(57)【要約】【課題】エレクションピースなどの仮固定手段が撤去された後でも下側の鋼管が上側の鋼管をバランス良く支持できる鋼管の溶接方法を提供する。【解決手段】複数の角部１ａ，２ａと複数の辺部１ｂ，２ｂとを有する多角形断面の鋼管１，２同士を上下に突き合わせた状態で互いに溶接する方法は、上側の鋼管１の各角部１ａの下端部と下側の鋼管２の各角部２ａの上端部とを溶接することによって複数の角溶接部１０を形成する角溶接部形成工程と、角溶接部形成工程の後に、鋼管１の各辺部１ｂの下端部と鋼管２の各辺部２ｂの上端部とを溶接することによって複数の辺溶接部２０を形成する辺溶接部形成工程とを含む。角溶接部形成工程では、鋼管１の各角部１ａの下端部と鋼管２の各角部２ａの上端部とを半自動溶接で溶接する。辺溶接部形成工程では、鋼管１の各辺部１ｂの下端部と鋼管２の各辺部２ｂの上端部とを自動溶接で溶接する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の角部と複数の辺部とを有する多角形断面の鋼管同士を上下に突き合わせた状態で互いに溶接する方法であって、
上側の鋼管の各角部の下端部と下側の鋼管の各角部の上端部とを溶接することによって複数の角溶接部を形成する角溶接部形成工程と、
前記角溶接部形成工程の後に、上側の鋼管の各辺部の下端部と下側の鋼管の各辺部の上端部とを溶接することによって複数の辺溶接部を形成する辺溶接部形成工程と、
を含み、
前記辺溶接部形成工程では、上側の鋼管の各辺部の下端部と下側の鋼管の各辺部の上端部とを、自動溶接によって溶接する、鋼管の溶接方法。
【請求項２】
前記角溶接部形成工程では、上側の鋼管の各角部の下端部と下側の鋼管の各角部の上端部とを、半自動溶接によって溶接する、請求項１に記載の鋼管の溶接方法。
【請求項３】
前記辺溶接部形成工程では、前記角溶接部形成工程にて形成された第１の角溶接部と第２の角溶接部との間に前記辺溶接部を形成し、
前記辺溶接部形成工程では、少なくとも１回のパスが、バックステップ工程と本溶接工程とを有し、
前記バックステップ工程は、
前記第１の角溶接部の近傍の所定位置から前記第１の角溶接部に至るまで溶接を進める退行工程と、
前記退行工程に続けて、前記退行工程にて溶接された溶接部に重なるように、前記第２の角溶接部に向かって溶接を進める進行工程と、
を含み、
前記本溶接工程では、前記進行工程に続けて、前記第２の角溶接部に向かって溶接を進める、請求項１又は請求項２に記載の鋼管の溶接方法。
【請求項４】
前記退行工程での溶着量を、前記本溶接工程での溶着量よりも少なくする、請求項３に記載の鋼管の溶接方法。
【請求項５】
前記角溶接部のうち、前記辺溶接部形成工程にて溶接されるビードの端部が被さる領域には、該領域に前記ビードの端部が被さるに先立って、テーパー面が形成される、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の鋼管の溶接方法。
【請求項６】
前記多角形は四角形であり、
前記角溶接部形成工程では、上側の鋼管の４つの角部の各々の下端部と下側の鋼管の４つの角部の各々の上端部とを溶接することによって４つの前記角溶接部を形成する、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の鋼管の溶接方法。
【請求項７】
前記角部には丸みが設けられている、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の鋼管の溶接方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の鋼管の溶接方法を含む、柱の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管同士を上下に突き合せた状態で互いに溶接する方法、及び、柱の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、４つの角部と４つの辺部とを有する四角形断面の鋼管同士を上下に突き合わせた状態で互いに溶接する方法を開示している。特許文献１では、まず、上側の鋼管の２つの辺部の下端部と下側の鋼管の２つの辺部の上端部とを溶接する。次に、上側の鋼管と下側の鋼管とを互いに仮固定するためにこれら鋼管に予め設けられていたエレクションピースを撤去する。次に、上側の鋼管の残りの２つの辺部の下端部と下側の鋼管の残りの２つの辺部の上端部とを溶接すると共に、上側の鋼管の４つの角部の下端部と下側の鋼管の４つの角部の上端部とを溶接する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−１９８４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、上側の鋼管の２つの辺部の下端部と下側の鋼管の２つの辺部の上端部とが溶接されたのみでエレクションピースが撤去されるので、このエレクションピースの撤去後に、下側の鋼管が上側の鋼管をバランス良く支持することが難しかった。
【０００５】
本発明は、このような実状に鑑み、エレクションピースなどの仮固定手段が撤去された後でも下側の鋼管が上側の鋼管をバランス良く支持できる鋼管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】
【０００６】
