JP7295434B2 - 溶接止端部の押圧装置及び当該押圧装置により溶接止端部が押圧された溶接構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、溶接止端部の押圧装置及び当該押圧装置により溶接止端部が押圧された溶接構造体の製造方法に関する。

船舶、橋梁、建築等の、鋼部材を縦横に交差させて溶接によって施工される溶接構造体では、溶接棒や溶接トーチを溶接部に近づけるためのスカラップと呼ばれるアクセスホールを用いて、溶接を行うことが多い。

繰返し負荷を受けるために溶接部の疲労を考慮しなければならない構造物においては、スカラップの溶接止端部からの疲労が設計のボトルネックとなり得る。そこで、溶接止端部のグラインダー処理による応力集中の緩和や、超音波打撃処理（ＵＩＴ）による圧縮残留応力の導入等により、疲労対策が行われている。しかしながら、スカラップの溶接止端部周辺は狭く、グラインダー処理や超音波打撃処理を行うための装置を配置したり、施工者の作業スペースを十分に確保したりできないため、十分な疲労対策ができないことが多かった。

そこで、スカラップの溶接止端部に十分な疲労対策を行う方法が検討されており、荷重付与方法が提案されている（特許文献１）。

特開２０１８－１６７３２２号公報

しかしながら、図１に示すような、例えば橋梁の構造の一部にみられる鋼床版の垂直補剛材と下横構ガセットのスカラップとの隙間が２０ｍｍ以下といったような狭い箇所については、建築鉄骨で一般的に用いられる３５ｍｍ程度のスカラップを想定した特許文献１の方法を用いても、処理に十分な荷重を発生させるための処理装置がスカラップ内部に収まらず、スカラップの溶接止端部を十分に押圧処理することができないことがあった。また、下横構ガセットの表面には、ブレースがボルトで取り付けられることがあり、このような場合は、従来の装置を配置するためのスペースを確保することが難しく、スカラップの溶接止端部に疲労対策処理を施すことが非常に困難であった。

したがって、スカラップの溶接止端部を押圧することができる押圧装置及びこのような押圧装置を用いてスカラップの溶接止端部が押圧された溶接構造体を製造することができる方法が求められている。

本発明は、下記の溶接止端部の押圧装置及び溶接構造体の製造方法を要旨とする。
（１）溶接構造体の溶接止端部を押圧する押圧装置であって、
第１の部材と、第２の部材と、第３の部材とを有し、
前記第１の部材は、第１の面と第２の面とで構成される鋭角の先端部を有し、
前記第２の部材は、前記第２の面に摺動可能に接する第３の面と、前記第３の面の前記第２の面側とは反対側の第４の面とを有し、
前記第３の部材は、前記第１の面に摺動可能に接する第５の面を有し、
前記第１の部材は、前記第２の面が前記第２の部材の前記第３の面に接しながら且つ前記第１の面が前記第３の部材の前記第５の面に接しながら、前記第２の部材及び前記第３の部材に対して相対的に移動可能であり、
前記第２の部材及び前記第３の部材のうち一方が第１の摺動ガイドを有し、前記第２の部材及び前記第３の部材のうち他方が前記第１の摺動ガイドに挿入される第１の摺動ガイドピンを有し、
前記第１の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に形成され、
前記第２の部材の前記第４の面の一部が前記溶接止端部を押圧する、
押圧装置。
（２）前記第２の部材は、前記第４の面の前記一部に凸形状の押し子を備え、
前記押し子は、５５以上のロックウェルＣスケール硬度を有する、
（１）に記載の押圧装置。
（３）前記第１の部材及び前記第２の部材のうち一方が第２の摺動ガイドを有し、前記第１の部材及び前記第２の部材のうち他方が前記第２の摺動ガイドに挿入される第２の摺動ガイドピンを有し、
前記第２の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第２の部材に対する相対的な移動方向に平行に形成されている、
（１）または（２）に記載の押圧装置。
（４）前記第３の部材が、前記第１の部材の前記先端部とは反対側の後端部を覆う壁部を有し、
前記壁部は、前記第５の面に平行な方向に貫通するねじ穴を有し、
前記ねじ穴にねじが螺合されており、
前記ねじの先端が前記第１の部材の前記後端部に当接する、
（１）から（３）のいずれかに記載の押圧装置。
（５）押圧装置により溶接止端部が押圧された溶接構造体の製造方法であって、
前記溶接構造体は、第１の鋼板、第２の鋼板、及び第３の鋼板を含み、
前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とがＴ字溶接されており、
前記第３の鋼板がスカラップを備え、
前記スカラップ内に前記第２の鋼板が隙間を空けて入るように、且つ前記スカラップによって前記Ｔ字溶接部を避けるように、前記第３の鋼板が前記第１の鋼板に角回し溶接されて前記スカラップの溶接止端部が形成されており、
前記押圧装置は、第１の部材と、第２の部材と、第３の部材とを有し、
前記第１の部材は、第１の面と第２の面とで構成される鋭角の先端部を備え、前記スカラップと前記第２の鋼板との間の前記隙間に前記先端部が挿入され、
前記第２の部材は、前記第２の面に摺動可能に接する第３の面と、前記第３の面の前記第２の面側とは反対側の第４の面とを有し、
前記第３の部材は、前記第１の面に摺動可能に接する第５の面と、前記第５の面の前記第１の面側とは反対側の第６の面とを有し、
前記第１の部材は、前記第２の面が前記第２の部材の前記第３の面に接しながら且つ前記第１の面が前記第３の部材の前記第５の面に接しながら、前記第２の部材及び前記第３の部材に対して相対的に移動可能であり、
前記第２の部材及び前記第３の部材のうち一方が第１の摺動ガイドを有し、前記第２の部材及び前記第３の部材のうち他方が前記第１の摺動ガイドに挿入される第１の摺動ガイドピンを有し、
前記第１の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に形成され、
前記製造方法は、
前記押圧装置の前記第３の部材の前記第６の面を前記第２の鋼板の表面に接触させるとともに、前記押圧装置の前記第２の部材の前記第４の面の一部が前記スカラップの溶接止端部に対向するように、前記第２の部材を前記スカラップと前記第２の鋼板との間の前記隙間に挿入すること、並びに
前記第１の部材を前記第２の部材と前記第３の部材との間に押し込んで、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に、前記第２の部材を前記第３の部材に対して相対的に移動させることにより、前記第２の部材の前記第４の面の前記一部によって前記スカラップの前記溶接止端部を押圧すること、
を含む、製造方法。
（６）前記第２の部材は、前記第４の面の前記一部に凸形状の押し子を備え、前記押し子は５５以上のロックウェルＣスケール硬度を有し、
前記押し子で前記溶接止端部を押圧する、
（５）に記載の製造方法。
（７）前記第１の部材及び前記第２の部材のうち一方が第２の摺動ガイドを有し、前記第１の部材及び前記第２の部材のうち他方が前記第２の摺動ガイドに挿入される第２の摺動ガイドピンを有し、
前記第２の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第２の部材に対する相対的な移動方向に平行に形成されており、
前記第２の摺動ガイドに沿って前記第２の摺動ガイドピンを移動させるとともに前記第１の部材を前記第２の部材に対して相対的に移動させる、
（５）または（６）に記載の製造方法。
（８）前記第３の部材が、前記第１の部材の前記先端部とは反対側の後端部を覆う壁部を有し、
前記壁部は、前記第５の面に平行な方向に貫通するねじ穴を有し、
前記ねじ穴にねじが螺合されており、
前記ねじの先端が前記第１の部材の前記後端部に当接し、
前記ねじの前記先端で前記第１の部材の前記後端部を押し込むことにより、前記第１の部材を前記第２の部材及び前記第３の部材に対して相対的に移動させる、
（５）から（７）のいずれかに記載の製造方法。

