JPH02241677A - 条材の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、建設現場等の現場作業で行われる鉄筋・管・
棒鋼・形鋼等の条材の接合作業に際して、簡便に作業す
ることが出来、また短時間で確実な接合品質を得ること
の出来る、拡散接合を適用する条材の接合方法に関する
ものである。

（従来の技術） 従来より、鉄筋・管・棒鋼・形鋼等の条材の接合方法と
しては、ガス圧接法やアーク溶接法が用いられているが
、鉄筋の接合においては主としてガス圧接法が広く用い
られている。

ガス圧接法は接合面を突き合わせた後、加熱しながら加
圧する工程を数回繰り返し、接合部が十分なふくらみを
持つ形状にすることにより接合する方法である。

そのため、（社団法人）日本圧接協会の「鉄筋のガス圧
接工事標準仕様書」においても、鉄筋の接合部のふくら
み形状については、接合部直径は鉄筋径の１．４−１．
６倍、接合部の長手方向のふくらみ長さは鉄筋径の１．
２−１．５倍と十分なふくらみを得るような接合条件を
規定している。

しかし、このガス圧接法では下記のような欠点がある。

（ｉ）十分なふくらみを持った接合部形状を得るために
、作業者が接合中の形状を目視にて監視し、鉄筋の加熱
温度や加圧するタイミングを経験に基づいて決定してい
た。そのため、作業に熟練度を要し、また作業条件が一
定しないため接合部の品質が安定しない。

（ｉｉ）接合部のふくらみが大きいために、接合部の肩
部に応力集中が起こり、疲労強度が低下する。

また、コンクリートに埋め込んだ後、接合部の肩部の応
力集中により、接合部周囲のコンクリートにひび割れが
発生する。

上述したガス圧接法において問題となった、接合部の形
状により応力集中が起こりコンクリート打設硬化後のひ
び割れ等が起こる問題に対する改良方法として、特開昭
６２−９７８５号公報や特開昭６２−１６８７２号公報
にて開示された鉄筋の接合方法がある。

前者の改良方法は、接合部同士を直接接合するのではな
く、接合部端面間に接合用金属片を挿入し、加熱後、径
方向に加圧する方法であり、後者は、接合端面間に粉粒
状の接合金属を充填し、加熱後、径方向に加圧する方法
である。

これらの方法では、鉄筋に径方向の加圧力を加えること
、すなわち鉄筋に軸方向の加圧力を加えないことにより
、接合部のふくらみが過大とならないため、接合部に応
力集中が発生せず、コンクリートのひび割れが起こらな
いとしている。

しかし、これらの方法でも下記の欠点を有している。

（ｉ）装置が、加熱される鉄筋および接合用金属と近接
、あるいは接触しているため、装置が高温となる問題が
あり、耐熱材料を用いる等の対策が必要である。

（ｉｉ　）鉄筋の接合部だけではなく、接合用金属をも
溶かす必要があり、高温で長時間の加熱が必要である。

（ｉｉｉ）加熱温度を抑えるため低融点金属材料を用い
る場合には、接合部は異種金属である低融点金属材料と
の接合部となるため、接合強度、曲げ強度および疲労強
度等が低下するという問題がある。

また、本出願人は、特開昭６２−９７７８４号公報に「
連結体により結合された一対のクランプ機構により、イ
ンサート材を挟んだ２本の被接合管を挟持し、この状態
で、前記被接合管のその突き合わせ部近傍を加熱する」
ことから成り、優れた溶接品質を容易に得ることができ
、また施工能率向上に大きく寄与する手段を提供した。

（発明が解決しようとする課Ｈ） この手段によれば、簡易・安価な装置で条材の溶接を行
うことができ、高温での長時間加熱が不要であって、十
分な溶接部強度を確保することができる。したがって、
上記の（ｉ）ないしく　１ｉｉ）に示した問題を解決す
ることができる。

しかし上記の！１！案に対しても、−層の溶接部品質の
向上すなわち接合部形状の改善および作業能率の向上す
なわち溶接時間の短縮化が求められており、簡便な装置
・方法で接合部の形状をさらに改善し接合部品質が安定
することにより十分な接合強度を確保でき、さらに接合
時間を一層短縮できる条材の接合方法が望まれていたの
である。