そのため本発明に係る鋼管の溶接方法は、複数の角部と複数の辺部とを有する多角形断面の鋼管同士を上下に突き合わせた状態で互いに溶接する方法である。本発明に係る鋼管の溶接方法は、上側の鋼管の各角部の下端部と下側の鋼管の各角部の上端部とを溶接することによって複数の角溶接部を形成する角溶接部形成工程と、角溶接部形成工程の後に、上側の鋼管の各辺部の下端部と下側の鋼管の各辺部の上端部とを溶接することによって複数の辺溶接部を形成する辺溶接部形成工程と、を含む。辺溶接部形成工程では、上側の鋼管の各辺部の下端部と下側の鋼管の各辺部の上端部とを、自動溶接によって溶接する。
本発明に係る柱の構築方法は、前述の鋼管の溶接方法を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、上側の鋼管の各角部の下端部と下側の鋼管の各角部の上端部とを溶接することによって複数の角溶接部を形成した後に、上側の鋼管の各辺部の下端部と下側の鋼管の各辺部の上端部とを溶接することによって複数の辺溶接部を形成する。それゆえ、例えば、複数の角溶接部を形成した後に、前述のエレクションピースなどの仮固定手段を撤去し、この仮固定手段の撤去後に、複数の辺溶接部を形成することができる。また、上側の鋼管と下側の鋼管とは各々が多角形断面を有しているので、前記複数の角溶接部は、３つ以上の角溶接部となる。従って、前述の仮固定手段が撤去された後でも、下側の鋼管が、３つ以上の角溶接部を介して、上側の鋼管をバランス良く支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態における、仮固定手段によって互いに仮固定された上側の鋼管及び下側の鋼管の正面図
【図２】前記一実施形態における上側の鋼管の断面図及び下側の鋼管の断面図
【図３】前記一実施形態における上側の鋼管と下側の鋼管との溶接方法を示す図
【図４】前記一実施形態における上側の鋼管と下側の鋼管との溶接方法を示す図
【図５】前記一実施形態における上側の鋼管と下側の鋼管との溶接方法を示す図
【図６】前記一実施形態の変形例における上側の鋼管と下側の鋼管との溶接方法を示す図
【図７】前記一実施形態における自動溶接装置の概略構成を示す図
【図８】前記一実施形態における辺溶接部の形成方法を示す図
【図９】前記一実施形態における辺溶接部の形成方法を示す図
【図１０】前記一実施形態における辺溶接部形成時のバックステップ工程と本溶接工程とを示す図
【図１１】前記一実施形態における辺溶接部形成時の本溶接工程の溶接条件とバックステップ工程の溶接条件とを示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態における、仮固定手段によって互いに仮固定された上側の鋼管及び下側の鋼管の正面図である。図２（ア）は上側の鋼管の断面図である。図２（イ）は下側の鋼管の断面図である。尚、説明の便宜上、図１及び図２に示すように上下・前後・左右をそれぞれ規定して、以下説明する。
【００１１】
本実施形態では、鉄骨構造物を建設する際に建設現場で柱鉄骨部材を溶接（接続）することで柱を構築する場合に、本発明に係る鋼管の溶接方法及び柱の構築方法を適用した例を説明する。しかしながら、本発明に係る鋼管の溶接方法及び柱の構築方法の適用例はこれに限らない。
【００１２】
図１及び図２に示す上側の鋼管１と下側の鋼管２とは、各々が、前述の柱鉄骨部材に対応する。鋼管１，２は各々が上下方向に延びている。柱１００は鋼管１，２を含んで構成される。
鋼管１，２は、複数の角部１ａ，２ａと複数の辺部１ｂ，２ｂとを有する多角形断面を有する。本実施形態では、鋼管１，２は、いわゆる角形鋼管であり、４つの角部１ａ，２ａと４つの辺部１ｂ，２ｂとを有する四角形断面を有するとして以下説明するが、鋼管１，２の断面形状は四角形に限らず、三角形、五角形、六角形、七角形、八角形などであってもよい。鋼管１，２の断面形状の多角形としては、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形のいずれか１つであることが好ましく、四角形であることが更に好ましい。また、図１及び図２には、鋼管１，２の断面形状が正方形である例が図示されているが、この他、断面形状が長方形であってもよい。
【００１３】
鋼管１，２の角部１ａ，２ａは、前述の多角形の「角」に対応するものである。鋼管１，２の角部１ａ，２ａには丸みが設けられている。ゆえに、鋼管１，２の角部１ａ，２ａの断面形状は弧状であり、外面（鋼管１，２の外周面を構成する側の面）及び内面（鋼管１，２の内周面を構成する側の面）がそれぞれ曲面となっている。
【００１４】
鋼管１，２の辺部１ｂ，２ｂは、前述の多角形の「辺」に対応するものである。鋼管１，２の辺部１ｂ，２ｂの断面形状は直線状であり、外面（鋼管１，２の外周面を構成する側の面）及び内面（鋼管１，２の内周面を構成する側の面）がそれぞれ平面となっている。尚、鋼管１，２の１つの辺部１ｂ，２ｂは、２つの角部１ａ，２ａの間に位置している。換言すれば、鋼管１，２の１つの辺部１ｂ，２ｂは、２つの角部１ａ，２ａによって挟まれている。
【００１５】
本実施形態では、鋼管１，２同士を上下に突き合わせた状態（図１に示す状態）で互いに溶接することで、柱１００を構築する。このため、鋼管１，２同士を上下に突き合わせるに先立って、鋼管２の上端部の内周面には、裏当て材４が全周にわたって取り付けられている。鋼管１，２同士を上下に突き合わせたときに、裏当て材４の上端部は、鋼管１の下端部の内周面にオーバーラップする。尚、鋼管１の下端部には、下方に向かうほど鋼管１の内側に向かうように、テーパー面５が形成されている。