本発明によれば、スカラップの溶接止端部を押圧することができ、また、スカラップの溶接止端部が押圧された溶接構造体を製造することができる。加えて、本発明の押圧装置及び製造方法は、新たに製造される溶接構造体におけるスカラップの溶接止端部だけでなく、従来、押圧による圧縮残留応力を導入できなかった既存の溶接構造体におけるスカラップの溶接止端部に対しても適用することができるため、このような既存の溶接構造体に対する疲労対策としても有効に使用することが可能である。

図１は、橋梁の構造の一部にみられる鋼床版の垂直補剛材と下横構ガセットのスカラップとの隙間が狭い箇所を模式的に表した斜視図である。 図２は、第１の部材１０の一例の側面図及び背面図である。 図３は、第２の部材２０の一例の側面図及び背面図である。 図４は、第３の部材３０の一例の側面図及び背面図である。 図５は、ねじの一例の側面図である。 図６は、第１の部材、第２の部材、及び第３の部材を組み合わせた押圧装置の一例の側面図である。 図７は、図６に示す押圧装置を動作させたときの一例の側面図である。 図８は、第１の部材、第２の部材、及び第３の部材を組み合わせた押圧装置一例の斜視図である。 図９は、４つのねじ穴及び押し子を備えた部材を模式的に表した斜視図である。 図１０は、溝に押し子が挿入された第２の部材を模式的に表した斜視図である。 図１１は、押圧装置を用いて、溶接構造体のスカラップの溶接止端部を押圧する態様の一例を模式的に表した斜視図である。

１．溶接構造体の溶接止端部を押圧する押圧装置
本発明は、溶接構造体の溶接止端部を押圧する押圧装置であって、
第１の部材と、第２の部材と、第３の部材とを有し、
前記第１の部材は、第１の面と第２の面とで構成される鋭角の先端部を有し、
前記第２の部材は、前記第２の面に摺動可能に接する第３の面と、前記第３の面の前記第２の面側とは反対側の第４の面とを有し、
前記第３の部材は、前記第１の面に摺動可能に接する第５の面を有し、
前記第１の部材は、前記第２の面が前記第２の部材の前記第３の面に接しながら且つ前記第１の面が前記第３の部材の前記第５の面に接しながら、前記第２の部材及び前記第３の部材に対して相対的に移動可能であり、
前記第２の部材及び前記第３の部材のうち一方が第１の摺動ガイドを有し、前記第２の部材及び前記第３の部材のうち他方が前記第１の摺動ガイドに挿入される第１の摺動ガイドピンを有し、
前記第１の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に形成され、
前記第２の部材の前記第４の面の一部が前記溶接止端部を押圧する、
押圧装置を対象とする。

本発明の押圧装置によれば、従来、押圧による圧縮残留応力を導入することができなかった溶接構造体におけるスカラップの溶接止端部を、十分に押圧することができる。以下に、図面を参照しながら実施形態に係る押圧装置の構成を説明する。

押圧装置は、図２に模式的に例示するような、第１の部材１０を有する。第１の部材１０は、第１の面１５と第２の面１６とで構成される鋭角の先端部１２を有する。第１の部材１０は、例えば、楔状とすることができる。楔状とは、側面または断面がＶ字形または三角形であることを意味する。図２は、第１の部材１０の一例の側面図（図２（ａ））及び背面図（図２（ｂ））である。

押圧装置は、図３に模式的に例示するような、第２の部材２０を有する。図３は、第２の部材２０の一例の側面図（図３（ａ））及び背面図（図３（ｂ））である。第２の部材２０は、第１の部材１０の第２の面１６に摺動可能に接する第３の面２４と、第３の面２４の第２の面１６側とは反対側の第４の面２７とを有する。図３に示されるように、第２の部材２０は、第４の面２７の一部に、凸形状の押し子２８を備えていてもよい。この場合、押し子２８は、５５以上のロックウェルＣスケール硬度を有していてもよい。なお、押し子２８の硬さの尺度はロックウェル硬さに限定されない。他の測定方法で押し子２８の硬さを測定した場合、その硬さをロックウェルＣスケール硬度に換算することができる。

