歪矯正方法及び歪矯正装置
【課題】縦曲がりを矯正することができる歪矯正方法を提供する。
【解決手段】搬送路に置かれた補剛パネル１００に対し、搬送路を境にして上方から補剛パネル１００に作用する加圧ローラ１と、搬送路を境にして他方の面側から搬送路上に置かれる補剛パネル１００に作用し、加圧ローラ１を挟んで配置される一対の受けローラ２，３と、を用い、補剛パネル１００に３点曲げによる荷重を付与することで溶接歪を低減する。本発明によると、残留応力が生じている溶接による高温域ＨＡを選択的に降伏させて塑性変形を生じさせることができるので、縦曲がりを容易に矯正できることを確認した。
【解決手段】搬送路に置かれた補剛パネル１００に対し、搬送路を境にして上方から補剛パネル１００に作用する加圧ローラ１と、搬送路を境にして他方の面側から搬送路上に置かれる補剛パネル１００に作用し、加圧ローラ１を挟んで配置される一対の受けローラ２，３と、を用い、補剛パネル１００に３点曲げによる荷重を付与することで溶接歪を低減する。本発明によると、残留応力が生じている溶接による高温域ＨＡを選択的に降伏させて塑性変形を生じさせることができるので、縦曲がりを容易に矯正できることを確認した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接により鋼板にリブなどの補剛部材を溶接した後に生ずる歪を矯正する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば箱桁橋梁を製作する際に、パネル本体に補剛材(リブ材)を溶接により取付けると、溶接に伴う熱収縮によりパネル本体の幅方向及び長手方向に溶接歪が発生することから、溶接の後で歪矯正を実施している。
通常、この歪矯正は、補剛材が溶接された面の裏側をバーナによる火炎で加熱して、加熱部を収縮させて熱収縮のバランスを取ることで行なわれる。しかし、バーナ加熱による歪矯正は、熟練を要する作業で、また所要時間も長く、生産性が悪い。
一方、特許文献１に開示されるように、油圧プレスを用い、溶接により歪が生じている向きと逆向きの荷重・変位を強制的に加えることで、歪矯正する方法もある。これは、特許文献１の図１に示されるように、溶接部の裏側に受圧ローラを配し、表側(上側)から加圧して３点曲げを作用させて歪矯正するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７３５０８７号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、これまで知られている歪矯正装置は、幅方向に生じた歪（以下、「角変形」という）を矯正することを主眼においているものであり、長手方向に歪矯正を行う機能は設けられていない。したがって、長手方向の歪(以下、「縦曲がり」という)の矯正は、人手によりバーナで加熱する作業に頼っているが実情で、作業効率が極めて悪いと言う問題があった。特に、例えば１０ｍにも及ぶパネルの縦曲がりを矯正するのは熟練した技能を有していても容易ではない。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、縦曲がりを矯正することができる歪矯正方法及び歪矯正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
縦曲がりは、例えばリブをパネル本体に溶接することで生じる長手方向の収縮が中立軸を境にパネル本体の側に収縮することで生じる曲げモーメントに起因する。本発明者はこの縦曲がりの発生原理に着目した。つまり、溶接による加熱の影響を受けた領域（高温域）には、溶接による熱影響を受けていない周囲から拘束されるために、引張りの残留応力が局部的に生じている。そこで本発明者等が検討したところ、長手方向に３点曲げによる荷重を付与すれば、残留応力が生じている部分を選択的に降伏させて塑性変形を生じさせることができるので、縦曲がりを容易に矯正できることを確認した。
一方で、縦曲がりを矯正する際にバーナによる加熱をどの程度与えればよいかは、これまで作業員の技能に頼っていた。このことは、闇雲に長手方向に３点曲げを行っても、縦曲がりを適切に矯正することが困難であることを示している。そこで本発明者は、溶接がなされる部材（以下、矯正対象物）の解析モデルを作成し、この解析モデルに対して溶接を行うのと同等の加熱を溶接がなされる部分に与えることで、実際に溶接を行うことで生じる縦曲がりを再現した。そして、この再現された縦曲がりを用いることで、生じている縦曲がりを矯正するのに必要な条件を特定できることを知見した。
【０００６】
本発明は、溶接方向に沿って歪が生じている矯正対象物の歪を矯正する方法に関する。
本発明は、溶接方向に沿う搬送路に置かれた矯正対象物に対し、第１加圧部材と第２加圧部材を用い、矯正対象物に３点曲げによる荷重を付与することで歪を低減する。
本発明において、第１加圧部材は、搬送路を境にして一方の面側から搬送路上に置かれる矯正対象物に作用する。
第２加圧部材は、搬送路を境にして他方の面側から搬送路上に置かれる矯正対象物に作用する。また、第２加圧部材は、溶接方向に沿って第１加圧部材を挟んで配置される一対の部材である。
【０００７】
本発明において矯正対象物に対する荷重は、溶接方向に沿って間欠的に付与してもよいし、溶接方向に沿って連続的に付与してもよい。歪の性状に応じて、いずれか一方を選択し、又は双方を組み合わせて付与することもできる。
【０００８】
本発明の矯正方法において、矯正の条件を設定する際には、以下の手順を採用することが好ましい。ステップ１：矯正対象物について作成された解析モデルに溶接歪を与える。
ステップ２：溶接歪が与えられた解析モデルに、第１加圧部材と第２加圧部材を用いたものとして３点曲げを作用させて、第１加圧部材及び第２加圧部材の一方又は双方の移動量と解析モデルに加えられる荷重の関係を解析により求める。
ステップ３：第１加圧部材及び第２加圧部材の一方又は双方の移動量と解析モデルに加えられる荷重の関係に基づいて、第１加圧部材と第２加圧部材を用いたものとして解析モデルに変形を生じさせる。
ステップ４：解析モデルに生じさせた変形に基づいて、矯正の条件を設定する。
【０００９】
また本発明において、矯正が施された矯正対象物に、未だ歪が残留することがある。この在留した歪が許容範囲以内の場合はよいが、許容範囲を超えている場合には、次の矯正対象物に対する３点曲げによる荷重の条件を、変更することが必要になる。このような事情に基づいて本発明では、矯正が施された矯正対象物の歪の状態を把握し、この歪の状態に基づいて、矯正の条件を再設定することが好ましい。
【００１０】
本発明は、歪矯正方法を実行する以下の歪矯正装置を提供する。
この歪矯正装置は、溶接方向に沿う搬送路に置かれた矯正対象物に対し、第１加圧部材と第２加圧部材を用い、矯正対象物に３点曲げによる荷重を与えることで歪を低減する。
第１加圧部材は、搬送路を境にして一方の面側から搬送路上に置かれる矯正対象物に作用する。
第２加圧部材は、搬送路を境にして他方の面側から搬送路上に置かれる矯正対象物に作用する。また、第２加圧部材は、溶接方向に沿って第１加圧部材を挟んで配置される一対の部材である。