ここに本発明の目的は、簡便な装置・方法で接合部の形
状を改善し、接合部品質が安定することにより十分な接
合部強度を確保でき、さらに接合時間を短縮できる条材
の接合方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記課題を解決するため種々検討を重ねた
結果、 ■前記インサート材の接合面に初期荷重を付加する、ま
た ■前記初期荷重付加後に接合部近傍の加熱を行い、該加
熱中に被溶接材に複数回の加圧を行うことにより、未接
合部が減少し、また接合面の酸化皮膜が破壊・除去され
るために、より良好な溶接部品質を短時間で得ることが
できることを知見して、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、条材を接合する
に際し、（ｉ）条材の接合面の間にインサート材を挟持
し、（ｉ）　該接合面に対して、条材の軸方向に初期荷
重を付加して前記インサート材にひずみを付与し、その
後に（ｉｉｉ　）加熱下で、接合部近傍を前記条材の軸
方向に１回または２回以上加圧することにより拡散接合
させることを特徴とする条材の接合方法である。

本発明において条材としては、鉄筋・管・棒鋼・形鋼等
があるが、接合する面でインサート材を挟持し、接合出
来る条材であれば良い。

インサート材としては、拡散接合の時間を短縮させるた
め、また接合後の接合部に酸化物が残存することによる
品質劣化を防止するため、非晶質金属等の低融点材料が
望ましい。

インサート材の接合面への挟持方法としては、箔を条材
間に挟み込む方法や、接合面に予めスポット溶接で固定
する方法、あるいは接合面に粉末状の非晶質金属を溶射
しておく方法等がある。

さらに、接合面への一定の初期荷重付加は、荷重を付加
せずにインサート材を単に挟み込むことを目的として行
うものではなく、積極的に接合面に荷重を加え、インサ
ート材にひずみを与えることが目的であり、１００〜１
２００ｋｇｆ／−程度の荷重を与えることが望ましい、
さらに望ましくは２００〜８００　ｋｇｆ７ｃｍ’の範
囲である。

また、加熱中に１回または２回以上の加圧を行う場合の
圧力は２００　ｋｇｆ／ｃｍ”以上であることが望まし
い。

加熱方法としては、高周波加熱コイルを用いる方法やガ
ス加熱による方法等があり、いずれの場合も加熱装置を
小型化出来るため、現場での接合作業は容易である。

接合雰囲気については、高周波加熱の場合は、真空下、
アルゴン、窒素、ヘリウム等の非酸化性雰囲気とするこ
とが望ましい、また、ガス加熱の場合には、強還元炎を
用いて還元性雰囲気にすることが望ましい。

また、拡散接合時間はインサート材の厚さに大きく依存
する。接合後、接合面にインサート材の詭い合金層が残
存しないようにするには、厚さは１００ミクロン以下と
することが望ましい。

接合面への荷重付加手段としては、条材の挟持装置の中
に油圧等のジヤツキを組み込む手段がある。

（作用） 本発明の接合方法によれば、インサート材を挿入した接
合面に対して、条材の軸方向に一定の初期荷重を付加し
、その後に加熱下で接合部近傍を前記条材の軸方向に１
回または２回以上加圧することにより、接合面の表面の
凹凸による間隙を無くし、さらにインサート材の酸化膜
を破壊しながらインサート材を溶融させ液相拡散接合を
短時間で行うことができる。

インサート材を用い、接合面に初期荷重を付加すること
に゛より、接合面の表面の凹凸によって接合部に発生す
る欠陥を防止出来る。また、接合面に溶融したインサー
ト材が均一に濡れるため、インサート材中の元素の拡散
により、母材組織と同一な接合部組織が全接合面につい
て容易に得られるため、品質の安定した、良好な接合強
度を有する接合部を得ることが出来る。

また、加熱中に１回または２回以上の加圧を行うことに
より未接合部が減少し、接合面の酸化皮膜が破壊・除去
されるため、さらに良好な接合部品質が短時間で得られ
る。

さらに、液相拡散による接合のため、ガス圧接のように
接合強度確保のための大きな加圧変形は必要としない。

すなわち、初期加圧は短時間でよく、そのため、ガス圧
接のように過大なふくらみを持つ接合部形状とはならず
、接合部の応力集中による疲労強度の低下、およびコン
クリート打設硬化後のひび割れをも防止することが出来
る。

なお本発明にかかる方法により、鉄筋を接合した際の、
接合面にかかる荷重の変化および接合部の鉄筋表面温度
の実測値を％５図に示す、第５図の例における接合条件
は、第１表に示す、なお、インサート材としては、Ｆｅ
系アモルファスである。

