(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有量が０．２％〜２％の範囲内にある溶接対象の棒鋼の溶接部に溶接電流を印加する溶接工程と、
急熱状態の前記溶接部が急冷して焼入れ状態にならないように、当該溶接部に対して入熱制御を行うことにより当該溶接部を徐冷する徐冷工程とを有しており、
溶接対象の前記棒鋼は、鉄筋コンクリート製の梁あるいは柱に用いる鉄筋であり、
前記徐冷工程では、前記溶接部の溶接熱サイクルにおける１０７０Ｋ（８００℃）から７７０Ｋ（５００℃）までの間の冷却時間が少なくとも４．５秒となるように、前記入熱制御を行うことを特徴とする棒鋼の抵抗溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の棒鋼の抵抗溶接方法において、
前記徐冷工程では、徐冷後の前記溶接部の硬度がＨｖ４００未満となるように、前記入熱制御を行うことを特徴とする棒鋼の抵抗溶接方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の棒鋼の抵抗溶接方法において、
前記徐冷工程の前記入熱制御では、前記溶接部に徐冷用電流を印加することを特徴とする棒鋼の抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒鋼の抵抗溶接方法、例えば、住宅用基礎鉄筋の溶接などに用いるのに適した棒鋼のスポット溶接などの抵抗溶接方法に関する。さらに詳しくは、焼き戻し工程を必要とせずに硬度および靭性に優れた溶接部を形成することのできる棒鋼の抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接などの抵抗溶接は抵抗発熱によって金属を溶接する方法であり、溶接電流によって溶接部が急熱急冷する溶接熱サイクルを辿り溶接熱影響部が母材よりも硬い組織となる。住宅基礎鉄筋などのような炭素を含有する棒鋼では、このような急熱急冷による焼き入れ効果が得られるが、これと共に溶接部の靭性（伸び）が劣化するという弊害も併発する。鉄筋コンクリート構造は鉄筋により引張り力を負担させるものであり、靭性が劣化すると、主筋の脆性破壊が発生しやすくなり危険である。
【０００３】
そこで、従来においては、焼き入れ状態の棒鋼の溶接部に焼き戻しを行い、溶接部の硬度を低下させる代わりに所定の靭性を溶接部に付与し、棒鋼が脆性破壊を起こさないようにしている。特許文献１、２においては、主筋とあばら筋の溶接部の溶接強度が、あばら筋降伏点強度以上となるように大きな溶接電流を用いてスポット溶接を行い、溶接時間と同程度の冷却時間を置き、しかる後に溶接電流の７０％の電流を溶接部に流すことによって、溶接部の焼き戻しを行い、これによって、溶接部の靭性を確保している。
【０００４】
このような鉄筋のスポット溶接方法では、溶接部の強度を高めるために急熱急冷によって焼き入れ状態になった溶接部に焼き戻しの処理を施すことによって所望の靭性を確保するようにしている。この焼き入れ、焼き戻し技術にあっては、焼き入れからの急冷、焼き戻しからの徐冷など、生産性を制約する要素が多く、抵抗溶接の生産タクト下でこのような温度管理を実現するためには優れた技術と高度な生産管理が必要である。
【０００５】
ここで、特許文献３には、高張力鋼板の連続冷却変態曲線に基づき目標冷却曲線を事前に記憶保持し、抵抗溶接時には、高張力鋼板の溶接部の温度低下速度が、記憶保持されている目標冷却曲線に一致するように温度低下速度を制御する溶接装置および溶接方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３６５８３３号公報
【特許文献２】特開２００６−３４６７４５号公報
【特許文献３】特開２００３−２８５１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、目標冷却曲線を予め記憶保持することなく、また、焼き戻し工程を必要とせずに、硬度および靭性に優れた溶接部を形成することのできる棒鋼の抵抗溶接方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の棒鋼の抵抗溶接方法は、
炭素含有量が０．２％〜２％の範囲内にある溶接対象の棒鋼の溶接部に溶接電流を印加する溶接工程と、
急熱状態の前記溶接部が急冷して焼入れ状態にならないように、当該溶接部に対して入熱制御を行うことにより当該溶接部を徐冷する徐冷工程とを有しており、
