JP2016083682A - 溶接用裏当て鋼板 - 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、円形または楕円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、１本または数本で溶接母材の全内周に沿うように配置される溶接裏当て用鋼板において、溶接母材の内曲面に当てるべき部分に、鋼板の幅方向に延び、鋼板の長手方向の全体に並列に配置された複数の溝１０が設けられており、これらの溝の内、溶接母材の全内周に沿った状態で見て、６箇所以上の溝が他の溝より深く形成されており、これらの深さが深くされた溝が、溶接母材の全内周に沿った状態で見て、等間隔に配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

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鋼管（溶接母材）例えば円形鋼管は、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）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、フラットバーを円形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、上記の円形鋼管の他、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。
円形鋼管は当然のことながら製造誤差等により、断面が真円になっておらず、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、角形鋼管用ではあるが、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、これもまた、角形鋼管用であるが、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１．７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。
上記特開平８−１５５６７９号で提案された鋼管の溶接裏当て用鋼板は、上記の構成の通りであるが、上記のＶ溝を加工するには、先の尖った切削用刃物を用いて行わなければならないこと等から、市場に出されている実際の裏当て用鋼板の溝形成部における残存板厚は、３．５ｍｍになっている。

上記の裏当て用鋼板においては、上記残存板厚が３．５ｍｍとなっているので、簡単なものでよいが治具なしでは曲げることができないという問題がある。また、溝の加工に切削用刃物を用いなければならないため、製作に時間がかかることや、刃物の破損等から相対的に製作コストが高くなってしまうという問題もある。
裏当て用鋼板を治具なしで曲げることができるようにするには、上記の残存板厚を薄くすればよいが、このような加工を行うには上記の刃物の破損等の危険性が更に増すとともに、溶接の際に抜けが生じ、ロボット溶接の場合には、作業が停止してしまい、設定のし直し等を行わなければならず、作業効率が極端に落ちてしまうという新たな問題が発生してしまう。

そこで、本願出願人は、特開２００３−３２６３９１号において、溝形状を再考することにより、作業者が治具を用いずに曲げることができ、かつロボット溶接を行ったとき抜けが起こらないように構成した鋼管の溶接裏当て用鋼板を提案した。

特開２００３−３２６３９１号公報に記載された鋼管の溶接裏当て用鋼板は、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、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２e（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、
ｃｏｓe＝１−ｓ／ｒ、
ｎ２eＤ／２e−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 特開２００３−３２６３９１号公報

前記特開２００３−３２６３９１号公報に開示された溶接用裏当て鋼板は、人力で容易に曲げることができるようになったが、各溝の形状が同一であるので、曲げたときに、図８に示したように、Ｕの字状になってしまい、鋼管のコーナー部の内面にあてがったときに、中央部がコーナー部の内面に接触し、その両側が鋼管の内面から離れてしまい、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）〜（１２）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）
円形または楕円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、１本または数本で溶接母材の全内周に沿うように配置される溶接裏当て用鋼板において、
溶接母材の内曲面に当てるべき部分に、鋼板の幅方向に延び、鋼板の長手方向の全体に並列に配置された複数の溝が設けられており、
これらの溝の内、溶接母材の全内周に沿った状態で見て、６箇所以上の溝が他の溝より深く形成されており、これらの深さが深くされた溝が、溶接母材の全内周に沿った状態で見て、等間隔に配置されている
ことを特徴とする鋼管の溶接裏当て用鋼板。
（２）
２つの前記深さが深い溝の間の溝の深さが、同一深さである前記（１）請求項１の溶接裏当て用鋼板。
（３）
２つの前記深さが深い溝の部分における残存板厚が１．５〜２．０ｍｍであり、前記２つの深さが深い溝の間の溝の部分における残存板厚が２．０〜２．５ｍｍである前記（２）の溶接裏当て用鋼板。
（４）
２つの前記深さが深い溝の間の溝の深さが、該深さが深い溝側の溝から深さが徐々に浅くなっている前記（１）の溶接裏当て用鋼板。
（５）
前記複数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４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）
前記複数の溝の内の最も深い溝の部分における前記溝の形状が円弧状であり、その半径が５０〜２５５ｍｍである（６）請求項６の溶接裏当て用鋼板。
（１０）
前記複数の溝の内の最も深い溝の部分における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）
前記溝が鋼板の長手方向の全体に並列に配置されて設けられ、鋼板の両端部において、前記溝をピッチを細かくして、少なくとも１個追加した前記（７）の溶接裏当て用鋼板。
（１２）
前記（１）〜（１１）のいずれかの溶接用裏当て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、従来の溶接用裏当て金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したので、他の部分に比べて、その部分がより曲がりやすくなるため、例えば図４に示したように６角形とすることができるので、より容易に鋼管の内面に沿わせやすくなる。

