(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変動応力下で溶接を行う方法であって、
ルートギャップ４ｍｍにおける溶接開始前のルートギャップ開口変位を計測し、該計測したルートギャップ開口変位に対応したＭｎ／Ｓ比が１６０以上でかつＭｎ／Ｓｉ比が２．９８以上の溶接材料をガスシールドアーク溶接用材料の中から選定する工程と、
供用下における前記ガスシールドアーク溶接用材料による溶接時のルートギャップ開口変位を計測し、該計測したルートギャップ開口変位が、前記溶接材料の選定で想定した許容値０．４ｍｍを超えた場合、該許容値を超えた時刻に形成された溶接部を劣化箇所として特定する工程と、
前記劣化箇所の検査又は補修を行う工程とを含む
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
変動応力下で溶接を行う方法であって、
ルートギャップ１０ｍｍにおける溶接開始前のルートギャップ開口変位を計測し、該計測したルートギャップ開口変位に対応したＭｎ／Ｓ比が１６０以上でかつＭｎ／Ｓｉ比が２．９８以上の溶接材料をガスシールドアーク溶接用材料の中から選定する工程と、
供用下における前記ガスシールドアーク溶接用材料による溶接時のルートギャップ開口変位を計測し、該計測したルートギャップ開口変位が、前記溶接材料の選定で想定した許容値０．２ｍｍを超えた場合、該許容値を超えた時刻に形成された溶接部を劣化箇所として特定する工程と、
前記劣化箇所の検査又は補修を行う工程とを含む
ことを特徴とする溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鋼板の突合せ溶接等に用いられるガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、交通量の増加や車両重量の増加による既設橋梁の損傷に伴い、補修や補強が行われてきている。また、交通量や車両重量の増加に対応するため、拡幅（車線数の増加）、二等橋（１４ｔ車対応）から一等橋（２０ｔ車対応）への格上げ等の機能向上が図られてきている。
【０００３】
一般に、橋梁は工場へ持ち帰ることが不可能であるため、前述の各種施工は橋梁の設置場所で実施される。これらの施工に伴って交通止めを行う場合、地域社会や経済に及ぼす影響を低減するために、比較的交通量が少ない夜間のみに行うか、少なくとも１車線は走行可能とすることが求められる。その結果、施工作業の時間的制約、作業者の安全確保、周辺住民に及ぼす影響（例えば騒音）等の問題が顕著になってきている。
【０００４】
そこで、交通止めを行わない供用下での施工に対する要望が高まってきている。このような供用下で施工を行う場合、例えば鋼板の接合方法として、溶接接合と高力ボルト接合とがあるが、従来、橋梁については高力ボルト接合が主として用いられてきている。その理由は、供用中の橋梁では走行車両による振動や開先の変位が生じているため、このような条件下で溶接を行った場合、溶接継手の信頼性が保証されないと考えられてきたからである。
【０００５】
図７は、鋼床版げた橋上を車両が走行している様子を示している。図７に示す橋梁部分は、左車線ブロック１１と右車線ブロック１２及び１３とを含む。左車線ブロック１１と右車線ブロック１２及び１３のそれぞれとが溶接接合されていると共に、右車線ブロック１２及び１３が互いに溶接接合されている。ここで、左車線ブロック１１上を車両１５が走行すると、各溶接部に振動や開先の変位が生じる。
【０００６】
ところが、高力ボルト接合でも、荷重作用下、振動下で施工する場合の継手の力学的性能は必ずしも明確になっているわけではない。また、溶接接合と高力ボルト接合とを比較した場合、それぞれの接合法から明らかなように、溶接接合の方が構造的にシンプルで自由度も高く、接合効率も優れている。従って、供用下での溶接が可能となれば、その効果は大きいため、例えば特許文献１には、供用下での溶接方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７０５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に提案されている溶接方法は、溶接棒を用いた被覆アーク溶接等の溶接施工を前提としている。このような溶接施工を、例えば図７に示すような鋼床版げたの溶接に適用した場合、長距離に亘って連続する溶接部を形成するためには、多数の溶接棒が必要となり、作業効率が悪くなる。また、溶接棒の更新の度に一旦作業を中断することになるため、作業が不連続になることに起因して、溶接部に欠陥が生じる可能性が高くなる。
