JPS5938879B2 - 角形鋼管におけるかど継手の裏当法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は角形鋼管のかど継手溶接における裏当法の改良
に関するものである。

高層建築物の鉄骨材等に用いられる角形鋼管は主に４枚
の長尺鋼板を角形に組立て４隅に形成されるかど継手を
溶接して製作される。

その組立の概要は例えば第１図に示すごとくで、４枚の
鋼板即ちウェブ１ａ、Ｉｂおよびフランジ２ａ、２ｂを
角形に配し、４隅に形成されるかど継手の裏側に溶接線
に沿つて鋼裏当金３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄを取付け
、かど継手溶接４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄを行なうも
のである。このかど継手溶接には通常下向き姿勢の潜弧
溶接が用いられる。鋼裏当金を用いるのは、溶接に先立
ち角形鋼管を仮組み立てた場合、鋼管内部が狭いため、
内側からの溶接が不可能となり、外側からのみの溶接で
継手を完成する事が必要となるためである。また鋼裏当
金の取付溶接も仮組立てが、完了した時点では不可能な
ため、あらかじめウェブ又はフランジのいずれか一方に
取付けておく事が必要である。第２図ａは鋼裏当金をウ
ェブ１に取付けた場合の開先部の状況を示すもので、鋼
裏当金３が隅肉溶接７ａにより取付けられている。この
場合、鋼裏当金３の取付位置を長手方向に常に一定に保
つ事は困難であり、角形に組立てた場合、往々にして同
図に示すように鋼裏当金３とフランジ２の間に間隙６ａ
を有する部分が生じ易い。同図ｂは鋼裏当金３をフラン
ジ２に隅肉溶接７ｂで取付けておいた場合の状況を示す
ものでこの場合はウェブ１との間に間隙６ｂが生じ易い
事になる。このような間隙は通常２ｍ７！Ｌ程度以内の
ものであるがこのままの状態で開先内に溶接を行なうと
溶融金属がその間隙から流出し、湯もれ事故が発生し溶
接を中断せざるを得ない事態がしばしぱ発生する。この
問題に対する従来からの対策は小電流のＣＯ２ガス溶接
又は手溶接によりあらかじめ１〜２層溶接を行ない、こ
の間隙をシールしておくか、又は潜弧溶接自体の電流を
極力下げてたとえ間隙があつても流出事故に至らない程
度の入熱条件を採用する手段が用いられている。しかし
ながらこのような方法は２種の溶接法を必要とするとか
、いたずらに層数を増すとか、溶接工程を繁雑かつ非能
率にするものであり、根本的には高電流による潜弧溶接
を行なつても湯もれ事故が発生しないような対策が必要
である。

本発明者らは、このような実情に鑑み、先きに、鋼裏当
金の上面又はフランジ側の１側面のいずれか一方又は両
者に変形性補間体を配置する事を特徴とする角形鋼管に
おけるかど継手の裏当法を提案した。変形性補間体とは
後で詳述するように鋼裏当金とフランジ又はウエブとの
間に生ずる間隙部に配置゛へれ補間する事により、溶融
金属が流出するのを防止するため物質であり無機繊維、
金属成形体などを用いるものである。本発明者らの提案
した裏当法の実施態様の例は第３図Ａ，ｂに示すように
、同図ａはウエブ１に隅肉溶接７ａで鋼裏当金３が取付
けられ、変形性補間体８がその側面に配置されている。

又ｂはフランジ２に隅肉溶接７ｂで鋼裏当金３が取付け
られ、その上面に変形性補間体８が配置されている場合
を示すものである。このような方法によれば開先底部に
生じ易い間隙がゾールされ湯もれ防止に極めて有効なも
のである。ところが、この後かかる方法といえども現場
実用性の点で若干の問題点を有する事が判明した。即ち
、角形鋼管の組立工程において、フランジとウエブを合
体させる場合、鋼裏当金に配置された変形性補間体上に
フランジ又はウエブが直接載置される事になるが、フラ
ンジおよびウエブは相当の重量物でありタレーンで取扱
われるが、組立作業は必ずしも静的に行なわれるもので
はなく若干の衝撃を伴なつたり、あるいは位置調整のた
め変形性補間体上に載置した状態でフランジ又はウエブ
を微動させたりする事もある。

