JP2021020243A

JP2021020243A - ボックス型鋼構造物の溶接方法

Info

Publication number: JP2021020243A
Application number: JP2019139216A
Authority: JP
Inventors: 野瀬　哲郎; Tetsuo Nose; 哲郎野瀬; 雅哉齋藤; Masaya Saito; 奥山　健二; Kenji Okuyama; 健二奥山
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-07-29
Also published as: JP7239418B2

Abstract

【課題】外面からの溶接のみでボックス型鋼構造物の内面に安定した裏波ビードを形成することができるボックス型鋼構造物の溶接方法を提供する。【手段】ボックス型鋼構造物の溶接方法において、該ボックス型鋼構造物の垂直上側部材と垂直下側部材または水平部材にレ形、Ｖ形、Ｊ形またはＵ形開先を設けて突き合せて仮組溶接し、前記垂直上側部材開先先端下部の垂直下側部材または水平部材の表面を開先内側から予めプラズマアークガウジングでルートギャップが２．０〜４．０ｍｍになるようにガウジングした後、開先内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接することを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、ボックス型鋼構造物の溶接方法に関し、ボックス型鋼構造物の内面から溶接困難な場合においても、外面からの溶接のみでボックス型鋼構造物の内面に安定した裏波ビードを形成することができるボックス型鋼構造物の溶接方法に関する。

従来、建築ボックス柱・梁、橋梁ボックス柱・梁及び建設機械のアーム・ビーム等のボックス型鋼構造物は、内面から溶接可能な場合は、特許文献１に記載のように、垂直上側部材の開先の無い裏側からすみ肉溶接を行った後に表側からすみ肉溶接して突合せ溶接が可能となる。特許文献２には、内面に裏当金を用いて表面から溶接する技術が記載されている。

また、垂直上側部材と垂直下側部材を横向姿勢で片面から突合せ溶接する場合は、特許文献３に記載のように、垂直上側部材と垂直下側部材の開先部にルートギャップを設けて裏面に裏当て材を取付けて裏波溶接する。

しかし、ボックス型鋼構造物で内面から溶接できない場合や裏当て材を取付けられない場合が存在する。例えば、図１１及び図１２は溶接の際、ルート部に未溶着部８が存在する例を示す図である。図１１及び図１２に示すように垂直上側部材７１と垂直下側部材７２または水平部材７３の開先のルート部に未溶着部８が存在し、ボックス型鋼構造物の用途によっては疲労破壊の起点となるという問題点があった。

前記の課題に対して、特許文献４には、予め開先の裏面の水平部材にビードオンプレートで裏ビード部を形成して開先ルート部の溶け落ちを防止する技術の開示がある。また、特許文献５には、予め垂直上側部材の開先ルート部裏面及び開先の裏面の水平部材にビードオンプレートで裏ビード部を形成して、溶接金属の突き抜け及び未溶着部の残留を防止するという技術の開示がある。

しかし、特許文献４及び特許文献５に記載の方法で、垂直上側部材と水平部材を仮付けした後のルートギャップは０〜３ｍｍ程度であり、このままガスシールドアーク溶接した場合には、ルートギャップが２ｍｍを超えた箇所では裏波ビードが形成されるが、ルートギャップが２ｍｍ未満の場合には溶接部に未溶着部が存在するという問題があった。なお、ルートギャップが２ｍｍ未満の箇所は、ガスシールドアーク溶接の溶接電流を高くして溶け込み深さが得られるように溶接することも考えられるが、裏波溶接においては溶接電流を高くして溶接すると高温割れが生じやすいという問題点もあった。

特開２００７−２１５６１号公報特開平８−２６７２３７号公報特開平７−１１２６号公報特開平４−２３８６７０号公報特開平６−２３５４４号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、ボックス型鋼構造物で内面から溶接できない場合や裏当て材を取付けられない場合においても、外面からの溶接のみでボックス型鋼構造物の内面に安定した裏波ビードを形成することができるボックス型鋼構造物の溶接方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記問題点を解決するために、ボックス型鋼構造物の溶接方法において、内面から溶接できない場合や裏当て材を取付けられない場合においても、外面からの溶接のみで安定した裏波ビードが形成できる溶接方法について詳細に検討した。

