、上クランプ４にも下クランプ４ａにも使用できる。

基本的に、固定電極３は固定し、可動電極３ａを移動させて、高強度鉄筋２を突き合わせる際の位置合わせや加圧を行うが、固定電極３と可動電極３ａの両方とも移動できるようにしても良い。

上クランプ４は、通電素材５と非導電体５ａとからなり、通電素材５に非導電体５ａの型を取り付けたものである。また、下クランプ４ａも、通電素材５と非導電体５ａとからなり、通電素材５に非導電体５ａの型を取り付けたものである。

尚、固定電極３においては、突合部２ａに近い側に非導電体５ａを配し、遠い側に通電素材５を配する。また、可動電極３ａにおいては、突合部２ｂに近い側に非導電体５ａを配し、遠い側に通電素材５を配する。

通電素材５は、銅などの電気を良く通す物質が用いられ、実質的な電極となる。また、非導電体５ａは、テフロン（登録商標）やセラミック等の電気を通さない物質が用いられ、実質的には固定具である。

尚、テフロン（登録商標）は、ポリテトラフルオロエチレンなどフッ素樹脂一般の呼称である。また、セラミックは、基本成分が金属酸化物で高温での熱処理によって焼き固めた焼結体である。

高強度鉄筋２に対し、固定電極３の通電素材５と可動電極３ａの通電素材５の間で電流を流すと、抵抗熱により突合部２ａと突合部２ｂが溶けて軟化するので、圧力を加えることで溶接され、溶接部２ｃには圧着によるコブ状の据込み２ｄが生じる。

高強度鉄筋２を挟む位置は突合部２ａ及び突合部２ｂに近いので溶接部２ｃが偏芯を起こしづらくなり、また、電極間が広くなり破断しやすくなる発熱部分の際が溶接部２ｃから離れた位置になる。

図４は、本発明の実施例２に係るアプセットバット溶接の電極構造を示す図である。アプセットバット溶接機１ａは、アプセットバット溶接機１における非導電体５ａの型を、高電気抵抗素材５ｂの型に代えたものである。

即ち、固定電極３及び可動電極３ａの上クランプ４及び下クランプ４ａは、通電素材５と高電気抵抗素材５ｂとからなり、通電素材５に高電気抵抗素材５ｂの型を取り付けたものである。尚、高電気抵抗素材５ｂは、高電気抵抗の鉄材などが用いられる。

図５は、本発明の実施例３に係るアプセットバット溶接の電極構造を示す図である。アプセットバット溶接機１ｂは、アプセットバット溶接機１における非導電体５ａの型を、鉄材５ｄに絶縁素材５ｅを被せた型に代えたものである。

即ち、固定電極３及び可動電極３ａの上クランプ４及び下クランプ４ａは、通電素材５と鉄材５ｄに絶縁素材５ｅを被せた電気絶縁部５ｃとからなり、通電素材５に電気絶縁部５ｃの型を取り付けたものである。

鉄材５ｄは、通電素材５と同様の形状である。鉄材５ｄの型の表面に絶縁素材５ｅの板を貼り付けて覆うことにより、電気絶縁部５ｃとしては電気を通さないようにすることができる。

絶縁素材５ｅは、ベークライト（登録商標）、ゴム、テフロン（登録商標）など電気又は熱を通さない物質である。尚、ベークライト（登録商標）は、フェノール樹脂であり、耐熱性及び難燃性に優れる。

図６は、アプセットバット溶接に関する強度確認試験で破断した高強度鉄筋を示す図である。図７は、アプセットバット溶接に関する強度確認試験の結果を示す表である。図８は、アプセットバット溶接に関する強度確認試験の結果をまとめたグラフである。

本発明の電極構造を備えたアプセットバット溶接機１を用いて、高強度鉄筋２を３０本溶接し、機械的強度（降伏点６ａ、引張強さ６ｂ、破断伸び６ｃ）と破断位置６ｄを確認する強度確認試験６を行った。

機械的強度は、材料に応力が加えられたときの変形挙動を表す指標である。尚、応力は物体に外力が加わる際にその物体内部に生じる力である。即ち、材料である高強度鉄筋２を溶接部２ｃを中心にして左右両方向に引張応力を加え、破断させる。

降伏点６ａは、材料に応力が加えられ歪みが大きくなると、歪みと応力の関係が比例しなくなり、応力を除去しても歪みが残るようになるので、その時点における１平方ミリメートル当たりの力の強さを表したものである。

引張強さ６ｂは、さらに歪みが大きくなると材料は破断するが、破断する前の材料に表れる最大の引張応力（材料が耐えうる最大の引張応力）を、１平方ミリメートル当たりの力の強さで表したものである。

破断伸び６ｃは、材料が破断する直前における最大の変形量（歪み）を、元の長さに対する比率で表したものである。尚、材料の部位により伸び値は一様ではないが、全体伸び６ｅの値で示す。

破断位置６ｄは、高強度鉄筋２が破断したときの溶接部２ｃから破断箇所２ｅまでの距離を表したものである。尚、破断箇所２ｅが溶接部２ｃの左側であるか、右側であるかは関係ない。

