JPH0550252A - 溶接ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素鋼のみならずステンレス鋼を素材とする
場合でも、溶接欠陥が全く存在しない溶接Ｈ形鋼を製造
する。 【構成】 鋼帯のフランジ材1-1 、1-2 とウェブ材２を
溶接する溶接Ｈ形鋼の製造において、一対の加圧ロール
3-1 、3-2 を電極とし、加圧ロール3-1 、3-2 間に直流
電流を流し、フランジ材1-1 、1-2 とウェブ材２を加
圧、通電して溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼帯をＴ継手形状に
溶接することに係わるもので、特に溶接Ｈ形鋼の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】土木、建築の分野に使用されている形鋼
には、ロール圧延形鋼と溶接Ｈ形鋼の２種類がある。後
者は比較的薄肉品の製造と小ロットに対応した製造が容
易であるから、プレハブ建築用を主体として多用されて
いる。

【０００３】溶接Ｈ形鋼の主な製造方法として、接触式
高周波抵抗溶接法がある。この方法は、高周波電流の特
性である表皮効果、近接効果を利用して接合部に高周波
電流を集中させ、抵抗発熱により接合部の温度を上昇さ
せ、溶融させて、加圧下で溶接を行う方法である。

【０００４】接触式高周波抵抗溶接法の一例を図２に示
す。熱間圧延鋼帯を所定の寸法にスリットして得た１枚
のウェブ材２と２枚のフランジ材1-1 、1-2 を一対の加
圧ロール4-1 、4-2 で加圧しながら、ウェブ材２とフラ
ンジ材1-1 、1-2 のそれぞれに接触子（電極）5-1 、5-
2 、6-1 、6-2 を用いて高周波電流を流し、ウェブ材２
とフランジ材1-1 、1-2 の接合部V1、V2を加熱し、溶融
させて、加圧ロール4-1 、4-2 により加圧溶接するもの
である。

【０００５】図２に示す接触式高周波抵抗溶接法の場
合、接合部V1側の高周波電流は接触子（電極）5-1 から
ウェブ材２の鋼帯端面、接合部V1を経由し、フランジ材
1-1 の鋼帯平面、接触子（電極）5-2 へと流れ、接合部
V2側の高周波電流は接触子（電極）6-1 からウェブ材２
の鋼帯端面、接合部V2を経由し、フランジ材1-2 の鋼帯
平面、接触子（電極）6-2 へと流れる。

【０００６】接触式高周波抵抗溶接法は、電縫管の製造
にも用いられている。電縫管の溶接では、接合部の肉厚
がほぼ同じであり、かつ接合部の形状が対称形である。
しかし、溶接Ｈ形鋼の溶接では、接合部の肉厚が異なる
場合が多く、しかも接合部の形状が非対称である。即
ち、被溶接材であるウェブ材とフランジ材の肉厚は異な
る場合が多く、またウェブ材の鋼帯端面とフランジ材の
鋼帯平面とで形成される接合部は『線と面』の関係をな
す。『線』のウェブ材の鋼帯端面と『面』のフランジ材
の鋼帯平面に同一の高周波電流が流れる。ウェブ材の鋼
帯端面には高周波電流が集中してフランジ材の鋼帯平面
より高温になるから、接合部におけるウェブ材の溶融量
とフランジ材の溶融量に差が生じる。従って、溶接Ｈ形
鋼の溶接では、電縫管の溶接と比較して接合部の溶融量
の差に起因する溶接欠陥（以下、この溶接欠陥を冷接欠
陥という）が発生し易い。また、ウェブ材とフランジ材
を加圧ロールで加圧して接合部を形成した以降、接触子
（電極）から接合部までのウェブ材の鋼帯端面およびフ
ランジ材の鋼帯平面は、高周波電流により常に加熱さ
れ、昇温するから大気により酸化される。発生した酸化
物は、接合部に残存して溶接欠陥になり易い。

【０００７】溶接欠陥を減少させ、防止する方法の一つ
として、本発明者らは、フランジ材の幅中央を曲げの中
心線とし、フランジ材をウェブ材と反対側に曲げた状態
で加圧溶接する接触式高周波抵抗溶接法を提案した（特
開平２−59184 号公報参照）。この方法では、曲げられ
たフランジ材の幅中央が『線』となり、ウェブ材の鋼帯
端面とフランジ材の鋼帯平面とで形成される接合部を、
前述の『線と面』の関係から『線と線』の関係にするも
のである。接合部を『線と線』の関係、即ち対称形とす
ることによって、ウェブ材とフランジ材の溶融量の差を
減少させようとするものである。しかし、この方法で
は、溶接後フランジ材の曲がりを矯正するための工程を
当然必要とし、溶接Ｈ形鋼の生産性を低下させ、製造コ
ストを上昇させるという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、溶接
Ｈ形鋼の製造においては、接合部の溶融量の差に起因す
る冷接欠陥等の溶接欠陥、または酸化物に起因する溶接
欠陥が発生し易い。そのため、強度あるいは耐食性を要
求される部材への適用には問題がある。即ち、溶接欠陥
を起点とする接合部からの破断または異常腐食という問
題が強度部材への適用あるいは耐食材としての適用を困
難としている。

