溶接接合方法
【課題】本発明は、２本の棒材を突き合わせ溶接する溶接接合方法に関し、突き合わせ溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部において所定の破断荷重が確保される溶接接合方法を提供する。
【解決手段】２本の棒材１ａ，１ｂを突き合わせ溶接し、第２クランプ４ａ，４ｂで掴持された部分の温度が所定温度まで低下した時点で第２クランプ４ａ，４ｂによる掴持を解放し、第１クランプ３ａ，３ｂを互いに近接方向に加圧して溶接部２と第１クランプ３ａ，３ｂで掴持された部分との間に増肉部を形成する。
【解決手段】２本の棒材１ａ，１ｂを突き合わせ溶接し、第２クランプ４ａ，４ｂで掴持された部分の温度が所定温度まで低下した時点で第２クランプ４ａ，４ｂによる掴持を解放し、第１クランプ３ａ，３ｂを互いに近接方向に加圧して溶接部２と第１クランプ３ａ，３ｂで掴持された部分との間に増肉部を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２本の棒材を突き合わせ溶接する溶接接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート構造又はプレストレストコンクリート構造の柱又は梁等の部材では、曲げ剛性を高めるために、長手方向の主筋の周囲を囲繞するせん断補強筋が用いられる。従来のせん断補強筋は、両端部にフックを設けたもので、全体形状が角形、日の字形、目の字形、田の字形、囲の字形又はこれらを組み合わせた形状を有し、主筋を取り巻き、フックを主筋に係止して剪断力に対して抵抗するようになっていた。このフックを両端部に設ける代わりに、両端部を相互に溶接接合してループを形成した閉鎖せん断補強筋とすることもあった。このような閉鎖せん断補強筋は、主筋と係合するフックがなく、主筋の位置とは無関係に任意の位置で溶接接合することができるので、製造上の制約、取付け作業時の制約等がなく、連続したせん断補強筋として賞用されている。しかし、溶接を施すと一般に強度や伸びが小さくなるという問題がある。また、特に引張強さが高く、耐力が大きい高強度せん断補強筋では、溶接部や熱影響部が母材に比べて低強度となったり、引張破損しやすいなどの問題がある。このため、優れた高強度の母材を用いても、溶接部の特性により最終的な特性が制約されるという問題があった。
【０００３】
ここで、例えば、特許文献１には、アプセット溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後、再度電極間に電力を付加して溶接接合部の両側の線材の温度を５００〜７００℃まで上げ、この温度で所定量のアプセットを行い、溶接接合部に強度増大部を形成させた閉ループ型せん断補強筋が開示されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、アプセット溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後、再度電極間に電力を付加して溶接接合部の両側を５００〜７００℃まで加熱し、再び電極間を高圧力で加圧して所定量のアプセットを行い、溶接接合部に強度増大部を形成させる、閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接方法及び溶接装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された閉ループ型せん断補強筋や、特許文献２に開示された閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接方法及び溶接装置は、２段加熱することに特徴があり、溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後に再度電極間に電力を付加して溶接接合部の両側を再加熱して５００〜７００℃の低温のアプセット加工することで、溶接接合部に強度増大部が形成されて溶接部の強度が増す。
【０００６】
また、例えば、特許文献３には、２つ割り電極により被溶接線材を把持して突合せ溶接をする高強度線材の溶接において、被溶接線材の接合端から所定距離の位置をその電極で把持して通電して突合せ溶接を行った後、さらに、溶接された線材の接合部から所定距離の位置をその電極で把持し直して、再び通電して所定量のアプセットを行う高強度線材の突合せ溶接方法、及びそのように作動する制御手段を備えた高強度線材の突合せ溶接機が開示されている。
【０００７】
特許文献３に開示された高強度線材の突合せ溶接方法及び溶接機によれば、最初に鉄筋線材を通常の突合せ溶接を行って通常の溶接バルジを形成させた後に、さらに溶接部近傍を熱間アプセットを行うことにより、溶接部近傍の径が母材径よりも太くなって断面積が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４１７６５９０号公報
【特許文献２】特許第４１７６５９４号号公報
【特許文献３】特開平１１−１５１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１や特許文献２に開示された技術では、破断時に溶接部でなく母材部で破断するせん断補強筋を得るために、溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後に再度電極間に電力を付加して溶接接合部の両側を再加熱して５００〜７００℃の低温のアプセット加工することで、溶接接合部に強度増大部を形成している。しかし、溶接後に再度電極間に電力を付加すると、母材部に比べ断面積が大きく電気抵抗が低い溶接接合部よりも、溶接接合部の両側が発熱し、その状態で電極間を高圧力で加圧すると、太径部が、溶接接合部との間に細径部を挟んでコブ状に形成されやすくなる。そのため、このようなせん断補強筋では、引張力を受けると細径部に応力が集中し、細径部で破断するおそれがある。
