JPH0422590A - 柱はり仕口組立・溶接工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明工法は、鉄骨構造物のコラムと、はり材との接合
部を形成する、柱はり仕口のブラケット型構造物の製造
・組立工法−特に、その、はり貫通タイプ、通しダイヤ
フラムにおけるコラムとダイヤフラムとの間の溶接工法
−に関する。

［従来の技術） 高層建築物を組立てている鉄骨構造物におけるコラムと
はり材との接合部は、一般に剛仕口を形成し、ここに各
部材の軸力・曲げモーメント・せん断応力が集中するた
め、同部材は充分な耐力と剛性を持つように設計され、
柱はり溶接継手の耐力、接合部パネルの剪断耐力、はり
曲げ応力により生じるコラム周壁の局部破壊などに対し
、安全性を確保するよう構成される。

上述の柱は・り仕口の構成を大別すると、工場で溶接施
工したブラケット型の場合と、現場溶接の場合とになる
が、施工性・信頼性の上からブラケット型が広く採用さ
れている。

さらに、上述ブラケット型の柱はり仕口構造は、柱貫通
タイプと、はり貫通タイプとに分類されるが、いずれの
タイプの柱はり仕口も、その構造が複雑で溶接継手が多
く、ダイヤフラムとコラム端面との突合せ溶接のための
開先加工が必要であるとか、前記溶接施工には、予め裏
当て金を仮付けする作業を要する等々、加工工数が増加
し、また、タイプによっては仕口構造の溶接部が目視検
査、非破壊検査になじまず、加工精度を吊し難いといっ
た問題点がある。

また、前記問題点が比較的少ないタイプのものは、溶接
欠陥ができ易いとか、材料を無駄にする等々の、別の欠
点が指摘されている。

ところで、上記柱はり仕口のうち、はり貫通タイプ・通
しダイヤフラムの構造を成形するために、従来、第４図
（ａ）　（ｂ）　（ｃ）に横断面図、縦断面図、一部拡
大図として示すように、コラム１を長手方向に短く切断
して、さいころ状にしたものの、それぞれの端面１ａに
開先加工を施した後、各端ルート面とダイヤフラム２と
の間に溶接継手が形成される個所には、すべて裏当て金
３を隙間なく仮付けすると共に、その端面にダイヤフラ
ム２を載せ、コラムの開先加工部とダイヤフラム面との
間に本溶接４を施すことによって、柱はり仕口を組立・
成形をしていた。

上述、従来の通しダイヤフラム仕口構造の組立・加工の
うち、コラムとダイヤフラムとの間の本溶接については
近来、溶接ロボット技術および、その制御手段が格別に
進歩したことに起因して、工場内加工では、略、自動化
が可能となり、溶接施工の劣悪な作業環境、条件から１
作業員を開放することができるようになると共に、製品
の品質を均一、かつ精度を高め、加工能率を向上させる
ことができるようになった。

しかしながら、本溶接の予備作業であるところのコラム
端面１ａに裏当て金３を施す工程については、−概に自
動化することができない面がある。

たとえば、 （１）裏当て金とコラム周壁との間に隙間があると、そ
れが本溶接継手の品質に悪影響を与えるのに、コラムの
製造規格の許容公差が甘いために、同一形状に成形した
裏当て金を、すべてのコラム端内周面に適用することが
できず、ハンマーとか万力を使用し、人手に頼って裏当
て金をコラム断面になじませなければ、不良の溶接継手
ができる恐れがある。

特に、裏当て金とコラム隅角部のＲとの、なじみが良好
でない。

（２）裏当て金を、コラム端面から５ｍｍ〜１０陶突出
させてコラム周壁に仮付けする際、人手によるときには
裏当て金の端縁が同一平面上に位置せず、そのためダイ
ヤフラム面との間に隙間ができる。

もしくは、前記端縁を含む平面がコラム軸に直角でない
ため、精度の良い柱はり仕口構造ができない。

（３）本溶接のポケットが広いために溶接金属の熱容量
が大きくなり、その分だけ溶接資材を多量に消費するほ
か、溶接による局部歪も自づと大きくなる恐れがある。

等々の技術的問題点が存在することが解っている。

（４）柱はり仕口は、−本のコラムに対して複数（床の
数だけ）個形成することが一般であり、建築用のコラム
の需要が増加すればする程、幾何級数的にその必要性も
増加する。

