(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点のインサート材を挟んでＨ形鋼を突き合わせ、その突き合わせ部を加圧すると共に、前記インサート材の融点以上Ｈ形鋼の融点未満の温度に高周波誘導加熱して、液相拡散接合するＨ形鋼の接合方法であって、突き合わせ部の高周波誘導加熱に用いる周波数が、Ｈ形鋼のウエブで両面側の電流が打ち消し合うことがなく且つ各電流がウエブ表面に集中することがない周波数であり、
８０／ｔ≦ｆ≦３００／ｔ
ｆ：周波数（ｋＨｚ）
ｔ：Ｈ形鋼のウエブ厚（ｍｍ）
を満足することを特徴とするＨ形鋼の接合方法。
【請求項２】
高周波誘導加熱コイルが、コイル内の突き合わせ部が加圧によるふくれを生じた状態で突き合わせ部までの距離が各部で略均等となるように外側へ湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のＨ形鋼の接合方法。
【請求項３】
低融点のインサート材を挟んでＨ形鋼を突き合わせ、その突き合わせ部を加圧すると共に、前記インサート材の融点以上Ｈ形鋼の融点未満の温度に高周波誘導加熱して、液相拡散接合するＨ形鋼の接合方法であって、高周波誘導加熱コイルとして、前記Ｈ形鋼を突き合わせ部をその外面に沿って包囲し、且つコイル内の突き合わせ部が加圧によるふくれを生じた状態で突き合わせ部までの距離が各部で略均等となるように外側へ湾曲した加熱コイルを使用することを特徴とするＨ形鋼の接合方法。
【請求項４】
ふくれを生じた状態の突き合わせ部から加熱コイルまでの距離が
ｔ／２≦ｘ≦２ｔ
ｘ：距離（ｍｍ）
ｔ：ウエブ厚（ｍｍ）
の範囲内であることを特徴とする請求項２又は３に記載のＨ形鋼の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地下鉄工事、山留め仮設工事などの工事現場での、Ｈ形鋼の２本継ぎに適したＨ形鋼の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下鉄工事、山留め仮設工事などの工事現場では、周知の通り、Ｈ形鋼を順番に継ぎ足しながら埋設する工事が盛んに行われている。このような工事現場でのＨ形鋼の２本継ぎは、これまでアーク溶接またはボルトによるメカニカル継手により行われてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アーク溶接では施工に時間がかかる。施工に時間がかかっても、山留め仮設工事のように露天で工事を行う場合は、長尺のＨ形鋼を使用でき、継手箇所を少なくできるので、特に大きな問題は生じない。ところが、地下鉄工事のように限られた高さの空間で工事を行う場合は、Ｈ形鋼の長さが著しく制限され、これに比例して継手箇所が多くなる。そうなるとアーク溶接の施工時間の長さが問題になり、Ｈ形鋼埋設工事の大半が溶接施工で占められるようになる。したがって、地下鉄工事でのＨ形鋼の埋設施工能率は極めて低い。
【０００４】
また、アーク溶接によるＨ形鋼の現場継ぎでは、品質確保が難しく、品質のばらつきも大きな問題になっている。
【０００５】
一方、ボルトによるメカニカル継手は、打ち込みのときに当て板やボルトの頭などが周辺の土を引きずり込むので、埋設工事には不適とされている。
【０００６】
本発明の目的は工事現場のような悪い環境でも、Ｈ形鋼を非常に短時間で、且つ安定した品質で冶金的に２本継ぎすることができるＨ形鋼の接合方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは以前より低融点のインサート材を用いた管材、条材の液相拡散接合法の研究を続けている。この接合方法は、低融点のインサート材を挟んで被接合材を突き合わせ、その突き合わせ部を加圧し、且つインサート材の融点以上被接合材の融点未満の温度に高周波誘導加熱するものであり、アーク溶接とは比較にならない短時間で、しかも安定した品質で接合を行うことができる。ここで加圧は、初期圧を加えた状態で加熱を開始し、加熱中に強制加圧を行うのが一般的である。