【００１０】
また、特許文献３に開示された技術では、溶接部の破断荷重を母材部のそれと同等以上にするために、突合せ溶接時に被溶接線材を把持していた２つ割り電極を、溶接後に把持し直し、再び通電して所定量のアプセットを行うことにより、溶接部近傍の径を母材径よりも太くしている。しかし、電極を把持し直す動作は、工程生産上手間が掛かるという問題がある。また、電極による被溶接線材の把持を一旦解放してから把持し直すまでの間は、電極による被溶接線材の冷却が中断されることとなるため、その間に、被溶接線材の電極によりもともと把持されていた部分を含めて熱が広がってしまう。その結果、電極を把持し直す動作を行わない場合に比較して軟化領域が広がり、溶接部の破断荷重を母材部のそれと同等以上にするためにはより広い領域の径を母材径よりも太くすることが必要となる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、突き合わせ溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部において所定の破断荷重が確保される溶接接合方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明の溶接接合方法は、２本の棒材の溶接部からそれぞれ一定距離離れた位置で、溶接電極と、この溶接電極よりも溶接部から離れた側でこの溶接電極に隣り合った加圧部材とにより棒材を掴持し、上記加圧部材を互いに近接方向に所定の第１の加圧力で加圧しながら、上記溶接電極に電力を供給して上記溶接部を加熱し、上記加圧部材を互いに近接方向に上記第１の加圧力よりも高い第２の加圧力で加圧して上記２本の棒材を突き合わせ溶接し、上記溶接電極で掴持された部分の温度が所定温度まで低下した時点でこの溶接電極による掴持を解放し、上記加圧部材を互いに近接方向に上記第１の加圧力よりも高い第３の加圧力で加圧して上記溶接部とこの加圧部材で掴持された部分との間に増肉部を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の溶接接合方法によれば、突き合わせ溶接してから溶接電極による掴持が解放されるまでの間に、溶接電極で掴持された部分から溶接電極により抜熱されることでその部分が冷却される。このとき、溶接部も間接的に冷却され、溶接部に所定の高温強度が発現する。また、本発明の溶接接合方法によれば、溶接電極による掴持を解放することによって、従来技術における電極の掴み直し後と同様の状態とされる。電極を把持し直す動作は工程生産上手間が掛かるという問題があったが、本実施形態によれば、溶接電極を解放するだけで、従来技術における電極の掴み直し後と同様の状態が瞬間的に得られるため、そのような問題が解消される。また、本発明の溶接接合方法によれば、加圧部材による棒材の掴持が継続されているため、溶接電極が解放されても、加圧部材による冷却作用によって熱の広がりがせき止められる。従って、電極を掴み直す従来の技術と比較して、軟化領域の広がりが抑制される。また、本発明の溶接接合方法によれば、上述した冷却により溶接電極で掴持された部分の温度が所定温度まで低下した時点で溶接電極による掴持を解放して加圧部材を用いて上記第３の加圧力で加圧することで、溶接電極で掴持されていた部分を含む、溶接部と加圧部材で掴持された部分との間に増肉部が形成される。本発明の溶接接合方法では、溶接後に再度電力を供給することなく増肉部を形成しているため、その増肉部と溶接部との間に従来技術のような細径部が形成されず、増肉部は溶接部からなだらかに増肉された形状を有する。そして、この増肉部には、溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部が含まれるため、本発明の溶接接合方法によれば、増肉部が形成されることによる熱影響部の断面積増大によって、熱影響部において所定の破断荷重が確保される。
【００１４】
ここで、本発明の溶接接合方法は、上記溶接電極による掴持を解放した後の、上記溶接電極で掴持されていた部分の温度が上記所定温度よりも更に低い所定温度まで低下した時点で、上記加圧部材を互いに近接方向に上記第３の加圧力で加圧することが好ましい。
【００１５】
このような好ましい形態によれば、上記第３の加圧力で加圧することによる増肉部の形成に最適な温度を選択することができる。
【００１６】
また、本発明の溶接接合方法は、上記所定温度まで低下した時点を経過時間により判定することも好ましい形態である。
【００１７】
このような好ましい形態によれば、本構成を有していない場合に比較して、上記所定温度まで低下した時点を判定することが低コストで実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、突き合わせ溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部における所定の破断荷重が確保される溶接接合方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態である溶接接合方法におけるアプセットバット溶接の工程を説明する模式図である。
【図２】本発明の一実施形態である溶接接合方法における第２クランプの解放直後の工程を説明する模式図である。
【図３】本発明の一実施形態である溶接接合方法における再加圧工程を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
