(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明はＴ字型開先部の頭部側部材に一定の溶け込み幅が確保出来るエレクトロスラグ溶接方法を提供する。【解決手段】Ｔ字型開先部の脚部材の両側に、切欠き部を設けた鋼製の当金部材４が、前記切欠き部が対向するように配置され、前記切欠き部はＴ字型開先部の頭部側部材に所望する溶け込み幅が得られる形状を有し、好ましくは４５°未満の角度、通常用いられるＲＧ：Ａ〜Bに対しては１５ｍｍ未満の開先深さの楔状とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔ字型開先部の脚部材の両側に、切欠き部を設けた鋼製の当金部材を、前記切欠き部が対向するように配置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方法に関し、特に溶接部の靭性が要求される建築用ボックス柱の溶接に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
高層建築に用いられるボックス柱は、スキンプレートの角継手とダイヤフラムとスキンプレートを溶接して製作され、角継手には大入熱サブマージアーク溶接が、ダイヤフラムとスキンプレートの溶接にはエレクトロスラグ溶接を用いることが一般に行われている。
【０００３】
鉄骨仕口部に対しては阪神大震災を契機とした必要靭性の見直しから、国交省／鉄鋼連盟の共同検討結果により、試験温度０℃におけるシャルピー吸収エネルギー７０Ｊとする指針が得られ、ボックス柱の溶接部に対しても同様な靭性要求が予想されている。
【０００４】
ボックス柱の場合、エレクトロスラグ溶接によるダイヤフラムとスキンプレートの溶接部において、１．ダイヤフラムが極厚鋼板となって溶接入熱が非常に大きくなる場合と、２．ダイヤフラムよりスキンプレートが数サイズ小さい薄スキンプレートの場合、今後予想される靭性要求に対して検討が必要と考えられ、大入熱ＨＡＺ靭性に優れた鋼材、溶接材料等の開発や、溶接入熱の低下が可能な溶接条件や開先形状の見直しなどが求められている。
【０００５】
例えば、特許文献１は大入熱ＨＡＺ靭性に優れた建築用鋼材に関し、基本成分組成において鋼中の硫化物粒子の数を所定の範囲内とすることにより、入熱９２０ｋＪ／ｃｍ程度の場合においても、優れた靭性が得られることを特徴としている。
【特許文献１】特開２００４−３２３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１などに代表される大入熱ＨＡＺ靭性に優れた建築用鋼材は、優れた特性を有するものの、大量に使用される建築用鋼としては若干高価で、また建築現場において鋼種数が増加することは資材管理上好ましくない。
【０００７】
また、溶接入熱の低下は溶接部靭性の向上には有効であるが、スキンプレートの溶け込み幅を減少させるので、スキンプレートと裏当金との間の未溶融部分の長さが増大し、その大きさによっては、鉄骨造柱と梁フランジの接合部を、地震時に十分な変形が得られないままに破断させ、建築物その他の構造物の耐震性が損なわれる危険性が増加する。
【０００８】
図７にエレクトロスラグ溶接部を示す。一般に、板厚ｔのスキンプレート１１０と、スキンプレート１１０とダイヤフラム１２０の間隔ＲＧ：ルートギャップにより定まる開先断面を溶接すると、溶接金属部１５０はダイヤフラム１２０、裏当金１３０及びスキンプレート１１０に溶融金属が溶け込んで形成されるが、スキンプレート１１０と裏当金１３０が接する面１１０ａと、裏当金１３０の間は溶け込みが小さい、或いは未溶融部分が残存しやすい（矢印部）。
【０００９】
ボックス柱を用いた柱梁接合部には、溶接部熱収縮に伴う力の他に、梁ウエブや梁フランジからの引張り力が作用するので、前記未溶融部分はノッチ状の空隙となり、その先端部から割れが発生し、柱梁接合部が破壊される場合がある。