降伏点６ａについては、最低値が８８０Ｎ／ｍｍ^２ で、最高値が９３１Ｎ／ｍｍ^２ で、度数分布では９００〜９１０Ｎ／ｍｍ^２ が最も多い。尚、いずれも標準規定である７８５Ｎ／ｍｍ^２ を超えており、合格と判定することができる。

引張強さ６ｂについては、最低値が１０２７Ｎ／ｍｍ^２ で、最高値が１０５５Ｎ／ｍｍ^２ で、度数分布では１０３３〜１０３９Ｎ／ｍｍ^２ が最も多い。尚、いずれも標準規定である９３０Ｎ／ｍｍ^２ を超えており、合格と判定することができる。

破断伸び６ｃについては、最低値が５．７％で、最高値が７．７％で、度数分布では６．７〜７．０％が最も多い。尚、いずれも標準規定である５．０％を超えており、合格と判断することができる。

破断位置６ｄについては、最低値が１７ｍｍで、最高値が２０ｍｍで、度数分布では１９ｍｍが最も多い。尚、いずれも標準規定である１６ｍｍを超えており、合格と判定することができる。

図９は、アプセットバット溶接に関する強度確認試験で破断した高強度鉄筋における破断伸びについて示す図である。破断伸び６ｃには、全体伸び６ｅする箇所と、局部伸び６ｆする箇所とがある。

溶接した高強度鉄筋２を溶接部２ｃを中心にして両側に引っ張ると、高強度鉄筋２には伸びが生じる。ただし、溶接部２ｃ近辺については、据込み２ｄにより径が増しているため伸びづらく、伸び無し６ｇとなる。

そのため、据込み２ｄ以外の部分について一様に伸びが生じることになる。尚、据込み２ｄの範囲を小さく抑えれば、据込み２ｄ以外の部分の占める割合が大きくなり、全体伸び６ｅを確保しやすくなる。

引張応力が大きくなると、ある一点に伸びが集中して局部伸び６ｆが生じ、そこが破断箇所２ｅとなる。尚、溶接時に電極を当てた発熱部分の際が最も歪みが生じやすくなっており、左右のいずれか一方に破断が生じる。

即ち、非導電体５ａ等を介して電極の位置を溶接部２ｃから離しておくことで、破断箇所２ｅを溶接部２ｃから遠くすることができ、また、非導電体５ａ等により溶接部２ｃの近くまで固定することで、突合位置や通電タイミングを調整しやすくなり、据込み２ｄの範囲を抑えることも可能となる。

本発明の電極構造を備えた溶接装置でアプセットバット溶接を行うことにより、また、本発明の電極構造を用いた溶接方法でアプセットバット溶接を行うことにより、本発明の効果を得ることができる。

また、本発明の電極構造をフラッシュバット溶接に応用することも可能である。高強度鉄筋の径が太くなると据込みが大きくなり破断伸びに影響することから、フラッシュバット溶接の方が適する場合もある。

１ アプセットバット溶接機
１ａ アプセットバット溶接機
１ｂ アプセットバット溶接機
２ 高強度鉄筋
２ａ 突合部
２ｂ 突合部
２ｃ 溶接部
２ｄ 据込み
２ｅ 破断箇所
３ 固定電極
３ａ 可動電極
４ 上クランプ
４ａ 下クランプ
４ｂ 溝
５ 通電素材
５ａ 非導電体
５ｂ 高電気抵抗素材
５ｃ 電気絶縁部
５ｄ 鉄材
５ｅ 絶縁素材
６ 強度確認試験
６ａ 降伏点
６ｂ 引張強さ
６ｃ 破断伸び
６ｄ 破断位置
６ｅ 全体伸び
６ｆ 局部伸び
６ｇ 伸び無し
７ 鉄筋構造
７ａ 主鉄筋
７ｂ 剪断補強筋
８ 溶接機
８ａ 固定電極
８ｂ 可動電極
８ｃ 上クランプ
８ｄ 下クランプ
８ｅ 通電素材
８ｆ 溝

特開２００２−６６７５０号公報

Claims (6)

1. 固定電極に挟持した高強度鉄筋の一端と可動電極に挟持した高強度鉄筋の他端を突き合わせ電流を流して溶接するアプセットバット溶接機において、前記固定電極の内側に非導電体の型を取り付け、前記可動電極の内側に非導電体の型を取り付けることで、電極間のクリアランスを広くしても芯ズレを起こさないことを特徴とするアプセットバット溶接の電極構造。
2. 非導電体がフッ素樹脂又はセラミックであることを特徴とする請求項１に記載のアプセットバット溶接の電極構造。
3. 非導電体の型を高電気抵抗素材の型に代えたことを特徴とする請求項１に記載のアプセットバット溶接の電極構造。
4. 非導電体の型を鉄材に絶縁素材を被せた型に代えたことを特徴とする請求項１に記載のアプセットバット溶接の電極構造。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電極構造を備えたことを特徴とするアプセットバット溶接装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電極構造を用いることを特徴とするアプセットバット溶接方法。

Images