ここでは、１２．６ｍｍの線径を有する２本の棒材の突き合わせ溶接に本発明を適用した実施形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態である溶接接合方法におけるアプセットバット溶接の工程を説明する模式図である。尚、図１には、後述する二次加圧終了後の状態が示されている。
【００２３】
まず、２本の棒材１ａ，１ｂの溶接部２からそれぞれ一定距離離れた位置で、第１クランプ３ａ，３ｂにより棒材１ａ，１ｂを掴持する。この第１クランプ３ａ，３ｂは、図示しない油圧シリンダによって互いに近接する方向に動作するものである。より詳細には、この第１クランプ３ａ，３ｂのうちの一方の第１クランプ３ａが油圧シリンダによって他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作するものであり、他方の第１クランプ３ｂは位置が固定されたものである。このような動作により第１クランプ３ａ，３ｂ間に圧力が掛けられる。この２本の棒材１ａ，１ｂが、本発明にいう２本の棒材の実施例であり、また、この第１クランプ３ａ，３ｂが、本発明にいう加圧部材の実施例である。
【００２４】
また、２本の棒材１ａ，１ｂの溶接部２からそれぞれ一定距離離れた位置であって、第１クランプ３ａ，３ｂの溶接部２側で第１クランプ３ａ，３ｂに隣接した位置で、第２クランプ４ａ，４ｂにより棒材１ａ，１ｂを掴持する。この第２クランプ４ａ，４ｂのうちの一方の第２クランプ４ａは、一方の第１クランプ３ａが他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作するとき、一方の第１クランプ３ａとともに他方の第２クランプ４ｂに近接する方向に動作するものである。また、この第２クランプ４ａ，４ｂは、図示しない電源に接続されており、電力の供給を受けて溶接部２を加熱する電極として機能する。この第２クランプ４ａ，４ｂが、本発明にいう溶接電極の実施例である。図示しない電源から供給された電流は、第２クランプ４ａ，４ｂを介して棒材１ａ，１ｂに流れ、溶接部２を加熱することとなる。
【００２５】
尚、図示しない電源が、例えば、第２クランプ４ａ，４ｂにそれぞれ接した第１クランプ３ａ，３ｂに接続された構成も採用可能である。この場合、電流は、第１クランプ３ａ，３ｂからも棒材１ａ，１ｂに流れる。しかし、主要な電流は、第１クランプ３ａ，３ｂから、より互いに近くに配置された第２クランプ４ａ，４ｂに流れ、第２クランプ４ａ，４ｂから棒材１ａ，１ｂに流れることとなる。
【００２６】
また、第２クランプ４ａ，４ｂによる棒材１ａ，１ｂの掴持と同時に、油圧シリンダにより一方の第１クランプ３ａを他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作させることで、第１クランプ３ａ，３ｂを互いに近接方向に第１の加圧力で一次加圧する。第１の加圧力は、棒材１ａ，１ｂが電気的に接続される程度の力である。第１の加圧力は例えば約１０ｋＮである。
【００２７】
次に、一次加圧を継続した状態で、第２クランプ４ａ，４ｂから電力を供給し、第２クランプ４ａ，４ｂを介して溶接部２を加熱する。
【００２８】
電力供給して溶接部２が加熱されたところで、油圧シリンダにより一方の第１クランプ３ａを他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作させることで、第１クランプ３ａ，３ｂを互いに近接方向に第２の加圧力で二次加圧する。第２の加圧力は、第１の加圧力よりも高い加圧力である。第２の加圧力は例えば約１５０ｋＮである。この二次加圧によって、棒材１ａ，１ｂにおける加熱された溶接部２が加圧力によって溶着するとともに、図１に示すように径方向に広がり、コブ状となる。二次加圧によるアプセット量は、動作する第１クランプ３ａの位置検出によって制御される。例えば、図示しないエンコーダにより一方の第１クランプ３ａが目標位置まで移動したことが検出されると加圧を終了する。以上の工程を経て、図１に示すように、２本の棒材１ａ，１ｂがアプセットバット溶接される。
【００２９】
二次加圧が終了した後に、第２クランプ４ａ，４ｂによる棒材１ａ，１ｂの掴持を解放する。ここで、第２クランプ４ａ，４ｂの解放は、加熱および加圧の終了後、棒材１ａ，１ｂにおける第２クランプ４ａ，４ｂで掴持された部分から第２クランプ４ａ，４ｂによる抜熱が進み、その部分の温度が約７００℃まで冷却された時点で実施される。尚、第２クランプ４ａ，４ｂによる抜熱によって溶接部２も間接的に冷却され、第２クランプ４ａ，４ｂが解放されたときには、溶接部２に所定の高温強度が発現することとなる。ここで、第２クランプ４ａ，４ｂの解放は、棒材１ａ，１ｂのサンプルについて第２クランプ４ａ，４ｂで掴持された部分の温度が約７００℃まで冷却された時点を測定し、あとのケースでは測定した時間の経過により解放のタイミングを判定する。このため、対象部分の温度を測定するための温度センサが不要であり、解放処理の時点を判定することが低コストで実現される。尚、この約７００℃という温度は、溶接部２に所定の高温強度が発現するとともに、後述する再加圧によって増肉部１０ａ，１０ｂを形成することのできる上限温度の一例である。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態である溶接接合方法における第２クランプ４ａ，４ｂの解放直後の工程を説明する模式図である。
【００３１】
