JP5047639B2 - 溶接用金属板の溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接用金属板及び溶接用金属板の溶接方法、特に屋根材や壁材として溶接により連接して配置するのに好適な溶接用金属板及び該溶接用金属板の溶接方法に関する。

ステンレス鋼板は、風雨に曝されても錆びず且つ強度があり耐久性に優れている等の特徴があり、建築材料としても広く用いられ、一部に屋根材や壁材として使用されている（特許文献１、２参照）。しかしながら、ステンレスは通常の鋼板と比べて、熱伝導率が小さく且つ線膨張係数が大きいため特に溶接適性にかけている欠点がある。そのため、ステンレス鋼板は、溶接加工に際して溶接個所の周辺に入熱した溶接熱が篭り、特に屋根材や壁材等の薄板の場合溶接個所周辺の板面に大きな熱変形が生じる等、溶接熱に伴う熱応力挙動が大きい。この問題を解決する手段として、例えばステンレス薄板の抵抗溶接方法において、Ｌ字状に加工した溶接加工部を内部に冷却水が通水している水冷構造の治具で挟みこんで固定して冷却するか、又は内部を冷却水が通水している円板状ロールを溶接円板電極と一体に走行させて冷却しながら溶接する方法が提供されている（特許文献２参照）。
特開平１０−１５６６３号公報 特開２０００‐５８７９号公報

従来提案されている前記方法は、薄板のステンレス鋼板の溶接に伴う熱変形を抑制する効果を期待できるものであるが、通水による冷却構造であるため、通水配管を必要とし構造が複雑であり、大量の冷却水を必要とすると共に現場施工が困難になる等の問題点がある。
そこで、本発明は、溶接時に通水冷却をすることなく良好に冷却できて熱変形抑制効果を有し、良好に溶接できる溶接適正に優れたステンレス鋼板、及びその溶接方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、溶接用金属板の溶接方法であって、被溶接板である一対の溶接用金属板の互いに溶接接合面として対面する側に短繊維を植毛し、該植毛部に冷却水を含水させて当接させた状態で溶接することを特徴とするものである。
請求項２の発明は、溶接用金属板の溶接方法であって、被溶接板である一対の溶接用金属板の互いに溶接接合面として対面する側に植毛部がなく、対面する面以外には植毛部を有し、該植毛部に冷却水を含水させて当接させた状態で溶接することを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の溶接用金属板の溶接方法において、前記被溶接板の上面に、溶接部に沿って、裏面に植毛され該植毛に含水させた冷却板を敷設し、該冷却板によって溶接中前記被溶接板表面からも冷却するようにしてなることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の溶接用金属板の溶接方法において、前記溶接用金属板が、ステンレス鋼板あるいはチタン板であることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の溶接用金属板の溶接方法において、前記ステンレス鋼板が、フェライト系ステンレス鋼板であることを特徴とするものである。