押圧装置は、図４に模式的に例示するような、第３の部材３０を有する。図４は、第３の部材３０の一例の側面図（図４（ａ））及び背面図（図４（ｂ））である。図４に示されるように、第３の部材３０は、第１の部材１０の第１の面１５に摺動可能に接する第５の面３４を有する。

第１の部材１０は、第２の面１６が第２の部材２０の第３の面２４に接しながら且つ第１の面１５が第３の部材３０の第５の面３４に接しながら、第２の部材２０及び第３の部材３０に対して相対的に移動可能である。

第２の部材２０及び第３の部材３０のうち一方が第１の摺動ガイドを有し、第２の部材２０及び第３の部材３０のうち他方が、第１の摺動ガイドに挿入されるように構成された第１の摺動ガイドピンを有する。

図３に、第１の摺動ガイド５０を有する第２の部材２０の一例の側面図を示し、図４に、第１の摺動ガイドピン５２を有する第３の部材３０の一例の側面図を示す。

第１の摺動ガイド５０は、第１の部材１０の第３の部材３０に対する相対的な移動方向に交差する方向に形成される。例えば、第３の部材３０の第５の面３４に沿って第１の部材１０を摺動させると、第１の摺動ガイドピン５２が第１の摺動ガイド５０に沿って相対的に移動し、第５の面３４と交差する方向に第２の部材２０を移動させることができる。

図４に示されるように、第１の摺動ガイドピン５２は、第３の部材３０の第１の摺動ガイドピン配置部５４に備えられていてもよい。第１の摺動ガイドピン５２は、第１の摺動ガイド５０に挿入される。この場合、第１の摺動ガイドピン配置部５４に、第２の部材２０の第１の摺動ガイド５０を有する部分が、嵌め合わされてもよい。

一方、第２の部材２０が第１の摺動ガイドピンを有してもよく、第３の部材３０が第１の摺動ガイドを有してもよく、第３の部材３０が第１の摺動ガイド配置部を有してもよく、第１の摺動ガイドが第１の摺動ガイド配置部に備えられてもよい。この場合も、第１の摺動ガイドピンは、第１の摺動ガイドに挿入される。

図６に、第１の部材１０、第２の部材２０、及び第３の部材３０を組み合わせた押圧装置１００の一例の側面図を示す。図６に示されるように、第２の部材２０が第１の部材１０の少なくとも一部を覆い、第３の部材３０が第１の部材１０の少なくとも一部を覆っていてもよい。図６に示されるように、第１の部材１０の第２の面１６が第２の部材２０の第３の面２４に摺動可能に接し、且つ第１の部材１０の第１の面１５が第３の部材３０の第５の面３４に摺動可能に接するように配置されている。また、第２の部材２０の第１の摺動ガイド５０に、第３の部材３０の第１の摺動ガイドピン５２が挿入されている。

図８に、第１の部材１０、第２の部材２０、及び第３の部材３０を組み合わせた押圧装置１００の一例の斜視図を示す。図８に示されるように、凸形状の押し子２８が、第２部材２０の第４の面２７の一部に設けられてもよい。当該押し子２８は、５５以上のロックウェルＣスケール硬度を有するものであってもよい。好ましくは、第４の面２７は、第３の部材３０の第５の面３４に平行な面２７１を有し、面２７１上に押し子２８が設けられている。第５の面３４に平行な面２７１に押し子２８を設けることによって、溶接止端部に垂直に押し子２８を押圧することをより容易に行うことができる。図８において、白矢印は第１の部材１０の摺動方向を示す。第３の部材３０は、好ましくは、図８に破線で示すように角を面取りされている。角を面取りすることにより、押圧処理部以外の溶接金属部に第３の部材３０が接触することを容易に防止することができる。

図７に、図６に示す押圧装置１００を動作させたときの一例の側面図を示す。

図７に示されるように、第２の部材２０及び第３の部材３０の間で、鋭角の先端部１２を有する第１の部材１０を、第３の部材３０の第５の面３４に沿って押し込んで摺動させる。第１の部材１０をこのように摺動させると、図７に示すように、押圧装置１００の先端部が開口して第１の部材１０の先端が突出する。

第１の部材１０を上記のように摺動させることにより、第１の摺動ガイドピン５２が挿入された第１の摺動ガイド５０にしたがって、第５の面３４に交差する方向且つ第５の面３４から離間する方向に第２の部材２０を移動させて、第４の面２７の一部（例えば、押し子２８）をスカラップの溶接止端部に垂直に押圧することができる。図７において、大きな矢印が第１の部材１０の摺動方向を示し、小さな矢印が、第２の部材２０（及び押し子２８）の移動方向を示す。

第１の摺動ガイド５０の形状は、第３の部材３０の第５の面３４に沿って第１の部材１０を摺動させることにより、第５の面３４に交差する方向に向かって第２の部材２０を移動させるように構成されている限り特に限定されない。第１の摺動ガイド５０の形状は、好ましくは、第２の部材２０または第３の部材３０のうち一方の側面に、第５の面３４に対して垂直方向に延在する。第１の摺動ガイド５０は、第２の部材２０または第３の部材３０のうち一方の側面に貫通していても貫通していなくてもよい。第１の摺動ガイド５０は、好ましくは、第２の部材２０または第３の部材３０のうち一方の両側面に備えられている。

第１の摺動ガイドピン５２は、第１の摺動ガイド５０に挿入されて上記のように第２の部材２０を移動させるように構成されている限り特に限定されない。第１の摺動ガイドピン５２は、好ましくは、第２の部材２０または第３の部材３０のうち他方（第１の摺動ガイド５０を備えない方）の側面に、第５の面３４に垂直方向に延在する。第１の摺動ガイドピン５２は、好ましくは、第２の部材２０または第３の部材３０のうち他方の両側面に備えられている。

