JPH0621471B2 - 立体トラス用構造部材の溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は立体トラス用構造部材の溶接方法に係り、詳し
くは、立体トラスの各構造部材を構成する管体とその管
体の両端部に固定されるエンド部材との溶接方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

長尺や短尺の鋼管よりなる構造部材を多数使用して、大
きい立体構造物を構築する場合には、各構造部材の先端
を節点部材に接合し、立体トラス構造を形成させること
が多い。そして、一つの多面体の節点部材に対して幾本
かの構造部材を接合するのはボルトなどによっている。

ボルトによる接合を容易にするための接合装置として、
例えば実公昭42-22992号公報に記載されたものなどがあ
る。その接合装置では、節点部材にボルトを十分に締め
つけにくい欠点があり、さらに、耐力上重要な部分であ
るボルトの一部が露出し、腐蝕に対する配慮が欠ける難
点がある。

ところで、本出願人は、構造部材を節点部材に強力に接
合することができ、接合ボルトの露出を避けて腐蝕しに
くい構造とした接合装置を、特開昭62-55347号公報にお
いて提案した。

これは、第３図に示すように、構造部材１１を節点部材
１２に接合する接合ボルト１３にボス部材１４を設け
て、その両端にねじ部１３ａ，１３ｂが形成される一
方、構造部材１１は、構造主材である管体１１Ａとそれ
に溶接されて上記の接合ボルト１３を取りつけることが
できるエンド部材１１Ｂとからなっている。

その管体１１Ａの端部に一体化されたエンド部材１１Ｂ
の内部に、接合ボルト１３の構造部材側で螺合されるア
ンカーナット１５の径より大きい径の雌ねじ１６が形成
されている。そして、その雌ねじ１６に螺合する支持部
材１７には接合ボルト１３の軸部１３ｍを挿通して支持
する摺動孔１８が形成され、ボス部１４の外面に係合し
て回転を接合ボルト１３に伝達するスリーブ体１９があ
り、そのスリーブ体１９はボス部１４の軸方向変位を可
能にしている。

節点部材１２と図示しないもう一つの節点部材との間に
構造部材１１を接合するとき、接合ボルト１３をスリー
ブ体１９や構造部材１１の内部に追い込み、接合ボルト
１３のねじ部１３ｂの先端を節点部材１２の端面１２ｎ
に当接させる。ねじ部１３ｂがねじ孔２０の位置に一致
しているか否かを探った後、スリーブ体１９を回転させ
る。ねじ部１３ｂをねじ孔２０に深く噛み込ませて接合
すれば、スリーブ体１９の両端面１９ａ，１９ｂは構造
部材１１の端面１１ｎと節点部材１２の端面１２ｎとに
当接する。

〔発明が解決しようとする課題〕 このように、構造部材１１が組み込まれる二つの節点部
材１２の距離がｌ_１であれば、溶接後の構造部材１１を
挟み込んでいるスリーブ体１９の両端面１９ｂの長さ
が、ｌ_１±0.1 ｍｍ程度となる正確な寸法にしておくこ
とが望ましい。

すなわち、立体トラスを構築する作業の円滑化を図るた
めには、構造部材１１やスリーブ体１９などの寸法を手
直ししたり、それに伴う組み込みのやり直しをする無駄
な作業をなくすことが望ましいからである。一方、スリ
ーブ体１９は機械加工によって製作され、通常、その長
さは高い精度で仕上げられる。

第４図に示す構造部材１１において、管体１１Ａとエン
ド部材１１Ｂとが溶接によって組み立てられ、エンド部
材１１Ｂの端部に形成した切込部２１が、管体１１Ａの
端部内面１１ａに嵌入された状態で溶接される。この場
合、エンド部材１１Ｂの切込部２１や雌ねじ１６および
管体１１Ａの端部内面１１ａが、機械加工によって仕上
げられ、その切込部２１は手作業によって管体１１Ａに
挿入される。