（実施例） 以下、本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する
。

第１図は本発明の原理を示す略式説明図である。

連結体１とへγド２とに固定して接続されたクランブ機
構３により、被接合材４は接合面にインサート材５を挟
持した状態で突き合わされる。ヘッド２はジヤツキ６に
より、連結体１に沿って移動することにより接合面に対
して、被接合材４の軸方向に荷重を付加する。

さらに、接合部に加熱装置７を置き、接合部近傍を加熱
することにより拡散接合を行う。

第２（ａ）図および第２山フ図には、加熱方法として高
周波加熱コイル７１を用いた装置の例を示すが、第２（
ａ）図は正面図、第２（ｂ）図は側面図である。この装
置は、クランプ機構３が被接合材４の外径に合った大型
に作ってあり、固定ボルト８とビン９とにより被接合材
４を固定することができるようになっている。さらに連
結体１には、油圧ジヤツキ６にて与えられた接合面にか
かる荷重を測定するためにロードセル１１を設けである
。なお接合荷重の測定方法としては、油圧ジヤツキ６の
油圧力を直接測定し、接合荷重を管理する方法もある。

また、図示例では加熱装置として高周波加熱コイル７１
を接合部に置き、シールボックス１０でコイルを含む接
合部近傍を囲み、アルゴン、窒素等の不活性ガスでシー
ルドすることにより、非酸化性の雰囲気で拡散接合を行
う。

一方、第３（ａ）図および第３（ｂ）図には、加熱方法
としてガス加熱を用いた装置の例を示すが、第３ｔａ＋
図は正面図、第３（ｂ）図は側面図である０条材の保持
機構は第２（ａ）図、第２（ｂ）図と同一であるが、加
熱装置としてリングバーナー７２を接合部に置き、強還
元炎にて還元性雰囲気とし拡散接合を行う。

この装置を用いた接合作業を実施例に基づいて説明する
。

まず、被接合材４となる鉄筋をクランプ機構３にセット
し、接合面上にインサート材５として非晶質金属体を挟
み込み、鉄筋をクランプ機構３の固定ボルト８を締めつ
けることにより固定した。

ここで用いた鉄筋およびインサート材は、第２表に示す
ものである。

第２表 ２５ミクロン厚の非晶質金属材を挟み込んだ鉄筋の接合
面に対して、鉄筋の軸方向に６００ｋｇｆ／ｃｄの荷重
がかかるように、油圧ジャンキロによりヘッド２を移動
させて、初期荷重を付加した。荷重の大きさはロードセ
ルにより測定し、コントロールした。

この初期荷重の付加と同時に、接合部上に設けられたリ
ングバーナー７２を用い、強還元炎ガスにより接合部近
傍を１２００〜１２５０℃に加熱した。

そしてこの加熱中に、被接合材に複数回の加圧を行った
０本実施例においては、加熱中の加圧は合計２回実施し
、１回目は加熱開始してから５秒後に加圧スタートし、
約３０秒間加圧した。また２回目の加圧は加熱開始後４
０秒後から加熱完了までの５秒間に実施した。いずれの
加圧も接合面に３００ｋｇｆ／ｃｍ”の荷重がかかるよ
うに油圧ジヤツキを調整することにより行った。

この実施例は加熱中に２回加圧したが、加圧の回数は隙
間等のない突合せ状態が得られれば１回であってもよく
、また接合部が大きくならない範囲であれば３回以上の
加圧を行っても構わないことは言うまでもない、なお、
１回目加圧と最終加圧（本実施例の条件では２回目加圧
に相当する）の加圧条件は第３表に示す範囲が望ましい
。

第３表 （注）＊：加熱開始後の経過時間を示す。

４５秒間の加熱後、リングバーナー７２を接合部がら、
遠ざけるか、ガス供給を中止することにより、接合部の
温度は低下し接合応力は急激に低下する。

その後、クランプ機構３のボルト８を緩めて鉄筋を装置
より取り外す。

一方、加熱方法として高周波加熱コイルを用いる場合は
、接合部近傍に設けたシールボックスに非酸化性ガスを
吹き込み、非酸化性雰囲気とした後、高周波加熱コイル
に通電することにより接合部近傍は加熱される。そして
一定時間の通電後、通電を中止することにより接合部の
温度は低下する。

以上が鉄筋での接合の実施例であるが、加熱温度はイン
サート材として用いる非晶質金属材の組成により融点が
変わるため一定ではないが、通常用いられる非晶質金属
材では８００〜１３００℃程度である。