ここで、第２クランプ４ａ，４ｂが解放された後の棒材１ａ，１ｂは、図２に示すように、第１クランプ３ａ，３ｂにより掴持されている。本実施形態によれば、第２クランプ４ａ，４ｂを解放するだけで、従来技術における電極の掴み直し後と同様の状態が瞬間的に得られる。しかし、本実施形態では、溶接部２の近傍部分は、後述する再加圧によって増肉部１０ａ，１０ｂを形成することができる温度になる直前まで、第２クランプ４ａ，４ｂによる冷却（抜熱）が行われる。このため、溶接部２からの熱の影響を受ける領域が、溶接部２の近傍部分に抑えられる。また、本実施形態によれば、第１クランプ３ａ，３ｂによる棒材１ａ，１ｂの掴持が継続されているため、第２クランプ４ａ，４ｂが解放されても、第１クランプ３ａ，３ｂによる冷却作用によって熱の広がりがせき止められる。従って、電極を掴み直す従来の技術と比較して、軟化領域の広がりが抑制される。また、本実施形態によれば、第２クランプ４ａ，４ｂの解放によって第２クランプ４ａ，４ｂによる冷却（抜熱）が停止するため、アプセットバット溶接後に再度電力を供給しなくても、後述する再加圧に好適な温度領域が広く確保される。
【００３２】
第２クランプ４ａ，４ｂを解放した後に、第２クランプ４ａ，４ｂから電力を供給することなく、油圧シリンダにより一方の第１クランプ３ａを他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作させることで、第１クランプ３ａ，３ｂを互いに近接方向に第３の加圧力で再加圧する。第３の加圧力は、第１の加圧力よりも高い加圧力であって、第２の加圧力と同程度の加圧力である。第３の加圧力は例えば約１５０ｋＮである。ここで、第２クランプ４ａ，４ｂを解放してから再加圧されるまでの間にインターバルを設け、棒材１ａ，１ｂの第２クランプ４ａ，４ｂで掴持されていた部分の温度が約６００℃まで低下した時点で再加圧している。尚、この約６００℃という温度は、再加圧による増肉部１０ａ，１０ｂの形成に最適な温度の一例である。図示しないエンコーダにより一方の第１クランプ３ａが目標位置まで移動したことが検出されると再加圧を終了する。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態である溶接接合方法における再加圧工程を説明する模式図である。
【００３４】
図３に示すように、溶接部２と第１クランプ３ａ，３ｂで掴持された部分との間に増肉部１０ａ，１０ｂが再加圧によって形成される。増肉部１０ａ，１０ｂが形成される部分には、棒材１ａ，１ｂの、第２クランプ４ａ，４ｂで掴持されていた部分が含まれる。
【００３５】
本実施形態では、アプセットバット溶接後に再度電力を供給することなく増肉部１０ａ，１０ｂを形成しているため、増肉部１０ａ，１０ｂと溶接部２との間に従来技術のような細径部が形成されず、増肉部１０ａ，１０ｂは溶接部２からなだらかに増肉された形状を有する。そして、この増肉部１０ａ，１０ｂには、アプセットバット溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部が含まれるため、本実施形態によれば、増肉部１０ａ，１０ｂが形成されることによる熱影響部の断面積増大によって、熱影響部において所定の破断荷重が確保される。
【００３６】
尚、上述した実施形態では、第１クランプ３ａ，３ｂと第２クランプ４ａ，４ｂとが隣接して配置された例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第２クランプ４ａ，４ｂが電力の供給を受けて溶接部２を加熱する電極として機能する場合、第１クランプ３ａ，３ｂと第２クランプ４ａ，４ｂとは隣接している必要はなく、隣り合っていればよい。
【００３７】
また、上述した実施形態では、本発明にいう棒材が、１２．６ｍｍの線径を有する棒材である例を挙げて説明したが、本発明にいう棒材は、これに限られるものではなく、いかなる線径の棒材であってもよい。但し、１２．６ｍｍよりも細い線径を有する棒材の場合、第１〜第３の加圧力は上述した実施形態に記載の加圧力よりも低い加圧力とし、１２．６ｍｍよりも太い線径を有する棒材の場合、第１〜第３の加圧力は上述した実施形態に記載の加圧力よりも高い加圧力とする。
【００３８】
また、上述した実施形態では、第２クランプ４ａ，４ｂを解放した後の、第２クランプ４ａ，４ｂで掴持されていた部分の温度が、再加圧による増肉部１０ａ，１０ｂの形成に最適な温度まで低下した時点で再加圧する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第２クランプ４ａ，４ｂを解放した時点で再加圧してもよい。
【００３９】
また、上述した実施形態では、本発明にいう「所定温度まで低下した時点」の判定が、経過時間による判定である例を挙げて説明したが、本発明にいう「所定温度まで低下した時点」の判定は、これに限られるものではなく、例えば温度センサによる判定であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ａ，１ｂ 棒材
２ 溶接部
３ａ，３ｂ 第１クランプ
４ａ，４ｂ 第２クランプ
１０ａ，１０ｂ 増肉部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２本の棒材を突き合わせ溶接する溶接接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート構造又はプレストレストコンクリート構造の柱又は梁等の部材では、曲げ剛性を高めるために、長手方向の主筋の周囲を囲繞するせん断補強筋が用いられる。従来のせん断補強筋は、両端部にフックを設けたもので、全体形状が角形、日の字形、目の字形、田の字形、囲の字形又はこれらを組み合わせた形状を有し、主筋を取り巻き、フックを主筋に係止して剪断力に対して抵抗するようになっていた。このフックを両端部に設ける代わりに、両端部を相互に溶接接合してループを形成した閉鎖せん断補強筋とすることもあった。このような閉鎖せん断補強筋は、主筋と係合するフックがなく、主筋の位置とは無関係に任意の位置で溶接接合することができるので、製造上の制約、取付け作業時の制約等がなく、連続したせん断補強筋として賞用されている。しかし、溶接を施すと一般に強度や伸びが小さくなるという問題がある。また、特に引張強さが高く、耐力が大きい高強度せん断補強筋では、溶接部や熱影響部が母材に比べて低強度となったり、引張破損しやすいなどの問題がある。このため、優れた高強度の母材を用いても、溶接部の特性により最終的な特性が制約されるという問題があった。
