(57)【要約】【課題】ブームの軽量化や剛性向上が図れるブームを提供し、作業工程が少なくてすむブームおよびその溶接方法を提供する。【解決手段】上鋼板１と下鋼板２を溶接ブームであって、上鋼板１と下鋼板２の端縁同士の突合せ接合部分が、アーク溶接Ａが先行しレーザー溶接Ｒが後行するハイブリッド溶接で溶接されており、アーク溶接Ａでは、上鋼板１と下鋼板２の突合せ表面部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えており、レーザー溶接Ｒでは、溶融金属と両方の母材を接合部の深さ方向に溶け込ませ、上鋼板１と下鋼板２の端面同士が裏当て金を用いることなく溶接されている。裏当て金を用いないことと、上下鋼板１，２に発生する捩れや歪みが少ないことから、多段入れ子式のブームの寸法差を小さくでき、先端側のブームの断面寸法を大きくできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面Ｕ字状に曲げ加工した長尺の高張力鋼板である上鋼板と、当該上鋼板よりも大きな曲げ半径で断面Ｕ字状に曲げ加工し前記上鋼板よりも板厚が厚い長尺の高張力鋼板である下鋼板を、それぞれ端面で溶接して断面筒形に形成したブームであって、
前記上鋼板と前記下鋼板の端縁同士の突合せ接合部分が、アーク溶接が先行しレーザー溶接が後行するハイブリッド溶接で溶接されており、
先行する前記アーク溶接では、前記上鋼板と前記下鋼板の突合せ表面部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えており、
後行する前記レーザー溶接では、溶融金属と両方の母材を接合部の深さ方向に溶け込ませている、
前記上鋼板と前記下鋼板の端面同士が裏当て金を用いることなく溶接されている
ことを特徴とするブーム。
【請求項２】
断面Ｕ字状に曲げ加工した長尺の高張力鋼板である上鋼板と、当該上鋼板よりも大きな曲げ半径で断面Ｕ字状に曲げ加工し前記上鋼板よりも板厚が厚い長尺の高張力鋼板である下鋼板を、それぞれ端面で溶接して断面筒型のブームを製作する溶接方法であって、
前記上鋼板と前記下鋼板の端縁同士の突合せ接合部分が、裏当て金を用いることなく、アーク溶接が先行しレーザー溶接が後行するハイブリッド溶接で溶接され、
先行する前記アーク溶接では、前記上鋼板と前記下鋼板の突合せ表面部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加え、
後行する前記レーザー溶接で溶融金属と両方の母材を接合部の深さ方向に溶け込ませる
ことを特徴とするブームの溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブームおよびその溶接方法に関する。さらに詳しくは、クレーン車や高所作業車、橋梁点検車の構成部品であるブームと、その溶接による製作技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
クレーン車や高所作業車、橋梁点検車の構成部品であるブームは、揚程を高くするため多段のブームに構成され、内蔵している油圧シリンダ等により伸縮可能に構成されるのが一般的である。各段のブームは、長尺鋼板で中空断面に形成された筒形の鋼板構造物であり、その長手方向の長さは数ｍから１０ｍ位のものがある。そして、基端側のブームに中段のブームや先端のブームが順に入れ子状態に挿入されている。
【０００３】
上記のような鋼板製のブームは、従来より長尺鋼板を溶接により接合して構成されている。
そして、座屈強度を高めたり、使用材料に高張力鋼板の使用が可能となったことから、断面四角形の従来構造から、断面五角形などの多角形構造を経て、近年では上部が角型で下部が円弧状に湾曲した湾曲構造のブームが採用されるに至っている。
しかしながら、いずれの形状のブームであっても、長尺鋼板を溶接により接合する構造であることに変わりはない。
【０００４】
ところで、特許文献１の従来技術は、ブームを構成する２枚の鋼板、すなわち断面コ形の右側部材と左側部材を上下の接合部で溶接するものであるが、溶接するために鋼板の突合せ継手の裏側に裏当て金を当てて溶接している。この裏当て金を当てるのは溶接接合の信頼性を高めるためと説明されている。
【０００５】
従来このような裏当て金が必要であった理由を図５に基づき説明する。
