JPS629762B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は鋼構造物等の継手の接合法に係り、さ
らに詳しくは部分的形状記憶効果を有する鋼を利
用した新規な鋼構造物等の継手の接合法に関する
ものである。 現在、広く一般産業界において各種鋼構造物等
の継手部は無数にあり、それらは各種溶接、ネ
ジ、ボルト・ナツト、各種化学的接着剤などによ
り接合されている。 これらの接合法は著しく改善・改良され十分な
性能を発揮して産業の発展に大きな効果をもたら
してきた。しかるに、いづれの接合法においても
なお改善すべき点が残されており、場合によつて
は、このためにさらに一段と発展すべきことが阻
止されていることもある。 たとえば、広く利用されている溶接は、継手を
製作するときの能率、経費、安全などの点で、従
来の接合法にくらべ飛躍的に進歩した接合法であ
ることは間違いないことであるが、基本的に構成
部材の接合部を一度溶融点以上に加熱する必要が
あり、一方、これによつて構成部材間を材質上連
続的に接合することを可能としたものである。し
かして、溶接技術におけるこれらの性格のために
構成部材を製造するとき、その所要性能を具体化
するために行なう各種熱処理により得られた特性
は接合部においては溶接時に全て消失してしまう
ため優れた鋼材自体の性能を失うことになり、同
時に結晶粒径も粗大化する。 このため、溶接部は各種の欠点を有することは
否定出来ない。又、連続体になることのため、ぜ
い性クラツクが一度伝播し始めると溶接部を通過
して構造物自体にとつて壊滅的な事故につながる
場合がある。 これらの問題点に対して、現在の技術力では、
必ずしもすべての場合に対して解決策を与えると
いうわけにはゆかない。 また、ネジ、ボルト・ナツトなどによる接合法
についても作業の煩雑さなどの点でより一層の改
善の余地もあり、また、使用中の機械的振動によ
るネジ、ボルト・ナツト自体のゆるみなどを来た
すこともあり接合法として問題点がないとはいえ
ない。 その他、化学的接着剤などの接合法において
も、一般にはいづれも改良・改善が巾広く実施さ
れているが、鋼構造物等の継手の接合法としては
問題点を多く有している。 本発明者はこれらの実情にかんがみて、従来に
ない全く新しい見地より鋼構造物等の継手の接合
法を種々検討したところ、或る種の合金鋼にも認
められる部分的形状記憶効果を有効に利用するな
ら現在ある種々の問題点を解決するような接合法
が可能であることを見出して本発明をなしたもの
である。 即ち、本発明は部分的形状記憶効果を有する鋼
を素材とする鋼構造物等の継手用部材を室温で予
め加工して塑性変形歪を付与しておき、次いで該
部材を継手の所定位置に組み込み固定したのち前
記鋼の変態点以上に加熱することを特徴とする鋼
構造物等の継手の接合法である。 なお、本発明にいう鋼構造物等とは一般の貯蔵
容器、建築物、反応容器、機械、橋梁、鉄道、自
動車、船舶、ペンストツク、ボイラー等の圧力容
器などの如き継手構造により組み立てられて構造
物を形成せしめられる大型構造物から、各種の管
類の継ぎ目、ワイヤーの結束、各種機械部品、さ
らには家庭電気製品、鋼製の家具などの小型のも
のまで指すものである。 以下に本発明を詳細に説明する。 まず、ここでいう部分的形状記憶効果とは次の
ようなものである。第１図Ａは部分的形状記憶効
果について、のびと温度との関係を模式的に示し
たものであるが同図に示すように、或る材料に
Ms点以下の温度で圧縮の塑性歪を与えた後As点
又はAf点以上に加熱すると、温度とのびの関係
で、温度上昇と共に途中変態点を通り点Ｏから点
Ａに達し、次いで温度低下と共に、途中変態点を
通り、点Ｂになる。すなわち、加熱前後で、その
材料の寸法がだけ変化しているものである。
このように圧縮塑性歪を予め与えたときには、加
熱冷却後には材料は膨脹することになる。予め与
える塑性歪が引張の場合には、同じような加熱・
冷却後の材料は逆に収縮することになる。一方第
１図Ｂに示すのは加熱・冷却前に何らの塑性歪も
与えない場合ののびと温度との関係を示すもので