本発明の溶接方法によれば、溶接面となる裏面側に短繊維を植毛してあるため、この植毛部に冷却水を含水させることができ、この状態で溶接することによって、該冷却水によって温度上昇を抑え溶接熱に伴う熱応力挙動を抑制でき、低歪状態の溶接板を得ることができる。その上、該溶接板を屋根材として使用することによって、通常の屋根板の場合雨天時に屋根から水が軒の裏面側に回って、結露して滴となって落下するが、本発明によれば、裏面の植毛部に滴が保水され、結露を防止し滴の落下を効果的に防止できる。また、屋根材や壁材として適用した場合、長期間の変動する風荷重の繰り返し荷重による亀裂防止効果も期待できる。さらに、溶接後の屋根成形作業や仮伏せ作業時の立ちあがりコーナー部の腰折れ防止効果も期待できる。また、屋根材の裏面に植毛を施すことによって、雨音、風による「板鳴り」が抑制できるという効果がある。さらにまた、構造材と接触する裏面に植毛が施されているので、制振効果も期待できるなど、溶接用金属板の屋根材又は壁材の裏面に植毛を施すことによって、溶接時の熱変形を防止するのみならず、屋根板又は壁板として上記のような様々な効果を奏するものである。
さらに、溶接用金属板に波形加工を施すことによって、より効果的に溶接熱による歪を抑制することができる。本発明の溶接適正を有する溶接用金属板において、ステンレス鋼板を適用する際、オーステナイト系ステンレス鋼板よりも線膨張率が小さいフェライト系ステンレス鋼板により有効である。前記溶接用金属板として、チタン板も好適に用いることができる。
また、前記被溶接板の上面に溶接部に沿って、裏面に植毛され該植毛部に含水させた冷却板を敷設し、該冷却板によって溶接中表面からも冷却するようにすることによって、より効果的に冷却でき、より低歪状態の溶接板を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面をもとに詳細に説明する。
図１は溶接用金属板としてステンレス鋼板を用いた場合、適宜な幅のステンレス鋼板を溶接して接合する前の接合部の状態を示す斜視図である。図中、１は適宜の大きさに切断されたステンレス鋼板であり、ステンレス鋼板の種類は特に限定されないが、線膨張係数が大きいオーステナイト系ステンレス鋼板よりは比較的線膨張係数が小さいフェライト系が望ましく、特にＳＵＳ４４５Ｊ１、ＳＵＳ４４５Ｊ２、ＳＵＳ４４７Ｊ１などが望ましい。該ステンレス鋼板としては、通常の屋根材や壁材として使用される厚さ０．４〜０．８ｍｍの範囲のものが望ましい。そして、該ステンレス鋼板の裏面には、植毛部２が形成されている。植毛に使う短繊維としては、再生繊維、合成繊維、半合成繊維などの化学繊維、又は植物繊維、動物繊維、炭素繊維、ガラス繊維等の天然繊維が使用できる。有機繊維あるいは無機繊維のどちらでも使用できる。有機繊維として、ナイロン、アクリル、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンあるいはフッ素樹脂などからなる公知の繊維が適用できる。特に短繊維はナイロン６６やナイロン６等の材質からなることがより望ましい。植毛部２は、線径が１０〜２８μｍ、長さが０．４〜２．０ｍｍである短繊維を、植毛密度１０，０００〜２００，０００本／ｃｍ^２の範囲で植毛するのが望ましい。この範囲で植毛することによって植毛部に溶接時に溶接部の冷却効果を果たすだけの保水量を維持することができる。上記の短繊維を上記密度で植毛することによって、植毛部に２００〜１，０００ｇ／ｍ^２の保水量を確保することができ、後述するように溶接時の冷却効果を奏することができる。植毛は、静電植毛法によるのが望ましく、例えば本出願人が先に提供した特許第３８４８９７７号公報記載の方法を採用することによってステンレス鋼板裏面に均一に効果的に植毛することができる。植毛はステンレス鋼板の裏面全体が望ましいが、少なくとも溶接部を含むその近傍及び屋根材として使用した場合軒下部となる部分を含む部分植毛でも可能である。

裏面が植毛されたステンレス鋼板１は、溶接部４となる部分を、図１に示すようにほぼ２０〜６０ｍｍの範囲で直角に屈曲してフランジ３を形成する。そして、必要に応じて全体を屋根や壁の形状に応じて適宜成形する。以上のように形成された植毛ステンレス鋼板５を次のようにして溶接して接合する。

植毛ステンレス鋼板５は、溶接開始に先立って植毛ステンレス鋼板５の裏面植毛部に冷却水を散布することによって、植毛部に冷却水を保水させる。この状態でフランジ部３同士を図示のように対向させて図示しないクランプ等で圧接固定し、フランジ部３の対向部分に沿って図示しない自走式溶接機を走行させてフランジ部の溶接を行う。溶接は、自走式溶接機による抵抗シーム溶接又はＴＩＧ溶接（アルゴン溶接）等公知の溶接方法が採用できる。例えばＴＩＧ溶接では、溶接機の溶接ヘッドのトーチに溶接電流及びアルゴンガス等の不活性ガスからなるシールドガスを供給して、フランジ部３、３の重合部を溶接ワイヤと共に溶融させて、不活性ガス雰囲気で溶接を行う。なお、接合部に植毛してある短繊維は溶接熱で溶融気化し、溶接部に残留することはない。ステンレス鋼板の溶接は、前述したように溶接熱により溶接歪の発生が大きいため、場合によってはそれを抑制するために溶接中水冷却を行っているが、本発明によれば植毛の保水作用により、溶接中に冷却水を通水又は噴射するような冷却手段を講じなくても植毛部に保水された水が気化することにより、溶接熱が吸収され、熱応力挙動を抑制し、形状変形を良好に抑制でき、冷却水を低減することができる。このようにして、両端部にフランジを形成した複数の植毛ステンレス鋼板５を幅方向に順次溶接して連接することによって、所望面積のステンレス屋根材を得ることができる。

図２は、フランジ部間に屋根桁材等への取付け金具１１を一体に溶接して植毛ステンレス鋼板１０を得る場合の溶接前の状態を示している。取付け金具１１は、屋根材と同質のステンレス鋼板である。この場合は、３枚の板を一体に溶融させて溶接する。