挿入後、管体１１Ａの端面１１ｂと切込部２１とでリン
グ状の溝となるように形成される溶接開先２２に溶接肉
盛りするが、溶接歪が発生するので、挿入量は縮み量を
見込んで決定される。まず、ｌ₁(第３図参照)からスリ
ーブ体１９の二倍長を差し引いた溶接後の寸法ｌ₂(第４
図参照)に、縮み量を見込んで加えた距離が両端面１１
ｎ間の寸法となるように、切込部２１の挿入量が定めら
れ、溶接前の端面１１ｂのセッティング位置が決められ
る。その位置決め後に周囲の三個所ないし四個所に点溶
接２３が施され、位置ずれが防止され、その仮止め状態
で溶接の本ラインへ搬送される。

本溶接における溶接開先２２への溶接肉盛が行われると
点溶接２３が溶け込み、肉盛り部で溶接歪が生じ、エン
ド部材１１Ｂと管体１１Ａとが相互に引き寄せられるよ
うに縮む。このとき、見込まれている縮み量以上に大き
くて縮むことがしばしばあるので、溶接後の全長がｌ_２
より１ｍｍないし２ｍｍも短い構造部材１１が製作され
ることになる。これでは、第３図に示すｌ_１より短寸と
なって、立体トラスを構築する作業に支障をきたす。す
なわち、節点部材１２の端面１２ｎとスリーブ体１９の
端面１９ｂとの間、もしくは、スリーブ体１９の端面１
９ａとエンド部材１１Ｂの端面１１ｎとの間に隙間が生
じるか、その隙間を埋める場合には両節点部材が無理に
引き寄せられることになり、すでに組み込まれている他
の構造部材に無用の力を及ぼすことになる問題がある。

とりわけ、近年、立体トラスなどの構築の精密化が進ん
でおり、その解決が望まれる。また、管体１１Ａにエン
ド部材１１Ｂを溶接する際に、手作業でエンド部材１１
Ｂを嵌入するため、その姿勢が管体１１Ａに対して傾く
などする。これによって、接合ボルトを支持するエンド
部材１１Ｂのアライメントが、管体１１Ａに対して狂っ
てしまうことは避けられない。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的は、
構造部材を構成するエンド部材と管体とを接続する溶接
作業において、接続されるエンド部材と管体との間で生
じる溶接歪みの発生を抑制し、両エンド部材の端面間の
距離を所望寸法に保持しやすくして構造部材の寸法的品
質を高くすること、すなわち、構造部材を接合装置を介
して立体トラス中の節点部材に組み込む際に、組み立て
によって位置が決まってきた二つの節点部材間の所定距
離に一致する全長を正確に有した構造部材を容易に製造
できること、さらには、管体にエンド部材を接続すると
きの手作業を可及的に排除して精度の高いアライメント
が得られ、それによって自動化生産を可能にすることが
できる立体トラス用構造部材の溶接方法を提供すること
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、立体トラスを形成するために、接合装置を介
して節点部材に接合される構造部材を構成する管体とそ
の両端部に固定されるエンド部材との溶接方法に適用さ
れる。

その特徴とするところは、第１図を参照して、エンド部
材１Ｂにおける管体１Ａとの接続側に、管体１Ａの外径
よりも小さい外径となる円筒状部分を成形し、その外周
面を溶接開先のための開先底面４とすると共に、この開
先底面４の形成によってエンド部材１Ｂの外周面に生じ
る段差部の管体１Ａに向いて形成される面を溶接開先の
ための開先側面３としておく一方、管体１Ａにおけるエ
ンド部材１Ｂと接続する端部は、その端部内面１ｃを所
定内径となるように寸法を出し、かつ、その端面１ｂを
管体１Ａの軸芯１ｍに対して垂直となるように面出しし
ておく。加えて、エンド部材１Ｂの開先底面４における
管体側に、開先底面４を形成する円筒状部分の外径より
も小さく管体１Ａの寸法出しされた端部内面１ｃの内径
とほぼ等しい外径となる円筒状部分を成形し、その外周
面を管体１Ａに嵌着させるための嵌入外周面７とすると
共に、その嵌入外周面７の形成によって開先底面４に生
じる段差部の管体１Ａに向いて形成される面をエンド部
材１Ｂの軸芯１ｍに対して垂直となる接合基準面６とし
て面出ししておく。

