JP3185389U - 異幅母材溶接用セラミックエンドタブ - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部の応力集中を防止でき、溶接姿勢を問わずガスシールドアーク溶接の半自動および溶接ロボットに適用できる異幅母材溶接用セラミックエンドタブを提供する。
【解決手段】柱母材に接触する底面１２、この底面と垂直な側面に設けられ、開先加工した梁母材の端面と接触する溶接非使用面１４、およびこの溶接非使用面に対して相対的に窪んだ溶接使用面１６を備え、溶接使用面と溶接非使用面が梁母材の開先角度に対応した角度αで設けられた段差面１８を介して連続した異幅母材溶接用セラミックエンドタブにおいて、溶接使用面が、この溶接使用面と段差面の交線を中心軸にして、溶接非使用面に平行な面から所定の角度γでエンドタブの内側に面回転された位置に設けられており、これにより溶接使用面の底面への広がり寸法が、初層部Ｓ１より表層部Ｓ２の方が大きくされており、Ｓ２／Ｓ１の値が、１．８２以上である。
【選択図】図１

Description

本考案は、主に鋼構造物の分野において幅が異なる母材同士を溶接する際に用いるセラミックエンドタブに関し、更に詳細には、従来の異幅母材溶接用セラミックエンドタブの問題点を解消する新しい形態の異幅母材溶接用セラミックエンドタブに関する。

従来、異なる幅の母材同士を溶接する際には、図４に示されているような形状のエンドタブが用いられている（以下、本明細書においては、エンドタブを横向き姿勢に用いるものとして説明する）。すなわち、このエンドタブ１００は、柱母材に接触する底面１０２、および開先加工した梁母材の開先角度α°に対応した角度で設けられた段差１０４を介して連続する突出した溶接非使用面１０６と相対的に窪んだ溶接使用面１０８を有するものである。
この従来型のエンドタブの取付け状況を図７に、応力の伝達方向を図８に示すが、このようなエンドタブを用いた場合には、図５に示す溶接始終端部の余長ビードＣにおいて、柱母材底面先端部Ｂおよび梁母材開先側面止端部Ａの双方に直角な隅角部が各々形成されて、それらの部分にアンダカット等の欠陥が生じた場合などには応力集中が生じる恐れがある。なお、図５、図７、図８において、符号１は柱母材を、符号２は梁母材を、符号３は溶融金属を、符号３１は開先加工部を、符号４は裏当て金をそれぞれ示す。以下同じ。

この問題を解消するため、日本国特許3069583号においては、溶接使用面である溶融金属受溝を扇状でかつ弧状にエンドタブの内側に傾斜した傾斜面で構成した図９の取付け図が示すようなエンドタブ１５０が提案されている。
しかしながら、このようなエンドタブにおいては、図１０に示すように始終端部にて外側にふくらんだ扇状の余長ビード（符号Ｃ）が形成されその結果、梁母材側面止端部Ａおよび柱母材先端部Ｂにおける溶接ビードと母材の成す各接触角度がより鋭角になりやすいので、これらの部位に応力集中が増大するという問題がある。
また、日本国特開2001-30094号においては、上記特許のエンドタブの溶融金属受溝を形成する使用面全体を平坦にして傾斜させた図１３に図示したようなエンドタブが提案されている。
しかしながら、このようなエンドタブ形状を用いた始終端部ビードは、図１２の斜視図に示すように初層部（底面ルート部）付近では溶接始終端部ビードの余長（図５のＣ）が長く、表層部（板厚表面部）では短く形成される。このため、図１２に示すように初層部では、梁母材側面止端部Ａにおける応力集中が増大する。

日本国特許3069583号 日本国特開2001-30094号

そこで、本考案は、上記した従来の異幅母材溶接用セラミックエンドタブの問題点を解消することができ、かつ溶接姿勢を問わずガスシールドアーク溶接の半自動および溶接ロボットに適用することができる異幅母材溶接用セラミックエンドタブを提供することを目的とする。

