(57)【要約】【課題】溶接棒の消費量を軽減してコストダウンを図るとともに溶接時間の短縮が可能にし、また、溶接部の入熱量の増加を抑止することで溶接部における靭性の向上及び溶接歪の低減を図り、より高い品質を期待できる箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法を提供することを目的とする。【解決手段】スキンプレート２またはダイアフラム１のうち何れか一方の側面と側面に対向する他方の端面との間に設けられた開先の両側面を裏当て板４で囲い、開先内に溶融スラグ７を介在させ、溶融スラグ７の中に溶接ワイヤー８を挿入し、溶接ワイヤー８に電流を流し、溶接ワイヤー８を溶融スラグ７の中に連続的に供給するとともに溶接ワイヤー８を上進移動させ、スキンプレート２及びダイアフラム１と溶接ワイヤー８とを溶融して行う箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法において、他方の端面の断面形状を尖形にする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱形断面柱の外面を構成するスキンプレートまたは該スキンプレートに接合されるダイアフラムのうち何れか一方の側面と該側面に対向する他方の端面との間に設けられた開先の両側面を裏当て板で囲い、前記開先内に溶融スラグを介在させ、該溶融スラグの中に溶接ワイヤーを挿入し、該溶接ワイヤーに電流を流し、前記溶接ワイヤーを前記溶融スラグの中に連続的に供給するとともに前記溶接ワイヤーを上進移動させ、前記スキンプレート及び前記ダイアフラムと前記溶接ワイヤーとを溶融して行う箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法において、
前記他方の端面の断面形状を尖形にすることを特徴とする箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚板の立向き突合せ溶接等に用いる箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鉄骨造の箱形断面柱に設けられているダイアフラムは、箱形断面柱を形成するスキンプレートに箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法によって溶接され、超高層の鉄骨造構造物には大型の鉄骨造の箱形断面柱が必要であり、大型の箱形断面柱のダイアフラムは極厚となる。
【０００３】
従来のエレクトロスラグ溶接法は、スキンプレートまたはダイアフラムのうち何れか一方の側面に他方を垂直に配置するとともに、スキンプレートまたはダイアフラムのうち何れか一方の側面と他方の端面との間に開先を設ける。前記した他方の端面は前記した一方の側面に対して平行に対向するものであり、開先形状は矩形になっている。開先の両側面を、一端が前記した一方の側面に当接する一対の裏当て板で挟み込み、裏当て板で囲われた開先の中にフラックスを溶かして溶融スラグを形成する。この溶融スラグの中に電流を通じた溶接ワイヤーを連続的に供給し、溶融スラグの抵抗熱によって、溶接ワイヤーとダイアフラムとを溶融するとともに溶接ワイヤーとスキンプレートとを溶融する。これによって、ダイアフラムとスキンプレートとの間にダイアフラム及びスキンプレートと一体化された溶接金属を形成し、ダイアフラムをスキンプレートに溶接する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−７９６７３号公報　（第３−６頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法によると以下のような問題が存在する。まず、前記した他方のスキンプレートまたはダイアフラムが極厚となると矩形の開先面積は大きくなるため、溶接ワイヤーの消費量は多量となるとともに溶接時間は長くなる。また、開先面積は大きくなり溶接金属の量が増大すると溶接歪が増加するため、溶接部の品質が悪くなる。
【０００６】
また、開先面積は拡大に起因する溶け込み不足を解消するため、溶接ワイヤー内に流れる電流を上げて溶接部の入熱量を増加させる必要がある。入熱量を増加すると、結晶粒が粗大化するとともに粒界フェライトが大きくなるため、溶接部の靭性が低下する。また、前記した一方のスキンプレートまたはダイアフラムの板厚が薄い場合に大入熱量で溶接すると、前記した一方のスキンプレートまたはダイアフラムが溶け落ちることがある。
【０００７】
さらに、溶接部の中心部に生じる脆弱部で溶接部の靭性を判定するシャルピー衝撃試験を実施する際、金属結晶の成長方向とシャルピー衝撃試験の亀裂進展方向とが一致するためシャルピー衝撃値は低下する。
【０００８】
本発明は、以上のような問題が考慮されたものであり、溶接ワイヤーの消費量を軽減してコストダウンを図るとともに溶接時間の短縮が可能な箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法を提供することを目的とする。また、溶接部の入熱量の増加を抑止することで溶接部における靭性の向上及び溶接歪の低減を図り、より高い品質を期待できる箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、箱形断面柱の外面を構成するスキンプレートまたは該スキンプレートに接合されるダイアフラムのうち何れか一方の側面と該側面に対向する他方の端面との間に設けられた開先の両側面を裏当て板で囲い、前記開先内に溶融スラグを介在させ、該溶融スラグの中に溶接ワイヤーを挿入し、該溶接ワイヤーに電流を流し、前記溶接ワイヤーを前記溶融スラグの中に連続的に供給するとともに前記溶接ワイヤーを上進移動させ、前記スキンプレート及び前記ダイアフラムと前記溶接ワイヤーとを溶融して行う箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法において、前記他方の端面の断面形状を尖形にすることを特徴としている。
