JP2548613B2 - 開先切断方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は予め所定の寸法に切断された被切断材の端面
に異なった形状の開先を形成するための開先切断方法と
装置に関するものである。

＜従来の技術＞ 従来より鋼板を溶接接合する場合の継手には、突合わ
せ継手,T継手，角継手等がある。そして溶接される鋼板
の厚さが厚い場合には、溶け込みが充分となるように鋼
板の端部に開先を形成している。

近年、高層鉄骨構造物の需要が増大しているが、これ
等の構造物に於ける柱材として従来はＨ型鋼が用いられ
ていた。然し最近に至り、より耐震強度の優れたものと
して第５図に示すような箱型構造を有する柱材１が開発
された。

前記柱材１について具体的に説明すると、該柱材１
は、複数の階層を貫通し得る長さを持って形成されてお
り、各階層に対応した位置に横桁２を接合するための仕
口３が形成されている。柱材１は、第５図のVI−VI矢視
図である第６図に示すように、フランジ材４の端部にウ
ェブ材５を直角に当接し、該当接位置を略全長にわたっ
て溶接して構成した箱型構造を有している。また柱材１
の内部には、横桁２の取付位置に対応してダイヤフラム
６が接合されている。

前記フランジ材４及びウェブ材５には厚さ19〜50mm、
或いはそれ以上の厚さを有する鋼板が用いられている。
またフランジ材４とウェブ材５との溶接構造は、仕口３
の近傍ではウェブ材５の全厚を溶着する完全溶込溶接構
造とし、且つ仕口３から所定距離離隔した位置ではウェ
ブ材５の厚さの約1/2を溶着する部分溶込溶接構造とし
ている。このため、フランジ材４及びウェブ材５の端部
には、略全長にわたって第７図及び第８図（Ａ），
（Ｂ）に示すような形状を有する開先が形成されてい
る。

図に於いて、仕口３に於ける２枚のダイヤフラム６間
及び該ダイヤフラム６の近傍には、フランジ材４とウェ
ブ材５との溶着を完全溶込溶接構造とするために、第８
図（Ａ）に示す完全溶込開先７（以下『開先７』とい
う）が形成されている。また仕口３から所定距離離隔し
た位置には、フランジ材４とウェブ材５との溶着を部分
溶込溶接構造とするために、第８図（Ｂ）に示す部分溶
込開先８（以下『開先８』という）が形成されている。

尚、第７図に於いて、10は開先７と開先８との間に形
成された開先角度を変更するための移行部であり、11は
横桁２を接合するためにフランジ材４とウェブ材５との
溶接を施さない非溶接部である。また12はダイヤフラム
６をフランジ４に接合する際に溶接棒を導入するための
孔である。

上記の如き柱材１を製造するに際し、ウェブ材５の両
端に開先7,8を上縁5aを基線として、例えばガス切断に
よって切断する場合、上縁5aがウェブ材５の表面5c上に
あるため比較的容易に形成することが出来る。

フランジ材４の両端に開先7,8を上縁4aを基線とし
て、例えばガス切断によって切断する場合、上縁4aがフ
ランジ材４の端面4dにあるため第９図（Ａ），（Ｂ）に
示すように切断している。このようにフランジ材４に開
先7,8を形成するに際し、上縁4aを基線として切断する
場合には、切断トーチ13の制御を容易に行うことが可能
である。

また一般に開先を形成した鋼材を溶接接合する際に、
該開先に要求されるルートフェースの寸法精度、即ち、
開先深さの寸法精度は±0.5mmである。従って、第10図
に示すようにフランジ材４及びウェブ材５に形成された
開先7,8を突き合わせた場合、フランジ材４に形成され
た開先7,8の下縁4bとウェブ材５に形成された開先7,8の
下縁5bとの段違い誤差ａを０〜1mmの範囲に収めること
が必要である。この値以上の誤差ａが生じたものを溶接
した場合、溶接部に溶け込み不足，ブローホール等の溶
接欠陥が生じる虞がある。

一方、開先角度誤差については、段違い誤差ａほど溶
接欠陥の発生に対する影響は生じない。

＜発明が解決しようとする課題＞ 然し、フランジ材４の両端部にガス切断によって開先
7,8を形成するに際し、第９図（Ａ）に示すように切断
した場合には、溶融スラグが残材側に集中し、母材側で
あるフランジ材４に対する予熱が不足する。このため、
切断面の面粗度が粗くなり、下縁4bの精度を所定の範囲
に収めることが困難となる。

