説明

アーク溶接方法

【課題】溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物において、めっき施工時のめっき割れを防止し、構造物を高品質に製作できるアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】溶融亜鉛めっきに先立って構造物30を溶接により組立てる際に、2層2パス以上の溶接積層を行い、その溶接積層のうち最終層の溶接パスBは、当該最終層前までに実施された溶接Aによって溶融亜鉛めっき割れを防止しようとする側の部材に生じた溶接熱影響部Hをテンパーするように積層する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄塔、橋梁、鉄骨等、大型の鋼製の構造物を製作するときの主要な溶接方法であるアーク溶接方法に係り、特に、溶融亜鉛めっきを施す構造物のめっき施工時のめっき割れを防止する上で好適なアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【0002】
溶融亜鉛めっきは防食性に優れ、メンテナンスフリー化が可能なことから、鉄塔、橋梁、鉄骨などの大型の鋼製の構造物に多く採用されている。
しかし、これら大型の鋼製の構造物においては、溶融亜鉛めっき施工時に、めっきによる鋼材の割れが発生する(めっき割れと呼ばれる)ことが知られている。例えば、図4〜6に示すように、鉄塔鋼管のスティフナ取り付け部10や(図4参照)、橋梁板桁の水平補剛材取り付け部20(図5参照)、あるいは鉄骨の柱−梁接合部30のスカラップ33縁部(図6参照)等では、溶接止端部の形状による応力集中や、溶接の熱影響による材質の劣化が生じ、めっき割れが発生し易い。
【0003】
例えば、図7に示すように、従来の柱−梁接合部30における柱31と梁36のウェブ32との溶接では、一端側のスカラップ33から隅肉溶接を開始し、他端側のスカラップ33まで連続して溶接し、スカラップ33の端部は回し溶接とする方法が用いられる。
この場合、スカラップ33端部の回し溶接止端部には、引張残留応力が生じることに加え、ビード形状の不整による応力集中が生じ易く、更に溶接熱影響部(HAZ: heat affected zone)Hの硬化により、延性が低下する。そして、鋼材に溶融亜鉛が接触している場合に、鋼材に引張応力(溶接残留応力及びめっき施工時の熱応力)が作用したとき、亜鉛が鋼材の粒界に侵入し、溶融金属脆化を引き起こすため、めっき割れが生じ易くなるものと考えられている。
【0004】
そこで、このようなめっき割れを防止する方策として、例えば特許文献1ないし2には、鋼板組成や組織を所定に制御することによって、めっき割れ性に優れた高張力鋼が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平9−291338号公報
【特許文献2】特開平8−158005号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、一般に、めっき割れは、構造物が大型化、高強度化するほど発生しやすい傾向にある。特に、近年、上記例示したような構造物が一層の大型化、高強度化するにつれて、めっき割れが発生し易くなる傾向にあり、大きな問題となっている。つまり、今後更に大型化、高強度化される傾向にある鋼製の構造物におけるめっき割れは、特許文献1ないし2に記載されたような鋼板組成や組織を制御する方策のみでは完全に防止することが困難である。また、特許文献1ないし2に記載されたような鋼板組成や組織を制御する方策は、溶接性や剛性等の鋼板の諸特性を劣化させる場合があり、鋼板の用途が限定されるという欠点もある。
【0007】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、めっき施工時の溶接部に発生するめっき割れを防止し、鋼製の構造物を高品質に製作し得るアーク溶接方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明者らは、めっき割れ、および上述したようなめっき割れの発生し易い部分のアーク溶接条件について鋭意研究した。その結果、溶融亜鉛めっきに先立って溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物にアーク溶接を行う際に、溶接積層方法を2層2パス以上とし、最終層の溶接パスにより、最終層前までに実施された溶接により溶融亜鉛めっき割れを防止しようとする側の部材に生じた溶接熱影響部がテンパー(焼き戻し)されるような積層方法とすることにより、めっき施工時に溶接止端部近傍に発生するめっき割れが防止できることを見出した。また、本発明者らは、最終層の溶接パスのビード長さを10mm以上且つ100mm以下とすれば、めっき割れを安定して防止でき、鋼製の構造物を高品質に且つ安価にしかも安定して製作する上でより好ましいことを見出した。
【0009】