【００１０】
このような特徴により、開先面積（開先面積とは、図２において、開先の上視投影断面の面積をいう。）は従来の矩形の開先に比べて２分の１から５分の２程度まで低減される。また、開先面積が低減することで、入熱量は従来の矩形の開先に比べて３分の１から４分の１程度まで低減できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第１、第２の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１２】
〈第１の実施の形態〉
本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第１の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１に示すように、ダイアフラム１は、鉄骨造の箱形断面柱を形成するスキンプレート２の側面に垂直に配置されている。ダイアフラム１は、板厚が２２ｍｍから６０ｍｍ程度の極厚の鋼板から形成されている。スキンプレート２の側面２ａと該側面２ａに対向するダイアフラム１の端面１ａとの間には、開先３が形成されている。
【００１４】
ダイアフラム１の端面１ａは、フラット面であり、開先３の水平断面においてスキンプレート２の側面２ａとダイアフラム１の端面１ａとがレ形になるように、スキンプレート２の側面２ａに対して傾斜されている。開先３の開いている方は間隔Ａが２０ｍｍから２５ｍｍ程度であり、開先３の閉じている方はスキンプレート２の側面２ａとダイアフラム１の端面１ａとが接合されているか、或いはこれに近い間隔Ｂである。
【００１５】
開先３の両側面には、矩形の裏当て板４がそれぞれ設けられている。裏当て板４の一方の端面はスキンプレート２の側面２ａに当接されており、他方の内側面はダイアフラム１の両側面に取り付けられている。開先３の閉じている方の側面には、幅の狭い裏当て板４ａが設けられ、開先３の開いている方の側面には、幅の広い裏当て板４ｂが設けられており、幅の狭い裏当て板４ａと幅の広い裏当て板４ｂが配置されている。
【００１６】
図２に示すように、裏当て板４によって塞がれた開先３の中には、凝固した溶接金属５が介在され、溶接金属５はダイアフラム１およびスキンプレート２と一体化されている。溶接金属５の上方には凝固していない溶融金属６が設けられている。溶融金属６の上方には、溶融スラグ７が設けられている。また、図１に示すように、溶接金属５の中心部には周りの溶接金属５よりも脆い脆弱部５ａが生じ、脆弱部５ａはダイアフラム１の端面１ａに平行する金属結晶から構成されている。
【００１７】
溶融スラグ７の中には、溶接ワイヤー８の一端部が挿設されている。溶接ワイヤー８は、ワイヤー状の部材であり、溶融スラグ７の上方に配置されている中空のノズル９の中に挿通され、さらに送給ローラ１０内に挿通されている。溶接ワイヤー８はノズル９に接続された一方の配線１１を介して電源１２に接続されており、この電源１２は他方の配線１３を介してダイアフラム１の側面に接続されている。
【００１８】
次に、上記した第１の実施の形態のダイアフラム１とスキンプレート２とをエレクトロスラグ溶接法によって溶接する方法について説明する。
【００１９】
図２に示すように、まず、裏当て板４によって塞がれた開先３の中に溶接ワイヤー８を挿入し、電源１３を起動させて溶接ワイヤー８のフラックスを溶かして溶融スラグ７を形成する。この溶融スラグ７の中に溶接ワイヤー８の先端を挿入し、溶融スラグ７の抵抗熱によって、溶接ワイヤー８とダイアフラム１とを溶融するとともに溶接ワイヤー８とスキンプレート２とを溶融して溶融金属６を形成する。このときの入熱量は図示せぬ制御盤によって調整し、２５０ｋｊ／ｃｍから３００ｋｊ／ｃｍ程度とする。溶融金属６は、裏当て板５によって冷却されて凝固する。溶融金属６が凝固されて溶接金属５を形成する。
【００２０】
このとき、ノズル９を上方にゆっくりと移動させるとともに、溶接ワイヤー８を送給ローラ１０によって連続的に供給する。これによって、溶接金属５は開先３の中に積層的に形成される。
【００２１】
上記した本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第１の実施の形態によれば、開先３の面積（図２において、開先３の上視投影断面の面積をいう。）は、開先３の水平断面がレ形になっているため矩形の場合よりも低減される。このため、溶接金属５の体積は少なくなり溶接ワイヤー８の消費量は低減するとともに溶接時間は短縮される。また、溶接金属５の体積は少なくなることで溶接歪は低減されるため、溶接精度が向上し品質向上が図ることが可能である。
【００２２】
また、開先３が矩形の場合に必要な入熱量は８００ｋｊ／ｃｍから１０００ｋｊ／ｃｍであるのに対して、開先３の面積が低減されることにより入熱量は低減され、開先３が矩形の場合の３分の１から４分の１程度の入熱量で施工可能となる。これによって、結晶粒が粗大化および粒界フェライトを増大を抑止することができ、溶接金属５の靭性を向上させることができる。また、スキンプレート２の板厚が薄い場合において、スキンプレート２が溶け落ちる危険は軽減される。
【００２３】
さらに、溶接金属５の中心部に生じる脆弱部５ａの金属結晶の成長方向と、溶接部の靭性を判定するシャルピー衝撃試験の亀裂進展方向とが交差するため、脆弱部５ａでのシャルピー衝撃試験によるシャルピー衝撃値は向上する。
