JPS643598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄筋等鋼材のガス圧接方法に関し、さ
らに詳しくは、突合せ接触面間に相対運動、摺接
運動を与えながら圧接に移行するガス圧接法に係
る。

鋼材、主として鉄筋のガス圧接には現在二段ア
プセツト法あるいは三段アプセツト法が使用され
ている。

上記二段アプセツト法は第１図、第２図に示す
ように被接合鉄筋１，２の一方を固定チヤツク
３、他方を可動チヤツク４でクランプ（ボルト５
で締付け）して端面を突合せ、シリンダー６にて
その断面積に応じた定加圧力ａ（実用されている
圧力は３〜６Kgｆ／mm²の範囲で選択された定加圧
力）を与えつつ、Ｐ１点よりリングガスバーナ
（図示省略）により加熱を開始し、該定加圧下に
おける加熱の進行により突合せ間隙が閉じ、若干
の圧縮ふくらみが生じた後、Ｐ２点にていつたん
加圧ポンプを停止し（初期圧接工程）、引続き加
熱を進行させつつ残圧a′により圧接を進行させ、
圧力がP3点の所定の値まで低下したところで一
定圧力に達するまで再加圧を行つて上記膨みの生
長を促し、所定大のふくらみを得たところで作業
を完了する方法である。

又後者の三段アプセツト法は比較的最近開発さ
れた方法で、特公昭58−第23192号にその詳細が
公開されているように、上記二段アプセツトと同
様の初期圧接工程を経た後、同公報記載の如き所
定の圧力管理の下で一次再加圧と二次再加圧を経
て圧接を完了する圧接法である。

上記両圧接法は何れも初期加圧力ａを一定の高
水準に保持しつつ上記初期圧接工程を経させる点
で共通している。

ところでガス圧接接合部の溶接欠陥は主として
フラツト破面の有無、その生成面積によつて判断
されている。フラツト破面とは圧接した構造の接
合部を破断した時に、その破断に認められる灰白
色の平坦で非結晶の面を言い、その解消が圧接継
手の健、不全を左右する大きな要因となつてい
る。

そもそもガス圧接工法と言われる溶接法の接合
原理あるいは接合機構は、拡散溶接法あるいは古
くは鍛接などと類似と考えられている。従つて上
記の二段及び三段アプセツト法による鉄筋のガス
圧接のように、最初から一定の圧力ａあるいは少
なくともその半分程度以上の高圧力を予め突合せ
端面間に加えてから加熱するというのは突合せ間
隙を出来るだけ早く閉じた方が端面の酸化防止上
有利であるとの考え方にもとづくものである。

しかし本発明者はすでに（特願昭58−第179938
号）にて上記二段及び三段アプセツトの何れとも
異なる新規なガス圧接法を提供している。

本発明は接合せんとする鋼材の突合せ当初にお
いて該突合せ加圧を零加圧力に保持しながら圧接
適温に達するまで突合せ部の加熱を行なう要件
と、該圧接適温において上記突合せ部への加圧を
開始し、該加圧力を段階的に上昇させる要件と、
上記鋼材の突合せ当初より突合せ接触面間に摺接
運動を与える要件とを経て初期圧接を行なう鋼材
のガス圧接法に特徴を有する。

即ち、同ガス圧接法を示す第５図を例に要述す
るならば、鋼材端面同士を単に接触させているだ
けで圧接のための加圧力を与えていない無加圧力
ａ１領域から段階的に加圧力が上昇する加圧ａ２
領域の極めて初期の段階に至る間（この区間は、
例えば後述の振動機のパワーと加圧力の上昇速度
に依存する）接合面間に相対運動（微摺接運動）
を与えることにより端面上に生成するかも知れな
い酸化膜をやぶり（酸化膜は破られれば、夫々は
自己の表面張力により球形になる）、端面間の鉄
原子等の相互拡散を容易ならしめてフラツト破面
部の生成を解消せんとするガス圧接方法に特徴を
有する。

