JP2012139702A

JP2012139702A - 溶接継手の変形抑制部材とこの変形抑制部材を用いた変形抑制方法

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Publication number: JP2012139702A
Application number: JP2010292737A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishii; 宏治石井; Kazuo Ito; 和雄伊藤; Kazuji Toyoda; 和司豊田; Takayuki Otsuka; 敬行大塚
Original assignee: Ishii Iron Works Co Ltd
Current assignee: Ishii Iron Works Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP5817958B2

Abstract

【課題】板厚が薄い鋼板を裏当金上で突合せ溶接する際に溶接熱による変形を防止することができるようにした、製作加工と取付け撤去が簡単な構造の溶接継手の変形抑制部材とこの変形抑制部材を用いた変形抑制方法を提供する。
【解決手段】鋼板１ａ，１ｂを裏当金２上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板１ａ，１ｂを裏当金２上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板１ａ，１ｂの開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し溶接部６で鋼板１に固着した引き上げ板５と、この引き上げ板５のほぼ中央部に挿通するテーパーピン７とで形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、鋼板の裏当金付き突合せ溶接継手部に発生する溶接熱による変形を防止するために取付ける溶接継手の変形抑制部材と、この変形抑制部材を用いた変形抑制方法に関する。

ステンレス製の平底円筒貯槽の底板など板厚が薄い鋼板には、裏当金付き突合せ溶接継手が採用されることがある。この溶接継手にティグ溶接法を適用する場合、複数層を重ねて溶接するため溶接熱によって角変形が発生することが知られている。
従来一般に板厚が薄い鋼板を裏当金付き突合せ溶接する場合について、図７に例示して概略説明する。
図７（Ａ）は、平面に置いた鋼板１ａ,１ｂの裏当金２付き突合せ溶接継手の開先部３を、上側から溶接部４のように溶接する場合を示している。
図７（Ｂ）は、溶接部４の溶接熱によって、矢印に示すように中央が沈み両側が湾曲して浮き上がるように熱歪みによって角変形する状態を示している。
そこで、図７（Ｃ）に示すように、鋼板１ａ,１ｂを左右対称の矢印に示すように、中央は上側に押上げ両側は押下げるように変形させておく対策が考えられる。

図８は、上記のような角変形を防止するために、突合せた裏当金２上の開先部３をまたぐように鋼板１ａ,１ｂの上面に平板形の取付部材５を、複数箇所の溶接部６，６によって固定した一般的な事例である。

従来発明の溶接技術として、特許文献１の特開昭５６−４５７７号「鋼板製タンクの歪防止溶接法」がある。この発明は鋼板製タンクの底板などを組立てる際に溶接手順に工夫をこらして溶接歪の発生を抑制したもので、その従来技術として第１図に重ね溶接継手部に直交させて設ける歪防止治具が紹介されている。

また、特許文献２の特開平１１−１５６５９０号「溶接用裏当て」がある。この発明には、側板材を突合せて両面溶接する際に、開先部に設ける溶接用裏当てとして、開先部のルートエッジに当接する断面略円形状の当接材とこの当接材を開先部へ押し付ける押圧材とから形成した部材が開示され、さらにその開先部近傍に門形の部材が溶接にて取付けられている。

さらに、特許文献３の特開２００７−１１８０４４号「突合せ溶接方法」には、平板１相互の開先部２を突合せて定盤３上の銅裏当て５の上部に配置し、その開先部２，２の突合せ溶接を行う方法であって、定盤３上の所定位置にライナ６を配置し、銅裏当て５の下部に袋体４を設け、このライナ６と銅裏当て５の上部に平板１を配置しその上にウエイト９を載置して形成し、上記袋体４の内部へガスを圧入して膨張させることにより、上記銅裏当て５を押し上げて開先部２裏面に密着させて溶接を行うことが開示されている。

特開昭５６−４５７７号公報特開平１１−１５６５９０号公報特開２００７−１１８０４４号号公報

従来一般に考えられる図７（Ｃ）に示すように、開先部３の近傍を上側に押上げ両側の鋼板１ａ,１ｂは左右対称に押下げるように変形させておく対策は、大きな鋼板１の端縁近傍を湾曲させる製作加工が大変で、さらに板厚が薄い鋼板１の湾曲形状を維持しながら運搬し設置することが困難である。

また、図８に示す歪み防止のための開先部３をまたぐ平板形の取付部材５の溶接固定は、取付部材５の溶接部６が多くなり撤去跡の表面処理や検査などが煩雑で手間を要するものであった。