図５の（Ａ）は、断面Ｕ字形の上鋼板１と断面Ｕ字形の下鋼板２を、端縁で溶接して筒形に構成するブームを示している。
上下の鋼板１，２は、平板状の鋼板をプレスで曲げ加工して断面Ｕ字形に成形したものであるが、曲げ加工時に生じるスプリングバックや加工歪による変形が端縁形状にも表われる。このため、端縁は一直線にはならず、ブームの幅方向でも微妙なズレが生じ、ブームの上下方向での端縁位置も変位があり、これらのズレや変位がブームの長手方向に連続して発生する。したがって、上鋼板１の端縁と下鋼板２の端縁を図示のように突合せても、その突合せ面には隙間ｇの寸法が大小に変動しながら続いていく。
【０００６】
このような性状のあることから、図５の（Ｂ）に示すように、上鋼板１の端面には開先ｇｖをレ型やＶ形にとり、溶接には溶着金属ｗの量を大きくできるアーク溶接が用いられている。アーク溶接は溶接棒あるいは溶接ワイヤ等の溶加材を用いることから溶着金属の増量が可能なので、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えて突合せ部分に溶着金属を肉盛りできるから、隙間ｇが多少大きくても溶接が可能だからである。
【０００７】
とはいっても、上下鋼板の突合せ部分の隙間ｇが大きすぎたり、溶込み量を多くしようとすると母材が裏面まで溶ける吹き抜けが発生することを意味し、溶接強度は弱くなってしまう。一方、吹き抜けを防止しようとして溶け込みが不足すると、溶融接合部分が少ないことを意味するので、やはり溶接強度は弱くなってしまう。
このような不都合を防止するため、溶接部分の裏側には裏当て金101を当てて、充分な溶け込みを確保しつつ溶接部の吹き抜けを防止していたのである。
【０００８】
しかるに、アーク溶接によりブームを製作する従来技術では、つぎのような問題があった。
（１）アーク溶接は入熱が大きいため、ブームに溶接歪が発生し、ブームに捩れや歪変形が発生する。このため、溶接作業の前にブーム材を拘束する作業が必要となったり、それでも歪は発生するので、溶接後に歪取りを行う矯正作業が必要となる。このような理由で製造工数が多くなるという欠点がある。
【０００９】
（２）既述のごとくブーム側壁の内面には裏当て金があり、かつ製作後のブームの上下面や両側面には矯正しきれなかった歪が残っているので、入れ子式の多段ブームに構成する場合は、各段ブーム間の寸法差を大きくとる必要がある。すなわち、図６に示すように、基端ブームＢ１と中間ブームＢ２の間の寸法差Ｄ１も、中間ブームＢ２と先端ブームＢ３の間の寸法差Ｄ２も大きくなる。
この場合、先端側のブームほど断面寸法が小さくなる傾向が強いので充分な強度を確保しにくくなる。逆に先端側のブームに充分な強度を与えようとすると、基端側のブームの断面寸法が大きくなるので、鋼材量を多く使いブーム重量も増え、クレーンの吊上げ性能が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2003-312996号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記事情に鑑み、ブームの軽量化や剛性向上が図れるブームを提供することを目的とする。また、溶接前の拘束作業や溶接後の矯正作業等の作業工程が少なくてすむブーム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】
【００１２】
第１発明のブームは、断面Ｕ字状に曲げ加工した長尺の高張力鋼板である上鋼板と、当該上鋼板よりも大きな曲げ半径で断面Ｕ字状に曲げ加工し前記上鋼板よりも板厚が厚い長尺の高張力鋼板である下鋼板を、それぞれ端面で溶接して断面筒形に形成したブームであって、前記上鋼板と前記下鋼板の端縁同士の突合せ接合部分が、アーク溶接が先行しレーザー溶接が後行するハイブリッド溶接で溶接されており、先行する前記アーク溶接では、前記上鋼板と前記下鋼板の突合せ表面部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えており、後行する前記レーザー溶接では、溶融金属と両方の母材を接合部の深さ方向に溶け込ませている前記上鋼板と前記下鋼板の端面同士が裏当て金を用いることなく溶接されていることを特徴とする。