【０００８】
この接合方法は、鋼管や鉄筋の現場継ぎに適用されて大きな実績をあげているが、Ｈ形鋼に対してはその適用が全く試みられていない。
【０００９】
本発明のＨ形鋼の接合方法は、低融点のインサート材を挟んでＨ形鋼を突き合わせ、その突き合わせ部を加圧すると共に、前記インサート材の融点以上Ｈ形鋼の融点未満の温度に高周波誘導加熱することにより、工事現場のような悪い環境でも、Ｈ形鋼を非常に短時間で、且つ安定した品質で冶金的に２本継ぎするものである。
【００１０】
本発明者らは又、低融点のインサート材を用いた液相拡散接合法をＨ形鋼の接合に適用するにあたっての問題点およびその解決法について調査研究を行った。その結果、次の事実が判明した。
【００１１】
第１に、Ｈ形鋼は鋼管や鉄筋と異なり、フランジとウエブという肉厚の異なる部分を持つため、突き合わせ部の高周波誘導加熱が難しい。例えば３００Ｈと称されるＨ形鋼は３００Ｈ×３００Ｂ×１０ｔ（ウエブ厚）×１５ｔ（フランジ厚）であり、４００Ｈは４００Ｈ×４００Ｂ×１３ｔ（ウエブ厚）×２１ｔ（フランジ厚）である。このようなＨ形鋼を、鋼管や鉄筋の接合で得た経験に基づいて接合しようとしても、突き合わせ部が十分に加熱されないのである。
【００１２】
これについては、突き合わせ部の高周波誘導加熱に用いる周波数を、Ｈ形鋼のウエブで両面側の電流が打ち消し合うことがなく且つ各電流がウエブ表面に集中することがない周波数とするのが有効であり、具体的には前記周波数が
８０／ｔ≦ｆ≦３００／ｔ
ｆ：周波数（ｋＨｚ）
ｔ：Ｈ形鋼のウエブ厚（ｍｍ）
を満足するようにするのが望ましい。
【００１３】
第２に、突き合わせ部の高周波誘導加熱に用いる加熱コイルとしては、図１に示すように、Ｈ形鋼１の突き合わせ部をその外面に沿って包囲するＨ形の環状コイル２が必要になるが、突き合わせ部は加圧によるアプセットを受けるためにふくれを生じ、そのふくれはウエブとフランジが組み合わされたＨ形鋼特有の形状の影響を受けて不均一なものになる。そのため、加熱コイルを突き合わせ部に接近させると接触が起こり、突き合わせ部から遠ざけると加熱不足や不均一加熱が生じる。
【００１４】
これに対しては加熱コイルを、コイル内の突き合わせ部が加圧によるふくれを生じた状態で突き合わせ部までの距離が各部で略均等となるように外側へ湾曲した異形コイルとするのが有効である。また、その距離は
ｔ／２≦ｘ≦２ｔ
ｘ：距離（ｍｍ）
ｔ：ウエブ厚（ｍｍ）
の範囲内となるようにするのが望ましい。
【００１５】
次に、本発明のＨ形鋼の接合方法に使用される接合装置について説明する。
【００１６】
本発明のＨ形鋼の接合方法に使用される接合装置は、接合すべき２本のＨ形鋼を突き合わせるべく２本のＨ形鋼の各端部をそれぞれ把持し、それぞれが接離方向に強制駆動される一対のクランプと、一対のクランプの間にあって２本のＨ形鋼の突き合わせ部を包囲するようにＨ形の環状体に形成された高周波加熱コイルとを具備する。
【００１７】
Ｈ形鋼の埋設工事の場合、埋設を終えたＨ形鋼の上端部に一方のクランプを装着すると共に、そのＨ形鋼の上方に保持したＨ形鋼の下端部に他方のクランプを装着し、２本のＨ形鋼の端面間にインサート材を挟んだ状態で、一対のクランプを接近する方向に強制駆動することにより、突き合わされた２本のＨ形鋼が加圧される。そして加圧中に一対のクランプ間の加熱コイルにより突き合わせ部を高周波誘導加熱することにより、２本のＨ形鋼が非常に短時間で、且つ安定した品質で冶金的接合される。
【００１８】
本発明者らはこのような接合装置を用いた場合の問題点およびその解決法についての調査研究も行った。その結果、次の事実が判明した。
【００１９】
第１に、２本のＨ形鋼を突き合わせるとき、両者を長手方向に直角な面内で正確に位置合わせする必要がある。これについては、各クランプに、Ｈ形鋼の一方のフランジを押圧して他方のフランジを基準面に押し付ける第１のクランプシリンダと、Ｈ形鋼のウエブの一方の面を押圧して他方の面を基準面に押し付ける第２のクランプシリンダとを設けるのが有効である。