（５）さらに、溶接加工のような劣悪な作業環境・条件
の許では、建設業界における需要を満たすだけの作業員
の確保が、今後、次第に困難になりつつあるという予想
もなされているし、現に作業員の集まりが悪い。

［発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記、従来の柱はり仕口の組立工法における
上述、コラム端面に裏当て金を仮付は溶接する工程を改
良して、これを溶接の自動化に適合するように改めるこ
とにより、柱はり仕口組立・成形工程、特に、その溶接
作業を全自動化することができる、柱はり仕口組立・溶
接工法を開発することを目的とする。

また、柱はり仕口の組立工程中の、溶接作業を自動化す
ることによって、高精度で、均質化した継手を備えた高
品質な製品を、能率良く供給することができる、コラム
に対するダイヤフラム溶接工法を提供しようとするもの
である。

それによって、溶接資材、工数等を可及的に節減して比
較的に安価で、しかも信頼性の高い柱はり仕口製品を市
場に提供することを目的とする。

さらには、作業条件、環境が劣悪な肉厚鋼板の溶接作業
に従事する人員を極力、回避・節減することによって、
将来とも確保が困難で人手不足にある熟練した溶接工に
頼らずとも、建築業界のニーズを満足し得る製品を提供
しようとするものである。

なおかつ、それによって作業員の健康管理、衛生環境の
改養を図ることをも目的とする。

１課題を解決するための手段） 本発明は、上述目的を達成するため、以下に述べるとお
りの構成要件を具備する。

（１）し型またはＪ型開先加工を施したままのコラム端
ルート面に、所定形状のダイヤフラムを押し当てた後、
コラムの開先角度に対向する周囲の空間領域からコラム
端面およびダイヤフラムの接触線に沿って直接レーザー
ビームを照射し、局部に裏波が生じる程度に、コラムと
ダイヤフラムとの間に連続仮付は溶接を施すことを特徴
とする、柱はり仕口組立・溶接工法。

（２）レーザービームの照射位置に対して金属ワイヤー
の端部を送り出すと共に、前記送り出し端部をレーザー
ビームの相対的移動に追従して移動するようにしたこと
より成る上記第（１）項記載の柱はり仕口組立・溶接工
法。

［作　用］ （１）コラムを軸方向に短かく、さいころ状に切断して
、柱はり仕口の中間部材を形成すると共に、その端面に
し型またはＪ型の開先加工を施して、そのルート面に所
定のダイヤフラムを載せて組立て、これを枠内に設置し
、流体圧機構などを用いて、互いに軸方向に向はダイヤ
フラムを押圧、固定する。場合によっては単にダイヤフ
ラムを載せるだけで安定させるようにしてもよい。

（２）上記枠を回動し、被溶着ラインの一部を、レーザ
ービームノズルに対向させて停止すると共に、その位置
を保持したまま、コラムの中心軸の回りに柱はり仕口構
造の中間部材を緩やかに回転させる一方、レーザーを励
起してビームを放射して、これを開先コラム端面（ルー
ト面）とダイヤフラム面との接触部に当て、回部分裏（
内）側に裏波が生じる程度に溶融・着する。

レーザーノズルは、前記中間部材がコラム軸の回りに回
転するのに従って、同部材端面の溶着個所が、ノズルに
近接すれば遠ざかり、離れすぎれば、前進してノズルと
溶着個所との距離を、常時一定に保って、一定の溶接条
件の許でコラムのルート面とダイヤフラムとの間に溶接
継手を形成する。

その際、溶接部は、アルゴンガスとか炭酸ガスまたはヘ
リウムガスなどの噴射または雰囲気によって空気から遮
断し、金属溶融に基づく素材の劣化を防止する。

かくして、コラム軸心の回りに、柱はり仕口中間部材を
回転させ、レーザービームノズルに対して一回転させる
ことによりコラム端のルート面とダイヤフラム面との間
に溶接継手を形成する。

（３）その際、レーザービームノズルを、前記回転軸に
対称に一対、設けるとか、仕口部材の阿端面に対して、
それぞれ設けて置く　（勿論、仕口部材の回転に応じ、
いずれのレーザービームノズルの仕口構造に対する相対
的位置も自動制御される）ことによって、さいころ状コ
ラム端のルート面とダイヤフラムとの溶着作業能率は向
上する。