特許文献１に開示されている歪防止治具は、重ね溶接継手部に直交させ間隔をおいて設ける歪防止治具であって、板厚の薄い鋼板を突合せて溶接する継手部近傍に生じる歪みによる変形防止に適する治具ではない。

特許文献２に開示されている開先部への取付部材は、側板表裏両面に設ける開先部に合わせた銅裏当てや門形部材および押え部材などに使用する取付部材であって、貯槽の底板など鋼板を突合せて上面から溶接する継手部に適用することはできない。

特許文献３は、簡単な構造の治具を用いて銅裏当ての密着性を保ち、裏波形状が滑らかで、はみ出しや割れなどの欠陥が生じない突合せ溶接方法であるが、平板１の下部にライナ６、銅裏当て５、袋体４などの多くの部材を設ける必要があるため、貯槽の底板などの広い面積を有する鋼板継手部の下部に設置して使用することは困難である。

この発明は上述のような従来技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、貯槽の底板など板厚が薄い鋼板を裏当金上で突合せ溶接する際に溶接熱による変形を防止することができるようにした、製作加工と取付け撤去が簡単な構造の溶接継手の変形抑制部材とこの変形抑制部材を用いた変形抑制方法を提供することにある。

請求項１記載の溶接継手の変形抑制部材は、板厚が薄い鋼板１を裏当金２上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板１の開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し溶接部６で鋼板１に固着した引き上げ板５と、この引き上げ板５のほぼ中央部に挿通するテーパーピン７とで形成する。

請求項２記載の溶接継手の変形抑制部材は、板厚が薄い鋼板１を裏当金２上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板１の開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し溶接部８で裏当金２に固着した引き上げ板５と、この引き上げ板５のほぼ中央部に挿通するテーパーピン７とで形成する。

請求項３記載の溶接継手の変形抑制部材は、板厚が薄い鋼板１を裏当金２上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板１の開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し上記裏当金２に設けたネジ穴２ａに螺着するように設ける、ネジ部９ａとネジ部９ｂと調整ナット１０とからなる引き上げボルト９とで形成する。

請求項４記載の変形抑制方法は、請求項１乃至３の溶接継手の変形抑制部材を鋼板の裏当金付き突合せ溶接開先部近傍に設置して溶接による角変形を防止する変形抑制方法であって、引き上げ板５又は引き上げボルト９を鋼板１又は裏当金２に固定する工程と、この引き上げ板５又は引き上げボルト９に門形部材４を挿通して門形部材４を設置する工程と、引き上げ板５又は引き上げボルト９にテーパーピン７又は調整ナット１０を挿通する工程と、テーパーピン７の打込み又は調整ナット１０の調整によって開先部３近傍を引き上げる工程とを有し、変形防止対策を行わない場合での溶接角変形に相当する反対方向の変形を予め与えることにより、仕上がりの溶接変形を小さくすることを特徴とする。

請求項１記載の溶接継手の変形抑制部材は、板厚が薄い鋼板１を裏当金２上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板１の開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し溶接部６で鋼板１に固着した引き上げ板５と、この引き上げ板５のほぼ中央部に挿通するテーパーピン７とで形成するので、門形部材４および引き上げ板５は、簡単な構造の部材で製作が容易で、従来に比べて取付け溶接の箇所が少なく、取付け取外しが作業性良く簡単にできる。門形部材４の設置およびテーパーピン７の打ち込みによって予歪み、つまり逆歪みの付与が簡単かつ調整容易で確実にできる。また、取付溶接部６の除去、補修溶接や検査の低減が可能となる。

請求項２記載の溶接継手の変形抑制部材は、板厚が薄い鋼板１を裏当金２上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板１の開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し溶接部８で裏当金２に固着した引き上げ板５と、この引き上げ板５のほぼ中央部に挿通するテーパーピン７とで形成するので、変形に必要な付加力を直接的に、必要箇所へ加えることが可能となり、開先部３を平均に引き上げることができる。また、鋼板１への溶接がないため治具跡の修復検査が不要となる。

請求項３記載の溶接継手の変形抑制部材は、板厚が薄い鋼板１を裏当金２上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板１の開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し上記裏当金２に設けたネジ穴２ａに螺着するように設ける、ネジ部９ａとネジ部９ｂと調整ナット１０とからなる引き上げボルト９とで形成するので、引き上げボルト９の取付け取外し作業が簡単になり、引き上げ高さの微妙な調整が簡単容易にできるため、必要以上の力を加えることなく、残留応力の低減化も期待できる。また、鋼板１への溶接がないため治具跡の修復検査が不要となる。