【０００３】
ここで、例えば、特許文献１には、アプセット溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後、再度電極間に電力を付加して溶接接合部の両側の線材の温度を５００〜７００℃まで上げ、この温度で所定量のアプセットを行い、溶接接合部に強度増大部を形成させた閉ループ型せん断補強筋が開示されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、アプセット溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後、再度電極間に電力を付加して溶接接合部の両側を５００〜７００℃まで加熱し、再び電極間を高圧力で加圧して所定量のアプセットを行い、溶接接合部に強度増大部を形成させる、閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接方法及び溶接装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された閉ループ型せん断補強筋や、特許文献２に開示された閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接方法及び溶接装置は、２段加熱することに特徴があり、溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後に再度電極間に電力を付加して溶接接合部の両側を再加熱して５００〜７００℃の低温のアプセット加工することで、溶接接合部に強度増大部が形成されて溶接部の強度が増す。
【０００６】
また、例えば、特許文献３には、２つ割り電極により被溶接線材を把持して突合せ溶接をする高強度線材の溶接において、被溶接線材の接合端から所定距離の位置をその電極で把持して通電して突合せ溶接を行った後、さらに、溶接された線材の接合部から所定距離の位置をその電極で把持し直して、再び通電して所定量のアプセットを行う高強度線材の突合せ溶接方法、及びそのように作動する制御手段を備えた高強度線材の突合せ溶接機が開示されている。
【０００７】
特許文献３に開示された高強度線材の突合せ溶接方法及び溶接機によれば、最初に鉄筋線材を通常の突合せ溶接を行って通常の溶接バルジを形成させた後に、さらに溶接部近傍を熱間アプセットを行うことにより、溶接部近傍の径が母材径よりも太くなって断面積が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４１７６５９０号公報
【特許文献２】特許第４１７６５９４号号公報
【特許文献３】特開平１１−１５１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１や特許文献２に開示された技術では、破断時に溶接部でなく母材部で破断するせん断補強筋を得るために、溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後に再度電極間に電力を付加して溶接接合部の両側を再加熱して５００〜７００℃の低温のアプセット加工することで、溶接接合部に強度増大部を形成している。しかし、溶接後に再度電極間に電力を付加すると、母材部に比べ断面積が大きく電気抵抗が低い溶接接合部よりも、溶接接合部の両側が発熱し、その状態で電極間を高圧力で加圧すると、太径部が、溶接接合部との間に細径部を挟んでコブ状に形成されやすくなる。そのため、このようなせん断補強筋では、引張力を受けると細径部に応力が集中し、細径部で破断するおそれがある。
【００１０】
また、特許文献３に開示された技術では、溶接部の破断荷重を母材部のそれと同等以上にするために、突合せ溶接時に被溶接線材を把持していた２つ割り電極を、溶接後に把持し直し、再び通電して所定量のアプセットを行うことにより、溶接部近傍の径を母材径よりも太くしている。しかし、電極を把持し直す動作は、工程生産上手間が掛かるという問題がある。また、電極による被溶接線材の把持を一旦解放してから把持し直すまでの間は、電極による被溶接線材の冷却が中断されることとなるため、その間に、被溶接線材の電極によりもともと把持されていた部分を含めて熱が広がってしまう。その結果、電極を把持し直す動作を行わない場合に比較して軟化領域が広がり、溶接部の破断荷重を母材部のそれと同等以上にするためにはより広い領域の径を母材径よりも太くすることが必要となる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、突き合わせ溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部において所定の破断荷重が確保される溶接接合方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明の溶接接合方法は、２本の棒材の溶接部からそれぞれ一定距離離れた位置で、溶接電極と、この溶接電極よりも溶接部から離れた側でこの溶接電極に隣り合った加圧部材とにより棒材を掴持し、上記加圧部材を互いに近接方向に所定の第１の加圧力で加圧しながら、上記溶接電極に電力を供給して上記溶接部を加熱し、上記加圧部材を互いに近接方向に上記第１の加圧力よりも高い第２の加圧力で加圧して上記２本の棒材を突き合わせ溶接し、上記溶接電極で掴持された部分の温度が所定温度まで低下した時点でこの溶接電極による掴持を解放し、上記加圧部材を互いに近接方向に上記第１の加圧力よりも高い第３の加圧力で加圧して上記溶接部とこの加圧部材で掴持された部分との間に増肉部を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の溶接接合方法によれば、突き合わせ溶接してから溶接電極による掴持が解放されるまでの間に、溶接電極で掴持された部分から溶接電極により抜熱されることでその部分が冷却される。