（４）コラム端のルート面のレーザービームＧＷｋだけ
では、さいころ状コラムのルート面とダイヤフラムとの
間の、いわば仮付は溶接構造が弱体である心配がある場
合には、レーザービーム溶接個所に金属ワイヤーを送給
して、開先面に溶加材を供給し、前述イナートガスの保
護の許に溶着効率を殆ど１００％近く高めて、優秀な溶
接継手を形成することができる。

（５）コラム端のルート面とダイヤフラムとの間に一度
、連続的な仮付は溶接継手が形成されれば、その後工程
でコラム端の開先面とダイヤフラム面との間を、公知の
炭酸ガス溶接、アルゴンガス溶接、その他の自動溶接工
法または、手溶接等によって本溶接を施すことができる
。

（実施例］ 第３図（＆）〜（ｄ）は本発明による柱はり仕口を示す
もので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）
は（ａ）図における溶接部の拡大図、（ｄ）は溶接実施
データを示す説明図、である。

即ち、軸方向に短くさいころ状に切断して、柱はり仕口
の中間材としたコラム１の端面１ａにし型またはＪ型の
開先加工を施してそのルート面に所定のダイヤフラム２
を載せて、（ｄ）図に示すように、開先コラム端面（ル
ート面）とダイヤフラム面との接触部にレーザ光６を当
て、胴部背裏（内）側に裏波が生ずる程度に溶融着５ａ
する。

（ｄ）図に示す実施例では、 レーザ容量　　　　　　　４ＫＷ 接合速度　　　　　　　　１ｍ／ｍｉｎシールドガス　
アルゴン　２４　Ｑ　／ｍｉｎレーザ照射角度　　　　
　１５゜ ルートフェイス　　　　　２ｍｍ 開先角度　　　　　　　　４５゜ である。

このレーザビーム溶接は、いわば仮付溶接であるので、
対象物に対する溶接強度が弱いと判断される場合には、
レーザビーム溶接箇所に金属ワイヤを送給して、開先面
に溶加材を供給して溶接部５ｂを形成させるようにする
。

このようにして、コラム端のルート面とダイヤフラムと
の間に一度、連続的な仮付は溶接継手が形成されれば、
その後工程でコラム端の開先面とダイヤフラム面との間
を、公知の炭酸ガス溶接、アルゴンガス溶接、その他の
自動溶接工法または、手溶接等によって本溶接５ｃを施
すことにより柱はり仕口が完成する。

次に本発明による柱はり仕口の製造装置について説明す
る。

第１図、第２図はそれぞれ本発明による柱はり仕口の製
造に用いる装置の一例を示すもので、第１図は正面図、
第２図は平面図、である。

図面に示すように、製造装置（溶接装置）７においては
、台座８上に左右支持部９．１０により四角状枠体１１
が左右支軸１２．１３で回転自在に支承された状態とさ
れである。

枠体１１には、その下側上面にベアリング台１４を介し
て加工材の回転支持台１５が設けられ、回転支持台１５
は、その外周に設けられた歯車１６を介して、枠体１１
に固定された官軍１７付モータ１９により回転駆動され
るよう構成されている。

また、回転支持台１５上には、柱はり仕口を形成するダ
イヤフラム２、両端面に開先加工を施したコラム１、ダ
イヤフラム２のように積み重ね、上側より、回転台２０
、ベアリング台２１を介して、枠体１１上側に取付けら
れた押付シリンダ２２を備えた押付装置２３により、コ
ラム１、ダイヤフラム２、コラムｌが柱はり仕口を形成
した形に枠体１１内に固定される。

この固定した状態とされたコラム１、ダイヤフラム２、
コラム１は、その開先加工された端面で、第３図（ｄ）
に示すように、前後移動シリンダ２４付レーザ溶接装置
２５からのレーザ光６により、回転支持台１５を回転さ
せながらの溶接が行なわれ、５１部分が溶接される。な
お、レーザ溶接装置２５には、上下動シリンダ付レーザ
支持部２６も設けられていて、シリンダ２４、レーザ支
持部２６のシリンダをコンピュータを利用して制御する
ことにより、レーザ溶接装置２５先端と溶接部分との距
離が一定に保たれるようにする。

