JPH106085A - Ｈ形鋼材の溶接接合用裏当材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価でかつ溶接信頼度が高いスカラップを必
要としないＨ形鋼材の溶接接合用裏当材を提供する。 【解決手段】 Ｈ形鋼材の溶接接合に使用する裏当材に
おいて、設計開先形状に切断されたＨ形鋼のウエブ部と
フランジ部との交叉部に嵌挿される該開先形状の面に沿
った傾斜面を有する切欠き部と、前記ウエブ部の厚さの
面を規準として該裏当材の位置決めをする位置決め部材
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｈ形鋼を使用する
溶接構造の構造材において、スカラップを設けないで溶
接する溶接接合用裏当材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ形鋼を使用した構造材の溶接において
は、片側から開先をとり裏当材を用いて溶接する方法が
多く使用されている。これに対し、従来から図６に示す
ようにＨ形鋼１のフランジ部３の先端に開先５をとり、
ウエブ部２に円弧状のスカラップ４を切り欠いて、この
部にフラットバー６を通しこれを裏当材として溶接する
方法が行われている。

【０００３】しかし、この溶接方法はスカラップ４の円
弧部分の加工が煩雑で工数を要しコストアップとなるの
みでなく、スカラップ部分の応力集中により、フランジ
部が図５の破線３ａに示す位置で早期に破断する現象が
認められることが報告されている。とくに、関西大震災
の構造物の破断状況に鑑み、このような破断を回避する
ために、スカラップのないノンスカラップ工法の必要性
が見直されている。

【０００４】このようなスカラップのないノンスカラッ
プ工法を施行するために、実公昭５９−４２２３７号公
報や実開平４−１７３８５号公報記載の図７に示すよう
な形状の裏当材が開示されている。この裏当材１０は、
設計開先形状の角度θに切断されたＨ形鋼１におけるウ
エッブ部２とフランジ部３との交叉部に嵌合する溝孔１
０ａを有するとともに、図のＸ−Ｘ断面に示すように溝
孔１０ａの奥壁１０ｂを前記設計開先形状の角度θの面
に沿った傾斜面に形成してなるものであり、図７示すよ
うにＨ形鋼１の開先部に嵌め込んで使用される。この裏
当材を使用すれば、Ｈ形鋼に開先をとるだけでスカラッ
プを切り欠く必要はなく、簡易に強度の高い溶接構造が
得られるので、すでに広く市販されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
裏当材１０はその上面をフランジ部３の裏面に接して装
着し、溝孔１０ａにより裏当材１０の位置決めを行って
いるので、Ｈ形鋼を溶接する際に裏当材やＨ形鋼の接合
面の隙間から溶融ビードが流れ出て溶接欠陥を生ずるの
を防止するため、溝孔１０ａのＲ部１０ｃの曲面をウエ
ッブ部２とフランジ部３との交叉部のＲ部の曲面２ａに
合わせる必要がある。一方、Ｈ形鋼は、その種類ごとに
前記交叉部のＲ部の曲面２ａが異なるために、使用する
Ｈ形鋼に合わせて多数の寸法形状の裏当材を準備する必
要がある。また、圧延Ｈ形鋼ではこのＲ部曲面２ａは凹
型のＲ部を形成しているので裏当材のＲ部は図７のよう
に凸にしなければならないが、溶接Ｈ形鋼では溶接ビー
ドが盛り上がった形状をなしているため裏当材のＲ部は
図８の１０ｃ´に示すように凹型の曲面にしなければな
らない。したがって、これらのすべてのＨ形鋼に対応す
るためには、さらに他種類の裏当材を準備しなければな
らず、現場の資材管理が煩雑になるなどの問題点があっ
た。

【０００６】一方、かかる精密な寸法の裏当材を安価に
量産するためには精密鋳造により製造することが望まし
いが、上記のように多種類の異なる寸法、形状の裏当材
を用意するためには高価な金型が多数必要となるため、
経済性の点で精密鋳造の採用が困難であった。そこで、
現在多くは溝孔１０ａを機械加工により加工しているた
め１０ｃの面の曲面加工に工数を要し、大幅な原価低減
が困難であり、そのためノンスカラップ工法の採用が進
まなかった。他方、近年震災対策として前述のようにノ
ンスカラップ工法の要望が高まっており、安価な裏当材
の供給がが求められている。