このとき、溶接部も間接的に冷却され、溶接部に所定の高温強度が発現する。また、本発明の溶接接合方法によれば、溶接電極による掴持を解放することによって、従来技術における電極の掴み直し後と同様の状態とされる。電極を把持し直す動作は工程生産上手間が掛かるという問題があったが、本実施形態によれば、溶接電極を解放するだけで、従来技術における電極の掴み直し後と同様の状態が瞬間的に得られるため、そのような問題が解消される。また、本発明の溶接接合方法によれば、加圧部材による棒材の掴持が継続されているため、溶接電極が解放されても、加圧部材による冷却作用によって熱の広がりがせき止められる。従って、電極を掴み直す従来の技術と比較して、軟化領域の広がりが抑制される。また、本発明の溶接接合方法によれば、上述した冷却により溶接電極で掴持された部分の温度が所定温度まで低下した時点で溶接電極による掴持を解放して加圧部材を用いて上記第３の加圧力で加圧することで、溶接電極で掴持されていた部分を含む、溶接部と加圧部材で掴持された部分との間に増肉部が形成される。本発明の溶接接合方法では、溶接後に再度電力を供給することなく増肉部を形成しているため、その増肉部と溶接部との間に従来技術のような細径部が形成されず、増肉部は溶接部からなだらかに増肉された形状を有する。そして、この増肉部には、溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部が含まれるため、本発明の溶接接合方法によれば、増肉部が形成されることによる熱影響部の断面積増大によって、熱影響部において所定の破断荷重が確保される。
【００１４】
ここで、本発明の溶接接合方法は、上記溶接電極による掴持を解放した後の、上記溶接電極で掴持されていた部分の温度が上記所定温度よりも更に低い所定温度まで低下した時点で、上記加圧部材を互いに近接方向に上記第３の加圧力で加圧することが好ましい。
【００１５】
このような好ましい形態によれば、上記第３の加圧力で加圧することによる増肉部の形成に最適な温度を選択することができる。
【００１６】
また、本発明の溶接接合方法は、上記所定温度まで低下した時点を経過時間により判定することも好ましい形態である。
【００１７】
このような好ましい形態によれば、本構成を有していない場合に比較して、上記所定温度まで低下した時点を判定することが低コストで実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、突き合わせ溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部における所定の破断荷重が確保される溶接接合方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態である溶接接合方法におけるアプセットバット溶接の工程を説明する模式図である。
【図２】本発明の一実施形態である溶接接合方法における第２クランプの解放直後の工程を説明する模式図である。
【図３】本発明の一実施形態である溶接接合方法における再加圧工程を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
ここでは、１２．６ｍｍの線径を有する２本の棒材の突き合わせ溶接に本発明を適用した実施形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態である溶接接合方法におけるアプセットバット溶接の工程を説明する模式図である。尚、図１には、後述する二次加圧終了後の状態が示されている。
【００２３】
まず、２本の棒材１ａ，１ｂの溶接部２からそれぞれ一定距離離れた位置で、第１クランプ３ａ，３ｂにより棒材１ａ，１ｂを掴持する。この第１クランプ３ａ，３ｂは、図示しない油圧シリンダによって互いに近接する方向に動作するものである。より詳細には、この第１クランプ３ａ，３ｂのうちの一方の第１クランプ３ａが油圧シリンダによって他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作するものであり、他方の第１クランプ３ｂは位置が固定されたものである。このような動作により第１クランプ３ａ，３ｂ間に圧力が掛けられる。この２本の棒材１ａ，１ｂが、本発明にいう２本の棒材の実施例であり、また、この第１クランプ３ａ，３ｂが、本発明にいう加圧部材の実施例である。
【００２４】
また、２本の棒材１ａ，１ｂの溶接部２からそれぞれ一定距離離れた位置であって、第１クランプ３ａ，３ｂの溶接部２側で第１クランプ３ａ，３ｂに隣接した位置で、第２クランプ４ａ，４ｂにより棒材１ａ，１ｂを掴持する。この第２クランプ４ａ，４ｂのうちの一方の第２クランプ４ａは、一方の第１クランプ３ａが他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作するとき、一方の第１クランプ３ａとともに他方の第２クランプ４ｂに近接する方向に動作するものである。また、この第２クランプ４ａ，４ｂは、図示しない電源に接続されており、電力の供給を受けて溶接部２を加熱する電極として機能する。この第２クランプ４ａ，４ｂが、本発明にいう溶接電極の実施例である。図示しない電源から供給された電流は、第２クランプ４ａ，４ｂを介して棒材１ａ，１ｂに流れ、溶接部２を加熱することとなる。
【００２５】
