(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【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。
【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】
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【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
【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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