JP2012206156A - ブームとブームの溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筒体の捩れや歪が少ないブームを提供することを目的とする。また、歪の発生が少なくてすむブーム溶接方法を提供する。
【解決手段】複数枚の鋼板１，２を溶接して断面筒形の筒体に形成し、かつ筒体の表面に補強板３〜６を取り付けたブームであって、筒体と補強板との接合部分が、アーク溶接法ａ１とレーザ溶接Ｒからなるハイブリッド溶接Ｈで溶接されている。アーク溶接法ａ１で筒体と補強板の接合部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えておき、次いでレーザ溶接Ｒで加熱すれば、溶融金属を接合部の深さ方向に溶け込ませるので、補強板を確実に溶接により接合することができる。しかも、レーザ溶接法Ｒは入熱が少ないので、溶接後のブームに捩れや歪が生じにくい。このため、多段入れ子式ブームにおける多段ブーム間の寸法差を小さくできるので、先端側のブームの断面寸法を大きくし剛性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブームとブームの溶接方法に関する。さらに詳しくは、クレーン車や高所作業車、橋梁点検車の構成部品であるブームと、その溶接による製作技術に関する。

クレーン車や高所作業車、橋梁点検車の構成部品であるブームは、揚程を高くするため多段のブームに構成され、内蔵している油圧シリンダ等により伸縮可能に構成されるのが一般的である。各段のブームは、長尺鋼板で中空断面に形成された筒形の鋼板構造物であり、その長手方向の長さは数ｍから１０ｍ位のものがある。そして、基端側のブームに中段のブームや先端のブームが順に入れ子状態に挿入されている。

上記のような鋼板製のブームは、従来より長尺鋼板を溶接により接合して筒体に構成されているが、より薄い鋼板を使いつつ引張りや座屈に対する強度を高めるためブームの筒体に補強板を取り付けることも行われている（特許文献１参照）。
また、ブームの筒体と補強板は溶接により接合されるのが一般的であり、溶接には従来よりアーク溶接が用いられている。

上記のようなアーク溶接を用いたブームの製作法を図４に基づき説明する。
図４の（Ａ）は、断面Ｕ字形の上鋼板１と断面Ｕ字形の下鋼板２を、端縁で溶接して筒体に構成したブームを示している。
符号３、４、５、６は補強板であり、筒体の上面や側面、座面に取り付けられている。補強板３〜６の形状、大きさは設計的事項であり、４枚の補強板３〜６のうちどれを取捨選択するかも設計的事項である。

図４の（Ｂ）は補強板３を隅肉溶接する方法を示しており、ａ１はアーク溶接機を示し、１１はトーチ、１２は電極ワイヤである。
上鋼板１と補強板３の溶接部分は重ね継手となっており、重ね継手の隅を溶接していく。
符号ｍは溶着金属を示している。アーク溶接は溶接棒あるいは溶接ワイヤ等の溶加材を用いることから継手部分に肉盛りが可能なので、信頼性のある溶接が可能なのである。

しかるに、従来のアーク溶接を用いるブーム製作技術では、アーク溶接が入熱が大きいため、ブームに振れや歪を発生させやすい。このため、溶接作業の前にブーム材を拘束する作業が必要となったり、それでも歪は発生するので、溶接後にブームの矯正作業が必要となる。このような理由で製造工数が多くなるという欠点がある。

特開2001-42430号公報

本発明は上記事情に鑑み、筒体の捩れや歪が少ないブームを提供することを目的とする。また、歪の発生が少なくてすむブーム溶接方法を提供することを目的とする。

第１発明のブームは、複数枚の鋼板を溶接して断面筒形の筒体に形成し、かつ筒体の表面に補強板を取り付けたブームであって、前記筒体と前記補強板との接合部分が、溶加材を使用する溶接法とレーザ溶接からなるハイブリッド溶接で溶接されていることを特徴とする。
第２発明のブームは、第１発明において、前記ハイブリッド溶接は、前記溶加材を用いる溶接法が先行しレーザ溶接が後行することを特徴とする。
第３発明のブームは、第２発明において、前記溶加材を使用する溶接法が、アーク溶接またはホットワイヤ供給溶接機であることを特徴とする。
第４発明のブームの溶接方法は、複数枚の鋼板を溶接して断面筒形の筒体に形成し、かつ筒体の表面に補強板を取り付けたブームを製作する溶接方法であって、前記筒体と前記補強板を接合し、この接合部分を溶加材を使用する溶接法とレーザ溶接からなるハイブリッド溶接を用いて溶接することを特徴とする。
第５発明のブームの溶接方法は、第４発明において、前記ハイブリッド溶接は、前記溶加材を用いる溶接法が先行レーザ溶接法が後行することを特徴とする。
第６発明のブームの溶接方法は、第４または第５発明において、前記溶加材を使用する溶接法が、アーク溶接法またはホットワイヤ供給溶接法であることを特徴とする。

