(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒鋼の端部と被溶接材間の溶接ギャップの周りを粉粒体フラックスで包囲した状態で、通電により棒鋼端部から被溶接材へ発生するアークによって棒鋼端部を加熱溶融して被溶接材の表面上に所定量の溶融池を生成させた後、棒鋼端部を溶融池に押し込んで溶接するサブマージアークプレス溶接方法において、前記棒鋼は、ＪＩＳ規格で規定されたＳＤ３４５鉄筋又はＳＤ３９０鉄筋の降伏点強さを有し、その成分が、質量％で、
Ｃ：０．１〜０．３％、
Ｓｉ：０．１〜０．４％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｖ：０．０５〜０．３％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、かつ、Ｐ及びＳの合計量を０．０３％以下に規制するとともに、下記の式のＣ当量が０．５〜０．８を満足することを特徴とする溶接部品質に優れた高強度鉄筋のサブマージアークプレス溶接方法。
Ｃ当量（％）＝[％Ｃ]＋[％Ｓｉ]／７＋[％Ｍｎ]／５＋[％Ｖ]
【請求項２】
前記棒鋼の降伏点強さが３９０ＭＰａ以上、引張り強さが５６０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶接部品質に優れた高強度鉄筋のサブマージアークプレス溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に建築、土木分野の鋼構造物や鉄筋コンクリート構造物の溶接に適用されるサブマージアークプレス溶接方法に関し、特に、高強度の鉄筋を溶接する際の溶接品質に優れた高強度鉄筋のサブマージアークプレス溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年建築、土木分野において構造物の大型化に伴い、構造物に使用される鉄筋の太径化、高強度化が進展している。そのため、これらの太径高強度の鉄筋を溶接して構造物の建造に際して、溶接部の安定した品質で能率良く溶接する方法が求められている。
【０００３】
従来の鉄筋溶接方法に関しては、例えば特開昭５４−１３７４５１号公報に開示されているような鉄筋と被溶接材との溶接ギャップ（溶接部）を円筒形の裏当て材で包囲して、裏当て材上部開口部から溶接材料によって手溶接もしくは半自動溶接するエンクローズアーク溶接法が知られている。
【０００４】
エンクローズアーク溶接法においては、溶接部の溶接金属は、溶接材料を適宜選択して成分調整して溶接部品質を制御することが可能であるため、一般的にＪＩＳ規格でＳＤ３９０（降伏点３９０ＭＰａ以上）の鉄筋までの高強度鉄筋の溶接に適用されている。しかしながら、この溶接方法は、棒鋼を水平に配置して被溶接材面との溶接ギャップ（溶接部）を円筒形の裏当て材で包囲して、上部開口部から溶接材料で溶接する方法であり、鉛直に配置したされたアンカー鉄筋や基礎杭等と定着板や端板等を溶接するような場合には、溶接姿勢が横向きになるため溶融金属が流れやすくなり溶接部の品質を確保できない。
【０００５】
一方、アンカー鉄筋と定着板を溶接する等の鉛直に配置された鉄筋と被溶接材を溶接する方法としては、特開昭４１−７６８５９号公報等で開示されているようなサブマージアークプレス溶接法が知られている。
【０００６】
サブマージアークプレス溶接法は、鉄筋径が３２ｍｍ程度の比較的太径の鉄筋にも適用できる溶接方法であり、図１に示すように鉄筋１の端部と被溶接材の鋼板６間の溶接ギャップ部を粉粒体フラックス３とフラックスホルダー４で包囲した状態で、交流溶接電源７から電源ケーブルにより鉄筋１に溶接電流を流して、前記溶接ギャップ間に溶接アーク２を発生させながら鉄筋１の端部を加熱溶融させ、所定時間経過した後、被溶接材上に生成した溶接金属（溶融池）５に棒鋼を押し込むことにより溶接する方法である。
【０００７】
このようにサブマージアークプレス溶接方法では、鉄筋等の鋼材自体が溶接材料の代わりとなるため、溶接部（溶接金属）の品質は鉄筋等の鋼材成分に大きく影響される。一方、従来の建築、土木分野のＪＩＳ規格で規定された鉄筋はこれらの溶接品質を考慮した成分設計になっていなかったため、これらの従来型の鉄筋を用いて溶接を行うと、溶接部の機械的特性が著しく低下するという問題があった。
【０００８】
この傾向は、近年の鉄筋の高強度化とともに強くなる。例えば、従来型のＳＤ３９０鉄筋（降伏点３９０ＭＰａ以上、引張り強さ５６０ＭＰａ以上）を用いてサブマージアークプレス溶接を行った場合、溶接部の引張り試験において、溶接金属中央部から破断することとなり、特に、高強度鉄筋を溶接する際に溶接部の強度低下が問題であった。このため、従来のサブマージアークプレス溶接においては、溶接部の品質を確保するために、ＳＤ２９５（降伏点２９５ＭＰａ以上、引張り強さ４９０ＭＰａ以上）の強度レベルの鉄筋に適用を規制せざるを得なかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来技術の問題に鑑み、ＳＤ３４５鉄筋（降伏点３４５ＭＰａ以上、引張り強さ４９０ＭＰａ以上）レベル以上の高強度鉄筋をサブマージアークプレス溶接する場合においても良好な溶接品質が得られる高強度鉄筋のサブマージアークプレス溶接を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、その要旨とするところは、以下の通りである。
