(57)【要約】      （修正有）【課題】内ダイヤフラム形式のＢＯＸ柱の製造に好適なエレクトロスラグ溶接用裏当て金を提供する。【解決手段】エレクトロスラグ溶接用裏当て金において、溶融金属に接触する部分をセラミック部２とし、その外側をスキンプレート及び内ダイヤフラムと仮付け溶接ができるように鋼製部３とし、鋼製部はＬ形鋼で、セラミック部はＬ形鋼の内面側に、Ｌ形鋼の長片と短片を二片とする矩形断面を形成するように取り付けられ、矩形断面は溶接金属が楕円状となるようにセラミック部の一部に切欠きを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属に接触する部分をセラミックまたはフラックスとし、その外側をスキンプレート及び内ダイヤフラムと仮付け溶接ができるように鋼製とすることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用裏当金。
【請求項２】
鋼製部とセラミック部を合成したエレクトロスラグ溶接用裏当金であって、前記鋼製部はＬ形鋼で、前記セラミック部は前記Ｌ形鋼の内面側に、前記Ｌ形鋼の長片と短片を二片とする矩形断面を形成するように取り付けられ、前記矩形断面は溶接金属が楕円状となるように前記セラミック部の一部に切欠きを有していることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用裏当金。
【請求項３】
鋼製部とセラミック部を合成したエレクトロスラグ溶接用裏当金であって、前記鋼製部はその長手方向の中央部に切欠を有する直方体で、前記セラミック部は前記切欠に嵌合し、エレクトロスラグ溶接の際、楕円状となる溶接金属部を形成する切欠きを有していることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用裏当金。
【請求項４】
セラミック部に替えて、フラックス成形部とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のエレクトロスラグ溶接用裏当金。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載のエレクトロスラグ溶接用裏当金の鋼製部を開先部の外側となるように配置し、前記鋼製部をダイヤフラム、スキンプレートと仮付け溶接して開先を組立て、その後、本溶接することを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロスラグ溶接用裏当て金及びそれを用いたエレクトロスラグ溶接方法 に関し、特に内ダイヤフラム形式のＢＯＸ柱の製造に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物その他の構造物における鉄骨造柱と梁フランジの接合部が、地震時に十分な変形が得られないままに破断を生じ、建築物その他の構造物の耐震性を損なう事例が報告されている。
【０００３】
その原因として、１  当該接合部において、地震時に曲げ応力が最大になるにも拘わらず、溶接による靭性低下や、溶接欠陥が生じ、２  内ダイヤフラム形式の場合はダイヤフラムを柱内部に接合するエレクトロスラグ溶接部にノッチ状の空隙が発生することが指摘されている。
【０００４】
内ダイヤフラム形式のＢＯＸ柱を用いた柱梁接合部におけるノッチ状の空隙はエレクトロスラグ溶接部の裏当金とスキンプレートの間に発生し、地震時に作用する力により進展してエレクトロスラグ溶接金属を破断させる。
【０００５】
図１５は、内ダイヤフラム形式のＢＯＸ柱を用いた柱梁接合部とその内部構造の一例を示し、柱梁接合部１００はＢＯＸ柱のスキンプレート１０１にＨ形鋼のフランジ１１２を溶接接合し、ウエブ１１３をボルト接合して構成される。
【０００６】
ＢＯＸ柱はサブマージアーク溶接部１１１で接合されるスキンプレート１０１によりＢＯＸを形成し、その内部にダイヤフラム１０２をエレクトロスラグ溶接により取付ける。エレクトロスラグ溶接は裏当金１０３を用いて開先部に溶融金属１０６を充填するようにして溶接部を形成する。
【０００７】
図１６は、ダイヤフラムをスキンプレートに溶接するエレクトロスラグ溶接法を説明する図で、エレクトロスラグ溶接はスキンプレート１０１と、ダイヤフラム１０２を挟持する一対の裏当金１０３により密閉空間からなる開先部を形成する。
【０００８】
溶接は、溶接ワイヤ１０４を溶接ノズル１０５により送給し、消耗式溶接ノズルの場合は、溶接ノズル１０５も溶融しつつ、開先部に溶融金属１０６を充填する。
【０００９】
図１７にエレクトロスラグ溶接部を示す。溶接金属部１０７はダイヤフラム１０２、裏当金１０３、スキンプレート１０１に溶け込んで形成されるので、スキンプレート１０１が変形し、スキンプレート１０１と裏当金１０３との間にノッチ状の空隙１０９が生じる。
【００１０】
柱梁接合部には、溶接部熱収縮に伴う力の他に、梁ウエブ１１３や梁フランジ１１２からの引張り力ａが作用するのでノッチ状の空隙１０９の先端部から割れ１１０が発生する場合もある（図１８）。
【００１１】
特許文献１は、エレクトロスラグ溶接法およびエレクトロスラグ溶接法により接合されたＴ字継手に関し、スキンプレートと裏当金の間でノッチ状の空隙が形成されないように、裏当金とスキンプレートを溶接接合し、その溶接金属の一部をエレクトロスラグ溶接で溶融させることが記載されている。
