JP2016083681A - 溶接裏当て用鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】溝形状を再考することにより、曲げた鋼板（裏当て金）の全体を容易に鋼管の内面に添わせることのできる溶接裏当て用鋼板を提供する。
【解決手段】溶接裏当て用鋼板１は、多角形鋼管である溶接母材の突き合わせ溶接のための、真直な状態で提供され溶接母材の内寸に合わせて曲げて用いられる溶接裏当て用鋼板において、溶接母材の各湾曲部の内曲面に当てるべき部分に、鋼板の幅方向に延びる一群の溝１０が、が長手方向に並列に配置されて形成されており、前記１群の溝の内、両端部の溝の深さが他の溝の深さより深くなっていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶接裏当て用鋼板に関し、更に詳細には、鋼管である溶接母材の突き合わせ溶接のための、溶接母材の内寸に合わせて曲げて用いられる溶接裏当て用鋼板に関するものである。

鉄骨建築の柱によく使用される角形鋼管は、梁との接合方法として、図７に示されるような鋼管１０２を鋼板（ダイヤフラムと呼ばれる）１０３に溶接接合し、そのダイヤフラム鋼板１０３に梁１０４を溶接接合する、いわゆる通しダイヤフラム接合形式と呼ばれる方法が多用される。この接合形式を採用する場合、柱である鋼管とダイヤフラム鋼板の溶接は一般に突き合わせ溶接が用いられ、溶接に際して裏当て金が用いられる。この裏当て金は、従来通常、フラットバーをコの字状等に曲げて作られている。
なお、上記のような溶接母材としては、角形鋼管はじめとする多角形鋼管、楕円形鋼管等が挙げられる。

鋼管の湾曲部内面と裏当て金の間の隙間は、良好な溶接をするためにできるだけ密着させる必要がある。冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアルで、上記隙間は１．５ｍｍ以下と規定されており、特にロボット溶接では０．５ｍｍ以下が推奨されており、上記の隙間がこの値を超えると、溶接の際に溶接欠陥が生ずる恐れがある。
角形鋼管は当然のことながら製造誤差等により、コーナー部が完全な円弧状になっておらず、このため、裏当て金の製作が難しくコスト高になり、かつ裏当て金が鋼管に対しなじみにくく、取り付けが困難であるという問題がある。

このため鋼管への裏当て金の取り付け方法についていくつかの提案がなされている。たとえば、特開平４−２８４９９７号公報においては裏当て金とすべき長尺のスリット板を鋼管内周長さに合わせた円筒状の巻物に成型して切断し、これを鋼管内の取り付け位置に持ち込み、鋼管を転回しながら鋼管内壁に端から順次ローラ等で押しつけてスポット溶接で固定していく方法が示されている。しかしながら、この方法は鋼管の移送スキッドや転回装置など大がかりな設備が必要となり、適用できる場合が限られ現場作業には適さない。

一方、このような大がかりな設備を要さずに適用できる方法として、実開昭６３−１５７４９７号に示されるような裏当て金とすべき平鋼に切り欠き溝をあらかじめ設けておき、使用するときに鋼管の内壁に合わせて曲げるようにするものがある。

この実開昭６３−１５７４９７号の平鋼にあらかじめ溝を設けておく方法においては、鋼管のそれぞれのコーナー部に対応する位置に一定の幅を有する角形の溝を４個ずつ設けたものが示されている。しかしながら、その実施例に示された裏当て金にあっては、溝を設けてあった部分の背面に凹みが生じ折れ線的な曲がりとなり、これらにより鋼管の内壁との間に隙間を生じ溶接不良すなわちルート部の欠陥となる。この実開昭６３−１５７４９７号には裏当て金の溝は形状、寸法、深さ、ピッチ数を適宜変化させると記載されているものの、具体的な場合に応じてどのような考え方でどのようにしたら良いのかといったことは一切示されていない。