管体１Ａの両端部にエンド部材１Ｂの接続側を対面する
ように配置した後に、各エンド部材１Ｂの嵌入外周面７
を管体１Ａの端部内面１ｃに密接させると共に接合基準
面が管体１Ａの端面１ｂに当接するまで、エンド部材１
Ｂを管体１Ａに挿入する。そして、エンド部材１Ｂが管
体１Ａに挿入された上記の状態において、エンド部材１
Ｂの開先側面３，開先底面４および管体１Ａの露出した
端面５との間に形成されるリング状溝をした溶接開先２
に溶接肉盛りすることである。

〔作 用〕

管体１Ａと二つのエンド部材１Ｂを用いて構造部材１を
製造するに際して、まず、管体１Ａにおいて、エンド部
材１Ｂと接続する端部では、その端部内面１ｃが所定内
径となるように機械加工などによって正確に寸法を出し
される。加えて、その端面１ｂを管体１Ａの軸芯１ｍに
対して垂直となるようにやはり機械加工により面出す
る。

一方、エンド部材１Ｂにおいては、管体１Ａとの接続側
に、その外周面で溶接開先の開先底面４を形成するため
に、管体１Ａの外径よりも小さい外径となる円筒状部分
を機械加工などによって成形する。そして、溶接開先の
開先側面３を形成するため、上記の開先底面４の形成に
よってエンド部材１Ｂの外周面に生じる段差部の管体１
Ａに向いている面を確保しておく。それのみならず、エ
ンド部材１Ｂを管体１Ａの端部に嵌着させる嵌入外周面
７を形成させるべく、上記の開先底面４における管体側
に、開先底面４を形成する円筒状部分の外径よりも小さ
く管体１Ａの寸法出しされた端部内面１ｃの内径とほぼ
等しい外径となる円筒状部分を成形する。そして、エン
ド部材１Ｂを管体１Ａに挿入したときの両者の嵌着位置
を決める接合基準面６を形成するため、上記の嵌入外周
面７の形成によって開先底面４に生じる段差部の管体１
Ａに向いて形成される面を、エンド部材１Ｂの軸芯１ｍ
に対して垂直となるように機械加工しておく。

上記のように加工された管体１Ａの両端部にエンド部材
１Ｂの接続側の対面するように配置する。そして、各エ
ンド部材１Ｂの嵌入外周面７を管体１Ａの端部内面１ｃ
に密接させるように挿入し、接合基準面６を管体１Ａの
端面１ｂに当接させる。エンド部材１Ｂの嵌入外周面７
は管体１Ａの端部材内面１ｃと密接状態におかれると同
様に、管体１Ａの端面１ｂとエンド部材１Ｂの接合基準
面６とは、いずれも軸芯１ｍに対して垂直であり、両面
は密着した状態となる。このようにして、溶接後におけ
る構造部材１の縮み量を見込んだセッティング位置が決
められる。

したがって、エンド部材１Ｂを管体１Ａに向けて例えば
チャッキング手段を備えたマニプレータなどで押した状
態にすれば、嵌着状態に変化が生じることはない。この
状態で、エンド部材１Ｂの開先側面３，開先底面４およ
び管体１Ａの露出した端面５との間に、溶接開先２とし
てのリング状溝が形成される。したがって、その溶接開
先２に溶接肉盛りを施せばよく、他方のエンド部材１Ｂ
も同様にして管体１Ａに嵌着して溶接され、一つの構造
部材１が完成される。