【００１６】
次に、前述の図１及び図２に加えて、図３〜図５を用いて、鋼管１，２同士を互いに溶接する方法について説明する。
図３〜図５は、本実施形態における鋼管１，２の溶接方法を示す図である。ここで、図３（ア），（イ）、図４（ア），（イ）、及び、図５（ア），（イ）は、各々が、図１のＡ−Ａ断面に対応している。
【００１７】
鋼管１，２の溶接方法では、まず、図１及び図３（ア）に示すように、鋼管１，２同士を上下に突き合わせた状態で、鋼管１の４つの辺部１ｂの下部と鋼管２の４つの辺部２ｂの上部とを４つのエレクションピース３によって仮固定する（仮固定工程）。ここでエレクションピース３が本発明の「仮固定手段」に対応する。エレクションピース３は、鋼管１，２の溶接対象領域を跨ぐように、上部が鋼管１の辺部１ｂの下部の外面に取り付けられて、下部が鋼管２の辺部２ｂの上部の外面に取り付けられる。
この後、必要に応じて、鋼管２に対する鋼管１の位置調整を行う。尚、エレクションピース３については、鋼管２に対する鋼管１の位置調整が可能なように構成されている。
【００１８】
次に、図３（イ）に示すように、４つの角溶接部１０の形成予定領域を区画するように８つのセラミック製のエンドタブ（フラックスタブ）６を鋼管１，２間の間隙に挿入することで、鋼管１，２間に８つのエンドタブ６を設置する。エンドタブ６については、形成される角溶接部１０と当接する側の表面が、鋼管１，２の周方向に対して直角となるように、鋼管１，２間に設置される。
【００１９】
そして、図３（イ）に示すように、鋼管１の４つの角部１ａの下端部と鋼管２の４つの角部２ａの上端部とを溶接することによって４つの角溶接部１０を形成する（角溶接部形成工程）。この角溶接部形成工程では、鋼管１の４つの角部１ａの下端部と鋼管２の４つの角部２ａの上端部とを、半自動溶接によって溶接する。ここで、半自動溶接とは、ワイヤーの供給が機械化された溶接を意味する（「ＪＩＳ  Ｚ  ３００１−１：２０１３  溶接用語−第１部：一般」における用語「半自動溶接」の定義を参照されたい）。本実施形態では、半自動溶接として、炭酸ガスアーク溶接（ＣＯ２溶接）が行われる。角溶接部形成工程では、いわゆる横向き溶接で、作業員により、半自動溶接が行われる。尚、角溶接部形成工程では、１つの角溶接部１０について複数回のパスで溶接する多層盛り溶接が行われる。
【００２０】
尚、前述では、エンドタブ６を鋼管１，２間に設置した後に角溶接部１０を形成しているが、角溶接部１０の形成の途中でエンドタブ６を鋼管１，２間に設置してもよい。すなわち、角溶接部形成工程が、エンドタブ６の鋼管１，２間への設置工程を含んでもよい。この場合には、まず、４つの角溶接部１０の形成予定領域のうち、裏当て材４に隣接する部分に、３パス程度の位置決め溶接を行い、次に、４つの角溶接部１０の形成予定領域を区画するように８つのエンドタブ６を鋼管１，２間の間隙に挿入することで、鋼管１，２間に８つのエンドタブ６を設置し、次に、４つの角溶接部１０の形成予定領域のうち、前述の位置決め溶接が行われていない部分を本溶接して、４つの角溶接部１０を形成してもよい。この場合においても、位置決め溶接及び本溶接は半自動溶接で行われ得る。
【００２１】
次に、図４（ア）に示すように、８つのエンドタブ６を撤去する。角溶接部１０のうち、エンドタブ６が接触していた端部１０ａについては、必要に応じて、グラインダなどの研削装置を用いて研削することで、その表面を平滑にしてもよい。
【００２２】
次に、図４（ア）に示すように、前側のエレクションピース３と後側のエレクションピース３とを鋼管１，２から撤去する（仮固定手段撤去工程）。前側のエレクションピース３と後側のエレクションピース３とを撤去した後であっても、鋼管１は、４つの角溶接部１０と左側のエレクションピース３と右側のエレクションピース３とを介して、鋼管２によってバランス良く支持され得る。
【００２３】
次に、図４（イ）に示すように、鋼管１の前側の辺部１ｂの下端部及び後側の辺部１ｂの下端部と、鋼管２の前側の辺部２ｂの上端部及び後側の辺部２ｂの上端部とを溶接することによって、前側の辺溶接部２０と後側の辺溶接部２０とを形成する（辺溶接部形成工程）。この辺溶接部形成工程では、鋼管１の前側の辺部１ｂの下端部及び後側の辺部１ｂの下端部と、鋼管２の前側の辺部２ｂの上端部及び後側の辺部２ｂの上端部とを、自動溶接によって溶接する。ここで、自動溶接とは、母材（鋼管１，２）の供給を除く操作が自動化された溶接（注記：溶接中の溶接条件の人為的調節は可能）を意味する（「ＪＩＳ  Ｚ  ３００１−１：２０１３  溶接用語−第１部：一般」における用語「自動溶接」の定義を参照されたい）。本実施形態では、自動溶接装置４０（後述する図７参照）を用いて、自動溶接が行われる。自動溶接装置４０の構成については図７を用いて後述する。辺溶接部形成工程では、いわゆる横向き溶接で、自動溶接が行われる。尚、辺溶接部形成工程では、１つの辺溶接部２０について複数回のパスで溶接する多層盛り溶接が行われる。
【００２４】
次に、図５（ア）に示すように、左側のエレクションピース３と右側のエレクションピース３とを鋼管１，２から撤去する（仮固定手段撤去工程）。左側のエレクションピース３と右側のエレクションピース３とを撤去した後であっても、鋼管１は、４つの角溶接部１０と前側の辺溶接部２０と後側の辺溶接部２０とを介して、鋼管２によってバランス良く支持され得る。