なお、本発明の歪矯正装置は、本発明の歪矯正方法において適用できる上述した好ましい形態を伴うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、残留応力が生じている部分を選択的に塑性変形させることで、縦曲がりを容易に矯正できる。また、本発明によれば、縦曲がりを矯正する条件を適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態（第１実施形態）における矯正装置の側面図である。
【図２】本実施形態における矯正装置の正面図である。
【図３】本実施形態における矯正装置を用いてパネルの縦曲がりを矯正する手順を示す図である。
【図４】本実施形態における矯正装置を用いてパネルの縦曲がりを矯正する様子を示し、上段は任意の２箇所で矯正動作をする例を示し、下段は連続的に矯正動作をする例を示す。
【図５】本実施形態における矯正装置に適用される昇降装置を示す図である。
【図６】本実施形態における解析モデルの一例を示す図である。
【図７】本実施形態における解析モデルに３点曲げ解析を行った結果を示すグラフである。
【図８】本実施形態における解析モデルの変形の変遷を示すグラフである。
【図９】角変形の矯正機構を備えた本実施形態（第２実施形態）における矯正装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態の矯正装置１０は、溶接により補剛パネル１００（矯正対象物）に生じた歪（溶接歪）を矯正する。補剛パネル１００は、図１、図２に示すように、パネル本体１０１の一方の面（表面とする）にリブ１０２が、その長手方向（図１の矢印ｘ方向，溶接方向）に沿って溶接されることで接合される。複数のリブ１０２は、パネル本体１０１の幅方向（図２の矢印ｙ方向）に間隔を開けてパネル本体１０１に接合されている。
以上のように溶接が施された補剛パネル１００には、図１、図２に示すように、曲線αで示すようにリブ１０２が接合された表面が凸になる縦曲がりと、曲線βで示すようにリブ１０２が接合された表面が凹になる角変形と、が溶接歪として生じる。本実施形態は、この縦曲がりを矯正することを主眼においている。
【００１４】
［矯正装置１０の基本構成］
矯正装置１０は、図１、図２に示すように、加圧ローラ１と、２つの受けローラ２，３と、を備えている。加圧ローラ１は、搬送路上に置かれる補剛パネル１００の上方から、隣接するリブ１０２の間に位置して補剛パネル１００に荷重を与える。一方、受けローラ２，３は、補剛パネル１００の下方から、溶接方向に沿って加圧ローラ１を挟んで配置される。
加圧ローラ１と受けローラ２，３の間に補剛パネル１００を配置し、加圧ローラ１と受けローラ２，３により荷重を付与することで、補剛パネル１００の溶接歪を矯正する。
加圧ローラ１は、フレーム２０に支持される支持コラム２１の下端に、受けローラ２，３の回転に合せて自由に回転可能に取付けられている。支持コラム２１は、幅方向に移動可能にフレーム２０に支持されている。加圧ローラ１は、支持コラム２１の先端部に設けられる昇降装置２５により、昇降が可能である。
受けローラ２，３は、各々、掘り下げられた床面に立設された支持コラム２２，２３，２４の上端に回転可能に取付けられている。支持コラム２２，２３は受けローラ２，３を幅方向の両端で支持し、また、支持コラム２４は受けローラ２，３を幅方向の中央で支持する。支持コラム２２，２３，２４は、床面に対して固定されていてもよいし、長手方向に移動可能とされていてもよい。受けローラ２，３は、支持コラム２２，２３，２４の先端部に各々設けられる昇降装置２６，２７，２８により、昇降が可能である。
なお、ここでは、加圧ローラ１と受けローラ２，３の両者が昇降可能にされているが、加圧ローラ１と受けローラ２，３の一方が昇降可能であれば、溶接歪矯正のために補剛パネル１００に荷重を付与する、という目的は達成される。また、昇降装置２５（２６，２７，２８）の具体例については、後述する。
【００１５】
矯正装置１０は、加圧ローラ１、受けローラ２，３の昇降、支持コラム２１（２２，２３）の位置を制御する制御部５０を備えている。制御部５０は、後述するように、矯正装置１０による矯正条件を設定する機能を備えている。
【００１６】
［矯正手順］
さて、補剛パネル１００を矯正装置１０で矯正するには、図３（ａ）に示すように、矯正装置１０の入口ＩＮ側に補剛パネル１００を配置した後に、出口ＯＵＴに向けた搬送路に沿って挿入する。このとき、加圧ローラ１と受けローラ２，３の鉛直方向の間隔は、後述する手法に基づいて、補剛パネル１００の溶接歪を矯正できるように設定される。矯正装置１０に挿入された補剛パネル１００は、図３（ｂ）に示すように、加圧ローラ１及び受けローラ２，３により３点曲げされることにより、荷重が与えられ矯正される。補剛パネル１００は、図３（ｃ）に示すように、矯正装置１０の出口ＯＵＴを通過すると、矯正の作業が終了する。
通常、補剛パネル１００に許容される歪には規定があり、例えば橋梁に用いられる補剛パネルでは、１０ｍあたりで±３ｍｍである。矯正作業はこの許容値内に溶接歪を低減させる必要がある。
【００１７】
図３で示した補剛パネル１００を矯正する手順には、図４に示すように、少なくとも２つの形態が存在する。なお、図４は、補剛パネル１００を線分で示している。
１つ目の形態は、補剛パネル１００の長手方向の特定の箇所で荷重を付与する。例えば、図４の上段に示す例では、長手方向に間隔を開けて配置される地点Ａ、Ｂの２箇所で順次加圧ローラ１を降下させることで補剛パネル１００に荷重を付与する。地点Ａ，Ｂを選択する際に、例えば、補剛パネル１００の長手方向に対して、受けローラ２，３間の寸法の１／２のピッチとすることができる。この形態は、加圧ローラ１が地点Ａに対応する位置まで補剛パネル１００が送られたならば、補剛パネル１００の送りを停止して、加圧ローラ１により荷重を付与する。所定の荷重を地点Ａに対して付与したならば、補剛パネル１００を送り、加圧ローラ１が地点Ｂに対応する位置まで到達したならば、補剛パネル１００の送りを停止して、加圧ローラ１により荷重を付与する。つまり、一つ目の形態は、補剛パネル１００を間欠的に送り、補剛パネル１００の送りが停止しているときに、荷重を付与する。この形態によると、矯正後の補剛パネル１００は、荷重が付与された箇所が下向きに凸となり、波状に矯正されるが、振幅を所望する値以下に抑えることで、矯正の目的を達成できる。なお、この形態では、補剛パネル１００を送っているときには、加圧ローラ１を上昇させることにより、補剛パネル１００に対しての荷重の付与を停止する。また、荷重を付与する箇所は２箇所に限るものではなく、３箇所以上の任意の地点で荷重を付与することができる。
【００１８】
２つ目の形態は、補剛パネル１００を連続的に送りながら加圧ローラ１で荷重を付与する。この形態によると、補剛パネル１００に連続的に荷重が付与されるので、図４の下段に示すように、矯正された補剛パネル１００は平坦に近づく。この矯正の過程において、補剛パネル１００通過位置に応じて、加圧ローラ１による荷重の程度を変動させることもできる。１つ目の形態に２つ目の形態を組み合わせることもできる。
【００１９】
