JP2016175119A - 先組み溶接ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法において、スカラップ形成個所における不溶着スリットの発生と溶接熱影響部の靭性劣化を適切に解消することができる先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法を提供する。【解決手段】先組み溶接Ｈ形鋼を製造する際に、スカラップ１５形成個所に生じた不溶着スリット１７を、炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接を用いた塞ぎ溶接２０によって塞ぐようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨柱梁構造の梁に用いる先組み溶接Ｈ形鋼（先組みビルドＨ形鋼）の製造方法に関するものである。

鉄骨柱梁構造の梁として、溶接Ｈ形鋼（ビルドＨ形鋼）が用いられる場合が多い。

溶接Ｈ形鋼には、フランジ材とウェブ材をＨ形状に組み立て、フランジ材とウェブ材を溶接してから、ウェブ材の長手方向端部にスカラップを形成する先組み溶接Ｈ形鋼と、ウェブ材の長手方向端部にスカラップを形成しておいてから、フランジ材とウェブ材をＨ形状に組み立て、フランジ材とウェブ材を溶接する後組み溶接Ｈ形鋼とがある。本発明は、前者の先組み溶接Ｈ形鋼（先組みビルドＨ形鋼）に関するものである。

従来、先組み溶接Ｈ形鋼は、図４に示すような、下記（Ｓ１）〜（Ｓ４）の手順で製造されていた。

（Ｓ１）図４（ａ）に示すように、２枚のフランジ材１１と１枚のウェブ材１２をＨ形状に組み立てる。

（Ｓ２）次に、図４（ｂ）に示すように、フランジ材１１とウェブ材１２を主にサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）で溶接する。図４（ｂ）中の１３は溶接金属である。

（Ｓ３）次に、必要に応じて、図４（ｃ）に示すように、所定の長さに切断する。

（Ｓ４）そして、図４（ｄ）に示すように、フランジ材１１の長さ方向端部に開先１６を形成し、ウェブ材１２の長さ方向端部にスカラップ１５を形成する。これによって、先組み溶接Ｈ形鋼１０Ｘが完成する。

しかしながら、このような先組み溶接Ｈ形鋼１０Ｘに対して、近年、大地震の際に長手方向端部（スカラップ１５形成個所）の塑性変形性能（地震エネルギー吸収性能）が十分ではないのではとの懸念が示されるようになってきた（例えば、非特許文献１、２参照）。すなわち、以下の如くである。

図５は、上述した手順によって製造された従来の先組み溶接Ｈ形鋼１０Ｘの長手方向端部（スカラップ１５形成個所）の拡大図である。図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ矢視図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ矢視図である。

先組み溶接Ｈ形鋼１０Ｘでは、フランジ材１１とウェブ材１２を溶接した後に、ウェブ材１２の長さ方向端部にスカラップ１５を形成するので、図５（ｃ）に示すように、スカラップ１５が形成された個所で、ウェブ材１２の長さ方向端部とフランジ材１１との間に不溶着部（不溶着スリット）１７が生じる場合が多い。しかも、フランジ材１１とウェブ材１２をサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）で溶接していることから、不溶着部（不溶着スリット）１７形成個所でも大入熱溶接による溶接熱影響部（ＨＡＺ）１４の靭性劣化が起きている。

このような、スカラップ１５形成個所における不溶着部（不溶着スリット）１７の発生と溶接熱影響部（ＨＡＺ）１４の靭性劣化が、大地震時に亀裂の発生・進展を招き、脆性破壊を起こして、先組み溶接Ｈ形鋼１０Ｘの塑性変形性能（地震エネルギー吸収性能）の低下の要因になる可能性があると懸念されている。

なお、鉄骨構造におけるＨ形鋼のスカラップ部を補強する方法として、特許文献１には、現場での柱梁溶接後にスカラップを塞ぎ板で塞いでしまう方法が記載されているが、別途塞ぎ板を準備する必要があるなどの点から実用的でない。

特開平５−２１４７６５号公報

新田泰弘、中野達也、三浦加奈子：溶接組立Ｈ形断面材を用いた梁端接合部の脆性破壊、日本建築学会大会学術講演梗概集、Ｃ−１構造ＩＩＩ、ｐｐ１２０１−１２０４、２０１２年９月 倉成真也、中野達也：先組みビルトＨ梁におけるサブマージアーク溶接部の破壊靭性と梁端接合部の保有性能、日本建築学会大会学術講演梗概集、Ｃ−１構造ＩＩＩ、ｐｐ７２７−７２８、２０１４年９月