このような場合、変形性補間体が所定の位置よりずれた
りあるいは脱落・損傷するような事態も起り、当初の目
的である湯もれ防止を達成し雄い事になる。本発明は、
このような問題点の解消について検討を行なつた結果、
鋼裏当金自体がフランジ又はウエブと直接接触し、その
重量を支える部分を有している事が必要である事を見出
した事によりなされたものであつて、その要旨は鋼裏当
金の上面又はフランジ側々而のいずれか一方に溶接線方
向に全長にわたり、溝又は切欠を削設するか、或いは前
記フランジ側と反対側の端面に溝部材を固設するかのい
ずれかを行ない形成された溝又は切欠内に変形性補間体
を充填する事を特徴とする角形鋼管におけるかど継手の
裏当法にある。以下本発明について図面に基き詳細に説
明する。

まず、本発明における鋼裏当金であるが鋼裏当金そのも
のの目的は、従来におけるものと同様に開先底部に配置
され、溶融金属を受け取めるものであるが、本発明にお
いてはさらにその上面又はフランジ側々面のいずれか一
方に溶接線方向に全長にわたり、溝又は切欠を削設する
か、或いは前記フランジ側と反対側の端面に溝部材を固
設するかのいずれかが必要である。第４図ａ−ｅは本発
明法に用いる鋼裏当金の形状の例を示すもので、ａ−ｃ
はウエブに、Ｄ，ｅはフランジに取付けるためのもので
ある。

同図ａは断面が矩形の鋼裏当金９のフランジと接触させ
る側面の一部に半円状の溝１０を削設したもので、残部
１２ａ，１２ｂはフランジを載置すべき部位である。ｂ
は同じく断面矩形の鋼裏当金９の側面の隅を切断して切
欠１０′を削設したものであり、部位１２がフランジの
載置場所である。ｃは断面矩形の鋼裏当金９ａにｂと同
様の鋼裏当金９ｂを溶接７ｃにて接合し、切欠１０′を
溝の状態に改めたものである。同図Ｄ，ｅはウエブに取
付けるための鋼裏当金であつて、ａは鋼裏当金９の上面
に溶接線方向に全長にわたり、半円状の溝１０を削設し
たもの、ｅは鋼裏当金９のフランジ側と反対の端面に溝
部材１１として断面がＬ字状の鋼片を溶接７ｃにより固
設する事により溝１０を設けたものである。以上におけ
る鋼裏当金の化学組成およびサイズは従来のものと特に
変るところはなく組成的には被溶接材と同様か又は類似
のものでよく、サイズについては上面の幅が２０〜４０
ｍ７！Ｌ１厚さは９ｍｍ〜２５ｍｍ程度が適当である。

又断面形状は矩形が便利であるが、特にそれに限定され
る訳ではなく三角形、半円形等も適宜用いる事が出来る
。一方、鋼裏当金に設ける溝又は切欠は鋼裏当金の長さ
方向に溢つて連続している事が必要であるが、その断面
形状は、半円状、三角状又は角状等変形性補間体が充填
できるものであればいずれでもよい。大きさとしては幅
および深さともに５〜１５ｍｍ程度が適当である。次に
、本発明における変形性補間体とは前に述べたように鋼
裏当金に設けられた溝又は切欠に充填し、鋼裏当金とウ
エブ又はフランジとの間に生ずる間隙をシールし、溶融
金属が流出するのを防ぐための物質であつて、不燃性を
有し、かつ、弾性、可塑性等の性質により適当な圧力で
その形状が変化し得る物質を総称するものである。