ガス圧接に際しては鋼材の突合せ面をなるべく
静的状態に保つことが常識とされていた。然しな
がら、鋼材の突合せた圧接を進行させるに際し、
鋼材端面がまだ接触状態にある時、これを微摺接
動させつつ、圧接に移行することは上記の如く極
めて有益である。振動機は微摺接動の必要な区間
を含めば、圧接の全工程で作動させても、そのパ
ワー設定により突合せ接触状態にある初期の段階
だけ突合せ面に摺接動を生じさせることができ
る。

即ち、融合に至るある過程において突合せ部
に、より強力な圧力が与えられている時、振動機
は全く機能していないと同様の状態となり、振動
を生じて突合せ部に悪影響を及ぼすことは全くな
い。勿論加圧領域ａ２の初期の段階で振動機の電
源を切つても良い。

本発明の実施例を実験例に従い具体的に説明す
る。使用鉄筋はSD３５，Ｄ２５とし、第５図に
示した加圧方法を用いた。また本実験においては
第３、第４図に示すように鋼材１，２の端面間に
上記相対運動を与える手段として、圧接器（鉄筋
把持器）の可動側チヤツク部４（この部分は鉄筋
のアプセツトの為軸方向に可動であることは勿論
であるが、鉄筋の中心軸を合せる必要上、軸に直
角方向にも、若干の範囲内で可動である）の側面
に神鋼電機株式会社製シントロンバイブレータＶ
４Ｂ（商品名）７（入力25W、衝撃力10Kg）をボ
ルト８により取り付けた。このバイブレータはコ
イルの端面に鉄片を対設し、コイルへの通電にて
鉄片の振動を得る電磁式振動機である。

これにより可動側チヤツクに把持された鉄筋の
端面は固定側鉄筋の端面との間に軸に直角方向に
若干の相対運動をすることになるわけで、本実験
においては加熱開始前から圧接終了まで全期間こ
のバイブレータ７を作動状態とした。

鉄筋端面間のすきまは０mmおよび３mmとし、端
面の前処理は現場作業同様サンダーと言われるハ
ンドグラインダにより研削した。斯くして第３図
に示す如く鉄筋１，２を突合せ、加圧力ａ１は第
５図に示す如く最初0Kgf／mm²の状態にしておき、
上記バイブレータ７の作動下で鉄筋圧接用リング
バーナにより加熱を開始（加熱開始点Pa１）し、
該加熱開始点Pa１から鉄筋の接触部の温度が圧
接適温（900℃〜1000℃付近）に到達するまで零
加圧に等しい状態（零加圧力ａ１）を保持する。

零加圧下における初期加熱開始点Pa１から圧
接適温到達点Pa２までの所用時間は24秒とした。

適温到達点Pa２において、図示の如く段階的
に上昇させ、最終的にPa３点にて所定の加圧力
ａ（この実験では鉄筋公称断面積当り５Kgｆ／mm²
とした）とする。

図中ａ２は上記段階的に上昇される加圧力の状
態を示し、同段階的加圧力ａ２は電動ポンプを所
定のプログラムに従いパルス通電にて作動させる
ことによつて得られる。この段階的加圧力ａ２の
印加工程の極初期の段階でバイブレータはそのパ
ワーが完全に抑止された状態となる。

上記圧接適温到達点Pa２（初期加圧開始点で
もある）から所定加圧力到達点Pa３までの所要
時間は約17秒であつた。

そして突合せ間隙が閉じるまで（実験では念の
ため突合せ間隙＋１mmまでの圧縮）所定の加圧力
ａによる加圧状態を持続し突合せ部に若干の圧縮
ふくらみを生じ突合せ間隙が完全に認められなく
なつたところで、前記した二段アプセツトの加圧
要領通り電動ポンプの作動を中止する。初期加圧
終了点Ｐ２までが前記二段及び三段アプセツト法
で説明した初期圧接工程に相当する。