加熱・冷却後には材料の形状は加熱直前の点Ｏに
もどり寸法の変化は認められない。 また、当然ながら、部分的形状記憶効果を起す
性質を具備しない材料では、加熱・冷却前にどの
ような塑性歪を与えて、次いで加熱・冷却を行な
つても、その材料の形状は加熱前後で変化しない
ことは論をまたない。 さらに、部分的形状記憶効果を有する材料に予
め与える塑性歪として引張や圧縮のみでなく、ね
じりや曲げなどの塑性歪を与えても全く同様の効
果が得られるものである。 以上の如き特性を有する合金鋼としては、例え
ばMn系、Si−Mn系、Mn−Cr系、Mn−Ni系、Ｃ
−Mn系などがあり、いづれも適当な材質のもの
を選択することによつて鋼構造物等の継手の接合
部材として利用することが出来る。 次に、以上の如き効果を有する鋼を接合部材と
して実際に応用する要領を説明する。 第１図Ａに示すような特性を有する材料をMs
点以下の温度の室温で冷間加工により所定の加工
率で板、角材状棒、あるいはブロツク状など任意
の形状に成形し、その寸法に合うように予め製作
しておいた継手部の間隙部に適当な方法により挿
入する。第２図Ａの例で示すと、同図Ａは、鋼材
の継手部の断面を示すものであるが、斜線を施し
た部分が部分的形状記憶効果を有する材料ａで、
予め室温で圧縮塑性歪を与えて、接合すべき鋼材
ｂ，ｂを組み合せたときの間隔に合致するように
する。第２図Ａのように組み込んだ後部分的形状
記憶効果を有する鋼ａのAs点又はAf点以上に加
熱し冷却を行なうと部分的形状記憶効果を有する
材料ａは膨脹しようとするが、接合すべき鋼材
ｂ，ｂにより拘束されるので、組み込まれた材料
ａには圧縮応力が生じ、鋼材ｂ，ｂ間には強固な
接合状態が生ずることになる。これは、圧縮によ
る方式であるが、引張による方式もある。 第２図Ｂは引張方式のもので、継手部の断面を
示すもので、斜線を施した部分が部分的形状記憶
効果を有する材料ａで、予め引張塑性歪を与え、
接合すべき鋼材ｂ，ｂを突き合せたときの寸法に
合致するようにする。第２図Ｂのように組み込ん
だ後加熱・冷却を行なうと部分的形状記憶効果を
有する材料ａは収縮しようとするため、この継手
には強固な接合状態が生ずることになる。 また、このほか、接合すべき部材の形状によつ
ては、前記の圧縮および引張りの両者を組み合せ
てさらに強固な接合部が得られることは云うまで
もない。 以上のような要領によつて継手を接合するわけ
であるが、実際に継手部を加工するときには、ど
のような型にもできるもので、何らの特別な制限
はなく、機械的に可能な限りあらゆる継手形状に
適用出来るものである。 この方法によると、加熱・冷却の処理を一度行
なわねばならないが、部分的形状記憶効果を有す
る鋼の変態点は溶接時に鋼材が受ける温度や通常
の熱処理温度にくらべると格段に低いので、加熱
により鋼材の受ける材質変化はほとんど考えなく
てもよい程である。従つてこの低温加熱による接
合法では、従来溶接で問題になつていた各種問題
点は全く起らずこれらの点で画期的な接合法とい
える。 しかも、加熱法は簡単なガスバーナーあるいは
電熱ヒーターで充分であるので接合時に消費する
エネルギーはきわめて少なく、そのための設備も
特別なものを要せず、従来のような手間のかかる
準備は全く不要で作業上も極めて簡単となり、構
造物製作プロセスの大きな改革となるものであ
る。 次に、本発明の効果を実施例をもつてさらに具
体的に示す。 実施例 １ 接合すべき鋼材としてSM50（板厚25mm）を用
い、この鋼材の継手を製作した。第３図Ａに継手
全体を、第３図Ｂには継手部の詳細を示す。図
中、ｂ，ｂが接合されるべき鋼材である。なお寸
法単位は各図ともいづれもmmである。第３図Ｃ
は、第１表に示す３種類（Mn系、Ｃ−Mn系、Si
−Mn−Al系）の部分的形状記憶効果を有する鋼
ａによるもので塑性歪を与える前の形状で、第３
図Ｄは室温における塑性加工によつて変形させた
後の形状を示す。この場合、冷間加工によつて与
えられた圧縮塑性歪は16.7％である。第３図Ｄの
形状にした部分的形状記憶効果を有する鋼ａを第
３図Ｂの鋼材ｂ，ｂの間隙部に挿入し、つづい
て、第１表に示す各部分的形状記憶効果を有する