すなわち、本発明は、溶融亜鉛めっきを施す鋼構造物にアーク溶接を施す方法であって、前記溶融亜鉛めっきに先立って鋼製の構造物を溶接により組立てる際に、2層2パス以上の溶接積層を行い、その溶接積層のうち最終層の溶接パスは、当該最終層前までに実施された溶接によって溶融亜鉛めっき割れを防止しようとする側の部材に生じた溶接熱影響部をテンパーするように積層することを特徴としている。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、溶融亜鉛めっき施工時に鋼製の構造物の溶接部に発生するめっき割れを安定して防止でき、鋼製の構造物を高品質に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明のアーク溶接方法を適用した鋼製の構造物の一実施形態を説明する図であり、同図(a)は、溶接積層のうち一層目の溶接を施した状態の図、同図(b)は最終層の溶接パスを一方のスカラップ端部に施した状態の図、同図(c)は、同図(b)でのZ−Z断面図である。
【図2】本発明のアーク溶接方法を橋梁板桁に適用した場合の一実施形態を説明する図であり、同図(a)はその正面図、同図(b)は、同図(a)でのY−Y断面図である。
【図3】本発明のアーク溶接方法を柱−梁溶接部に適用した場合の一実施例を説明する図であり、同図(a)はその正面図、同図(b)は平面図である。
【図4】溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物の一例を説明する図である。
【図5】溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物の一例を説明する図である。
【図6】溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物の一例を説明する図である。
【図7】従来のアーク溶接方法を適用した鋼製の構造物の一例を説明する図であり、同図(a)は、従来の溶接を施した状態の図、同図(b)は、同図(a)でのX−X断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態を、図面を適宜参照しつつ説明する。図1は、本発明のアーク溶接方法を適用した鋼製の構造物の一実施形態を説明する図である。なお、同図に示す例は、溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物として、鉄骨からなる柱−梁接合部での柱と梁のウェブとを溶接する例であり、同図(a)は、溶接積層のうち一層目の溶接を施した状態の図、同図(b)は最終層の溶接パスを一方のスカラップ端部に施した状態の図、同図(c)は、同図(b)でのZ−Z断面図である。
【0013】
図1に示すように、本発明のアーク溶接方法では、2層2パス以上の溶接積層(この例では2層2パスの溶接積層)を行っている。つまり、同図(a)に示すように、一層目の溶接パスAは、一端側のスカラップ33の端部から隅肉溶接を開始し、他端側のスカラップ33の端部まで連続して溶接する。なお、スカラップ33の端部は回し溶接とする。次いで、同図(b)に示すように、最終層の溶接パスBにより、最終層前までに実施された溶接(この例では一層目の溶接パスA)により溶融亜鉛めっき割れを防止しようとする側の部材に生じた溶接熱影響部Hがテンパーされるように積層する。このとき、最終層の溶接であるテンパービードBの配置は、最終層前までに溶接された溶接パスAによる溶接熱影響部Hがテンパーされる位置とする。これにより、溶接熱影響部Hの硬化および延性低下を抑制し、めっき割れを防止できる。
【0014】
より具体的には、本発明のアーク溶接方法においては、同図(b)に示すように、最終層のテンパービードBのビード長さW1は、めっき割れの発生し易い部分で10mm以上且つ100mm以下とするのが好ましい。テンパービードBのビード長さW1が10mm未満であると安定したビードを得にくく、溶接欠陥を生じ易くなるからである。一方、テンパービードBのビード長さW1が100mmを越えると、めっき割れが元々発生し難い部分の溶接熱影響部Hまでもテンパーすることになり、構造物の製作効率や、コストの面から不利となるからである。
【0015】
また、テンパービードBは、同図(c)に符号W2で示すように、溶接パスAの止端部から4mm以内にテンパービードBの止端部が位置するように置くことが好ましい。この例の場合、めっき割れはウェブ32のスカラップ33周縁付近に発生し易いことから、最終層のテンパービードBはウェブ32側の溶接熱影響部Hの表面近傍をテンパーする位置とする必要がある。
【0016】
ここで、例えば橋梁板桁の場合においては、めっき割れが発生し易いのは腹板側である。そのため、橋梁板桁の場合、図2に例示するように、腹板22側の溶接熱影響部Hの表面近傍がテンパーされるように最終層となるテンパービードBを置く必要がある。なお、テンパービードBは、1パスに限定されることなく、必要に応じ、めっき割れの発生し易い部分全ての溶接熱影響部Hをテンパーするように複数パス実施してもよい。