第１発明によれば、溶加材を使用する溶接法で筒体と補強板の接合部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えておき、次いでレーザ溶接で加熱すれば、溶融金属を接合部の深さ方向に溶け込ませるので、補強板を確実に溶接により接合することができる。しかも、レーザ溶接法は入熱が少ないので、溶接後のブームに捩れや歪が生じにくい。このため、多段入れ子式ブームにおける多段ブーム間の寸法差を小さくできるので、先端側のブームの断面寸法を大きくし剛性を向上させることができる。
第２発明によれば、溶加材を使用する溶接法を先行させて溶融金属を肉盛りしてから後行するレーザ溶接で溶融金属を深さ方向に溶け込ませることができるので、少ない入熱で、筒体と補強板の部分を確実に接合するのに適している。
第３発明によれば、アーク溶接またはホットワイヤ供給溶接は、溶加材を用いるので溶接部分に溶融金属の肉盛りが可能であり、筒体と補強板の部分を確実に接合するのに適している。
第４発明によれば、溶加材を使用する溶接法で筒体と補強板の接合部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えておき、次いでレーザ溶接で加熱すれば、金属を接合部の深さ方向に溶け込ませるので、補強板を確実に溶接により接合することができる。しかも、レーザ溶接は入熱が少ないので、溶接後のブームに捩れや歪が生じにくい。このため、多段入れ子式ブームにおける多段ブーム間の寸法差を小さくできるので、先端側のブームの断面寸法を大きくし剛性を向上させることができる。
第５発明によれば、溶加材を使用する溶接法を先行させて溶融金属を肉盛りしてから後行するレーザ溶接で溶融金属を深さ方向に溶け込ませることができるので、少ない入熱で、筒体と補強板の部分を確実に接合するのに適している。
第６発明によれば、アーク溶接またはホットワイヤ供給溶接は、溶加材を用いるので溶接部分に溶融金属の肉盛りが可能であり、筒体と補強板の部分を確実に接合するのに適している。

（Ａ）は本発明が適用されるブームの部分斜視図、（Ｂ）は本発明の溶接法の説明図である。 本発明で用いられるハイブリッド溶接法における二形態の説明図である。 本発明のハイブリッド溶接法による溶接断面の説明図である。 従来の溶接法の説明図であって、（Ａ）はブームの斜視図、（Ｂ）はアーク溶接による溶接断面の説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の溶接法で製作されるブームは、クレーンや高所作業車、橋梁点検車などに用いられる長尺の鋼板製筒状構造物であり、作業時には大きな曲げ負荷が作用する部材である。
このブームの材料は、一般的には高張力鋼板が主に使用される板材であって、厚さが４〜１２ｍｍ程度の中厚鋼板が用いられる。自動車用薄板鋼板は厚さが0.6〜６ｍｍ位であり、種々の用途に用いられる厚板鋼板は厚さが６〜150ｍｍ位であるが、それらの中間位の厚さの鋼板が用いられる点が特徴である。

本発明は種々の断面形状のブームに適用できるが、以下では図１に示す湾曲断面のブームに係る実施形態について説明する。
図１の（Ａ）に示すブームは断面Ｕ字状に曲げ加工した長尺鋼板である上鋼板１と下鋼板２を、それぞれの端縁で突合せている。なお、下鋼板２の下面部は円弧状に湾曲しているものもある。
３〜６は補強板で、補強板３はブームの上面に、補強板４，５はブームの側面に、補強板６はブームの下面に、それぞれ取付けられている。これらの補強板３〜６は、ブームの引張り強度や座屈強度を高めるために用いられている。

上記のような補強板３〜６と上下鋼板１，２を溶接するのに、本発明では図１（Ｂ）に示すように、溶加材を用いる溶接機Ａとレーザ溶接機Ｒからなるハイブリッド溶接Ｈを用いる。溶接機の配置順序は、溶接方向において溶加材を用いる溶接機Ａが先行し、レーザ溶接機Ｒが後行する位置関係となるが、その理由は後述する。

図２に示すように、溶加材を用いる溶接機Ａとしては、アーク溶接ａ１のほかホットワイヤ供給溶接ａ２などがある。アーク溶接機ａ１は、ノズル１１の中に、電極ワイヤ１２を送給ローラ１３で送り込み、ノズル１１からはシールドガスを噴出させる公知の溶接機である。これには、消耗電極式ガスシールドアーク溶接法、ノンガスシールドアーク溶接法、ディグ溶接法などが含まれる。
ホットワイヤ供給溶接機ａ２は、ノズル１１の中に電極ワイヤ１２を送給ローラ１３で送り込む点は、アーク溶接機ａ１と同様であるが、アークを出さない点で異なっている。これも公知の溶接機である。

アーク溶接機ａ１やホットワイヤ供給溶接機ａ２は、溶加材としての電極ワイヤ１２を用いるものであり、溶接中に電極ワイヤ１２の溶融金属を母材由来の溶融金属に加えていって、溶着金属を肉盛りできる点に特徴がある。また、溶加材の溶融量を母材の溶融とは独立に制御できる特徴がある。