請求項４の変形抑制方法は、請求項１乃至３の溶接継手の変形抑制部材を鋼板の裏当金付き突合せ溶接開先部近傍に設置して溶接による角変形を防止する変形抑制方法であって、引き上げ板５又は引き上げボルト９を鋼板１又は裏当金２に固定する工程と、この引き上げ板５又は引き上げボルト９に門形部材４を挿通して門形部材４を設置する工程と、引き上げ板５又は引き上げボルト９にテーパーピン７又は調整ナット１０を挿通する工程と、テーパーピン７の打込み又は調整ナット１０の調整によって開先部３近傍を引き上げる工程とを有し、変形防止対策を行わない場合での溶接角変形に相当する反対方向の変形を予め与えることにより、仕上がりの溶接変形を小さくするので、作業性良く開先部３近傍を引き上げて確実に所定量の変形、つまり逆歪みを与えることができる。
テーパーピン７の打込みによって調整する構造は、この打込み量によって必要高さだけ引き上げることができる。
また、裏当金２に引き上げ板５の下端を固着する構造を採用する場合は、開先部３の近傍を平均に引き上げることができ、また鋼板１に溶接部がないためその撤去治具跡の修復検査が不要となる。
さらに、裏当金２に設けたネジ穴２ａにボルト９の下端を螺着する構造は、引き上げボルト９の取付けおよび取外しが簡単で、引き上げ高さの調整は調整ナットの回転締め付けによって簡単容易にでき、さらに複数層を溶接する際にその都度生ずる熱歪みによる変形量に対応して引き上げ高さを、様子を見ながら容易に調整することができる。また鋼板１および裏当金２に溶接部がないためその修復検査が不要となる。

本発明に係る溶接継手の変形抑制部材を示す斜視説明図である。図１に示す変形抑制部材を複数配置した状況を示す。第１の実施形態例を示す側断面説明図である。第２の実施形態例を示す側断面説明図である。第３の実施形態例を示す側断面説明図である。第４の実施形態例を示す側断面説明図である。（Ａ），(Ｂ)，（Ｃ）は、従来一般の水平継手の開先部を示す側断面説明図である。従来一般の溶接継手の変形抑制部材を示す斜視説明図である。

本発明の溶接継手の変形抑制部材の実施形態例について図１から図６を参照しながら説明する。図面において同様のものや対応するもの、総称できるものについては同じ符号を付して説明する。
ステンレス製の平底円筒貯槽の底板など、板厚が例えば６、９、１２〜１６ミリメートル程度の薄い鋼板１は、平面に置いた裏当金２の上で突合せる溶接継手を採用する。この溶接継手の開先部３にティグ溶接法を適用する場合、複数層を重ねて溶接する際の溶接熱の熱歪みによる角変形を防止するために、開先部３をまたぐように門形部材４などの変形抑制部材を設ける。
本発明は、下記の実施形態にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で実施形態に変更を加えることが出来るのはもちろんである。

図１は、板厚が薄い鋼板を突合せ溶接する際に発生しやすい角変形を防止するために、取付ける変形抑制部材を示す。図２は、図１に示す変形抑制部材を複数個連続して配置した状況を示す。
この溶接継手の変形抑制部材は、鋼板１ａ，１ｂの開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し溶接部６で鋼板１に固着した引き上げ板５と、この引き上げ板５のほぼ中央部に挿通する楔状部材のテーパーピン７とで形成する。
これら各部材は、少なくとも鋼板１と接触する部位や溶接固定する部位、或いは全体を同じ材質のステンレス製鋼材を使用する。

門形部材４は、チャンネル材やアングル材などの形鋼材および鋼板材を用いて製作し、製作および、持運びや取付け取外しの設置が容易で簡便な仮設治具に形成する。
この門形部材４の水平部には、引き上げ板５を遊嵌状に挿通する細長の開口部４ａを設けておく。また門形部材４の両脚部の下端縁は鋼板１ａ，１ｂの上面の開先部３から直行方向に所定距離、例えば１０〜３０センチメートル程度離れた位置に広い面積で接触するように形成する。

