JPH0663738A - 角鋼管柱の内蔵ダイアフラムの溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイアフラムの最初の２辺の溶接を、柱材を
転回したり、縦向きに起こしたりすることなしに水平姿
勢のままで行う。 【構成】 箱型断面を有する角鋼管柱の内部に固着され
る内蔵ダイアフラムを外周を鋼製するスキンプレートに
溶接接合する溶接方法であって、３枚のスキンプレート
１、３、２をコの字断面に組み立てた中にダイアフラム
５を挿入し、このダイアフラムの相対する垂直方向２辺
の溶接線６、6'に対し、下方より上方に向かう立向きに
溶接することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、角鋼管柱の内部に溶接
により固定される内蔵ダイアフラムの溶接方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５に示すように、４枚の鋼板（スキン
プレート）１、２、３、４を箱型断面に組み立て、４か
所の角シーム部10、10' 、・・・をサブマージアーク溶
接により接合して中、高層建築用の角鋼管柱（ボックス
柱ともいう）を製造することが行われている。このよう
な角鋼管柱と鉄骨梁との接合部には、梁からの剪断力、
モーメント等の応力を柱に伝達するため、角鋼管柱の内
部の梁フランジに対応する位置に、梁フランジを延長す
る方向にダイアフラムと呼ばれる板材を取り付けること
が一般に行われている。そしてこのダイアフラム５と柱
材とは、前記応力の確実な伝達を図るため、互いに接す
る４面全てを溶接により強固に固着する必要がある。

【０００３】ところで、角鋼管柱は通常10〜15m 程度の
単位で製造される。一方、ダイアフラムは建築物の床高
に相当するおよそ 4m 程度の間隔で取り付けられる。し
たがって柱の全長に対して中間に何箇所もダイアフラム
が取り付けられることになるが、４枚の鋼板により柱体
を組み立てた後においてはダイアフラムの取り付けは困
難であるから、たとえばダイアフラムが取り付けられる
位置毎に柱体を一旦切断し、ダイアフラムの取り付け完
了後ふたたび溶接によりつなぎ合わせて柱体とすること
も行われているが、切断・溶接作業が増加して非常に不
経済である。そこで、３枚の鋼板によりコの字断面に柱
体を組み立てた後、ダイアフラムの溶接を通常の手溶接
あるいは炭酸ガス溶接により行い、しかる後に残る１枚
の鋼板をかぶせて柱体とする方法がひろく行われるよう
になった。

【０００４】この場合にも、最後にかぶせる鋼板とダイ
アフラムとの間の溶接は通常の方法では不可能である
が、特公昭45-20368号公報に記載のように、この溶接を
エレクトロスラグ溶接によって行うことが提案された。
この方法によれば、ダイアフラムの接合は一応可能であ
るが、エレクトロスラグ溶接が大入熱を伴う溶接法であ
るために、溶接後の柱体に生じる熱歪が大きく、この矯
正に多くの工数を要するという、新たな問題が発生し
た。そこで、この点を改善するものとして、特公昭51-1
5497号公報によれば第１段階の組み立てではダイアフラ
ムの対向する２面の溶接しか行わず、４枚組み立て後残
る２面をエレクトロスラグ溶接することが提案されてい
る。

【０００５】この発明による組み立て方法を図６、図７
により説明する。図６に示されるように、まずダイアフ
ラム５の相対する２辺に予め補助板８、8'、９、9'（9'
は図示せず）を溶着してエレクトロスラグ溶接用の溝
７、7'（7'は下面のため図示せず）を形成させ、この溝
に適合する切り欠きを有するスキンプレート１、２をダ
イアフラム５の両端面に接合する。この際の溶接方法は
この公報においては明記していないが、通常、手溶接あ
るいは炭酸ガス溶接等が適用されるので、溶接姿勢を横
向き（水平溶接）とするために溶接線６を溶接する際に
は仮組み状態のスキンプレート１、２とダイアフラム５
よりなる柱体を図６の姿勢から90°左に転回し、その対
辺6'を溶接する際にはさらに 180°転回して溶接を行う
のである。