また同図（Ｂ）に示すように切断した場合には、切断
面の品質は向上するが、フランジ材４の板厚ｔが厚くな
ると、僅かな切断酸素気流の乱れによって下縁4bが所定
の精度範囲から外れることがある。また、フランジ材４
を切断定盤14上に載置して切断する際に切断トーチ13が
該定盤14と干渉する虞があり、このため、切断定盤14に
対しフランジ材４を特定位置に載置する等の処置が必要
となり、作業の段取時間がかかる等の不都合がある。

本発明の目的は、フランジ材の両端に開先を形成する
に際し、開先の寸法精度を所定範囲に収めることが出来
る開先切断方法と装置を提供せんとするものである。

＜課題を解決するための手段＞ 上記課題を解決するための開先切断方法は、フランジ
材の端部にウェブ材の端面を当接し該当接位置を溶接し
て山型或いは溝型を形成するに際し、前記フランジ材の
端部に異なる開先角度と異なる開先深さを有する複数の
開先を連続的に形成するための開先切断方法であって、
予め所定寸法に切断されたフランジ材に対し、該フラン
ジ材の表面に形成される前記開先の下縁を基線としたプ
ロファイルを開先形状に応じた角度で切断することを特
徴とするものである。

また開先切断装置は、予め所定寸法に切断された被切
断材に開先切断を行うための切断手段と、前記切断手段
を前記被切断材の長手方向に走行させるための走行キャ
リッジと、前記切断手段を前記被切断材の長手方向と直
角方向に走行させるための横行キャリッジと、前記切断
手段の被切断材に対する角度を変更するための角度変更
手段と、前記被切断材に形成される開先形状を記憶する
ための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された開先形状
を指定すると共に該開先形状の切断区間を指定するため
の入力手段と、前記入力手段によって指定された開先形
状及び該開先の切断区間から開先の下縁を基線とする切
断プロファイルを演算するための演算手段と、前記演算
手段によって演算された切断プロファイルに応じて前記
走行キャリッジ，横行キャリッジ及び角度変更手段を制
御するための制御手段を有して構成されるものである。

＜作用＞ 上記開先切断方法によれば、フランジ材の端部に異な
る開先角度と異なる開先深さを有する複数の開先を連続
的に形成するに際し、予め所定寸法に切断されたフラン
ジ材の表面に形成される開先の下縁を基線とした切断プ
ロファイルを、開先形状に応じた角度で切断することに
よって、フランジ材の板厚に関わらずルートフェースの
寸法精度、即ち、開先深さの寸法精度を維持することが
出来る。

また上記切断装置によれば、ガス切断トーチ或いはプ
ラズマ切断トーチ等の切断手段を、走行キャリッジと横
行キャリッジとによって、直交する二方向に移動させる
ことが出来、且つ角度変更手段によって所定角度に変更
することが出来る。また被切断材に形成される開先形状
を記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶され
た開先形状を指定すると共に該開先形状の切断区間を指
定するための入力手段と、前記入力手段によって入力さ
れた開先形状及び該開先の切断区間から開先の下縁を基
線とする切断プロファイルを演算するための演算手段と
を有して構成したので、入力手段によって被切断材に切
断すべき開先形状と該開先形状の切断区間とを指定する
と、演算手段に於いて開先の下縁を基線とする切断プロ
ファイルを演算することが出来る。そして制御手段によ
って走行キャリッジ，横行キャリッジ及び角度変更手段
を切断プロファイルに応じて制御することで、被切断材
に開先の下縁を基線とした開先を切断することが出来
る。

＜実施例＞ 以下上記手段を適用した開先切断方法及び開先切断装
置の一実施例について図を用いて説明する。

先ず、開先切断方法について説明すると、この切断方
法は、第５図に示す柱材１を製造するに際し、フランジ
材４の長手方向両端に第８図（Ａ），（Ｂ）に示すよう
な形状を有する開先7,8を、予め第７図に示すように設
定された区間に連続的に形成するための切断方法であ
る。

柱材１を構成するフランジ材４及びウェブ材５の板厚
ｔが19〜50mmの範囲である場合、開先７の形状は第８図
（Ａ）に示すように開先角度40度、即ち、フランジ材４
側の開先角度20度及びウェブ材５側の開先角度20度であ
り、且つルートフェース９の高さｈは板厚に応じて３〜
5mmの何れかの寸法に設定されている。また開先８の形
状は同図（Ｂ）に示すように、開先角度α度，ルートフ
ェース９の高さがt/2、開口巾ｓとして設定されてい
る。