上記のような問題に対し、特開平８−１５５６７９号においては、鋼管の内面側の曲率のバラツキがある場合でも、溶接上全く問題のない程度まで隙間を極力小さく抑えることができ、かつ加工しやすい裏当て金用の鋼板が提案され、かつ実際に使用されている。

この特開平８−１５５６７９号の鋼管の溶接裏当て用鋼板は、鋼管の突き合わせ溶接のための真直な状態で提供され鋼管の内寸に合わせて曲げて用いる裏当て用鋼板において、鋼管それぞれの湾曲部内側の曲面部に当てるべき部分に一群の数が８個以上１０個以下のＶ溝の群を設け、前記Ｖ溝の深さは前記裏当て用鋼板の板厚から１．５ないし４ｍｍ引いた値とし、Ｖ溝の角度は一群のＶ溝の数をｎとしたとき９０／ｎ度以上１１０／ｎ度以下であることを特徴とする。

特開平４−２８４９９７号公報 実開昭６３−１５７４９７号公報 特開平８−１５５６７９号公報

上記の裏当て用鋼板においては、溝群の各溝の形状が同一であるので、曲げた場合に、各溝部で均一に曲がってしまい、鋼管のコーナー部の内面にあてがったときに、図８に示したように、中央部がコーナー部の内面に接触し、その両側が鋼管の直線部から離れてしまい、是正が困難であった。

そこで、本発明は、溝形状を再考することにより、曲げた鋼板（裏当て金）の全体を容易に鋼管の内面に添わせることのできる溶接裏当て用鋼板を提供することを目的とする。

上記課題は、下記（１）〜（１１）の構成の本発明の溶接裏当て用鋼板によって達成される。
（１）
多角形鋼管である溶接母材の突き合わせ溶接のための、真直な状態で提供され溶接母材の内寸に合わせて曲げて用いられる溶接裏当て用鋼板において、
溶接母材の各湾曲部の内曲面に当てるべき部分に、鋼板の幅方向に延びる一群の溝が、が長手方向に並列に配置されて形成されており、
前記１群の溝の内、両端部の溝の深さが他の溝の深さより深くなっている
ことを特徴とする鋼管の溶接裏当て用鋼板。
（２）
前記１群の溝の深さが、中央から両端部に向かって徐々に深くなっている前記（１）の溶接裏当て用鋼板。
（３）
前記１群の溝の内の最も浅い溝の部分における残存板厚が１．８〜４．１ｍｍで、最も深い溝の部分における残存板厚が１．５〜２．５ｍｍである前記（１）または（２）の溶接裏当て用鋼板。
（４）
前記一群の溝の数が４以上である前記（１）〜（３）のいずれかの溶接裏当て用鋼板。
（５）
曲げられたときの形状が「Ｌ」字形、「ロ」字形、または「コ」字形である前記（１）〜（４）のいずれかの溶接裏当て用鋼板。
（６）
前記溝の形状は、鋼板の縁部における深さが中央部における深さより浅くなった円弧状または楕円弧状であり、作業者が治具を用いずに曲げることができ、かつガスシールドアーク溶接を行ったとき抜けが起こらないように構成されている前記（１）〜（５）のいずれかの溶接裏当て用鋼板。
（７）
前記一群の溝の最小残存板厚部が、鋼板の幅方向中心にあり、前記一群の溝の内の最も浅い溝の部分における最小残存板厚が１．７〜２．２ｍｍで前記一群の溝の内の最も深い溝の部分における溝形成部における最小残存板厚部が、鋼板の幅方向中心にあり、その最小残存板厚が１．２〜１．７ｍｍである前記（６）の溶接裏当て用鋼板。
（８）
最大残存板厚部が、鋼板の両縁部にある前記（６）または（７）の溶接裏当て用鋼板。
（９）
前記溝の形状が円弧状であり、その半径が５０〜２５５ｍｍである前記（６）の溶接裏当て用鋼板。
（１０）
前記溝の形状が長軸が鋼板表面と平行な楕円弧状であり、その扁平率が０．７以下（０を含まず）である前記（６）の溶接裏当て用鋼板。
（１１）
前記（１）〜（１０）のいずれかの溶接裏当て用鋼板を曲げて形成した溶接用裏当て金。