【０００７】そこで本発明は、上記問題点を解決するた
め、Ｈ形鋼の種類が変っても共通性のある安価でかつ溶
接信頼度の高いスカラップを必要としないＨ形鋼材の溶
接接合用裏当材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、本発明のスカラップを必要としないＨ形鋼材の溶接
接合用裏当材は、Ｈ形鋼材の溶接接合に使用する裏当材
において、設計開先形状に切断されたＨ形鋼のウエブ部
とフランジ部との交叉部に嵌挿される該開先形状の面に
沿った傾斜面を有する切欠き部と、前記ウエブ部の厚さ
の面を規準として該裏当材の位置決めをする位置決め部
材とを備えたことを特徴とするものである。

【０００９】即ち、本発明のＨ形鋼材の溶接接合用裏当
材は、Ｈ形鋼の設計開先形状の面に沿った傾斜面を有す
る切欠き部を設けているので、この切欠き部をＨ形鋼材
のウエッブ部とフランジ部との交叉部に嵌挿すると、前
記傾斜面が開先角度に沿って当接しＨ形鋼材の開先先端
が裏当材に密接して装着され、溶融ビードの洩れのない
裏当部を形成する。また、この裏当材の位置決めは、従
来の裏当材のようにＨ形鋼のフランジ部とウエブ部の交
叉部の曲面（以下Ｒ部曲面という）に合わせた溝孔によ
るのでなく、位置決め部材を設けてこの位置決め部材に
より前記ウエブ部の厚さの面を規準として位置決めされ
るので、Ｈ形鋼材の種類により前記Ｒ部曲面が変っても
裏当材は共通に使用でき、多数の種類の裏当材を準備す
る必要がない。したがって、量産が容易でコストが低減
できるとともに、現場の資材管理も容易になる。

【００１０】また、前記目的を簡易に達成するために
は、前記切欠き部の幅は前記Ｈ形鋼のフランジ部とウエ
ブ部の交叉部の曲面部幅より広く、前記位置決め部材は
前記切欠き部の縁部両側の近傍から伸びて前記ウエブ部
の厚さの平行部分においてその厚さ方向の両面を抱持す
る先端部を設けた腕部材により形成されることが望まし
い。

【００１１】即ち、前記切欠き部の幅を前記Ｈ形鋼のフ
ランジ部のＲ部曲面より広くすれば、裏当材はこのＲ部
に当たらないのでＲ部曲面が変わっても裏当材は共通で
きる。また、位置決め部材として前記ウエブ部の交叉部
のＲ部曲面を外れた平行部分でウエブ部の厚さの両面を
抱くようにした腕部材を設けて裏当材の位置決めをすれ
ば、従来のノンスカラップ工法用裏当材のように溝縁部
が前記Ｒ部曲面に当たらないで位置決めでき、裏当材の
共通使用による準備種類の低減、資材管理の容易、コス
ト低減などの前記の効果が簡易に達成できる。

【００１２】また、上記目的を達成するために、裏当材
の裏当て面に長さ方向に亘ってルート間隔に相当する幅
を有する平坦部と前記設計開先の先端部が嵌入する段部
とを設けることが望ましい。即ち、この段部にＨ形鋼の
フランジ部の開先の先端部を嵌め込むように裏当材を装
着することにより、前記平坦部がルート間隔を形成し、
開先の先端部が段部に密着するので、溶接時の溶融ビー
ドの漏れがなく欠陥のない溶接ができる。

【００１３】また、本発明の裏当材は、長さ方向の両端
に前記Ｈ形鋼材のフランジ部の面を支持する支持面を有
する突起部を設けることが、裏当材を溶接部に安定して
装着し、かつ裏当材を軽量化するために望ましい。即
ち、両端の突起部の広い支持面をフランジ部裏面に接し
て支持するようにすれば、裏当材の中間の胴部は細くし
ても安定して装着できるので、裏当材を軽量化しコスト
を低減することができる。また、装着が安定するので溶
接時の裏当材の仮付け溶接を簡略化でき作業の能率が向
上する。