従って、フランジ材４及びウェブ材５の板厚ｔが決ま
ると、開先７に於いてルートフェース９の高さｈが予め
設定されることから、開先深さを演算することが出来、
且つ開先角度が設定されることから、開口巾ｓを演算す
ることが出来る。また開先８に於ける開先角度αは、開
先７によって開口巾ｓが設定され、更に開先８でルート
フェース９の高さが設定されることから演算することが
出来る。

上記の如く、フランジ材４に形成される開先7,8の上
縁4aはフランジ材４の端面4dにあり、且つ表面4cからの
距離がs/2の直線となる。またウェブ材５に形成される
開先7,8の上縁5aはウェブ材５の表面5cにあり、且つ端
面5dからの距離がs/2の直線となる。従って、夫々の上
縁4a,5aからみた開先７と開先８の開先形状の差異は、
開先角度が20度であるか、又はα/2であるかとなる。

またフランジ材４に形成される開先7,8の下縁4bはフ
ランジ材４の表面4cにあり、端面4dからの距離は、開先
７ではｔ−h mmであり、開先８ではｔ−（t/2）mmとな
る。

従って、開先７では下縁4bの端面4dからの距離ｔ−h
mm,開先角度20度、また開先８では下縁4bの端面4dから
の距離ｔ−（t/2）mm,開先角度α/2＝tan^-1（s/t）とな
る。ここで、s/2＝（ｔ−ｈ）Tan20゜、である。

このように、フランジ材４の板厚ｔが設定されると、
開先7,8に於ける下縁4bの位置、即ち、該下縁4bのフラ
ンジ材４の端面4dからの距離を演算することが可能であ
り、且つ開先7,8に於ける開先角度を演算することが可
能である。

従って、後述する制御部34にフランジ材４の板厚t,開
先角度，開先7,8の形成区間の長さ，非溶接部11の区間
の長さ等の情報を入力することで、下縁4bのプロファイ
ルを演算すると共に、該プロファイルを基線として開先
7,8を夫々所定の開先角度で切断することが出来る。

上記の如くして、開先7,8の下縁4bを基線としたプロ
ファイルを夫々の開先形状に応じてフランジ材４を切断
した場合、該フランジ材４には最初に開先7,8の下縁4b
が形成されることから、例えば、切断トーチから噴出し
た切断酸素気流に乱れが生じても、確実に下縁4bの位置
を規定することが出来る。従って、第10図に示す段違い
誤差ａを所定の範囲内（０〜1mm）に収めることが出来
る。

次に、開先切断装置について図を用いて説明する。

第１図は開先切断装置の要部を示す模式説明図、第２
図は開先切断装置の斜視説明図、第３図は制御系のブロ
ック図、第４図（Ａ），（Ｂ）はフランジ材に形成され
る開先の説明図である。

図に於いて、開先切断装置Ａはガス切断トーチを用い
てフランジ材４に開先を切断し得るように構成されてい
る。

第２図に示すように、被切断材となるフランジ材４は
切断定盤14上に載置されており、該定盤14を挟んで平行
に一対のレール21がｘ方向に配設されている。前記レー
ル21には、該レール21に沿って走行可能な走行キャリッ
ジ22が載置されている。この走行キャリッジ22は門型に
構成されており、レール21と直角方向（ｙ方向）に横フ
レーム22aが形成されている。

前記横フレーム22aには４台の横行キャリッジ23が配
置されている。夫々の横行キャリッジ23には、第１図に
示すように構成された角度変更手段となるトーチブロッ
ク24がアーム25を介してｚ方向に昇降可能に装着されて
いる。また横行キャリッジ23は横フレーム22aに沿って
ｙ方向に横行可能に構成されている。

トーチブロック24は第１図に示すように構成されてい
る。即ち、アーム25に横フレーム22aと平行に扇型のレ
ール26が固着されており、該レール26に沿って移動可能
にトーチキャリッジ27が取り付けられている。またアー
ム25にはフランジ材４の表面4cとの間隔を検知するため
のハイトセンサー28、及びフランジ材４の端面4dとの間
隔を検知するためのハイトセンサー29が取り付けられて
いる。