【００１０】
そのため、従来、溶接速度の抑制や溶接電圧を高くとって溶接入熱を増加させ、溶け込み幅を確保していたが、溶け込み幅に対する溶接入熱の影響が小さいため、所望する溶け込み幅を得るためには著しく溶接入熱を増大させなければならず、溶接部の靭性が劣化し、ボックス柱の溶接部の破壊靭性の向上に直接貢献できなかった。
【００１１】
そこで、本発明は溶接条件によらず、Ｔ字型開先部の頭部側部材（スキンプレート）に一定の溶込み幅が確保できるエレクトロスラグ溶接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】
本発明の課題は以下の手段により達成できる。
１  Ｔ字型開先部の脚部材の両側に、切欠き部を設けた鋼製の当金部材を、前記切欠き部が対向するように配置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】
【００１３】
本発明によれば、溶接入熱を増大させずにスキンプレートにおける溶融金属の溶け込み幅を増大させることが可能なため、靭性を損なわずにノッチ状の空隙部を減少させることが可能となる。溶接部の破壊靭性が向上し、地震時などにおける柱梁接合部の安全性が向上し、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】
【００１４】
本発明はＴ字型開先のエレクトロスラグ溶接法において、その長手方向の一部が楔状となる切欠き部を設けた当金部材を用い、前記当金部材は、前記切欠き部が対向し、Ｔ字型開先の脚部部材の両側に配置され、前記切欠き部の形状はＴ字型開先の頭部部材において所望する溶け込み幅が得られることを特徴とする。以下、Ｔ字型開先部をボックス柱のダイヤフラム（Ｔ字の脚部材）とスキンプレート（Ｔ字の頭部側部材）を溶接するＴ字型開先部として説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るエレクトロスラグ溶接法の開先部の構成を示す模式図で、図において１はＴ字型開先部、２はスキンプレート、３はダイヤフラム、４はその一部に切欠部を有する当金部材を示す。
【００１６】
当金部材４はその端部に角度α（以下、当金角度α）、深さｄ（以下、開先深さｄ）からなる切欠部を有し、Ｔ字型開先部１は、スキンプレート２とダイヤフラム３がＴ字となるように配置され、当金部材４はその切欠部が対向するようにダイヤフラム３を挟むようにその両側に配置される。当金部材４は切欠部を設けたことによりその一方の先端部が楔状となっている。
【００１７】
エレクトロスラグ溶接における溶込みは、溶接速度の抑制や溶接電流の増加などによる溶接入熱の増加によらず、溶融スラグ、溶融スラグや溶融金属の対流によって確保されるので、溶融金属がダイヤフラム３と、ダイヤフラム３とスキンプレート２との間隔：ＲＧ（ルートギャップ）と前記切欠部から構成される開先の空隙部に充填されて、スキンプレートにおいて所望する溶け込み幅を得ることが可能となる。
【００１８】
図３は、当金部材に切欠部を設けた効果を示す図で、溶け込み幅に及ぼす溶接入熱の効果を示す。図において溶け込み幅は、最大溶け込み幅Ｄｍａｘとスキンプレートにおける溶け込み幅Ｄを示し、溶接入熱はＲＧにより変化させた。図４に溶接部を模式的に示す。最大溶け込み幅Ｄｍａｘは溶接金属８の最大幅で、溶け込み幅Ｄはスキンプレート面２ａにおける溶接金属８の溶け込み幅である。
【００１９】
エレクトロスラグ溶接の溶接部は、切欠部が無い当金部材を用いた場合、溶接入熱に応じて同心円状に溶け込み量が増大してゆくので、溶接入熱を増加させても、最大溶け込み幅Ｄｍａｘは増大するが、スキンプレートにおける溶け込み幅Ｄは略一定である。前述したように、スキンプレートにおける溶け込み幅Ｄを増加させるためには著しく入熱を増加させなければならず、靭性を劣化させる。
【００２０】
