説明

鋼板の溶接方法

【課題】貫通孔全体の孔径を大きくすることなく、溶接部をねらい易く、且つ溶接欠陥の発生を確実に防止することを可能にした鋼板の溶接方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る鋼板の溶接方法は、重ねられた第1鋼板1と第2鋼板2のうち、第1鋼板1に貫通孔3を形成し、貫通孔3に溶加材5を挿入し溶融してこれらの鋼板を接合する鋼板の溶接方法である。第1鋼板1は、溶加材5の挿入側に配置される第1主面1aと、第2鋼板2と接触する第2主面1bとを備える。貫通孔3は、第1主面1aに位置する第1開口3a、及び第2主面1bに位置する第2開口3bを有する。貫通孔3の孔径は、第2開口3bから第1開口3aに向かって漸次広がっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、重ねられた2枚の鋼板を接合する鋼板の溶接方法に関する。
【背景技術】
【0002】
重ねられた2枚の鋼板を接合する溶接方法として、一方の鋼板に溶接用貫通孔を形成し、溶加材を用いて溶接貫通孔の内周面と他方の鋼板とを溶接するプラグ溶接、スロット溶接、隅肉溝溶接、及び隅肉孔溶接が一般的に知られている。例えば、下記の非特許文献に記載の溶接方法では、互いに重なる第1鋼板21及び第2鋼板22のうち、第1鋼板21に断面円形状の溶接用貫通孔23を形成し、溶接トーチ24を利用し貫通孔23内に挿入される溶加材25を溶融して貫通孔23の内周部と鋼板22とを溶接する(図10及び図11参照)。
【0003】
このとき、貫通孔の直径(溶接貫通孔径)Rは、第1鋼板21の板厚tよりも8mmを加えたもの以上、かつ溶接深さtの2.5倍(t/R≧0.4)以下としている。溶接深さtは、第1の鋼板21の板厚tが16mm以下のときは板厚tに等しくとり、16mmを超えるときは少なくとも板厚tの1/2以上、かつ16mmを超えるものとしている。そして、溶接深さtと溶接貫通孔径Rの関係を図12に示す。図12において、ラインL1は溶接貫通孔径に対する溶接深さの上限値を示し、ラインL2は下限値を示す。
【非特許文献1】社団法人日本建築学会著 「鋼構造設計基準 許容応力度設計法」 丸善株式会社 2005年9月1日 第4版第1刷 p.34
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述した溶接方法において、溶接部の溶け込みによる接合性能を安定的に確保するため、第1鋼板21と第2鋼板22との接触面26に対して溶加材25の挿入角度を60°以下にすることが好ましい。しかしながら、第1鋼板21の板厚tが厚くなるにつれ、溶接トーチ24の挿入スペースに余裕がなくなる(図11参照)。その結果、溶接トーチ24の操作がし難くなるのみならず、溶接部の視界を確保することができなくなるので、溶接部をねらい難く、溶接作業が困難になってしまう。
【0005】
溶接トーチ24の挿入スペースを確保するため、貫通孔23全体の孔径を大きくする方法が考えられるが、孔径を大きくすると溶接量が多くなるので、作業工数が増えコストの増加につながる。また、この場合、溶接部の熱影響が多くなるため、母材にダメージに与えてしまい、溶接欠陥を発生するおそれがあった。
【0006】
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、貫通孔全体の孔径を大きくすることなく、溶接部をねらい易く、且つ溶接欠陥の発生を確実に防止することを可能にした鋼板の溶接方法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】
【0007】
本発明に係る鋼板の溶接方法は、重ねられた2枚の鋼板のうち、一方の鋼板に貫通孔を形成し、貫通孔に溶加材を挿入し、溶加材を溶融して2枚の鋼板を接合する鋼板の溶接方法において、一方の鋼板は、溶加材の挿入側に配置される第1主面と、他方の鋼板と接触する第2主面とを有し、貫通孔の第1主面に位置する第1開口の面積は、貫通孔の第2主面に位置する第2開口の面積よりも大きいことを特徴とする。
【0008】
本発明に係る鋼板の溶接方法によれば、貫通孔の第1開口の面積は第2開口の面積よりも大きいので、溶接トーチの挿入スペースに余裕をもたせることができる。従って、溶接トーチの操作がし易くなり、作業時に溶接部の視界を確保することができる。その結果、貫通孔全体の孔径を大きくせずに溶接部をねらい易くなり、板厚に関係なく溶接の作業性を向上することができる。しかも、貫通孔全体の孔径を大きくする場合と比べて溶接量の低減を図ることが可能となるので、熱による母材へのダメージを抑制し、溶接欠陥の発生を確実に防止することができる。
【0009】
本発明に鋼板の溶接方法において、第2開口の領域は、第2主面に第1開口を垂直に投影した領域内にあることが好適である。
【0010】
この場合にあっては、溶接トーチの操作がし易くなると共に、溶接部の視界を容易に確保することができるので、溶接部を確実にねらい易くなる。
【0011】