【０００９】
それに対して、能率の良い溶接法として、アーク点をガスでシールドして溶接を行うガスシールドアーク溶接が知られている。ガスシールドアーク溶接では、１回の溶接施工距離が短い被覆アーク溶接棒等の溶接棒ではなく、１回の溶接施工距離に実質的に制限のないワイヤ等の溶接材料が用いられる。これにより、長距離に亘って連続する溶接部を作業中断なく形成することが可能となる。
【００１０】
しかしながら、被覆アーク溶接とガスシールドアーク溶接とでは、それぞれの溶接メカニズムの違いから、仮に両者の溶接材料における化学組成が同じであったとしても、形成される溶接部の特性は同じにはならない。従って、特許文献１に提案されている溶接方法を、供用下でのガスシールドアーク溶接にそのまま適用することはできない。
【００１１】
前記に鑑み、本発明は、供用下でのガスシールドアーク溶接を可能とし、それにより、長距離に亘って連続する溶接部を高強度で効率良く形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る溶接方法は、変動応力下で溶接を行う方法であって、溶接開始前のルートギャップ開口変位を計測し、該計測したルートギャップ開口変位に対応したＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比を持つ溶接材料を、被覆アーク溶接棒よりも１回の溶接施工距離が長いガスシールドアーク溶接用材料の中から選定して用いる。
【００１３】
本発明に係る溶接方法によると、溶接開始前のルートギャップ開口変位の計測結果に基づいて、溶接材料におけるＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比を決めているため、想定される変動応力下において十分な割れ耐性を持つ溶接材料を選定することができる。従って、ガスシールドアーク溶接による供用下での溶接が可能となるため、長距離に亘って連続する溶接部を高強度で効率良く形成することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る溶接方法において、溶接時のルートギャップ開口変位を計測し、該計測したルートギャップ開口変位が、前記溶接材料の選定で想定した許容値を超えた場合、該許容値を超えた時刻に形成された溶接部の品質確認を行ってもよい。
【００１５】
このようにすると、現場での溶接施工時にルートギャップ開口変位が許容値を超えて溶接部に品質劣化が生じた場合にも、該劣化箇所を特定して検査及び補修（必要に応じて）を簡単に行うことができる。
【００１６】
本発明に係る溶接方法において、前記溶接材料の選定をルートギャップに基づいて行ってもよい。
【００１７】
このようにすると、溶接開始前のルートギャップ開口変位の計測結果に加えて、ルートギャップ自体も考慮して、より適切な溶接材料の選定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、供用下でのガスシールドアーク溶接が可能となり、それによって、長距離に亘って連続する溶接部を高強度で効率良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本願出願人らによるトランスバレストレイン試験の対象とした溶接棒の化学組成を示している。
【図２】図２は、本願出願人らによるトランスバレストレイン試験により判明した、溶接棒におけるＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比と割れ耐性との関係を示している。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、本願発明者らが実施した、供用下でのガスシールドアーク溶接の適用可能性を調べる試験の様子を示している。
【図４】図４は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す溶接試験に用いた溶接材料の化学組成を示している。
【図５】図５は、図４に示す溶接材料を用いて、図３（ａ）及び（ｂ）に示す溶接試験を行った結果を示している。
