JPH05277725A - 鋼部材の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超々高層ビルの鉄骨等に用いる板厚が厚い高
張力鋼等の鋼部材を溶接熱による継手じん性の劣化を防
止し高能率で溶接する。 【構成】 鉄骨柱に鉄骨の梁の端面を向い合せ、いわゆ
るＴ継手の溶接をする際に、梁フランジの端部両側面に
ベベル切断を施し、端面厚み方向中央部に溝条を穿設
し、ベベル部を炭酸ガスアーク溶接して仮付けし、溶接
部外側を強制冷却しつつ、溝条が形成する空隙をエレク
トロスラグ溶接し、溝条両側の刃部分で溶融金属の流出
を防止し、空隙を溶融・充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は鋼部材の溶接方法、よ
り詳細には超々高層ビルには好適な鉄骨等に用いる鋼部
材の溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高さ３００ｍ、またはそれ以上のいわゆ
る超々高層ビルでは、一般に耐震性のほか、耐風性が問
題となる。すなわち、超々高層になると風による繰返し
荷重がビルの鉄骨構造に加わり、その構造の一部に疲労
きれつが発生する可能性が生じてくる。従来のビルの鉄
骨は耐震性の配慮はしているが、このような耐風性の配
慮は一般に必要でなかった。

【０００３】このため、従来のビルでは、図８のように
一般に強度的に最も重要である柱１と梁２の取合い部に
は裏当金４を付け、スカラップ５を設け、柱１に梁２の
フランジ端面を接合したＴ型の溶接継手３が多く採用さ
れていた。しかし、超々高層ビルでは、このような構造
は応力集中が心配される。裏当金のルート部やスカラッ
プのコーナ部には疲労きれつ６が発生する恐れがあり、
極力避けなければならない。従って、超々高層ビルの鉄
骨は裏当金およびスカラップがなく、応力が集中しない
構造が求められる。

【０００４】また、超々高層ビルは自重の軽減を図り、
かつ下層の居住空間スペースをできるだけ広くとる、い
わゆる大スパン細柱構造とするため高強度の鋼材、すな
わち、高張力鋼の使用が前提となる。このため、例え
ば、ＨＴ−６０〜ＨＴ−８０鋼のような高強度の鋼材を
使用しても、なおかつ、板厚は１００mm前後程度に厚く
なる。このような厚板の高張力鋼では、図８のような溶
接継手３部分を炭酸ガスアークの半自動溶接で溶接する
と梁仕口１ケ所で溶接作業者が１人１日かかってしま
う。従って、一度に大量の溶接金属を継手開先に溶かし
込む。いわゆる大入熱溶接を採用したいところである。
しかし、溶接熱影響部および溶接金属のじん性が大入熱
のために劣化してしまい要求される品質が得られないの
で、通常、入熱は５0,000 ジュール／cm以下位に制限を
受けていた。このために大入熱のエレクトロスラグ溶接
（または、エレクトロガス溶接）が適用できず、低い作
業能率となり、コスト高を招き、高張力鋼を溶接する上
での問題点となっていた。

【０００５】従来の梁仕口の他の取合部の例を図９(a),
(b),(c) に示す。(a) はフランジ端面両側にスカラップ
５を設け、(b) は裏当金を取付けて炭酸ガスアーク溶接
等で溶接した例であり、(c) はスカラップ５，裏当金４
および水冷銅当金を取付けてエレクトロスラグ溶接した
例である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記問題点
に着目しなされたものである。その目的は、構造的に疲
労きれつの発明の恐れがなく、かつ、厚い高張力鋼であ
っても溶接時の熱劣化を回避して高能率で溶接ができ、
超々高層ビルの鉄骨等の製造に用い好適な鋼部材の溶接
方法を提案するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この鋼部材の溶接方法
は、２つの鋼部材を向い合せ接合する鋼部材の溶接方法
において、片方あるいは両方の鋼部材端部の少なくとも
片面側にベベル切断を施し、かつ、端面厚み方向中央部
に長さ方向に沿い溝条を穿設し、２つの鋼部材を向い合
せベベル部を溶接して仮付けした後、溝条部をエレクト
ロスラグ、またはエレクトロガス溶接することを特徴と
する。