本発明に係る鋼板の溶接方法において、貫通孔の内周面には、溶接深さを規定する深さ表示部が設けられていることが好適である。
【0012】
この場合にあっては、溶接深さを管理することにより、必要十分な溶接量を確保できるので、溶接の品質を保つことができる。
【0013】
本発明に係る鋼板の溶接方法において、貫通孔の内周面は、第2主面に対して垂直に立ち上がり深さ表示部に至る直立面を有することが好適である。
【0014】
この場合にあっては、溶接の強度を確保すると共に溶接量を少なくすることができる。
【0015】
本発明に係る鋼板の溶接方法において、貫通孔は、断面円形状又は楕円形状に形成されていることが好適である。
【0016】
この場合にあっては、貫通孔の加工を容易に行うことができると共に溶接作業をし易くなる。また、例えば断面矩形状の貫通孔に比べて応力集中を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、貫通孔全体の孔径を大きくすることなく、溶接部をねらい易く、且つ溶接欠陥の発生を確実に防止することを可能にした鋼板の溶接方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、図面を参照し本発明に係る鋼板の溶接方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の構成要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0019】
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係る鋼板の溶接方法を示す斜視図であり、図2は第1実施形態に係る鋼板の溶接方法を示す断面図である。本実施形態に係る溶接方法は、例えば積み重ねられた第1鋼板1と第2鋼板2とをプラグ溶接で接合する方法である。
【0020】
第1鋼板1は、断面矩形状をなし、互いに平行する第1主面1aと第2主面1bとを有している。第2鋼板2は、断面矩形状をなし、長尺状に形成されている。第1鋼板1は、その第2主面1bを第2鋼板2の上面2aと接触するように、第2鋼板2の上面2aに配置されている。
【0021】
第1鋼板1の中央には、第1鋼板1を貫通する貫通孔3が設けられている。この貫通孔3は、第1鋼板1の板厚方向に延びる円錐台状を呈し、第1主面1aと第2主面1bとを貫通している。そして、貫通孔3の第1主面1aでの開口縁部により囲まれた領域は、第1開口3aを形成し、第2主面1bでの開口縁部により囲まれた領域は、第2開口3bを形成している。
【0022】
図2に示すように、貫通孔3の孔径は、第2開口3bから第1開口3aに向かって漸次広がっている。従って、第1開口3aの面積は第2開口3bの面積よりも大きくなる。また、第2開口3bの領域は、第2主面1bに対し第1開口3aを垂直に投影した領域内に入ることになる。
【0023】
貫通孔3の内周面には、溶接深さを規定する深さ表示ライン(深さ表示部)6が設けられている。ここで、溶接深さとは、第2鋼板2の上面2a(すなわち、第1鋼板1と第2鋼板2との接触面)を基準とした溶融金属の高さを意味している。この深さ表示ライン6は、例えば内周面に描かれた直線である。
【0024】
深さ表示ライン6は、例えば貫通孔の寸法、板厚、必要な接合強度等に基づいて設定されている。このように深さ表示ライン6を設けることにより、溶接時に作業者が要求される溶接深さを把握することができるので、溶接深さを容易に管理することができる。従って、必要十分な溶接量を容易に確保し、溶接の品質を保つことができる。
【0025】
なお、深さ表示部として、深さ表示ライン6のほか、例えば図3に示すように貫通孔3の内周面に段差15を設けて段差の角部15aを深さ表示部として用いてもよい。段差15は、例えば貫通孔3の内周面から内側に突出する突出部によって形成されている。
【0026】
図1及び図2に示すように、貫通孔3内部には、溶接トーチ4が挿入されている。溶接トーチ4は、第1鋼板1の第1主面1a側から貫通孔3に挿入され、溶接トーチ4の先端には、溶加材5が保持されている。溶加材5は、第2鋼板2の上面2aに対して60°の角度をもって傾斜している。そして、溶接の際に、第2開口3bを形成する開口縁に溶加材5の先端を当接させ、矢印Fに沿って溶接トーチ4を回転しながら溶接を行う。
【0027】
本実施形態によれば、貫通孔の第1開口3aの面積は第2開口3bの面積よりも大きいので、溶接トーチ4の挿入スペースに余裕をもたせることができる。従って、溶接トーチ4の操作がし易くなり、溶接作業時に溶接部の視界を確保することができる。その結果、貫通孔3全体の孔径を大きくせずに溶接部をねらい易くなり、溶接の作業性を向上することができる。しかも、従来のように貫通孔3全体の孔径を大きくする場合と比べて、溶接量の低減を図ることが可能となるので、熱による母材へのダメージを抑制し、溶接欠陥の発生を確実に防止することができる。
【0028】