押圧装置１００によれば、図７に示されるように、鋭角の先端部を有する第１の部材１０を、第２の部材２０及び第３の部材３０の間で、第５の面３４に平行な方向に押し込んで摺動させるため、第１の部材１０の押込長さを長くすることができ、第１の部材１０に加える押込荷重は小さくても、第１の部材１０の押込方向に対して交差する方向（第３の部材３０の第５の面３４に交差する方向）に大きな荷重を発生させることができる。

そのため、押圧装置１００によれば、簡素な機構で極めて小さいスペースで局所押圧処理を行うことができるので、大型の電源等動力や油圧装置を導入することが難しい橋梁等の狭隘部でも、手動のラチェットレンチや、電動のドリルドライバーやレンチなどの一般的工具で、スカラップの溶接止端部のみを押圧処理することができる。したがって、押圧装置１００によれば、例えば、橋梁の構造の一部にみられる鋼床版の垂直補剛材と下横構ガセットのスカラップとの隙間が２０ｍｍ以下といったような狭い箇所や、下横構ガセットの表面にブレースがボルトで取り付けられているような狭い箇所においても、スカラップの溶接止端部のみを押圧処理することができる。

建築や橋梁等の溶接構造体のスカラップ部の厚みは１０ｍｍ以下程度であることが多く、使用される鋼材の強度は降伏強度が６００ＭＰａ以下であることが多いため、溶接止端部に塑性変形による圧縮残留応力を導入するには、１～２トン程度の荷重が必要となるが、押圧装置１００によれば、溶接止端部を押圧して、塑性変形による圧縮残留応力を導入することができる。

このように、押圧装置１００によれば、亀裂が発生しやすいスカラップの溶接止端部に、塑性変形による圧縮残留応力を導入することができ、疲労特性を向上させることができる。

押圧装置１００によれば、第１の部材１０だけが押圧装置１００の先端部から飛び出し、溶接止端部を押圧する第４の面２７は、第１の部材１０の移動方向とは交差する方向に移動して、溶接止端部に必要な押圧力を付与するため、溶接止端部に不必要なせん断応力が発生し難い。

好ましくは、スカラップの溶接止端部を塑性変形させることは、押圧前を基準として０．１ｍｍ以上へこませることを含む。

第１の部材１０は、好ましくは、図２に示すように、先端部１２とは反対側の第１の部材１０の後端部１７を有し、後端部側に直角部１３を備えた直角三角形の側面及び断面を有する。第１の部材１０が直角三角形の断面を有することにより、第１の部材１０の後端部１７を押して第１の部材をより容易に押し込むことができる。

第１の部材１０の鋭角の先端部１２の角度θは、好ましくは１～２０度である。角度θが前記好ましい範囲内であることにより、第１の部材１０に加える押込荷重、第１の部材１０の押込長さ、及び押込方向と直角な方向に発生させる荷重のバランスをより良好にすることができる。すなわち、角度θが前記好ましい範囲内であることにより、第１の部材１０に加える押込荷重に対して、押込方向と交差する方向（第３の部材３０の第５の面３４に交差する方向且つ第５の面３４から離間する方向）に発生させる荷重を大きくすることができ、且つ第１の部材１０の押込長さが長すぎないようにすることができる。第１の部材１０の押込長さは、好ましくは１０～１００ｍｍである。

好ましくは、第１の部材１０及び第２の部材２０のうち一方が第２の摺動ガイドを有し、第１の部材１０及び第２の部材２０のうち他方が、第２の摺動ガイドに挿入されるように構成された第２の摺動ガイドピンを有し、第２の摺動ガイドは、第１の部材１０の第２の部材に対する相対的な移動方向に平行に形成されている。

図２に、第２の摺動ガイド６０を有する第１の部材１０の一例の側面図を示し、図３に、第２の摺動ガイド６０に挿入されるように構成された第２の摺動ガイドピン６２を有する第２の部材２０の一例の側面図及び背面図を示す。図３（ｂ）の背面図に示すように、第２の摺動ガイドピン６２は、第２の部材２０の内側に備えられ得る。図３（ａ）の側面図においては、第２の摺動ガイドピン６２は破線で示されている。

図６の押圧装置１００の一例の側面図においては、第１の部材１０の第２の摺動ガイド６０に、第２の部材２０の第２の摺動ガイドピン６２が挿入されている。

図７に示す押圧装置１００を動作させたときの一例の側面図においては、第２の部材２０及び第３の部材３０の間で、鋭角の先端部１２を有する第１の部材１０を、第３の部材３０の第５の面３４に沿って押し込んで摺動させる際に、第２の摺動ガイドピン６２が挿入された第２の摺動ガイド６０にしたがって、第１の部材１０を摺動させることができる。このように、第２の摺動ガイドピン６２が挿入された第２の摺動ガイド６０にしたがって第１の部材１０を摺動させることにより、第１の部材１０を、第３の部材３０の第５の面３４に沿って押し込んで摺動させることをより安定して行うことができる。

第２の摺動ガイド６０の形状は、第１の部材１０の先端部１２に向かって第３の部材３０の第５の面３４に沿って第１の部材１０を安定して摺動させるように構成されている限り特に限定されないが、第２の摺動ガイド６０の形状は、好ましくは、図６に示すように、第１の部材１０または第２の部材２０のうち一方の側面に、第３の面２４に平行方向に延在する。第２の摺動ガイド６０は、第１の部材１０または第２の部材２０のうち一方の側面に貫通していても貫通していなくてもよい。

第２の摺動ガイドピン６２の形状は、第２の摺動ガイド６０に挿入されて上記のように第１の部材１０を安定して摺動させるように構成されている限り特に限定されないが、第２の摺動ガイドピン６２の形状は、好ましくは、図６に示すように、第１の部材１０または第２の部材２０のうち他方（第２の摺動ガイド６０を備えない方）の側面に、第２の摺動ガイド６０に挿入されるように配置される。