本発明においては以上の特性を有する物質であれば変形
性補間体として用いる事が出来るが、例えば無機繊維、
金属成形体、耐火性粒状物等が好適である。

まず変形性補間体として無機繊維を用いる場合には素材
としてはガラス繊維、岩綿あるいはスラグ綿等の無機繊
維ならいずれも耐火性を有し、溶融金属の流出防止に有
効である。又、構造は長繊維を紡織加工したもの、ある
いは短繊維を成形加工したものでよい。第５図ａ−ｃは
本発明法に変形性補間体として用いる無機繊維の形状の
例を示すもので同図ａはガラス繊維、岩綿あるいはスラ
グ綿等の短繊維を適当な接着剤を用いて角棒状に成形し
たもの、ｂはａと同様の素材を断面が三角形状にしたも
の、ｃはガラス繊維の長繊維を紡織し中空のガラス繊維
チユーブとしさらにその中にガラス繊維を充填しひも状
に加工したものである。

無機繊維の大きさであるが、鋼裏当金に設けられる空所
より若干大き目がよく厚さ、幅ともに７〜２０ｍ７ｎ程
度が適当である。次に変形性補間体として金属成形体を
用いる場合には、第５図ｂに示した鋼製中空パイプ、同
図ｅの断面をＷ字形に成形した異形鋼片等比較的塑性変
形しやすい鋼を素材として長手方向に一様に素材間に空
隙を有するよう構成した成形体を用いる事が出来る。

これらの大きさは巾、厚さとも７〜２０ｍｍが適当であ
り、断面が円形の場合もこれに準する程度でよい。その
他の珪砂、ジルコン砂、蛍石、石灰石、金属粉あるいは
溶接用フラツクス等の不燃性の粒状物を鋼裏当金の空所
に配置し得るように加工したものも変形性補間体として
用いる事が出来る。

例えば、第５図ｆに示したのは上記粉粒物に若干の水ガ
ラス、シリコン樹脂等の耐熱性粘結剤を混合し、粘着性
を付与したものであり、又同図ｇは上記粉粒物を薄手の
布、合成樹脂シート等の袋に充填したものである。次に
本発明法の実施態様について説明すると、第６図Ａ，ａ
′は第４図ｂに示した鋼裏当金９と第５図ｃに変形性補
間体８として示したガラス繊維ひもを組み合わせて、ウ
エブ１に隅肉溶接７ａにより取付けた場合の開先部の状
況である。

この場合の組立ては、ウエブ１を垂直に配して組立てら
れるので、同図に示したようにフランジ２は鋼裏当金９
の側面１２およびウエブの開先ルート部１３に載置され
その重量が負荷される。変形性補間体８として用いられ
たガラス繊維ひもはフランジにより圧縮された状態で切
欠に充填されるが、フランジの重量が負荷される事はな
いので損傷する恐れはない。一方、鋼裏当金９をウエブ
１に対し長手方向に常に一定個所に取付ける事は困難で
、同図１に示したように鋼裏当金９とフランジ２との間
に間隙６ａが生ずる部分もある。

この場合は、変形性補間体８として用いたガラス繊維ひ
もが弾力性を有するためその間隙に追従し間隙をシール
することにより、溶融金属の流出を防止する事が出来る
。なお、この場合、鋼裏当金９とウエブ１の間は溶接７
ａが施されているため、この間に間隙が生じる事はない
。第６図ｂは、第４図ｄに示した鋼裏当金９に削設され
た溝１０に変形性補間体８として第５図ｄに示した鋼製
パイプを充填し、これをフランジ２に隅肉溶接７ｂで取
付けた状況を示すもので、この場合はフランジ２を垂直
に配して組立てられるため、第６図ｂに示すようにウエ
ブ１が鋼裏当金９上に載置された状態になる。

又、鋼裏当金９に削設された溝の位置はその上面の一部
のみお占めるものであり、変形性補間体８として充填さ
れた鋼製パイプは若干圧縮されて変形するが、ウエブ１
の重量は鋼製裏当金９の上面の溝以外の部位１２ａ，１
２ｂに支えられるため損傷する事はない。第６図ｄは鋼
製裏当金９とウエブ１との間に間隙が生じている部分を
示すものであるが、変形性補間体８として用いられた鋼
製パイプは、間隙に応じて圧縮変形しているため、間隙
をシールする事になり溶融金属の流出を防止する事が出
来る。

