JPH10296437A - 溶接施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フランジおよびウェブで構成される鋼構造物
を突き合わせ溶接する場合に、下フランジの溶接時に下
フランジとウェブとの交差部下で溶接部の結合を行って
も、融合不良やスラグ巻き込み欠陥等が生じず、健全な
溶接部が高能率に得られる溶接施工方法を提供する。 【解決手段】 下フランジを突き合わせ多層盛溶接と
し、該下フランジの突き合わせ溶接をウェブを挟んで両
側からガスシールドアーク溶接し、両側溶接の各々の溶
接トーチを傾斜させるなどの方法で各溶接層ごとに該ウ
ェブ下で両側溶接ビードを接続させることを特徴とする
溶接施工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フランジとウェブ
で構成される、例えば橋梁Ｉ桁の下フランジ部を欠陥な
く高能率に突き合わせ多層盛溶接する溶接施工方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図６に示す橋梁のＩ桁の溶接方法として
は、まず下フランジ１Ａの開先部３Ａを被覆アーク溶接
またはガスシールドアーク溶接方法で下向き溶接した
後、ウェブ２の開先部４を被覆アーク溶接またはガスシ
ールドアーク溶接方法で立向溶接する。次いで、上フラ
ンジ１Ｂを被覆アーク溶接またはガスシールドアーク溶
接方法で下向き溶接して完了する。

【０００３】近年、橋梁の大型化に伴いＩ桁の使用鋼板
も厚肉長尺になり、ウェブ２の開先部４を単層で溶接で
きるフラックス入りワイヤを用いたエレクトロガス溶接
方法が採用されるようになった。一方、フランジの溶接
においては、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアー
ク溶接方法で多層盛溶接されるが、下フランジ１Ａとウ
ェブ２の交差部のウェブ２が障害となって、下フランジ
１Ａとウェブ２の交差部下の下フランジの開先部３Ａを
溶接することが困難となる。そこで、図７に示すように
下フランジ１Ａとウェブ２の交差部のウェブ開先４の下
部の下フランジ開先部３Ａの溶接を可能とするためにス
カラップ５を設け、ウェブ２を挟んでそれぞれの開先を
個別に溶接される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記下フランジの突き
合わせ多層盛溶接は、スカラップを設けてもウェブが中
央にあるので連続して溶接することができず、下フラン
ジとウェブとの交差部下で両側溶接部が結合される。し
かし、この結合部分で融合不良やスラグ巻き込み欠陥等
が発生しやすく、補修溶接に多大な時間を要していた。
そこで、本発明は、下フランジの突き合わせ多層盛溶接
時に下フランジとウェブとの交差部下で両側溶接部を結
合しても、融合不良やスラグ巻き込み欠陥等が生じず、
健全な溶接部が高能率に得られる溶接施工方法を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、フランジおよびウェブで構成される鋼構造物を突
き合わせ溶接する方法において、下フランジを突き合わ
せ多層盛溶接とし、該下フランジの突き合わせ溶接をウ
ェブを挟んで両側からガスシールドアーク溶接し、各溶
接層ごとに該ウェブ下で両側溶接ビードを接続させるこ
とを特徴とする溶接施工方法にある。また、ウェブ下で
の両側ビードの接続は、両側溶接の各々の溶接トーチを
傾斜させてワイヤ先端間距離が０〜７ｍｍ離れた位置で
行うことも特徴とする。さらに、溶接トーチの傾斜角度
は、ウェブに対して３０゜以下であることも特徴とす
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。図１は本発明方法の一実施態様を示す説明
図で、下フランジ１Ａの上に下フランジの開先部３Ａに
沿ってｘ方向に延びる溶接レール６Ａ、６Ｂをウェブ２
を挟んで敷設し、２台のガスシールドアーク溶接機７
Ａ、７Ｂをレール６Ａ、６Ｂに沿ってｘ方向に案内す
る。

【０００７】溶接トーチ８Ａ、８Ｂは、トーチ支持機構
１５Ａ、１５Ｂにトーチ支持部材９Ａ、９Ｂで支持さ
れ、上下調整ノブ１０Ａ、１０Ｂでｚ方向に移動して溶
接ワイヤ１４Ａ、１４Ｂの付き出し長さを調整し、角度
調整ノブ１１Ａ、１１Ｂでｙ方向へ傾斜角度を調整する
ことができる。

【０００８】トーチ支持機構１５Ａ、１５Ｂは、トーチ
傾斜機構１２Ａ、１２Ｂとトーチ支持アーム（図示せ
ず）で結合している。トーチ傾斜機構１２Ａ、１２Ｂ
は、例えば特公昭５１−１２０１１号公報にある溶接角
度変動機構を備え、溶接トーチを下フランジの開先部３
Ａとの高さが変わらないようにｘ方向に傾斜させる機構
を有する。図２に溶接トーチ８Ａ、８Ｂがウェブ２を挟
んで下フランジ１Ａとウェブ２の交差部下の下フランジ
開先３Ａ内で傾斜した状態を示す。