【０００８】

【実施例】図１は柱１の鋼部材面に向い合った梁２の鋼
部材端面を接合したＴ継手の実施例を示す。梁２のフラ
ンジ７の端面厚み方向中央部にコ形の溝条９を穿設し、
その両側の刃部分外側にベベル切断を施しベベル部１
０，１０を設ける。ベベル角αは通常４５°〜５０°
位、ルートフェースｆは０〜３mm、溝条９の両側の刃の
部分の肉厚ｄは６〜２５mmが好適である。そして、ベベ
ル部１０を被覆アーク溶接、あるいは炭酸ガスアーク溶
接するために、予めフランジ７と交差する位置のウエブ
８に小さいスカラップ５を設ける。なお、このスカラッ
プ５は最終段階で溶接で埋められる。

【０００９】予め、このように加工を施した梁２は以下
の溶接順序で柱１に溶接する。

【００１０】図２(a) に示すごとく、梁２のフランジ７
端部両側のベベル部１０を被覆アーク溶接、炭酸ガスア
ーク溶接により、あるいはサブマージアーク溶接により
溶接１１する。この溶接は従来の仮付溶接に相当するも
のであるが、ピース類の仮付のような母材に傷をつける
ことが一切ない。

【００１１】次に、図２(b) のように、コ形の溝条９と
柱１面で囲まれた柱状の空隙をエレクトロスラグ溶接１
２（またはエレクトロガス溶接）して溶融金属を充填し
て柱１に梁２を溶着する。

【００１２】エレクトロスラグまたはエレクトロガス溶
接するに際し、フランジ７と柱１との入隅部分に、図３
(a) のように水冷銅当金１３、または図３(b) のように
噴射水１４または圧縮空気を噴射して冷却し、両刃部の
溶け落ちを防ぎ、同時に溶接後の冷却過程における８０
０℃→５００℃に至る冷却時間を短縮させて溶接熱影響
部と溶接金属のじん性劣化を防止する。

【００１３】前記実施例は柱１の鋼部材表面に梁２のフ
ランジ７端面を接合したいわゆるＴ継手の例であるが、
この溶接方法は図４(a)(b)のごとく２つの鋼部材１５，
１５の向い合った端面を相互に突合せ接合する。いわゆ
る突合せ継手にも適用できる、すなわち、(a) のごと
く、一方の鋼部材１５端部に溝条９およびベベル部１０
を設け、あるいは(b) のごとく両方の鋼部材１５，１５
の端部に溝条９およびベベル部１０を設け、ベベル部を
溶接１１して仮付けし、溝条９が形成する空隙をエレク
トロスラグ溶接１２して溶着する。この際も、継手部外
側から噴射水１４または圧縮空気を噴射したり、あるい
は水冷銅当金を取付けて冷却して溶け落ちを防ぎ、冷却
時間の短縮を図り、じん性の劣化を防ぐことができる。

【００１４】なお、溝条９が形成するエレクトロスラグ
溶接する空隙面積が柱材板厚や梁フランジ板厚との比に
おいて小さく、溶接熱がこれら鋼材への熱伝導で拡散す
る割合が大きい場合には水冷銅当金や噴射水による強制
冷却は不要である。

【００１５】上記、実施例では鋼部材端部の両刃部をベ
ベル切断しベベル部を設けたが、片面側のみであっても
よい。この場合は、片面側のベベル部を溶接して仮付け
し、その後、エレクトロスラグ溶接し２つの鋼部材を溶
着する。

【００１６】

【作用】この溶接方法では溶接する鋼部材の端部にベベ
ル切断を施し、このベベル部を溶接し仮付けした後、端
面に穿設した溝条が形成する空隙をエレクトロスラグ溶
接する。従って溝条の両側の刃の部分が大入熱溶接によ
る溶融金属の流出を防ぐ堰の機能を発揮し裏当金の必要
がない。同時に溶接熱による変形を防止することができ
る。

【００１７】高能率溶接の効果を得るために、エレクト
ロスラグ、またはエレクトロガス溶接すると、図５に示
すように、板厚と開先断面積および溶接入熱はほぼ比例
関係となる。従来は鋼部材の端部両側面に裏当金を取付
けて、板厚ｔと幅が等しいエレクトロスラグ溶接の空隙
を設けていたが、この方法では、板厚ｔより幅の狭い溝
条の空隙を溶接するので、断面積が小となり、溶接入熱
量も少なくなる。

【００１８】また、本発明の方法は、水噴射等による継
手部の強制冷却を容易に行ない得るので、溶接後の冷却
速度を従来に比べ格段に速くすることができる。一般に
継手の冷却途中８００〜５００℃間の冷却時間ΔＴ８０
０−５００(sec) と継手シャルピー衝撃値との間には相
関関係があり、ΔＴ８００−５００が短くなるほど継手
のじん性は向上することが知られており、この方法は、
継手じん性劣化を防止する点で非常に有効な手段であ
る。