本発明の溶接裏当て用鋼板においては、角形鋼管のコーナー部に相当する部分に設けられた一群の溝の内、両端部の溝の深さを他の溝の深さより深くしたので、前記コーナー部の中央部分が浅く曲げられ、このように適度に曲げた鋼板（裏当て金）を角形鋼管のコーナー部にあてがうと（図５参照）、裏当て金はコーナー部中央部が浮いた状態となるので、この部分をハンマー等でたたけば、きれいにコーナー部に沿った状態とすることができる。

また、本発明の溶接裏当て用鋼板においては、溝の底辺の形状を弧状や楕円弧状とした場合、従来の溶接裏当て用鋼板ように鋼板をまげるための溝の深さが一様であるものに比べて、より深い部分を有する溝を形成することができるので、より容易に鋼板を曲げることができる。更に、大きなアーク電流が発生する溶接開始部（鋼板の両側部の一方に相当する）の溝の深さを従来の溶接裏当て用鋼板の溝より浅くすることができ、従って残存板厚を厚くすることができ、熱容量を大きくすることができるので、溶接抜けを防止できる。すなわち、本発明の溶接裏当て用鋼板は、従来のものに比べて、より曲げやすく、しかも溶接抜けがない。

図１は、本発明の実施の形態による、円形鋼管のための複数の切り欠き溝を有する溶接裏当て用鋼板の外側となるべき面を上面として示す斜視図である。 図２は、図１の溶接裏当て用鋼板の長辺方向の正面図である。 図３は、図１の溶接裏当て用鋼板を曲げ、角形鋼管に設置した状態を示す正面図である。 図４は、図１および図２に示した裏当て用鋼板の溝の形状を説明するための断面図である。 図５は、図１および図２に示した溶接裏当て用鋼板を曲げた状態で角形鋼管のコーナー部にあてがった状態を示す図である。 図６は、溶接開始時の様子を模式的に示した図である。 図７は、円形鋼管の使用方法の１例を示す図である。 図８は、従来の溶接裏当て用鋼板を曲げた状態で角形鋼管のコーナー部にあてがった状態を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の態様による角形鋼管の溶接裏当て用鋼板について説明する。本発明の溶接裏当て用鋼板は、角形鋼管等の多角形鋼管のいずれをも溶接母材とすることができる。以下の説明においては、溶接母材である鋼管を角形鋼管として説明する。
図１は、本発明の実施の態様による鋼管の溶接裏当て用鋼板を示す斜視図、図２は、図１の裏当て用鋼板の正面図、および図３は、図１の裏当て用鋼板を鋼管の湾曲部に沿って曲げた状態で表した正面図である。

この裏当て用鋼板１は、図１の斜視図に示すように角形鋼管のコーナー部に相当する箇所に一群の溝１０を設けたものである。裏当て用鋼板のそれぞれの溝の群の中央部間の距離と角形鋼管の隣り合う角部内面の曲面部の中央部間距離とをほぼ一致させることが好ましい。本溶接裏当て用鋼板１を曲げて形成した裏当て金は、図３に示したように溶接母材１０２に設置されて使用される。図示した例では、２箇所に溝の群があるが、４箇所に溝群を設けたものを使用して角コラム内周全部を１本の裏当て金で溶接を行うこともできる。

上記溝１０の側面形状は、図２によく示したように両側面が互いに平行な角形であることが好ましい。各溝１０の幅は、４ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下、特に１．７５ｍｍ以下であることが好ましい。この幅は、上記した溶接の抜けを考えると、狭ければ狭いほど望ましいが、溝の個数が多くなり加工に時間とコストがかかるようになる。なお、現在所、鋸刃の関係から下限は１．０ｍｍ程度である。