第６図ｃは、第４図ｃに示した鋼裏当金９ａ，９ｂによ
り形成されている溝１０に第５図ｂに変形性補間体８と
して示した断面三角形のガラス繊維を充填し、ウエブ１
に取付けた場合、第６図ｄは第４図に示した溝部材の使
用により鋼裏当金９に設けられた溝１０に第５図ｇに変
形性補間体８として示した粉粒物充填チユーブを充填し
、フランジ２に取付けた場合の状況を示すものである。
以上における変形性補間体８の鋼製裏当金９の溝１０又
は切欠１０’への充填は、取扱い上問題がなければ単に
配置しておくだけでよいが、場合によつては適当な接着
剤を用いて接着してもよい。接着剤を用いる場合は溶接
中燃焼してガスが発生しブローホールを生成する事もあ
るので接着剤使用量をなるべく少くするとか又は全長に
わたつて接着するのではなく、ある間隔毎に部分的に接
着する等の配慮が必要である。以上、本発明について述
べたが、実施例により本発明の効果をさらに具体的に示
す。

実施例 １ 板厚２５ｍ７Ｊ１の５０キロ鋼板（ＳＭ−５０Ｂ）を用
いて４００ｍｍ角で長さ１０，０００ｍ７Ｋの角形鋼管
を製作するにあたり、かど継手の一部に本発明裏当法を
用いて溶接を行なつた。

まず第７図ａに示すように、開先加工を施したウエブ１
ａ，Ｉｂの裏側に本発明法における鋼裏当金（９ａ１，
９ｂ１）および（９ａ２，９ｂ２）と従来通りの鋼裏当
金３ａ１，３ａ２をそれぞれ隅肉溶接Ｔａｌ，７ａ２，
７ａ３およびＴａ４により取付け、ウエブ１ａ，Ｉｂの
本体を３５０ｍ７７１の間隔で垂直に配置した後、・同
図ｂに示すごとくフランジ２ｂと合体させた。この状態
では上側が開放状態であるため角形内部への溶＊接が可
能であり、そこで手溶接により隅肉溶接？Ｂｌ，７ｂ２
を実施した。これは本発明法によるものではないが鋼裏
当金３ａ１，３ｂ２とフランジ２ｂとの間に生じている
間隙をシールする事を目的とするものである。この場合
の鋼裏当金３ａ１，３ａ２には厚さ１６ｍ７７１）幅４
０ｍｗＬのＳＭ−５０Ａを用いた。一方、ウエブ１ａ，
Ｉｂの上部に取付けられた本発明法による鋼裏当金は第
４図ｃに例示した鋼裏当金に該当するもので鋼裏当金３
ａ１，３ａ２と同様の鋼裏当金９ａ１，９ａ２に、４隅
のうちの１つを切り落し、一辺８ｍ７７Ｌの三角形の切
欠１０’ Ａ，ｌＯ’ｂを設けた矩形鋼裏当金（厚さ１
６ｎ、幅３０ｍｍ，．ＳＭ−５０Ａ）を隅肉溶接７Ｃ１
，？Ｃ２で取付けたものである。

この本発明法における鋼裏当金の切欠１０’に対し、変
形性補間体８ａ，８ｂとして直径１２ｍｍのガラス繊維
ひもを充填し、第７図ｃに示す如くこの上にウエブ２ａ
を載置し、仮付溶接を行ない角形鋼管の仮組立てを完了
した。

次に、この角形鋼管を横に倒し、フランジ２ａ，２ｂを
垂直にウエブ１ａ，Ｉｂを水平に配し潜弧溶接を実施し
た。

この場合の開先形状は第８図ａおよび第１表に示す如く
である。又、溶接材料としては、フラツクスとして鉄粉
含有ＣａＯ−ＭｇＯ−ＴｉＯ２−ＳｉＯ２系焼成形フラ
ツクスを用い、又、ワイヤとして０．５％Ｍｎを含有す
る鋼ワイヤを用いた。