以上の矯正の作業は、隣接するリブ１０２とリブ１０２の間ごとに行うことが望まれる。具体的には、１つのリブ１０２とリブ１０２の間の矯正作業が終了したならば、加圧ローラ１を隣のリブ１０２とリブ１０２の間に移動させてから、次の矯正作業を溶接方向に沿って行う。この場合、補剛パネル１００を入口ＩＮ側に移動させてもよいし、出口ＯＵＴ側から補剛パネル１００を矯正装置１０に挿入することもできる。
【００２０】
また、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、出口ＯＵＴ側に補剛パネル１００の矯正の状態を検知する例えばレーザ変位計ＬＤを設けることができる。レーザ変位計ＬＤによる検知結果を制御部５０が取得して矯正の過不足を判断し、矯正不足と判断すると、制御部５０は加圧ローラ１及び受けローラ２，３の一方又は双方の昇降量を調整する。
矯正の状態を検知する手段は、レーザ変位計ＬＤに限るものではなく、他の公知の変位計を用いることができる。また、矯正の過不足を判断するには、補剛パネル１００の両端に対応する位置の検知結果を結ぶ直線と、長手方向中央部に対応する位置の検知結果との差分を求め、これを矯正の許容範囲と比較することが一例として掲げられる。
【００２１】
［昇降装置２６］
次に、昇降装置２６の具体的な構成例を、図５を参照しながら説明する。なお、昇降装置２５，２７，２８も同様の構成を採用することができる。
昇降装置２６は、加圧ローラ１で補剛パネル１００に荷重を付与しても、受けローラ２がその位置を維持できるようにされている。
昇降装置２６は、支持コラム２２の側面に固定された一対の油圧シリンダ３１，３２を備えている。油圧シリンダ３１，３２の各々のロッド３３，３４には、可動台３５が固定されている。可動台３５は、油圧シリンダ３１，３２の動作に伴い、昇降される。可動台３５の上には、受けローラ２を回転可能に支持する軸受３６が固定されている。
支持コラム２２の上端には、固定台３７が設けられている。固定台３７と可動台３５の間には間隙が設けられており、この間隙には一対の高さ調整片３８，３９が配置される。高さ調整片３８，３９は、縦断面が台形状の部材であり、互いに斜面同士で接触して鉛直方向に重ねられている。
【００２２】
高さ調整片３８は固定台３７に対して摺動可能に配置されている。固定台３７には油圧シリンダ４１が固定さており、この油圧シリンダ４１のロッド４３は高さ調整片３８に固定されている。したがって、油圧シリンダ４１を作動させることにより、高さ調整片３８は固定台３７に沿って水平方向に動くことができる。
また、高さ調整片３９は可動台３５に対して摺動可能に配置されている。可動台３５には油圧シリンダ４２が固定さており、この油圧シリンダ４２のロッド４４は高さ調整片３９に固定されている。したがって、油圧シリンダ４２を作動させることにより、高さ調整片３９は可動台３５に沿って水平方向に動くことができる。
【００２３】
さて、昇降装置２６により受けローラ２を昇降させるには、次のようにする。
例えば、受けローラ２を下降させるには、油圧シリンダ４１，４２のロッド４３，４４を伸張することで、高さ調整片３８，３９を水平方向に離れる向きに動かす。高さ調整片３８，３９は互いに斜面同士が摺動しながら移動し、高さ調整片３８，３９を重ね合わせた高さが低くなる（図５（ｂ））。こうして、可動台３５が降下することで、受けローラ２を下降させることができる。この下降に同期して油圧シリンダ３１，３２はロッド３３，３４を短縮させる。
受けローラ２を上昇させるには、以上と逆の動作を油圧シリンダ４１，４２、油圧シリンダ３１，３２にさせればよく、そうすることで、図５（ｃ）に示すように、可動台３５を上昇させることができる。昇降装置２６は、受けローラ２からの荷重を高さ調整片３８，３９により受けることができる。したがって、この荷重を仮に油圧シリンダ３１，３２で受ける場合には、ロッド３３，３４が微量ではあるが沈んで受けローラ２の位置が降下するのに対して、受けローラ２の支持位置を維持できる。したがって、昇降装置２６を用いることで、補剛パネル１００を矯正する精度を向上できる。
【００２４】
［矯正条件設定手順］
次に、補剛パネル１００に生じている溶接歪を矯正する際に、加圧ローラ１と受けローラ２，３により補剛パネル１００に付与する荷重（矯正条件）を設定する手順を説明する。この手順は、制御部５０で行われる。
この手順は、以下に示す１〜４のステップから構成される。
ステップ１：解析モデルの作成
ステップ２：３点曲げ解析
ステップ３：塑性曲げ解析
ステップ４：矯正条件設定
【００２５】
ステップ１：解析モデルの作成
解析モデルは、有限要素法（Finite Element Method, ＦＥＭ）に基づいて作成する。ＦＥＭ解析は当業者間でよく知られた解析手法であるの、その具体的な内容の説明は省略するが、作成された解析モデル１００Ｍを図６に示す。解析モデル１００Ｍは、本体モデル１０１Ｍとリブモデル１０２Ｍからなるものであり、矯正対象物である補剛パネル１００と構成が同じに作成される。
この解析モデル１００Ｍに、高温域ＨＡ（拡大図にハッチングを施している）とそれ以外の常温域ＬＡに温度差を与え、溶接を再現する。温度差は、例えば５００℃である。高温域ＨＡは、溶接による加熱されて高温に晒される領域に対応し、常温域ＬＡは高温に晒されない領域に対応する。このように温度差を与えることで、解析モデル１００Ｍに溶接歪を再現させる。
高温域ＨＡは、溶接時には膨張するが常温域ＬＡに取り囲まれる側方には膨張が拘束されるので、常温域ＬＡを避けて膨張する。このとき、高温域ＨＡは、常温域ＬＡを避けて膨張がなされた分だけ、常温域ＬＡに取り囲まれる領域は体積が減少する。したがって、溶接後に冷却されると、常温域ＬＡに取り囲まれる高温域ＨＡには引張り応力が残留する。本発明は、この残留応力を利用して、補剛パネル１００の矯正を行うところに特徴がある。
なお、生じる溶接歪を変更させるには、高温域ＨＡを設定する範囲、温度差を変更すればよい。
【００２６】
ステップ２：３点曲げ解析
溶接歪が再現された解析モデル１００Ｍに対し、解析モデル１００Ｍの全長（長手方向）の例えば１／３〜１／１０の支持ピッチで、加圧ローラ１、受けローラ２，３による３点曲げに相当する３点曲げを設定する。この想定された３点曲げにおいて加圧ローラ１を下降させ、この加圧ローラ１の下降量（ローラ移動量）と補剛パネル１００に加わる荷重の関係を求める３点曲げ解析を行なう。
３点曲げ解析を行った結果の一例を図７に示す。
この例では、加圧ローラ１の下降量（図７のローラ移動量）が６ｍｍを超えるあたりから荷重の上昇が頭打ちになっており、３０ｔの荷重が付与されることで、塑性変形（曲げ）が始まっていることが伺える。この塑性曲げは、高温域ＨＡの塑性曲げを反映している。つまり、前述したように高温域ＨＡには引張り応力が残留している。したがって、溶接歪を矯正する向きに解析モデル１００Ｍに３点曲げを施せば、残留している引張り応力にさらに引張りが加わることで、高温域ＨＡは常温域ＬＡよりも早期に、換言すると高温域ＨＡは選択的に塑性曲げが生じる。したがって、本発明によると、縦曲がりを容易に矯正できることになる。
【００２７】
ステップ３：塑性曲げ解析