上述したように、従来の先組み溶接Ｈ形鋼１０Ｘでは、スカラップ１５形成個所における不溶着スリット１７の発生と溶接熱影響部１４の靭性劣化が、梁として使用する際の塑性変形性能（地震エネルギー吸収性能）の低下の要因になる可能性があると懸念されている。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、フランジ材とウェブ材をＨ形状に組み立て、フランジ材とウェブ材を溶接してから、ウェブ材の長手方向端部にスカラップを形成する先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法において、スカラップ形成個所における不溶着スリットの発生と溶接熱影響部の靭性劣化を適切に解消することができる先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］フランジ材とウェブ材をＨ形状に組み立て、フランジ材とウェブ材を溶接してから、ウェブ材の長手方向端部にスカラップを形成する先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法において、スカラップ形成個所に生じた不溶着スリットを炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接によって塞ぐことを特徴とする先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法。

［２］炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接に用いる溶接材料の強度は、母材の強度以下であることを特徴とする前記［１］に記載の先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法。

［３］不溶着スリットを炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接によって塞ぐ際に、不溶着スリットから離れた位置の溶接線が、フランジ材の幅方向に対して、フランジ材の長手方向中央部側に５〜１０°傾斜するようにすることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法。

本発明においては、先組み溶接Ｈ形鋼を製造するに際して、スカラップ形成個所における不溶着スリットの発生と溶接熱影響部の靭性劣化を適切に解消することができる。

本発明の実施形態１を示す図である。 本発明の実施形態１を示す図である。 本発明の実施形態２を示す図である。 従来の先組み溶接Ｈ形鋼の製造手順を示す図である。 従来の先組み溶接Ｈ形鋼におけるスカラップ形成個所の拡大図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１における先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａを示す図であり、従来の先組み溶接Ｈ形鋼１０Ｘについて示した図５（ｂ）に対応する図である。

図１に示すように、この実施形態１における先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａは、図５に示したような、従来の先組み溶接Ｈ形鋼１０Ｘにおいてスカラップ１５形成個所に生じた不溶着スリット１７を、炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接を用いた塞ぎ溶接２０によって塞ぐようにしたものである。

すなわち、この実施形態１における先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａの製造手順は、以下に示すように、図４に示した従来の先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａの製造手順（Ｓ１）〜（Ｓ４）に、塞ぎ溶接２０を行う（Ｓ５）を追加したものである。

（Ｓ１）図４（ａ）に示すように、２枚のフランジ材１１と１枚のウェブ材１２をＨ形状に組み立てる。

（Ｓ２）次に、図４（ｂ）に示すように、フランジ材１１とウェブ材１２をサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）で溶接する。

（Ｓ３）次に、必要に応じて、図４（ｃ）に示すように、所定の長さに切断する。

（Ｓ４）そして、図４（ｄ）に示すように、フランジ材１１の長さ方向端部に開先１６を形成し、ウェブ材１２の長さ方向端部にスカラップ１５を形成する。

（Ｓ５）さらに、図１に示すように、不溶着スリット１７を炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接を用いた塞ぎ溶接２０によって塞ぐ。これによって、先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａが完成する。

このようにして、この先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａでは、サブマージアーク溶接に比べて小入熱溶接であり、溶接熱影響部の靭性劣化が起き難い炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接を用いた塞ぎ溶接２０によって不溶着スリット１７が塞がれているとともに、サブマージアーク溶接での大入熱溶接で靭性劣化が生じていた溶接熱影響部１４も塞ぎ溶接２０による焼き戻し効果（テンパー効果）によって靭性が改善されている。その結果、大地震時においても、長手方向端部（スカラップ１５形成個所）からの亀裂の発生・進展を防ぐことができるようになっている。

図２は、この実施形態１における先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａの塞ぎ溶接２０をより詳しく示した図である。

図２に示すように、この実施形態１における塞ぎ溶接２０は、溶接開始点２１から溶接終了点２３まで１ビード（単層盛り）で連続的に溶接するようにしている。

そして、塞ぎ溶接２０の溶接線は、不溶着スリット１７の個所ではフランジ材１１の幅方向に延びているが、不溶着スリット１７から離れた個所では、フランジ材１１の幅方向に対して、フランジ材１１の長手方向中央部側に角度θだけ傾斜している。これは、この先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａを梁として柱と溶接した際に、もし、大地震時にスカラップ１７からの亀裂が生じた場合でも、靭性が低い柱梁溶接部（フランジ材１１の長手方向端部側）に亀裂を伝播させないで、延性に優れたフランジ材１１側（フランジ材１１の長手方向中央部側）に逃がすようにするためである。角度θについては、塞ぎ溶接２０を行う際に、急激な溶接速度の変化がなく、溶接欠陥が生じ難いように、θ＝５〜１０°程度とするのがよい。