レーザ溶接機Ｒは、レーザ光の収束ビームを熱源とし、高エネルギー密度を有している。溶融特性は非常に狭くて深い溶融部が得られ、かつビームの指向制御が容易という特徴がある。また、アーク溶接のような大きな電流を流さないので、母材への入熱が少なくてすむという利点がある。

本発明の溶接方法は、上記２種類の溶接方法を組み合わせたハイブリッド方式にあり、図１（Ｂ）や図２に示すように、溶加材を用いるアーク溶接ａ１やホットワイヤ供給溶接ａ２を先行させて溶接を行い、その直後の溶融金属が固化する前にレーザ溶接Ｒを行うものである。

上記ハイブリッド溶接Ｈの利点は、つぎのとおりである。
（１）溶加材を使用するアーク溶剤ａ１やホットワイヤ供給溶接ａ２で筒体と補強板の接合部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えると、両方の母材間を溶着金属がつないで接合する。次いでレーザ溶接Ｒで加熱すれば、溶融金属と両方の母材を接合部の深さ方向に溶け込ませるので、確実に溶接により接合することができる。図３に基づき溶接断面を説明すると、ｍは溶着金属の肉盛り部分であるが、肉盛りをアーク溶接Ａに分担させ、溶け込みをレーザ溶接Ｒに分担させることで溶接を実行している。このように分担させることで溶接を実行している。このように分担させると、アーク溶接の使用熱量は少なくてすみ、レーザ溶接は元々入熱が少ないので、ブームの捩れや歪の発生は少なくなる。ｍ１はアーク溶接ａ１による肉盛り部分であり、ｍ２はレーザ溶接機Ｒによる深い溶け込み部分である。

（２）上記のようにレーザ溶接法は入熱が少ないので、溶接後のブームに捩れや歪が生じにくい。したがって、溶接前のブームの拘束作業や溶接後の矯正作業を削減することができる。また、上下鋼板１，２に発生する歪みが少ないことから、多段入れ子式のブームの寸法差を小さくできるので、先端側のブームの断面寸法を大きくし剛性を向上させることができる。

本発明の溶接法はブームの構造に制限を受けることなく適用することができる。たとえば、図１に示すような下部を湾曲させた湾曲断面を有するブームの外、以下のようなブームへの適用も可能である。

（１）鋼板を平板のままの上板と下板と２枚の側板を用いて、４ヵ所の角継手によって溶接する角断面のブーム。あるいは、５枚以上の鋼板を使って五角形以上の多角形ブーム。
（２）長尺の鋼板の両縁を曲げ加工して断面Ｕ字形にし、このような断面形状の上鋼板と下鋼板を２ヵ所の突合せ継手によって溶接した角断面のブーム。
（３）ブームの上鋼板１は断面Ｕ字形であるが下鋼板２は鈍角に折り曲げた全体として五角形などの多角形に構成したブーム。

以上に本発明のハイブリッド溶接法を適用できるブーム構成部材を例示したが、本発明のハイブリッド溶接法はこれに限定されることなく、およそ鋼板を溶接してブームを製作するのであれば、どのような形態であっても適用することができる。

１ 上鋼板
２ 鋼板
Ａ 溶接機
ａ１ アーク溶接
ａ２ ホットワイヤ溶接
Ｈ ハイブリッド溶接
Ｒ レーザ溶接機

Claims (6)

1. 複数枚の鋼板を溶接して断面筒形の筒体に形成し、かつ筒体の表面に補強板を取り付けたブームであって、
   前記筒体と前記補強板との接合部分が、溶加材を使用する溶接法とレーザ溶接からなるハイブリッド溶接で溶接されている
   ことを特徴とするブーム。
2. 前記ハイブリッド溶接は、前記溶加材を用いる溶接法が先行しレーザ溶接が後行する
   ことを特徴とする請求項１記載のブーム。
3. 前記溶加材を使用する溶接法が、アーク溶接またはホットワイヤ供給溶接機である
   ことを特徴とする請求項１または２記載のブーム。
4. 複数枚の鋼板を溶接して断面筒形の筒体に形成し、かつ筒体の表面に補強板を取り付けたブームを製作する溶接方法であって、
   前記筒体と前記補強板を接合し、この接合部分を溶加材を使用する溶接法とレーザ溶接からなるハイブリッド溶接を用いて溶接する
   ことを特徴とするブームの溶接方法。
5. 前記ハイブリッド溶接は、前記溶加材を用いる溶接法が先行レーザ溶接法が後行する
   ことを特徴とする請求項４記載のブームの溶接方法。
6. 前記溶加材を使用する溶接法が、アーク溶接法またはホットワイヤ供給溶接法である
   ことを特徴とする請求項４または５記載のブームの溶接方法。