【０００９】冷接欠陥を低減させるために溶接入熱量を
増加させると、ウェブ材の溶接入熱量が過多となり、ビ
ードが大きくなる。ビードが大きくなると、溶接Ｈ形鋼
の美観を損なうのみでなく、塗装時に塗料がビードエッ
ジまで染み込まず、使用中に発錆するという問題が生じ
る。

【００１０】溶接Ｈ形鋼の材質については、現在炭素鋼
が主体であるが、耐食性の向上が要求されていることか
ら判断すると、今後ステンレス鋼等の高耐食材が用いら
れる可能性が強い。ステンレス鋼はCrを多量に含有して
おり、溶融時に融点の高い酸化物を形成する。この酸化
物が接合部に残存して溶接欠陥となり易く、炭素鋼の場
合以上に溶接Ｈ形鋼の製造および品質管理を困難にす
る。

【００１１】本発明の目的は、炭素鋼のみならずステン
レス鋼においても、溶接欠陥が全く存在しない溶接Ｈ形
鋼を製造する方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、鋼帯の
フランジ材とウェブ材を溶接する溶接Ｈ形鋼の製造にお
いて、一対の加圧ロールを電極とし、加圧ロール間に直
流電流を流し、フランジ材とウェブ材を加圧、通電して
溶接することを特徴とする溶接Ｈ形鋼の製造方法にあ
る。

【００１３】

【作用】抵抗発熱で接合部を昇温させた場合、接合部の
溶融量の差に起因する冷接欠陥が発生したり、また被溶
接材中に含まれる酸化し易い元素、例えばSi、Mn、Crが
高温若しくは溶融状態で大気により酸化され、酸化物が
接合部に残存することに起因する溶接欠陥が発生する。

【００１４】接合部の昇温、溶融および接合を極めて短
時間で完了させることにより、接合部の溶融量の差を少
なくし、また接合部での酸化物の発生若しくは酸化物の
残存を防止して、溶接欠陥の全くない溶接Ｈ形鋼を得る
ことができる。

【００１５】接合部の昇温、溶融および接合を極めて短
時間で完了させる方法は以下のとおりである。図１は、
本願発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法を説明する概略斜視図
である。

【００１６】一対のフランジ材1-1 、1-2 とウェブ材２
は熱間圧延鋼帯を所定の寸法にスリットして得られたも
のであり、図１に記載されていない種々のロールに導か
れ、矢印方向に送られて溶接工程に入る。溶接工程で
は、電極を兼ねた一対の加圧ロール3-1 、3-2 （以下、
このロールを電極ロールという）によりフランジ材1-
1、1-2 とウェブ材２は圧下され、接合部V1、V2を形成
する。接合部V1、V2が形成されると同時に、即ち電極ロ
ール3-1 、3-2 、フランジ材1-1 、1-2 およびウェブ材
２が接触すると同時に、フランジ材1-1 、1-2 とウェブ
材２に直流電流が流れる。フランジ材1-1 、1-2 および
ウェブ材２に直流電流が流れると、フランジ材1-1 とウ
ェブ材２の接合部V1およびウェブ材２とフランジ材1-2
の接合部V2の抵抗は、被溶接材の固有抵抗に加えて接触
抵抗の分が増加する。従って、接合部V1、V2は急速に昇
温し、溶融する。溶融すると同時に接合部V1、V2は、電
極ロール3-1 、3-2 により加圧溶接される。

【００１７】直流電流は電極ロール3-1 からフランジ材
1-1 とウェブ材２の接合部V1、ウェブ材２とフランジ材
1-2 の接合部V2、電極ロール3-2 へと順に流れる。即
ち、前述の接触式高周波抵抗溶接法と異なり、ウェブ材
２の鋼帯端面あるいはフランジ材1-1 の鋼帯平面には直
流電流は流れずに、接合部V1、V2のみに流れる。従っ
て、接合部V1、V2のみが加熱される。尤も、直流電流は
既に溶接された溶接Ｈ形鋼の長手方向にも流れようとす
るが、既に溶接された部位は新たな溶接前の接合部V1、
V2より高温であり、従って抵抗が大きいから、直流電流
は主として接合部V1、V2のみに流れる。

【００１８】本願発明の製造方法においては、接合部V
1、V2が形成されて初めて接合部V1、V2に直流電流が流
れる。その後、接合部V1、V2が急速に加熱され、昇温
し、溶融するから、昇温し、溶融した接合部V1、V2が大
気にさらされる時間が極めて短く、接合部V1、V2に酸化
物に起因する溶接欠陥が発生する可能性は皆無である。