なお、溶接作業に先立ちエンド部材１Ｂの管体１Ａに対
する位置は接合基準面６で規制されているので、溶接を
開始するまでに両者の相対関係が崩れることはない。溶
接作業中に、溶接熱による変形や接続部位での溶け込み
などにより、両エンド部材１Ｂ，１Ｂの端面間寸法は変
化することが避けられない。しかし、エンド部材１Ｂの
管体１Ａとの密着代は接合基準面６まであること、従来
技術のところで述べた第４図のごとき点溶接による仮止
めがないので、その点溶接が融けてエンド部材１Ｂと管
体１Ａとの位置関係を崩すようなことも起こらないこと
から、両エンド部材１Ｂ，１Ｂの端面間寸法が大きく変
化をきたすことは回避される。したがって、構造部材１
の所望する寸法を可及的に近似して得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、構造部材の製造において、エンド部材
を管体に接続する場合に避けることができない溶接歪み
の発生を著しく抑制することができる。すなわち、管体
の両端部に固定されるエンド部材の溶接中の相互の位置
関係が保持され、構造部材の端面間距離は、所望する寸
法に可及的に近いものとなる。したがって、立体トラス
を組み立てていく間に、構造部材を組み込むべき二つの
節点部材間の距離が決まってしまい、それがすでに正寸
となっている場合においても、その距離間に正確に対応
して構造部材を取り付けることができる。もちろん、構
造部材のアライメントも精度の高いものとなっており、
立体トラスの構築における精密化に対応させることがで
きる。

また、エンド部材を管体に取り付けるにあたり、挿入位
置を規定する接合基準面とアライメントを確保する嵌入
外周面の存在によって、手作業を廃止した自動化生産が
可能となり、高品質な構造部材を容易に生産することが
できる。

〔実施例〕

以下に、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は立体トラス（図示せず）を形成する構造部材１
の縦断面図で、管体１Ａとエンド部材１Ｂとよりなり、
溶接開先２の全周にわたる溶接肉盛りによって、管体１
Ａの両端部１ａで、エンド部材１Ｂと管体１Ａとが一体
化されている。

管体１Ａは必要な強度や剛性を備えた鋼管であり、左右
の端面１ｂおよび左右の端部内面１ｃは機械加工によっ
て高精度に仕上げられ、端面１ｂは垂直な平面とされる
一方、端部内面１ｃは端面１ｂに直角とされる。すなわ
ち、管体１Ａにおけるエンド部材１Ｂと接続する端部１
ａは、その端部内面１ｃを所定内径となるように寸法出
しがなされ、かつ、端面１ｂは管体１Ａの軸芯１ｍに対
して垂直となるように面出しされる。もちろん、一方の
端面１ｂと他方の端面１ｂとの距離も正確に与えられ
る。

管体１Ａには、このようにして寸法出しが正確に行わ
れ、管体１Ａに後述するエンド部材１Ｂの嵌入外周面７
が嵌着されるとき、端面１ｂや端部内面１ｃは、接合基
準面６や嵌入外周面７と密接するようになっている。な
お、管体１Ａは電縫管などが採用され、その内径は比較
的寸法精度がよく、端部内面１ｃの加工も容易に行われ
る。

エンド部材１Ｂにあっては、その管体側周囲１ｄに、溶
接開先２の一部を構成する開先側面３と開先底面４とが
形成される。開先側面３は管体１Ａの端面１ｂの外周側
である露出した端面５に対面すると共に、図示のような
傾斜した円環面であり、開先底面４は軸芯１ｍに平行な
外周面を形成している。そして、この開先側面３と開先
底面４と、管体１Ａの露出した端面５との三つの面で、
リング状の溝を形成するように周囲を取り巻く溶接開先
２が形成される。