上記課題は、本考案の下記（１）〜（５）の構成のセラミックスエンドタブのいずれかにより解決される。
（１）
柱母材に接触する底面、この底面と垂直な側面に設けられ、開先加工した梁母材の端面と接触する溶接非使用面、およびこの溶接非使用面に対して相対的に窪んだ溶接使用面を備え、前記溶接使用面と溶接非使用面が前記梁母材の開先角度に対応した角度で設けられた段差面を介して連続した異幅母材溶接用セラミックエンドタブにおいて、前記溶接使用面が、この溶接使用面と段差面の交線を中心軸にして、前記溶接非使用面に平行な面から所定の角度でエンドタブの内側に面回転された位置に設けられており、これにより前記溶接使用面の前記底面への広がり寸法が、初層部Ｓ１より表層部Ｓ２の方が大きくされており、Ｓ２／Ｓ１の値が、１．８２以上であることを特徴とする異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
（２）
前記Ｓ２／Ｓ１の値が、１．８６〜３．２０である前記（１）の異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
（３）
前記Ｓ２／Ｓ１の値が、１．９５〜２．８４である前記（２）の異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
（４）
前記Ｓ２／Ｓ１の値が、２．０５〜２．７６である前記（３）の異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
（５）
当該段差面の幅が下部から上部まで実質的に同一である前記（１）〜（４）のいずれかの異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。

本考案のエンドタブの詳細な説明図。 本考案のエンドタブ取付け状態図。 本考案製品を用いた止端部ビード形状図。 従来型の一般的な異幅母材用セラミックタブ（比較例１）形状。 隅角部の説明図（溶接後の正面図）。 実験結果の外観検査項目箇所図（溶接止端部ビードを目視した正面図）。 従来の形状（比較例１）の取付け図。 従来の形状（比較例１）を用いた際の止端部ビード形状図。 凹型円弧状エンドタブの取付け状況図。 凹型円弧状エンドタブを用いた際の止端部ビード形状図。 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ（比較例２）の取付け状態図。 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ（比較例２）を用いた際の止端部ビード形状図。 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ（比較例２）形状を示す図。 試験体の形状と各部のサイズを示す図。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態による異幅母材溶接用セラミックエンドタブに付いて説明する。
図１は、本発明の実施形態による異幅母材溶接用セラミックエンドタブ１０（以下、単にセラミックエンドタブと称す）は、柱母材に接触する底面１２、この底面１２と垂直な側面に設けられ、開先加工した梁母材の端面と接触する溶接非使用面１４、およびこの溶接非使用面１４に対して相対的に窪んだ溶接使用面１６を備え、前記溶接使用面１６と溶接非使用面１４が前記梁母材の開先角度α°に対応した角度で設けられた段差面１８を介して連続している。そして、本発明の図１に示すセラミックエンドタブ１０においては、前記溶接使用面１６が、この溶接使用面１６と段差面１８の交線であるβ軸を中心軸にして、前記溶接非使用面１４に平行な面から所定の角度でエンドタブの内側方向に面回転された位置に設けられていることを特徴とする。この面回転により前記溶接使用面の前記底面への広がり寸法が、初層部Ｓ１より表層部Ｓ２の方が大きくされている。
この広がり寸法のＳ２／Ｓ１の値は、１．８２以上、１．８６〜３．２０が好ましく、１．９５〜２．８４が更に好ましく、２．０５〜２．７６が最も好ましい。
なお、前記段差面１８の幅は下部（初層部）から上部（表層部）まで実質的に同一であることが好ましい。

図１において、符号ｈは、セラミックエンドタブ１０の高さである。符号Ｇは、セラミックエンドタブ１０のルートギャップの幅であり、７ｍｍが基準である。符号αは、開先角度であり、２５°、３０°、３５°、４５°がある。符号β°は、溶接使用面１６の回転角度で、α°が３５°、Ｇが７ｍｍの場合、１５°〜２２°の範囲が好ましい。
符号γ°は、溶接非使用面１４に平行な面を基準としての溶接使用面１６の底面１２への広がり角度を表し、前記のα°およびβ°によって定まるものであり、これらを各々上記値とした時、１２．４°〜１８．３°の範囲となる。
符号Ｄは、段差面１８における段差の深さであり、梁母材側（図6の項目6から5を結ぶ部分）の余長ビードの長さに関係し２〜４ｍｍが好ましく、この範囲を越えるえる場合にはこの梁母材側の部分にアンダカット等の欠陥が生じ易くなる。 符号Ｄ°は、段差面１８の溶接非使用面１４に対する角度であり、アンダカット等の欠陥発生を防止するには上記した部分（Ａ）に隅角部が形成されないように緩やかな角度（120〜135°）に設定することが好ましい。
上記回転角度β°が上記の値未満であると、上記の柱母材（底面）への広がり角度γ°は小さくなり、柱母材先端部（Ｂ）における応力集中が増大する。