【００２０】
第２に、Ｈ形鋼は同サイズと言えどもフランジとウエブの角度等に差があり、同一形状とは言えない。そのため、クランプ内でフランジおよびウエブをそれぞれの基準面に押し付けても、２本のＨ形鋼を完全に突き合わすことができない場合がある。これに対しては、各クランプに、Ｈ形鋼のウエブの両側において一対のフランジの各裏面を押圧して各表面を基準面に押し付ける修正シリンダを設けるのが有効である。
【００２１】
第３に、突き合わせ部の加熱においては、突き合わせ部と加熱コイルをＨ形鋼の長手方向において正確に位置合わせする必要がある。これについては、一方のクランプ上に高周波誘導加熱コイルを取付け、そのクランプをＨ形鋼の端部に装着するときにＨ形鋼の端面に当接してその端面を基準として高周波誘導加熱コイルのＨ形鋼長手方向における高さ設定を行う可動式のストッパを他方のクランプに取付けるのが有効である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を接合方法について説明する。
【００２３】
本発明の接合方法では、まず、低融点のインサート材を挟んで２本のＨ形鋼を突き合わせる。
【００２４】
インサート材としては、重量比でＢ１〜５％、Ｃｒ２０％以下、Ｓｉ１０％以下、Ｐ１２％以下のうちのＢを必須とする１種または２種以上を含み、残部がＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ基合金が望ましい。
【００２５】
Ｂは有効な融点降下元素である。１％未満では融点降下元素としての働きが不足し、融点が高くなる。５％を超えると拡散に長時間を要し、脆い金属間化合物が形成される。
【００２６】
Ｃｒは接合部の耐食性確保に寄与するが、２０％を超えると融点が高くなると共に、接合部の濡れ性を悪化させる。
【００２７】
Ｓｉ，Ｐも融点降下元素であるが、Ｓｉについては１０％を超え、Ｐについては１２％を超えると、拡散が遅れ、接合界面に脆化層を形成するようになる。
【００２８】
融点降下元素は、インサート材の融点が１０００℃前後となるように総量を調整するのが望ましい。
【００２９】
インサート材をＮｉ基としたのは、母材との濡れ性が良好で、接合端面の粗さなどの許容範囲を拡大することができるからである。
【００３０】
突き合わせが完了すると、その突き合わせ部を加圧し加熱する。
【００３１】
加圧は、加熱開始前に初期圧を加え、この状態で加熱を行い、加熱中は強制加圧を行わないパターンが望ましい。初期圧を加えた状態で加熱を開始すると、突き合わせ部の軟化に伴いアプセットが進む。本発明の接合方法では、鉄筋等と異なり、加熱開始前に付加した初期圧のみによって、加熱中の軟化により徐々にアプセットを加え、特に外力を加えずにアプセットを進行させる方法が望ましい。それは、鉄筋のような大きなふくれを必要とせず、また、小さなふくれでも十分に接合を行うことができるからである。
【００３２】
初期圧としては０．８〜４．０ｋｇｆ／ｍｍ２  が望ましい。初期圧が不足すると接合端面が十分に密着せず、接合不良が生じる。過剰な初期圧は、ハード上の問題もさることながら、接合部の座屈変形等を発生させる原因になる。
【００３３】
初期圧の開始と並行して、フロントシールドガスによる突き合わせ部のシールドを開始するのがよい。
【００３４】
加熱は、短時間で高温に加熱できる高周波誘導加熱とする。加熱コイルは、後述する異形コイルを用いるのが良い。加熱温度は、液相拡散接合の性質から、インサート材の融点以上、Ｈ形鋼の融点以下とし、１２００〜１２５０℃が望ましい。その理由は後述する。
【００３５】
加熱では、加熱温度および加熱コイルと共に周波数が重要である。Ｈ形鋼では、フランジとウエブの間に肉厚差があるので、板厚の薄いウエブを加熱するのに適した比較的高い周波数を選択する必要がある。板厚の厚いフランジに適した比較的低い周波数では、ウエブで誘導電流の浸透深さが深くなり過ぎて両面側の電流が互いに打ち消し合い、温度が十分に上がらない。