【００１９】また、接合部V1、V2が形成されて初めて接
合部V1、V2が急速に加熱され、昇温し、溶融するから、
接合部V1、V2の昇温、溶融は、その周辺の幾何学的形状
に左右されない。従って、接合部V1におけるフランジ材
1-1 の溶融量とウェブ材２の溶融量および接合部V2にお
けるフランジ材1-2 の溶融量とウェブ材２の溶融量とに
大きな差が発生しない。

【００２０】さらに、直流電流を使用しているので、高
周波電流を使用したときのようなスティッチ（電流が０
アンペアになる時点で発生する未溶融部）が発生しな
い。従って、溶接Ｈ形鋼の製造を高速で行うことが可能
である。

【００２１】さらにまた、接合部V1、V2の昇温、溶融は
瞬時に行われ、図３の（ａ）に示すように接合部の金属
溶融量は極めて少ないから、ビードが過大になるという
こともない。従って、前述したような過大なビードに起
因する発錆の問題は生じない。図３は、本願発明の製造
方法の場合（ａ）と接触式高周波抵抗溶接法の場合
（ｂ）に生じるビードを比較した模式図である。

【００２２】

【実施例】図１に示す本願発明の製造方法と図２に示す
接触式高周波抵抗溶接法により、表１に掲げた材質と寸
法の溶接Ｈ形鋼を製造した。表１中の寸法は、上段から
順にフランジの肉厚、ウェブの肉厚、フランジの幅、ウ
ェブの幅を意味する。

【００２３】溶接Ｈ形鋼を製造する際の溶接条件を表１
に併記している。試験No.1〜3 における溶接電力は、直
流電流によるもので、溶接機への一次入力値を意味す
る。試験No.4〜5 における溶接電力は、周波数が 450Hz
の高周波電流によるもので、溶接機への一次入力値を意
味する。

【００２４】溶接部の品質確認結果として、溶接欠陥発
生率およびピールテスト結果を表１に併記する。溶接欠
陥発生率は、ビードの長手方向断面の溶接線上における
溶接欠陥長さの総和を溶接線全長で除した割合（％）を
意味する。ビード断面での溶接欠陥は、倍率 200倍の光
学顕微鏡を用いて鏡面研磨試験片を観察することで確認
した。ピールテストとは、溶接Ｈ形鋼を一定長さ（50m
m）に切断後、切断端面のフランジを引き剥がす試験で
あり、ピールテスト結果は、フランジが引き剥がされた
切断片の総和を供試切断片の総数で除した割合（％）を
意味する。

【００２５】試験No.1〜3 は、本発明例である。材質が
炭素鋼の場合でもステンレス鋼の場合でも、溶接欠陥発
生率およびピールテスト結果の両方において全く問題の
ない溶接Ｈ形鋼を製造することができた。

【００２６】試験No.4は、本発明例の試験No.3と同じ材
質（炭素鋼）、寸法の溶接Ｈ形鋼を、接触式高周波抵抗
溶接法により製造した比較例である。ピールテスト結果
は僅かに悪化した程度であるが、溶接欠陥発生率は大幅
に悪化した。

【００２７】試験No.5は、本発明例の試験No.1と同じ材
質（ステンレス鋼）、寸法の溶接Ｈ形鋼を、接触式高周
波抵抗溶接法により製造した比較例である。溶接速度を
試験No.1のほぼ64％と遅くしたにも拘わらず、溶接欠陥
発生率およびピールテスト結果の両方が大幅に悪化し
た。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、炭素鋼のみなら
ずステンレス鋼を素材とする場合でも、溶接欠陥が全く
存在しない溶接Ｈ形鋼を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法を説明する概
略斜視図である。

【図２】接触式高周波抵抗溶接法により、溶接Ｈ形鋼を
製造する方法を説明する概略斜視図である。

【図３】本願発明の製造方法と接触式高周波抵抗溶接法
のそれぞれの場合に生じるビードを比較した模式図であ
る。

【符号の説明】

1-1 、1-2 は鋼帯のフランジ材、２は鋼帯のウェブ材、
3-1 、3-2 は電極を兼ねた一対の加圧ロール（電極ロー
ル）、4-1 、4-2 は一対の加圧ロール、5-1 、5-2 は接
触子（電極）、6-1 、6-2 は接触子（電極）、Ｖは接合
部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼帯のフランジ材とウェブ材を溶接する
   溶接Ｈ形鋼の製造において、一対の加圧ロールを電極と
   し、加圧ロール間に直流電流を流し、フランジ材とウェ
   ブ材を加圧、通電して溶接することを特徴とする溶接Ｈ
   形鋼の製造方法。