一方、上記の値を超えると、広がり角度γ°が大きくなるが、柱母材1の表面とセラミックエンドタブ゛の溶接使用面１６との挟む角度が狭くなって溶接施工が難しくなり、柱母材（底面の図６に示す項目３〜５の部分）に対して充分な溶け込みを与えることが困難となる。
また、本セラミックエンドタブ１０においては、溶接使用面等の形状を回転対称に反対側の側面に形成する。
以上説明したセラミックエンドタブ１０は、タブ材の高さ（符号ｈ）が梁母材の板厚に所定の余盛部を加算したサイズ以上であれば、如何なる母材厚でも底面への広がり角度γ°が得られ、且つ図６に示す項目６の部分のサイズは段差面Ｄの幅に相応して一定に確保される特徴を持つ。したがって、従来であれば被溶接梁母材の板厚個々に応じた高さ（ｈ）を持つエンドタブを用意する必要があったが、このエンドタブを使用する場合は、板厚毎にエンドタブを用意する必要はなく、エンドタブ個数の削減によるコスト効果と施工管理上の簡便化が図ることも出来る。

（１）サンプル（エンドタブ）の形状
溶接実験に備えて表１に掲げる１３種類のセラミックエンドタブのサンプルを作製して、実施例１〜実施例１３とした。比較例として、Ｓ２／Ｓ１の値が本発明の範囲以下のものを比較例１とし、図４に示す従来型形状を比較例２とし、図１３に示すようにエンドタブの使用面２０８を開先上部から底面まで相対的に端部ビードが広がるようにエンドタブの内側を１２．４°に削り込んだ形状を比較例３とした。
表１に示す各部の名称および符号は、図１、２，７，１１，１３に図示する通りである。

（２）試験体形状
本実験は柱母材に四面スキンプレートボックス柱を想定して図１４に示すような実験用テストピースを製作した。
柱母材に相当する25t×150w×300LのSN490B鋼材を平置きして下板１とし、梁母材に相当するものとして22t×150w×250Lの250Lの側面のうち１面を開先角度35°に機械加工を施した同鋼種プレート２を前記下板１の上面に垂直に設置して、Ｔ継ぎ手の横向き姿勢用とした。したがって、溶接長は２５０mmである。なお、上記試験体のルートギャップ７mmの部分には、9t×25w×300Lのプレートを用いた裏当て金４を取り付けた。
（３）溶接実験方法
（１）溶接方法： 本実験はガスシールドアーク溶接方法を採用した。
（２）溶接条件： ・電流（Ａ） ２２０〜３３０
・電圧（Ｖ） ２６〜３５
・速度（ｃｍ／ｍｉｎ） １５〜９０
（４）サンプル（エンドタブ）の取付け状況
（１）実施例１から６におけるエンドタブ（図１）の試験体への取付け状況は図２に示す通りである。
比較例のエンドタブの試験体への取付け状況は、図４に示す比較例１を図７に、図１３に示す比較例２を図１１に示す通りである。
（２）取付け状況図２に示す実施例１から６と図７に示す比較例１では、段差の深さＤが初層部（底面ルート部）から梁母材２の表層部（板厚表面部）まで一定である。
しかしながら、比較例２のｈ３２mmのエンドタブを梁母材２の板厚２２mmの試験体に取付けた場合、表１に示す通り、エンドタブ表層部での段差ｄ２は3ｍｍであるが、梁母材（図１４の２）の板厚２２mmに相当するビード表層部分(図１１のd3)では段差が４．５mmに増加する。この段差増加量は梁母材板厚が薄くなる程大きく、応力集中傾向を増大させることとなる。

実験結果
（１）実験結果を評価して表２に示す。評価項目１，２では溶接施工性を評価し、評価項目３〜６では、溶接始終端部ビードについて図６に示す項目３〜６部分を評価した。評価項目７では総合評価とした。評価は目視による外観検査をおこない、◎○△▲×式の5段階にて表示した。