【図６】図６は、実施形態に係る溶接方法のフローを示している。
【図７】図７は、鋼床版げた橋上を車両が走行している様子を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（本発明の前提事項）
本願出願人らは、図１に示すような種々の化学組成（単位：ｗｔ％）を持つ複数の溶接棒（φ４ｍｍ）について、トランスバレストレイン試験を用いて、歪みを加えた際の割れに対する耐性を調査してきた。その結果、溶接棒におけるＭｎ／Ｓｉ比及びＭｎ／Ｓ比の割れに対する影響が大きいことを確認した。
【００２１】
具体的には、図２に示すように、溶接棒におけるＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比が高くなるに従って、変動荷重下での割れに対する耐性が向上することを確認した。
【００２２】
そこで、本願発明者らは、Ｍｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比が異なる溶接材料（具体的には、被覆アーク溶接棒等の溶接棒よりも１回の溶接施工距離が長いワイヤ等のガスシールドアーク溶接用材料）を用いて、供用下でのガスシールドアーク溶接の適用可能性を調べるために、ルートギャップ（Ｇ）及びルートギャップ開口変位（Δδ）を色々変化させながら、溶接試験を行った。
【００２３】
具体的には、図３（ａ）に示すように、厚さＴの母材１及び２をルートギャップＧで突合せ、図３（ｂ）に示すように、母材１及び２の開先の底部に裏当て３を設け、炭酸ガスを用いてガスシールドアーク溶接を行うことにより、溶接部４を形成して母材１及び２を接合した。
【００２４】
また、溶接材料としては、図４に示す化学組成を持つ溶接材料Ａ（Ｍｎ／Ｓ比＝１６０、Ｍｎ／Ｓｉ比＝２．９８）及び溶接材料Ｂ（Ｍｎ／Ｓ比＝１３０、Ｍｎ／Ｓｉ比＝２６）を用いた。
【００２５】
また、母材１及び２としては、厚さＴが１６ｍｍの圧延鋼材ＳＭ４９０Ａを用いた。また、ルートギャップＧを４ｍｍ及び１０ｍｍの２通りに設定すると共に、各ルートギャップＧの値においてルートギャップ開口変位Δδ（溶接前）を０．２ｍｍ、０．３ｍｍ及び０．４ｍｍの３通りに設定して、溶接試験を行った。ルートギャップ開口変位Δδについては、母材１及び２の開先側の反対側を保持したサーボ機構を用いて母材１及び２を変位させると共に該変位を変位計を用いて測定することにより、前述の所定値に設定した。尚、本溶接試験では、ルートギャップ開口変位Δδの周波数を、走行車両が誘起する振動の周波数に近い３．７Ｈｚに設定した。
【００２６】
図５は、前述の溶接材料を用いた溶接試験の結果を示している。ここで、結果判定は、超音波探傷検査（ＵＴ）及び放射線透過検査（ＲＴ）により溶接部に割れやブローホール（ＢＨ）等の欠陥が生じているかどうかを調べることにより行った。尚、図５において、欠陥が無い場合を○、欠陥が有る場合を×としている。また、エンドタブの設置により防止できる端部割れは、欠陥に含めなかった。
【００２７】
図５に示すように、溶接材料Ａを用いた場合、ルートギャップＧが一般的な値である４ｍｍであれば、ルートギャップ開口変位Δδが比較的大きい０．４ｍｍであっても、欠陥が生じないという結果が得られた。また、施工における十分なマージンを考慮してルートギャップＧを１０ｍｍに設定した場合にも、ルートギャップ開口変位Δδが０．２ｍｍであれば、溶接材料Ａを用いて欠陥無く溶接可能であった。
【００２８】
一方、溶接材料Ｂを用いた場合、ルートギャップＧが４ｍｍであれば、ルートギャップ開口変位Δδが０．２ｍｍであっても、欠陥は生じないが、ルートギャップＧが１０ｍｍになると、ルートギャップ開口変位Δδが０．２ｍｍで欠陥が生じた。
【００２９】
以上に説明した溶接試験の結果から、本願発明者らは、溶接開始前のルートギャップ開口変位を計測し、該計測結果に対応したＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比を持つ溶接材料を、被覆アーク溶接棒よりも１回の溶接施工距離が長いガスシールドアーク溶接用材料の中から選定して用いることにより、変動応力下でのガスシールドアーク溶接が可能となることを見出した。また、現場での実際の溶接施工時にもルートギャップ開口変位を計測し、該計測したルートギャップ開口変位が溶接材料選定時に想定した許容値を超えた場合、該許容値を超えた時刻に形成された溶接部の品質確認を行うことによって、劣化箇所を特定して検査及び補修（必要に応じて）を容易に行えることを見出した。さらに、溶接材料選定に際して、溶接開始前のルートギャップ開口変位の計測値に加えて、ルートギャップ自体を考慮することにより、より適切な溶接材料の選定を行うことができることを見出した。