その結果、垂直上側部材と垂直下側部材または水平部材に開先を設けて突き合せて仮組溶接し、垂直上側部材開先先端下部の垂直下側部材または水平部材の表面を予めプラズマアークガウジングでルートギャップが２．０〜４．０ｍｍになるようにガウジングした後、開先内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接することによって安定した裏波ビードが得られることを見出した。

また、垂直上側部材開先先端下部の水平部材の表面を予めプラズマアークガウジングでルートギャップが２．５〜４．５ｍｍになるようにガウジングした後、垂直上側部材裏の水平部材の表面にガスシールドアーク溶接で開先内側からビードオンプレート溶接し、次いで開先内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接することによって更に裏側に安定した裏ビード及び脚長が得られることも見出した。

すなわち、本発明の要旨は、
（１）ボックス型鋼構造物の溶接方法において、該ボックス型鋼構造物の垂直上側部材と垂直下側部材または水平部材にレ形、Ｖ形、Ｊ形またはＵ形開先を設けて突き合せて仮組溶接し、前記垂直上側部材開先先端下部の垂直下側部材または水平部材の表面を開先内側から予めプラズマアークガウジングでルートギャップが２．０〜４．０ｍｍになるようにガウジングした後、開先内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接することを特徴とするボックス型鋼構造物の溶接方法。
（２）ボックス型鋼構造物の溶接方法において、該ボックス型鋼構造物の垂直上側部材と水平部材にレ形、Ｖ形、Ｊ形またはＵ形開先を設けて突き合せて仮組溶接し、前記垂直上側部材開先先端下部の水平部材表面を開先内側から予めプラズマアークガウジングでルートギャップが２．５〜４．５ｍｍになるようにガウジングした後、垂直上側部材裏の水平部材表面に開先内側からガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接し、次いで開先内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接することを特徴とするボックス型鋼構造物の溶接方法にある。

本発明のボックス型鋼構造物の溶接方法によれば、ボックス型鋼構造物で内面から溶接できない場合や裏当て材を取付けられない場合において、予めプラズマアークガウジングでルートギャップを適正として裏波溶接しているので、外面からの溶接のみで完全溶け込み溶接を実現した高品質なボックス型鋼構造物を製造することができる。

更に、予めプラズマアークガウジングでルートギャップを適正にした後、垂直上側部材裏の水平部材表面に開先内側からビードオンプレート溶接し、次いで裏波溶接しているので、外面からの溶接のみで完全溶け込みを実現するとともに疲労強度が向上する高品質なボックス型鋼構造物を製造することができる。

本発明の垂直上側部材と垂直下側部材を有するボックス型鋼構造物の例を示す断面図である。本発明の垂直上側部材と水平部材を有するボックス型鋼構造物の例を示す断面図である。図１のａ部の拡大図で、（ａ）はレ形、（ｂ）はＶ形、（ｃ）はＪ形、（ｄ）はＵ形開先を示す。図２のｂ部の拡大図で、（ａ）はレ形、（ｂ）はＶ形、（ｃ）はＪ形、（ｄ）はＵ形開先を示す。図３（ａ）及び（ｂ）開先の垂直上側部材開先先端下部の垂直下側部材の表面をプラズマアークガウジングでルートギャップを付与した状態を示す図である。図４（ａ）及び（ｂ）開先の垂直上側部材開先先端下部の水平部材の表面をプラズマアークガウジングでルートギャップを付与した状態を示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）のルートギャップを付与した後、裏波溶接した状態を示す図である。図６（ａ）及び（ｂ）のルートギャップを付与した後、裏波溶接した状態を示す図である。図６（ａ）及び（ｂ）の垂直上側部材裏の水平部材表面にガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接した状態を示す図である。図９（ａ）及び（ｂ）の垂直上側部材裏の水平部材表面にガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接した後、裏波溶接した状態を示す図である。溶接の際、ルート部に未溶着部が存在する例を示す図である。溶接の際、ルート部に未溶着部が存在する例を示す図である。