鋼ａのAs点より100〜150℃高めの温度にプロパ
ンガスバーナーにより出来るだけ挿入した部分の
みを加熱するようにして約５分間保持後、バーナ
ーによる加熱を中断

【表】 して室温に冷えるまで放置して作業は完了したも
のである。この結果、鋼ａが第３図Ｃの形状にも
どろうとするため鋼材ｂ，ｂの端部に形成された
間隙部内で膨脹するようになり鋼材ｂ，ｂを押し
つける様になり継手として強固な接合状態にな
る。第３図Ｅには加熱終了後室温に冷却された継
手部最終形状を示す。加熱前には容易に解体する
ことが出来た継手は一たん加熱冷却することによ
り強く固定され、この継手は強固な接合状態にな
るものである。 実施例 ２ 接合すべき鋼材ｂ，ｂとしてSM50（板厚20
mm）を用い、第１表に示す３種類の部分的形状記
憶効果を有する鋼を用いて継手を製作した。第４
図Ａには継手の全体形状を、第４図Ｂには継手部
の詳細を示すが、鋼材ｂを部分的形状記憶効果を
有する鋼ａで接合するものである。 第４図Ｃ，Ｄには部分的形状記憶効果を有する
鋼ａの形状を示す。Ｃは加工のままの形状で、Ｄ
は室温で塑性変形を与えた後800℃で20分保持後
空冷した後の形状を示す。継手作成は、同図Ｄに
示す部分的形状記憶効果を有する鋼ａを室温で同
図Ｃの形にもどすように再加工し、同図Ｂのよう
に鋼材ｂと組み合せ実施例１と同一な熱処理を施
すと、鋼ａが第４図Ｄのような形状にふたたびも
どろうとするため、ａのフランジ部が鋼材ｂの端
部を締めつける状態になり第４図Ｅのような最終
的形状に固定される。このときには、加熱前に容
易に取りはづしが可能だつたこの継手は、加熱後
には強固に固定され強固な接合状態になるもので
ある。 以上説明したように、本発明法は従来の方法に
よつては得られない、鋼材の性質劣化を伴なわな
いで継手を得ることが出来る画期的な接合法であ
る。 なお、ここまでの説明は、建築などの謂ゆる本
実あるいは雇い実などの如き継手態様例にもとづ
いて説明を行なつたが、これに限定されるもので
はないことは勿論であつて、例えば、ワイヤの結
束、棒の接合、薄板から極厚板まで各種鋼板の接
合、各種パイプの接合、形鋼の接合などのあらゆ
る鋼製のあらゆる継手、接合部に適用可能である
ことは云うまでもない。 即ち、この接合法は、きわめて広汎にわたり利
用出来るもので、一般の大型鋼構造物をはじめ、
軽量形鋼を利用した建材の分野さらには家庭電気
製品、鋼製家具などの接合にも適用出来産業上広
汎にわたりその効果は計り知れないものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は温度とのびの関係図で、Ａは部分的形
状記憶効果を有する鋼に予め圧縮塑性歪を与えた
場合、Ｂは同じ鋼の予歪を与えないで加熱した場
合の各々の関係図、第２図は部分的形状記憶効果
を有する鋼を利用して接合する原理図で、Ａは予
め与える歪として圧縮歪の場合、Ｂは引張歪の場
合を各々示す図、第３図は継手の構成図および圧
縮による部分的形状記憶効果を有する鋼の寸法変
化を示す図でＡは全体図、Ｂは継手部詳細、Ｃは
継手に挿入する部分的形状記憶効果を有する鋼の
寸法で圧縮歪を与える前、Ｄは圧縮歪を与えて、
挿入する前の形状を各々示し、Ｅは加熱・冷却終
了後の最終的な継手の形状を各々示す図、第４図
は、継手の構成図および部分的形状記憶効果を有
する鋼の変形状況を示す図でＡは継手の全体図、
Ｂは継手部詳細、Ｃは、部分的形状記憶効果を有
する鋼の加工ままの形状、Ｄは室温で加工歪を与
え800℃で20分保持後室温まで冷却した後の形
状、Ｅは加熱・冷却後の最終的な継手の形状を
各々示す図である。 ａ；部分的形状記憶効果を有する鋼、ｂ；接合
せられる鋼材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 部分的形状記憶効果を有する鋼を素材とする
   鋼構造物等の継手用部材を室温で予め加工して塑
   性変形歪を付与しておき、次いで該部材を継手の
   所定位置に組み込み固定したのち、前記鋼の変態
   点以上に加熱することを特徴とする鋼構造物等の
   継手の接合法。