（１）棒鋼の端部と被溶接材間の溶接ギャップの周りを粉粒体フラックスで包囲した状態で、通電により棒鋼端部から被溶接材へ発生するアークによって棒鋼端部を加熱溶融して被溶接材の表面上に所定量の溶融池を生成させた後、棒鋼端部を溶融池に押し込んで溶接するサブマージアークプレス溶接方法において、前記棒鋼は、ＪＩＳ規格で規定されたＳＤ３４５鉄筋又はＳＤ３９０鉄筋の降伏点強さを有し、その成分が、質量％で、
Ｃ：０．１〜０．３％、
Ｓｉ：０．１〜０．４％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｖ：０．０５〜０．３％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、かつ、Ｐ及びＳの合計量を０．０３％以下に規制するとともに、下記の式のＣ当量が０．５〜０．８を満足することを特徴とする溶接部品質に優れた高強度鉄筋のサブマージアークプレス溶接方法。
Ｃ当量（％）＝[％Ｃ]＋[％Ｓｉ]／７＋[％Ｍｎ]／５＋[％Ｖ]
（２）前記棒鋼の降伏点強さが３９０ＭＰａ以上、引張り強さが５６０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶接部品質に優れた高強度鉄筋のサブマージアークプレス溶接方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のサブマージアークプレス溶接方法に用いる高強度鉄筋は、ＳＤ３４５鉄筋（降伏点３４５ＭＰａ以上、引張り強さ４９０ＭＰａ以上）レベル以上の高強度を有するものであり、その成分としては、経済性の観点から特殊な成分元素を用いずに、一般的な成分系であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｖを含有し、鉄筋母材及び溶接熱影響部の強度等の品質と溶接金属の品質を確保するために、それらの含有量及び炭素当量、さらには、Ｐ及びＳの含有量を以下のように規定するものである。なお、以下に示される成分含有量及びＣ当量の％は、質量％を意味する。
【００１２】
図３は、鉄筋母材の炭素当量とその降伏点強度の関係を示す。図３に示すように鉄筋母材のＣ当量により、鉄筋母材の強度を調整することができ、例えば、ＪＩＳ規格でＳＤ３４５鉄筋の降伏点強度１１を得るためには、Ｃ当量を０．５以上とし、またＪＩＳ規格でＳＤ３９０鉄筋の降伏点強度１２を得るためには、０．６以上とすることによって鉄筋母材の強度を確保できる。
【００１３】
ここで、本発明のＣ当量は、下式で定義する。
Ｃ当量（％）＝[％Ｃ]＋[％Ｓｉ]／７＋[％Ｍｎ]／５＋[％Ｖ]
【００１４】
本発明では、ＪＩＳ規格でＳＤ３４５鉄筋の降伏点強度：３４５ＭＰａ以上の強度を得るために溶接に使用する棒鋼のＣ当量を０．５以上に規定する必要がある。
【００１５】
また、本発明者らは、ＳＤ３９０鉄筋（降伏点３９０ＭＰａ以上、引張り強さ５６０ＭＰａ以上）レベル以上の高強度鉄筋をサブマージアークプレス溶接法により溶接した際の溶接部について詳細な検討をした結果、図２に示すように、溶接時に鉄筋が加熱溶融して生成する溶接金属５の鉄筋端面および鋼板側のそれぞれから発生するデンドライト１０の突き合わせ凝固部９に微細な高温割れが生成し、この高温割れが鉄筋母材に含有する不純物成分であるＰとＳの合計量に起因することが判った。
【００１６】
図４は、図３に示すように鉄筋母材の強度と良い相関性をもつＣ当量と、鉄筋母材中のＰとＳの合計量との関係及び、それらの溶接試験片の引張り試験結果を示す。図４に示すように鉄筋母材中のＰとＳの合計量が０．０３％を超える場合には、図２に示すような溶接金属中央部に微細な高温割れが発生するため溶接金属中央部から破断することが判った。また、Ｃ当量が０．８％を超えるような高強度鉄筋では、高温割れに起因する溶接金属部での破断は発生しないが、鉄筋母材の溶接熱影響部（ＨＡＺ）からの脆性破断が発生することが明らかとなった。以上の知見から本発明は、ブマージアークプレス溶接後に溶接金属中央部に微細な高温割れが発生し、溶接金属中央部から破断することを防止するためにＰとＳの合計量を０．０３％以下に規定する。
【００１７】
また、本発明では、図３からＳＤ３４５鉄筋（降伏点３４５ＭＰａ以上）レベル以上の鉄筋強度を得るために、鉄筋母材成分のＣ当量の下限を０．５％とするが、図４に示す鉄筋母材の溶接熱影響部（ＨＡＺ）からの脆性破断が発生させないようにＣ当量の上限を０．８と規定する。