好ましくは、第３の部材３０が、第１の部材１０の先端部１２とは反対側の後端部１７を覆う壁部３８を有し、壁部３８は、第５の面３４に平行な方向に貫通するねじ穴７０を有し、ねじ穴７０にねじ７２が螺合されており、ねじ７２の先端が第１の部材１０の後端部１７に当接する。

図４に、第５の面３４に平行方向に延在するねじ穴７０を有する第３の部材３０の一例の側面図及び背面図を示し、図５に、ねじ７２の一例の側面図を示す。

図６に太矢印で示すように第３の部材３０のねじ穴７０にねじ７２を回し入れて、図７に示すようにねじ７２の先端で第１の部材１０の後端部１７を押し込むことにより、より小さい力で第１の部材１０を押し込んで摺動させることができる。例えば、ドライバー、レンチ、ラチェットレンチ、電動ドリルドライバー等を用いてねじ７２を回し入れて、ねじ７２の先端で第１の部材１０の後端部１７を押込むことができる。

ねじ７２は、第１の部材１０を押し込んで摺動させることができるものであれば特に限定されないが、好ましくは台形ねじ、ユニファイねじ、または角ねじであり、より好ましくは台形ねじである。

ねじ７２は、全体がねじでもよく、図５に示すように一部がねじであり、その他の部分がロッド形状を有してもよい。

溶接止端部を押圧する第４の面２７の一部は、５５以上のロックウェルＣスケール硬度を有していてもよく、６２以上のロックウェルＣスケール硬度を有していてもよい。第４の面２７に押し子２８を設ける場合、押し子２８は、好ましくは６２以上のロックウェルＣスケール硬度を有する。押圧装置１００において、溶接止端部を押圧する部分以外の部分は、溶接止端部を押圧するときに変形しない程度の硬度を有すればよく、好ましくは２８以上のロックウェルＣスケール硬度を有する。

押し子２８は凸形状であればよいが、好ましくは、溶接止端部に接触する押し子２８の表面部分は連続しており、曲面、平面、またはそれらの組み合わせで構成される。押し子２８の表面部分が前記好ましい形状を有することにより、応力集中部がより少ないか応力集中部を含まない押圧処理部を得ることができる。連続しているとは、曲面、平面、またはそれらの組み合わせの不連続箇所がない滑らかな面で構成されていることを意味する。

押し子２８の配置位置は、第２の部材２０の第４の面２７上において、スカラップの溶接止端部の位置に応じて調節してもよい。好ましくは、押し子２８は、スカラップに挿入しやすいように、第２の部材２０の第４の面２７上の先端部またはその近傍に配置される。第２の部材２０は、第４の面２７上に、１つまたは複数の押し子を有してもよい。

押し子２８は、好ましくは、第３の部材３０の第５の面３４に平行な方向に一定の長さを有する凸形状を有する。押し子２８が第３の部材３０の第５の面３４に平行な方向に一定の長さを有する凸形状を有することにより、溶接止端部に垂直に押し子２８を押圧することをより容易に行うことができる。

押し子２８は、第２の部材２０の第４の面２７上に、好ましくは交換可能に取り付けられている。第２の部材２０の第４の面２７上に、図９に示すような押し子２８を備えた部材８０を、ねじ穴８２を介してねじ止めして取り付けてもよい。図９は、４つのねじ穴８２及び押し子２８を備えた部材８０を模式的に表した斜視図である。ねじ穴の数は１つ以上の範囲で任意に設定すればよく、好ましくは２～６つである。

部材８０は、好ましくは、図９に破線で示すように角を面取りされている。角を面取りすることにより、押圧処理部近傍の溶接金属部に部材８０が接触することを容易に防止することができる。面取りする箇所は所望の位置であることができ、部材８０をねじ穴を介してねじ止めする場合は、面取り位置に応じて、ねじの位置を変更すればよい。

部材８０をねじ穴を介してねじ止めする場合、使用するねじは、好ましくは、低頭ねじまたは超低頭ねじである。ねじ穴は、好ましくはザグリ穴である。このようなねじやねじ穴を用いることにより、ねじが部材８０の表面から突出しないようにすることができ、ねじが押圧処理部近傍の溶接金属部に接触することを防止することができる。

押し子２８が摩耗したら、ねじ穴８２からねじを外して押し子２８を備えた部材８０を新しいものに交換することができる。

押し子２８のみが、第２の部材２０の第４の面２７上に交換可能に取り付けられていてもよい。図１０に示すように、第２の部材２０の第４の面２７上に溝８４を設け、溝８４に押し子２８を挿入して取り付けてもよい。図１０は、溝８４に押し子２８が挿入された第４の面２７を模式的に表した斜視図である。溝８４は、好ましくは、図１０に模式的に示すような抜け止め８４１を備える。押し子２８が摩耗したら、溝８４から押し子２８を取り外して新しいものに交換することができる。溝は例えばキー溝であることができる。

溝８４の位置は、溶接止端部の位置に応じて、図１０の矢印の範囲内で所望の位置にすることができる。第２の部材２０の第４の面２７上に設ける溝８４は、１つでもよいが２以上でもよい。第２の部材２０の第４の面２７上に溝８４を２つ以上設け、溶接止端部の位置に応じて、２つ以上の溝８４のうち１つ以上に、押し子２８を挿入して取り付けてもよい。

