JP2022135541A - ボックス柱の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な接合部を有したボックス柱を製造するためのボックス柱の接合方法を提供する。【解決手段】ボックス柱を構成する上柱部材と下柱部材との接合部の空間において、ボックス柱の角の対角ラインを超える位置に、溶接を止めるタブを配置して、空間の一辺の溶接領域を溶接する先行溶接を行なう。そして、タブを取り外して、先行溶接の端部の端部を対角ラインに向かって削る。その後、先行溶接の端部に接合する後行溶接を行なう。【選択図】図２

Description

本発明は、ボックス柱を構成する上柱部材と下柱部材との接合部を溶接により接合するボックス柱の接合方法に関する。

ボックス柱を構成するために、上柱部材と下柱部材との接合部を、ロボットを用いた自動溶接で接合することが行なわれている。そして、この自動溶接では、接合部に、タブを斜め４５度に配置して対向する２辺を溶接（先行溶接）した後、タブを取り外し、残りの２辺を溶接（後行溶接）することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この文献に記載のボックス柱の自動溶接方法においては、対向する上下のボックス柱の開先隅肉部に耐火性フラックスタブを対角線方向に配置して溶接を行なう。

特開昭５４－１０３７５４号公報

上述したように、タブを対角線方向に配置して溶接を行なうことにより、端部の形状を整えることができる。しかしながら、先行溶接の始点や終点の両端部に、内部欠陥や表面欠陥が生じることがある。この場合、タブを取り外した後の後行溶接において、先行溶接との接合部に不具合が生じる可能性がある。

上記課題を解決する溶接方法は、ボックス柱を構成する上柱部材と下柱部材との接合部を溶接により接合する接合方法であって、前記接合部となる空間において、前記ボックス柱の角のラインを超える位置に、溶接を止めるタブを配置して、前記空間の一辺の溶接領域を溶接する先行溶接を行なう第１ステップと、前記タブを取り外して、前記先行溶接の端部を前記ラインに向かって削る第２ステップと、前記先行溶接の端部に接合する後行溶接を行なう第３ステップとを備える。

本発明によれば、良好な接合部を有したボックス柱を製造することができる。

実施形態において下柱部材に上柱部材を配置した斜視図。 実施形態においてボックス柱の接合方法の処理手順を説明した流れ図。 実施形態において接合部となる空間にタブを配置した斜視図。 実施形態において接合部となる空間にタブを配置した平面図。 実施形態においてタブを配置した状態で先行溶接を行なった平面図。 実施形態において先行溶接の端部を削った後の平面図。 実施形態において後行溶接を行なった平面図。

以下、図１～図７を用いて、ボックス柱の接合方法を具体化した一実施形態を説明する。ここで、本実施形態のボックス柱は、４枚の鋼板を四角枠形状となるように配置して構成された柱部材を積層して構成される。この場合、ボックス柱は、積層した柱部材の接合部を溶接により固定して構成される。以下、図においては、ボックス柱を構成する板の長さ、幅及び厚さ等の大きさは、把握し易いように変更して示している。

本実施形態においては、図１に示すように、まず、ボックス柱１０を構成する下柱部材１１の上に上柱部材１２を積層する。ここで、下柱部材１１と上柱部材１２とは、ほぼ同じ構成を有する。具体的には、下柱部材１１（上柱部材１２）は、２枚の短い板部材Ｔ１と、板部材Ｔ１より長い２枚の板部材Ｔ２とを有する。そして、離間した２枚の短い板部材Ｔ１の端部と、長い板部材Ｔ２を一定距離（ルートギャップ）離して、２枚対向して配置した状態で、角継手溶接部Ｗ１における溶接で板部材Ｔ１と板部材Ｔ２とを一体固定することにより、下柱部材１１（上柱部材１２）が構成される。なお、各柱部材（１１，１２）の内側の角には、ルートギャップに対応して裏当て金１３が配置されている。

また、積層される上柱部材１２の下端部には、例えば３５度の角度で傾斜した開先部１２ｇが形成されている。そして、下柱部材１１と上柱部材１２との間が一定距離（ルートギャップ）離れた状態を維持するように、各柱部材（１１，１２）の内側に、裏当て部材としての裏当て金１６，１７が配置される。裏当て金１６，１７は、それぞれ先行溶接の範囲、後行溶接の範囲に対応して設けられている。本実施形態では、裏当て金１６は、裏当て金１７より長く、先行溶接に用いられる。
更に、下柱部材１１の板部材Ｔ２及び上柱部材１２の板部材Ｔ２には、図示しないエレクションピースが設けられている。そして、これらエレクションピースを用いて、下柱部材１１と上柱部材１２との位置を整合させる。

（ボックス柱１０の溶接方法）
図２を用いて、ボックス柱１０の溶接方法の各ステップを説明する。
まず、図３に示すように、接合領域にタブを設置する（ステップＳ１）。ここでは、下柱部材１１と上柱部材１２との間であって、接合部が設けられる空間（接合領域）に、タブ１５を配置する。