すなわち、エンド部材１Ｂにおける管体１Ａとの接続側
に、管体１Ａの外径よりも小さい外径となる円筒状部分
が成形され、その外周面が溶接開先のための開先底面４
とされる。また、この開先底面４の形成によってエンド
部材１Ｂの外周面に生じる段差部の管体１Ａに向いて形
成される面が溶接開先のための開先側面３として確保さ
れる。

その開先底面４より内周側には、垂直で正確に寸法出し
された接合基準面６が形成され、管体１Ａの端面１ｂの
内周側が当接される。一方、接合基準面６に連なって軸
芯１ｍに平行で接合基準面６に直角な嵌入外周面７が形
成され、この嵌入外周面７が管体１Ａに内嵌されるとき
端部内面１ｃと密接する。

すなわち、エンド部材１Ｂの開先底面４における管体側
に、開先底面４を形成する円筒状部分の外径よりも小さ
く、管体１Ａの寸法出しされた端部内面１ｃの内径とほ
ぼ等しい外径となる円筒状部分が成形され、その外周面
が管体１Ａに嵌着させるための嵌入外周面７とされる。
そして、その嵌入外周面７の形成によって開先底面４に
生じる段差部の管体１Ａに向いて形成される面が、エン
ド部材１Ｂの軸芯１ｍに対して垂直となる接合基準面６
として面出しされている。

なお、本例にあっては、開先底面４と嵌入外周面７の段
差は例えば約１ｍｍとされ、溶接開先２へ溶接肉盛りす
るとき接合基準面６や嵌入外周面７に当接する管体１Ａ
の一部が溶接肉盛り中に溶け込み、強固な一体化が可能
となるように配置されている。ちなみに、エンド部材１
Ｂの中央部には、軸芯１ｍに平行な雌ねじ８が設けら
れ、従来技術のところで述べた雌ねじ１６（第３図参
照）と同様に、支持部材１７を螺合させることができる
ようになっている。

このような構成の構造部材１によれば、次のようにし
て、本発明の溶接方法を適用することができ、立体トラ
スに組み込まれる構造部材１の全長ｌを、要求される正
確な寸法とすることができる。

第１図に示す管体１Ａを図示しな自動溶接機のベッドな
どの上面へ水平に配置し、第２図に示すように、その左
右の端面１ｂに近接して、チャッキング手段を備えたマ
ニプレータ（図示せず）などで把持されたエンド部材１
Ｂを、その接続側を管体１Ａに向けて対面させる。そし
て、チャッキング手段でエンド部材１Ｂを保持しながら
嵌入姿勢を整え、管体１Ａの端部内面１ｃに嵌着させる
べく挿入する。このとき、嵌入外周面７と端部内面１ｃ
とが共に、軸芯１ｍに平行となるように正確に寸法出し
や面出しがなされおり、加えて、接合基準面６と端面１
ｂとが共に軸芯１ｍに対して垂直となっているので、嵌
入外周面７の端部内面１への嵌着が円滑に行われると共
に、端面１ｂのセッティング位置が、全周にわたって接
合基準面６との密接により正確に達成される。

この嵌着によって、管体１Ａの端面１ｂの外周側は、露
出した端面５となって開先底面４を挟んで開先側面３と
対峙する。その結果、露出した端面５とエンド部材１Ｂ
の開先側面３と開先底面４との三つの面でリング状の溝
をした溶接開先２が形成される。他方のエンド部材１Ｂ
も同様に管体１Ａに嵌着され、両方の嵌入外周面７と管
体１Ａの端部内面１ｃとを嵌着させた状態で、エンド部
材７が軸芯１ｍ方向へ軽く押圧される。

このようにして、管体１Ａとエンド部材１Ｂとの相対関
係が維持された状態で、両端の溶接開先２がそれぞれ確
保され、かつ、両エンド部材１Ｂの端面１ｎ間の距離
が、溶接歪を考慮した長さとされる。