【００２５】
次に、図５（イ）に示すように、鋼管１の左側の辺部１ｂの下端部及び右側の辺部１ｂの下端部と、鋼管２の左側の辺部２ｂの上端部及び右側の辺部２ｂの上端部とを溶接することによって、左側の辺溶接部２０と右側の辺溶接部２０とを形成する（辺溶接部形成工程）。この辺溶接部形成工程では、鋼管１の左側の辺部１ｂの下端部及び右側の辺部１ｂの下端部と、鋼管２の左側の辺部２ｂの上端部及び右側の辺部２ｂの上端部とを、自動溶接によって溶接する。ここでも、自動溶接装置４０（後述する図７参照）を用いて、自動溶接が行われる。この辺溶接部形成工程においても、いわゆる横向き溶接で、自動溶接が行われる。また、この辺溶接部形成工程においても、１つの辺溶接部２０について複数回のパスで溶接する多層盛り溶接が行われる。
【００２６】
以上により、鋼管１，２の溶接対象領域に４つの角溶接部１０と４つの辺溶接部２０とが鋼管１，２の周方向に交互に連続的に形成されることにより、鋼管１，２が全周にわたって溶接される。角溶接部１０は、相対する鋼管１の角部１ａの下端部と鋼管２の角部２ａの上端部との間に形成される。辺溶接部２０は、相対する鋼管１の辺部１ｂの下端部と鋼管２の辺部２ｂの上端部との間に形成される。辺溶接部２０は、その形成過程で、隣り合う角溶接部１０と互いに接合される。
【００２７】
図６は、本実施形態の変形例における鋼管１，２の溶接方法を示す図である。ここで、図６（ア），（イ）は、それぞれ、図１のＡ−Ａ断面に対応している。
【００２８】
本変形例では、図３（イ）に示したように４つの角溶接部１０を形成した後に、図６（ア）に示すように、８つのエンドタブ６を撤去する。角溶接部１０のうち、エンドタブ６が接触していた端部１０ａについては、必要に応じて、グラインダなどの研削装置を用いて研削することで、その表面を平滑にしてもよい。
【００２９】
次に、図６（ア）に示すように、４つのエレクションピース３を鋼管１，２から撤去する（仮固定手段撤去工程）。４つのエレクションピース３を撤去した後であっても、鋼管１は、４つの角溶接部１０を介して、鋼管２によってバランス良く支持され得る。
【００３０】
次に、図６（イ）に示すように、鋼管１の４つの辺部１ｂの下端部と鋼管２の４つの辺部２ｂの上端部とを溶接することによって、４つの辺溶接部２０を形成する（辺溶接部形成工程）。この辺溶接部形成工程では、鋼管１の４つの辺部１ｂの下端部と鋼管２の４つの辺部２ｂの上端部を、自動溶接によって溶接する。ここでも、自動溶接装置４０（後述する図７参照）を用いて、自動溶接が行われる。この辺溶接部形成工程においても、いわゆる横向き溶接で、自動溶接が行われる。また、この辺溶接部形成工程においても、１つの辺溶接部２０について複数回のパスで溶接する多層盛り溶接が行われる。
【００３１】
この変形例においても、鋼管１，２の溶接対象領域に４つの角溶接部１０と４つの辺溶接部２０とが鋼管１，２の周方向に交互に連続的に形成されることにより、鋼管１，２が全周にわたって溶接される。角溶接部１０は、相対する鋼管１の角部１ａの下端部と鋼管２の角部２ａの上端部との間に形成される。辺溶接部２０は、相対する鋼管１の辺部１ｂの下端部と鋼管２の辺部２ｂの上端部との間に形成される。辺溶接部２０は、その形成過程で、隣り合う角溶接部１０と互いに接合される。
【００３２】
図７は、本実施形態における自動溶接装置４０の概略構成を示す図である。
自動溶接装置４０は、直線状に延びるレール４１と、自動溶接ロボット４２と、図示しない溶接電源装置と、図示しない溶接制御装置とを備える。
【００３３】
レール４１は、鋼管１の辺部１ｂの外面に設けられて、この外面と平行に、かつ、辺溶接部形成工程での溶接線と平行に延びている。ここで、辺溶接部形成工程での溶接線は、鋼管１の辺部１ｂの下端縁及び鋼管２の辺部２ｂの上端縁と平行に延びている。
【００３４】
自動溶接ロボット４２は、レール４１に沿って往復走行自在な走行装置４３と、走行装置４３に基端部が固定されて下方に延びる屈折自在なアーム４４と、アーム４４の先端部に設けられた溶接トーチ４５とを有する。溶接トーチ４５はガスシールドアーク溶接用の溶接トーチであり、その先端から溶接ワイヤーが送給される。
【００３５】
前述の溶接制御装置は、自動溶接ロボット４２による溶接を制御するものである。
この溶接制御装置に溶接速度の設定値が入力されると、この溶接速度の設定値となるように、走行装置４３の走行が制御される。ここで、「溶接速度」とは、単位時間あたりに溶接が進む距離であり、その単位は例えば「ｍｍ／ｍｉｎ」である。
【００３６】
前述の溶接制御装置に溶接電流の設定値及び溶接電圧の設定値が入力されると、前述の溶接電源装置から溶接トーチ４５に対して溶接電流の設定値及び溶接電圧の設定値に応じた電力が供給されて、溶接トーチ４５を通過する溶接ワイヤーに電力が供給される。
【００３７】
自動溶接ロボット４２による溶接では、前述の溶接制御装置に入力される溶接速度の設定値と、溶接電流の設定値と、溶接電圧の設定値とによって、溶着量が定まる。ここで、「溶着量」とは、単位溶接長あたりの溶着金属量（質量）であり、その単位は例えば「ｇ／ｍ」である。
【００３８】
従って、本実施形態では、自動溶接ロボット４２は、辺溶接部形成工程での溶接線に沿って往復移動可能である。また、自動溶接装置４０により、辺溶接部形成工程での横向き溶接、及び、多層盛り溶接を自動的に行うことができる。