【０００６】この溶接が完了したら、図６の矢印で示し
たように上下に残るスキンプレート３、４を取り付け、
図７のように全体を90°転回してエレクトロスラグ溶接
用の溝７、7'を立向きとし、下面にはスタートタブ15を
取り付けた上で溝７、7'内に溶接材を挿入し、溶接機16
により両側のエレクトロスラグ溶接を同時に行うのであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な方法でダイアフラムとスキンプレートの対向する２辺
の溶接を炭酸ガス溶接等の通常の溶接によって行う場
合、溶接線は水平で溶接姿勢が横向きとなるため、溶接
パス数が多くなり溶接欠陥が発生しやすく、また、１辺
を溶接したらクレーン等により柱体を 180°転回しても
う１辺の溶接を行う必要があり、自動化が困難であると
いう問題点がある。また、柱材を垂直姿勢として下向き
溶接とする方法もあるが、長い柱材を立てたり寝かせた
りするために高い建屋と大がかりなハンドリング設備を
必要とするなどの問題点があった。

【０００８】本発明は、このような問題点を解消し、柱
材は水平姿勢のまま安定して溶接を行う溶接方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、箱型断面を有
する角鋼管柱の内部に固着される内蔵ダイアフラムを外
周を構成するスキンプレートに溶接接合する溶接方法で
あって、相対する２枚のスキンプレートあるいはこれに
底部を加えた３枚のスキンプレートとダイアフラムを組
み立てた状態で、前記ダイアフラムの相対する垂直方向
２辺の溶接線に対し下方より上方へ向かう立向き溶接に
より行うことを特徴とする角鋼管柱の内蔵ダイアフラム
の溶接方法であり、特に望ましくは、立向き溶接部の開
先角度が30°ないし35°の狭開先である請求項１記載の
角鋼管柱の内蔵ダイアフラムの溶接方法である。

【００１０】

【作 用】本発明によれば、溶接は狭開先としているの
で溶接作業は下方から上方へ向かう立向き溶接となるた
め、低電流であっても重力の作用により溶融池が大きく
広がり、パス数を少なくすることができる。また、柱体
を寝かせた姿勢のままで、すなわち対向する２辺の溶接
線はいずれも垂直方向のままで溶接が行えるからクレー
ン等による反転操作が不要となり、かつ同じ溶接姿勢の
まま両側の溶接が行えるから溶接姿勢の変更も不要であ
り、トーチの動きが単純で溶接ロボットの採用も容易で
あり、両側の溶接を同時に行うことも可能となる。

【００１１】

【実施例】

実施例１ 図１は本発明の第１の実施例の柱体の組み立ての第１段
階の状態を示す。本発明では、まずダイアフラム５の相
対する２辺に予め補助板８、8'、９、9'を溶着してエレ
クトロスラグ溶接用の溝７、7'（溝7'は下面のため図１
では現れていない）を形成させ、スキンプレート１、
２、３をコの字状に組み立てた中に挿入し、ダイアフラ
ム５の左右両端面６、6'を下から上に向かう立向き溶接
で溶接接合する。従って柱体はこの図面に示す姿勢のま
までよく、転回作業は不要である。

【００１２】この溶接が完了したら、図２のように、柱
体の上部に残りのスキンプレート４を取り付け、さきの
図７のように全体を90°転回してエレクトロスラグ溶接
用の溝７、7'を立向きとし、下面にはスタートタブ15を
取り付けた上で溝７、7'内に溶接材を挿入し、溶接機16
により両側のエレクトロスラグ溶接を同時に行うのであ
る。

【００１３】図３は本実施例のダイアフラム端面の開先
形状、図４は同部分の部分斜視図である。４はスキンプ
レート、５はダイアフラム、51は裏当て金、６は溶接金
属である。板厚T₁、T₂はいずれも25mm、ルートギャップ
ｄは 8mm、開先角度θは35°である。溶接は裏当て金付
き立向き溶接とし、シールドガスは炭酸ガス 100％の炭
酸ガス溶接で溶接電源は 350Ａ、 1.2mm径のソリッドワ
イヤーを用い、３パスで溶接した。溶接条件を表１に示
す。

