(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部の降伏点、引張強さおよび衝撃値の少なくとも一つに対して、入熱量とパス間温度を説明変数とする推定式を構築し、溶接部の要求性能に応じた入熱量とパス間温度の組み合わせを合理的に設定することを特徴とする鉄骨の溶接方法。
【請求項２】
前記溶接を炭酸ガス半自動溶接法により行うことを特徴とする請求項１記載の鉄骨の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築、土木工事等における鉄骨の溶接方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
阪神大震災では鉄骨造を含む全ての構造物に多大な被害が発生した。鉄骨造の被害の多くは、工場製作されたスカラップ部からの破壊と現場溶接部分からの破壊に大別される。この対策としてノンスカラップ工法が開発・推奨されるとともに、溶接施工条件として入熱量とパス間温度を規定化する動きが見られる。
【０００３】
これを図１により説明する。図１は、炭酸ガス半自動溶接法による鉄骨溶接方法を説明するための図であり、図１（Ａ）は、柱鉄骨と梁鉄骨の水平断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の側面図、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図１（Ｄ）は図１（Ｃ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【０００４】
柱鉄骨１には支持フランジ２が設けられ、支持フランジ２に梁鉄骨３がボルト２ａにより仮組み立てされる。梁鉄骨３は、垂直部材３ａの上下に水平部材３ｂ、３ｃを有する断面Ｈ形状のＨ型鋼からなり、水平部材３ｂ、３ｃの上端と柱鉄骨１間に溶接部４が形成される。溶接は、炭酸ガス半自動溶接機から自動的に供給される溶接ワイヤ５を、図１（Ａ）に示すように、一端から他端まで移動させる工程を複数回（図の例では６回）繰り返すことにより、溶接部４が積層されていく。
【０００５】
上記の溶接方法において、入熱量とは、溶接ワイヤ５を溶融させるための熱量であり、溶接ワイヤ５に供給される電流、電圧および溶接速度の積によって決定され、また、パス間温度とは、今回溶接する箇所（前回の溶接が終わり再び戻ってきた箇所）の直前の温度である。ところで、溶接部４に要求される品質性能は、降伏点、引張強さおよび衝撃値であるが、これらの値は、入熱量およびパス間温度に反比例し、入熱量およびパス間温度が高くなると溶接部の品質性能が低下してしまう。そこで、日本建築学会の鉄骨工事技術指針（以下、ＡＩＪ技術指針という）では、入熱量として４０KJ／cm以下、パス間温度として３５０℃以下を管理目標値として設定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＡＩＪ技術指針の管理目標値は、溶接部の品質性能に対する入熱量とパス間温度の上限値をそれぞれ単独に規定したもので、必ずしも合理的な規定値となっていないのが実状であり、このため、実工事ではパス間温度が低下するまでの待ち時間が長くなり施工能率が低下するという問題を有し、特に、柱鉄骨１と梁鉄骨３との溶接においては、図１（Ｃ）に示すように、下部の水平部材３ｃが垂直部材３ａにより二分されているため、下部の水平部材３ｃの溶接時間は上部の水平部材３ｂのそれよりも短く、従ってパス間温度が高くなり、パス間温度の管理に時間を要するという問題を有している。また、これを解決するために高い入熱量およびパス間温度に耐える高品質溶接ワイヤの使用を余儀なくされ、コストが増大するという問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、施工能率を高めるとともに、溶接コストを低減させることができる鉄骨の溶接方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の鉄骨の溶接方法は、溶接部の降伏点、引張強さおよび衝撃値の少なくとも一つに対して、入熱量とパス間温度を説明変数とする推定式を構築し、溶接部の要求性能に応じた入熱量とパス間温度の組み合わせを合理的に設定することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本発明においては、溶接部の品質性能は、入熱量とパス間温度のそれぞれ上限値により単独に規定されるものではなく、溶接部の品質性能は入熱量とパス間温度の上限値に相関的に規定されるものと推定し、以下にこれを実証したものである。
【００１０】
先ず、鉄骨の溶接部に要求される品質・性能として、降伏点(Yp)、引張強さ（Ts）、溶接部の衝撃値（Cd）の３項目とした。溶接部の降伏点、引張強さおよび衝撃値に対して、入熱量の最大値（Hmax）とパス間温度の最大値（Pmax）は単独ではなく互いに関連して影響する因子として位置づける。なお、入熱量とパス間温度は多パス溶接におけるそれぞれの最大値とする。
【００１１】
そして、溶接部の実験結果を重回帰分析し、溶接部の降伏点、引張強さおよび衝撃値に対して、入熱量（Hmax）とパス間温度（Pmax）を説明変数とするそれぞれの推定式を構築した。なお、ａ、ｂ、ｃは係数である。
【００１２】
Yp（Ts、Cd）＝a・Pmax＋b・Hmax＋ｃ