【００１８】
また、本発明の基本成分であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｖの限定理由は以下のとおりである。
Ｃ：Ｃは強度を向上させる成分であり、０．１％未満の低Ｃ量では鉄筋の強度が不足し、０．３％超のＣ含有量では溶接金属及び溶接熱影響部の靱性が劣化するとともに高温割れが発生しやすくなる。よって本発明では、Ｃ含有量を０．１％以上０．３％以下とする。溶接金属の硬化及び高温割れの防止の観点からは、そのＣ含有量は低い方が好ましい。
【００１９】
Ｓｉ：Ｓｉは脱酸剤及び強化元素として添加されるが、０．１％未満ではその効果が十分でなく、一方多量のＳｉは鉄筋の圧接時の欠陥となる。よってその含有量を０．１％以上０．４％以下とした。
【００２０】
Ｍｎ：Ｍｎは鉄筋の強度を向上する有用な元素であるが０．５％未満ではその効果が無く、２．０％超の添加は溶接金属の硬化及びブローホールの発生を助長するため、その含有量を０．５％以上２．０％以下とした。
【００２１】
Ｖ：Ｖは鉄筋の強度を向上する有用な元素であるが０．０５％未満ではその効果が十分でなく、０．３％超の添加は溶接金属の硬化を助長するため、その含有量を０．０５％以上０．３％以下とした。
【００２２】
【実施例】
以下に実施例に基づいて本発明の効果を説明する。
鉄筋は、転炉で溶製した１５０ｍｍ角のスラブを１１５０℃に加熱した後、熱間圧延し直径３２ｍｍ（Ｄ３２）の異形棒鋼とした。実施例に用いた鉄筋の成分を表１に示す。Ｎｏ．１及びはＮｏ．２は、本発明例であり、各々ＳＤ３４５、ＳＤ３９０に相当し、すべての成分が本発明範囲内である。また、 Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５は、比較例であり、Ｎｏ．３はＳＤ３９０に相当し、Ｓｉ、Ｖ、Ｐ及びＳの合計量が本発明範囲から外れた例、Ｎｏ．４はＣ含有量及びＣ当量が本発明範囲より低い例、Ｎｏ．５はＣ含有量及びＣ当量が本発明範囲より高い例である。
【００２３】
【表１】
0003940249.tif 000002
【００２４】
上記成分の鉄筋を用いて板厚２２ｍｍ、ＳＭ４９０材へのサブマージアークプレス溶接を行った。溶接電流は１０００Ａで溶接時間は２０秒とした。また、溶接部の周囲を包囲する粉粒体フラックスは表２の成分とした。表３に本発明例および比較例の溶接部の引張り試験結果を示す。
【００２５】
【表２】
0003940249.tif 000003
【００２６】
【表３】
0003940249.tif 000004
【００２７】
Ｎｏ．３の鉄筋は、強度は確保できているが、特にＰ及びＳの合計量が高いために溶接金属中央部に高温割れが発生し、溶接金属部から破断した。
Ｎｏ．４の鉄筋は、溶接金属部からの破断はなかったが、Ｃ当量が低いために強度不足している。
Ｎｏ．５の鉄筋は、Ｃ当量が高いために鉄筋母材の溶接熱影響部から破断してしまった。
【００２８】
一方、本発明の鉄筋は、ＳＤ３４５の規格強度（降伏点３４５ＭＰａ、引張強さ４９０ＭＰａ）以上ならびにＳＤ３９０の規格強度（降伏点３９０ＭＰａ、引張強さ５６０ＭＰａ）以上の強度を満足し、かつ溶接金属の高温割れの発生を防止でき、鉄筋母材からの破断であった。
【００２９】
以上から本発明により、サブマージアークプレス溶接時において、ＳＤ３４５の規格強度（降伏点３４５ＭＰａ、引張強さ４９０ＭＰａ）以上の強度を維持しつつ、溶接金属部の高温割れの発生がなく良好な品質の溶接部を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、サブマージアークプレス溶接において、ＳＤ３４５の規格強度（降伏点３４５ＭＰａ、引張強さ４９０ＭＰａ）以上の強度を確保しつつ、溶接金属部の高温割れの発生がなく良好な品質の溶接部を得ることができるため、建材、土木分野の構造物の高強度化及び鉄筋・溶接部の信頼性向上のニーズに充分応えられるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】サブマージアークプレス溶接の概略を示す図
【図２】サブマージアークプレス溶接部の断面を示す図
【図３】鉄筋母材のＣ当量と降伏点強度の関係を示す図
【図４】Ｃ当量およびＰ、Ｓ量の異なる鉄筋における溶接部の破断状況を示す図
【符号の説明】
１    鉄筋
２    溶接アーク
３    粉粒体フラックス
４    フラックスホルダー
５    鉄筋が溶けることによって生成された溶融金属
６    鋼板
７    溶接電源
８    電源ケーブル
９    突き合わせ凝固部
１０    デンドライトの成長方向
１１    ＳＤ３４５材の規格降伏点
１２    ＳＤ３９０材の規格降伏点
【図１】
0003940249.tif 000005
【図２】
0003940249.tif 000006
【図３】
0003940249.tif 000007
【図４】
0003940249.tif 000008