本発明において溝は各群において４個以上、好ましくは１２個以下、特に８〜１０個とする。すなわち裏当て用鋼板を曲げたときに角コラム内側の曲面部に当たるべき部分の長さの範囲において４個以上１２個以下の溝を設けることが好ましい。

また、各群において溝を等間隔に配置する場合には、ピッチは２．５５ｍｍ以上とすることが好ましい。このピッチが上記の値未満であると、溝形成部における鉄残存量が足りなくなり、溶接の際に上記の抜けが生じやすくなる。なお、この上限は、ピッチが大きくなりすぎると、裏当て用鋼板の曲げた部分が実質的に円弧状にならず、多角形となってしまい、この多角形の辺と角形鋼管のコーナー部の円弧との間隙が大きくなってしまうので、この間隙が０．４ｍｍ以下となるような、ピッチとすることが望ましい。

上記のように溝１０を角形にした場合、裏当て用鋼板を角形鋼管の角部に沿って曲げたときに、溝の両側壁同士が互いに干渉し合わないようにすることが好ましい（接触する程度であるならよい）。

さらに角形鋼管の各辺の長さや曲率の誤差に対処するため、すなわち調節代として１個ないし４個の溝を追加してもよい。本考案による裏当て用鋼板は後に説明するように容易に曲げることができるので、曲げた後に角コラムの角部に合わせたとき、合わない場合には、少し曲げ戻して再度曲げ直すことが可能であるので、この調節代が特に有用である。

さらに角形鋼管の各辺の長さや曲率の誤差に対処するため、すなわち調節代として１個ないし４個の溝を追加してもよい。本発明による裏当て用鋼板は後に説明するように容易に曲げることができるので、曲げた後に角コラムの角部に合わせたとき、合わない場合には、少し曲げ戻して再度曲げ直すことが可能であるので、この調節代が特に有用である。

本発明の実施の形態において、各群の溝１０の深さは、少なくとも両端の溝の深さが、中央の溝の深さより深く、すなわち、少なくとも両端の溝が設けられた部分の残存板厚がより小さくされ、鋼板が両端部で曲げやすくなっていることが好ましい。好ましくは、図２に示したように、各群における溝の深さが、中心部のものから両端部のものに向かって、徐々に深くされていることが望ましい。

本発明の実施の形態において、各群の溝１０の深さは、少なくとも両端の溝の深さが、中央の溝の深さより深く、すなわち、少なくとも両端の溝が設けられた部分の残存板厚がより小さくされ、鋼板が両端部で曲げやすくなっていることが好ましい。好ましくは、図２に示したように、各群における溝の深さが、中心部のものから両端部のものに向かって、徐々に深くされていることが望ましい。
溝の底面が平らなものの場合、溝の深さが最も深い箇所での残存板厚が１．５〜２．０ｍｍ、溝の深さが最も浅い箇所での残存板厚が２．０〜２．５ｍｍとする。

図３は、当該裏当て用鋼板２０の使用状態を示す平面図である。作業者は、裏当て金を鋼管１０２に取り付ける際に、裏当て用鋼板１を人力で図の様に曲げて裏当て金とし、溶接母材に取り付ける。前述のように、裏当て金を鋼管に取り付けた初期の段階では、鋼板の曲げ具合は図５に示した状態とすることがよい。

溶接裏当て用鋼板１形成された溝１０の鋼板の長手方向から見た断面形状は、図４を示した形状とすることが好ましい。

前記溝１０の形状（底辺形状）は、鋼板の縁部ｂにおける深さが中央部ａにおける深さより浅くなった円弧状または楕円弧状である。溝形成部における最小残存板厚部は、鋼板の幅方向中心にあることが好ましい。前記一群の溝の最小残存板厚部が、鋼板の幅方向中心にあり、前記一群の溝の内の最も浅い溝の部分における最小残存板厚が１．７〜２．２ｍｍで前記一群の溝の内の最も深い溝の部分における溝形成部における最小残存板厚部が、鋼板の幅方向中心にあり、その最小残存板厚が１．２〜１．７ｍｍであることが好ましい。最小残存板厚ａが上記の範囲未満であると、その箇所で溶接抜けが生じやすくなり、一方、上記の範囲を越えると、従来のものと比べての曲げ易さの効果が薄れる。