第２発明のブームの溶接方法は、断面Ｕ字状に曲げ加工した長尺の高張力鋼板である上鋼板と、当該上鋼板よりも大きな曲げ半径で断面Ｕ字状に曲げ加工し前記上鋼板よりも板厚が厚い長尺の高張力鋼板である下鋼板を、それぞれ端面で溶接して断面筒型のブームを製作する溶接方法であって、前記上鋼板と前記下鋼板の端縁同士の突合せ接合部分が、裏当て金を用いることなく、アーク溶接が先行しレーザー溶接が後行するハイブリッド溶接で溶接され、先行する前記アーク溶接では、前記上鋼板と前記下鋼板の突合せ表面部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加え、後行する前記レーザー溶接で溶融金属と両方の母材を接合部の深さ方向に溶け込ませることを特徴とする。
【００１３】
第１発明および第２発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）溶加材を使用する溶接方法により上下鋼板の突合せ接合部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えると、たとえ隙間が大きい接合部であっても両方の母材間を溶着金属でつなぐことができる。次いでレーザ溶接Ｒで加熱すれば、溶融金属と両方の母材を接合部の深さ方向に溶け込ませることができる。このため、隙間が大きくなっている突合せ接合部であっても確実に溶接により接合することができる。
ｂ）溶加材を用いる溶接では表面部を溶融させることでよいので使用熱量は少なくてすみ、レーザ溶接は元々入熱が少ない溶接法なので、溶接後のブームに捩れや歪が生じにくい。したがって、溶接前のブームの拘束作業や溶接後の矯正作業を削減することができる。
ｃ）レーザ溶接はビームの指向制御が容易なので、溶接部の吹き抜けが生じにくく、熱影響範囲を極めて小さくして溶接ができる。このため、裏当て金を用いる必要もない。この裏当て金を用いないことと、上下鋼板に発生する捩れや歪みが少ないことから、多段入れ子式のブームの寸法差を小さくできるので、先端側のブームの断面寸法を大きくし剛性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）は本発明が適用されるブームの部分斜視図、（Ｂ）は本発明の溶接法の説明図である。
【図２】本発明で用いられるハイブリッド溶接法における二形態の説明図である。
【図３】本発明のハイブリッド溶接法による溶接断面の説明図である。
【図４】本発明に係る多段式ブームの一例の断面図である。
【図５】従来の溶接法の説明図であって、（Ａ）はブームの斜視図、（Ｂ）はアーク溶接による溶接断面の説明図である。
【図６】従来の溶接法で作成された多段式ブームの一例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の溶接法で製作されるブームは、クレーンや高所作業車、橋梁点検車などに用いられる長尺の鋼板製筒状構造物であり、作業時には大きな曲げ負荷が作用する部材である。
このブームの材料は、一般的には高張力鋼板が主に使用される板材であって、厚さが４〜１２ｍｍ程度の中厚鋼板が用いられる。自動車用薄板鋼板は厚さが0.6〜６ｍｍ位であり、種々の用途に用いられる厚板鋼板は厚さが６〜150ｍｍ位であるが、それらの中間位の厚さの鋼板が用いられる点が特徴である。
【００１６】
本発明は種々の断面形状のブームに適用できるが、以下では図１に示す湾曲断面のブームに係る実施形態について説明する。
図１の（Ａ）に示すブームは断面Ｕ字状に曲げ加工した長尺鋼板である上鋼板１と下鋼板２を、それぞれの端縁で突合せている。裏当て金は全く用いていない。その理由は後述する。
上鋼板１と下鋼板２は曲げ加工されて断面Ｕ字状に形成されているが、このように曲げ加工された鋼板はスプリングバックが生じたり、曲げ加工時に生じた歪によって、突合せ端縁は綺麗に揃っていない。このため、端縁同士が接触している部分もあるが隙間ｇが生じている部分もある。隙間ｇの大きさは各位で変動するが、大きな部分は４〜５ｍｍ位に達する。
【００１７】
上記のような突合せ部分を溶接するのに、本発明では図１（Ｂ）に示すように、溶加材を用いる溶接法Ａとレーザ溶接Ｒからなるハイブリッド溶接Ｈを用いる。溶接機の配置順序は、溶接方向において溶加材を用いる溶接機Ａが先行し、レーザ溶接機Ｒが後行する位置関係となるが、その理由は後述する。
【００１８】