ステップ２で得られたローラ移動量（加圧ローラ１の下降量）と荷重の関係が把握できたならば、加圧ローラ１と受けローラ２，３の位置と解析モデル１００Ｍの変形挙動の関係を求める。その一例を図８に示す。
図８には、溶接後に生じた溶接歪による変形形態、加圧ローラ１と受けローラ２，３により３点曲げをして荷重を付与したときの変形形態、及び荷重を解除した除荷後の変形形態を示している。除荷後の変形は、荷重を付与しているときの変形からスプリングバックが差し引かれたものである。そして、除荷後の変形形態は、溶接歪の矯正の結果として許容できる変形量である。
【００２８】
ステップ４：矯正条件設定
以上のようにして、矯正として許容される除荷後の変形形態を解析により求めたならば、この解析結果に基づいて、矯正の条件を設定する。図８の例では、加圧ローラ１と受けローラ２（３）との間隔が約１４００ｍｍとした場合に、加える加重の条件としては約３０ｔが設定される。また、受けローラ２の上昇量（＝加圧ローラ１の下降量）としては、１０ｍｍ程度が設定される。なお、この加圧ローラ１の下降量は、矯正前に加圧ローラ１が補剛パネル１００に接触した位置を基準にする。
以上のように、制御部５０で条件が設定されたならば、制御部５０は加圧ローラ１及び受けローラ２，３を当該条件に従うように動作させる。
【００２９】
［第２実施形態］
第２実施形態による矯正装置１１０は、第１実施形態に加えて角変形を矯正する機能を備えることで、溶接によって生じた縦曲がりと角変形の矯正を同時に行なうことができる。
矯正装置１１０は、図９に示すように、一対の加圧ローラ４，５を備える。加圧ローラ４，５は、補剛パネル１００のリブ１０２を境に対象の位置に配置され、リブ１０２の幅方向の両側でパネル本体１０１に荷重を付与することができる。加圧ローラ４，５は、対で昇降し、また、幅方向に移動することができる。そうすることで、角変形をも矯正する。
【００３０】
矯正装置１１０により、縦曲がりに加えて角変形を矯正するには、第１実施形態で示した縦曲がりを矯正する条件に角変形を矯正するための条件を追加すればよい。そうすることで、補剛パネル１００の生産性が格段に向上することが期待できる。角変形を矯正するための条件の追加は、以下の手順によればよい。なお、縦曲がり矯正の条件（荷重、移動量）は、第１実施形態により特定されているものとし、この荷重を加えることを前提として角変形を矯正する条件を求めることになる。
【００３１】
角変形を矯正する条件の中で、荷重Ｐは決まっているので、加圧ローラ４，５の作用点を求める。この作用点は、リブ１０２の幅方向の中央からの距離ｘで特定される。この作用点に荷重Ｐを加えることでパネル本体１０１に付与される曲げモーメントＭは以下の式（１）により与えられる。
Ｍ＝Ｐ×Ｘ … （１）
また、溶接部に塑性変形を与えるために必要な曲げ応力σ１は、以下の式（２）に示す通り、パネル本体１０１を構成する鋼材のσｙ（降伏応力）から溶接により生じた残留応力σ０を引いた値でよい。
σ１＝σｙ−σ０ （２）
なお、加圧部を梁と考えて、加圧ローラ４，５による加圧幅を略ローラ径の１／１０とする。
そうすれば、以下の式（３）の関係により、加圧ローラ４，５の作用点（距離ｘ）が求められる。この距離ｘにしたがって、加圧ローラ４，５の位置を制御すれば、溶接によって生じた角変形矯正と縦曲がり矯正を同時に行なうことができる。この場合、２つの加圧ローラ４，５を備えているので、縦曲がりの矯正を第１実施形態の倍の効率で行うことができる。
σ＝Ｍ／Ｚ …（３） σ：曲げ応力 Ｍ：曲げモーメント Ｚ：断面係数
【００３２】
なお、上記実施形態では、Ｕ字形状のリブ１０２をパネル本体１０１に溶接した補剛パネル１００について説明したが、本発明の対象はこの形態に限るものではなく、横断面が偏平なリブ、あるいはＬ字状のリブなど、を溶接することで縦曲がりが生ずる様々な溶接物を矯正の対象にすることができる。
また、上記実施形態では一つの加圧ローラ１を用いたが、局部的な荷重の付与を避けるために、加圧ローラ１の長手方向の前後に小径のローラを設ける、という選択を行うことができる。
さらに、以上の実施形態では、矯正装置１０に付帯する制御部５０で矯正の条件を設定するとともに、制御部５０が加圧ローラ１及び受けローラ２，３を動作させるが、矯正装置１０とは個別に設けられる演算処理装置で矯正の条件を設定することもできる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０，１１０…矯正装置
１，４，５…加圧ローラ ２，３…受けローラ、
２０…フレーム ２１，２２，２３，２４…支持コラム ２５，２６，２７，２８…昇降装置
１００…補剛パネル １０１…パネル本体 １０２…リブ
１００Ｍ…解析モデル １０１Ｍ…本体モデル １０２Ｍ…リブモデル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接により鋼板にリブなどの補剛部材を溶接した後に生ずる歪を矯正する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば箱桁橋梁を製作する際に、パネル本体に補剛材(リブ材)を溶接により取付けると、溶接に伴う熱収縮によりパネル本体の幅方向及び長手方向に溶接歪が発生することから、溶接の後で歪矯正を実施している。
通常、この歪矯正は、補剛材が溶接された面の裏側をバーナによる火炎で加熱して、加熱部を収縮させて熱収縮のバランスを取ることで行なわれる。しかし、バーナ加熱による歪矯正は、熟練を要する作業で、また所要時間も長く、生産性が悪い。
一方、特許文献１に開示されるように、油圧プレスを用い、溶接により歪が生じている向きと逆向きの荷重・変位を強制的に加えることで、歪矯正する方法もある。これは、特許文献１の図１に示されるように、溶接部の裏側に受圧ローラを配し、表側(上側)から加圧して３点曲げを作用させて歪矯正するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７３５０８７号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、これまで知られている歪矯正装置は、幅方向に生じた歪（以下、「角変形」という）を矯正することを主眼においているものであり、長手方向に歪矯正を行う機能は設けられていない。したがって、長手方向の歪(以下、「縦曲がり」という)の矯正は、人手によりバーナで加熱する作業に頼っているが実情で、作業効率が極めて悪いと言う問題があった。特に、例えば１０ｍにも及ぶパネルの縦曲がりを矯正するのは熟練した技能を有していても容易ではない。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、縦曲がりを矯正することができる歪矯正方法及び歪矯正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