【００３９】
図８及び図９は、本実施形態における辺溶接部２０の形成方法を示す図である。ここで、図８（ア）〜（ウ）及び図９（ア）〜（ウ）は、各々が、図４（イ）の部分Ｐに対応している。
【００４０】
本実施形態では、辺溶接部２０は、鋼管１，２の内側から外側に向かって、初層２１、中間層２２、仕上層（表層）２３という順に積層された３層構造を有している（図９（ウ）参照）。
【００４１】
辺溶接部２０の形成方法では、まず、図８（ア）及び（イ）に示すように、自動溶接装置４０を用いる自動溶接により、裏当て材４の外側面に隣接するように初層２１を形成する。
次に、図８（ウ）に示すように、自動溶接装置４０を用いる自動溶接により、初層２１の外側面に隣接するように中間層２２を形成する。
【００４２】
次に、図９（ア）に示すように、角溶接部１０のうち、仕上層２３を構成するビードの端部が被さる領域（当該ビードの端部が被さる予定の領域）に、テーパー面１１を形成する。テーパー面１１は、平面視で（すなわち、水平断面で見て）、角溶接部１０に隣り合う辺部１ｂ，２ｂに近づくほど鋼管１，２の内側に向かうように傾斜している。尚、テーパー面１１は、角溶接部１０の端部１０ａに形成される。また、テーパー面１１の形成については、角溶接部１０の形成後であって、かつ、仕上層２３の形成前であれば、任意の時期に実施可能である。テーパー面１１の形成には、例えば、グラインダなどの研削装置が用いられ得る。
【００４３】
ここで、「ビード」とは、１回のパスにより作られる、溶着金属の細長い帯を意味する。「パス」とは、溶接の際、その運行方向に沿って行う１回の溶接操作を意味する（和田稲苗、本荘恭夫、福永太郎、新井泰司、石川七男共著、「精説機械製図−三訂版−」、実教出版株式会社、１９９４年１月２５日、ｐ．２８３）。
【００４４】
次に、図９（イ）に示すように、自動溶接装置４０を用いる自動溶接により、中間層２２の外側面に隣接するように仕上層２３を形成する。この仕上層２３の形成では、仕上層２３を構成するビードの端部がテーパー面１１に被さって余盛部２３ａが形成される。
【００４５】
次に、図９（ウ）に示すように、余盛部２３ａをグラインダなどの研削装置を用いて研削して除去する。
このようにして、３層構造の辺溶接部２０が形成される。
【００４６】
図１０は、本実施形態における、辺溶接部２０の形成時のバックステップ工程５１と本溶接工程５２とを示す図である。ここで、図１０は図４（イ）の部分Ｐに対応している。
【００４７】
例えば、図１０の右側の角溶接部１０が本発明の「第１の角溶接部」に対応し、図１０の左側の角溶接部１０が本発明の「第２の角溶接部」に対応し得る。すなわち、図１０は、前述の角溶接部形成工程にて形成された右側の角溶接部１０（第１の角溶接部）と左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）との間に辺溶接部２０が形成される様子を示している。
【００４８】
尚、図１０では、辺溶接部２０を構成する中間層２２の形成時の１回のパス５０ｐ（ビード５０）とバックステップ工程５１と本溶接工程５２とを示しているが、これと同様のパス（ビード）、バックステップ工程５１、及び本溶接工程５２が、前述の仕上層２３及び／又は初層２１の形成においても含まれ得る。
【００４９】
前述の辺溶接部形成工程は、その少なくとも１回のパス５０ｐが、バックステップ工程５１と本溶接工程５２とを有する。本実施形態では、前述の辺溶接部形成工程は、そのパス５０ｐ毎に、バックステップ工程５１と本溶接工程５２とを有し得る。
バックステップ工程５１は退行工程５１ａと進行工程５１ｂとを含む。尚、図１０では、バックステップ工程５１を構成する退行工程５１ａと進行工程５１ｂとが円弧状に図示されているが、実際には、これら工程の溶接部同士が重なり合って直線状となってビード５０を構成する。
【００５０】
退行工程５１ａでは、右側の角溶接部１０の近傍の所定位置Ｓから右側の角溶接部１０に至るまで溶接を進める。この所定位置Ｓは、右側の角溶接部１０より左側の角溶接部１０側に所定距離Ｄ１離れた位置である。所定距離Ｄ１は例えば５〜１０ｍｍである。
【００５１】
進行工程５１ｂでは、退行工程５１ａに続けて、退行工程５１ａにて溶接された溶接部に重なるように、左側の角溶接部１０に向かって溶接を進める。尚、退行工程５１ａで溶接が進む方向（運行方向）と、進行工程５１ｂで溶接が進む方向（運行方向）とは、逆向きである。パス５０ｐについては、退行工程５１ａから、ビード５０の右側端部（一端部）５０ａにて折り返して、進行工程５１ｂに移行する。
【００５２】
本溶接工程５２では、進行工程５１ｂに続けて、左側の角溶接部１０に向かって溶接を進める。尚、退行工程５１ａで溶接が進む方向（運行方向）と、本溶接工程５２で溶接が進む方向（運行方向）とは、逆向きである。また、進行工程５１ｂで溶接が進む方向（運行方向）と、本溶接工程５２で溶接が進む方向（運行方向）とは、同じ向きである。
【００５３】
尚、図１０では、ビード５０の右側端部（一端部）５０ａにてバックステップ工程５１が採用されているが、これに代えて、ビード５０の左側端部（他端部）５０ｂにてバックステップ工程５１が採用されてもよい。
【００５４】
また、図１０では、退行工程５１ａでの溶接長と進行工程５１ｂでの溶接長とが同じ（所定距離Ｄ１）であるが、この他、退行工程５１ａでの溶接長と進行工程５１ｂでの溶接長とが異なっていてもよい。