【００３６】
望ましい周波数ｆ（ｋＨｚ）は、ウエブの厚みｔ（ｍｍ）に応じ、８０／ｔ〜３００／ｔである。周波数が低すぎると、ウエブで上述した電流の相殺現象がおこり、高すぎると逆に浸漬深さが不足して両面側の電流が表面に集中し肉厚方向中央部が加熱不足となる。
【００３７】
加熱により突き合わせ部が軟化すると、上述した初期圧によりアプセットが生じる。Ｈ形鋼の現場継ぎでは、接合端面の仕上げ程度、面粗度、ＧＡＰ等の端面精度について十分なものを期待できない。そのため、端面精度が多少悪くても安定した継手性能を得るために、アプセットは必要である。アプセット量としては３００Ｈ，４００Ｈ，５００Ｈの場合で２〜７ｍｍが望ましい。アプセット量が不足すると、継手性能がばらつく。過剰になると接合部のふくれが大きくなる。このふくれは図１に示したように場所によっては全く生じない。ふくれが大きくなることはふくれの不均一が増大することを意味し、加熱コイルと内側の材料とのクリアランスの変動を大きくして、適正な温度の確保を困難にする。従って、ふくれを一定以上に大きくすることは良くない。適正なアプセット量が得られるように、加熱時間が設定される。
【００３８】
突き合わせ部が軟化すると、前述した初期圧も低下する。加圧力を加圧センサーで監視することにより、温度やアプセット量が適正であるか否かを判断できる。また、この圧力が初期圧の８０〜５０％に達したときにシールドガスの供給を停止することにより、シールドガスを節約できる。８０％に達していない状態では、接合端面の密着が完全に終わっていないので、シールドガスを止めるとインサート材が酸化して継手性能にばらつきが発生する。また、インサート材が融点に達していない場合もあり、これが理由で継手性能が低下するおそれもある。５０％より小さくなった後もシールドガスの供給を続けることはガスの無駄使いになる。
【００３９】
次に、本発明の方法に使用される加熱コイルについて詳述する。望ましい加熱コイルを図２に示す。また、その加熱コイルを使用した加熱ヘッドを図３に示す。
【００４０】
加熱ヘッドは、加熱コイル１０の下にガスジャケット２０を重ねた構成になっている。いずれも、Ｈ形鋼を包囲するＨ形の環状体である。
【００４１】
加熱コイル１０は銅製の角管からなる１ターンコイルであり、ウエブを中心としてその両側に分離する２分割構造になっている。両側のコイル片１０Ａ，１０Ｂは、両端のヘッド１１Ａ，１１Ｂを圧接することにより電気的に接続され、且つヘッド１１Ａ，１１Ｂ等を介して供給排出される冷却水により独立に冷却される。一方のコイル片１０Ａは、一方のフランジの一端に対応する部分で分断され、分断部から延出する一対のリード１２，１２により高周波電源と接続される。接合の際、この加熱コイル１０は、Ｈ形鋼の突き合わせ部を包囲するようにセットされる。
【００４２】
加熱コイル１０の形状は、Ｈ形鋼の断面に対応した完全なＨ形ではなく、突き合わせ部が所定のアプセット量まで加圧・加熱されてふくれを生じたときに、その突き合わせ部までの距離が各部にほぼ均等になるように、ウエブに対向する部分およびフランジの両側部分に対向する部分が外側へ湾曲した形状になっている。
【００４３】
ガスジャケット２０は、加熱コイル１０と同様に２分割構造になっており、各３本のガス供給管２１から下室２２にシールドガスが供給される。下室２２に供給されたシールドガスは、上室２３を経て上方に吹き出され、上方の加熱コイル１０の内側に位置する突き合わせ部をガスシールドする。
【００４４】
加熱コイル１０とガスジャケット２０は、上下方向に隙間をあけて配置され、図示されない連結具によりスペーサーを介して連結されている。また、これらは外側から図示されないカバーにより覆われている。
【００４５】
３００ＨのＨ形鋼をアプセット量７ｍｍで加熱加圧したときの突き合わせ部のふくれ量を図４に示す。