【００２４】
〈第２の実施の形態〉
本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第２の実施の形態について説明する。なお、上記した第１の実施の形態と同一の構成要素については、第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図３に示すように、ダイアフラム１４の端面１４ａは、二つのフラット面からなり、開先３の水平断面においてスキンプレート２の側面２ａとダイアフラム１４の端面１４ａとがＫ形になるように、端面１４ａの中心軸を頂点にスキンプレート２の側面２ａに対して左右それぞれに傾斜されている。ダイアフラム１４の端面１４ａによって、開先３は二つに分割されている。開先３の側面においては間隔Ｃが２０ｍｍから２５ｍｍ程度であり、端面１４ａの中心軸においてはスキンプレート２の側面２ａとダイアフラム１４の端面１４ａとが接合されているか、或いはこれに近い間隔Ｄである。
【００２６】
図４に示すように、二つに分割された開先３の中にそれぞれ介在されている溶融スラグ７の中には、溶接ワイヤー８の一端部がそれぞれ挿設されている。溶接ワイヤー８は、溶融スラグ７の上方に配置されている二つの中空のノズル９内にそれぞれ挿通され、さらに送給ローラ１０内にそれぞれ挿通されている。二つの溶接ワイヤー８はノズル９に接続された一方の配線１１ａおよび配線１１ｂを介して電源１２にそれぞれ接続されており、この電源１２は他方の配線１３を介してダイアフラム１４に接続されている。
【００２７】
次に、上記した第２の実施の形態のダイアフラム１４とスキンプレート２とをエレクトロスラグ溶接法によって溶接する方法について説明する。
【００２８】
まず、図４に示すように、裏当て板４によって塞がれ二つに分割された開先３の中に二つの溶接ワイヤー８をそれぞれ挿入し、電源１２を起動させて溶接ワイヤー８のフラックスを溶かして溶融スラグ７をそれぞれ形成する。この溶融スラグ７の中に二つの溶接ワイヤー８の先端をそれぞれ挿入し、溶融スラグ７の抵抗熱によって、溶接ワイヤー８とダイアフラム１４とを溶融するとともに溶接ワイヤー８とスキンプレート２とを溶融して溶融金属６を形成する。
【００２９】
上記した本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第２の実施の形態によれば、二つに分割された開先３内において二つの溶接ワイヤー８で同時にそれぞれ溶接することが可能なため、入熱量は低減され靭性が向上するとともに溶接時間はさらに短縮される。
【００３０】
以上、本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第１、第２の実施の形態について説明したが、本発明は上記した第１、第２の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限り適宜変更可能である。例えば、第１、第２の実施の形態では、箱形断面柱を構成するスキンプレート２の側面にダイアフラム１を溶接する内ダイアフラムの場合について説明しているが、ダイアフラムの側面にスキンプレートの端面を対向させて溶接する通しダイアフラムの場合でもよい。
【００３１】
また、第１の実施の形態では、ダイアフラム１の端面１ａは、開先３の水平断面がレ形になるように傾斜されているフラット面であるが、図５に示すように、端面１ａを湾曲面にして開先３の水平断面がＪ型になるようにしてもよい。
【００３２】
さらに、第２の実施の形態では、ダイアフラム１４の端面１４ａは、開先３の水平断面がＫ形になるように、端面１４ａの中心軸を頂点に左右それぞれに傾斜されている二つのフラット面からなるが、図６に示すように、二つのフラット面を湾曲面に換えて、開先３の水平断面がダブルＪ型になるようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法によれば、溶接ワイヤーの消費量を軽減してコストダウンを図ることができるとともに溶接時間の短縮が可能となる。また、溶接部の入熱量の増加を抑止することで溶接部における靭性の向上及び溶接歪の低減を図り、より高い品質を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第１の実施の形態を説明する平面図である。
【図２】本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第１の実施の形態を説明する斜視図である。
【図３】本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第２の実施の形態を説明する平面図である。
【図４】本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法の第２の実施の形態を説明する斜視図である。
【図５】本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法を説明する平面図である。
【図６】本発明に係る箱形断面柱におけるダイアフラムのエレクトロスラグ溶接法を説明する平面図である。
【符号の説明】
１、１４　　ダイアフラム
１ａ、１４ａ　端面
２　　スキンプレート
２ａ　側面
３　　開先
４　　裏当て板
７　　溶融スラグ
８　　溶接ワイヤー
【図１】
2004141945.tif 000003
【図２】
2004141945.tif 000004
【図３】
2004141945.tif 000005
【図４】
2004141945.tif 000006
【図５】
2004141945.tif 000007
【図６】
2004141945.tif 000008