【００１４】また、安価に裏当材を供給するために、精
密鋳造により製造されることが望ましい。従来の裏当材
ではＨ形鋼の種類により溝部のＲ部を変えたものを使用
しなければならず、多品種の裏当材を要するために精密
鋳造では金型費が大きくなってコストアップとなるの
で、やむを得ず溝部を機械加工していた。しかし、本発
明の裏当材は、前述のように、Ｈ形鋼の種類によりウエ
ブ部のＲ部曲面が変っても共通の裏当材を使用でき少種
類の金型で足りるので、精密鋳造の採用が容易になり従
来の機械加工より大幅にコストを低減することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の１形態を図
面により具体的に説明する。図１は本発明のＨ形鋼材の
溶接接合用裏当材の斜視図、図２はその平面図、図３は
図２のＡ−Ａ拡大断面図、図４は図２のＢ−Ｂ拡大断面
図、図５は本発明の溶接接合用裏当材を使用した溶接部
の断面図である。

【００１６】以下、これらの図を用いて本発明の溶接接
合用裏当材の構造を説明する。裏当材２１はロストワッ
クス精密鋳造で作られた長形棒状の胴部２２を有し、胴
部２２はその断面を図４に示すように、上面に長さ方向
に亘ってルート間隔Ｇに相当する幅を有する平坦部２２
ａと、Ｈ形鋼１のフランジ部３の開先５の先端１ａが嵌
入する段部２１ａとが設けられている。この段部２１ａ
は、図３〜５に示すように設計開先角度θに沿うように
勾配をつけておくと溶接時に溶融ビードの洩れがなく、
かつ溶接時にこの段部上部が溶けて欠陥のない溶接がで
きる。

【００１７】胴部２２の長さのほぼ中央部に切欠き部２
３が設けられている。切欠き部２３の幅Ｗは、Ｈ形鋼１
のフランジ部３とウエブ部２の交叉部の曲面部（以下Ｒ
部曲面という）２ａの幅ｗより広く切欠きされている。
切欠き部２３の奥部２３ａは図３に断面を示すように前
記段部２１ａの勾配面を延長した開先角度θに沿う勾配
面をなしている。

【００１８】腕部材２４は、切欠き部２３の両側の縁部
から下方に伸びて設けられ、その先端部２４ａがＨ形鋼
１のウエブ部２のＲ部曲面を外れた厚さの平行な部分で
ウエブ部２の厚さ方向を両側から抱くように設けられて
いる。両側の腕部材２４の先端部２４ａの間隔Ｔはウヱ
ブ部２の厚さｔより僅かに大きくされ、この先端部２４
ａがウヱブ部２の厚さ方向を抱いて裏当材２１の位置を
決める位置決め部材を形成している。裏当材２１の長さ
Ｌは、Ｈ形鋼１のフランジ部３の幅ｌよりやや長くさ
れ、両端には突起部２５が設けられている。突起部２５
の上面には前記段部２１ａの段と同一面の支持面２５ａ
を有し、裏当材２１の装着時にＨ形鋼１のフランジ部３
の裏面を支持するようになっている。これにより、本体
部２２の幅を細くしても裏当材を安定して溶接面に保持
できるので、裏当材の重量を軽減してコストが低減され
るとともに、溶接前の仮付を省略できる利益が生ずる。

【００１９】以下、本発明の溶接接合用裏当材の使用方
法について説明する。図５は本発明の溶接接合用裏当材
の使用した溶接部の断面図である。図において、裏当材
２１は、所定の角度θに削製されたＨ形鋼の開先５のウ
エブ部２にその切欠き部２３を跨がらせて装着される。
すると、腕部材２４の先端２４ａがウエブ部２を両側か
ら挟む形になりウエブ部２の厚さを基準として裏当材２
１の横方向の位置が決められる。このとき、切欠き部の
幅Ｗはウエブ部２のＲ部曲面の幅ｗより大きく、かつ腕
部材２４の先端２４ａは前記Ｒ部曲面を外れた平行部で
抱持するので、Ｈ形鋼のＲ部曲面が変わっても同じ裏当
材が使用できる。なお、厳密には、ウエブ部２の厚さに
より腕部材２４の先端２４ａの隙間Ｔを変えなければな
らないが、ウエブ部２の厚さはＨ形鋼の大きさが変わっ
ても差が少ないので、通常両腕先端２４ａの間隔Ｔを余
裕を持たせて設定しておけばＨ形鋼が異なっても裏当材
２１は同一寸法を共通することができる。なお不都合の
場合は、この間隔Ｔは研磨やガス切断で容易に大きくす
ることができるので、精密鋳造で作る場合も金型まで変
える必要は少ない。