図１及び図２に、本発明で用いるボックス型鋼構造物の溶接方法が適用される垂直上側部材１と垂直下側部材２または水平部材３を有するボックス型鋼構造物の例の断面図を示す。図１は、垂直上側部材１に開先１０を設け、垂直上側部材１と垂直下側部材２を突き合せた例である。図３は図１におけるａ部の拡大図であり、垂直上側部材１と垂直下側部材２の間に位置するＧはルートギャップを示し、Ｒはルートフェイスを示す。図３（ａ）はレ形の開先１０、図３（ｂ）はＶ形の開先１０、図３（ｃ）はＪ形の開先１０及び図３（ｄ）はＵ形の開先１０をそれぞれ示す。

図２は、垂直上側部材１の上下にレ形の開先１０を設け、水平部材３を垂直上側部材１の上下に設けた例である。水平部材３の両下側をガスシールドアーク溶接した後、ボックス型鋼構造物を反転して水平部材３の上側をガスシールドアーク溶接する。図４は、図２におけるｂ部の拡大図であり、垂直上側部材１と水平部材３の間に位置するＧはルートギャップを示し、Ｒはルートフェイスを示す。図４（ａ）はレ形の開先１０、図４（ｂ）はＶ形の開先１０、図４（ｃ）はＪ形の開先１０及び図４（ｄ）はＵ形の開先１０を示す。

図１及び図２のボックス型鋼構造物を仮組溶接した時に、図３及び図４に示すルートギャップＧが０〜３ｍｍ程度になり、このままの状態で開先１０内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接すると裏波ビード６が形成される箇所と、図１１及び図１２に示すようにルート部に未溶着部８が存在する場合がある。

本発明においては、図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ボックス型鋼構造物の垂直上側部材１と垂直下側部材２または水平部材３に開先を設け、仮組溶接後の垂直上側部材１における開先１０側の先端に、垂直下側部材２または水平部材３の表面を開先内側から予めプラズマアークガウジングでルートギャップＧが２．０〜４．０ｍｍになるようにガウジング部４を形成する。次いで図７（ａ）、（ｂ）及び図８（ａ）、（ｂ）に示すように、開先１０の内側から開先１０内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接することによって、垂直上側部材１と垂直下側部材２または水平部材３の間に位置する溶接部５の溶接長全線にわたって健全な裏波ビード６を得ることができる。

裏波溶接後は、通常の横向き姿勢により多層盛溶接を行うことによって、ボックス型鋼構造物の内面から溶接困難な場合においても、外面からの溶接のみで高品質なボックス型鋼構造物を製造することができる。

しかし、垂直上側部材１における開先１０側の先端に、垂直下側部材２または水平部材３における表面のプラズマアークガウジングでのルートギャップＧが２．０ｍｍ未満のガウジング部４が形成されると、開先１０内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接しても裏波ビード６は得られず、図１１及び図１２に示す未溶着部８が生じる。一方、垂直上側部材１における開先１０側の先端に、垂直下側部材２または水平部材３における表面のプラズマアークガウジングでのルートギャップＧが４．０ｍｍを超えるガウジング部４が形成されると、開先１０内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接すると溶融金属が開先１０の裏面に抜けて裏波ビード６を形成することができない。なお、プラズマアークガウジングによるガウジング部４の形成は、裏波ビード６を安定して得るために、好ましくはルートギャップＧを２．５〜３．５ｍｍとする。また、ルートフェイスＲは特に限定しないが、安定した裏波ビード６を得るために０〜３ｍｍであることが好ましい。