前記トーチキャリッジ27には切断トーチ30を装着した
トーチホルダー31が装着されている。またトーチキャリ
ッジ27にはモーター32が固着されており、該モーター32
を駆動することによって、トーチキャリッジ27をレール
26に沿って移動させ、切断トーチ30のフランジ材４に対
する角度を設定し得るように構成されている。

ここで、レール26の中心はアーム25の位置のｘ方向の
延長上にあることが好ましい。また切断トーチ30の軸心
の延長線がフランジ材４の表面4cと交差する点はアーム
25の位置のｘ方向の延長線上にあることが好ましく、更
に、アーム25の位置と切断トーチ30の位置とは予め所定
の距離に設定されていることが望ましい。

次に、上記の如く構成された開先切断装置Ａを制御す
るための制御系について説明する。

第３図に於いて、制御部34は、開先7,8の形状を記憶
するための記憶手段となるROM34a,キーボード35によっ
て入力される指示情報を一時記憶するためのRAM34b,前
記指示情報に基づいてフランジ材４の表面4cの開先の下
縁4bを基線とする切断プロファイルを演算するための演
算手段となるCPU34cとによって構成されている。前記RO
M34aには、開先形状の他に切断プログラムも格納されて
いる。

キーボード35は、フランジ材４に形成されるべき開先
形状及び該開先が形成されるべき区間等の指示情報や、
フランジ材４の板厚t,巾，長さ等の切断情報を入力し、
これ等の情報をインターフェース36を介して制御部34に
転送するものである。また37は走行キャリッジ22をｘ方
向に走行させるためのモーターであって、制御部34によ
って制御されるドライバ38により駆動される。モーター
39は横行キャリッジ23をｙ方向に横行させるためのモー
ターであり、ドライバ40によって駆動される。更に、モ
ーター32はトーチキャリッジ27をレール26に沿って移動
することで、切断トーチ30のフランジ材４に対する角度
を設定するためのモーターであり、ドライバ41によって
駆動される。またディスプレイ42は、キーボード35によ
って入力された情報や開先切断装置Ａの稼働状況を表示
するものである。

次に上記の如く構成された開先切断装置Ａによって、
フランジ材４に第４図（Ａ），（Ｂ）に示すような開先
切断を実施する場合について説明する。

同図（Ａ）はフランジ材４の全長にわたって開先7,8
を切断する場合に、該フランジ材４の表面4cに形成され
る開先7,8の下縁4bを基線とした切断プロファイルを示
している。また同図（Ｂ）は開先7,8の断面形状を示し
ている。

先ず、オペレーターによってフランジ材４の長手方向
の一方の端部を基点として、フランジ材４に切断すべき
開先形状と切断区間（切断長さ）等の指示情報、及びフ
ランジ材４の板厚t,巾，長さ等の切断情報を入力する。

所定の情報を入力して開先切断装置Ａをスタートさせ
ると、ハイトセンサー28,29が作動して、トーチブロッ
ク24の位置を設定する。即ち、ハイトセンサー28によっ
てトーチブロック24のフランジ材４の表面4cからの間隔
を設定し、またハイトセンサー29によって、該センサー
29とフランジ材４の端面4dとの間隔を設定することで、
トーチブロック24のフランジ材４の端面4dからのｙ方向
の初期位置を設定する。

次いで、入力された指示情報に基づいて切断すべき開
先形状、例えば開先７の開先形状を呼び出し、該形状に
応じてモーター32によって切断トーチ30の角度を設定す
る。同時にモーター39によって横行キャリッジ23をｙ方
向に所定位置まで移動させる。

次いで、切断トーチ30を点火し、モーター37によって
走行キャリッジ22をｘ方向に走行させることでフランジ
材４に開先の切断を開始する。

走行キャリッジ22がｘ方向に所定距離だけ走行し、開
先７の切断が終了すると、次に切断すべき開先形状、例
えば開先８の開先形状が呼び出され、開先７と開先８と
の開先角度の差、及び上縁4aを中心として開先角度を変
更したときに於ける切断トーチ30の中心位置、即ち、ア
ーム25の位置、等がCPU34cに於いて演算される。そして
前記演算結果に基づき、モーター32によってトーチキャ
リッジ27が所定方向に移動することで切断トーチ30の角
度が変更され、同時にモーター39によって横行キャリッ
ジ23がｙ方向に移動することで、切断トーチ30の角度及
び横行キャリッジ23が開先８の形状に応じた位置に設定
される。このとき、走行キャリッジ22は連続してｘ方向
に走行しており、切断トーチ30の角度の変更及び横行キ
ャリッジ23のｙ方向への移動等は、予め設定された移行
部10の区間内で完了する。

