JPH0957471A - 角形鋼管部材の内ダイアフラム形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応力伝達がスムーズで、鋼管外面からの超音
波探傷による溶接欠陥の検出が容易な角形鋼管部材の内
ダイアフラム形成方法を提供する。 【解決手段】 一対の溝形鋼１ａ，１ｂのフランジ先端
どうしを溶接して角形断面とする角形鋼管部材の内ダイ
アフラム形成方法であって、一枚板からなる内ダイアフ
ラム３を用いる。内ダイアフラム３を表裏の裏当材７ａ
を介して予め一方の溝形鋼１ａの内面に仮止めしてお
き、他方の溝形鋼１ｂには表裏の裏当材７ｂを内ダイア
フラム３の端部を挿入可能な間隔で仮止めしておく。溝
形鋼１ａ，１ｂを組み合わせることで、内ダイアフラム
３、裏当材７ａ，７ｂおよび溝形鋼１ａ，１ｂで囲まれ
た溶接孔部６ａ，６ｂを形成する。溝形鋼１ａ，１ｂの
フランジ先端どうしを溶接し、さらに溶接孔部６ａ，６
ｂのエレクトロスラグ溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、エレクトロスラ
グ溶接を利用した閉鎖断面部材、特に角形鋼管部材の内
ダイアフラム形成方法に関するもので、例えば角形鋼管
柱の柱梁接合部あるいは角形鋼管トラスの節点部の補強
に用いる。

【０００２】

【従来の技術】一般に、角形断面の柱ではＨ形鋼梁の応
力を柱に伝達するため、梁フランジ位置にダイアフラム
が取り付けられる。

【０００３】図４、図５は角形鋼管柱のダイアフラムの
代表例を示したものである。

【０００４】図４に示したものは外ダイアフラム形式と
呼ばれるもので、角形鋼管部材１としての鋼管の外側に
リング状のリブ（外ダイアフラム１３）を溶接し、補強
する方法である。この方法には、リブの板取りが面倒な
こと、鋼管とリブ間の寸法誤差の吸収が困難なことの
他、リブが外壁取付けの邪魔になる等の欠点がある。

【０００５】図５は挟み板形式または梁通し形式と呼ば
れるもので、柱梁接合部において角形鋼管部材１からな
る柱をＨ形鋼梁２のフランジ位置で切断し、補強板（外
ダイアフラム１３’）に突合せ溶接１５して柱にする方
法である。この方法には、溶接線が多くなることや、溶
接熱応力、熱歪等の問題がある。

【０００６】図６は上記２形式の欠点を補うものとして
開発させれたもので、スリットダイアフラム形式と呼ば
れるものである。この形式は溝形鋼１ａ，１ｂの状態で
所定位置の内側に各々半割りの内ダイアフラム３ａ，３
ｂを溶接４した後、角形鋼管部材１とするものである。

【０００７】しかし、中央に間隙（スリット部１６）が
生じ、内ダイアフラム３が一体化されていないため、梁
からの応力伝達が不十分であり、大きな断面の梁が取り
付く部分には使えない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したスリットダイ
アフラム形式の欠点を補うものとして、特開昭６１−１
２２３５９号公報には、図７に示すように半割り内ダイ
アフラム３ａ，３ｂを電気抵抗溶接で一体化する内ダイ
アフラムの形成方法が示されており、また特開平４−３
０００８０号公報には、図８(a) 、(b) に示すように半
割り内ダイアフラム３ａ，３ｂをエレクトロスラグ溶接
で一体化する内ダイアフラムの形成方法が示されてい
る。

【０００９】しかし、この場合、鋼管壁面から中央溶接
部までの距離が大きく、鋼管部材の完成後に超音波探傷
により溶接欠陥を検出することが困難となる問題があ
る。

【００１０】本願発明は、応力伝達がスムーズで、かつ
鋼管外面からの超音波探傷により溶接欠陥の検出が容易
であり、信頼性に富む角形鋼管部材の内ダイアフラム形
成方法を提供することを目的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以下、本願発明の概要を
添付図面の符号を用いて説明する。

