JPH0825038B2

JPH0825038B2 - 条材の接合方法

Info

Publication number: JPH0825038B2
Application number: JP1060192A
Authority: JP
Inventors: 伸典岸; 潤一宮崎; 文雄樫本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1996-03-13
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPH02241677A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、建設現場等の現場作業で行われる鉄筋・管
・棒鋼・形鋼等の条材の接合作業に際して、簡便に作業
することが出来、また短時間で確実な接合品質を得るこ
との出来る、拡散接合を適用する条材の接合方法に関す
るものである。

（従来の技術）従来より、鉄筋・管・棒鋼・形鋼等の条材の接合方法
としては、ガス圧接法やアーク溶接法が用いられている
が、鉄筋の接合においては主としてガス圧接法が広く用
いられている。

ガス圧接法は接合面を突き合わせた後、加熱しながら
加圧する工程を数回繰り返し、接合部が十分なふくらみ
を持つ形状にすることにより接合する方法である。

そのため、（社団法人）日本圧接協会の「鉄筋のガス
圧接工事標準仕様書」においても、鉄筋の接合部のふく
らみ形状については、接合部直径は鉄筋径の1.4−1.6
倍、接合部の長手方向のふくらみ長さは鉄筋径の1.2−
1.5倍と十分なふくらみを得るような接合条件を規定し
ている。

しかし、このガス圧接法では下記のような欠点があ
る。

（ｉ）十分なふくらみを持った接合部形状を得るため
に、作業者が接合中の形状を目視にて監視し、鉄筋の加
熱温度や加圧するタイミングを経験に基づいて決定して
いた。そのため、作業に熟練度を要し、また作業条件が
一定しないため接合部の品質が安定しない。

（ii）接合部のふくらみが大きいために、接合部の肩部
に応力集中が起こり、疲労強度が低下する。また、コン
クリートに埋め込んだ後、接合部の肩部の応力集中によ
り、接合部周囲のコンクリートにひび割れが発生する。

上述したガス圧接法において問題となった、接合部の
形状により応力集中が起こりコンクリート打設硬化後の
ひび割れ等が起こる問題に対する改良方法として、特開
昭62−9785号公報や特開昭62−16872号公報にて開示さ
れた鉄筋の接合方法がある。

前者の改良方法は、接合部同士を直接接合するのでは
なく、接合部端面間に接合用金属片を挿入し、加熱後、
径方向に加圧する方法であり、後者は、接合端面間に粉
粒状の接合金属を充填し、加熱後、径方向に加圧する方
法である。

これらの方法では、鉄筋に径方向の加圧力を加えるこ
と、すなわち鉄筋に軸方向の加圧力を加えないことによ
り、接合部のふくらみが過大とならないため、接合部に
応力集中が発生せず、コンクリートのひび割れが起こら
ないとしている。

しかし、これらの方法でも下記の欠点を有している。

（ｉ）装置が、加熱される鉄筋および接合用金属と近
接、あるいは接触しているため、装置が高温となる問題
があり、耐熱材料を用いる等の対策が必要である。

（ii）鉄筋の接合部だけではなく、接合用金属をも溶か
す必要があり、高温で長時間の加熱が必要である。

（iii）加熱温度を抑えるため低融点金属材料を用いる
場合には、接合部は異種金属である低融点金属材料との
接合部となるため、接合強度、曲げ強度および疲労強度
等が低下するという問題がある。

また、本出願人は、特開昭62−97784号公報に「連結
体により結合された一対のクランプ機構により、インサ
ート材を挟んだ２本の被接合管を狭持し、この状態で、
前記被接合管のその突き合わせ部近傍を加熱する」こと
から成り、優れた溶接品質を容易に得ることができ、ま
た施工能率向上に大きく寄与する手段を提供した。

（発明が解決しようとする課題）この手段によれば、簡易・安価な装置で条材の溶接を
行うことができ、高温での長時間加熱が不要であって、
十分な溶接部強度を確保することができる。したがっ
て、上記の（ｉ）ないし（iii）に示した問題を解決す
ることができる。

しかし上記の提案に対しても、一層の溶接部品質の向
上すなわち接合部形状の改善および作業能率の向上すな
わち溶接時間の短縮化が求められており、簡便な装置・
方法で接合部の形状をさらに改善し接合部品質が安定す
ることにより十分な接合強度を確保でき、さらに接合時
間を一層短縮できる条材の接合方法が望まれていたので
ある。