【実施例】
【0017】
次に、本発明の一実施例を、図面を適宜参照しつつ説明する。
本実施例での試験体は、図3に示す形状の鉄骨からなる柱−梁接合部30であって、柱31は、□−450×450×22のBCR295材を用いており、また、梁36は、H形鋼800×350×16×32のSN490B材を用いている。そして、この柱−梁溶接部30の製作条件を以下の表1に示すように変化させ、8体の試験体をそれぞれ製作した。
【0018】
【表1】

【0019】
本発明例においては、上述した図1に示すように、柱31と梁36のウェブ32との隅肉溶接を実施した後に、スカラップ33近傍の柱31側にテンパービードBを溶接し、このテンパービードBの溶接長を6〜150mmに変化させたもの(表1のNo.2〜6)を用意した。また、比較例として、テンパービードBの無いもの(表1のNo.1)と、テンパービードBを梁36のウェブ32側に行ったもの(表1のNo.7、8)とをそれぞれ用意した。
【0020】
その後、各試験体に対して、浸漬速度2.0m/min、めっき浴温度450℃として溶融亜鉛めっき施工をそれぞれ行い、スカラップ33の溶接止端部近傍のめっき割れ発生頻度を評価した。
その結果、表1にあわせて示すように、本発明例(同表のNo.2〜6)の試験体はいずれも、比較例に比べてめっき割れ発生頻度が小さく、めっき割れの発生する可能性が少なくなり、高品質な鉄骨製作に適した溶接方法となっていることが確認された。特に、テンパービードの溶接長が10〜100mmのNo.3、4、5の試験体は、めっき割れの発生する可能性が小さく、良好であることが確認された。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、めっき割れの発生する可能性が高く、製作される鉄骨品質が本発明例に比べて低下していることが確認された。
【0021】
ここで、これらの実施例においては、めっき割れの発生しやすい箇所は梁36のウェブ32のスカラップ33周縁近傍である。この点に対して、比較例のうち、テンパービードBを梁36のウェブ32側に行ったもの(同表のNo.7、8)は、梁36のウェブ32に新たな溶接熱影響部Hを生じさせる結果となってしまい、めっき割れを防止したい部材の溶接熱影響部Hにテンパーが施されないため、めっき割れ防止の効果が無かったと考えられる。このように、溶接の積層方法、テンパービードBのビード長さ、およびテンパービードBの位置のいずれかが本発明の好適範囲を外れるとめっき割れが発生し易くなり、製作される鉄骨品質が本発明例に比べて低下することが確認された。
【0022】
なお、本発明に係る鋼構造物のアーク溶接方法は、上記実施形態ないし実施例に限定されるものではなく、鉄塔、橋梁等や、上述した図4〜6に示す例のような、めっき割れを発生しやすい部分の溶接についても適用が可能である。一方、めっき割れが発生し難い部分については、例えば図7に示した従来の通常溶接方法を用い、鋼製の構造物を製作するコストの低コスト化や、溶接作業の高効率化を図るのが望ましい。
【符号の説明】
【0023】
10 スティフナ取り付け部(溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物)
11 鋼管
12 鍛造フランジ
13 スティフナ
14 ガゼットプレート
15 平面プレート
20 水平補剛材取り付け部(溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物)
21 フランジ
22 腹板
23 垂直補剛材
24 水平補剛材
30 柱−梁接合部(溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物)
31 柱
32 ウェブ
33 スカラップ
34 フランジ
35 ダイヤフラム
36 梁
A 一層目の溶接(三層以上で溶接を行う場合は、一層目〜最終層前までの溶接)
B テンパービード(最終層の溶接)
C めっき割れ
H 溶接熱影響部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶融亜鉛めっきを施す鋼製の構造物にアーク溶接を施す方法であって、
前記溶融亜鉛めっきに先立って前記構造物を溶接により組立てる際に、2層2パス以上の溶接積層を行い、その溶接積層のうち最終層の溶接パスは、当該最終層前までに実施された溶接によって溶融亜鉛めっき割れを防止しようとする側の部材に生じた溶接熱影響部をテンパーするように積層することを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項2】
前記最終層の溶接パスのビード長さを、10mm以上且つ100mm以下とすることを特徴とする請求項1に記載のアーク溶接方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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