【００１２】本願の請求項１に対応する角形鋼管部材の
内ダイアフラム形成方法は、一対の溝形鋼１ａ，１ｂの
フランジ先端どうしを溶接５して角形断面とする角形鋼
管部材の内ダイアフラム形成方法であって、一枚板から
なる内ダイアフラム３を用いる。

【００１３】この内ダイアフラム３の取り付けについて
は、内ダイアフラム３の外周部の表裏に裏当材を配置
し、内ダイアフラム３の外周面と表裏の裏当材および溝
形鋼１ａ，１ｂの内面とで囲まれた間隙である溶接孔部
６ａ，６ｂを全周に渡ってエレクトロスラグ溶接するこ
とによって行い、このようにして内ダイアフラム３を角
形鋼管部材１の内側に固着する。

【００１４】本願発明では、その際、内ダイアフラム３
を表裏の裏当材７ａを介して予め一方の溝形鋼１ａの内
面に仮止めしておき、他方の溝形鋼１ｂには表裏の裏当
材７ｂを内ダイアフラム３の端部を挿入可能な間隔で仮
止めしておき、その状態で溝形鋼１ａ，１ｂを組み合わ
せることで溶接孔部６ａ，６ｂを形成し、溝形鋼１ａ，
１ｂのフランジ先端どうしの溶接および溶接孔孔部６
ａ，６ｂのエレクトロスラグ溶接を行う。

【００１５】本願の請求項２に係る発明は、請求項１の
内ダイアフラム形成方法において、裏当材７ａを介して
一方の溝形鋼１ａの内面に仮止めされた内ダイアフラム
３の反対側端部が挿入される裏当材７ｂ（他方の溝形鋼
１ｂ側）との取り合い部に生ずる隙間位置近傍に、予め
熱膨張性耐火材８を配置しておき、エレクトロスラグ溶
接の熱で膨張した熱膨張性耐火材８が隙間を塞ぐこと
で、溶接孔部６ａ，６ｂからの溶融金属の流出を防止す
るようにしたものである。

【００１６】なお、ここでいう溝形鋼１ａ，１ｂはプレ
スまたは圧延等によって製造される市販の溝形鋼に限定
されず、溶接組立等を含む略溝形断面の鋼材一般をいう
ものとする。

【００１７】本願発明は、上述のように一枚板の内ダイ
アフラム３を用い、これを角形鋼管部材１をなす溝形鋼
１ａ，１ｂに対し、内ダイアフラム３の外周部に渡って
エレクトロスラグ溶接して角形鋼管部材１の内面に固着
するものであり、このエレクトロスラグ溶接部について
は、角形鋼管部材１の完成後の鋼管外面からの超音波探
傷により溶接欠陥の有無を確認することができる。

【００１８】ただし、溝形鋼１ａ，１ｂを組み合わせる
ことで、製作上、不可避の隙間が内ダイアフラム３と他
方の溝形鋼１ｂに取り付けられた裏当材７ｂの内面との
間に生じ、エレクトロスラグ溶接をした場合には、溶接
孔部６ｂから溶融金属の流出が起こる可能性がある。

【００１９】通常、内ダイアフラム３は１つの角形鋼管
部材１に対し、４〜６枚同時に組み込む必要があり、溶
融金属の漏れが生じないように、全ての裏当材７ｂおよ
び内ダイアフラム３の取り合いの寸法精度を管理するこ
とは、作業効率を著しく低下させる。

【００２０】本願の請求項２に係る発明では、この隙間
の近傍に、予め熱膨張性耐火材８を配置しておき、エレ
クトロスラグ溶接の入熱によりこれが膨張することで、
裏当材７ｂと内ダイアフラム３との隙間を塞ぎ、溶融金
属の流出を防止することができる。従って、裏当材７ｂ
および内ダイアフラム３に要求される取り合いの寸法精
度は大幅に緩和され得る。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本願発明の内ダイアフラム
形成方法の一実施形態を示したもので、(a)は裏当材お
よび内ダイアフラムの溝形鋼への取付け方法、(b) はエ
レクトロスラグ溶接を行うため角形鋼管部材を寝かせた
状態、(c) はそのＡ−Ａ線断面を示している。