また、貫通孔3は断面円形状に形成されているので、貫通孔3の加工を容易に行うことができると共に溶接作業をし易くなる。しかも、この場合は、断面矩形状の貫通孔に比べて応力集中を低減することが可能となる。
【0029】
(第2実施形態)
図4は第2実施形態に係る鋼板の溶接方法を示す断面図である。本実施形態に係る鋼板の溶接方法は、貫通孔の形状の点において第1実施形態と相違している。その他の構造等は第1実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。
【0030】
図4に示すように、第1鋼板1に設けられた貫通孔7は、第1主面1aに位置する第1開口7aと、第2主面1bに位置する第2開口7bとを有している。第1開口7aは、貫通孔7の第1主面1aでの開口縁部により形成され、第2開口7bは、貫通孔7の第2主面1bでの開口縁部により形成されている。そして、第1開口7aは、第2開口7bの面積よりも大きく形成されている。
【0031】
貫通孔7は、孔径の異なる小径部8と大径部9とを備えて構成されている。小径部8は、貫通孔7の下部に配置され、第2開口7bと同じ孔径で形成されている。小径部8の内周面(直立面)は、第2主面1bに垂直に立ち上がっている。一方、大径部9は、小径部8の上方に配置され、第1開口7aと同じ孔径で形成されている。大径部9の内周面は、第2主面1bに対し垂直に延在している。
【0032】
小径部8と大径部9とは、互いに連結され、これによって、小径部8と大径部9との間に段差10が形成されている。段差10の角度部10aは、溶接深さを規定する深さ表示部として機能する。このようにすれば、溶接深さをより明確にすることができる。
【0033】
本実施形態に係る鋼板の溶接方法は、第1実施形態に係る鋼板の溶接方法と同様な作用効果が得られるほか、小径部8の内周面が第2主面1bに対し垂直に立ち上がっているので、溶接の強度を確保すると共に、円錐台状に形成された貫通孔3の場合と比べて溶接量を少なくすることができる。
【0034】
図5に示すように、溶接された溶接部16にせん断力を加える場合において、第2開口7bが位置する第2主面1bを第1破断面S1とし、第2開口7bを形成する貫通孔7の開口縁を起点として第2主面1bに対し45°の角度で傾斜する傾斜面を第2破断面S2と仮定したとき、第1破断面S1で破断するように式(1)が設定される。
【0035】
【数1】

【0036】
そして、第1破断面で破断するための条件として、第2開口7bの孔径R及び溶接深さtは式(2)の関係を満たすことになる。
【0037】
【数2】

【0038】
式(3)を満たす場合には、上述した従来技術と比べて溶接量を低減することが可能となり、特に、板厚が厚くなるにつれ、溶接量低減の効果が顕著になる。溶接深さと溶接貫通孔径(すなわち、第2開口の孔径)との関係について従来との比較を図6に示す。図6において、ラインL1は溶接貫通孔径に対する溶接深さの上限値を示し、ラインL2は下限値を示し、L3は提案式(すなわち、式(2)を示す。図6に示すように、同孔径の溶接貫通孔に対して式(3)を満たす場合の溶接深さは従来よりも大幅に減少していることが明らかである。
【0039】
(第3実施形態)
図7は第3実施形態に係る鋼板の溶接方法を示す断面図である。本実施形態に係る鋼板の溶接方法は、貫通孔の形状の点において第1実施形態と相違している。その他の構造等は第1実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。
【0040】
図7に示すように、第1鋼板1に設けられた貫通孔11は、第1主面1aに位置する第1開口11aと、第2主面1bに位置する第2開口11bとを有している。第1開口11aは、貫通孔11の第1主面1aでの開口縁部により形成され、第2開口11bは、貫通孔11の第2主面1bでの開口縁部により形成されている。そして、第1開口11aは、第2開口11bの面積よりも大きく形成されている。
【0041】
貫通孔11は、同径部12と縮径部13とから構成されている。同径部12は、貫通孔11の下部に配置され、第2開口11bと同じ孔径で形成されている。同径部12の内周面(直立面)は、第2主面1bに対し垂直に立ち上がっている。一方、縮径部13は、同径部12の上方に配置され、その一端は同径部12に連結され、他端は第1開口11aに連結されている。従って、この縮径部13の孔径は、第1開口11aから同径部12側に向かって漸次縮径している。
【0042】
そして、異なる孔径の同径部12と縮径部13とを連結することにより、両者の間に角部14が形成されている。この角部14は、溶接深さを規定する深さ表示部として機能する。このようにすれば、溶接深さをより明確にすることができる。
【0043】
本実施形態に係る鋼板の溶接方法は、第1実施形態に係る鋼板の溶接方法と同様な作用効果が得られるほか、同径部12の内周面が第2主面1bに対し垂直に立ち上がっているので、溶接の強度を確保すると共に、円錐台状に形成された貫通孔3の場合と比べて溶接量を少なくすることができる。
【0044】
以下に実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0045】