【００２０】このように装着された裏当材２１は、図５
に示すように奥部２３ａの勾配面がＨ形鋼１の設計開先
角度θに沿って接し、フランジ部３の開先先端１ａが段
部２１ａに食い込んだ形で装着され平坦部２１ａの幅が
ルート間隔Ｇを形成するので、溶接部に隙間がなく溶融
ビードの洩れによる溶接欠陥などが生じない。また、突
起部２５の支持面２５ａがＨ形鋼１のフランジ部３の裏
面に接して裏当材２１を支持するので、裏当材２１は安
定して装着され仮付溶接が容易になるか、あるいはそれ
を省略することができる。こうして、溶接部材８に対し
て所定位置に置かれたＨ形鋼１は開先部５に溶接９が行
われるので、スカラップ加工の必要がなく安定した溶接
できる。

【００２１】以上述べたように、本発明実施形態のＨ形
鋼材の溶接接合用裏当材によれば、Ｈ形鋼の設計開先形
状の面に沿った傾斜面を有する切欠き部を設けているの
で、裏当材をＨ形鋼材のウエッブ部とフランジ部との交
叉部に嵌挿すると、この傾斜面がウエッブ部の開先角度
に沿って当接して装着され、溶融ビードの洩れのない溶
接部が形成される。このとき、切欠き部の幅はＨ形鋼の
フランジ部とウエブ部のＲ部曲面の幅より広く、かつ切
欠き部の両側縁部から伸びた腕部材の先端はＨ形鋼のＲ
部曲面に関係なくウエブ部の厚さの面を規準として位置
決めされるので、フランジ部とウエブ部のＲ部曲面に合
わせた溝孔により位置決めする従来のノンスカラップ工
法の裏当材と異なり、Ｈ形鋼材の種類により前記Ｒ部曲
面が変っても裏当材は共通に使用できる。これにより、
多品種の裏当材を準備する必要がなく、量産が容易でコ
ストが低減できるとともに現場の管理も容易になる。

【００２２】また、本発明実施形態のＨ形鋼材の溶接接
合用裏当材は、裏当て面にルート間隔に相当する平坦部
とＨ形鋼のフランジ開先の先端部が嵌入する段部とを設
けており、この段部にフランジ開先の先端部が嵌まり込
んで密着して平坦部がルート間隔を形成するので、溶接
時の溶融ビードの漏れがなく欠陥のない溶接ができる。
また、長さ方向の両端にＨ形鋼材のフランジ部を支持す
る支持面を有する突起部を設け、この突起部の広い面で
フランジ部を支持するので、裏当材が安定して装着され
仮付け溶接を簡略化できる。また、裏当材の中間胴部は
細くできるので、軽量化しコスト低減できる。

【００２３】さらに、本発明実施形態のＨ形鋼材の溶接
接合用裏当材は、Ｈ形鋼材の種類により前記Ｒ部曲面が
変っても共通に使用できるので、少種類の金型で精密鋳
造により製造することができ、機械加工に比してコスト
が低減し安価な裏当材が提供できる。これにより、スカ
ラップによる応力集中破壊のおそれの少ないノンスカラ
ップ工法が普及でき構造物の耐震性を向上することがで
きる。

【００２４】なお、本実施形態においては圧延Ｈ形鋼の
溶接に使用した例のみを例示したが、前述のように本発
明の裏当材はＨ形鋼のＲ部曲面に接する部分を有しない
ので、Ｒ部曲面の形状が全く異なる溶接Ｈ形鋼にもその
まま使用できる。また、本実施形態においては、溶接接
合用裏当材をロストワックス精密鋳造によって製作した
が、ロストワックス精密鋳造にかぎることはなく、シェ
ルモールドなどの精密鋳造あるいは通常の砂型鋳造によ
ってもよく、また機械加工によることももとより可能で
ある。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＨ形鋼材
の溶接接合用裏当材を使用すれば、基本的に溶接の際に
スカラップ加工を必要としないので、スカラップによる
応力集中による破壊が防止でき構造物の耐震性が向上さ
れる。また、本発明の溶接接合用裏当材は、Ｈ形鋼のＲ
部曲面より広い幅の切欠き部とＨ形鋼の開先先端が裏当
材に密着する段部を設けているので、溶融ビードの洩れ
がなく欠陥のない溶接ができる。