【００２２】内ダイアフラム３としては一枚板のものを
用い、内ダイアフラム３の外周部半周の表裏に裏当材７
ａを隅肉溶接４ａで取り付け、これを一方の溝形鋼１ａ
に隅肉溶接４ｂで仮止めする。

【００２３】もう一方の溝形鋼１ｂには、内ダイアフラ
ム３を挿入可能な程度の間隙を残すように表裏の裏当材
７ｂを間隔をおいて配置し、隅肉溶接４ｂで取り付け
る。

【００２４】また、図示した例においては、裏当材７ｂ
の先端部内面（３辺全て）に、切欠き部１１を設けてい
る。

【００２５】この溝形鋼１ｂを、フランジ先端どうしが
突き合わされるように組み込み、溝形鋼１ａ，１ｂのフ
ランジ先端どうしを溶接５により接合し、角形鋼管部材
１を形成する。

【００２６】また、裏当材７ｂと内ダイアフラム３との
取り合い部近傍には、熱膨張性耐火材８を予め塗布（塗
料タイプ、コーキングタイプの場合）する等して配置し
ておく。

【００２７】次に、エレクトロスラグ溶接の溶接線上に
おいて、溝形鋼１ａ，１ｂに穿設した上面側開口部９ａ
（図示の配置における上面側）より溶接用ワイヤーを挿
入し、下面側開口部９ｂ直下に設けたスタートタブ１０
から垂直にエレクトロスラグ溶接を行い、内ダイアフラ
ム３、裏当材７ａ，７ｂおよび溝形鋼１ａ，１ｂ内面で
囲まれた間隙（溶接孔部６ａ，６ｂ）を溶融金属で充填
して行く。

【００２８】この時、エレクトロスラグ溶接の熱により
熱膨張性耐火材８が膨張を開始し、裏当材７ｂと内ダイ
アフラム３との間に生じた隙間（図中ｅで示す）を塞
ぎ、溶融金属の流出を防ぐ。

【００２９】また、内ダイアフラム３の堰止め用突出部
３ａが水平方向のエレクトロスラグ溶接用の溶接孔部６
ｂへの溶融金属の流出を防止している。

【００３０】垂直方向エレクトロスラグ溶接が終了した
ら、角形鋼管部材１を９０°回転させ、溶接用ワイヤー
を挿入するために上下端（９０°回転させた状態での上
下端）に新しい開口部を穿孔し、同様の手順でエレクト
ロスラグ溶接を行う。

【００３１】なお、内ダイアフラム３が挿入される側の
裏当材７ｂの先端内面に設けられた切欠き部１１は、鋼
管部材の組立ての際に内ダイアフラム３を表裏の裏当材
７ｂ間に差し込むときに、内ダイアフラム３が予め配置
された熱膨張性耐火材８に干渉し、これを削り取ること
を防止するためのものである。

【００３２】また、溝形鋼１ｂに取り付けられた裏当材
７ｂの溝形鋼１ｂ内面側への出幅ｈを十分に大きくし、
溶融金属の流出経路を長くすることで、溶融金属の温度
低下が促され、隙間ｅで溶融金属が凝固するので、溶接
孔部６ｂからの溶融金属の流出を防止することができ
る。

【００３３】図２および図３は、熱膨張性耐火材８の配
置位置のバリエーションを示したものである。

【００３４】図１の例では、熱膨張性耐火材８が裏当材
７ｂの切欠き部１１に配置されていたのに対し、図２の
実施形態では内ダイアフラム３の周辺部の表裏で切欠き
部１１に対向する位置に配置されている。また、図３の
実施形態では、切欠き部１１の形状が、図１の矩形断面
に対し、三角形断面となっている。

【００３５】熱膨張性耐火材８としては、塗料タイプ、
コーキングタイプ（半練りタイプ）等、塗布するタイプ
のものや、テープ状、板状に成形され、貼り付けるタイ
プのもの等、何れでもよい。

【００３６】また、熱膨張性耐火材８の厚みが非常に薄
く、かつ角形鋼管部材の組立ての際に、内ダイアフラム
３が熱膨張性耐火材８に干渉しても削り取られる恐れの
ないときには、裏当材７ｂの切欠き部を省略することが
できる。