縦曲がりは、例えばリブをパネル本体に溶接することで生じる長手方向の収縮が中立軸を境にパネル本体の側に収縮することで生じる曲げモーメントに起因する。本発明者はこの縦曲がりの発生原理に着目した。つまり、溶接による加熱の影響を受けた領域（高温域）には、溶接による熱影響を受けていない周囲から拘束されるために、引張りの残留応力が局部的に生じている。そこで本発明者等が検討したところ、長手方向に３点曲げによる荷重を付与すれば、残留応力が生じている部分を選択的に降伏させて塑性変形を生じさせることができるので、縦曲がりを容易に矯正できることを確認した。
一方で、縦曲がりを矯正する際にバーナによる加熱をどの程度与えればよいかは、これまで作業員の技能に頼っていた。このことは、闇雲に長手方向に３点曲げを行っても、縦曲がりを適切に矯正することが困難であることを示している。そこで本発明者は、溶接がなされる部材（以下、矯正対象物）の解析モデルを作成し、この解析モデルに対して溶接を行うのと同等の加熱を溶接がなされる部分に与えることで、実際に溶接を行うことで生じる縦曲がりを再現した。そして、この再現された縦曲がりを用いることで、生じている縦曲がりを矯正するのに必要な条件を特定できることを知見した。
【０００６】
本発明は、溶接方向に沿って歪が生じている矯正対象物の歪を矯正する方法に関する。
本発明は、溶接方向に沿う搬送路に置かれた矯正対象物に対し、第１加圧部材と第２加圧部材を用い、矯正対象物に３点曲げによる荷重を付与することで歪を低減する。
本発明において、第１加圧部材は、搬送路を境にして一方の面側から搬送路上に置かれる矯正対象物に作用する。
第２加圧部材は、搬送路を境にして他方の面側から搬送路上に置かれる矯正対象物に作用する。また、第２加圧部材は、溶接方向に沿って第１加圧部材を挟んで配置される一対の部材である。
【０００７】
本発明において矯正対象物に対する荷重は、溶接方向に沿って間欠的に付与してもよいし、溶接方向に沿って連続的に付与してもよい。歪の性状に応じて、いずれか一方を選択し、又は双方を組み合わせて付与することもできる。
【０００８】
本発明の矯正方法において、矯正の条件を設定する際には、以下の手順を採用することが好ましい。ステップ１：矯正対象物について作成された解析モデルに溶接歪を与える。
ステップ２：溶接歪が与えられた解析モデルに、第１加圧部材と第２加圧部材を用いたものとして３点曲げを作用させて、第１加圧部材及び第２加圧部材の一方又は双方の移動量と解析モデルに加えられる荷重の関係を解析により求める。
ステップ３：第１加圧部材及び第２加圧部材の一方又は双方の移動量と解析モデルに加えられる荷重の関係に基づいて、第１加圧部材と第２加圧部材を用いたものとして解析モデルに変形を生じさせる。
ステップ４：解析モデルに生じさせた変形に基づいて、矯正の条件を設定する。
【０００９】
また本発明において、矯正が施された矯正対象物に、未だ歪が残留することがある。この在留した歪が許容範囲以内の場合はよいが、許容範囲を超えている場合には、次の矯正対象物に対する３点曲げによる荷重の条件を、変更することが必要になる。このような事情に基づいて本発明では、矯正が施された矯正対象物の歪の状態を把握し、この歪の状態に基づいて、矯正の条件を再設定することが好ましい。
【００１０】
本発明は、歪矯正方法を実行する以下の歪矯正装置を提供する。
この歪矯正装置は、溶接方向に沿う搬送路に置かれた矯正対象物に対し、第１加圧部材と第２加圧部材を用い、矯正対象物に３点曲げによる荷重を与えることで歪を低減する。
第１加圧部材は、搬送路を境にして一方の面側から搬送路上に置かれる矯正対象物に作用する。
第２加圧部材は、搬送路を境にして他方の面側から搬送路上に置かれる矯正対象物に作用する。また、第２加圧部材は、溶接方向に沿って第１加圧部材を挟んで配置される一対の部材である。
なお、本発明の歪矯正装置は、本発明の歪矯正方法において適用できる上述した好ましい形態を伴うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、残留応力が生じている部分を選択的に塑性変形させることで、縦曲がりを容易に矯正できる。また、本発明によれば、縦曲がりを矯正する条件を適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態（第１実施形態）における矯正装置の側面図である。
【図２】本実施形態における矯正装置の正面図である。
【図３】本実施形態における矯正装置を用いてパネルの縦曲がりを矯正する手順を示す図である。
【図４】本実施形態における矯正装置を用いてパネルの縦曲がりを矯正する様子を示し、上段は任意の２箇所で矯正動作をする例を示し、下段は連続的に矯正動作をする例を示す。
【図５】本実施形態における矯正装置に適用される昇降装置を示す図である。
【図６】本実施形態における解析モデルの一例を示す図である。
【図７】本実施形態における解析モデルに３点曲げ解析を行った結果を示すグラフである。
【図８】本実施形態における解析モデルの変形の変遷を示すグラフである。
【図９】角変形の矯正機構を備えた本実施形態（第２実施形態）における矯正装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態の矯正装置１０は、溶接により補剛パネル１００（矯正対象物）に生じた歪（溶接歪）を矯正する。補剛パネル１００は、図１、図２に示すように、パネル本体１０１の一方の面（表面とする）にリブ１０２が、その長手方向（図１の矢印ｘ方向，溶接方向）に沿って溶接されることで接合される。複数のリブ１０２は、パネル本体１０１の幅方向（図２の矢印ｙ方向）に間隔を開けてパネル本体１０１に接合されている。
以上のように溶接が施された補剛パネル１００には、図１、図２に示すように、曲線αで示すようにリブ１０２が接合された表面が凸になる縦曲がりと、曲線βで示すようにリブ１０２が接合された表面が凹になる角変形と、が溶接歪として生じる。本実施形態は、この縦曲がりを矯正することを主眼においている。
【００１４】
［矯正装置１０の基本構成］
矯正装置１０は、図１、図２に示すように、加圧ローラ１と、２つの受けローラ２，３と、を備えている。加圧ローラ１は、搬送路上に置かれる補剛パネル１００の上方から、隣接するリブ１０２の間に位置して補剛パネル１００に荷重を与える。一方、受けローラ２，３は、補剛パネル１００の下方から、溶接方向に沿って加圧ローラ１を挟んで配置される。
加圧ローラ１と受けローラ２，３の間に補剛パネル１００を配置し、加圧ローラ１と受けローラ２，３により荷重を付与することで、補剛パネル１００の溶接歪を矯正する。
加圧ローラ１は、フレーム２０に支持される支持コラム２１の下端に、受けローラ２，３の回転に合せて自由に回転可能に取付けられている。支持コラム２１は、幅方向に移動可能にフレーム２０に支持されている。加圧ローラ１は、支持コラム２１の先端部に設けられる昇降装置２５により、昇降が可能である。
受けローラ２，３は、各々、掘り下げられた床面に立設された支持コラム２２，２３，２４の上端に回転可能に取付けられている。支持コラム２２，２３は受けローラ２，３を幅方向の両端で支持し、また、支持コラム２４は受けローラ２，３を幅方向の中央で支持する。支持コラム２２，２３，２４は、床面に対して固定されていてもよいし、長手方向に移動可能とされていてもよい。受けローラ２，３は、支持コラム２２，２３，２４の先端部に各々設けられる昇降装置２６，２７，２８により、昇降が可能である。