溶接対象の前記棒鋼は、鉄筋コンクリート製の梁あるいは柱に用いる鉄筋であり、
前記徐冷工程では、前記溶接部の溶接熱サイクルにおける１０７０Ｋ（８００℃）から７７０Ｋ（５００℃）までの間の冷却時間が少なくとも４．５秒となるように、前記入熱制御を行うことを特徴としている。
【０００９】
本発明では、溶接工程の後に焼き入れのための急冷による鉄筋溶接部の組織変化を待たずに、入熱制御を行うことにより急熱状態の棒鋼溶接部を徐冷している。急熱状態の棒鋼溶接部を入熱制御により徐冷することにより、すなわち、急熱状態の溶接部が第１温度である１０７０Ｋ（８００℃）から第２温度である７７０Ｋ（５００℃）まで冷却するために要する時間を遅らせることにより、得られた溶接部に所望の強度および靭性を確保できることが確認された。したがって、本発明の方法によれば、急冷（焼き入れ）、焼き戻しの制御が不要となり、制御が容易になる。また、焼き戻し時間が不要なので、棒鋼の抵抗溶接作業の生産性も向上する。さらには、目標冷却曲線に沿って冷却速度をフィードバック制御する場合に比べて、第１温度から第２温度までの時間を管理するだけでよいので、制御管理も容易になる。
【００１１】
一般の鋼材溶接部のミクロ組織は溶接熱サイクルの約１０７０Ｋ（８００℃）から７７０Ｋ（５００℃）の冷却時間によってほぼ決まる。この物性は溶接用ＣＣＴ図（連続冷却変態図）として知られている。溶接用ＣＣＴ図から棒鋼溶接部の硬度、組織などを分析することにより、使用する棒鋼の溶接部として最も適した硬度および靭性が備わった組織状態が得られる溶接プロセスの冷却速度を推定できる。したがって、目標冷却曲線を記憶保持しなくても、上記の範囲の温度低下に要する時間幅を溶接対象の棒鋼の組成などに応じて適切に設定しておき、設定した時間幅以上となるように入熱制御を行うことにより、所望の硬度および靭性が備わった棒鋼溶接部を得ることができる。
【００１２】
本発明の棒鋼の抵抗溶接方法は、前記徐冷工程の前記入熱制御において、前記溶接部に徐冷用電流を所定の形態で印加することを特徴としている。一定値の電流をパルス状に繰り返し溶接部に加えることにより、あるいは、漸増、漸減する値の電流を溶接部に加えることにより、棒鋼溶接部が急冷しないように制御することができる。
【００１５】
本発明の棒鋼の抵抗溶接方法は鉄筋コンクリート製の梁あるいは柱に用いる鉄筋に用いる。例えば、住宅用基礎鉄筋として用いる主筋とあばら筋の溶接に用いるのに適している。
【００１６】
溶接用ＣＣＴ図および本発明者等の実験により、１０７０Ｋから７７０Ｋまでの冷却に少なくとも約４．５秒を要する冷却速度となるように入熱制御を行うことにより、所望の硬度および靭性が備わった鉄筋溶接部が得られることを確認した。
【００１７】
また、徐冷後の前記溶接部の硬度がＨｖ４００未満となるように、前記入熱制御を行うことにより、所望の靭性を備えた鉄筋溶接部が得られることを確認した。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の棒鋼の抵抗溶接方法によれば、溶接電流印加後の急冷（焼き入れ）による溶接部組織の変化を待つ必要がなく、また、焼き入れ後の焼き戻し工程も不要になる。したがって、焼き入れに起因する鉄筋溶接部の特性劣化を抑制でき、生産管理も容易になり、また、焼き戻し時間が不要になるので棒鋼の溶接作業の生産性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した棒鋼の抵抗溶接方法の実施の形態を説明する。
【００２０】
本発明者等は、図１に示すように、基礎鉄筋として一般的に用いられている主筋１（Ｄ２２：ＳＤ３４５）とあばら筋２（Ｄ１０：ＳＤ２０５Ａ）のスポット溶接実験を行った。溶接工程では溶接電流として１１０００Ａのパルス状のものを用いた。徐冷工程では、溶接電流印加後における鉄筋溶接部３における溶接部表面温度が８００℃から５００℃になるまでの冷却時間を４．５秒（サンプル１）、２．８秒（サンプル２）および１．９秒（サンプル３）となるように入熱制御を行った。各サンプル１、２および３について、鉄筋溶接部３における網目状の領域における硬度測定と、主筋の引張り試験を行った。
【００２１】