開先８の切断が終了し、再度開先７の切断を行う場合
には、前述の操作と同様にして切断トーチ30の角度が変
更され、同時に横行キャリッジ23のｙ方向への移動が行
われる。

本発明の開先切断方法は上記の如く、フランジ材４に
対する開先7,8の切断が、開先7,8の下縁4bを基線として
行われるため、該下縁4bの位置を正確に得ることが出来
る。このとき、切断トーチ30から噴射される切断酸素気
流に乱れが生じ、開先7,8の上縁4aの位置が変化する
と、この変化は開先角度の誤差となるが、前述の如く、
溶接に際し開先角度の誤差は開先深さの誤差ほど悪影響
を及ぼさないため容認し得るものである。

＜発明の効果＞ 以上詳細に説明したように、本発明の開先切断方法に
よれば、フランジ材に開先を切断するに際し、開先の下
縁を基線としたプロファイルを開先形状に応じた角度で
切断するので、ルートフェースの寸法精度、即ち、開先
深さの精度を向上することが出来る。

また本発明の開先切断装置によれば、入力手段によっ
てフランジ材に切断すべき開先形状及び切断区間を指示
することで、開先の下縁を基線とした切断プロファイル
を演算すると共に、演算結果に基づいて切断手段の角
度，横行キャリッジの位置を制御することが出来る。こ
のため、フランジ材４に対し自動的に開先の切断を実施
することが出来る等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は開先切断装置の要部を示す模式説明図、第２図
は開先切断装置の斜視説明図、第３図は制御系のブロッ
ク図、第４図（Ａ），（Ｂ）はフランジ材に形成される
開先の説明図、第５図は箱型構造を有する柱材の説明
図、第６図は第５図のVI−VI矢視図、第７図は開先の斜
視説明図、第８図（Ａ），（Ｂ）は開先の断面説明図、
第９図（Ａ），（Ｂ）は従来技術の説明図、第10図は開
先の誤差の説明図である。 Ａは開先切断装置、ａは段違い誤差、ｈはルートフェ
ースの高さ、ｔは板厚、αは開先角度、１は柱材、４は
フランジ材、4a,5aは開先の上縁、4b,5bは開先の下縁、
4c,5cは表面、4d,5dは端面、５はウェブ材、７は完全溶
込開先、８は部分溶込開先、９はルートフェース、10は
移行部、11は非切断部、22は走行キャリッジ、23は横行
キャリッジ、24はトーチブロック、25はアーム、26はレ
ール、27はトーチキャリッジ、28,29はハイトセンサ
ー、30は切断トーチ、31はトーチホルダー、34は制御
部、34aはROM、34bはRAM、34cはCPU、35はキーボード、
36はインターフェース、32,37,39,はモーター、38,40,4
1はドライバ、42はディスプレイである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フランジ材の端部にウエブ材の端面を当接
   し該当接位置を溶接して山型或いは溝型を形成するに際
   し、前記フランジ材の端部に該フランジ材の端面に於け
   る開先の上縁を略直線に維持して異なる開先角度と異な
   る開先深さを有する複数の開先を連続的に形成するため
   の開先切断方法であって、予め所定寸法に切断されたフ
   ランジ材に対し、該フランジ材の表面に形成される開先
   の下縁を基線としたプロファイルを開先形状に応じた角
   度で切断することを特徴とした開先切断方法。
2. 【請求項２】予め所定寸法に切断された被切断材に開先
   切断を行うための切断手段と、前記切断手段を前記被切
   断材の長手方向に走行させるための走行キャリッジと、
   前記切断手段を前記被切断材の長手方向と直交方向に走
   行させるための横行キャリッジと、前記切断手段の被切
   断材に対する角度を変更するための角度変更手段と、前
   記被切断材に形成される開先形状を記憶するための記憶
   手段と、前記記憶手段に記憶された開先形状を指定する
   と共に該開先形状の切断区間を指定するための入力手段
   と、前記入力手段によって入力された開先形状及び該開
   先の切断区間から開先の下縁を基線とする切断プロファ
   イルを演算するための演算手段と、前記演算手段によっ
   て演算された切断プロファイルに応じて前記走行キャリ
   ッジ及び横行キャリッジを制御すると共に切断区間の開
   先形状に応じて角度変更手段を制御するための制御手段
   とを有することを特徴とした開先切断装置。