【００５５】
また、図１０では、１回のパス５０ｐの開始時（ビード５０の始端側である右側端部５０ａ）にバックステップ工程５１が実施されるが、これに加えて、又は、これに代えて、１回のパス５０ｐの終了時（ビード５０の終端側である左側端部５０ｂ）にバックステップ工程が実施されてもよい。この場合には、バックステップ工程は、前述の本溶接工程５２に続けて左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）まで溶接を進める進行工程と、この進行工程にて溶接された溶接部に重なるように、左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）の近傍の所定位置に至るまで溶接を進める退行工程と、を含み得る。この所定位置は、左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）より右側の角溶接部１０（第１の角溶接部）側に所定距離離れた位置である。この所定距離は例えば５〜１０ｍｍであり得る。
【００５６】
ところで、前述の辺溶接部形成工程において、溶接の始終端はアークが安定しにくく、溶着金属が多めに発生し、横向き溶接では溶着金属が垂れる可能性がある。このため、前述の辺溶接部形成工程において、溶接の開始時及び／又は終了時に前述のバックステップ工程が採用される場合には、退行工程での溶着量と進行工程での溶着量との少なくとも一方が、本溶接工程での溶着量よりも少ないことが好ましい。
【００５７】
この横向き溶接での溶着金属の垂れを抑制するために、例えば、図１１（ア）に示す本溶接工程５２の溶接条件と、図１１（イ）に示すバックステップ工程５１の溶接条件とが、自動溶接装置４０を用いる自動溶接で設定され得る。ここにおいて、図１１（ア）及び（イ）に示す溶接条件については、クレーター溶接標準設定に関して、溶接電流が２００Ａであり、溶接電圧が２０Ｖであることが前提である。
【００５８】
図１１（ア）に示すように、本溶接工程５２の溶接条件では、初層２１の形成時に、溶接電流が２６０〜３２０Ａの範囲内であり、溶接電圧が３０〜４０Ｖの範囲内であり、溶接速度が２５０〜４５０ｍｍ／ｍｉｎの範囲内である。また、本溶接工程５２の溶接条件では、中間層２２の形成時に、溶接電流が２４０〜３２０Ａの範囲内であり、溶接電圧が３０〜４０Ｖの範囲内であり、溶接速度が３００〜５５０ｍｍ／ｍｉｎの範囲内である。また、本溶接工程５２の溶接条件では、仕上層２３の形成時に、溶接電流が２００〜３００Ａの範囲内であり、溶接電圧が２５〜３５Ｖの範囲内であり、溶接速度が５００〜８００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内である。
【００５９】
図１１（イ）に示すように、バックステップ工程５１の溶接条件では、中間層２２の形成時に、溶接電流が、本溶接工程５２の溶接条件（２４０〜３２０Ａの範囲内）の０．７〜１．０倍の範囲内であり、溶接電圧が、本溶接工程５２の溶接条件（３０〜４０Ｖの範囲内）の０．８〜１．０倍の範囲内であり、溶接速度が、本溶接工程５２の溶接条件（３００〜５５０ｍｍ／ｍｉｎの範囲内）の１．３〜１．６倍の範囲内である。また、バックステップ工程５１の溶接条件では、仕上層２３の形成時に、溶接電流が、本溶接工程５２の溶接条件（２００〜３００Ａの範囲内）の０．４〜０．７倍の範囲内であり、溶接電圧が、本溶接工程５２の溶接条件（２５〜３５Ｖの範囲内）の０．５〜０．８倍の範囲内であり、溶接速度が、本溶接工程５２の溶接条件（５００〜８００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内）の１．３〜１．６倍の範囲内である。
【００６０】
尚、図１１（ア）及び（イ）に示す例では、初層２１の形成時にバックステップ工程５１が無く、本溶接工程５２のみであるが、この他、初層２１の形成時に、バックステップ工程５１があってもよいことは言うまでもない。
【００６１】
バックステップ工程５１での溶接電流（バックステップ工程５１で設定される溶接電流）は、本溶接工程５２での溶接電流（本溶接工程５２で設定される溶接電流）以下であることが好ましい。換言すれば、バックステップ工程５１での溶接電流（バックステップ工程５１で設定される溶接電流）は、本溶接工程５２での溶接電流（本溶接工程５２で設定される溶接電流）よりも小さいか、又は、本溶接工程５２での溶接電流（本溶接工程５２で設定される溶接電流）と同等であることが好ましい。
【００６２】
バックステップ工程５１での溶接電圧（バックステップ工程５１で設定される溶接電圧）は、本溶接工程５２での溶接電圧（本溶接工程５２で設定される溶接電圧）以下であることが好ましい。換言すれば、バックステップ工程５１での溶接電圧（バックステップ工程５１で設定される溶接電圧）は、本溶接工程５２での溶接電圧（本溶接工程５２で設定される溶接電圧）よりも低いか、又は、本溶接工程５２での溶接電圧（本溶接工程５２で設定される溶接電圧）と同等であることが好ましい。
【００６３】
バックステップ工程５１での溶接速度（バックステップ工程５１で設定される溶接速度）は、本溶接工程５２での溶接速度（本溶接工程５２で設定される溶接速度）以上であることが好ましい。換言すれば、バックステップ工程５１での溶接速度（バックステップ工程５１で設定される溶接速度）は、本溶接工程５２での溶接速度（本溶接工程５２で設定される溶接速度）よりも速いか、又は、本溶接工程５２での溶接速度（本溶接工程５２で設定される溶接速度）と同等であることが好ましい。