一方、接合面に付加する初期応力および加熱時間につい
ても、被接合材の種類、成分や接合面の表面粗さおよび
インサート材等により拡散接合の条件が変わってくる。

また接合強度を確保した上に接合部のふくらみを極力小
さくする必要があるために条件が決められる。

以上のようにして行った本発明者らによる試験の結果を
第４表および第５表に示す、さらに第６表には本試験に
おける接合時間を示す、加熱はリングバーナを用い、加
熱中の加圧は２回行った。

加圧力、加圧時間、加圧のタイミングは第４表にまとめ
て示す。

その後、ＪＩＳ　Ｇ３１１２鉄筋コンクリート用棒鋼に
規定された引張試験方法に従い接合部を含む引張試験片
にて引張試験を行った。引張試験の結果、および接合後
の接合部の寸法を測定した結果も合わせて第４表に示す
。

なお、比較材として従来法であるガス圧接法により得た
試料の試験を行ったので、その結果も合わせて記載した
。

第５表 第６表 これらの結果より、本発明方法により得られた接合部は
、ＪＩＳ　Ｇ３１１２５Ｄ３５に規定された引張試験値
を十分に満足し、破断はいずれも母材で生じていること
から母材以上の十分なる接合強度を有することが分かっ
た。また接合部形状については、第４図に模式的に示す
ように、鉄筋径をｄ、接合部径をＤ、接合部の長平方向
のふくらみ長さをＬとすると、第４表に示した実験結果
より、接合部のふくらみは従来法（ガス圧接法）に比べ
小さいことが分かる。

なお、ここで決定された条件は第１表に示した材料を用
いた場合であり、被接合材、インサート材が変われば、
接合条件が変わることは言うまでもない。

また、第５表にその結果を示すように、丸棒の曲げ試験
を行ったところ、本発明法では１２本すべてが曲げ開度
１８０°まで曲がり、接合部は十分な曲げ延性を有して
いることが明らかとなった。

さらに、第６表に示すように本発明法によれば接合時間
は４５秒であり、ガス圧接法（６０〜７５秒）に比べて
著しい接合時間の短縮が計れた。

なお、本発明方法を適用する被接合材として、実施例で
は鉄筋を用いて説明したが、それに限定されるものでは
なく、管状の条材、棒鋼、形鋼等にも適用されるもので
ある。

（発明の効果） 以上のように、本発明による接合方法は、構造が簡単で
、操作が容易な装置を用い、インサート材を接合面に挟
み、初期荷重や加熱時間、加圧タイミング等を設定する
ことにより、容易にかつ確実な接合を行うことが出来る
ため、従来法であるガス圧接法で問題となっていた、作
業の熟練度による差や作業条件が一定しないことによる
品質の不安定を解消することが出来た。

また、接合部のふくらみを小さくすることが出来るため
、接合部の肩部に発生する応力集中を緩和することが出
来、今まで問題となっていた疲労強度低下による破損や
接合部周囲のコンクリートのひび割れを低減することが
出来る。

さらに、接合時間を大幅に短縮することができ、ガス圧
接法に対し大幅な接合能率の向上が計れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を示す図； 第２（ａ）図および第２Ｃｂ１図は、加熱方法として高
周波加熱コイルを用いた本発明の装置の１例を示すそれ
ぞれ正面図および側面図； 第３（ａ）図および第３（ｂ）図は、加熱方法としてガ
ス加熱を用いた本発明の装置の１例を示すそれぞれ正面
図および側面図； 第４回は接合部のふくらみ形状の模式的説明図；および 第５図は、本発明の１実施例において、被接合材の端面
にかかる圧力と、被接合材の近傍の温度とを経時的に示
すグラフである。 １：連結体、　　　　２：ヘッド、 ３：クランプ機構、　４：被接合材、 ５：インサート材、　６：ジヤツキ、 ７：加熱装置、　　　７１：高周波加熱コイル、７２：
リングバーナー、８：固定ボルト、９：ビン、　　　　
　　１０ニジ−ｌレボンクス、１１：ロードセル　　　
７１：高周波加熱コイル７２：リングバーナー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 条材を接合するに際し、（ｉ）条材の接合面の間にイン
   サート材を挟持し、（ｉｉ）該接合面に対して、条材の
   軸方向に初期荷重を付加して前記インサート材にひずみ
   を付与し、その後に（ｉｉｉ）加熱下で、接合部近傍を
   前記条材の軸方向に１回または２回以上加圧することに
   より拡散接合させることを特徴とする条材の接合方法。