【００１２】
特許文献１記載の発明によれば、裏当金側に設けられるレ形開先にはルートフェースを設けないので、裏当金とスキンプレートは溶接金属を介して接合され、内ダイヤフラムをスキンプレートにエレクトロスラグ溶接で接合しても、溶接後に両者間に空隙を生ずることはなく耐震性に優れた柱梁接合部が得られる。
【特許文献１】特開２００３−１１２２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載されているエレクトロスラグ溶接方法は、裏当金の開先加工や、裏当金と柱スキンプレートを溶接する工程が必要となる。また、柱の狭隘な内部で、開先を組み立てなければならず、作業者の負担が大きい。更に、当該個所の溶接部に低温割れなどのノッチ状の欠陥が生じると耐震性は向上しない。
【００１４】
そこで、本発明は、溶接後、スキンプレートとの間にノッチ状の空隙が生じたとしてもその進展による破壊を防止し、且つ作業性に優れ、開先部の形成が容易なエレクトロスラグ溶接用裏当金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】
【００１５】
本発明の課題は以下の手段により達成できる。
１  溶融金属に接触する部分をセラミックとし、その外側をスキンプレート及び内ダイヤフラムと仮付け溶接ができるように鋼製とすることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用裏当金。
【００１６】
２  鋼製部とセラミック部を合成したエレクトロスラグ溶接用裏当金であって、前記鋼製部はＬ形鋼で、前記セラミック部は前記Ｌ形鋼の内面側に、前記Ｌ形鋼の長片と短片を二片とする矩形断面を形成するように取り付けられ、前記矩形断面は溶接金属が楕円状となるように前記セラミック部の一部に切欠きを有していることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用裏当金。
【００１７】
３  鋼製部とセラミック部を合成したエレクトロスラグ溶接用裏当金であって、前記鋼製部はその長手方向の中央部に切欠を有する直方体で、前記セラミック部は前記切欠に嵌合し、エレクトロスラグ溶接の際、楕円状となる溶接金属部を形成する切欠きを有していることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用裏当金。
【００１８】
４  セラミック部に替えて、フラックス成形部とすることを特徴とする１乃至３の何れか一つに記載のエレクトロスラグ溶接用裏当金。
【００１９】
５  １乃至４の何れか一つに記載のエレクトロスラグ溶接用裏当金の鋼製部を開先部の外側となるように配置し、前記鋼製部をダイヤフラム、スキンプレートと仮付け溶接して開先を組立て、その後、本溶接することを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、裏当て金とスキンプレートの間にノッチ状の空隙が生じたとしても、ノッチ状の空隙は、スキンプレートとセラミックまたはフラックスで形成されるので、溶接金属部に進展せず、安全性に優れたエレクトロスラグ溶接部が得られ、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、エレクトロスラグ溶接用裏当金において、溶融金属に接触する部分をセラミックまたはフラックスで構成し、その外側をスキンプレート及び内ダイヤフラムと仮付け溶接ができるように鋼製とすることを特徴とする。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るエレクトロスラグ溶接用裏当金を示し、エレクトロスラグ溶接用裏当金１は、鋼製部２とセラミック部３を合成して形成される。鋼製部２はＬ形鋼でその内面側に、前記Ｌ形鋼の長片と短片を二片とする矩形断面を形成するようにセラミック部３を取り付ける。
【００２３】
鋼製部２とセラミック部３からなる矩形断面は、開先部を、セラミック部３が開先部の内側となるようにして組立てた際、溶接金属部が楕円状となるようにその一部に切欠き角度θの切欠きを設ける。切欠き角度θは大きすぎると溶融金属が流れ込まなくなるので１０〜３０°とすることが好ましい。
【００２４】
開先部においては、鋼製部２が開先部の外側となるので、ダイヤフラム、スキンプレートと仮付け溶接して開先を組立てることが可能となる。
【００２５】
図２に、図１に図示したエレクトロスラグ溶接用裏当金１を用いて組立てた開先部の上面図を示す。開先部は、ダイヤフラム４、スキンプレート５及びダイヤフラム４を挟持する左右のエレクトロスラグ溶接用裏当金１に囲まれた空隙６を備える。
【００２６】
左右のエレクトロスラグ溶接用裏当金１のセラミック部３に設けられた角度θの切欠きにより、溶接した際、空隙６における溶融金属の湯流れが良好となり、楕円状の溶接金属部が得られる。
【００２７】
本発明において、楕円状とは、鋼製の裏当金を用いて溶接した際に得られる溶接金属部の形状を総称したもので、真楕円形だけでなく、多少凹凸が有る楕円や円(多少の凹凸を有する場合を含む)を含む。
【００２８】