この場合、図４に示すように、４つのタブ１５を、接合領域における各角部において板部材Ｔ２側にずれた位置に配置する。ここでは、先行溶接を行なう第１溶接領域Ｇ１が広がるように、第１溶接領域Ｇ１に対して対角ラインＬ１を超える位置に、４つのタブ１５を配置する。具体的には、下柱部材１１（上柱部材１２）の直交した方向で板部材Ｔ１，Ｔ２が接する角部のそれぞれにおいて、対角ラインＬ１と平行で、対角ラインＬ１より削り代Ｄ１分、長い板部材Ｔ２側となる位置に、タブ１５を配置する。ここで、対角ラインＬ１は、内側の角と外側の角とを結ぶ線であって、直交する板部材Ｔ１，Ｔ２の延在方向に対して４５度の角度をなす。また、削り代Ｄ１としては、例えば、約５ｍｍを用いる。この削り代Ｄ１は、タブ１５から隣接する他のタブ１５までの往復移動による溶接で、タブ１５と裏当て金１６とで囲まれた領域が空洞なく溶着可能な長さである。

次に、先行溶接を行なう（ステップＳ２）。具体的には、第１溶接領域Ｇ１の上方である上柱部材１２の板部材Ｔ１の外周に、直線のレールを、それぞれ、板部材Ｔ１と平行となるように取り付ける。そして、各レールに溶接ロボットをそれぞれ取り付ける。これら２個の溶接ロボットは、各レールに接続される走行台車と溶接トーチとを基台で連結して構成され、電源ケーブル及び溶接金属線材等が付帯される。そして、各溶接ロボットのトーチの先端を、第１溶接領域Ｇ１において、上柱部材１２の開先部１２ｇに臨むように、裏当て金１６と対向させて位置させる。

その後、図５に示すように、自動制御により、各第１溶接領域Ｇ１において、隣接するタブ１５からタブ１５までの間において、溶接ロボットをそれぞれ往復移動させて、溶接パスが重ねられて溶接が行なわれる。この場合、２個の溶接ロボットは、下柱部材１１に対して対向する辺を移動するように配置されており、第１溶接領域Ｇ１を同時に溶着する。先行溶接が終了した後、溶接ロボット及びレールを取り外す。

次に、図５に示すように、下柱部材１１と上柱部材１２との間の第１溶接領域Ｇ１から、タブ１５を取り外す（ステップＳ３）。このとき、先行溶接された部分（先行溶接部ＰＷ１）の端部は、タブ１５の片面に当接した位置であって、対角ラインＬ１よりも削り代Ｄ１分、板部材Ｔ２側に位置する。その後、エレクションピースも取り外す。

次に、図６に示すように、先行溶接部の端部を対角ラインに向かって削る（ステップＳ４）。ここでは、グラインダー等により、対角ラインＬ１まで、先行溶接部ＰＷ１の端部を削る。
次に、後行溶接を行なう（ステップＳ５）。具体的には、第２溶接領域Ｇ２の上方である上柱部材１２の板部材Ｔ２の外周に、直線のレールを、それぞれ、板部材Ｔ２と平行となるように取り付ける。そして、各レールに、上述した構成の溶接ロボットをそれぞれ取り付ける。そして、各溶接ロボットのトーチの先端を、第２溶接領域Ｇ２において、上柱部材１２の開先部１２ｇに臨むように、裏当て金１７と対向させて位置させる。

更に、図７に示すように、自動制御により、各第２溶接領域Ｇ２において、削られた先行溶接部ＰＷ１の端部の間において、溶接ロボットをそれぞれ往復移動させて、溶接パスが重ねられて溶接が行なわれる。この場合、２個の溶接ロボットは、下柱部材１１に対して対向する辺を移動するように配置されており、第２溶接領域Ｇ２を同時に溶着する。
そして、後行溶接が終了すると、板部材Ｔ１間の第２溶接領域Ｇ２には、後行溶接部ＴＷ１が形成される。そして、溶接ロボット及びレールを取り外す。
以上により、下柱部材１１と上柱部材１２との接合が終了する。結果として、下柱部材１１と上柱部材１２とは、接合領域に形成された先行溶接部ＰＷ１及び後行溶接部ＴＷ１によって構成される接合部で接合される。

（作用）
本実施形態では、タブ１５をずらして設置して（ステップＳ１）、先行溶接を行なう（ステップＳ２）。これにより、先行溶接部ＰＷ１には余剰部分が生じるので、この余剰部分の端部を削った（ステップＳ４）後、後行溶接を行なう（ステップＳ５）。従って、削ることにより、先行溶接の端部に生じる溶接の欠陥を除去した後、後行溶接を行なうことができる。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、下柱部材１１と上柱部材１２との間の接合領域においてタブ１５をずらして配置した後、先行溶接を行なう（ステップＳ２）。そして、先行溶接の端部を削った（ステップＳ４）後、この削った部分に接合する端部が形成される後行溶接を行なう（ステップＳ５）。これにより、先行溶接の端部において生じた空洞部分等の欠陥を削って少なくした後、この端部に後行溶接を行なうので、先行溶接と後行溶接とを良好に繋ぎ合わせたボックス柱１０を製造することができる。