図２に示すように、溶加材を用いる溶接法Ａとしては、アーク溶接ａ１のほかホットワイヤ供給溶接ａ２などがある。アーク溶接機ａ１は、ノズル１１の中に、電極ワイヤ１２を送給ローラ１３で送り込み、ノズル１１からはシールドガスを噴出させる公知の溶接機である。アーク溶接ａ１には、消耗電極式ガスシールドアーク溶接法、ノンガスシールドアーク溶接法、ディグ溶接法などがある。
ホットワイヤ供給溶接機ａ２は、ノズル１１の中に電極ワイヤ１２を送給ローラ１３で送り込む点は、アーク溶接機ａ１と同様であるが、アークを出さない点で異なっている。これも公知の溶接機である。
【００１９】
アーク溶接機ａ１やホットワイヤ供給溶接機ａ２は、溶加材としての電極ワイヤ１２を用いるものであり、溶接中に電極ワイヤ１２の溶融金属を母材由来の溶融金属に加え、溶着金属を肉盛りできる点に特徴がある。また溶加材の溶融量を母材の溶融とは独立に制御できる特徴がある。本発明では、この肉盛りできる溶融金属を隙間ｇの埋め込み等に使う点が特徴である。
【００２０】
レーザ溶接機Ｒは、レーザ光の収束ビームを熱源とし、高エネルギー密度を有している。溶融特性は非常に狭くて深い溶融部が得られ、かつビームの指向制御が容易という特徴がある。また、アーク溶接のような大きな電流を流さないので、母材への入熱が少なくてすむという利点がある。
【００２１】
本発明の溶接方法は、上記２種類の溶接方法を組み合わせたハイブリッド方式にあり、
図１（Ｂ）や図２に示すように、溶加材を用いるアーク溶接ａ１やホットワイヤ供給溶接ａ２を先行させて溶接を行い、その直後の溶融金属が固化する前にレーザー溶接Ｒを行うものである。
【００２２】
上記ハイブリット溶接Ｈの利点は、つぎのとおりである。
（１）溶加材を使用するアーク溶接ａ１やホットワイヤ供給溶接ａ２で鋼板の突合せ接合部を溶融して、母材の溶融金属量に溶加材の溶融金属量を加えると、たとえ隙間が大きい接合部であっても両方の母材間を溶着金属でつなぐことができる。次いでレーザ溶接Ｒで加熱すれば、溶融金属と両方の母材を接合部の深さ方向に溶け込ませることができる。このため、隙間が大きくなっている突合せ接合部であっても確実に溶接により接合することができる。図３に基づき溶接断面を説明すると、ｍ１はアーク溶接ａ１による肉盛り部分であり、ｍ２はレーザ溶接Ｒによる深い溶け込み部分である。このように、表面部に肉盛りした溶融金属ｍ１をレーザ光によって狭い範囲で縦深方向に押し込むことが可能なので、表面部をアーク溶接で、深さ方向の溶け込みをレーザー溶接Ｒで分担させることで、確実な溶接が行えるのである。
【００２３】
（２）上記のように、アーク溶接ａ１は表面部を溶融させることでよいので使用熱量は少なくてすみ、レーザ溶接Ｒは元々入熱が少ない溶接法なので、溶接後のブームに捩れや歪が生じにくい。したがって、溶接前のブームの拘束作業や溶接後の矯正作業を削減することができる。
（３）レーザ溶接Ｒはビームの指向制御が容易なので、溶接部の吹き抜けが生じにくく、熱影響範囲を極めて小さくして溶接ができる。このため、裏当て金を用いる必要もない。この裏当て金を用いないことと、上下鋼板１，２に発生する捩れや歪みが少ないことから、多段入れ子式のブームの寸法差を小さくできるので、先端側のブームの断面寸法を大きくし剛性を向上させることができる。
【００２４】
本発明の溶接法で製造されたブームの一例を図４に示す。
図４から明らかなように、基端ブームＢ１と中間ブームＢ２との間の寸法差Ｄ１も、中間ブームＢ２と先端ブームＢ３の間の寸法差Ｄ２も小さくなる。この場合、図６の従来構造と比べてみると、基端ブームＢ１の寸法が同じとすれば、中間ブームＢ２や先端ブームＢ３の寸法を大きくできることを意味する。したがって、ブームの剛性を向上させることができる。
換言すれば、先端ブームＢ３に所望の強度を発揮する寸法を与えた場合、中間ブームＢ２や基端ブームＢ１を必要以上に大きくしなくてよいので、ブームの軽量化を図ることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１      上鋼板
２      鋼板
Ａ      溶接機
ａ１    アーク溶接
ａ２    ホットワイヤ溶接
Ｈ      ハイブリッド溶接
Ｒ      レーザ溶接
【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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