溶接は２電極潜弧溶接機を用い１層浴接で継手を完成し
た。この場合の溶接条件は第１表に示す如くである。同
表中の電極配置とは、開先に対する溶接ワイヤの配置を
示すもので第９図ａに示すように、溶接方向に対しＬ極
１５をβ，、Ｔ極１６をβ２の角度で傾斜させ、それの
間隔を開先表面１４においてｃとした。又開先幅方向に
は同図ｂの如くフランジ端よりＬ極ワイヤ１５を１，Ｔ
極ワイヤ１６をｄだけ離した。以上の結果、４本のかど
継手とも良好な溶接部が得られ、従来このような大電流
を用いると発生していたような湯もれ事故も皆無であつ
た。これは、本発明裏当法の効果によるものと、組立途
中において隅肉溶接Ｉｂｌ，Ｔｂ２を施した事によるも
のである。実施例 ２ 本発明裏当法を用いて、実施例１と同様の角形鋼管を作
製した。

第７図ｄに示すように本発明法における鋼裏当金９ａ１
，９ａ２，９ａ３，９ａ４を隅肉溶接７ｂ１，７ｂ２，
７ｂ３，７ｂ４で取付けたフランジ２ａ，２ｂを３５０
鼎の間隔で垂直に配置した。この場合の鋼裏当金には厚
さ１６ｍＴＬ、幅４０ｍｍ０ＳＭ−５０Ａの上面の中央
に６ｍｍ径の半円の溝１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ
を削設したものであるが、まず同図ｅのように１０ａ，
１０ｂに変形性補間体８ａ，８ｂとして肉厚１鼎、直径
５７ｆＬｍの軟鋼パイプを充填し、さらに同図ｆの如く
これにウエブ１ａを載置した。反対側についても同様に
ウエブ１ｂを配し、仮組立を完了した。この場合の開先
部の状況は第８図ｂおよび第１表に示す如くである。本
溶接である潜弧溶接は実施例１と全く同様にして行ない
良好な溶接部を得ることが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は角形鋼管の組立の一例を示す斜視図、第２図Ａ
，ｂは従来の鋼裏当金の取付状況の例を示す正面図、第
３図Ａ，ｂは変形性補間体を用いる裏当法の例を示す正
面図、第４図ａ−ｅは本発明裏当法に用いる鋼裏当金の
例を示す斜視図、第５図ａ−ｇは本発明裏当法に用いる
変形性補間体の例を示す斜視図、第６図ａ−ｄは本発明
裏当法の実施態様の例を示す正面図、第７図ａ−ｆは本
発明実施例において、角形鋼管の組立て順序を説明する
ための正面図、第８図Ａ，ｂは本発明実施例における開
発部の状況を説明するための正面図、第９図ａは本発明
実施例において用いた電極ワイヤの配置を示すための平
面図、ｂは正面図である。 １，１ａ，１ｂ・・・・・・ウエブ、２，２ａ，２ｂ・
・・・・・フランジ、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ・・
・・・・従来法における鋼裏当金、４，４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄ・・・・・・かど継手溶接部、５・・・・・・
ウエブに施した開先、６ａ・・・・・・フランジと鋼裏
当金との間に生ずる間隙、６ｂ・・−・・・ウエブと鋼
裏当金との間に生ずる間隙、７ａ，７ｂ・・・・・・す
み肉溶接、８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ・・・・・・変
形性補間体、９，９ａ１，９ａ２，９ａ３，９ａ４，９
ｂ１，９ｂ２，９ｂ３，９ｂ４・・・・・・本発明にお
ける鋼裏当金、１０，１０ａ，１０ｂ，１０′Ａ，ｌＯ
７ｂ，ｌＯｃ，ｌＯｄ・・・・・・溝又は切欠、１１・
・・・・・溝部材、１２，１２ａ，１２ｂ・・・・・・
フランジ又はウエブの荷重を支持する部位、１３・・・
・・・ウエブの開先部に設けたルートフエイス、１４・
・・・・・開先部表面、１５・・・・・・Ｌ極ワイヤ、
１６・・・・・・Ｔ極ワイヤ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼裏当金の上面又はフランジ側々面のいずれか一方
   に溶接線方向に全長にわたり溝又は切欠を削設するか、
   或いは前記フランジ側と反対側の端面に溝部材を固設す
   るかのいずれかを行ない、形成された溝又は切欠内に変
   形性補間体を充填することを特徴とする角形鋼管におけ
   るかど継手の裏当法。