本実施例では、枠体１１は支軸１３を回転させることに
より上下変位可能とされており、例えば、下方の溶接作
業を行なった後、反転させて上下変位して他方の溶接を
行なうようになっている。しかし、枠体１１を上下変位
させることなく、レーザ支持部２６を上下変位してレー
ザ溶接装置２５のレーザ光照射位置を変えて行なうよう
にしてもよい。また、必要に応じて金属ワイヤ端部をレ
ーザビームの照射位置に送り出して、溶接部に溶加材を
供給して、第３図（ｃ）に示すようレーザとワイヤによ
る溶接部５ｂを形成するようにする。

更に、ビーム溶着と同時又はその後に同一装置７に設け
られた炭酸ガス溶接装置２７により従来溶接作業を続け
て行なうようにしてもよい。勿論、仮溶着した後に別の
装置で通常の溶接部分５Ｃに炭酸ガス溶接１手溶接など
の従来の溶接を行なうようにしてもよい。

［！！明の効果］ 本発明による柱はり仕口組立・溶接工法は、（１）上述
のようであるから、さいころ状コラム端面に裏当て金を
施す必要がない。

要するに、仕口構造溶接のための予備加工が不要になる
。

（２）したがって、裏当て金をコラム内周に合わせる工
程とコラムへの仮付は溶接が不用である。

従来工法によれば、人手のよる上記予備作業の良否が仕
口構造の継手品質に大きな影響を及ぼしていたが、その
不確定要素を排除することができる。

（３）裏当て金がないので、コラムの機械加工の正確度
が、そのまま溶接成形後の製品精度になって現れる。

（４）レーザービーム溶接による仮付は加工であるので
、狭い隙間での溶着が可能となり、結局溶接量が少なく
て済む。

（５）すなわち、溶接資材を節減することができて、コ
ストダウンが可能であるばかりでなく、熱容量が小さく
なるので、それにしたがって溶接歪も小さくなる。

（６）従来工法におけるような、裏当て金を施したもの
は、溶接継手が形成された後は、回当て金裏にクラック
が発生したと同様な状態になって、溶接継手の強度上問
題があるが、レーザービーム溶接の場合には、裏当て金
がないため、その恐れがない。

本発明工法は、そのほか、 （１）丸鋼管および四面ボックス（四枚板溶接コラム）
、チャンネル型抱合せコラムの加工にも、適用すること
ができる。

（２）裏当て金の必要な溶接継手にも適用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による柱はり仕口の溶接装置の実施例を
示す正面図、第２図は第１図の平面図、第３図（ａ）〜
（ｄ）は本発明による柱はり仕口を示すもので、（ａ）
は横断面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ａ）図にお
ける溶接部の拡大図、（ｄ）は溶接実施データを示す説
明図、第４図（ａ）〜（ｃ）は従来例を示すもので、（
ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ａ）図
における溶接部の拡大図、である。 １・・・・コラム、　　　　２・・・・ダイヤフラム、
３・・・・裏当て金、　　４・・・・従来形式溶接部、
５・・・・溶接部分、　　　５ａ・・・レーザ溶接部分
、５ｂ・・・レーザとワイヤによる溶接部分。 ５ｃ・・・従来形式溶接部分、 ６・・・・レーザ照射光、７・・・・製造装置、８・・
・・台座、　　　　　９．１０・・・・支持部、１１・
・・・枠体、　　　　１２．１３・・・・支軸、１４．
２１・・・・ベアリング台、　１５．２０・・・・回転
台、１６・・・・歯車、　　　　　１９・・・・モータ
、２３・・・・押付装置、　　２５・・・・レーザ溶接
装置、２７・・・・炭酸ガス溶接装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レ型またはＪ型開先加工を施したままのコラム端
   ルート面に、所定形状のダイヤフラムを押し当てた後、
   コラムの開先角度に対向する周囲の空間領域からコラム
   端面およびダイヤフラムの接触線に沿って直接レーザー
   ビームを照射し、局部に裏波が生じる程度に、コラムと
   ダイヤフラムとの間に連続仮付け溶接を施すことを特徴
   とする、柱はり仕口組立・溶接工法。
2. （２）レーザービームの照射位置に対して金属ワイヤー
   の端部を送り出すと共に、前記送り出し端部をレーザー
   ビームの相対的移動に追従して移動するようにしたこと
   よりなる請求項（１）記載の柱はり仕口組立・溶接工法
   。