【００６４】
尚、本実施形態では、所定位置Ｓから溶接長で２０〜３０ｍｍの間で、前述のバックステップ工程５１の溶接条件が適用され得る。
【００６５】
ところで、特許文献１は、上側の鋼管の４つの角部の下端部と下側の鋼管の４つの角部の上端部とを自動溶接によって溶接することを開示している。しかしながら、丸みが設けられた当該角部を実際に自動溶接で溶接しようとしても、溶接電流、溶接電圧、及び溶接速度などの調整が難しいので、溶接の品質が安定せず、ゆえに、実際の施工で用いることが難しかった。この点、本実施形態では、上側の鋼管１の４つの角部１ａの下端部と下側の鋼管２の４つの角部２ａの上端部とを半自動溶接によって溶接することにより、当該角部での溶接の品質を容易に安定させることができる。尚、上側の鋼管１の４つの角部１ａの下端部と下側の鋼管２の４つの角部２ａの上端部とを自動溶接によって溶接しても溶接の品質が良好となるのであれば、当該自動溶接を用いてもよいことは言うまでもない。
【００６６】
特許文献１の図６には、溶接ビードの端部をカスケード状とすることが図示されている。しかしながら、実際には、溶接の初期段階で当該端部をきれいなカスケード状にすることが難しかった。この点、本実施形態によれば、例えば、グラインダなどの研削装置を用いて角溶接部１０の端部１０ａを研削することにより、角溶接部１０の端部１０ａにテーパー面１１を形成する。これにより、簡易にテーパー面１１を形成することができる。
【００６７】
本実施形態によれば、鋼管１，２の溶接方法は、複数の角部１ａ，２ａと複数の辺部１ｂ，２ｂとを有する多角形断面の鋼管１，２同士を上下に突き合わせた状態で互いに溶接する方法である。鋼管１，２の溶接方法は、上側の鋼管１の各角部１ａの下端部と下側の鋼管２の各角部２ａの上端部とを溶接することによって複数の角溶接部１０を形成する角溶接部形成工程（図３（イ）参照）と、角溶接部形成工程の後に、上側の鋼管１の各辺部１ｂの下端部と下側の鋼管２の各辺部２ｂの上端部とを溶接することによって複数の辺溶接部２０を形成する辺溶接部形成工程（図４（イ）、図５（イ）、及び図６（イ）参照）と、を含む。辺溶接部形成工程では、上側の鋼管１の各辺部１ｂの下端部と下側の鋼管２の各辺部２ｂの上端部とを、自動溶接によって溶接する。それゆえ、例えば、複数の角溶接部１０を形成した後に、エレクションピース３などの仮固定手段を撤去し、この仮固定手段の撤去後に、複数の辺溶接部２０を形成することができる。また、エレクションピース３などの仮固定手段が撤去された後でも、下側の鋼管２が、４つの角溶接部１０を介して、上側の鋼管１をバランス良く支持することができる。
【００６８】
また本実施形態によれば、角溶接部形成工程（図３（イ）参照）では、上側の鋼管１の各角部１ａの下端部と下側の鋼管２の各角部２ａの上端部とを、半自動溶接によって溶接する。ゆえに、鋼管１，２の角部１ａ，２ａ同士を溶接するための作業員は、半自動溶接によって鋼管１，２の角部１ａ，２ａ同士を溶接した後に、次の施工場所に移動して溶接作業を行うことができ、元の施工場所に戻る必要はない。ゆえに、溶接作業を効率良く行うことができる。
【００６９】
また本実施形態によれば、辺溶接部形成工程（図４（イ）、図５（イ）、及び図６（イ）参照）では、角溶接部形成工程（図３（イ）参照）にて形成された右側の角溶接部１０（第１の角溶接部）と左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）との間に辺溶接部２０を形成する（図１０参照）。辺溶接部形成工程では、少なくとも１回のパス５０ｐが、バックステップ工程５１と本溶接工程５２とを有する。バックステップ工程５１は、右側の角溶接部１０（第１の角溶接部）の近傍の所定位置Ｓから右側の角溶接部１０（第１の角溶接部）に至るまで溶接を進める退行工程５１ａと、退行工程５１ａに続けて、退行工程５１ａにて溶接された溶接部に重なるように、左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）に向かって溶接を進める進行工程５１ｂと、を含む。本溶接工程５２では、進行工程５１ｂに続けて、左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）に向かって溶接を進める。これにより、溶接端部（例えばビード５０の右側端部５０ａ）の手前でアークを発生させて接合面位置（例えばビード５０の右側端部５０ａと右側の角溶接部１０とが接合する位置）で安定したアークによる溶込みを図ることができる。
【００７０】