また、図２の垂直上側部材１の上下に開先１０を設け、水平部材３を垂直上側部材１の上下に設けるボックス型鋼構造物の溶接において、図６（ａ）、（ｂ）に示すように仮組溶接後垂直上側部材１における開先１０側の先端に、水平部材３の表面を開先内側から予めプラズマアークガウジングでルートギャップＧが２．５〜４．５ｍｍになるようにガウジング部４を形成した後、図９（ａ）、（ｂ）及び図１０（ａ）、（ｂ）に示すように垂直上側部材１の裏における水平部材３の表面に開先内側からガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接部７を形成し、次いで開先１０の内側から開先１０内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接して溶接部５において裏波ビード６を形成する。

垂直上側部材１の裏における水平部材３表面に開先１０の内側からガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接した後に開先１０内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接して裏波ビード６を形成することによって、図１２に示すようにルート部に未溶着部８が生じることがないので疲労破壊の起点となることがない。また、ビードオンプレート溶接と裏波溶接によって形成される開先１０における裏側の溶接ビードは、脚長が十分得られるので更に疲労強度が向上する。

裏波溶接後は、通常のすみ肉多層盛溶接を行うことによって、ボックス型鋼構造物の内面から溶接困難な場合においても、外面からの溶接のみで高品質なボックス型鋼構造物を製造することができる。

しかし、垂直上側部材１における開先１０側の先端に、水平部材３における表面のプラズマアークガウジングでのルートギャップＧが２．５ｍｍ未満のガウジング部４が形成されると、垂直上側部材１の裏における水平部材３の表面に開先１０の内側からガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接をすることが困難となる。一方、垂直上側部材１における開先１０側の先端で、水平部材３の表面のプラズマアークガウジングでのルートギャップＧが４．５ｍｍを超えると、垂直上側部材１の裏における水平部材３の表面に開先１０の内側からガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接は容易であるが、開先１０内のガスシールドアーク溶接で裏波溶接すると溶融金属が開先１０の裏面に抜けて裏波ビード６を形成することができない。なお、プラズマアークガウジングによるガウジング部４の形成は、垂直上側部材１の裏における水平部材３の表面において開先１０の内側からガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接部７及び裏波ビード６を安定して得るために、好ましくはルートギャップＧを３〜４ｍｍ、ルートフェイスＲは０〜３ｍｍとする。

以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。

板厚１６ｍｍの鋼板（ＪＩＳＧ３１０６ＳＭ４９０Ａ）を用いて、垂直上側部材と垂直下側部材とを表１に示す開先形状として付き合わせて仮組溶接した。また、垂直上側部材と水平部材とを表１に示す開先形状として突合せて仮組溶接した。試験板長さは５００ｍｍとした。

表１に各種開先条件を示す。開先内側からのプラズマアークガウジングは表２に示す条件で、垂直上側部材における開先側の先端に垂直下側部材または水平部材表面をガウジングして表１に示す各種サイズのルートギャップとした。

各試験のガスシールドアーク溶接は、ＪＩＳＺ３３１２ＹＧＷ１６に規定される１．２ｍｍ径のソリッドワイヤを用いて表３に示すガスシールドアーク溶接条件で開先内側から裏波溶接して裏波ビードを形成した。溶接時のワイヤの狙い位置は、垂直上側部材における開先側の先端から開先側５ｍｍにおける位置とした。

溶接の評価は、裏波溶接後の未溶着部の有無と裏波ビードの状態を目視で調査した。それらの結果も表１にまとめて示す。

表１中試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６が本発明例、試験Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１１は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は、プラズマアークガウジング後のルートギャップが適正であるので、ガスシールドアーク溶接による裏波溶接後に未溶着部がなく裏波ビードの状態も良好であり極めて満足な結果であった。

比較例中試験Ｎｏ．７は、プラズマアークガウジングでルートギャップを形成しなかったので、ガスシールドアーク溶接による裏波溶接後に未溶着部が生じるとともに裏ビードが得られなかった。