【００１４】

【表１】

【００１５】溶接後の外観ならびにＵＴ検査（超音波探
傷検査）によっても欠陥は認められず、成績は良好であ
った。 実施例２ 図３、図４に示した同じ開先に対して、垂直多関節型溶
接ロボットを使用し、パルスマグ溶接法により立向き溶
接を行った。溶接電源はダイヘン（株）製トランジスタ
ーク MM500型、 1.2mm径のソリッドワイヤーを用い、シ
ールドガスはアルゴン80％、炭酸ガス20％で、空冷カー
ブドトーチおよび狭開先用ノズルを使用し、２パスで溶
接した。溶接条件を表２に示す。ウイービングは、両端
において表に示した時間だけ停止させて行った。

【００１６】

【表２】

【００１７】溶接後の外観ならびにＵＴ検査、Ｘ線写
真、マクロ断面等によっても欠陥は認められず、成績は
良好であった。なお、いずれの実施例においても、比較
のため開先形状や溶接条件を種々変更して実験した。ル
ートギャップｄは15mm以下においては溶接結果は良好で
あったが、16mm以上では部分的に開先残りや溶融不良が
発生した。また、 4mm以下では１パス目の溶接において
トーチが入り難く、またウイービングがやりにくいな
ど、作業が困難である。

【００１８】開先角度θは、30〜35°の範囲では能率、
品質とも良好であったが、これ以上の角度とすると溶接
は可能であるものの、開先断面積が大きくなって能率が
低下する。これ以下の角度では、ルートギャップの場合
と同じく作業性が悪い。なお、上記実施例においては、
第１段階で３枚のスキンプレートをコの字断面に組み立
てるものとしたが、必ずしも３枚の必要はなく、従来技
術で説明したように底部にあたるスキンプレート３は溶
接後に取り付けてもよい。

【００１９】

【発明の効果】代表的な寸法である板厚25mm、ルートギ
ャップ 8mm、開先角度35°の 450mm角ダイアフラムを例
として比較すると、従来法による横向き姿勢の溶接で
は、ダイアフラム１枚あたりの溶接は約20パスとパス数
が多くなって効率が悪く、溶接時間はおよそ80分、転回
等のハンドリング時間およそ15分であったのに対し、本
発明の立向き溶接では溶接速度は遅いがパス数が少な
く、溶接時間75分のみで転回操作は不要であるから、20
％以上の能率向上が認められた。

【００２０】さらに、本発明により２本トーチの溶接ロ
ボットを使用して両側の溶接線を同時溶接すれば、一層
の能率向上が期待できる。また、品質面においても従来
法の横向き姿勢ではパス数が多くかつ狙い位置等の微妙
な違いで溶接欠陥が出やすいのに対し、本発明の立向き
溶接ではパス数が少なくてすみ、品質上も有利である。

【００２１】以上のように、本発明によれば角鋼管柱の
内蔵ダイアフラムの溶接において、能率、品質両面に著
しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における柱体の組み立ての第１
段階を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例における柱体の組み立ての第２
段階を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例における開先部分の拡大断面図
である。

【図４】本発明の実施例における開先部分の斜視図であ
る。

【図５】本発明に係わる角鋼管柱の斜視図である。

【図６】従来の技術による柱体の組み立ての第１段階を
示す斜視図である。

【図７】従来の技術による柱体の組み立ての第２段階を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１、２、３、４ スキンプレート ５ ダイアフラム 51 裏当て金 ６、6' 溶接線 ７、7' 溶接線 ８、8'、９、9' 補助板 10、10' 縦シーム溶接 15 スタートタブ 16 溶接機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 箱型断面を有する角鋼管柱の内部に固着
   される内蔵ダイアフラムを外周を構成するスキンプレー
   トに溶接接合する溶接方法であって、相対する２枚のス
   キンプレートあるいはこれに底部を加えた３枚のスキン
   プレートとダイアフラムを組み立てた状態で、前記ダイ
   アフラムの相対する垂直方向２辺の溶接線に対し下方よ
   り上方へ向かう立向き溶接により行うことを特徴とする
   角鋼管柱の内蔵ダイアフラムの溶接方法。
2. 【請求項２】 立向き溶接部の開先角度が30°ないし35
   °の狭開先である請求項１記載の角鋼管柱の内蔵ダイア
   フラムの溶接方法。