図３は、本発明のステンレス鋼板溶接方法の他の実施形態を示している。本実施形態では、溶接を行うフランジ部の近傍に、同じく裏面が植毛された植毛部１７となっている鋼板１６からなる冷却板１５を図示のように溶接部の両側に載置し、冷却板１５の植毛に保水された冷却水によって被溶接板の溶接部近傍を冷却すると共に、該冷却板１５の表面から放熱させて植毛ステンレス鋼板５の溶接部近傍を効率的に冷却することができ、より効果的に溶接歪を抑制することができる。なお、図１と同様な構成は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４は、ステンレス鋼板１をさざ波状に波形加工した波形ステンレス鋼板２１に植毛した植毛波形ステンレス鋼板２０を示し、該ステンレス鋼板の溶接部となる端部にさざ波ピッチ方向と直角にフランジを形成して、図１〜図３に示すいずれかの方法で溶接を行う。溶接するステンレス鋼板にさざ波状に波形加工を施すことによって、線膨張に伴う熱変形を減少させることができ、屋根材として好ましい。

次の表１に示すようなステンレス鋼板供試材料からなる試料１〜試料６の屋根板を使用して溶接を行い、溶接後に試料の幅方向急峻度を測定した。ステンレス鋼板供試材は、２枚のフェライト系ステンレス鋼板ＳＵＳ４４５Ｊ２（板厚０．４ｍｍ、幅４５０ｍｍ、長さ１８００ｍｍ）を長手方向端部から直角に高さ２５ｍｍに屈曲してフランジを形成し、該フランジ面を互いに当接して抵抗シーム溶接を行った。また、当該ステンレス鋼板の裏面への植毛は、線径１９μｍ、長さ０．８ｍｍのナイロン６６の短繊維を、植毛付着量２７，０００本／ｃｍ^２の密度で植毛した。なお、表中試料５の部分植毛は、裏面のうち、溶接部となる個所が植毛されていないものである。また、波形加工は、溶接部となる個所と直角方向にさざ波加工をおこなっている。

溶接条件：
溶接速度 １．０２ｍ／分
溶接線高さＡ １７ｍｍ
さざ波加工寸法（図４参照）：
ピッチｐ ２０ｍｍ
高さｈ １ｍｍ

以上のような条件で溶接を行い各試料について急峻度λ（波高さとその波ピッチの比）を測定した。その結果を表２に示す。

以上の結果から示すように、試料３、試料４の全植毛したものが溶接による低歪工法を実現でき最も望ましい。特に、試料４は、植毛成形時による形状変形、溶接熱による歪が抑制され、中央部が凸状態となり、抜群の意匠性となった。また、さざ波加工を行った試料２と試料６を比較した場合、植毛部のない試料２が部分植毛の試料６と比較して急峻度が低いが、外観は部分植毛した試料６の方が断然低歪となっていた。以上の結果より、試料３〜６による溶接を本発明の実施例とする。

本発明は、溶接時の熱変形を防止するのみならず、結露防止、繰り返し荷重による亀裂防止、成形時や仮伏せ作業時の腰折れ等の変形防止、防音、制振作用等様々な効果を奏するものであるので、屋根材や壁材等溶接して連接する場合に限らず、種々の用途に適用でき、産業上の利用可能性が高い。また、本発明のステンレス鋼板溶接方法によれば、薄板のステンレス鋼板の熱変形を効果的に防止でき、溶接作業中に冷却水を供給する必要がなく、経済的で且つ溶接作業性に優れ、産業上の利用可能性が高い。

本発明の実施形態に係る植毛ステンレス鋼板の溶接部となる要部を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る植毛ステンレス鋼板の溶接部となる要部を示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る植毛ステンレス鋼板の溶接部となる要部を示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る植毛ステンレス鋼板の要部断面図である。

符号の説明

１ ステンレス鋼板
２ 植毛部
３ フランジ
４ 溶接部
５、１０、２０ 植毛ステンレス鋼板
１１ 取付け金具
１５ 冷却板
１６ 鋼板
１７ 植毛部
２１ 波形ステンレス鋼板

Claims (5)

1. 溶接用金属板の溶接方法であって、被溶接板である一対の溶接用金属板の互いに溶接接合面として対面する側に短繊維を植毛し、該植毛部に冷却水を含水させて当接させた状態で溶接することを特徴とする溶接用金属板の溶接方法。
2. 溶接用金属板の溶接方法であって、被溶接板である一対の溶接用金属板の互いに溶接接合面として対面する側に植毛部がなく、対面する面以外には植毛部を有し、該植毛部に冷却水を含水させて当接させた状態で溶接することを特徴とする溶接用金属板の溶接方法。
3. 前記被溶接板の上面に、溶接部に沿って、裏面に植毛され該植毛に含水させた冷却板を敷設し、該冷却板によって溶接中前記被溶接板の表面からも冷却するようにしてなる請求項１または２に記載の溶接用金属板の溶接方法。
4. 前記溶接用金属板が、ステンレス鋼板あるいはチタン板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶接用金属板の溶接方法。
5. 前記ステンレス鋼板が、フェライト系ステンレス鋼板であることを特徴とする請求項４に記載の溶接用金属板の溶接方法。

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