引き上げ板５は、板厚が薄い帯板材で、門形部材４の開口部４ａに遊嵌状に挿通する寸法とし、その上部近傍にテーパーピン７を打込むための矩形の開口窓５ａを設ける。この引き上げ板５に設ける矩形の開口窓５ａの寸法は、門形部材４を設置した際に上部に覗き出る開口窓５ａにテーパーピン７の先端が１〜２センチメートル入る程度の高さ以下に所定距離を開口し、テーパーピン７をさらに打込むことにより上方に移動して開くように形成する。

上記テーパーピン７は、水平に打込むことによって鋼板１ａ，１ｂの開先部３が所定高さ位置に引き上がった状態で、打込み深さがほぼ中央位置となる程度の傾斜角度を有する楔状部材を採用する。
このテーパーピン７の打込みによる引き上げ板５への引き上げの力は、門形部材４の両足部鋼板１ａ，１ｂとの接触部を押えの支点として、あたかもテコのようになって中央部近傍の開先部３を効率よく持ち上げることができる。

上記変形抑制部材は、まず引き上げ板５の下端縁を鋼板１ｂの上面の溶接部６から所定距離、例えば１〜５センチメートル程度離れた位置に仮溶接し立設する。次に門形部材４を上方からその水平部に設けた細長の開口部４ａに挿通して設置する。続いて門形部材４から突き出た引き上げ板５の覗き出た状態の矩形の開口窓５ａにテーパーピン７を水平に打込む。
このテーパーピン７の打込み量によって必要個所、所定範囲を必要高さだけ引き上げることができ、複数層を溶接する際にその都度生ずる熱歪みによる変形量に対応して引き上げ高さを、様子を見ながら調整することができる。

図２に示すように門形部材４を複数個、例えば板厚との関係で３０、５０、６０〜１００センチメートル程度のうち、同じピッチ間隔で連続して設置し、引き上げ板５を同一の鋼板１ｂ上に沿って溶接固定する。なお図示しないが、この引き上げ板５を鋼板１ａ，１ｂ上に交互の千鳥状に設けると、溶接部３近傍の引き上げの力が平均化し、かつ溶接の作業性を向上させることができる。

図３は、図１と同様の第１の実施形態例を示す側断面説明図である。引き上げ板５の開口窓５ａへテーパーピン７を打込むことによって、上記鋼板１ａ，１ｂを引き上げ調整する。この引き上げ高さは、溶接熱影響による鋼板１ａ，１ｂの変形量に対応する反対方向の変形、つまり逆歪みを与えるように、冷却後に鋼板１ａ，１ｂが水平に戻る高さ、例えば１〜５センチメートル程度とする。

門形部材４および引き上げ板５は、簡単な構造の部材で、製作が容易で、取付け取外しが簡単で、逆歪みの付与が簡単容易で確実にできる。
また、門形部材４の設置およびテーパーピン７の打込みと除去が作業性良く簡単にでき、溶接施工後の冷却、治具取外し後に、水平位置に復帰させることができ、この治具跡の補修溶接や検査の低減が可能となる。

図４は、第２の実施形態例を示す側断面説明図である。
引き上げ板５は、開先部３を挟んで左右対称の鋼板１ａ，１ｂ上に複数箇所の溶接部６，６で固定する。この引き上げ板５，５によって引上げ荷重が平均化されるため、開先部３近傍を平均に上昇させることができる。この場合、開先部３内の裏当金２に鋼板１ａを仮付け溶接しておく。

図５は、第３の実施形態例を示す側断面説明図である。
原子力関係貯槽など、鋼板１に直接溶接することを嫌う場合には、引き上げ板５を鋼板１に溶接することなく、溶接部８内の裏当金２に溶接固定する構造とする。
変形抑制部材は、鋼板１ａ，１ｂの開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し溶接部８で裏当金２に固着した引き上げ板５と、この引き上げ板５のほぼ中央部に挿通するテーパーピン７とで形成する。
溶接部８のルート間隔は４〜１０ミリメートル程度で、裏当金２に固着する引き上げ板５の板厚はこのルート間隔内に入る寸法とする。
この裏当金２に引き上げ板５の下端を固着する構造は、開先部３の近傍を平均に引き上げることができる。また、鋼板１への溶接がないためその治具撤去跡の検査および補修が不要となる。
溶接部８の溶接の際には、引き上げ板５を裏当金２へ固着した箇所の両脇２〜３センチメートル程度は溶接を行わず、それ以外の部分の溶接が全て終了して５０度Ｃ以下に冷却した後に、引き上げ板５を含めた変形抑制部材を撤去し、残っている開先部８の溶接を行う。