尚、図示しない電源が、例えば、第２クランプ４ａ，４ｂにそれぞれ接した第１クランプ３ａ，３ｂに接続された構成も採用可能である。この場合、電流は、第１クランプ３ａ，３ｂからも棒材１ａ，１ｂに流れる。しかし、主要な電流は、第１クランプ３ａ，３ｂから、より互いに近くに配置された第２クランプ４ａ，４ｂに流れ、第２クランプ４ａ，４ｂから棒材１ａ，１ｂに流れることとなる。
【００２６】
また、第２クランプ４ａ，４ｂによる棒材１ａ，１ｂの掴持と同時に、油圧シリンダにより一方の第１クランプ３ａを他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作させることで、第１クランプ３ａ，３ｂを互いに近接方向に第１の加圧力で一次加圧する。第１の加圧力は、棒材１ａ，１ｂが電気的に接続される程度の力である。第１の加圧力は例えば約１０ｋＮである。
【００２７】
次に、一次加圧を継続した状態で、第２クランプ４ａ，４ｂから電力を供給し、第２クランプ４ａ，４ｂを介して溶接部２を加熱する。
【００２８】
電力供給して溶接部２が加熱されたところで、油圧シリンダにより一方の第１クランプ３ａを他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作させることで、第１クランプ３ａ，３ｂを互いに近接方向に第２の加圧力で二次加圧する。第２の加圧力は、第１の加圧力よりも高い加圧力である。第２の加圧力は例えば約１５０ｋＮである。この二次加圧によって、棒材１ａ，１ｂにおける加熱された溶接部２が加圧力によって溶着するとともに、図１に示すように径方向に広がり、コブ状となる。二次加圧によるアプセット量は、動作する第１クランプ３ａの位置検出によって制御される。例えば、図示しないエンコーダにより一方の第１クランプ３ａが目標位置まで移動したことが検出されると加圧を終了する。以上の工程を経て、図１に示すように、２本の棒材１ａ，１ｂがアプセットバット溶接される。
【００２９】
二次加圧が終了した後に、第２クランプ４ａ，４ｂによる棒材１ａ，１ｂの掴持を解放する。ここで、第２クランプ４ａ，４ｂの解放は、加熱および加圧の終了後、棒材１ａ，１ｂにおける第２クランプ４ａ，４ｂで掴持された部分から第２クランプ４ａ，４ｂによる抜熱が進み、その部分の温度が約７００℃まで冷却された時点で実施される。尚、第２クランプ４ａ，４ｂによる抜熱によって溶接部２も間接的に冷却され、第２クランプ４ａ，４ｂが解放されたときには、溶接部２に所定の高温強度が発現することとなる。ここで、第２クランプ４ａ，４ｂの解放は、棒材１ａ，１ｂのサンプルについて第２クランプ４ａ，４ｂで掴持された部分の温度が約７００℃まで冷却された時点を測定し、あとのケースでは測定した時間の経過により解放のタイミングを判定する。このため、対象部分の温度を測定するための温度センサが不要であり、解放処理の時点を判定することが低コストで実現される。尚、この約７００℃という温度は、溶接部２に所定の高温強度が発現するとともに、後述する再加圧によって増肉部１０ａ，１０ｂを形成することのできる上限温度の一例である。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態である溶接接合方法における第２クランプ４ａ，４ｂの解放直後の工程を説明する模式図である。
【００３１】
ここで、第２クランプ４ａ，４ｂが解放された後の棒材１ａ，１ｂは、図２に示すように、第１クランプ３ａ，３ｂにより掴持されている。本実施形態によれば、第２クランプ４ａ，４ｂを解放するだけで、従来技術における電極の掴み直し後と同様の状態が瞬間的に得られる。しかし、本実施形態では、溶接部２の近傍部分は、後述する再加圧によって増肉部１０ａ，１０ｂを形成することができる温度になる直前まで、第２クランプ４ａ，４ｂによる冷却（抜熱）が行われる。このため、溶接部２からの熱の影響を受ける領域が、溶接部２の近傍部分に抑えられる。また、本実施形態によれば、第１クランプ３ａ，３ｂによる棒材１ａ，１ｂの掴持が継続されているため、第２クランプ４ａ，４ｂが解放されても、第１クランプ３ａ，３ｂによる冷却作用によって熱の広がりがせき止められる。従って、電極を掴み直す従来の技術と比較して、軟化領域の広がりが抑制される。また、本実施形態によれば、第２クランプ４ａ，４ｂの解放によって第２クランプ４ａ，４ｂによる冷却（抜熱）が停止するため、アプセットバット溶接後に再度電力を供給しなくても、後述する再加圧に好適な温度領域が広く確保される。
【００３２】
第２クランプ４ａ，４ｂを解放した後に、第２クランプ４ａ，４ｂから電力を供給することなく、油圧シリンダにより一方の第１クランプ３ａを他方の第１クランプ３ｂに近接する方向に動作させることで、第１クランプ３ａ，３ｂを互いに近接方向に第３の加圧力で再加圧する。第３の加圧力は、第１の加圧力よりも高い加圧力であって、第２の加圧力と同程度の加圧力である。第３の加圧力は例えば約１５０ｋＮである。ここで、第２クランプ４ａ，４ｂを解放してから再加圧されるまでの間にインターバルを設け、棒材１ａ，１ｂの第２クランプ４ａ，４ｂで掴持されていた部分の温度が約６００℃まで低下した時点で再加圧している。尚、この約６００℃という温度は、再加圧による増肉部１０ａ，１０ｂの形成に最適な温度の一例である。図示しないエンコーダにより一方の第１クランプ３ａが目標位置まで移動したことが検出されると再加圧を終了する。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態である溶接接合方法における再加圧工程を説明する模式図である。
【００３４】
図３に示すように、溶接部２と第１クランプ３ａ，３ｂで掴持された部分との間に増肉部１０ａ，１０ｂが再加圧によって形成される。増肉部１０ａ，１０ｂが形成される部分には、棒材１ａ，１ｂの、第２クランプ４ａ，４ｂで掴持されていた部分が含まれる。