【００２６】さらに、本発明の溶接接合用裏当材は、位
置決め部材によりウエブ部の厚さの面を規準として位置
決めをするので、Ｈ形鋼材のＲ部曲面が変っても裏当材
は共通に使用でき、多品種の裏当材を準備する必要がな
く、量産が容易でコストが低減できるとともに、現場の
管理も容易になる。また、長さ方向の両端の突起部の支
持面によりＨ形鋼材のフランジ部裏面を支持するので、
裏当材が溶接部に安定して装着されて裏当材の仮付けを
簡略化でき、かつ裏当材の軽量化ができる。

【００２７】また、本発明の溶接接合用裏当材は、圧延
Ｈ形鋼だけでなく溶接Ｈ形鋼にも共通に異なる種類に使
用できるので、量産化が容易で少種類の金型で精密鋳造
により製造することができ、安価な裏当材が供給でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態のＨ形鋼材の溶接接合用裏
当材の斜視図である。

【図２】図１のＨ形鋼材の溶接接合用裏当材の平面図で
ある。

【図３】図２のＡ−Ａ拡大断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ拡大断面図である。

【図５】本発明のＨ形鋼材の溶接接合用裏当材を使用し
た溶接部の断面図である。

【図６】従来のスカラップ工法の溶接方法を示す断面図
である。

【図７】従来のノンスカラップ工法の溶接接合用裏当材
とその使用方法を示す斜視図である。

【図８】従来のノンスカラップ工法の溶接接合用裏当材
の他の１例を示す斜視図である。

【符号の説明】 １ Ｈ形鋼 １ａ 開先先端 ２ ウエブ部 ２ａ Ｒ部 ３ フランジ部 ４ スカラップ ５ 開先 ６ フラットバー ８ 溶接構造体 ９ 肉盛り １０ 裏当材 １０ａ 溝孔 １０ｂ 奥部 １０ｃ Ｒ部 ２１ 裏当材 ２１ａ 段部 ２２ 本体部 ２２ａ 平坦部 ２３ 切欠き ２３ａ 奥部 ２４ 腕部材 ２４ａ 先端部 ２５ 突起部 ２５ａ 支持面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形鋼材の溶接接合に使用する裏当材に
   おいて、設計開先形状に切断されたＨ形鋼のウエブ部と
   フランジ部との交叉部に嵌挿される該開先形状の面に沿
   った傾斜面を有する切欠き部と、前記ウエブ部の厚さの
   面を規準として該裏当材の位置決めをする位置決め部材
   とを備えたことを特徴とするスカラップを必要としない
   Ｈ形鋼材の溶接接合用裏当材。
2. 【請求項２】 前記切欠き部の幅は前記Ｈ形鋼のフラン
   ジ部とウエブ部の交叉部の曲面部幅より広く、前記位置
   決め部材は前記切欠き部の縁部両側の近傍から伸びて前
   記ウエブ部の厚さの平行部分においてその厚さ方向の両
   面を抱持する先端部を設けた腕部材により形成されたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のスカラップを必要とし
   ないＨ形鋼材の溶接接合用裏当材。
3. 【請求項３】 裏当材の裏当て面に長さ方向に亘ってル
   ート間隔に相当する幅を有する平坦部と前記設計開先の
   先端部が嵌入する段部とを設けたことを特徴とする請求
   項１または２に記載のスカラップを必要としないＨ形鋼
   材の溶接接合用裏当材。
4. 【請求項４】 長さ方向の両端に前記Ｈ形鋼材のフラン
   ジ部の面を支持する支持面を有する突起部が設けられた
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のス
   カラップを必要としないＨ形鋼材の溶接接合用裏当材。
5. 【請求項５】 精密鋳造により製造されたことを特徴と
   する請求項１から４のいずれかに記載のスカラップを必
   要としないＨ形鋼材の溶接接合用裏当材。