２．溶接構造体の溶接止端部の押圧方法
図１１に、押圧装置１００を用いて、溶接構造体のスカラップの溶接止端部を押圧する態様の一例を模式的に表した斜視図を示す。

図１１において、溶接構造体は、第１の鋼板１、第２の鋼板２、及び第３の鋼板３を含み、第１の鋼板１と第２の鋼板２とがＴ字溶接されており、第３の鋼板３がスカラップ４を備え、スカラップ４内に第２の鋼板２が隙間５を空けて入るように、且つスカラップ４によってＴ字溶接部を避けるように、第３の鋼板３が第１の鋼板１に角回し溶接されてスカラップ４の溶接止端部６が形成されている。第３の鋼板３と第１の鋼板１との間に角回し溶接部７が形成されている。好ましくは、第３の鋼板３は、第１の鋼板１及び第２の鋼板２に対して直交する。なお、本発明に係る溶接構造体は、上記の構造を有する任意の溶接構造体であってよく、新たに製造される溶接構造体だけでなく、既存の溶接構造体をも包含するものである。

押圧装置１００の第３の部材３０の第６の面３６を第２の鋼板の表面に接触させるとともに、押圧装置１００の第２の部材２０の第４の面２７の一部がスカラップ４の溶接止端部６に対向するように、第２の部材２０をスカラップ４と第２の鋼板２との間の隙間５に挿入することができる。

第１の部材１０を第２の部材２０と第３の部材３０との間に押し込んで、第１の部材１０の第３の部材３０に対する相対的な移動方向に交差する方向に、第２の部材２０を第３の部材３０に対して相対的に移動させることにより、第２の部材２０の第４の面２７の一部によってスカラップ４の溶接止端部６を押圧することができる。例えば、第３の部材３０の第５の面３４に沿って図１１に白矢印で示す方向（第３の鋼板３の表面に対して垂直方向）に且つ隙間５に先端部１２を挿入するように第１の部材１０を摺動させることにより、第２の部材２０を第１の摺動ガイドにしたがってスカラップ４の溶接止端部６の表面に対して垂直方向に摺動させて、第４の面２７によりスカラップ４の溶接止端部６を押圧することができる。

このように、押圧装置１００によれば、作業スペースが狭い場合でも、スカラップ４の溶接止端部６を、第４の面２７によって垂直に押圧することができる。また、押圧装置１００は、図１１に示すような構造を有する任意の溶接構造体におけるスカラップ４の溶接止端部６に適用できるため、新たに製造される溶接構造体だけでなく、従来、押圧による圧縮残留応力を導入できなかった既存の溶接構造体に対する疲労対策としても有効に使用することが可能である。

３．溶接構造体の製造方法
本発明はまた、押圧装置により溶接止端部が押圧された溶接構造体の製造方法であって、
前記溶接構造体は、第１の鋼板、第２の鋼板、及び第３の鋼板を含み、
前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とがＴ字溶接されており、
前記第３の鋼板がスカラップを備え、
前記スカラップ内に前記第２の鋼板が隙間を空けて入るように、且つ前記スカラップによって前記Ｔ字溶接部を避けるように、前記第３の鋼板が前記第１の鋼板に角回し溶接されて前記スカラップの溶接止端部が形成されており、
前記押圧装置は、第１の部材と、第２の部材と、第３の部材とを有し、
前記第１の部材は、第１の面と第２の面とで構成される鋭角の先端部を備え、前記スカラップと前記第２の鋼板との間の前記隙間に前記先端部が挿入され、
前記第２の部材は、前記第２の面に摺動可能に接する第３の面と、前記第３の面の前記第２の面側とは反対側の第４の面とを有し、
前記第３の部材は、前記第１の面に摺動可能に接する第５の面と、前記第５の面の前記第１の面側とは反対側の第６の面とを有し、
前記第１の部材は、前記第２の面が前記第２の部材の前記第３の面に接しながら且つ前記第１の面が前記第３の部材の前記第５の面に接しながら、前記第２の部材及び前記第３の部材に対して相対的に移動可能であり、
前記第２の部材及び前記第３の部材のうち一方が第１の摺動ガイドを有し、前記第２の部材及び前記第３の部材のうち他方が前記第１の摺動ガイドに挿入される第１の摺動ガイドピンを有し、
前記第１の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に形成され、
前記製造方法は、
前記押圧装置の前記第３の部材の前記第６の面を前記第２の鋼板の表面に接触させるとともに、前記押圧装置の前記第２の部材の前記第４の面の一部が前記スカラップの溶接止端部に対向するように、前記第２の部材を前記スカラップと前記第２の鋼板との間の前記隙間に挿入すること、並びに
前記第１の部材を前記第２の部材と前記第３の部材との間に押し込んで、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に、前記第２の部材を前記第３の部材に対して相対的に移動させることにより、前記第２の部材の前記第４の面の前記一部によって前記スカラップの前記溶接止端部を押圧すること、
を含む、製造方法を対象とする。

本発明の製造方法によれば、スカラップの溶接止端部が十分に押圧された溶接構造体を製造することができる。以下に、図面を参照しながら当該製造方法の構成を説明する。

溶接構造体は、第１の鋼板、第２の鋼板、及び第３の鋼板を含む。図１１に、第１の鋼板１、第２の鋼板２、及び第３の鋼板３を含む溶接構造体を模式的に表した斜視図を示す。なお、溶接構造体は、上記のとおり、新たに製造される溶接構造体だけでなく、既存の溶接構造体をも包含するものである。

第１の鋼板１、第２の鋼板２、及び第３の鋼板３は、第１の鋼板１と第２の鋼板２とがＴ字溶接されており、第３の鋼板３がスカラップ４を備え、スカラップ４内に第２の鋼板２が隙間５を空けて入るように、且つスカラップ４によってＴ字溶接部を避けるように、第３の鋼板３が第１の鋼板１に角回し溶接されてスカラップ４の溶接止端部６が形成されている溶接構造体を構成していれば、とくに限定されるものではない。第３の鋼板３と第１の鋼板１との間に角回し溶接部７が形成されている。好ましくは、第３の鋼板３は、第１の鋼板１及び第２の鋼板２に対して直交する。

例えば、第１の鋼板１はウェブであり、第２の鋼板２は垂直補剛材であり、第３の鋼板３は、下横溝ガゼットである。あるいは、例えば、第１の鋼板１はフランジであり、第２の鋼板２は垂直補剛材であり、第３の鋼板３はウェブである。