ここに本発明の目的は、簡便な装置・方法で接合部の
形状を改善し、接合部品質が安定することにより十分な
接合部強度を確保でき、さらに接合時間を短縮できる条
材の接合方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは上記課題を解決するため種々検討を重ね
た結果、前記インサート材の接合面に初期荷重を付加する、
また前記初期荷重付加後に接合部近傍の加熱を行い、該
加熱中に被溶接材に複数回の加圧を行うことにより、未接合部が減少し、また接合面の酸化皮膜
が破壊・除去されるために、より良好な溶接部品質を短
時間で得ることができることを知見して、本発明を完成
した。

鉄鋼製の条材を接合するに際し、（ｉ）条材の接合面
の間に非晶質金属材のインサート材を挟持し、（ii）該
接合面に対して、条材の軸方向に100〜1200Kgf/cm²の初
期荷重を付加して前記インサート材にひずみを付与し、
その後に（iii）加熱下で、接合部近傍を前記条材の軸
方向に200Kgf/cm²以上の荷重を加え、次いでこの荷重を
低下させる操作を２回以上繰り返えすことにより液相拡
散接合させることを特徴とする条材の接合方法。

本発明において鉄鋼製の条材としては、鉄筋・管・棒
鋼・形鋼等があるが、接合する面でインサート材を挟持
し、接合出来る条材であれば良い。以下、単に“条材”
という。

インサート材としては、拡散接合の時間を短縮させる
ため、また接合後の接合部に酸化物が残存することによ
る品質劣化を防止するため、非晶質金属等の低融点材料
が望ましい。

インサート材の接合面への挾持方法としては、箔を条
材間に挟み込む方法や、接合面に予めスポット溶接で固
定する方法、あるいは接合面に粉末状の非晶質金属を溶
射しておく方法等がある。

さらに、接合面への一定の初期荷重付加は、荷重を付
加せずにインサート材を単に挟み込むことを目的として
行うものではなく、積極的に接合面に荷重を加え、イン
サート材にひずみを与えることが目的であり、100〜120
0kgf/cm²程度の荷重を与えることが望ましい。さらに望
ましくは200〜800kgf/cm²の範囲である。

また、加熱中に２回以上の加圧＋板重を行う場合の圧
力は200kgf/cm²以上であることが望ましい。

加熱方法としては、高周波加熱コイルを用いる方法や
ガス加熱による方法等があり、いずれの場合も加熱装置
を小型化出来るため、現場での接合作業は容易である。

接合雰囲気については、高周波加熱の場合は、真空
下、アルゴン、窒素、ヘリウム等の非酸化性雰囲気とす
ることが望ましい。また、ガス加熱の場合には、強還元
炎を用いて還元性雰囲気にすることが望ましい。

また、拡散接合時間はインサート材の厚さに大きく依
存する。接合後、接合面にインサート材の脆い合金層が
残存しないようにするには、厚さは100ミクロン以下と
することが望ましい。

接合面への荷重付加手段としては、条材の挟持装置の
中に油圧等のジャッキを組み込む手段がある。荷重の低
下も同様にして荷重付加手段を解放することで行うこと
ができる。

（作用）本発明の接合方法によれば、インサート材を挿入した
接合面に対して、条材の軸方向に一定の初期荷重を付加
し、その後に加熱下で接合部近傍を前記条材の軸方向に
２回以上加圧することにより、接合面の表面の凹凸によ
る間隙を無くし、さらにインサート材の酸化膜を破壊し
ながらインサート材を溶融させ液相拡散接合を短時間で
行うことができる。ここに、本発明において２回以上加
圧するとは後述する第５図からも分かるように、加圧と
加圧終了後に荷重を低下させる操作とを２回以上行うこ
とである。

インサート材を用い、接合面に初期荷重を付加するこ
とにより、接合面の表面の凹凸によって接合部に発生す
る欠陥を防止出来る。また、接合面に溶融したインサー
ト材が均一に濡れるため、インサート材中の元素の拡散
により、母材組織と同一な接合部組織が全接合面につい
て容易に得られるため、品質の安定した、良好な接合強
度を有する接合部を得ることが出来る。

また、加熱中に２回以上の加圧を行うことにより未接
合部が減少し、接合面の酸化皮膜が破壊・除去されるた
め、さらに良好な接合部品質が短時間で得られる。

さらに、液相拡散による接合のため、ガス圧接のよう
に接合強度確保のための大きな加圧変形は必要としな
い。すなわち、初期加圧は短時間でよく、そのため、ガ
ス圧接のように過大なふくらみを持つ接合部形状とはな
らず、接合部の応力集中による疲労強度の低下、および
コンクリート打設硬化後のひび割れをも防止することが
出来る。