図２は、溶接材料メーカ、ワイヤの種類毎に重回帰分析を行った結果を示し、溶接部の要求性能として取り上げた降伏点、引張強さおよび衝撃値（目的変数）は、何れも入熱量（Hmax）とパス間温度（Pmax）を説明変数とする重回帰式により表すことができる。ただし、この推定式は化学成分の違いから、溶接材料メーカ、ワイヤの種類毎に構築する必要がある。降伏点および引張強さの重相関係数は、Ｒ＝０．９３９６〜０．９８７０の範囲にあり、両者の相関関係は極めて高いと言える。また、溶着金属部の衝撃値の推定式では、Ｒ＝０．５８１０と相関関係の低いものもあるが、総じて引張強さ等の結果と同様である。構築した各推定式により算出した降伏点(Yp)、引張強さ（Ts）、衝撃値（Cd）と実強度との差異すなわち推定誤差は平均でー１６．３〜５．０、標準偏差で１〜１６．９であり、本推定式の実用性は十分にあり、また何れの推定誤差も入熱量やパス間温度の大小に左右される傾向は見られない。さらに、図１に示す標準回帰係数から、各推定式の目的変数に対して入熱量よりもパス間温度の方が若干重みを持つ傾向にあると言える。
【００１３】
図３は、図２におけるＡ社の溶接ワイヤYGW１１の回帰分析結果を示し、縦軸は、構築した推定式に試験体製作時の溶接入熱量とパス間温度を入力して算出した、降伏点(Yp)、引張強さ（Ts）、衝撃値（Cd）を示し、横軸は、その溶接試験体の機械試験で得た実際の降伏点(Yp)、引張強さ（Ts）、衝撃値（Cd）を示している。これによれば、推定式による算出値と実際の値との間に相関が強くあり実用性が十分にあると判定される。
【００１４】
図４〜図６は、溶接ワイヤの種類毎に構築した推定式をもとに所要要求性能（降伏点、引張強さ、衝撃値）を満足する入熱量（Hmax）とパス間温度（Pmax）の関係を示す図（以下、PH線図という）である。図中、Yp1、Ts1、Cd1はＪＩＳによる要求性能レベルの下限値を示し、要求レベルを５％毎にアップさせて示し、また、ＡＩＪ技術指針の管理目標値と選択範囲も併せて示している。
【００１５】
各PH線図から要求性能を満足する入熱量（Hmax）とパス間温度（Pmax）の組み合わせが種々存在することが明らかであり、要求性能レベルに応じた入熱量とパス間温度の組み合わせの選択が可能となる。ただし、入熱量は１５〜５０KJ／cmの範囲が溶接可能な条件である。したがって、入熱量またはパス間温度の何れかをある値以下にすれば、他方の溶接条件はＡＩＪ技術指針で示される規定値にこだわらなくても、所要性能を十分に確保することができる。例えば、図４において、要求レベルYp1で入熱量を３０KJ／cmに設定した場合、最大パス間温度は、ＡＩＪ技術指針の３５０℃をはるかに越えて５００℃以下に設定することができる。この場合、溶接部の最大パス間温度がその値を越えないような条件の場合には、パス間温度の測定を省略することも可能である。
【００１６】
図７は、本発明により実施される溶接工程の１例を示すフロー図である。先ず、溶接部の要求性能の設定を行う。これは、降伏点、引張強さ、衝撃値の何れかを重視するかによって決める。次いで、入熱量の設定を行い、この設定された入熱量に対応する最大パス間温度を図４〜図６のPH線図から求め、以後、パス間温度を測定して設定された最大パス間温度を超えないように溶接を行う。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態に炭酸ガス半自動溶接法に適用した例について説明したが、通常のアーク溶接にも適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、要求性能に応じた入熱量とパス間温度の組み合わせを合理的に選択することができ、ＡＩＪ技術指針の規定値を越える範囲まで適用範囲を拡大することができ、待ち時間のない現場溶接施工を可能とし、また、高価な溶接材料の無駄な使用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭酸ガス半自動溶接法による鉄骨溶接方法を説明するための図であり、図１（Ａ）は、柱鉄骨と梁鉄骨の水平断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の側面図、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図１（Ｄ）は図１（Ｃ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の鉄骨の溶接方法の１実施形態を説明するための図であり、溶接材料メーカ、ワイヤの種類毎に重回帰分析を行った結果を示す図である。
【図３】図２におけるＡ社のYGW１１の回帰分析結果を示す図である。
【図４】所要要求性能（降伏点）を満足する入熱量とパス間温度の関係を示す図である。
【図５】所要要求性能（引張強さ）を満足する入熱量とパス間温度の関係を示す図である。
【図６】所要要求性能（衝撃値）を満足する入熱量とパス間温度の関係を示す図である。
【図７】本発明により実施される溶接工程の１例を示すフロー図である。
【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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【図７】
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