なお、ここでは、加圧ローラ１と受けローラ２，３の両者が昇降可能にされているが、加圧ローラ１と受けローラ２，３の一方が昇降可能であれば、溶接歪矯正のために補剛パネル１００に荷重を付与する、という目的は達成される。また、昇降装置２５（２６，２７，２８）の具体例については、後述する。
【００１５】
矯正装置１０は、加圧ローラ１、受けローラ２，３の昇降、支持コラム２１（２２，２３）の位置を制御する制御部５０を備えている。制御部５０は、後述するように、矯正装置１０による矯正条件を設定する機能を備えている。
【００１６】
［矯正手順］
さて、補剛パネル１００を矯正装置１０で矯正するには、図３（ａ）に示すように、矯正装置１０の入口ＩＮ側に補剛パネル１００を配置した後に、出口ＯＵＴに向けた搬送路に沿って挿入する。このとき、加圧ローラ１と受けローラ２，３の鉛直方向の間隔は、後述する手法に基づいて、補剛パネル１００の溶接歪を矯正できるように設定される。矯正装置１０に挿入された補剛パネル１００は、図３（ｂ）に示すように、加圧ローラ１及び受けローラ２，３により３点曲げされることにより、荷重が与えられ矯正される。補剛パネル１００は、図３（ｃ）に示すように、矯正装置１０の出口ＯＵＴを通過すると、矯正の作業が終了する。
通常、補剛パネル１００に許容される歪には規定があり、例えば橋梁に用いられる補剛パネルでは、１０ｍあたりで±３ｍｍである。矯正作業はこの許容値内に溶接歪を低減させる必要がある。
【００１７】
図３で示した補剛パネル１００を矯正する手順には、図４に示すように、少なくとも２つの形態が存在する。なお、図４は、補剛パネル１００を線分で示している。
１つ目の形態は、補剛パネル１００の長手方向の特定の箇所で荷重を付与する。例えば、図４の上段に示す例では、長手方向に間隔を開けて配置される地点Ａ、Ｂの２箇所で順次加圧ローラ１を降下させることで補剛パネル１００に荷重を付与する。地点Ａ，Ｂを選択する際に、例えば、補剛パネル１００の長手方向に対して、受けローラ２，３間の寸法の１／２のピッチとすることができる。この形態は、加圧ローラ１が地点Ａに対応する位置まで補剛パネル１００が送られたならば、補剛パネル１００の送りを停止して、加圧ローラ１により荷重を付与する。所定の荷重を地点Ａに対して付与したならば、補剛パネル１００を送り、加圧ローラ１が地点Ｂに対応する位置まで到達したならば、補剛パネル１００の送りを停止して、加圧ローラ１により荷重を付与する。つまり、一つ目の形態は、補剛パネル１００を間欠的に送り、補剛パネル１００の送りが停止しているときに、荷重を付与する。この形態によると、矯正後の補剛パネル１００は、荷重が付与された箇所が下向きに凸となり、波状に矯正されるが、振幅を所望する値以下に抑えることで、矯正の目的を達成できる。なお、この形態では、補剛パネル１００を送っているときには、加圧ローラ１を上昇させることにより、補剛パネル１００に対しての荷重の付与を停止する。また、荷重を付与する箇所は２箇所に限るものではなく、３箇所以上の任意の地点で荷重を付与することができる。
【００１８】
２つ目の形態は、補剛パネル１００を連続的に送りながら加圧ローラ１で荷重を付与する。この形態によると、補剛パネル１００に連続的に荷重が付与されるので、図４の下段に示すように、矯正された補剛パネル１００は平坦に近づく。この矯正の過程において、補剛パネル１００通過位置に応じて、加圧ローラ１による荷重の程度を変動させることもできる。１つ目の形態に２つ目の形態を組み合わせることもできる。
【００１９】
以上の矯正の作業は、隣接するリブ１０２とリブ１０２の間ごとに行うことが望まれる。具体的には、１つのリブ１０２とリブ１０２の間の矯正作業が終了したならば、加圧ローラ１を隣のリブ１０２とリブ１０２の間に移動させてから、次の矯正作業を溶接方向に沿って行う。この場合、補剛パネル１００を入口ＩＮ側に移動させてもよいし、出口ＯＵＴ側から補剛パネル１００を矯正装置１０に挿入することもできる。
【００２０】
また、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、出口ＯＵＴ側に補剛パネル１００の矯正の状態を検知する例えばレーザ変位計ＬＤを設けることができる。レーザ変位計ＬＤによる検知結果を制御部５０が取得して矯正の過不足を判断し、矯正不足と判断すると、制御部５０は加圧ローラ１及び受けローラ２，３の一方又は双方の昇降量を調整する。
矯正の状態を検知する手段は、レーザ変位計ＬＤに限るものではなく、他の公知の変位計を用いることができる。また、矯正の過不足を判断するには、補剛パネル１００の両端に対応する位置の検知結果を結ぶ直線と、長手方向中央部に対応する位置の検知結果との差分を求め、これを矯正の許容範囲と比較することが一例として掲げられる。
【００２１】
［昇降装置２６］
次に、昇降装置２６の具体的な構成例を、図５を参照しながら説明する。なお、昇降装置２５，２７，２８も同様の構成を採用することができる。
昇降装置２６は、加圧ローラ１で補剛パネル１００に荷重を付与しても、受けローラ２がその位置を維持できるようにされている。
昇降装置２６は、支持コラム２２の側面に固定された一対の油圧シリンダ３１，３２を備えている。油圧シリンダ３１，３２の各々のロッド３３，３４には、可動台３５が固定されている。可動台３５は、油圧シリンダ３１，３２の動作に伴い、昇降される。可動台３５の上には、受けローラ２を回転可能に支持する軸受３６が固定されている。
支持コラム２２の上端には、固定台３７が設けられている。固定台３７と可動台３５の間には間隙が設けられており、この間隙には一対の高さ調整片３８，３９が配置される。高さ調整片３８，３９は、縦断面が台形状の部材であり、互いに斜面同士で接触して鉛直方向に重ねられている。
【００２２】
高さ調整片３８は固定台３７に対して摺動可能に配置されている。固定台３７には油圧シリンダ４１が固定さており、この油圧シリンダ４１のロッド４３は高さ調整片３８に固定されている。したがって、油圧シリンダ４１を作動させることにより、高さ調整片３８は固定台３７に沿って水平方向に動くことができる。
また、高さ調整片３９は可動台３５に対して摺動可能に配置されている。可動台３５には油圧シリンダ４２が固定さており、この油圧シリンダ４２のロッド４４は高さ調整片３９に固定されている。したがって、油圧シリンダ４２を作動させることにより、高さ調整片３９は可動台３５に沿って水平方向に動くことができる。
【００２３】
さて、昇降装置２６により受けローラ２を昇降させるには、次のようにする。
例えば、受けローラ２を下降させるには、油圧シリンダ４１，４２のロッド４３，４４を伸張することで、高さ調整片３８，３９を水平方向に離れる向きに動かす。高さ調整片３８，３９は互いに斜面同士が摺動しながら移動し、高さ調整片３８，３９を重ね合わせた高さが低くなる（図５（ｂ））。こうして、可動台３５が降下することで、受けローラ２を下降させることができる。この下降に同期して油圧シリンダ３１，３２はロッド３３，３４を短縮させる。