上記加圧力停止により時間の経過と共に次第に
圧力は低下するが、残圧により上記圧縮ふくらみ
は引続き生長を促される。

次で加圧力ａが半減したところで再びポンプを
作動させて再加圧を行ない（再加圧開始点Ｐ３）
圧縮ふくらみが所定の量に達したところで接合を
完了した。

上記による一口当りの全圧接所要時間は約90
秒、全圧縮量は約25mmであつた。

以上の作業要領による試験片につき、破面検
査、機械試験を行つた。破面検査については接合
部に機械的に切り込み（ノツチ）を作り、引張試
験機により（曲げ試験機でも良い）ノツチ部から
破断させ、その破面を目視により観察したが、フ
ラツト破面その他の欠陥は皆無であつた。又機械
試験は1.0D（標準仕様書は0.8Dとなつているが、
従来しばしば認められるところの、周辺部近くに
円周に沿つて発生し勝ちなフラツト破面の部分
を、この試験では、もしあれば、機械切除したく
ないため）に旋盤加工し、引張試験及び曲げ試験
を実施したが、引張試験では母材部切断、曲げ試
験では170゜まで何らの欠陥もなく曲げることがで
きた。

また別の実験として、第５図におけるＰ２点で
作業を中断し、バイブレータ付加の有無による、
その時点での接合面の破面を比較したところ、バ
イブレータ付加試験ではこの時点では約３分の２
位は結晶破面を呈し残り３分の１位も点々と結晶
破面部が認められ、バイブレータ付加のない試験
片の破面と比較して、明瞭な差異が認められた
（ガス圧接においては、この後のアプセツト工程
が接合に極めて大きな効果を発揮するという研究
報告が発表されている）。

以上Ｄ２５の鉄筋についてその実験結果の一例
を示したが、バイブレータによる酸化膜除去の効
果は上述のガス圧接作業における初期、即ち鋼材
１の両端面間が接触はしているが、（勿論全面的
に、ではないが）加圧は無し、あるいは極く軽微
な加圧状態下で、小さなパワーの振動機でも相対
運動が未だ可能な時期により効果的である。

本発明の適用は鉄筋径の如何を問わないもので
あり、事実SD３５，Ｄ３２についての別の実験
でも、上述Ｄ２５と同様の極めて満足すべきガス
圧接継手が得られることを確認している。

また、本実験では振動数6000回／分のものを用
いたが、要は端面間に相対運動（こすり合わす摺
接運動）さえ与えればよいわけであるから、極く
低速の鉄筋軸に直角方向か、あるいは円弧状の往
復運動でも十分の効果を発揮するはづで、この意
味から相対運動の誘起には必らずしもバイブレー
タ使用に限定するものではない。

以上本発明は従来の鋼材のガス圧接法において
全く考慮されていなかつた圧接初期における、零
加圧力下で加熱を進行させ圧接適温に至らせる要
素と、該圧接適温において加圧を開始し該加圧力
を段階的に上昇させる要素と、上記零加圧下にお
ける突合せ当初より突合せ接触面間に摺接運動を
与える要素とを圧接作業工程中に取込むものであ
つて、これにより特開昭60−72689号（特願昭58
−第179938号）を含め従来の二段又は三段アプセ
ツトに係る鋼材のガス圧接方法に適用することに
よつて、更に信頼性の高いガス圧接方法に高める
ことが出来たわけで、鉄筋コンクリート構造物の
重要部材である鉄筋の継手を一層健全なものとし
た効果は極めて大きい。また本法は必ずしも鉄筋
分野への応用のみでなく、広く一般鋼材たとえば
レールのガス圧接などにも適用して十分その効果
を期待し得るものである。

尚上記突合せ接触面に対する摺接運動の付加
は、チヤツクを介して間接的に与える他、直接鋼
材に与えても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は最も初期の項の鋼材のガス圧接法を圧
力と時間の関係を以つて説示するグラフ、第２図
はガス圧接装置の代表例を示す平面図、第３図は
本発明の実施例に使用したガス圧接装置を例示す
る平面図、第４図は同正面図、第５図は本発明の
実施例に採用した鋼材のガス圧接法を圧力と時間
の関係を以つて示すグラフである。 １，２……鉄筋、３……固定側チヤツク、４…
…可動チヤツク、７……バイブレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼材の突合せ当初において、該突合せ加圧を
   零加圧力に保持しながら圧接適温に達するまで突
   合せ部の加熱を行ない、該圧接適温において上記
   突合せ部への加圧を開始し、該加圧力を加熱進行
   に伴ない段階的に上昇させると共に、上記鋼材の
   突合せ当初より突合せ接触面間に摺接運動を与え
   ながら初期圧接を行なうことを特徴とする鋼材の
   ガス圧接法。