また本実施形態によれば、辺溶接部形成工程（図４（イ）、図５（イ）、及び図６（イ）参照）では、角溶接部形成工程（図３（イ）参照）にて形成された右側の角溶接部１０（第１の角溶接部）と左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）との間に辺溶接部２０を形成する（図１０参照）。辺溶接部形成工程では、少なくとも１回のパス５０ｐが、バックステップ工程５１と本溶接工程５２とを有する。バックステップ工程５１は、右側の角溶接部１０（第１の角溶接部）より左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）側に所定距離Ｄ１離れた所定位置Ｓから右側の角溶接部１０（第１の角溶接部）に至るまで溶接を進める退行工程５１ａと、退行工程５１ａに続けて、退行工程５１ａにて溶接された溶接部に重なるように、左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）に向かって溶接を進める進行工程５１ｂと、を含む。本溶接工程５２では、進行工程５１ｂに続けて、左側の角溶接部１０（第２の角溶接部）に向かって溶接を進める。これにより、溶接端部（例えばビード５０の右側端部５０ａ）の手前でアークを発生させて接合面位置（例えばビード５０の右側端部５０ａと右側の角溶接部１０とが接合する位置）で安定したアークによる溶込みを図ることができる。
【００７１】
また本実施形態によれば、退行工程５１ａでの溶着量を、本溶接工程５２での溶着量よりも少なくする。これにより、横向き溶接の始端での溶着金属の垂れを抑制することができる。また、溶接盛高さの均一化を図ることができる。
【００７２】
また本実施形態によれば、進行工程５１ｂでの溶着量を、本溶接工程５２での溶着量よりも少なくする。これにより、横向き溶接の始端での溶着金属の垂れを抑制することができる。また、溶接盛高さの均一化を図ることができる。
【００７３】
また本実施形態によれば、角溶接部１０のうち、辺溶接部形成工程（図４（イ）、図５（イ）、及び図６（イ）参照）にて溶接されるビードの端部が被さる領域には、この領域に当該ビードの端部が被さるに先立って、テーパー面１１が形成される。このテーパー面１１は、角溶接部１０に隣り合う辺部１ｂ，２ｂに近づくほど鋼管１，２の内側に向かうように傾斜している。それゆえ、当該ビードの端部を角溶接部１０の端部１０ａにスムーズにのせることができる。
【００７４】
また本実施形態によれば、鋼管１，２の溶接方法は、角溶接部形成工程（図３（イ）参照）に先立って、上側の鋼管１の辺部１ｂの下部と下側の鋼管２の辺部２ｂの上部とを仮固定手段（エレクションピース３）によって仮固定する仮固定工程（図１及び図３（ア）参照）と、角溶接部形成工程（図３（イ）参照）の後であり、かつ、辺溶接部形成工程（図４（イ）、図５（イ）、及び図６（イ）参照）に先立って、仮固定手段（エレクションピース３）を上側の鋼管１及び下側の鋼管２から撤去する仮固定手段撤去工程（図４（ア）、図５（ア）、及び図６（ア）参照）と、を更に含む。それゆえ、本実施形態のように、４つの角溶接部１０を形成した後に、４つの仮固定手段（エレクションピース３）を撤去し、これら仮固定手段の撤去後に、４つの辺溶接部２０を形成することができる。また、４つの仮固定手段（エレクションピース３）が撤去された後でも、下側の鋼管２が、４つの角溶接部１０を介して、上側の鋼管１をバランス良く支持することができる。
【００７５】
また本実施形態によれば、鋼管１，２の断面形状は多角形であり、図２（ア）及び（イ）に示す例では、鋼管１，２の断面形状は四角形である。角溶接部形成工程（図３（イ）参照）では、上側の鋼管１の４つの角部１ａの各々の下端部と下側の鋼管２の４つの角部２ａの各々の上端部とを溶接することによって４つの角溶接部１０を形成する。それゆえ、４つの角溶接部１０を形成した後に、４つの仮固定手段（エレクションピース３）を撤去し、これら仮固定手段の撤去後に、４つの辺溶接部２０を形成することができる。また、４つの仮固定手段（エレクションピース３）が撤去された後でも、下側の鋼管２が、４つの角溶接部１０を介して、上側の鋼管１をバランス良く支持することができる。
【００７６】
また本実施形態によれば、角部１ａ，２ａには丸みが設けられている。このように角部１ａ，２ａに丸みが設けられていても鋼管１，２同士を効率良く溶接することができる。
また本実施形態によれば、柱１００の構築方法は、前述の鋼管１，２の溶接方法を含む。ゆえに、柱１００の構築時に鋼管１，２同士を溶接する作業を効率良く行うことができる。
【００７７】
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７８】
１，２  鋼管
１ａ，２ａ  角部
１ｂ，２ｂ  辺部
３  エレクションピース（仮固定手段）
４  裏当て材
５  テーパー面
６  エンドタブ
１０  角溶接部
１０ａ  端部
１１  テーパー面
２０  辺溶接部
２１  初層
２２  中間層
２３  仕上層（表層）
２３ａ  余盛部
４０  自動溶接装置
４１  レール
４２  自動溶接ロボット
４３  走行装置
４４  アーム
４５  溶接トーチ
５０  ビード
５０ａ  右側端部（一端部）
５０ｂ  左側端部（他端部）
５０ｐ  パス
５１  バックステップ工程
５１ａ  退行工程
５１ｂ  進行工程
５２  本溶接工程
１００  柱
【図１】
2019155409.tif 000003
【図２】
2019155409.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019155409.tif 000007
【図６】
2019155409.tif 000008
【図７】
2019155409.tif 000009
【図８】
2019155409.tif 000010
【図９】
2019155409.tif 000011
【図１０】
2019155409.tif 000012
【図１１】
2019155409.tif 000013