【０００９】図３に下フランジ１Ａの溶接前の状態を示
す。左右の下フランジ１ＡをギャップＧを設けて突き合
わせ、下フランジ開先部３Ａ下部に裏当材１６を付け
て、必要に応じて鉄粉または鋼粒を開先内に散布する。
また、下フランジ開先部３Ａ端部には固形タブ材１７
（図示せず）を当てる。

【００１０】図４に溶接開始時および溶接開始からの溶
接トーチ８Ａ、８Ｂの軌跡を示す。溶接開始は、ウェブ
２下の溶接トーチ位置、´から開始する方法と下フ
ランジ１Ａの両端部の溶接トーチ位置から開始する方
法の何れでも良いが、裏波ビードが連続して得られやす
いウェブ２下の溶接トーチ位置、´から開始するの
が好ましい。ウェブ２下の溶接トーチ８Ａ、８Ｂは、ガ
スシールドアーク溶接機７Ａ、７Ｂがウェブ２に接触し
ないようにウェブ２下方向に傾斜した状態で溶接を開始
する。溶接が開始されると溶接トーチ８Ａは、傾斜した
状態から垂直方向に戻りつつ溶接を継続し、溶接トーチ
位置の状態となる。さらに、下フランジ開先部３Ａ端
部に近づくと溶接トーチ８Ａは、溶接開始時とは逆方向
に傾斜しての状態となり、溶接トーチ８Ａが固形タブ
１７に接触したり、ガスシールドアーク溶接機７Ａが走
行レール６Ａを逸脱しないようにして初層の溶接が完了
する。２層目は溶接トーチ位置、、の順で初層溶
接と逆方向に溶接する。以後、前記溶接トーチ８Ａの軌
跡を繰り返して多層盛溶接を行う。

【００１１】ウェブ２下の傾斜した溶接トーチ８Ａおよ
び８Ｂから送り出されるワイヤ１４Ａ、１４Ｂの先端間
距離Ｌは０〜７ｍｍとする。図５にウェブ２下のビード
縦断面形状を示すが、ウェブ２下でのワイヤ１４Ａ、１
４Ｂの先端間距離Ｌが０〜７ｍｍの範囲であると、図５
（ａ）および図５（ｂ）に示すように、溶接開始部の裏
ビードが均一に連続して得られ、２層目以後のクレー
タ、溶接スタートを繰り返しても両側溶接ビードの接続
部にスラグ巻き込みや融合不良等の欠陥が生じることが
ない。

【００１２】ウェブ２下でのワイヤ１４Ａ、１４Ｂの先
端間距離Ｌが７ｍｍを超えると、図５（ｃ）に示すよう
に、初層の溶接では溶接開始部で裏ビードが不足し（符
号Ｕ）、２層目以後では両側溶接ビードの接続部にスラ
グ巻き込みや融合不良等の欠陥が生じる（符号Ｓ）。一
方、ウェブ２下でのワイヤ１４Ａ、１４Ｂの先端間距離
Ｌが０ｍｍ未満であると、図５（ｄ）に示すように、初
層の溶接では溶接開始部で裏ビードが出過ぎて、２層目
以後では両側溶接ビードの接続部のビードの重なり部が
多いので、ウェブ２直下のみビードが高くなる。

【００１３】また、ウェブ２下における溶接トーチ８
Ａ、８Ｂの傾斜角度θは、ウェブに対して３０゜未満で
ある。ウェブ２下における溶接トーチ８Ａ、８Ｂの傾斜
角度θがウェブに対してに３０゜を超えると、溶接開始
時に裏ビードが出過ぎる。また２層目以後ウェブ２下方
向に向かう溶接の場合は、溶融池がアーク点よりも先行
してビードが乱れるとともに開先面に融合不良が生じ
る。逆にウェブ２下から下フランジ１Ａ端部方向に向か
う溶接の場合は、ビードが凸状となる等ビード外観が不
良となる。なお、下フランジ１Ａ端部での溶接トーチの
傾斜角度もウェブ下での溶接トーチの傾斜角度もウェブ
に対して３０゜以下とする。

【００１４】また、ウェブ下からの溶接開始は、２台の
ガスシールドアーク溶接機を同時に溶接開始することが
好ましいが、片側のガスシールドアーク溶接機による積
層数が複数層先行しない範囲内でのズレは問題ない。ま
た上記のように２台の溶接機がウェブを挟んで対称位置
になるように往復運動させて溶接するのがむだな動きが
なく作業能率の上からも好ましいが、たとえばある層に
ついて２台の溶接機を同方向に走行させることも可能で
ある。