自動溶接機によって溶接開先２へ複数層にわたる溶接肉
盛りがなされると、接合基準面６や嵌入外周面７に密接
する管体１Ａの一部が溶け込み、強固な一体化が進む。
溶接歪が幾分発生するが、接合基準面６が端面１ｂに正
確に当接されていることによって、端面１ｂのセッティ
ング位置が全周にわたって保持され、歪による管体１Ａ
やエンド部材１Ｂの変形が阻止され、構造部材１の短寸
化が防止される。

両方の溶接開先２の溶接肉盛りが終わった構造部材１に
おけるその全長ｌは、所望値の±0.05ｍｍ程度の誤差範
囲内にとどまり、立体トラスの節点部材への組込作業が
円滑となる寸法が実現される。すなわち、立体トラスを
組み立てていく間に構造部材を組み込むべき二つの節点
部材間の距離が決まってしまいそれがすでに正寸となっ
ていても、その距離間に正確に対応して構造部材を取り
付けることができる。構造部材のアライメントも精度の
高いものであり、精密な立体トラスの構築に対応させる
ことができる。その結果、立体トラスの構築工事の能率
化が図られ、実用的に極めて大きい効果が発揮される。

また、エンド部材を管体に取り付けるにあたり、エンド
部材の接合基準面と管体の端面が、また、エンド部材の
嵌入外周面と管体の端部内面とが相互に規制しあってエ
ンド部材を管体に位置決めすることから、マニプレータ
などを用いた自動化生産が可能となり、高品質な構造部
材を容易にかつ迅速に生産することができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接方法が適用される立体トラスの構
造部材の縦断面図、第２図は構造部材を製作する前の要
部を拡大した配置図、第３図は従来の溶接方法による構
造部材に接合装置を適用して節点部材に接合した場合の
一例の断面図、第４図は従来の溶接方法による構造部材
の端部の部分拡大断面図である。 １……構造部材、１Ａ……管体、１Ｂ……エンド部材、
１ａ……端部、１ｂ……端面、１ｃ……端部内面、１ｍ
……軸芯、２……溶接開先、３……開先側面、４……開
先底面、５……露出した端面、６……接合基準面、７…
…嵌入外周面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立体トラスを形成するために、接合装置を
   介して節点部材に接合される構造部材を構成する管体と
   その両端部に固定されるエンド部材との溶接方法におい
   て、 上記エンド部材における管体との接続側に、該管体の外
   径よりも小さい外径となる円筒状部分を成形し、その外
   周面を溶接開先のための開先底面とすると共に、該開先
   底面の形成によってエンド部材の外周面に生じる段差部
   の管体に向いて形成される面を溶接開先のための開先側
   面としておく一方、前記管体におけるエンド部材と接続
   する端部は、その端部内面を所定内径となるように寸法
   を出し、かつ、その端面を該管体の軸芯に対して垂直と
   なるように面出ししておき、 前記エンド部材の開先底面における管体側に、該開先底
   面を形成する円筒状部分の外径よりも小さく前記管体の
   寸法出しされた端部内面の内径とほぼ等しい外径となる
   円筒状部分を成形し、その外周面を前記管体に嵌着させ
   るための嵌入外周面とすると共に、該嵌入外周面の形成
   によって開先底面に生じる段差部の管体に向いて形成さ
   れる面を該エンド部材の軸芯に対して垂直となる接合基
   準面として面出ししておき、 前記管体の両端部に前記エンド部材の接続側を対面する
   ように配置した後に、各エンド部材の前記嵌入外周面を
   管体の端部内面に密接させると共に上記接合基準面が前
   記管体の端面に当接するまで、該エンド部材を前記管体
   に挿入し、 エンド部材が管体に挿入された上記の状態において、エ
   ンド部材の前記開先側面，開先底面および管体の露出し
   た端面との間に形成されるリング状溝をした溶接開先に
   溶接肉盛りすることを特徴とする立体トラス用構造部材
   の溶接方法。