セラミック部３の切欠き形状は、空隙６における溶融金属の湯流れを良好にし、溶け込み不足などの溶接欠陥を生じることなく溶接金属部を楕円状とするものが好ましく、切欠き形状の端部に曲率Ｒを設けたもの（図３）、切欠きを２段にいれた形状（図４）が好ましい。
【００２９】
図５〜７は本発明の他の実施形態に係るエレクトロスラグ溶接用裏当金の構造を示し、図５は鋼製部２を直方体とし、その断面形状において一部を切り欠き、不等辺台形として斜辺にセラミック部３を取り付けた例、図６は図５のセラミック部３の端部に曲率Ｒを設けて湯流れを改善した例、図７は図６の鋼製部２の切込み形状の斜辺に曲率を設けた例を示す。
【００３０】
図８〜１０は本発明の他の実施形態に係るエレクトロスラグ溶接用裏当金の構造を示し、図８は、セラミック部３を直方体とし、その断面形状において、切り欠き角度θで一部を切り欠き、更に、その外側に窓枠状の鋼製部２を取り付けた例で、鋼製部２はエレクトロスラグ溶接用裏当金１をスキンプレートやダイヤフラムと溶接できるように、エレクトロスラグ溶接用裏当金１の断面形状において、隣り合う短辺と長辺の端部に届く形状とする。
【００３１】
図９は、セラミック部３を直方体とし、その断面形状において、切り欠き角度θで一部を切り欠き、その外側にＬ形鋼からなる鋼製部２を取り付けた例で、鋼製部２はエレクトロスラグ溶接用裏当金１をスキンプレートやダイヤフラムに取り付ける仮付け溶接を行う部分に間歇的に配置する。
【００３２】
図１０は、セラミック部３を直方体とし、その断面形状において、切り欠き角度θで一部を切り欠き、その外側にＬ形鋼からなる鋼製部２を取り付けた例で、鋼製部２はエレクトロスラグ溶接用裏当金１をスキンプレートやダイヤフラムに取り付ける仮付け溶接を行う部分だけを櫛の歯状に残す。
【００３３】
以上、説明した本発明に係るエレクトロスラグ溶接用裏当金は、その全長にセラミック部３を取り付けるが、セラミックは高価であり、経済性を重視する場合は、その長手方向の中央部のみにセラミック部を取り付けることも可能である。
【００３４】
梁フランジに引張り力が作用する場合、梁中央部にはウエブからの引張り力も作用するので、特に梁中央部においてノッチ状の空隙部が開口することを防止するのが有効となる（図１８）。
【００３５】
図１１はエレクトロスラグ溶接用裏当金１の長手方向の中央部にのみセラミック部を取り付けたものの一例を示し、鋼製部２はその長手方向の中央部に切欠を有する直方体で、セラミック部３は前記切欠に嵌合し、エレクトロスラグ溶接の際、楕円状となる溶接金属部を形成する切欠きを有している。
【００３６】
図１２は図１１のＡ部矢視図を示し、鋼製部２の中央部は、その一部を切り欠き、不等辺台形として斜辺にセラミック部３を取り付けている。図１３は図１２の鋼製部２の切込み形状の斜辺に曲率を設け、セラミック部３の端部に曲率Ｒを設けて湯流れを改善した例、図１４は図１３において鋼製部２をＬ形断面とした例を示す。
【００３７】
本発明に係る、鋼製部材とセラミックまたはフラックス部材を合成したエレクトロスラグ溶接用裏当金は、拡散接合や接着剤により鋼製部材とセラミックまたはフラックス部材を接合して製造したりすることが可能である。
【００３８】
また、セラミックまたはフラックス部材の材質は特に規定しないが、溶接により溶融して、溶接金属形状が不整形となることを防止し、所望する溶接金属の形状が得られるように融点が高い材質を用いるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例を示す図。
【図２】本発明の一実施例を用いた開先構造を示す図。
【図３】本発明の他の実施例を示す図。
【図４】本発明の他の実施例を示す図。
【図５】本発明の他の実施例を示す図。
【図６】本発明の他の実施例を示す図。
【図７】本発明の他の実施例を示す図。
【図８】本発明の他の実施例を示す図。
【図９】本発明の他の実施例を示す図。
【図１０】本発明の他の実施例を示す図。
【図１１】本発明の他の実施例を示す図。
【図１２】図１１のＡ部断面を示す図。
【図１３】本発明の他の実施例を示す図。
【図１４】本発明の他の実施例を示す図。
【図１５】従来例（内ダイヤフラム形式のＢＯＸ柱を用いた柱梁接合部を説明する図）。
【図１６】従来例（ダイヤフラムをスキンプレートに溶接するエレクトロスラグ溶接法を説明する図）。
【図１７】従来例（エレクトロスラグ溶接部を説明する図）。
【図１８】従来例（エレクトロスラグ溶接部を説明する図）。
【符号の説明】
【００４０】
１  エレクトロスラグ溶接用裏当金
２  鋼製部
３  セラミック部
４  ダイヤフラム
５        スキンプレート
６        空隙柱梁接合部
１００    柱梁接合部
１０１    スキンプレート
１０２    ダイヤフラム
１０３    裏当金
１０４    溶接ワイヤ
１０５    溶接ノズル
１０６    溶融金属
１０７    溶接金属部
１０８    ＨＡＺ
１０９    ノッチ状の空隙
１１０    割れ
１１１    ＳＡＷ溶接部
１１２    Ｈ形鋼のフランジ
１１３    ウエブ
１１４    スカラップ
１１５    溶接部     
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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