【００１５】本発明に用いるガスシールドアーク溶接機
は、下フランジの板厚、下フランジの開先角度、ギャッ
プおよびウェブ下から下フランジ端部までの距離等のデ
ータが与えられると演算によって最適積層設計をして、
連続累層溶接を自動的に行う直交型４軸ポータブルロボ
ットであることが好ましい。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。板厚５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの４９０Ｎ／
ｍｍ² 級高張力鋼である下フランジに、板厚２８ｍｍの
４９０Ｎ／ｍｍ² 級高張力鋼であるウェブを、図７に示
すように下フランジ１Ａの中央にスカラップ５を設け、
ウェブ開先４を幅２５ｍｍとして下フランジと交差する
方向に組み立てた。下フランジ開先部３Ａの角度は３０
゜、ギャップは６ｍｍとし、セラミックタイプの固形裏
当て材を裏面に取り付けた後、鋼粒（１ｍｍ径のワイヤ
を１ｍｍ長さに切断したもの）を２ｍｍ高さ、溶接開始
部のみ約１５ｍｍ長さ散布した。なお、下フランジ開先
部端には固形タブを付した。

【００１７】溶接機は直交４軸ポータブルロボットを、
図１および図２に示すようにウェブを挟んで設置し、図
４に示すようにウェブ下から溶接を開始し、表２に示す
ようにウェブ下の溶接ビードを接続させる部分でワイヤ
先端間距離Ｌおよび溶接トーチ傾斜角度θを変えて、表
１に示す溶接条件で、図８に示すように１０層１３パス
の多層盛溶接を行った。なお、溶接に供したワイヤは、
ワイヤ径１．２ｍｍでＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１
のソリッドワイヤを用い、下フランジ開先端部では溶接
トーチを２０゜傾けた。

【００１８】

【表１】

【００１９】溶接後表ビード、裏ビード外観の観察とウ
ェブ下の溶接ビード接続部の横断面マクロ組織を調査し
て欠陥の有無を調べた。それらをまとめて表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表中、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３が本発明例、Ｎ
ｏ．４〜Ｎｏ．６が比較例である。本発明例であるＮ
ｏ．１〜Ｎｏ．３は、２台のガスシールドアーク溶接機
で、ウェブ下の溶接開始時および溶接ビードの接続時の
ワイヤ先端間距離Ｌおよび溶接トーチの傾斜角度θが適
正であるので、裏ビードが均一で、表ビード外観も良好
であり、溶接ビード接続部に融合不良やスラグ巻き込み
欠陥がない等、極めて満足な結果であった。

【００２２】比較例中Ｎｏ．４は、ワイヤ先端間距離Ｌ
が大きいので、ウェブ下の裏ビードの出方が不足し、溶
接ビード接続部にスラグ巻き込み欠陥が生じた。Ｎｏ．
５は、ワイヤ先端間距離Ｌが小さく、ラップしたので、
ウェブ下の裏ビードが出過ぎ、かつ表ビード高さがウェ
ブ下のみ高くなった。Ｎｏ．６は、ウェブ下での溶接ト
ーチ角度θが大きいので、ウェブ下でビード外観が凹凸
となって不良で、ウェブ下の開先面に融合不良が生じ
た。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の溶接施工
方法によれば、フランジとウェブで構成される鋼構造物
の、下フランジの突き合わせ多層盛溶接をする時に下フ
ランジとウェブとの交差部下で溶接部の結合を行って
も、表、裏ビード外観とも良好で、融合不良やスラグ巻
き込み欠陥が生じず、健全な溶接部を高能率に得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す図

【図２】図１の溶接トーチが傾斜した状態を示す図

【図３】下フランジの溶接前の状態を示す図

【図４】溶接開始からの溶接トーチの軌跡を示す図

【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は溶接部の結
合部の横断面マクロ組織を示す図

【図６】橋梁Ｉ桁を示す斜視図

【図７】スカラップ有りのフランジとウェブの交差部を
示す斜視図

【図８】本発明の実施例における積層方法を示す断面図

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ フランジ ２ ウェブ ３Ａ、３Ｂ フランジ開先部 ４ ウェブ開先 ５ スカラップ ６Ａ、６Ｂ レール ７Ａ、７Ｂ ガスシールドアーク溶接機 ８Ａ、８Ｂ 溶接トーチ ９Ａ、９Ｂ トーチ支持部材 １０Ａ、１０Ｂ 上下調整ノブ １１Ａ、１１Ｂ 角度調整ノブ １２Ａ、１２Ｂ トーチ傾斜機構 １４Ａ、１４Ｂ ワイヤ １５Ａ、１５Ｂ トーチ支持機構 １６ 裏当材 １７ 固形タブ材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 善孝 千葉県習志野市東習志野七丁目６番１号 日鐵溶接工業株式会社機器事業部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フランジおよびウェブで構成される鋼構
   造物を突き合わせ溶接する方法において、下フランジを
   突き合わせ多層盛溶接とし、該下フランジの突き合わせ
   溶接をウェブを挟んで両側からガスシールドアーク溶接
   し、各溶接層ごとに該ウェブ下で両側溶接ビードを接続
   させることを特徴とする溶接施工方法。
2. 【請求項２】 ウェブ下での両側溶接ビードの接続は、
   両側溶接の各々の溶接トーチを傾斜させてワイヤ先端間
   距離が０〜７ｍｍ離れた位置で行うことを特徴とする請
   求項１記載の溶接施工方法。
3. 【請求項３】 溶接トーチの傾斜角度は、ウェブに対し
   て３０゜以下であることを特徴とする請求項２記載の溶
   接施工方法。