【００３０】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係る溶接方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る溶接方法は、前述の「本発明の前提事項」で述べた知見に基づく、供用下（つまり変動応力下）でのガスシールドアーク溶接方法である。
【００３１】
図６は、本実施形態に係る溶接方法のフロー図である。
【００３２】
まず、ステップＳ１において、例えば工事計画等に基づき、溶接対象となる継手の鋼種、形状、寸法等を確認する。
【００３３】
次に、ステップＳ２において、ステップＳ１で確認した継手について、供用時のルートギャップ開口変位Δδ（溶接前）を計測する。
【００３４】
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で計測したルートギャップ開口変位Δδに対応可能なＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比を持つ溶接材料（被覆アーク溶接棒等の溶接棒よりも１回の溶接施工距離が長いワイヤ等のガスシールドアーク溶接用材料）を選定する。具体的には、ルートギャップ開口変位Δδの計測結果に基づき、Δδの最大値（許容値）を設定し、該許容値でも十分な割れ耐性を発揮するＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比を持つ溶接材料を選定する。
【００３５】
例えば工事計画等でルートギャップＧが４ｍｍ以下と決められている場合、ルートギャップ開口変位Δδの許容値が０．２ｍｍであれば、前述の溶接材料Ａ及びＢのいずれも用いることが可能である一方、ルートギャップ開口変位Δδの許容値が０．４ｍｍであれば、前述の溶接材料Ａを用いることが可能である。また、ルートギャップ開口変位Δδの許容値が０．４ｍｍを超える場合、該許容値でも十分な割れ耐性を発揮する溶接材料、つまり、前述の溶接材料ＡよりもＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比が大きい溶接材料を別途選定して用いる必要がある。
【００３６】
また、ルートギャップＧが任意に設定可能である場合は、ルートギャップＧも考慮して、溶接材料の選定を行う。例えば、ルートギャップ開口変位Δδの許容値が０．２ｍｍである場合においてルートギャップＧを４ｍｍに設定する場合、前述の溶接材料Ａ及びＢのいずれも用いることが可能である一方、ルートギャップ開口変位Δδの許容値が同じく０．２ｍｍである場合においてルートギャップＧを１０ｍｍに設定する場合、前述の溶接材料Ａを用いることが可能である。
【００３７】
次に、ステップＳ４において、ステップＳ３で選定した溶接材料を用いて、溶接対象となる継手にガスシールドアーク溶接を実施する。
【００３８】
以上に説明したように、本実施形態によると、溶接開始前のルートギャップ開口変位Δδの計測結果に基づいて、溶接材料におけるＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比を決めているため、想定される変動応力下において十分な割れ耐性を持つ溶接材料を選定することができる。従って、ガスシールドアーク溶接による供用下での溶接が可能となるため、長距離に亘って連続する溶接部を高強度で効率良く形成することが可能となる。
【００３９】
尚、本実施形態において、ステップＳ４でガスシールドアーク溶接を実施する際に、溶接時のルートギャップ開口変位Δδを計測し、該計測値が、溶接材料の選定で想定した許容値を超えた場合、該許容値を超えた時刻に形成された溶接部の品質確認を行ってもよい。このようにすると、現場での溶接施工時にルートギャップ開口変位Δδが許容値を超えて溶接部に品質劣化が生じた場合にも、該劣化箇所を特定して補強することを簡単に行うことができる。
【００４０】