なお本発明にかかる方法により、鉄筋を接合した際
の、接合面にかかる荷重の変化および接合部の鉄筋表面
温度の実測値を第５図に示す。第５図の例における接合
条件は、第１表に示す。なお、インサート材としては、
Fe系アモルファスである。

（実施例）以下、本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明す
る。

第１図は本発明の原理を示す略式説明図である。連結
体１とヘッド２とに固定して接続されたクランプ機構３
により、被接合材４は接合面にインサート材５を挟持し
た状態で突き合わされる。ヘッド２はジャッキ６によ
り、連結体１に沿って移動することにより接合面に対し
て、被接合材４の軸方向に荷重を付加する。

さらに、接合部に加熱装置７を置き、接合部近傍を加
熱することにより拡散接合を行う。

第２（ａ）図および第２（ｂ）図には、加熱方法とし
て高周波加熱コイル71を用いた装置の例を示すが、第２
（ａ）図は正面図、第２（ｂ）図は側面図である。この
装置は、クランプ機構３が被接合材４の外径に合った穴
型に作ってあり、固定ボルト８とピン９とにより被接合
材４を固定することができるようになっている。さらに
連結体１には、油圧ジャッキ６にて与えられた接合面に
かかる荷重を測定するためにロードセル11を設けてあ
る。なお接合荷重の測定方法としては、油圧ジャッキ６
の油圧力を直接測定し、接合荷重を管理する方法もあ
る。

また、図示例では加熱装置として高周波加熱コイル71
を接合部に置き、シールボックス10でコイルを含む接合
部近傍を囲み、アルゴン、窒素等の不活性ガスでシール
ドすることにより、非酸化性の雰囲気で拡散接合を行
う。

一方、第３（ａ）図および第３（ｂ）図には、加熱方法
としてガス加熱を用いた装置の例を示すが、第３（ａ）
図は正面図、第３（ｂ）図は側面図である。条材の保持
機構は第２（ａ）図、第２（ｂ）図と同一であるが、加
熱装置としてリングバーナー72を接合部に置き、強還元
炎にて還元性雰囲気とし拡散接合を行う。

この装置を用いた接合作業を実施例に基づいて説明す
る。

まず、被接合材４となる鉄筋をクランプ機構３にセッ
トし、接合面上にインサート材５として非晶質金属体を
挟み込み、鉄筋をクランプ機構３の固定ボルト８を締め
つけることにより固定した。ここで用いた鉄筋およびイ
ンサート材は、第２表に示すものである。

25ミクロン厚の非晶質金属材を挟み込んだ鉄筋の接合
面に対して、鉄筋の軸方向に600kgf/cm²の荷重がかかる
ように、油圧ジャッキ６によりヘッド２を移動させて、
初期荷重を付加した。荷重の大きさはロードセルにより
測定し、コントロールした。

この初期荷重の付加と同時に、接合部上に設けられた
リングバーナー72を用い、強還元炎ガスにより接合部近
傍を1200〜1250℃に加熱した。

そしてこの加熱中に、被接合材に複数回の加圧を行っ
た。本実施例においては、加熱中の加圧は合計２回実施
し、１回目は加熱開始してから５秒後に加圧スタート
し、約30秒間加圧した。また２回目の加圧は加熱開始後
40秒後から加熱完了までの５秒間に実施した。いずれの
加圧も接合面に300kgf/cm²の荷重がかかるように油圧ジ
ャッキを調整することにより行った。

この実施例は加熱中に２回加圧したが、加圧の回数は
隙間等のない突合せ状態が得られれば１回であってもよ
く、また接合部が大きくならない範囲であれば３回以上
の加圧を行っても構わないことは言うまでもない。な
お、１回目加圧と最終加圧（本実施例の条件では２回目
加圧に相当する）の加圧条件は第３表に示す範囲が望ま
しい。

45秒間の加熱後、リングバーナー72を接合部から遠ざ
けるか、ガス供給を中止することにより、接合部の温度
は低下し接合応力は急激に低下する。

その後、クランプ機構３のボルト８を緩めて鉄筋を装
置より取り外す。

一方、加熱方法として高周波加熱コイルを用いる場合
は、接合部近傍に設けたシールボックスに非酸化性ガス
を吹き込み、非酸化性雰囲気とした後、高周波加熱コイ
ルに通電することにより接合部近傍は加熱される。そし
て一定時間の通電後、通電を中止することにより接合部
の温度は低下する。

以上が鉄筋での接合の実施例であるが、加熱温度はイ
ンサート材として用いる非晶質金属材の組成により融点
が変わるため一定ではないが、通常用いられる非晶質金
属材では800〜1300℃程度である。

