JPH0259184A - 溶接ｈ形鋼の製造方法 - 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） 本発明は接触式高周波抵抗溶接法で溶接Ｈ形鋼を製造す
る方法に関する。

［従来の技術］ 土木、建築の分野に汎用されているＨ形鋼には、ロール
圧延Ｈ形鋼と溶接Ｈ形鋼の２種類がある。

このうちとくに後者のものは、小ロフトへの対応が容易
である、薄肉のものが製造できる、フランジ幅設定の自
由度が大きい等の長所を有しており、１１形鋼の多くは
この溶接Ｈ形鋼で占められている。

溶接Ｈ形鋼の代表的な製造方法は、接触式高周波抵抗溶
接法である。この方法による製造プロセスを第６図を参
照して以下に説明する。

熱間圧延帯鋼を所定幅に切断して得た１枚のウェブ材ｌ
と２枚のフランジ材２，２とが種々のロールに導かれて
溶接工程に入る。溶接工程では、支持ロール３にて垂直
に支持されたウェブ材ｌの上下両端面に２枚のフランジ
材２．２が水平姿勢で上下よりプレッシャーロール４，
４にて圧接されて行く。圧接直前のウェブ材ｌとフラン
ジ材２．２には通電チンプ５Ｉ、５□が接触していて、
ここに高周波電圧を加えると、高周波電流特有の表皮効
果、近接効果により両部材間に図に一点鎖線で示すよう
な通電路Ａが形成される。すなわち、通電チップ５１か
らウェブ端面１ａ部−プレンシャロール４位置の両部材
接合点（Ｖ点）−フランジの接合部位２ａの表面部を経
て、通電子ノブ５゜八つながる通電路Ａが生じる。この
結果、両部材の被接合部位１ａ、２ａが抵抗熱により加
熱、溶融され、ブレンンヤロール４，４による押圧によ
りγ８接されることになる。

［発明が解決しようとする課題〕 ところが、このような溶接においては、溶接部に欠陥が
生じ易い。溶接欠陥が多発すると、継手強度が著しく低
下し、このことは強度部材であるｌ］形鋼にとってはき
わめて重大な問題となる。この溶接欠陥の発生メカニズ
ムについては、本発明者らの詳細な実験、調査から次の
ような事実が判明している。

ウェブ材とフランジ材の溶接は、いわば綿（ウェブ材端
面）と面（フランジ材内側面）との溶接である。このよ
うな形態の溶接では、ウェブ材側とフランジ材側の間で
、加熱温度に大きな差が出る。すなわち、フランジ材側
がウェブ材側よりも加熱されにくく、実際の現象として
は、ウェブ材側が溶融しても、フランジ材側は未溶融の
状態のままといったことがおこってくる。かかる未？容
融のままの面、つまり固体面の状態では、その表面上に
酸化物が付着、残存することとなる。溶接欠陥は、この
酸化物の残存に原因がある。

この溶接欠陥となる酸化物は、Ｓ　ｉ、Ｍｎ、Ａｆｆｉ
等の酸化物であり、その量はもともとは材料中のそれら
の元素の含有量やフランジ材表面に存在する熱延スケー
ルの量（厚さ）等に支配されるものであるが、溶接部へ
の残存という観点からすれば、被溶接部の未溶融に決定
的な問題がある。すなわち、溶融した金属表面あるいは
溶融金属中に存在する酸化物は、圧接時に電磁力や機械
的圧力によって溶接部から排出され溶接欠陥となる可能
性は少ない。これらに対し被溶接部表面が未溶融の固体
面のままではそこに付着している酸化物はその界面張力
のために圧接時にも容易に排出されず、いわゆる冷接の
形となって溶接部に残存することが多くなる。

以上のようなことから、溶接ｌ］形鋼の）８接において
は溶接欠陥が多発し易い。

本発明の目的は、溶接欠陥の発生を可及的に防止し、継
手強度が高く品質の優れたＨ形鋼を得ることができる溶
接Ｈ形鋼の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段〕 溶接Ｈ形鋼に溶接欠陥を多発させる原因は、前述したよ
うに、フランジ材側の溶融がウェブ材側に比べて不足す
ることにある。このことからして、溶接欠陥を防止する
には、フランジ側の加熱を促進させて同側を確実に溶融
させてやることである。

フランジ材側の溶融は無論、溶接入熱量を増してやれば
可能であるが、このようにすると、反対のウェブ材側の
溶融が過多となり、多量の排出溶鋼がフランジ面上に垂
れてビード形状が悪化し、外観上もさることながら、塗
装時その部分に塗装が滲み込まず耐食性の点で問題とな
る。更にまた溶接入熱量の増加は、フラッシュ多発によ
る作業性の悪化を招くとともに、溶接速度の低下を必要
とし生産性も悪化させる。

本発明者らは、ビード形状の悪化をはじめ、作業性や生
産性の低下といった弊害を一切伴わないフランジ材の加
熱促進法を見出すべ（実験、研究を行った結果、フラン
ジ材をウェブ材に溶接する前に、フランジ材を材料幅方
向の中央部で反ウェブ材側へ■状に折曲しておくのが有
効なことを知見した。