【００３５】
本実施形態では、アプセットバット溶接後に再度電力を供給することなく増肉部１０ａ，１０ｂを形成しているため、増肉部１０ａ，１０ｂと溶接部２との間に従来技術のような細径部が形成されず、増肉部１０ａ，１０ｂは溶接部２からなだらかに増肉された形状を有する。そして、この増肉部１０ａ，１０ｂには、アプセットバット溶接時の溶接熱で軟化した熱影響部が含まれるため、本実施形態によれば、増肉部１０ａ，１０ｂが形成されることによる熱影響部の断面積増大によって、熱影響部において所定の破断荷重が確保される。
【００３６】
尚、上述した実施形態では、第１クランプ３ａ，３ｂと第２クランプ４ａ，４ｂとが隣接して配置された例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第２クランプ４ａ，４ｂが電力の供給を受けて溶接部２を加熱する電極として機能する場合、第１クランプ３ａ，３ｂと第２クランプ４ａ，４ｂとは隣接している必要はなく、隣り合っていればよい。
【００３７】
また、上述した実施形態では、本発明にいう棒材が、１２．６ｍｍの線径を有する棒材である例を挙げて説明したが、本発明にいう棒材は、これに限られるものではなく、いかなる線径の棒材であってもよい。但し、１２．６ｍｍよりも細い線径を有する棒材の場合、第１〜第３の加圧力は上述した実施形態に記載の加圧力よりも低い加圧力とし、１２．６ｍｍよりも太い線径を有する棒材の場合、第１〜第３の加圧力は上述した実施形態に記載の加圧力よりも高い加圧力とする。
【００３８】
また、上述した実施形態では、第２クランプ４ａ，４ｂを解放した後の、第２クランプ４ａ，４ｂで掴持されていた部分の温度が、再加圧による増肉部１０ａ，１０ｂの形成に最適な温度まで低下した時点で再加圧する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第２クランプ４ａ，４ｂを解放した時点で再加圧してもよい。
【００３９】
また、上述した実施形態では、本発明にいう「所定温度まで低下した時点」の判定が、経過時間による判定である例を挙げて説明したが、本発明にいう「所定温度まで低下した時点」の判定は、これに限られるものではなく、例えば温度センサによる判定であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ａ，１ｂ 棒材
２ 溶接部
３ａ，３ｂ 第１クランプ
４ａ，４ｂ 第２クランプ
１０ａ，１０ｂ 増肉部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の棒材の溶接部からそれぞれ一定距離離れた位置で、溶接電極と、該溶接電極よりも該溶接部から離れた側で該溶接電極に隣り合った加圧部材とにより、該棒材を掴持し、前記加圧部材を互いに近接方向に所定の第１の加圧力で加圧しながら、前記溶接電極に電力を供給して前記溶接部を加熱し、前記加圧部材を互いに近接方向に前記第１の加圧力よりも高い第２の加圧力で加圧して前記２本の棒材を突き合わせ溶接し、前記溶接電極で掴持された部分の温度が所定温度まで低下した時点で該溶接電極による掴持を解放し、前記加圧部材を互いに近接方向に前記第１の加圧力よりも高い第３の加圧力で加圧して前記溶接部と該加圧部材で掴持された部分との間に増肉部を形成することを特徴とする溶接接合方法。
【請求項２】
前記溶接電極による掴持を解放した後の、前記溶接電極で掴持されていた部分の温度が前記所定温度よりも更に低い所定温度まで低下した時点で、前記加圧部材を互いに近接方向に前記第３の加圧力で加圧することを特徴とする請求項１記載の溶接接合方法。
【請求項３】
前記所定温度まで低下した時点を経過時間により判定することを特徴とする請求項１または２記載の溶接接合方法。
【請求項１】
２本の棒材の溶接部からそれぞれ一定距離離れた位置で、溶接電極と、該溶接電極よりも該溶接部から離れた側で該溶接電極に隣り合った加圧部材とにより、該棒材を掴持し、前記加圧部材を互いに近接方向に所定の第１の加圧力で加圧しながら、前記溶接電極に電力を供給して前記溶接部を加熱し、前記加圧部材を互いに近接方向に前記第１の加圧力よりも高い第２の加圧力で加圧して前記２本の棒材を突き合わせ溶接し、前記溶接電極で掴持された部分の温度が所定温度まで低下した時点で該溶接電極による掴持を解放し、前記加圧部材を互いに近接方向に前記第１の加圧力よりも高い第３の加圧力で加圧して前記溶接部と該加圧部材で掴持された部分との間に増肉部を形成することを特徴とする溶接接合方法。
【請求項２】
前記溶接電極による掴持を解放した後の、前記溶接電極で掴持されていた部分の温度が前記所定温度よりも更に低い所定温度まで低下した時点で、前記加圧部材を互いに近接方向に前記第３の加圧力で加圧することを特徴とする請求項１記載の溶接接合方法。
【請求項３】
前記所定温度まで低下した時点を経過時間により判定することを特徴とする請求項１または２記載の溶接接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−２７９１４（Ｐ２０１３−２７９１４Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７０２７（Ｐ２０１１−１６７０２７）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００２００３１２）ＪＦＥテクノワイヤ株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００２００３１２）ＪＦＥテクノワイヤ株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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