そして、溶接開始点２１から溶接終了点２３までの溶接長さが短いと、上記のような、亀裂を延性に優れたフランジ材１１側に逃がす効果が少なくなることと、溶接後に、スカラップ１５近傍のフランジ材１１やウェブ材１２が冷める際に、急冷になり、溶接熱影響部の硬さ上昇と靭性劣化が起きる可能性があることから、溶接開始点２１から溶接終了点２３までの溶接長さは１００ｍｍ以上とするのが好ましい。

なお、通常、溶接部からの亀裂発生の防止等のために、溶接後に溶接部をグラインダー仕上げすることが多いが、この塞ぎ溶接２０については、上述したような効果があることから、溶接後の溶接部をグラインダー仕上げすることは不要である。

ここで、塞ぎ溶接２０に用いる溶接材料については、通常、母材と同じ強度（引張強さ）以上の溶接材料を用いればよいが、この実施形態１のように、１ビード（単層盛り）で、長くともフランジ材１１の幅程度の短い溶接線の場合、溶接後の溶接部の冷却速度が速いために、必要以上に溶接部の強度（引張強さ）が高くなり、溶接欠陥が出易くなるので、塞ぎ溶接２０に用いる溶接材料の強度（引張強さ）は、母材（フランジ材１１、ウェブ材１２）の強度（引張強さ）以下にするのが好ましい。ただし、溶接部の強度確保の点から、母材（フランジ材１１、ウェブ材１２）の強度（引張強さ）の５０％以上とするとよい。

なお、フランジ材１１とウェブ材１２の強度が異なっている場合には、強度が低い方を母材と見なせばよい。

このようにして、この実施形態１における先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａは、スカラップ１５形成個所での不溶着スリット１７の発生と溶接熱影響部１４の靭性劣化を適切に解消しており、大地震に対しても良好な塑性変形性能（地震エネルギー吸収性能）を備えている。

［実施形態２］
本発明の実施形態２は、上記の実施形態１と基本的な構成は同じであるが、実施形態１と塞ぎ溶接２０のやり方が異なっている。

すなわち、実施形態１では、図２に示したように、塞ぎ溶接２０を１回で行っているが、この実施形態２では、図３に中間状態を示すように、塞ぎ溶接２０を２回に分けて行うようにしている。

言い換えれば、図３は、１回目の塞ぎ溶接２０が終了した状態であり、溶接開始点２１から溶接折り返し点２２まで溶接した後、溶接折り返し点２２で折り返して、溶接終了点２３まで溶接した状態である。この後、ウェブ材１２を挟んで反対側に２回目の塞ぎ溶接２０を行ことによって、図１に示した先組み溶接Ｈ形鋼１０Ａが得られる。

したがって、この実施形態２は、塞ぎ溶接２０を１回で行うことが難しい場合に適用するとよい。

なお、図３において、溶接開始点２１から溶接折り返し点２２までの溶接長さは、上記の実施形態１で述べたことから、５０ｍｍ以上とするのが好ましい。また、溶接折り返し点２２から溶接終了点２３までの溶接長さについては、溶接終了点２３は溶接欠陥が発生しやすいので、なるべくスカラップ１５から離れるように、２０ｍｍ以上とするのが好ましい。

このようにして、この実施形態２においても、スカラップ１５形成個所での不溶着スリット１７と溶接熱影響部１４の靭性劣化を適切に解消しており、大地震に対しても良好な塑性変形性能（地震エネルギー吸収性能）を備えることができる。

１０Ａ 先組み溶接Ｈ形鋼
１０Ｘ 先組み溶接Ｈ形鋼
１１ フランジ材
１２ ウェブ材
１３ 溶接金属
１４ 溶接熱影響部
１５ スカラップ
１６ 開先
１７ 不溶着スリット
２０ 塞ぎ溶接
２１ 溶接開始点
２２ 溶接折り返し点
２３ 溶接終了点

Claims (3)

1. フランジ材とウェブ材をＨ形状に組み立て、フランジ材とウェブ材を溶接してから、ウェブ材の長手方向端部にスカラップを形成する先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法において、スカラップ形成個所に生じた不溶着スリットを炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接によって塞ぐことを特徴とする先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法。
2. 炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接に用いる溶接材料の強度は、母材の強度以下であることを特徴とする請求項１に記載の先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法。
3. 不溶着スリットを炭酸ガスアーク溶接または被覆アーク溶接によって塞ぐ際に、不溶着スリットから離れた位置の溶接線が、フランジ材の幅方向に対して、フランジ材の長手方向中央部側に５〜１０°傾斜するようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の先組み溶接Ｈ形鋼の製造方法。

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