また、本実施形態において、例えばステップＳ２のルートギャップ開口変位Δδの計測結果によれば、Δδの許容値が０．４ｍｍを超えているが、選定可能な溶接材料としては、Δδの許容値が０．４ｍｍ以下の材料しかない場合、以下のようにしてもよい。すなわち、例えば拘束板の設置や交通規制等を実施することにより、ルートギャップ開口変位Δδの低減を図った後、再度、ステップＳ２でルートギャップ開口変位Δδの計測を行う。以降、Δδの許容値が０．４ｍｍ以下になるまで、前述の拘束条件や規制内容等を順次厳しくしていく。ここで、ルートギャップＧが可変である場合は、ルートギャップＧを小さくしていってもよい。
【００４１】
また、本実施形態において、溶接対象となる継手の種類、継手となる鋼材の種類や厚さ等は特に限定されるものではない。例えば、ＳＭ４９０Ａの強度と同程度又はそれ以下の強度を持つ鋼材、例えばＪＩＳ Ｇ ３１０６のＳＭ４００Ａ、ＳＭ４００Ｂ、ＳＭ４９０Ｂ、ＳＭ４９０ＹＡ、ＳＭ４９０ＹＢを厚さ１６ｍｍ以下で突合せ溶接に用いてもよい。
【００４２】
また、本実施形態において、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接材料におけるＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比は、特に限定されるものではない。但し、Ｍｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比が高ければ高いほど、歪みを加えた際の割れに対する耐性は向上するものの、溶接材料に含まれるＭｎ量が多くなるに従って、該材料に要するコストが増大すると共に、溶接時の溶滴の粘度が高くなって溶接部の均一性確保等が困難になる。従って、溶接開始前のルートギャップ開口変位Δδの計測結果に対応可能な範囲でＭｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比が低い溶接材料を用いた方がコストや作業性等の点で有利である。また、図１に示す化学組成を持つ溶接棒を用いた本願出願人らによる調査によれば、溶接材料に含まれるＣ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓの量はなるべく少なくした方が良い。
【００４３】
また、本実施形態において、ガスシールドアーク溶接に用いるシールドガスの種類も特に限定されるものではない。但し、シールドガスにおける不活性ガス（例えばＡｒ）の含有量が高いほど、スパッタ低減等の効果が得られる一方、該不活性ガスの含有量が高くなるに従って、シールドガスに要するコストが増大してしまう。
【００４４】
ところで、供用下での溶接施工において多層溶接を行う場合、最も割れが発生しやすいのは初層である一方、２層目以降についてはルートギャップ開口変位Δδが大きく低下する。従って、多層溶接を行う場合、全ての層について本実施形態のガスシールドアーク溶接を行ってもよいし、或いは、例えば初層のみについて本実施形態のガスシールドアーク溶接を行ってもよい。言い換えると、２層目以降については、Ｍｎ／Ｓ比及びＭｎ／Ｓｉ比がより小さい溶接材料を用いてもよい。
【００４５】
また、本実施形態の溶接方法の適用対象は、供用下での溶接施工の要求が高い橋梁に限定されるものではなく、例えば外部環境起因の変動応力を受ける他の鋼構造物、例えば鉄塔や海洋構造物等においても本実施形態の溶接方法を適用することによる効果は大きい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、例えば鋼板の突合せ溶接等に用いられるガスシールドアーク溶接方法として有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１    母材
２    母材
３    裏当て
４    溶接部
１１    左車線ブロック
１２    右車線ブロック
１３    右車線ブロック
１５    車両
【図１】
0005890730.tif 000002
【図２】
0005890730.tif 000003
【図３】
0005890730.tif 000004
【図４】
0005890730.tif 000005
【図５】
0005890730.tif 000006
【図６】
0005890730.tif 000007
【図７】
0005890730.tif 000008