◎：極めて良好
○：良好
△：普通（使用に耐える）
▲：やや悪い
×：不良
（２）実験結果の説明
（１）本考案エンドタブに関わる実施例１から１３については、溶接始終端部ビード部分にて、底面（図６に示す項目３と４を結ぶ線）への溶け込み状況は良好であり、梁母材側面（項目５と６を結ぶ線）で欠陥の発生はなく、使用に耐えうる以上の優れたビード外観が形成された。また、図6に示す項目５と６の線上および項目３と４の線上の各隅角部は直角でない円弧状の滑らかな形状となり、しかも、項目５から３、および項目６から４へかけての広がりも同等の角度が確保でき、図３に示す通りの結果が得られた。
なお、実験の検査項目の総合評価において◎と判定した実施例４〜１０の溶接結果の差は殆んど無かった、梁母材開先側の最終層上部（項目６の部分）におけるビード馴染み（融合）の点で、実施例３が、最も良い結果であった。
（２）比較例１については、評価項目１で端部がやや見え難いという作業性の問題があった。比較例２については、評価項目１で端部が見え難いという作業性の問題があるとともに、図６に示す項目３から４の線上、および項目６の部分に溶け込み不良が発生した。
比較例３については、図6に示す項目３および５における溶け込み不良が発生した。

１０ 本考案のセラミックエンドタブ
１２ 本考案のセラミックエンドタブ底面
１４ 本考案のセラミックエンドタブ溶接非使用面
１６ 本考案のセラミックエンドタブ溶接使用面
１８ 本考案のセラミックエンドタブ段差面
Ｄ 段差の深さ（d１は初層部、d２は表層部）
Ｄ° 段差面の非使用面（１４）に対する角度
α° 開先角度
β 使用面（１６）と段差面（１８）の交線（分線）
β° 面回転角度
γ° 低面への広がり角度
Ｓ 低面への広がり幅 （Ｓ１ 初層部、Ｓ２は表層部）
Ｇ ルートギャップ
ｈ エンドタブの高さ
１ 柱母材
２ 梁母材
３ 溶着金属
３１ 開先加工部
４ 裏当て金
１００ 従来型エンドタブ（比較例２）
１０２ 従来型エンドタブ（比較例２）の底部
１０４ 従来型エンドタブ（比較例２）の段差面
１０６ 従来型エンドタブ（比較例２）の非使用面
１０８ 従来型エンドタブ（比較例２）の使用面
１５０ 凹型円弧状のエンドタブ形状
２００ 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ（比較例３）形状
２０２ 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ（比較例３）の底面
２０４ 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ（比較例３）の段差面
２０６ 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ（比較例３）の非使用面
２０８ 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ（比較例３）の使用面
Ａ 梁母材側面止端部の隅角部
Ｂ 柱母材底面先端部の隅角部
Ｃ 端部ビード

Claims (5)

1. 柱母材に接触する底面、この底面と垂直な側面に設けられ、開先加工した梁母材の端面と接触する溶接非使用面、およびこの溶接非使用面に対して相対的に窪んだ溶接使用面を備え、前記溶接使用面と溶接非使用面が前記梁母材の開先角度に対応した角度で設けられた段差面を介して連続した異幅母材溶接用セラミックエンドタブにおいて、前記溶接使用面が、この溶接使用面と段差面の交線を中心軸にして、前記溶接非使用面に平行な面から所定の角度でエンドタブの内側に面回転された位置に設けられており、これにより前記溶接使用面の前記底面への広がり寸法が、初層部Ｓ１より表層部Ｓ２の方が大きくされており、Ｓ２／Ｓ１の値が、１．８２以上であることを特徴とする異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
2. 前記Ｓ２／Ｓ１の値が、１．８６〜３．２０である請求項１の異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
3. 前記Ｓ２／Ｓ１の値が、１．９５〜２．８４である請求項２の異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
4. 前記Ｓ２／Ｓ１の値が、２．０５〜２．７６である請求項３の異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
5. 当該段差面の幅が下部から上部まで実質的に同一である請求項１または２に記載の異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。

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