（２）本実施形態では、先行溶接の領域が大きくなるように、タブ１５を対角ラインＬ１よりもずらして配置した後、先行溶接を行ない（ステップＳ２）、先行溶接の端部を対角ラインに向かって削る（ステップＳ４）。これにより、対角ラインＬ１より多めに溶接した端部を削るので、後から行なう後行溶接の端部を、削った先行溶接の端部に接合させることができる。また、端部を対角ラインＬ１に合わせて削るため、内側の角と外側の角とを結ぶ対角ラインＬ１に継ぎ目が揃うので、良好な外観を実現できる。更に、この場合、対角ラインＬ１となるように平行に削っていくので、グラインダー等で削り易い。

（３）本実施形態では、タブ１５を、対角ラインＬ１より削り代Ｄ１分、ずらして配置する。この削り代Ｄ１は、２つのタブ１５に跨る溶接パスで往復移動させただけで、タブ１５と裏当て金１６とで囲まれた領域が空洞なく溶着できる。

（４）本実施形態では、エレクションピースを用いて下柱部材１１及び上柱部材１２を整合させた後、エレクションピースを設けていない板部材Ｔ１の間の第１溶接領域Ｇ１を先に溶接する。これにより、下柱部材１１及び上柱部材１２を、効率的に整合させて溶接することができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態においては、接合領域に配置するタブ１５を、対角ラインＬ１から削り代Ｄ１分、ずらして配置した。この削り代Ｄ１の大きさは、端部に生じた空洞等の欠陥を削って除去できる大きさであれば、上述したように約５ｍｍに限定されない。ただし、削り代Ｄ１を大きくすると、削り代にある裏当て金１６との溶接を十分に行えないため、また削る作業に時間や労力がかかるため、削り代Ｄ１はなるべく小さくするほうが好ましい。

・上記実施形態においては、先行溶接部ＰＷ１の端部を、内側の角と外側の角を結んだ４５度の対角ラインＬ１に向かって、対角ラインＬ１まで削った。削る先行溶接部ＰＷ１の端部は、４５度に限られず、後行溶接が、先行溶接部ＰＷ１の端部と良好に繋げることができる直線形状に削ればよい。この場合、対角ラインＬ１に向かって削れば、正確に対角ラインＬ１まで削る必要はなく、対角ラインＬ１の付近まで削ればよい。

・上記実施形態では、下柱部材１１の板部材Ｔ１と上柱部材１２の板部材Ｔ１との間の第１溶接領域Ｇ１を先行溶接し、下柱部材１１の板部材Ｔ２と上柱部材１２の板部材Ｔ２との間の第２溶接領域Ｇ２を後から溶接（後行溶接）した。先行溶接と後行溶接の箇所は、逆であってもよい。この場合には、タブ１５は、先行溶接を行なう板部材Ｔ２の間の第２溶接領域Ｇ２よりも板部材Ｔ１側にずらして配置する。

・上記実施形態では、対向する２辺となる位置にレールと溶接ロボットとを配置し、対向する２辺を同時に溶接する。溶接ロボットで溶接する場合は、対向する２辺を同時に行なう必要はなく、１辺ずつ順番に行なってもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
（ａ）前記ラインは、前記ボックス柱の内側の角と外側の角とを結ぶ対角ラインであって、
前記第１ステップにおいて、前記タブを、前記対角ラインと平行に配置することを特徴とする請求項１に記載のボックス柱の接合方法。
（ｂ）前記タブは、前記裏当て部材とで形成される空間が、前記先行溶接による溶接によって埋まる領域の大きさを有することを特徴とする請求項１又は前記（ａ）に記載のボックス柱の溶接方法。
（ｃ）前記第１ステップは、対向する２つの第１接合領域に対して溶接を行ない、前記第３ステップは、前記第１接合領域に直交する第２接合領域に対して溶接を行なうことを特徴とする請求項１、前記（ａ）又は（ｂ）に記載のボックス柱の溶接方法。

Ｄ１…削り代、Ｇ１…第１溶接領域、Ｇ２…第２溶接領域、Ｔ１，Ｔ２…板部材、Ｗ１…角継手溶接部、Ｌ１…対角ライン、ＰＷ１…先行溶接部、ＴＷ１…後行溶接部、１０…ボックス柱、１１…下柱部材、１２…上柱部材、１２ｇ…開先部、１３，１６，１７…裏当て金、１５…タブ。

Claims (1)

1. ボックス柱を構成する上柱部材と下柱部材との接合部を溶接により接合する接合方法であって、
   前記接合部となる空間において、前記ボックス柱の角のラインを超える位置に、溶接を止めるタブを配置して、前記空間の一辺の溶接領域を溶接する先行溶接を行なう第１ステップと、
   前記タブを取り外して、前記先行溶接の端部を前記ラインに向かって削る第２ステップと、
   前記先行溶接の端部に接合する後行溶接を行なう第３ステップとを備えることを特徴とするボックス柱の接合方法。

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