【００４６】
加熱コイル１０の形状は、変形前の突き合わせ部の表面までの距離（クリアランス）で表わすと、標準クリアランスに、図４に示すようなふくれ量を加えたものになる。
【００４７】
加熱コイル１０を用いると、突き合わせ部がふくれた状態で突き合わせ部までの距離が各部で略均等になり、突き合わせ部を均一に加熱できる。このときの突き合わせ部までの距離が前述した標準クリアランスである。つまり、加熱コイル１０は、突き合わせ部がふくれたときに各部のクリアランスを標準クリアランスに管理することができる。
【００４８】
ふくれを生じたとの突き合わせ部から加熱コイル１０までの距離ｘ（ｍｍ）、すなわち標準クリアランスの望ましい値は、ウエブの厚みｔ（ｍｍ）によって表わされ、ｔ／２〜２ｔである。標準クリアラスが小さ過ぎると、突き合わせ部が加熱コイル１０に接近するため、接合後の加熱コイル１０の取り外しが困難となり、逆に大き過ぎると、加熱効率が低下し、所定時間内での適正加熱が困難となる。
【００４９】
次に、本発明の方法に使用される接合装置について説明する。
【００５０】
図７は本発明の方法に使用される接合装置の１例についてその外観を示す斜視図、図８〜図１２は同接合装置の内部構造を模式的に示し、図８は正面図、図９は右側面図、図１０は左側面図、図１１は平面図、図１２は横断平面図である。また、図１３および図１４は同接合装置の動作を示す模式図である。
【００５１】
本接合装置は、図７〜図１２に示されるように、間隔をあけて連結された一対のクランプ３０，３０と、クランプ３０，３０間に配設された加熱ヘッド４０とを具備する。通常この接合装置は垂直に埋設されたＨ形鋼１の上に別のＨ形鋼１を継ぎ足すのに使用されるので、クランプ３０，３０を区別する必要があるときは、図で上方のクランプ３０を上クランプと称し、図で下方のクランプ３０を下クランプと称する。
【００５２】
下クランプ３０の両側部は上方に延出し、その延出部間に上クランプ３０を昇降自在に支持する。これ以外については、クランプ３０，３０は基本的に同じ構造であって、後部において接離自在に連結され、左右一対のメインシリンダ３１，３１により接近方向および離反方向にそれぞれ強制駆動される。
【００５３】
個々のクランプ３０は、Ｈ形鋼１の一対のフランジが両側を向く姿勢でＨ形鋼１の端部に装着されてその端部を把持する。Ｈ形鋼１へのクランプ３０の装着を容易にするため、クランプ３０の前部には片開き式の扉３２が設けられている。扉３２は水平なシリンダ３２ａ（図１１）により開閉駆動され、垂直なシリンダ３２ｂ（図８）により閉止状態にロックされる。また、Ｈ形鋼１を把持するために、クランプ３０には２種類のクランプシリンダ３３，３４（図９，１１，１２）が設けられている。
【００５４】
一方のクランプシリンダ３３は、扉３２の内部に上下２段に水平配置され、クランプ３０内のＨ形鋼１のウエブを前方から後方へ押圧して、このウエブをクランプ３０内の垂直な基準面３５に押し付ける。他方のクランプシリンダ３４は、クランプ３０の一方の側部に上下２段に水平配置されている。そしてクランプシリンダ３４，３４はクランプ３０内のＨ形鋼１の一方のフランジをヘッド３７を介して他方のフランジ側へ押圧して他方のフランジをクランプ３０内の垂直な基準面３６に押し付ける。ヘッド３７の正面は基準面３６に正対していて、後述する修正作業のときに基準面として使用される。
【００５５】
クランプ３０内には又、４つの修正シリンダ３８（図１０，１１，１２）が設けられている。４つの修正シリンダ３８は、前側と後側に２段ずつ水平配置され、いずれも側方を向いている。そして、これらの修正シリンダ３８は、クランプ３０内のＨ形鋼１のウエブの両側において両方のフランジの裏面を同期して押圧する。
【００５６】