押圧装置１００は、図２及び図１１に模式的に示すように、例えば、第１の鋼板１の表面に対して垂直方向からみたときに楔状の断面を有し且つスカラップ４と第２の鋼板２との間の隙間５に先端部１２が挿入される第１の部材１０を含んでもよい。楔状とは、Ｖ字形または三角形を意味する。

押圧装置１００は、図３及び図１１に模式的に示すように、第１の部材１０の第２の面１６に摺動可能に接する第３の面２４を有し且つ第１の部材１０の少なくとも一部を覆う第２の部材２０を含んでもよい。第２の部材２０は、第３の面２４に対向する第４の面２７上に、５５以上のロックウェルＣスケール硬度を有する凸形状の押し子２８を備えてもよい。

押圧装置１００は、図４及び図１１に模式的に示すように、第１の部材１０の第１の面１５に摺動可能に接する第５の面３４及び第５の面３４に対向する第６の面３６を有し、且つ第１の部材１０の少なくとも一部を覆う第３の部材３０を含んでもよい。

第２の部材２０及び第３の部材３０のうち一方が第１の摺動ガイドを有してもよく、第２の部材２０及び第３の部材３０のうち他方が、第１の摺動ガイドに挿入されるように構成された第１の摺動ガイドピンを有してもよい。

第１の摺動ガイドは、第１の部材の第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に形成される。例えば、第１の摺動ガイド及び第１の摺動ガイドピンは、第３の部材３０の第５の面３４に沿って第１の部材１０を先端部１２の方向に摺動させると第５の面３４に垂直方向且つ第５の面３４から離間する方向に第２の部材２０を摺動させるように構成されてもよい。

本発明の製造方法は、押圧装置１００の第３の部材３０の第６の面３６を第２の鋼板２の表面に接触させるとともに、押圧装置１００の第２の部材２０の第４の面２７の一部がスカラップ４の溶接止端部６に対向するように、第２の部材２０をスカラップ４と第２の鋼板２との間の隙間に挿入する。例えば、押圧装置１００の第３の部材３０の第６の面３６を第２の鋼板２の表面に接触させるとともに、押圧装置１００の第２の部材２０の押し子２８がスカラップ４の溶接止端部６に対向するように、押し子２８をスカラップ４と第２の鋼板２との間の隙間５に挿入してもよい。

本発明の製造方法は、第１の部材１０を第２の部材２０と第３の部材３０との間に押し込んで、第１の部材１０の第３の部材３０に対する相対的な移動方向に交差する方向に、第２の部材２０を第３の部材３０に対して相対的に移動させることにより、第２の部材２０の第４の面２７の一部によってスカラップ４の溶接止端部６を押圧する。例えば、第３の部材３０の第５の面３４に沿って第３の鋼板３の表面に対して垂直方向に且つ隙間５に先端部１２を挿入するように第１の部材１０を摺動させることにより、第２の部材２０を第１の摺動ガイドにしたがってスカラップ４の溶接止端部６の表面に対して垂直方向に摺動させて、押し子２８によりスカラップ４の溶接止端部６を押圧してもよい。

本発明の製造方法によれば、第３の部材３０の第６の面３６を第２の鋼板２の表面に接触させて、第２の鋼板２の表面を支えにしながら、第４の面２７の一部（例えば押し子２８）だけを、スカラップ４の溶接止端部６に垂直に押圧して、押圧部だけに大きな荷重を作用させることができる。

好ましくは、第１の部材１０及び第２の部材２０のうち一方が第２の摺動ガイドを有し、第１の部材１０及び第２の部材２０のうち他方が、第２の摺動ガイドに挿入されるように構成された第２の摺動ガイドピンを有し、第２の摺動ガイドは、第１の部材１０の第２の部材２０に対する相対的な移動方向に平行に形成されており、第２の摺動ガイドに沿って第２の摺動ガイドピンを移動させるとともに第１の部材１０を第２の部材２０に対して相対的に移動させる。

好ましくは、第３の部材３０が、先端部１２とは反対側の第１の部材１０の後端部１７を覆う壁部３８を有し、壁部３８は、第５の面３４に平行な方向に貫通するねじ穴７０を有し、ねじ穴７０にねじ７２が螺合されており、ねじ７２の先端が第１の部材１０の後端部１７に当接し、ねじ７２の先端で第１の部材１０の後端部１７を押し込むことにより、第１の部材１０を第２の部材２０及び第３の部材３０に対して相対的に移動させる。

押圧装置１００、第１の部材１０、第２の部材２０、第３の部材３０、第１の摺動ガイド、第１の摺動ガイドピン、第２の摺動ガイド、第２の摺動ガイドピン、並びに第１の部材１０を押し込むねじ穴及びねじのその他の構成については、上記押圧装置１００に関して説明した内容が適用される。

１ 第１の鋼板
２ 第２の鋼板
３ 第３の鋼板
４ スカラップ
５ 隙間
６ 溶接止端部
７ 角回し溶接部
１００ 押圧装置
１０ 第１の部材
１２ 第１の部材の先端部
１３ 第１の部材の直角部
１５ 第１の部材の第１の面
１６ 第１の部材の第２の面
１７ 第１の部材の後端部
２０ 第２の部材
２４ 第２の部材の第３の面
２７ 第２の部材の第４の面
２７１ 第４の面における第３の部材の第５の面に平行な面
２８ 押し子
３０ 第３の部材
３４ 第３の部材の第５の面
３６ 第３の部材の第６の面
３８ 第３の部材の壁部
５０ 第１の摺動ガイド
５２ 第１の摺動ガイドピン
５４ 第１の摺動ガイドピン配置部
６０ 第２の摺動ガイド
６２ 第２の摺動ガイドピン
７０ ねじ穴
７２ ねじ
８０ 押し子を備えた部材
８２ ねじ穴
８４ 溝
８４１ 抜け止め