【００１９】図６に柱−梁仕口部にこの溶接方法を適用
した図２(b) の構造の柱材（ＨＴ８０）の継手じん性を
従来法のものとの比較で示した。

【００２０】以上のように、この溶接方法によると、エ
レクトロスラグ、またはエレクトロガス溶接する開先断
面積の減少による溶接入熱量の低減効果と強制冷却効果
の相乗効果により、優れた継手じん性を発現できる。こ
のため、従来、継手じん性劣化の点からＨＴ−８０には
適用できないとされていたエレクトロスラグ、またはエ
レクトロガス溶接が可能となり、溶接能率の著しい向上
を図ることができた。

【００２１】他方、柱−梁仕口部の梁フランジは図７
(a) に示すように、一般に炭酸ガスアーク半自動溶接で
多パス溶接され、板厚が大きくなった場合は非常に非効
率となって著しいコスト上昇をまねく。これに対し本発
明の溶接方法は図７(b) のように、若干の炭酸ガスアー
ク溶接と１パスのエレクトロスラグ、またはエレクトロ
ガス溶接で板厚の大きい部分の溶接が可能となるため、
表−１に示すごとく、品質と同時にコスト面においても
著しく有利である。

【００２２】

【表１】

【００２３】 （注） ＣＯ₂ アーク溶接速度 エレクトロスラグ溶接速度 ４００mm／min ２２mm／min

【００２４】

【発明の効果】この発明は以上の通りであり、次の効果
を奏する。

【００２５】板厚が厚い、引張強度５０〜８０kgf ／
mm² 、またはそれ以上の高張力鋼に対しても、溶接継手
のじん性の劣化を防止して溶接ができ、スカラップや裏
当金の必要がなく疲労きれつ発生の恐れがない。従って
耐風性、軽量化を要求される超々高層ビルの鉄骨等に用
い顕著な効果を奏する。エレクトロスラグ溶接により
溶着できるので従来の炭酸ガスアーク溶接等による多パ
スを要するものに比べ、溶接作業の能率を著しく向上で
きる。溶接熱による変形を防止して精度の高い溶接が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】梁のフランジ端部に溝条およびベベル部を設
け、柱面に向い合せた状態の断面図である。

【図２】(a)は柱に梁のフランジに形成したベベル部を
溶接して仮付けした状態、(b) は溝条部をエレクトロス
ラグ溶接する状態の断面図である。

【図３】柱と梁フランジのエレクトロスラグ溶接に際
し、(a) は水冷銅当金を用い、(b) は水噴射または圧縮
空気により強制冷却する状態の説明図である。

【図４】(a) は一方の鋼部材端部に、(b) は両方の鋼部
材端部に溝条およびベベル部を設けて突合せ、エレクト
ロスラグ溶接する状態の説明図である。

【図５】本発明の方法および従来の方法で梁と柱を溶接
した際の、梁フランジ厚さと開先断面積および溶接入熱
量との相関グラフである。

【図６】本発明の方法および従来の方法で梁と柱を溶接
したボンド部をシャルピー試験して得られた梁フランジ
板厚と吸収エネルギーの相関グラフである。

【図７】(a) は従来の方法、(b) は本発明の方法で柱と
梁フランジを溶接する際の、溶接パス数を示す説明図で
ある。

【図８】従来の方法で溶接した柱と梁の(a) 側面図、
(b) 正面図、(c) 取合部拡大図である。

【図９】(a),(b),(c) はそれぞれ、従来の梁仕口の他の
例の取合部拡大図である。

【符号の説明】

１…柱、２…梁、３…溶接継手、４…裏当金、５…スカ
ラップ、６…疲労きれつ、７…梁フランジ、８…梁ウエ
ブ、９…溝条、１０…ベベル部、１１…溶接部、１２…
エレクトロスラグ溶接部、１３…水冷銅当金、１４…水
噴射、１５…鋼部材。

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【手続補正書】

【提出日】平成４年３月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 101:28 (72)発明者 家沢 徹 東京都江東区豊洲３丁目４番５号 株式会 社巴組技研内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの鋼部材を向い合せ接合する鋼部材
   の溶接方法において、片方あるいは両方の鋼部材端部の
   少なくとも片面側にベベル切断を施し、かつ、端面厚み
   方向中央部に長さ方向に沿い溝条を穿設し、２つの鋼部
   材を向い合せベベル部を溶接して仮付けした後、溝条部
   をエレクトロスラグ、溶接またはエレクトロガスするこ
   とを特徴とする鋼部材の溶接方法。