溝形成部における最大残存板厚は、１．８ｍｍ以上、４．１ｍｍ以下であることが好ましい。最大残存板厚が上記の範囲を越えると、従来のものと比べての曲げ易さの効果が薄れる。

前記溝の形状が円弧状の場合、その半径は、５０ｍｍ〜２５５ｍｍであることが好ましい。前記溝の形状が長軸が鋼板表面と平行な楕円弧状である場合、その扁平率は、０．７以下（０（円弧）は含まず）であることが好ましい。

本溶接用裏当て鋼板は、曲げられたときの形状、すなわち裏当て金として形成されたときの形状としては、「Ｌ」字形、「ロ」字形、または「コ」字形、円形または楕円形等が挙げられる。

図６に、図１に示した溶接用裏当て鋼板１を曲げて形成した裏当て金を用いての鋼管とダイヤフラムの溶接状態を示すが、大きなアーク電流が発生する溶接初期に、溶接機からのアークが、裏当て金の熱容量の高い残存板厚が厚い部分に当てられるため、溶接抜けが防止される。

１：溶接裏当て用鋼板
１０：切り欠き溝
１０２：溶接母材（角形鋼管）
１０３：溶接母材（ダイヤフラム）
１０４：梁

Claims (11)

1. 多角形鋼管である溶接母材の突き合わせ溶接のための、溶接母材の内寸に合わせて曲げて用いられる溶接裏当て用鋼板において、
   溶接母材の各湾曲部の内曲面に当てるべき部分に、鋼板の幅方向に延びる一群の溝が、が長手方向に並列に配置されて形成されており、
   前記一群の溝の内、両端部の溝の深さが他の溝の深さより深くなっている
   ことを特徴とする鋼管の溶接裏当て用鋼板。
2. 前記１群の溝の深さが、中央から両端部に向かって徐々に深くなっている請求項１の溶接裏当て用鋼板。
3. 溝の底面が平らなものの場合、前記一群の溝の内の最も浅い溝の部分における残存板厚が２．０〜２．５ｍｍで、最も深い溝の部分における残存板厚が１．５〜２．０ｍｍである請求項１または２の溶接裏当て用鋼板。
4. 前記一群の溝の数が４以上である請求項１〜３のいずれかの溶接裏当て用鋼板。
5. 曲げられたときの形状が「Ｌ」字形、「ロ」字形、または「コ」字形、である請求項１〜４のいずれかの溶接裏当て用鋼板。
6. 前記溝の形状は、鋼板の縁部における深さが中央部における深さより浅くなった円弧状または楕円弧状であり、作業者が治具を用いずに曲げることができ、かつガスシールドアーク溶接を行ったとき抜けが起こらないように構成されている請求項１〜５のいずれかの溶接裏当て用鋼板。
7. 前記一群の溝の最小残存板厚部が、鋼板の幅方向中心にあり、前記一群の溝の内の最も浅い溝の部分における最小残存板厚が１．７〜２．２ｍｍで前記一群の溝の内の最も深い溝の部分における溝形成部における最小残存板厚部が、鋼板の幅方向中心にあり、その最小残存板厚が１．２〜１．７ｍｍである請求項６の溶接裏当て用鋼板。
8. 最大残存板厚部が、鋼板の両縁部にある請求項６または７の溶接裏当て用鋼板。
9. 前記溝の形状が円弧状であり、その半径が５０〜２５５ｍｍである請求項６の溶接裏当て用鋼板。
10. 前記溝の形状が長軸が鋼板表面と平行な楕円弧状であり、その扁平率が０．７以下（０を含まず）である請求項６の溶接裏当て用鋼板。
11. 請求項１〜１０のいずれかの溶接裏当て用鋼板を曲げて形成した溶接用裏当て金。