受けローラ２を上昇させるには、以上と逆の動作を油圧シリンダ４１，４２、油圧シリンダ３１，３２にさせればよく、そうすることで、図５（ｃ）に示すように、可動台３５を上昇させることができる。昇降装置２６は、受けローラ２からの荷重を高さ調整片３８，３９により受けることができる。したがって、この荷重を仮に油圧シリンダ３１，３２で受ける場合には、ロッド３３，３４が微量ではあるが沈んで受けローラ２の位置が降下するのに対して、受けローラ２の支持位置を維持できる。したがって、昇降装置２６を用いることで、補剛パネル１００を矯正する精度を向上できる。
【００２４】
［矯正条件設定手順］
次に、補剛パネル１００に生じている溶接歪を矯正する際に、加圧ローラ１と受けローラ２，３により補剛パネル１００に付与する荷重（矯正条件）を設定する手順を説明する。この手順は、制御部５０で行われる。
この手順は、以下に示す１〜４のステップから構成される。
ステップ１：解析モデルの作成
ステップ２：３点曲げ解析
ステップ３：塑性曲げ解析
ステップ４：矯正条件設定
【００２５】
ステップ１：解析モデルの作成
解析モデルは、有限要素法（Finite Element Method, ＦＥＭ）に基づいて作成する。ＦＥＭ解析は当業者間でよく知られた解析手法であるの、その具体的な内容の説明は省略するが、作成された解析モデル１００Ｍを図６に示す。解析モデル１００Ｍは、本体モデル１０１Ｍとリブモデル１０２Ｍからなるものであり、矯正対象物である補剛パネル１００と構成が同じに作成される。
この解析モデル１００Ｍに、高温域ＨＡ（拡大図にハッチングを施している）とそれ以外の常温域ＬＡに温度差を与え、溶接を再現する。温度差は、例えば５００℃である。高温域ＨＡは、溶接による加熱されて高温に晒される領域に対応し、常温域ＬＡは高温に晒されない領域に対応する。このように温度差を与えることで、解析モデル１００Ｍに溶接歪を再現させる。
高温域ＨＡは、溶接時には膨張するが常温域ＬＡに取り囲まれる側方には膨張が拘束されるので、常温域ＬＡを避けて膨張する。このとき、高温域ＨＡは、常温域ＬＡを避けて膨張がなされた分だけ、常温域ＬＡに取り囲まれる領域は体積が減少する。したがって、溶接後に冷却されると、常温域ＬＡに取り囲まれる高温域ＨＡには引張り応力が残留する。本発明は、この残留応力を利用して、補剛パネル１００の矯正を行うところに特徴がある。
なお、生じる溶接歪を変更させるには、高温域ＨＡを設定する範囲、温度差を変更すればよい。
【００２６】
ステップ２：３点曲げ解析
溶接歪が再現された解析モデル１００Ｍに対し、解析モデル１００Ｍの全長（長手方向）の例えば１／３〜１／１０の支持ピッチで、加圧ローラ１、受けローラ２，３による３点曲げに相当する３点曲げを設定する。この想定された３点曲げにおいて加圧ローラ１を下降させ、この加圧ローラ１の下降量（ローラ移動量）と補剛パネル１００に加わる荷重の関係を求める３点曲げ解析を行なう。
３点曲げ解析を行った結果の一例を図７に示す。
この例では、加圧ローラ１の下降量（図７のローラ移動量）が６ｍｍを超えるあたりから荷重の上昇が頭打ちになっており、３０ｔの荷重が付与されることで、塑性変形（曲げ）が始まっていることが伺える。この塑性曲げは、高温域ＨＡの塑性曲げを反映している。つまり、前述したように高温域ＨＡには引張り応力が残留している。したがって、溶接歪を矯正する向きに解析モデル１００Ｍに３点曲げを施せば、残留している引張り応力にさらに引張りが加わることで、高温域ＨＡは常温域ＬＡよりも早期に、換言すると高温域ＨＡは選択的に塑性曲げが生じる。したがって、本発明によると、縦曲がりを容易に矯正できることになる。
【００２７】
ステップ３：塑性曲げ解析
ステップ２で得られたローラ移動量（加圧ローラ１の下降量）と荷重の関係が把握できたならば、加圧ローラ１と受けローラ２，３の位置と解析モデル１００Ｍの変形挙動の関係を求める。その一例を図８に示す。
図８には、溶接後に生じた溶接歪による変形形態、加圧ローラ１と受けローラ２，３により３点曲げをして荷重を付与したときの変形形態、及び荷重を解除した除荷後の変形形態を示している。除荷後の変形は、荷重を付与しているときの変形からスプリングバックが差し引かれたものである。そして、除荷後の変形形態は、溶接歪の矯正の結果として許容できる変形量である。
【００２８】
ステップ４：矯正条件設定
以上のようにして、矯正として許容される除荷後の変形形態を解析により求めたならば、この解析結果に基づいて、矯正の条件を設定する。図８の例では、加圧ローラ１と受けローラ２（３）との間隔が約１４００ｍｍとした場合に、加える加重の条件としては約３０ｔが設定される。また、受けローラ２の上昇量（＝加圧ローラ１の下降量）としては、１０ｍｍ程度が設定される。なお、この加圧ローラ１の下降量は、矯正前に加圧ローラ１が補剛パネル１００に接触した位置を基準にする。
以上のように、制御部５０で条件が設定されたならば、制御部５０は加圧ローラ１及び受けローラ２，３を当該条件に従うように動作させる。
【００２９】
［第２実施形態］
第２実施形態による矯正装置１１０は、第１実施形態に加えて角変形を矯正する機能を備えることで、溶接によって生じた縦曲がりと角変形の矯正を同時に行なうことができる。
矯正装置１１０は、図９に示すように、一対の加圧ローラ４，５を備える。加圧ローラ４，５は、補剛パネル１００のリブ１０２を境に対象の位置に配置され、リブ１０２の幅方向の両側でパネル本体１０１に荷重を付与することができる。加圧ローラ４，５は、対で昇降し、また、幅方向に移動することができる。そうすることで、角変形をも矯正する。
【００３０】
矯正装置１１０により、縦曲がりに加えて角変形を矯正するには、第１実施形態で示した縦曲がりを矯正する条件に角変形を矯正するための条件を追加すればよい。そうすることで、補剛パネル１００の生産性が格段に向上することが期待できる。角変形を矯正するための条件の追加は、以下の手順によればよい。なお、縦曲がり矯正の条件（荷重、移動量）は、第１実施形態により特定されているものとし、この荷重を加えることを前提として角変形を矯正する条件を求めることになる。
【００３１】
角変形を矯正する条件の中で、荷重Ｐは決まっているので、加圧ローラ４，５の作用点を求める。この作用点は、リブ１０２の幅方向の中央からの距離ｘで特定される。この作用点に荷重Ｐを加えることでパネル本体１０１に付与される曲げモーメントＭは以下の式（１）により与えられる。
Ｍ＝Ｐ×Ｘ … （１）
また、溶接部に塑性変形を与えるために必要な曲げ応力σ１は、以下の式（２）に示す通り、パネル本体１０１を構成する鋼材のσｙ（降伏応力）から溶接により生じた残留応力σ０を引いた値でよい。
σ１＝σｙ−σ０ （２）
なお、加圧部を梁と考えて、加圧ローラ４，５による加圧幅を略ローラ径の１／１０とする。
そうすれば、以下の式（３）の関係により、加圧ローラ４，５の作用点（距離ｘ）が求められる。この距離ｘにしたがって、加圧ローラ４，５の位置を制御すれば、溶接によって生じた角変形矯正と縦曲がり矯正を同時に行なうことができる。この場合、２つの加圧ローラ４，５を備えているので、縦曲がりの矯正を第１実施形態の倍の効率で行うことができる。
σ＝Ｍ／Ｚ …（３） σ：曲げ応力 Ｍ：曲げモーメント Ｚ：断面係数
【００３２】