フランジ材がその幅方向中央部で反ウェブ材側へＶ状に
折曲された状態でウェブ材の端面に溶接されると、ウェ
ブ材とフランジ材の溶接は、線（ウェブ材端面）とｖＡ
（フランジ材折曲頂部）の溶接になる。フランジ材側に
おいても線状の）８接が行われると、この部分に近接効
果によって高周波電流が集中し、その結果、ウェブ材と
フランジ材間の加熱状況の格差は効果的に是正され、ウ
ェブ材側の加熱溶融を過多にすることなくフランジ材側
の加熱を選択的に促進させその溶融を確実に確保するこ
とが可能となり、フランジ材表面上の酸化物による溶接
欠陥の発生が効果的に軽減されることとなる。

本発明の方法は、斯かる知見に基づき開発されたもので
、接触式高周波抵抗溶接法による溶接Ｈ形鋼の製造にお
いて、フランジ材をウェブ材に溶接する前にフランジ材
をその幅方向中央部で反ウェブ材側に曲げ角度１０〜３
０°、曲げ半径２〜３０ｍｍの条件で折曲し、該折曲頂
部をウェブ材の両端面に溶接した後にフランジ材を元の
平坦な状態に矯正するものである。

（作　　用） 本発明の方法において曲げ角度を１０〜３０゜曲げ半径
を２〜３０ｍｍに限定したのは、以下の理由による。な
お、曲げ角度とは、第４図に示されるように折曲後のフ
ランジ材２０の両側部が折曲前のフランジ材２１に対し
てなす角度θである。

また、曲げ半径とは折曲部内側に生しる円弧の半１苓ｒ
である。

曲げ角度については、これが１０°未満では折曲頂部に
おいて十分な表皮効果が期待できず、ウェブ材側とフラ
ンジ材側との加熱格差が是正されない。逆に曲げ角度３
０°を超えると、溶接後にフランジ材を矯正する際に、
矯正加工が困難になり、矯正加工後に第５図に示される
ように、フランジ材２の溶接部直近で座面変形が生じる
。従って、曲げ角度は１０〜３０°の範囲とした。

曲げ半径については、これが２ａ＋＋ｎ未満では折曲加
工が困難になるだけでなく、矯正加工でもフランジ材が
完全に平坦化されなくなる。逆に、曲げ半径が３０鵬を
超えると、十分な曲げ角度が与えられても折曲頂部にお
いて十分な表皮効果が得られず、ウェブ材側とフランジ
材側との加熱差が是正されない。

また、フランジ材を矯正する段階は、溶接熱を利用して
矯正加工を容易ならしめる溶接直後が好ましい。溶接部
が冷却された後に矯正加工を行おうとすると、加工性が
悪化するので、必要な曲げ角度および曲げ半径が確保で
きず、溶接時にウェブ材側とフランジ材側の加熱格差が
是正できないといった弊害を生しる。

〔実施例］ 第１図は本発明を実施するためのライン構成を示す平面
図、第３図は溶接工程を段階的に示す模式図である。

上下２枚のフランジ＋Ａ２は、溶接前に成形ロール６を
通過する。成形ロール６は第２図に示されるようにクラ
ウンロール６１と鼓形ロール６２とからなる。フランジ
材２はこの成形ロール６を通過する過程で幅方向中央部
で反ウェブ材側に折曲される〔第３図（ａ）→（ｂ）］
。また、この加工で折曲部には曲げ角度１０〜３０゛、
曲げ半径２〜３０ｍｍが与えられる。

折曲加工を受けた２枚のフランジ材２は、支持ロール３
にて垂直に支持されているウェブ材ｌに」二下より接近
して行き、プレンジャロール４によりウェブ材１の上下
両端面に圧接される。両部材の被接合部位、すなわちウ
ェブ材ｌの上下両端面と、フランジ材２の折曲頂部は、
接合前に既に高周波誘導加熱により加熱されており、プ
レッシャーロール４で圧接された段階で溶着する〔第３
図（Ｃ１）。

フランジ材２の折曲部に１０°以上の曲げ角度と、３０
ｍｍ以下の曲げ半径が付与されていると、高周波誘導加
熱の際の電流がフランジ材２の折曲頂部表面に十分に集
中し、この部分がウェブ材１の上下両端面と略同程度に
加熱される。従って両方の被接合部が略均等に溶融し、
画部分から溶接欠陥となる酸化物がスムースに排出され
、溶接欠陥のない高品質な溶接Ｈ形鋼が製造される。プ
レッシャーロール４には、フランジ材２の折曲形状に合
致したクラウンロールが用いられる。

ウェブ材１にフランジ材２が溶接されると、フラットロ
ール７により上下からの圧下が行われる。

フランジ材２の折曲部に付与された曲げ角度が３０゜以
下で、曲げ半径が２柵以」二のときは、このフラントロ
ール７による圧下によりフランジ材２が完全に平坦化さ
れる（第３図（ｄ））。この矯正は、溶接部が加熱軟化
されている間に行われる。