図２（ａ）は本発明の方法を採用したサンプル１についての溶接部表面温度の変化を示すグラフであり、図２（ｂ）は引張り試験の結果を示す写真であり、図３は硬度測定の結果を示す硬さ分布図である。引張り試験の結果、鉄筋溶接部３は健全であり、延性破断面が観測された。また、硬度測定の結果、硬度の最大値はＨｖ３５０未満であることが確認され、硬度の平均値はＨｖ２９０程度であった。
【００２２】
図４（ａ）はサンプル２についての溶接部表面温度の変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は引張り試験の結果を示す写真であり、図５は硬度測定の結果を示す硬さ分布図である。引張り試験の結果、脆性破壊および延性破壊の中間の性状を呈する破断面が観測された。硬度測定の結果、硬度の最大値はＨｖ４００〜４２５の範囲にあることが確認され、硬度の平均値はＨｖ４００程度であった。
【００２３】
図６（ａ）はサンプル３についての溶接部表面温度の変化を示すグラフであり、図６（ｂ）は引張り試験の結果を示す写真であり、図７は硬度測定の結果を示す硬さ分布図である。引張り試験の結果、鉄筋溶接部３において脆性破断面が観測された。すなわち、破断面には脆性破壊面特有のシェブロンパターンが確認された。硬度測定の結果、硬度の最大値はＨｖ５００に近い限界硬度であり、硬度の平均値もＨｖ５００に近いことが確認された。
【００２４】
［実験例１］
図８は、上記のサンプル１と同一の主筋およびあばら筋をスポット溶接した場合における実験データを示す説明図である。溶接電流は１１０００Ａとし、実験例１−１においては徐冷工程における８００℃から５００℃までに要する冷却時間Δｔ８／５を３．６秒とし、１０個のサンプルについて実験した。実験例１−２においては冷却時間Δｔ８／５を６．８秒として同じく１０個のサンプルについて実験した。実験例１−２が本発明の方法によるものである。
【００２５】
［実験例２］
図９は、上記のサンプル１と同一の主筋およびあばら筋をスポット溶接した場合における実験データを示す説明図である。溶接電流は１３３００Ａとし、実験例２−１においては徐冷工程における８００℃から５００℃までに要する冷却時間Δｔ８／５を３．５秒とし、１０個のサンプルについて実験した。実験例２−２においては冷却時間Δｔ８／５を４．０秒として同じく１０個のサンプルについて実験した。実験例２−３においては冷却時間Δｔ８／５を５．２秒とし同じく１０個のサンプルについて実験した。実験例２−３が本発明の方法によるものである。
【００２６】
（その他の実施の形態）
上記の各例は鉄筋コンクリート構造に用いられる鉄筋のスポット溶接についてのものであるが、本発明は、炭素含有量が０．２％〜２％の範囲内の低合金鋼かなる棒鋼の抵抗溶接方法として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】主筋とあばら筋のスポット溶接部分を示す説明図である。
【図２】（ａ）は本発明の方法を採用したサンプル１についての溶接部表面温度の変化を示すグラフであり、（ｂ）はサンプル１についての引張り試験の結果を示す写真である。
【図３】サンプル１の硬度測定の結果を示す硬さ分布図である。
【図４】（ａ）はサンプル２についての溶接部表面温度の変化を示すグラフであり、（ｂ）はサンプル２についての引張り試験の結果を示す写真である。
【図５】サンプル２の硬度測定の結果を示す硬さ分布図である。
【図６】（ａ）はサンプル３についての溶接部表面温度の変化を示すグラフであり、（ｂ）はサンプル３についての引張り試験の結果を示す写真である。
【図７】サンプル３の硬度測定の結果を示す硬さ分布図である。
【図８】主筋およびあばら筋をスポット溶接した実験例１における実験データを示す説明図である。
【図９】主筋およびあばら筋をスポット溶接した実験例２における実験データを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    主筋
２    あばら筋
３    鉄筋溶接部
【図１】
0005270928.tif 000002
【図２】
0005270928.tif 000003
【図３】
0005270928.tif 000004
【図４】
0005270928.tif 000005
【図５】
0005270928.tif 000006
【図６】
0005270928.tif 000007
【図７】
0005270928.tif 000008
【図８】
0005270928.tif 000009
【図９】
0005270928.tif 000010