【００３７】

【発明の効果】 本願発明については、内ダイアフラム形式であるた
め、外ダイアフラム形式のようにダイアフラムが外壁等
の取り付けの邪魔となるおそれがない。

【００３８】 挟み板形式のように角形鋼管部材をダ
イアフラム位置ごと切断する必要がなく、また溶接に関
する問題も少ない。

【００３９】 エレクトロスラグ溶接で内ダイアフラ
ムが一体化されるため、梁から柱あるいはトラス部材間
の応力伝達がスムーズとなり、大きな断面の梁やトラス
部材が取り付く部分等にも利用できる。

【００４０】 鋼管外面からの超音波探傷により溶接
欠陥の検出が容易であり、信頼性に富む内ダイアフラム
を提供することができる。

【００４１】 本願の請求項２に係る発明について
は、エレクトロスラグ溶接の際に溶接孔部からの溶融金
属の流出を容易、安価、かつ確実に防止することがで
き、部材取り合いの要求寸法精度が大幅に緩和され、作
業効率が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の内ダイアフラム形成方法の一実施形
態を示したもので、(a) は角形鋼管部材の組立状況を示
す鉛直断面図、(b) はエレクトロスラグ溶接の際の姿勢
での鉛直断面図、(c) はそのＡ−Ａ線断面図である。

【図２】熱膨張性耐火材の配置位置に関する一例を示す
エレクトロスラグ溶接部分の断面図である。

【図３】熱膨張性耐火材の配置位置に関する他の例を示
すエレクトロスラグ溶接部分の断面図である。

【図４】角形鋼管柱における従来の外ダイアフラム形式
の例を示したもので、(a) は立面図、(b) は平面図であ
る。

【図５】角形鋼管柱における従来の挟み板形式の例を示
す立面図である。

【図６】従来のスリットダイアフラム形式の例を示す平
面図である。

【図７】従来の半割りダイアフラム中央部を電気抵抗溶
接により溶接する形式の例を示す断面図である。

【図８】従来の半割りダイアフラム中央部をエレクトロ
スラグ溶接により溶接する形式の例を示したもので、
(a) は柱として立設した状態の水平断面図、(b) は正面
図である。

【符号の説明】

１…角形鋼管部材、１ａ，１ｂ…溝形鋼、２…Ｈ形鋼
梁、３…内ダイアフラム、３ａ，３ｂ…半割り内ダイア
フラム、４ａ，４ｂ…隅肉溶接、５…溶接、６，６ａ，
６ｂ…溶接孔部、７…裏当材、８…熱膨張性耐火材、９
ａ…上面側開口部、９ｂ…下面側開口部、１０…スター
トタブ、１１…切欠き部、１３，１３’…外ダイアフラ
ム、１４…スカラップ、１５…突合せ溶接、１６…スリ
ット部、１７…電極、１８…電気絶縁材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大竹 章夫 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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の溝形鋼のフランジ先端どうしを溶
   接して角形断面とする角形鋼管部材の内ダイアフラム形
   成方法であって、一枚板からなる内ダイアフラムの外周
   部の表裏に裏当材を配置し、前記内ダイアフラムの外周
   面と表裏の裏当材および前記溝形鋼の内面とで囲まれた
   間隙である溶接孔部を全周に渡ってエレクトロスラグ溶
   接し、前記内ダイアフラムを前記角形鋼管部材の内側に
   固着するに当たり、一方の溝形鋼について予めその内面
   に前記内ダイアフラムを裏当材を介して仮止めしてお
   き、他方の溝形鋼については予めその内面に表裏の裏当
   材を前記内ダイアフラムの端部を挿入可能な間隔で仮止
   めしておき、その状態で前記溝形鋼どうしを組み合わせ
   ることで前記溶接孔部を形成することを特徴とする角形
   鋼管部材の内ダイアフラム形成方法。
2. 【請求項２】 前記他方の溝形鋼の内面に仮止めした裏
   当材と、前記内ダイアフラム端部との取り合い部に生じ
   る隙間位置近傍に熱膨張性耐火材を配置しておき、前記
   エレクトロスラグ溶接に際し、熱膨張性耐火材の膨張に
   より溶接孔部からの溶融金属の流出を防止する請求項１
   記載の角形鋼管部材の内ダイアフラム形成方法。