一方、接合面に付加する初期応力および加熱時間につ
いても、被接合材の種類、成分や接合面の表面粗さおよ
びインサート材等により拡散接合の条件が変わってく
る。また接合強度を確保した上に接合部のふくらみを極
力小さくする必要があるために条件が決められる。

以上のようにして行った本発明者らによる試験の結果
を第４表および第５表に示す。さらに第６表には本試験
における接合時間を示す。加熱はリングバーナを用い、
加熱中の加圧は２回行った。加圧力、加圧時間、加圧の
タイミングは第４表にまとめて示す。

その後、JIS G3112鉄筋コンクリート用棒鋼に規定さ
れた引張試験方法に従い接合部を含む引張試験片にて引
張試験を行った。引張試験の結果、および接合後の接合
部の寸法を測定した結果も合わせて第４表に示す。

なお、比較材として従来法であるガス圧接法により得
た試料の試験を行ったので、その結果も合わせて記載し
た。

これらの結果より、本発明方法により得られた接合部
は、JIS G3112 SD35に規定された引張試験値を十分に満
足し、破断はいずれも母材で生じていることから母材以
上の十分なる接合強度を有することが分かった。また接
合部形状については、第４図に模式的に示すように、鉄
筋径をｄ、接合部径をＤ、接合部の長手方向のふくらみ
長さをＬとすると、第４表に示した実験結果より、接合
部のふくらみは従来法（ガス圧接法）に比べ小さいこと
が分かる。

なお、ここで決定された条件は第１表に示した材料を
用いた場合であり、被接合材、インサート材が変われ
ば、接合条件が変わることは言うまでもない。

また、第５表にその結果を示すように、丸棒の曲げ試
験を行ったところ、本発明法では12本すべてが曲げ開度
180°まで曲がり、接合部は十分な曲げ延性を有してい
ることが明らかとなった。

さらに、第６表に示すように本発明法によれば接合時
間45秒であり、ガス圧接法（60〜75秒）に比べて著しい
接合時間の短縮が計れた。

なお、本発明方法を適用する被接合材として、実施例
では鉄筋を用いて説明したが、それに限定されるもので
はなく、管状の条材、棒鋼、形鋼等にも適用されるもの
である。

（発明の効果）以上のように、本発明による接合方法は、構造が簡単
で、操作が容易な装置を用い、インサート材を接合面に
挟み、初期荷重や加熱時間、加圧タイミング等を設定す
ることにより、容易にかつ確実な接合を行うことが出来
るため、従来法であるガス圧接法で問題となっていた、
作業の熟練度による差や作業条件が一定しないことによ
る品質の不安定を解消することが出来た。

また、接合部のふくらみを小さくすることが出来るた
め、接合部の肩部に発生する応力集中を緩和することが
出来、今まで問題となっていた疲労強度低下による破損
や接合部周囲のコンクリートのひび割れを低減すること
が出来る。

さらに、接合時間を大幅に短縮することができ、ガス
圧接法に対し大幅な接合能率の向上が計れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を示す図；第２（ａ）図および第２（ｂ）図は、加熱方法として高
周波加熱コイルを用いた本発明の装置の１例を示すそれ
ぞれ正面図および側面図；第３（ａ）図および第３（ｂ）図は、加熱方法としてガ
ス加熱を用いた本発明の装置の１例を示すそれぞれ正面
図および側面図；第４図は接合部のふくらみ形状の模式的説明図；および第５図は、本発明の１実施例において、被接合材の端面
にかかる圧力と、被接合材の近傍の温度とを経時的に示
すグラフである。 1:連結体、2:ヘッド、3:クランプ機構、4:被接合材、5:
インサート材、6:ジャッキ、7:加熱装置、71:高周波加
熱コイル、72:リングバーナー、8:固定ボルト、9:ピ
ン、10:シールボックス、11:ロードセル、71:高周波加
熱コイル72:リングバーナー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樫本文雄大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (56)参考文献特開昭62−97784（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−134187（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄鋼製の条材を接合するに際し、（ｉ）条
材の接合面の間に非晶質金属材のインサート材を挟持
し、（ii）該接合面に対して、条材の軸方向に100〜120
0Kgf/cm²の初期荷重を付加して前記インサート材にひず
みを付与し、その後に（iii）加熱下で、接合部近傍を
前記条材の軸方向に200Kgf/cm²以上の荷重を加え、次い
でこの荷重を低下させる操作を２回以上繰り返えすこと
により液相拡散接合させることを特徴とする条材の接合
方法。