一方、切欠部を設けた当金部材を用いた場合は、切欠き部が無い当金部材に対し、溶接入熱が同じ場合であっても、スキンプレートにおける溶け込み幅Ｄは増大する（溶接入熱約３００ｋＪ／ｃｍの場合）。
【００２１】
当金角度αは、エレクトロスラグ溶接における溶け込みは、溶融金属と溶融スラグの対流により開先面が溶融することにより形成されるため、大きすぎると溶融スラグの対流が開先部内面の端部まで十分に届かず溶残しを生じるようになるので４５°未満とすることが好ましい。
【００２２】
また、開先深さｄは、溶け込み幅を大きくするために深いほうが好適であるが、開先断面積が大きくなると溶接入熱が増加し、溶接部の特性が劣化するようになるため、ＲＧ以下とし、通常用いられるＲＧ：Ａ〜Bに対しては１５ｍｍ未満とすることが好ましい。
【００２３】
尚、切欠部は一定以上の大きさがないと、その効果が無いため、当金角度αは５°超え、開先深さｄは３ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２４】
また、切欠部の形状は前記した三角形に限定されることなく、四角形のもの、円弧形状を含むものなどでもよいが、三角形の形状が最も加工しやすい。当金部材の材質は、現地においてガス切断などで切欠部の加工が可能なように鋼製とする。
【００２５】
本発明に係るエレクトロスラグ溶接法は非消耗式ノズル、消耗式ノズルのいずれの場合であってもその効果が得られる。但し、切欠部を設けた当金部材を用いた場合、幅の広い開先形状となるため、スラグの溶け残しが生じやすく、非消耗式ノズルの場合は、オシレート操作をすることが好ましく、消耗式ノズルの場合は、矩形断面ノズルを用いることが好ましい。
【００２６】
図２は、消耗式ノズルの場合において、矩形断面ノズル５を用いたＴ字型開先部を模式的に説明する上面図で、図において１はＴ字型継手試験体、２はスキンプレート、３はダイヤフラム、４はダイヤフラム３の両側面に取り付けられる、切欠部付き当金部材、ＲＧはルートギャップ、Ｔｎは矩形断面ノズル５の厚み、Ｗｎは矩形断面ノズル５の幅、Ｗｄはダイヤフラム３０の板厚であって、開先部の幅を示す。
【００２７】
消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接は消耗ノズルを主通電体として溶融スラグに通電し、抵抗発熱により溶接する方法であり、矩形断面とした場合、溶融スラグへの通電が矩形断面の角部から行われ、発熱点が開先部を構成する内壁に近づくためと推測されるが詳細は不明である。
【００２８】
また、消耗ノズルを矩形断面ノズル５とすると、従来の円形断面ノズルの場合に必要とされていた消耗ノズル外周部と、開先断面を形成するスキンプレート内壁と該内壁に対向するダイヤフラムの端部との空隙：ＲＧをより小さくすることが可能で、開先断面積を小さくし、溶接入熱を減少させることが可能となる。
【００２９】
消耗ノズルの断面を矩形断面とした場合、円形断面のノズルを用いて溶接する場合よりも、少ない溶接入熱であっても、溶け込み不足などの溶接欠陥が生じない。
【００３０】
矩形断面ノズルを用いる場合の好ましいＲＧ，ノズル断面形状について説明する。
【００３１】
エレクトロスラグ溶接における溶接入熱は、開先断面積により左右されるため溶接能率や溶接部の機械的特性からＲＧは狭いことが好適で、１８ｍｍ未満とすることが好ましい。
【００３２】
一方、狭すぎるとノズルが交錯して溶接に支障が生じたり、開先内壁とノズルとの間でアークが発生してノズル先端が破損するようになるので、好ましくはノズルの厚さ：Ｔｎ＋４ｍｍとする。
【００３３】
矩形断面消耗ノズルの寸法：幅Ｗｎ×厚みＴｎは、１２＜幅Ｗｎ＜ダイヤフラムの厚みＷｄ−５（ｍｍ）、５＜厚みＴｎ＜１０（ｍｍ）とすることが好ましい。
【００３４】
消耗ノズルは、通電経路としてその断面積が小さいとノズル部での発熱・溶融により溶接が不可能となる。
【００３５】