なお、上記実施形態では、Ｕ字形状のリブ１０２をパネル本体１０１に溶接した補剛パネル１００について説明したが、本発明の対象はこの形態に限るものではなく、横断面が偏平なリブ、あるいはＬ字状のリブなど、を溶接することで縦曲がりが生ずる様々な溶接物を矯正の対象にすることができる。
また、上記実施形態では一つの加圧ローラ１を用いたが、局部的な荷重の付与を避けるために、加圧ローラ１の長手方向の前後に小径のローラを設ける、という選択を行うことができる。
さらに、以上の実施形態では、矯正装置１０に付帯する制御部５０で矯正の条件を設定するとともに、制御部５０が加圧ローラ１及び受けローラ２，３を動作させるが、矯正装置１０とは個別に設けられる演算処理装置で矯正の条件を設定することもできる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０，１１０…矯正装置
１，４，５…加圧ローラ ２，３…受けローラ、
２０…フレーム ２１，２２，２３，２４…支持コラム ２５，２６，２７，２８…昇降装置
１００…補剛パネル １０１…パネル本体 １０２…リブ
１００Ｍ…解析モデル １０１Ｍ…本体モデル １０２Ｍ…リブモデル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接方向に沿って歪が生じている矯正対象物の前記歪を矯正する方法であって、
前記溶接方向に沿う搬送路に置かれた前記矯正対象物に対し、
前記搬送路を境にして一方の面側から前記搬送路上に置かれる前記矯正対象物に作用する第１加圧部材と、
前記搬送路を境にして他方の面側から前記搬送路上に置かれる前記矯正対象物に作用し、前記溶接方向に沿って前記第１加圧部材を挟んで配置される一対の第２加圧部材と、
を用い、前記矯正対象物に３点曲げによる荷重を付与することで前記歪を低減する、
ことを特徴とする歪矯正方法。
【請求項２】
前記矯正対象物に対する前記荷重は、
前記溶接方向に沿って間欠的に与えられる、
請求項１に記載の歪矯正方法。
【請求項３】
前記矯正対象物に対する前記荷重は、
前記溶接方向に沿って連続的に与えられる、
請求項１に記載の歪矯正方法。
【請求項４】
前記矯正対象物について作成された解析モデルに溶接歪を与え、
前記溶接歪が与えられた前記解析モデルに、前記第１加圧部材と前記第２加圧部材を用いたものとして３点曲げを作用させて、前記第１加圧部材及び前記第２加圧部材の一方又は双方の移動量と前記解析モデルに加えられる荷重の関係を解析により求め、
前記第１加圧部材及び前記第２加圧部材の一方又は双方の前記移動量と前記解析モデルに加えられる前記荷重の関係に基づいて、前記第１加圧部材と前記第２加圧部材を用いたものとして前記解析モデルに変形を生じさせ、
前記解析モデルに生じさせた前記変形に基づいて、前記矯正の条件が設定される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の歪矯正方法。
【請求項５】
前記矯正が施された前記矯正対象物の歪の状況に基づいて、
前記矯正の条件を再設定する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪矯正方法。
【請求項６】
溶接線が形成される溶接方向に沿って歪が生じている矯正対象物の前記歪を矯正する装置であって、
前記溶接方向に沿う搬送路に置かれた前記矯正対象物に対し、
前記搬送路を境にして一方の面側から前記搬送路上に置かれる前記矯正対象物に作用する第１加圧部材と、
前記搬送路を境にして他方の面側から前記搬送路上に置かれる前記矯正対象物に作用し、前記溶接方向に沿って前記第１加圧部材を挟んで配置される一対の第２加圧部材と、
を備え、
前記第１加圧部材と前記第２加圧部材を用いて前記矯正対象物に３点曲げによる荷重を与えることで前記歪を低減する、
ことを特徴とする歪矯正装置。
【請求項１】
溶接方向に沿って歪が生じている矯正対象物の前記歪を矯正する方法であって、
前記溶接方向に沿う搬送路に置かれた前記矯正対象物に対し、
前記搬送路を境にして一方の面側から前記搬送路上に置かれる前記矯正対象物に作用する第１加圧部材と、
前記搬送路を境にして他方の面側から前記搬送路上に置かれる前記矯正対象物に作用し、前記溶接方向に沿って前記第１加圧部材を挟んで配置される一対の第２加圧部材と、
を用い、前記矯正対象物に３点曲げによる荷重を付与することで前記歪を低減する、
ことを特徴とする歪矯正方法。
【請求項２】
前記矯正対象物に対する前記荷重は、
前記溶接方向に沿って間欠的に与えられる、
請求項１に記載の歪矯正方法。
【請求項３】
前記矯正対象物に対する前記荷重は、
前記溶接方向に沿って連続的に与えられる、
請求項１に記載の歪矯正方法。
【請求項４】
前記矯正対象物について作成された解析モデルに溶接歪を与え、
前記溶接歪が与えられた前記解析モデルに、前記第１加圧部材と前記第２加圧部材を用いたものとして３点曲げを作用させて、前記第１加圧部材及び前記第２加圧部材の一方又は双方の移動量と前記解析モデルに加えられる荷重の関係を解析により求め、
前記第１加圧部材及び前記第２加圧部材の一方又は双方の前記移動量と前記解析モデルに加えられる前記荷重の関係に基づいて、前記第１加圧部材と前記第２加圧部材を用いたものとして前記解析モデルに変形を生じさせ、
前記解析モデルに生じさせた前記変形に基づいて、前記矯正の条件が設定される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の歪矯正方法。
【請求項５】
前記矯正が施された前記矯正対象物の歪の状況に基づいて、
前記矯正の条件を再設定する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪矯正方法。
【請求項６】
溶接線が形成される溶接方向に沿って歪が生じている矯正対象物の前記歪を矯正する装置であって、
前記溶接方向に沿う搬送路に置かれた前記矯正対象物に対し、
前記搬送路を境にして一方の面側から前記搬送路上に置かれる前記矯正対象物に作用する第１加圧部材と、
前記搬送路を境にして他方の面側から前記搬送路上に置かれる前記矯正対象物に作用し、前記溶接方向に沿って前記第１加圧部材を挟んで配置される一対の第２加圧部材と、
を備え、
前記第１加圧部材と前記第２加圧部材を用いて前記矯正対象物に３点曲げによる荷重を与えることで前記歪を低減する、
ことを特徴とする歪矯正装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５２８０２（Ｐ２０１２−１５２８０２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３６７（Ｐ２０１１−１５３６７）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５０６１２２２４６）三菱重工鉄構エンジニアリング株式会社 (111)
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５０６１２２２４６）三菱重工鉄構エンジニアリング株式会社 (111)
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