まず、溶接構造用圧延鋼材(SM490A、板厚22mm)からなる第1鋼板に貫通孔を形成した。貫通孔の形状は、上述の第2実施形態にて説明したように小径部と大径部とを有するものとした。大径部の孔径R及び小径部の孔径Rの寸法は図8に示す。そして、このような貫通孔を有する第1鋼板を4種類作製した。
【0046】
次に、第1鋼板1と同じ材料からなる第2鋼板の両面に、作製した第1鋼板を半自動溶接にて充填溶接を行い、4種類の試験体を各3体作製した。ここでの溶接深さをtとして図8に示し、詳細な溶接条件を図9に示す。
【0047】
続いて、作製した4種類の試験体に対し、溶接部にせん断力を加えるような引張試験を実施し、それぞれの破断形状を確認した。引張方向は、試験体の長手方向であった。溶接深さtを式(2)のtに代入した結果、式(2)を満足する場合には、試験体は全て第1破断面S1で破断し、一方、式(2)を満足しない試験体は溶接部が抜き出すような破断をした。図8において、Aは破断面S1での破断を示し、Bは溶接部の抜き出し破断を示す。
【0048】
さらには、式(2)を満足しない試験体においては試験体の最大せん断応力度にばらつきがでた。したがって式(2)を満足しない場合は、設計上溶接部に適した耐力を安定して得ることができない。
【0049】
これによって、溶接部にせん断を伝えるのみにする場合に、式(2)を満足させる溶接部形状にすれば接合強度を十分確保できることが確認された。このように式(2)を満足させる溶接部形状にすることにより、接合強度を確保できると共に、従来技術よりも溶接量を削減することができ、しかも、溶接部への熱影響及び作業コストの削減を図ることが可能となる。
【0050】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態において、貫通孔3,7,11の断面を円形状としたが、楕円形状としてもよい。また、上記の実施形態では、第1鋼板1と第2鋼板2とをプラグ溶接で接合することについて説明したが、隅肉溝溶接等にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【図1】第1実施形態に係る鋼板の溶接方法を示す斜視図である。
【図2】第1実施形態に係る鋼板の溶接方法を示す断面図である。
【図3】貫通孔の内周面に段差を設けた状態を示す断面図である。
【図4】第2実施形態に係る鋼板の溶接方法を示す断面図である。
【図5】溶接部の破断面を示す断面図である。
【図6】溶接深さと溶接貫通孔径との関係について従来との比較を示す図である。
【図7】第3実施形態に係る鋼板の溶接方法を示す断面図である。
【図8】実施例に係る試験体の寸法を示す図である。
【図9】溶接条件を示す図である。
【図10】従来技術を示す斜視図である。
【図11】従来技術を示す断面図である。
【図12】溶接深さと溶接貫通孔径の関係を示す図である。
【符号の説明】
【0052】
1…第1鋼板、1a…第1主面、1b…第2主面、2…第2鋼板、3,7,11…貫通孔、3a,7a,11a…第1開口、3b,7b,11b…第2開口、5…溶加材、6…深さ表示ライン(深さ表示部)、10a,14,15a…段差の角部(深さ表示部)。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
重ねられた2枚の鋼板のうち、一方の鋼板に貫通孔を形成し、前記貫通孔に溶加材を挿入し、前記溶加材を溶融して前記2枚の鋼板を接合する鋼板の溶接方法において、
前記一方の鋼板は、前記溶加材の挿入側に配置される第1主面と、他方の鋼板と接触する第2主面とを有し、
前記貫通孔の前記第1主面に位置する第1開口の面積は、前記貫通孔の前記第2主面に位置する第2開口の面積よりも大きいことを特徴とする鋼板の溶接方法。
【請求項2】
前記第2開口の領域は、前記第2主面に前記第1開口を垂直に投影した領域内にあることを特徴とする請求項1に記載の鋼板の溶接方法。
【請求項3】
前記貫通孔の内周面には、溶接深さを規定する深さ表示部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼板の溶接方法。
【請求項4】
前記貫通孔の内周面は、前記第2主面に対して垂直に立ち上がり前記深さ表示部に至る直立面を有することを特徴とする請求項3に記載の鋼板の溶接方法。
【請求項5】
前記貫通孔は、断面円形状又は楕円形状に形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の鋼板の溶接方法。


【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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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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