消耗ノズルの幅Ｗｎが広く、開先内壁に近づきすぎると壁との間でアークが発生して破損する。一方、幅Ｗｎは、溶接部の幅方向の溶け込み幅を確保するために必要であるため、上記範囲とすることが好ましい。
【００３６】
消耗ノズルの厚みＴｎはＲＧを小さくするために薄い方が好適であるが、内部に溶接ワイヤを通す孔が必要で、開先底部のスタート部まで確実に溶接ワイヤを届かせる必要がああることから少なくとも５ｍｍ超えとし、一方、厚すぎるとＲＧを狭くすることができなくなるため１０ｍｍ未満とすることが好ましい。
【００３７】
尚、矩形断面ノズルは、図５に示すように無垢材から幅Ｗｎ，厚みＴｎの断面形状の直方体を削りだし、中心部にワイヤ送給孔６を加工する。
【００３８】
または２枚の薄板５１，５２に切欠部を設け、溶接ワイヤ７が挿通するワイヤ送給孔６が形成されるように重ね合わせて製造することが可能である。
【００３９】
消耗ノズルとして矩形断面ノズルを用いることにより、円形断面ノズルの場合より溶接入熱を低減することが可能であるが、更に溶接ワイヤとして従来、消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接で用いられていた２．４ｍｍ径より細径のワイヤ：１．６ｍｍ径を用いるとより効果的に溶接入熱の低減が可能である。
【実施例】
【００４０】
板厚４０ｍｍのスキンプレート（ＳＰ）、板厚３６ｍｍのダイヤフラム（ＤＦ）を組み合わせてＴ字型開先部の継手を、当金角度α：５〜４５°、開先深さ８ｍｍの切欠部を設けた当金部材を用いてＲＧ：１５ｍｍで４体作成した。また、切欠部のない当金部材を用いてＲＧ：２５ｍｍで同様の試験体を１体作成した。
【００４１】
エレクトロスラグ溶接は、１．６ｍｍ径の溶接ワイヤを用い、矩形断面形状のノズルを用いて溶接電流４００Ａ，溶接電圧４２Ｖを行った。
【００４２】
表１に、開先形状、溶接条件及び溶接結果を併せて示す。当金角度αが本発明の好ましい範囲：４５°未満内であるＮｏ．１，２の本発明例（溶接入熱３００〜３１０ｋＪ／ｃｍ）は溶け込み幅が４３〜４５ｍｍで良好な品質の溶接部が得られた。
【００４３】
一方、当金角度αが４５°と本発明の好ましい範囲外であるＮｏ．３は、溶け込み幅は５０ｍｍと広いが、開先幅が広すぎてスラグ巻き込みが発生した。
【００４４】
当金角度が５°と狭いＮｏ．４は溶け込み幅が３９ｍｍと狭く、品質も不良であった。また、切欠部を設けない当金部材を用いたＮｏ．４はＲＧを２５ｍｍとし、溶接入熱も５００ｋＪ／ｃｍとしたが、溶け込み幅は３９ｍｍでの溶接入熱がより小さい本発明例と比べて狭かった。
【００４５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明例（Ｔ字型開先部の上面図）。
【図２】本発明例（矩形断面の消耗式ノズルを用いた場合のＴ字型開先部の上面図）。
【図３】溶け込み形状に及ぼす溶接入熱の影響を示す図。
【図４】図３の試験条件を説明する図。
【図５】矩形断面消耗ノズルの一例を示す図。
【図６】矩形断面消耗ノズルの他の例を示す図。
【図７】従来例（Ｔ字型開先部の上面図）。
【符号の説明】
【００４７】
１    Ｔ字型継手試験体
２    スキンプレート
２ａ  スキンプレート面
３    ダイヤフラム
４    当金部材
５    矩形断面ノズル
６    ワイヤ送給孔
７    溶接ワイヤ
８    溶接金属
５１、５２  薄板
６０  溝部
７０  溶接ワイヤ
【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】
2007061844.tif 000008
【図６】
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【図７】
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