上クランプ３０の下側には、傾動式のストッパ３９（図１０）が設けられている。ストッパ３９は上端部を中心にしてシリンダ３９ａにより前後に傾動され、後傾位置では上クランプ３０が上側のＨ形鋼１の端部に装着されたとき、その端部と干渉しないようになっている。また、前傾位置では下クランプ３０が下側のＨ形鋼１の上端部に装着されたとき、そのＨ形鋼１のウエブ上端面にストッパ３９の下端が当接し、そのウエブ上端面を基準にしてクランプ３０，３０の上下方向の位置決めを行う。
【００５７】
クランプ３０，３０間に配設された加熱ヘッド４０は、下クランプ３０の上に支持されている。加熱ヘッド４０は前述した加熱コイルを内蔵しており、この加熱コイルを含めて前後に２分割されている。前側のヘッドユニット４１は扉３２の上に設置されていて、シリンダ４１ａの作動により前後進する。後側のヘッドユニット４２は後方のトランス５０と直結され、シリンダ４２ａの作動によりトランス５０と共に前後進する。
【００５８】
加熱ヘッド４０内の加熱コイルは、下クランプ３０からの高さが一定であり、前述したストッパ３９により下側のＨ形鋼１のウエブ上端面を基準にしてクランプ３０，３０の上下方向の位置決めが行われたときに、そのウエブ上端面と同じ高さとなる。
【００５９】
次に、本接合装置の使用方法について、図１３および図１４を参照して説明する。
【００６０】
下側のＨ形鋼１が地面に垂直に打ち込まれると、図１３（ａ）（ｂ）に示されるように、下クランプ３０の扉３２を開け、Ｈ形鋼１の上端部を下クランプ３０内に嵌合した後、扉３２を閉める。
【００６１】
これにより、図１４（ａ）に示されるように、下クランプ３０内をＨ形鋼１の上端部が貫通する。このとき、加熱ヘッド４０は前後に開放している。また、ストッパ３９は前傾位置にあり、その下端はＨ形鋼１のウエブ上端面に当接している。これにより、そのウエブ上端面を基準としてクランプ３０，３０の上下方向の位置決めが行われ、加熱ヘッド４内の加熱コイルはウエブ上端面と同じ高さになる。
【００６２】
クランプ３０，３０の上下方向の位置決めが終わると、下クランプ３０において次の一連の動作が行われる。
【００６３】
図１３（ｃ）を用いて説明すると、まず、下クランプ３０内の一方のクランプシリンダ３４により、Ｈ形鋼１の一方のフランジをヘッド３７を介して軽く押し、他方のフランジを基準面３６に当てる。引き続き、他方のクランプシリンダ３３により、Ｈ形鋼１のウエブの一方の面を軽く押し、他方の面を基準面３５に当てる。そして、クランプシリンダ３３，３４を同時に作動させてＨ形鋼のウエブおよびフランジを基準面３５，３６に強く押し付ける。これにより、下クランプ３０がＨ形鋼１の上端部に結合されると共に、その上端部がクランプ３０内で位置決めされる。
【００６４】
下クランプ３０内のＨ形鋼１の水平面内における位置決めが終了すると、下クランプ３０内の修正シリンダ３８を同期して作動させる。これにより、Ｈ形鋼１の両方のフランジが基準面３５およびヘッド３７の正面に押し付けられ、Ｈ形鋼１の端部形状が修正された状態になる。
【００６５】
こうして下側のＨ形鋼１の上端部に下クランプ３０が装着されると、上クランプ３０を少し押し上げ、ストッパ３９を後傾位置に戻した後、上クランプ３０を元の位置まで下げる。
【００６６】
次いで、図１４（ｂ）に示されるように、下側のＨ形鋼１の上に上側のＨ形鋼１を載せ、上側のＨ形鋼１の下端部に対して、上記と全く同様にして上クランプ３０の装着を行う。これにより、上クランプ３０内のＨ形鋼１も水平面内において位置決めされ、且つその端部形状が修正される。従って、上下のＨ形鋼１，１がずれなく突き合わされる。また、突き合わせ部は加熱ヘッド４０内の加熱コイルと同じ高さになる。
【００６７】
Ｈ形鋼１，１の突き合わせが終わると、一旦上クランプ３０を上げ、Ｈ形鋼１，１の端面間にインサート材を挿入し、再び上クランプ３０を下げる。そして、図１４（ｃ）に示すように、加熱ヘッド４０を閉じ、加熱ヘッド４０内の加熱コイルにより突き合わせ部を高周波誘導加熱すると共に、メインシリンダ３１，３１によりクランプ３０，３０を引き寄せることにより突き合わせ部を加圧する。
【００６８】