Claims (8)

1. 溶接構造体の溶接止端部を押圧する押圧装置であって、
   第１の部材と、第２の部材と、第３の部材とを有し、
   前記第１の部材は、第１の面と第２の面とで構成される鋭角の先端部を有し、
   前記第２の部材は、前記第２の面に摺動可能に接する第３の面と、前記第３の面の前記第２の面側とは反対側の第４の面とを有し、
   前記第３の部材は、前記第１の面に摺動可能に接する第５の面を有し、
   前記第１の部材は、前記第２の面が前記第２の部材の前記第３の面に接しながら且つ前記第１の面が前記第３の部材の前記第５の面に接しながら、前記第２の部材及び前記第３の部材に対して相対的に移動可能であり、
   前記第２の部材及び前記第３の部材のうち一方が第１の摺動ガイドを有し、前記第２の部材及び前記第３の部材のうち他方が前記第１の摺動ガイドに挿入される第１の摺動ガイドピンを有し、
   前記第１の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に形成され、
   前記第２の部材の前記第４の面の一部が前記溶接止端部を押圧する、
   押圧装置。
2. 前記第２の部材は、前記第４の面の前記一部に凸形状の押し子を備え、
   前記押し子は、５５以上のロックウェルＣスケール硬度を有する、
   請求項１に記載の押圧装置。
3. 前記第１の部材及び前記第２の部材のうち一方が第２の摺動ガイドを有し、前記第１の部材及び前記第２の部材のうち他方が前記第２の摺動ガイドに挿入される第２の摺動ガイドピンを有し、
   前記第２の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第２の部材に対する相対的な移動方向に平行に形成されている、
   請求項１または２に記載の押圧装置。
4. 前記第３の部材が、前記第１の部材の前記先端部とは反対側の後端部を覆う壁部を有し、
   前記壁部は、前記第５の面に平行な方向に貫通するねじ穴を有し、
   前記ねじ穴にねじが螺合されており、
   前記ねじの先端が前記第１の部材の前記後端部に当接する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の押圧装置。
5. 押圧装置により溶接止端部が押圧された溶接構造体の製造方法であって、
   前記溶接構造体は、第１の鋼板、第２の鋼板、及び第３の鋼板を含み、
   前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とがＴ字溶接されており、
   前記第３の鋼板がスカラップを備え、
   前記スカラップ内に前記第２の鋼板が隙間を空けて入るように、且つ前記スカラップによって前記Ｔ字溶接部を避けるように、前記第３の鋼板が前記第１の鋼板に角回し溶接されて前記スカラップの溶接止端部が形成されており、
   前記押圧装置は、第１の部材と、第２の部材と、第３の部材とを有し、
   前記第１の部材は、第１の面と第２の面とで構成される鋭角の先端部を備え、前記スカラップと前記第２の鋼板との間の前記隙間に前記先端部が挿入され、
   前記第２の部材は、前記第２の面に摺動可能に接する第３の面と、前記第３の面の前記第２の面側とは反対側の第４の面とを有し、
   前記第３の部材は、前記第１の面に摺動可能に接する第５の面と、前記第５の面の前記第１の面側とは反対側の第６の面とを有し、
   前記第１の部材は、前記第２の面が前記第２の部材の前記第３の面に接しながら且つ前記第１の面が前記第３の部材の前記第５の面に接しながら、前記第２の部材及び前記第３の部材に対して相対的に移動可能であり、
   前記第２の部材及び前記第３の部材のうち一方が第１の摺動ガイドを有し、前記第２の部材及び前記第３の部材のうち他方が前記第１の摺動ガイドに挿入される第１の摺動ガイドピンを有し、
   前記第１の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に形成され、
   前記製造方法は、
   前記押圧装置の前記第３の部材の前記第６の面を前記第２の鋼板の表面に接触させるとともに、前記押圧装置の前記第２の部材の前記第４の面の一部が前記スカラップの溶接止端部に対向するように、前記第２の部材を前記スカラップと前記第２の鋼板との間の前記隙間に挿入すること、並びに
   前記第１の部材を前記第２の部材と前記第３の部材との間に押し込んで、前記第１の部材の前記第３の部材に対する相対的な移動方向に交差する方向に、前記第２の部材を前記第３の部材に対して相対的に移動させることにより、前記第２の部材の前記第４の面の前記一部によって前記スカラップの前記溶接止端部を押圧すること、
   を含む、製造方法。
6. 前記第２の部材は、前記第４の面の前記一部に凸形状の押し子を備え、前記押し子は５５以上のロックウェルＣスケール硬度を有し、
   前記押し子で前記溶接止端部を押圧する、
   請求項５に記載の製造方法。
7. 前記第１の部材及び前記第２の部材のうち一方が第２の摺動ガイドを有し、前記第１の部材及び前記第２の部材のうち他方が前記第２の摺動ガイドに挿入される第２の摺動ガイドピンを有し、
   前記第２の摺動ガイドは、前記第１の部材の前記第２の部材に対する相対的な移動方向に平行に形成されており、
   前記第２の摺動ガイドに沿って前記第２の摺動ガイドピンを移動させるとともに前記第１の部材を前記第２の部材に対して相対的に移動させる、
   請求項５または６に記載の製造方法。
8. 前記第３の部材が、前記第１の部材の前記先端部とは反対側の後端部を覆う壁部を有し、
   前記壁部は、前記第５の面に平行な方向に貫通するねじ穴を有し、
   前記ねじ穴にねじが螺合されており、
   前記ねじの先端が前記第１の部材の前記後端部に当接し、
   前記ねじの前記先端で前記第１の部材の前記後端部を押し込むことにより、前記第１の部材を前記第２の部材及び前記第３の部材に対して相対的に移動させる、
   請求項５から７のいずれか１項に記載の製造方法。

Images