試験Ｎｏ．８及びＮｏ．１１は、プラズマアークガウジングでルートギャップを形成したがルートギャップが狭いので、ガスシールドアーク溶接による裏波溶接後に未溶着部が生じるとともに裏ビードが得られなかった。

試験Ｎｏ．９及びＮｏ．１０は、プラズマアークガウジング後のルートギャップが広いので、ガスシールドアーク溶接による裏波溶接で溶融金属が開先裏面に抜けて裏波ビードを形成することができなかった。

板厚１６ｍｍの鋼板（ＪＩＳＧ３１０６ＳＭ４９０Ａ）を用いて、垂直上側部材と水平部材とを表４に示す開先形状として突合せて仮組溶接した。試験板の長さは５００ｍｍとした。

表４にプラズマガウジング後の各種開先条件を示す。開先内側からのプラズマアークガウジングは表２に示す条件で、垂直上側部材における開先側の先端に水平部材の表面をガウジングして表４に示す各種サイズのルートギャップとした。

各試験の開先内側からのガスシールドアーク溶接によるビードオンプレート溶接及び裏波溶接は、ＪＩＳＺ３３１２ＹＧＷ１６に規定される１．２ｍｍ径のソリッドワイヤを用いて表３に示す溶接条件でガスシールドアーク溶接によるビードオンプレート溶接後に裏波溶接して裏波ビードを形成した。溶接時におけるワイヤの狙い位置は、ビードオンプレート溶接を垂直上側部材における開先側の先端とし、裏波溶接は垂直上側部材における開先側の先端から開先側５ｍｍの位置とした。

溶接の評価は、ビードオンプレート溶接部の状態と裏波溶接後の裏波ビードの状態を目視で調査した。それらの結果も表４にまとめて示す。

試験Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１４は本発明例、試験Ｎｏ．１５及びＮｏ．１６は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１４は、プラズマアークガウジング後のルートギャップが適正であるので、開先内側からのガスシールドアーク溶接によるビードオンプレート溶接部の状態及び裏波溶接後の裏波ビードの状態共に良好であり極めて満足な結果であった。

比較例中試験Ｎｏ．１５は、プラズマアークガウジングによるルートギャップが狭いので、開先内側からのビードオンプレート溶接ができなかった。

試験Ｎｏ．１６は、プラズマアークガウジングによるルートギャップが広いので、開先内側からのビードオンプレート溶接は良好であったが、裏波溶接で溶融金属が開先裏面に抜けて裏波ビードを形成することができなかった。

１垂直上側部材
２垂直下側部材
３水平部材
４ガウジング部
５溶接部
６裏波ビード
７ビードオンプレート溶接部
８未溶着部
１０開先
Ｇルートギャップ
Ｒルートフェイス

Claims

ボックス型鋼構造物の溶接方法において、該ボックス型鋼構造物の垂直上側部材と垂直下側部材または水平部材にレ形、Ｖ形、Ｊ形またはＵ形開先を設けて突き合せて仮組溶接し、前記垂直上側部材開先先端下部の垂直下側部材または水平部材の表面を開先内側から予めプラズマアークガウジングでルートギャップが２．０〜４．０ｍｍになるようにガウジングした後、開先内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接することを特徴とするボックス型鋼構造物の溶接方法。
ボックス型鋼構造物の溶接方法において、該ボックス型鋼構造物の垂直上側部材と水平部材にレ形、Ｖ形、Ｊ形またはＵ形開先を設けて突き合せて仮組溶接し、前記垂直上側部材開先先端下部の水平部材表面を開先内側から予めプラズマアークガウジングでルートギャップが２．５〜４．５ｍｍになるようにガウジングした後、垂直上側部材裏の水平部材表面に開先内側からガスシールドアーク溶接でビードオンプレート溶接し、次いで開先内をガスシールドアーク溶接で裏波溶接することを特徴とするボックス型鋼構造物の溶接方法。