また、本発明の溶接裏当て用鋼板においては、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用裏当て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、本発明の溶接用裏当て鋼板は、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の溶接用裏当て鋼板を曲げ、円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円形鋼管にあてがう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円形鋼管にあてがう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、円形鋼管、楕円形鋼管、これらの鋼管と角形鋼管等の多角形鋼管の一部ずつを組み合わせた異形鋼管等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円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、鋼板の幅方向に延び、鋼板の長手方向の全体に並列に配置された一連の複数の溝１０を設けたものである。図示した例は、半円用の溶接裏当て用鋼板であるが、溶接母材である鋼管の内周長に応じて、全円用、１／３円用、１／４円用等としてもよい。本溶接用裏当て鋼板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。

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、狭くなると後に説明する理由により、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ので、また現在の所の鋸刃の関係から下限は１．１ｍｍ程度である。

また、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、この多角形の辺と鋼管の内面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）。

本発明の実施の形態において、各溝１０の深さは、これらの溝の内、溶接母材の全内周に沿った状態で見て（鋼板で形成された裏当て金でみて。）、したがって、１本の溶接用裏当て鋼板で裏当て金を形成する場合には、１本の溶接用裏当て鋼板に、２本の溶接用裏当て鋼板で裏当て金を形成する場合には、２本の溶接用裏当て鋼板に総数で、３本の溶接用裏当て鋼板で裏当て金を形成する場合には、３本の溶接用裏当て鋼板に総数で、６箇所以上の溝が他の溝より深く形成されている。これらの深さが深くされた溝は、溶接母材の全内周に沿った状態で見て、等間隔に配置されていることが好ましい。これらの深さが深くされた溝の間の複数の浅い溝は、同一の深さを有していることが好ましい。
このとき、溝の底面が平らな場合、深い方の溝の部分における残存板厚を、１．５〜２．０ｍｍ、浅い方の溝の部分における残存板厚を、２．０〜２．５ｍｍとすることが好ましい。

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。すなわち、６本の溝の深さを、他の溝の深さより深くした場合には、図５に示したように、ほぼ６角形状となり、これを溶接母材の内側に沿わせ、２本の深い溝の間の部分をハンマー等で打撃してやれば、浅い溝の作用により、その部分が鋼管の内面に沿うようになる。

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、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。

なお、上記した実施の形態では、２つの深い溝の間の複数の浅い溝の深さを、全て同じ深さのものとして説明したが、該深さが深い溝側の溝から深さが徐々に浅くなっているように構成してもよい。

１：溶接用裏当て鋼板
１０：切り欠き溝
１０２：溶接母材（鋼管）
１０３：溶接母材（ダイヤフラム）
１０４：梁

Claims (12)

1. 円形または楕円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、１本または数本で溶接母材の全内周に沿うように配置される溶接裏当て用鋼板において、
   溶接母材の内曲面に当てるべき部分に、鋼板の幅方向に延び、鋼板の長手方向の全体に並列に配置された複数の溝が設けられており、
   これらの溝の内、溶接母材の全内周に沿った状態で見て、６箇所以上の溝が他の溝より深く形成されており、これらの深さが深くされた溝が、溶接母材の全内周に沿った状態で見て、等間隔に配置されている
   ことを特徴とする鋼管の溶接裏当て用鋼板。
2. 前記２つの深さが深い溝の間の溝の深さが、同一深さである請求項１の溶接裏当て用鋼板。
3. 前記２つの深さが深い溝の部分における残存板厚が１．５〜２．０ｍｍであり、前記２つの深さが深い溝の間の溝の部分における残存板厚が２．０〜２．５ｍｍである請求項２の溶接裏当て用鋼板。
4. 前記２つの深さが深い溝の間の溝の深さが、該深さが深い溝側の溝から深さが徐々に浅くなっている請求項１の溶接裏当て用鋼板。
5. 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４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１群の溝の内の最も深い溝の部分における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１群の溝の内の最も深い溝の部分における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. 前記溝が鋼板の長手方向の全体に並列に配置されて設けられ、鋼板の両端部において、前記溝をピッチを細かくして、少なくとも１個追加した請求項７の溶接裏当て用鋼板。
12. 請求項１〜１１のいずれかの溶接用裏当て鋼板を曲げて形成した溶接用裏当て金。