上下のＨ形鋼１，１はずれなく突き合わされているので、健全に接合される。また、突き合わせ部は加熱コイルと同じ高さにセットされているので、所定時間内に接合を終えることができる。
【００６９】
【実施例】
以下に本発明の方法の実施例を示し、比較例と対比することにより、本発明の方法の効果を明らかにする。
【００７０】
ＪＩＳ  Ａ５５２６  ＳＨＫ４００に規定される３００Ｈ（ウエブ厚１０ｍｍ，フランジ厚１５ｍｍ）を突き合わせ、その突き合わせ部を高周波誘導加熱した。７ｍｍのアプセット量を加えたときの突き合わせ部の変形を示したのが図４である。そして、この変形を見込んで設計した加熱コイルが、図２に示したものである。図２中の数字は変形前の突き合わせ部までの距離、すなわち設計クリアランス（ｍｍ）である。標準クリアランスは１２ｍｍとした。
【００７１】
図２のコイルを用いて突き合わせ部の加熱したときの周波数と温度との関係を調査した。温度は熱電対により測定した。測定位置を図５に示す。フランジとウエブが交差するＮｏ．  ３およびＮｏ．  １０は加熱中に周波数の影響を殆ど受けないと考えられる位置である。一方、ウエブ中央のＮｏ．  ７はその影響が最も大きいと考えられる位置である。調査結果を表１および図６に示す。また、Ｎｏ．  ３位置とＮｏ．  ７位置の温度差を表２に示す。
【００７２】
【表１】
0003605456.tif 000002
【００７３】
【表２】
0003605456.tif 000003
【００７４】
加熱温度が１１５０℃未満ではインサート材の拡散不足が生じ、１３００℃超では変形大と材質劣化が生じるので、１１５０〜１３００℃を目標加熱温度とし、１２００〜１２５０℃を最適加熱温度範囲とした。
【００７５】
周波数が２ｋＨｚではいずれの箇所も温度が１２００℃に達しない。そのなかで周波数の影響を受けにくいと考えられるＮｏ．  ３位置およびＮｏ．  １０位置では、最も温度が高くなっている。反対に、周波数の影響を受けやすいと考えられるＮｏ．  ７位置では、最も低温となっている。周波数が６ｋＨｚの場合も同様の傾向である。
【００７６】
しかし、周波数が１３ｋＨｚになると、Ｎｏ．  ３位置とＮｏ．  ７位置の温度が逆転し、その温度差も１０℃と小さく、いずれも１２００〜１２５０℃の最適温度範囲内に収まっている。
【００７７】
周波数が４０ｋＨｚでは、周波数が高くなることによる表皮効果によって温度が下がり、板厚が薄いウエブ中央のＮｏ．  ７位置で温度が最も高くなる。
【００７８】
これらの結果は以下に示す計算式によっても裏付けられる。
【００７９】
平板を能率的に加熱するための最低許容周波数は
ｆ≧１５８・ρ／μｔ２  （Ｈ２  ）
ｆ：周波数（Ｈｚ）
ρ：固有抵抗（μΩｃｍ）
μ：比透磁率
ｔ：被加熱厚さ（ｃｍ）
となる。ここで
Ｐ＝５．０３〔ρ／（μ×ｆ）〕１／２  
Ｐ：電流浸透深さ（ｃｍ）
であり、ｔ／Ｐ≒２．５のときに吸収電力は最大となるから、１０ｔ，１３ｔ，１５ｔに最適の周波数は表３のようになる。
【００８０】
【表３】
0003605456.tif 000004
【００８１】
Ｈ形鋼では浸透深さの影響を受けやすいウエブに合わせて周波数を設定する必要があり、８０／ｔ〜３００／ｔの範囲が望ましい。具体的には、３００Ｈを対象としたときは、ウエブの板厚は１０ｍｍであり、周波数としては２０ｋＨｚが最適であり、１５〜２５ｋＨｚが特に望ましい範囲である。４００Ｈを対象としたときは、ウエブの板厚が１３ｍｍであるので、周波数としては１５ｋＨｚが最適であり、１０〜２０ｋＨｚが特に望ましい範囲となる。５００Ｈを対象としたときは、ウエブの板厚が１５ｍｍであるので、周波数としては８．７ｋＨｚが最適となり、５〜１５ｋＨｚが特に望ましい範囲となる。
【００８２】
以上の検討結果を踏まえ、図２の加熱コイルを使用し、２０ｋＨｚの周波数で３００Ｈを実際に接合した。接合時間は１０分（一定）である。
【００８３】