図６は、第４の実施形態例を示す側断面説明図である。
さらに、溶接部８内の裏当金２に溶接固定することを厳しく嫌う場合には、裏当金２に引き上げボルト９を螺着して固定する構造とする。
変形抑制部材は、鋼板１ａ，１ｂの開先部３を跨ぐように設ける門形部材４と、この門形部材４を挿通し上記裏当金２に設けたネジ穴２ａに螺着するように設けるネジ部９ａとネジ部９ｂと調整ナット１０とからなる引き上げボルト９とで形成する。
ボルト９を上から締めて固定し、次に調整ナット１０を締付けて引き上げ高さを調整する。溶接部８のルート間隔は４〜１０ミリメートル程度で、裏当金２に設けるネジ穴２ａの直径およびボルト９の外形は、上記ルート間隔以内の寸法とする。
この裏当金２に設けたネジ穴２ａにボルト９の下端を螺着する構造は、引き上げボルト９の取付けおよび取外しが簡単で、引き上げ高さの調整は調整ナット１０の回転締め付けによって簡単容易にできる。さらに、複数層を溶接する際にその都度生ずる熱歪みによる変形量に対応して引き上げ高さを、様子を見ながら容易に調整することができる。また、鋼板１のみならず裏当金２にも溶接部がないためその治具撤去跡の検査および補修が不要となる。
溶接部８の溶接の際には、引き上げボルト９の裏当金２への固定部の両脇２〜３センチメートル程度は溶接を行わずそれ以外の部分の溶接を行う。この溶接が終了して５０度Ｃ以下に冷却した後に、引き上げボルト９を含む変形抑制部材を撤去する。この際に、引き上げボルト９は裏当金２の表面で切断して穴埋めとしてもよく、或いはネジ部９ａから取外した後に栓溶接で穴埋めをしてもよい。その後、残っている開先部８を溶接し、全ての溶接を完了する。

本発明の溶接継手の変形抑制部材は、貯槽の底板など板厚が薄い鋼板を裏当金上で突合せ溶接する場合について示しているが、その外に屋根板や側板などの溶接継手の溶接熱による歪み変形を防止する場合、その他必要に応じて種々の溶接構築物の水平溶接継手や垂直溶接継手に適用することができる。殊に、溶接変形量が大きくなりやすいステンレス鋼材の溶接に用いれば、効率の顕著性は格段的に優れる。

１，１ａ，１ｂ鋼板
２裏当金
２ａネジ穴
３開先部
４門形部材
４ａ開口部
５引き上げ板
５ａ開口窓
６溶接部
７テーパーピン
８溶接部
９ボルト
９ａネジ部
９ｂネジ部
１０調整ナット

Claims

鋼板を裏当金上で突合せて溶接する際に溶接熱によって発生する変形を防止するために、取付ける溶接継手の変形抑制部材であって、鋼板の開先部を跨ぐように設ける門形部材と、この門形部材を挿通し鋼板に固着した引き上げ板と、この引き上げ板のほぼ中央部に挿通するテーパーピンとで形成したことを特徴とする溶接継手の変形抑制部材。
鋼板の開先部を跨ぐように設ける門形部材と、この門形部材を挿通し裏当金に固着した引き上げ板と、この引き上げ板のほぼ中央部に挿通するテーパーピンとで形成したことを特徴とする溶接継手の変形抑制部材。
鋼板の開先部を跨ぐように設ける門形部材と、この門形部材を挿通し裏当金に設けたネジ穴に螺着するように設ける固定用ネジ部と調整ネジ部と調整ナットとからなる引き上げボルトとで形成したことを特徴とする溶接継手の変形抑制部材。
請求項１乃至３の溶接継手の変形抑制部材を鋼板の裏当金付き突合せ溶接開先部近傍に設置して溶接による角変形を防止する変形抑制方法であって、引き上げ板又は引き上げボルトを鋼板又は裏当金に固定する工程と、この引き上げ板又は引き上げボルトに門形部材を挿通して門形部材を設置する工程と、引き上げ板又は引き上げボルトにテーパーピン又は調整ナットを挿通する工程と、テーパーピンの打込み又は調整ナットの調整によって開先部近傍を引き上げる工程とを有し、変形防止対策を行わない場合での溶接角変形に相当する反対方向の変形を予め与えることにより、仕上がりの溶接変形を小さくすることを特徴とする変形抑制部材を用いた変形抑制方法。