実ラインにおいて、以上の手順で本発明法を実施した結
果を、比較法および従来法による結果と対比させて、以
下に述べる。

第１表に化学成分を示す幅８０ａｎ、厚み３．２　ｍｍ
のウェブ材に、同成分で幅１００ｍＩＩ、ｌ￥み４．５
閣のフランジ材を高周波誘導加熱により速度４０ｍ／ｍ
ｉｎで溶接するにあたり、フランジ材を幅方向中央部で
種々の角度および半径で反ウェブ材側に折曲した。折曲
のための成形ロールは、溶接点の上流側３０００ｍｍの
位置に配置した。また、矯正だめのフラノトロールは、
溶接点の下流側５００鴫の位置に配置した。

製造された溶接Ｈ形鋼の溶接ビード形状の良否、溶接強
度および矯正効果を下記方法で評価した結果を、フラン
ジ材を折曲しなかった場合も合せて溶接条件とともに第
２表に示す。溶接入熱量は溶接電源プレート電圧（ＫＶ
）Ｘプレート電流（Ａ）で表わされている。

Ｃビード形状の良否判定〕　ビードの形状を目視評価し
、安定な連続ビードを○、耐食性への悪影響が見込まれ
る不安定など一ドを×とした。

〔を有接強度］　　ＡＳＴＭ（Ａ７６９）に準じた治具
を用いて、Ｈ形鋼端部で溶接部を引き剥がすビールテス
トを各試料毎に１００回実施し、溶接部剥離の発生頻度
（％）で評価した。

〔矯正効果〕　製品の溶接部近傍を目標観察し、変形の
ないものを○、変形の生じているものを×で評価した。

第１表 ＊印　本発明範囲外 Ｎα１．２はフランジ材を折曲せず平坦のままでウェブ
材に溶接した従来例である。

溶接入熱量を３　Ｂ　ＯＫＶＡとしたＮ（ｌ　ｌでは、
ビード形状は良好なものの、ビールテストで１０％の剥
離を生じ、溶接強度が不十分である。溶接人熱匿を４１
８ＫＶＡに上昇させたＮｏ、　２では、溶接強度は十分
なものの、ウェブ材側で過度の溶融が生じ、ビード形状
が悪化した。

Ｎα３〜１１はフランジ材を折曲した本発明例及び比較
例である。いずれも溶接入熱量は３８０±Ｉ　ＫＶＡに
管理されている。

Ｎｏ、　３では折曲部に２０°の曲げ角度が付与されて
いるので、溶接入熱量が３８０ＫＶＡに制限されている
にもかかわらず、溶接強度が十分である。

しかし、曲げ半径が１ｍと小さいため、フラントロール
による平坦化加工の後もフランジ材に変形が残った。Ｎ
α７では曲げ角度が適正であるが、曲げ半径が３５鴫と
過大なため、折曲の目的が十分に達成されず、ビールテ
ストにおいて６％の溶接部剥離を生じた。随８では逆に
曲げ半径が適正であるが、曲げ角度が５°と小さいため
に、やはり折曲げの目的が十分に達成されず、８％の溶
接部剥離を生じた。ＮＯ，１１では曲げ角度が過大なた
め、溶接性は良好なものの、溶接後の平坦化加工が困難
になり、加工で第５図に示すような座屈変形が生じた。

これらの比較例に対し、Ｎｏ、　４〜６．９．１０の本
発明例では、曲げ角度および曲げ半径が適切であり、溶
接入熱量が３８０　ＫＶＡ程塵に制限されているにもか
かわらず、十分な溶接強度がル育保されている。更に溶
接入熱の制限によりビート形状も良好である。また、フ
ラノトロールによる平坦化加工後に変形が残ることもな
く、掻めて高品質な製品が得られた。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなようにに本発明は、高周波溶接
による溶接Ｈ形鋼の製造において、とくにフランジ側の
加熱を促進させたウェブ材側の加熱との間の落差を是正
し、ビード形状の悪化を来すことなく継手強度のすぐれ
た高品質の溶接Ｈ鋼を安定して得ることを可能にする効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を示す溶接ｌ］形鋼製造ラインの
要部（溶接工程）平面図、第２図は同ラインに設けられ
た成形ロールの正面図、第３図は本発明の方法における
溶接過程を段階的に示す模式図、第４図は曲げ角度と曲
げ半径の説明図、第５図はフランジ材の矯正不良の説明
図、第６図は従来法を示す斜視図である。 図中１１；ウェブ材、２：フランジ材。 第 図 二二二二＝＝コー−２ 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、接触式高周波抵抗溶接法による溶接Ｈ形鋼の製造に
   おいて、フランジ材をウェブ材に溶接する前にフランジ
   材をその幅方向中央部で反ウェブ材側に曲げ角度１０〜
   ３０°、曲げ半径２〜３０ｍｍの条件で折曲し、該折曲
   頂部をウェブ材の両端面に溶接した後にフランジ材を元
   の平坦な状態に矯正することを特徴とする溶接Ｈ形鋼の
   製造方法。