インサート材の種類を種々変更したときの結果を表４に示す。接合条件は初期圧３．０ｋｇｆ／ｍｍ２  加熱温度１２００℃、アプセット量６．０ｍｍとした。また、シールドガスは加圧力が２．４ｋｇｆ／ｍｍ２  に低下した時点で供給を停止した。表４中の母材破断に至ったＩ７のインサート材を使用し、接合条件を種々変更したときの結果を表５に示す。
【００８４】
表４および表５から分かるように、本発明の方法によりＨ形鋼が２本継ぎされる。実際の施工では母材破断が求められることを考慮すると、インサート材の成分組成としてはＢ１〜５％、Ｃｒ２０％以下（０を含む）、Ｓ：１０％以下（０を含む）、Ｐ１２％以下（０を含む）が適当である。また、初期圧としては０．８〜４．０ｋｇｆ／ｍｍ２  、シールドガスの供給を停止する時期としては初期圧の８０〜５０％到達時、アプセット量としては２〜７ｍｍ以上がそれぞれ適当である。ちなみに３００Ｈの接合にアーク溶接を用いると３０分以上の時間がかかる。
【００８５】
【表４】
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【００８６】
【表５】
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【００８７】
次に、実際の接合における周波数の影響および加熱コイルの標準クリアランスの影響を調査した。
【００８８】
Ｈ形鋼は上記接合と同じ３００Ｈを用いた。インサート材は表６のものを用いた。共通接合条件は加熱温度が１２５０℃、保持時間が３００秒、アプセット量が６ｍｍ、接合雰囲気が窒素ガスである。接合後のウエブ接合部およびフランジ接合部からＪＩＳ  Ｚ３１２１の１号試験片を採取し、継手引張性能を評価した。周波数およびクリアランスを表７に示し、調査結果を表８に示す。表８より周波数は８０／ｔ〜３００／ｔ、クリアランスはｔ／２〜２ｔの望ましいことがわかる。
【００８９】
【表６】
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【００９０】
【表７】
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【００９１】
【表８】
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【００９２】
【発明の効果】
本発明のＨ形鋼の接合方法は、各部で肉厚が異なるＨ形鋼を短時間で且つ安定した品質で冶金的に２本継ぎすることができる。従って、地下鉄工事でのＨ形鋼埋設のように短尺のＨ形鋼を次々と継ぎ足しながら埋め込んで行く工事に適用して、工期短縮、工事費低減等に大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｈ形鋼の拡散接合でのふくれの問題を示す模式図である。
【図２】本発明のＨ形鋼の接合方法に使用される加熱コイルの１例を示す平面図である。
【図３】同加熱コイルを用いた加熱ヘッドの１例を示す平面図である。
【図４】Ｈ形鋼の接合部のふくれ量を示す模式図である。
【図５】温度測定位置を示す模式図である。
【図６】Ｈ形鋼の高周波誘導加熱での周波数と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明のＨ形鋼の接合方法に使用される接合装置の１例についてその外観を示す斜視図である。
【図８】同接合装置の内部構造を模式的に示す正面図である。
【図９】同接合装置の内部構造を模式的に示す右側面図である。
【図１０】同接合装置の内部構造を模式的に示す左側面図である。
【図１１】同接合装置の内部構造を模式的に示す平面図である。
【図１２】同接合装置の内部構造を模式的に示す横断平面図である。
【図１３】同接合装置の動作を示す模式平面図である。
【図１４】同接合装置の動作を示す模式側面図である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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