JPH0761541B2 - エンクローズアーク溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鉄筋等の棒状の被溶接材を垂直に立てて配置し
た状態でエンクローズ溶接するエンクローズアーク溶接
装置に関する。

［従来の技術］ 従来の立向継手の場合のエンクローズアーク溶接におい
ては、所謂斜めＩ形の開先を加工して行っていた（特公
昭52−35624号）。第６図は従来の立向継手の場合のエ
ンクローズアーク溶接装置を示す側面図、第７図はその
VII−VII線による断面図である。この溶接工程において
は、例えば、異形の鉄筋１を、その接合面をその軸方向
に対して傾斜させて設け、２本の鉄筋１を両者間に所定
の開作空間を設けて上下に配置し、分割式の１対の銅当
金２をこの開先空間を取囲むように配設する。そして、
開先空間の上方側に設けた銅当金２の溶接口４から溶接
棒３を開先空間内に挿入し、開先空間の下部から上部に
向かって溶接金属を充填していく。これにより、固定さ
れた垂直姿勢の被溶接材を迅速に且つ健全に接合するこ
とができる。

而して、近年、鉄筋コンクリート造建築物のコンクリー
ト柱の中に埋込まれる鉄筋の接合工法としては、建築現
場で１本づつ継いでいく方法の効率化をねらって先組工
法で組付けられることが多くなってきた。つまり、工場
内又は地上において、複数体の鉄筋を先組みし、これを
建築現場で積み重ねていき、積み重ねられた組立体同士
を横向姿勢で溶接していく先組工法が大規模の鉄筋コン
クリート造建築物には採用されている。

前述のエンクローズアーク溶接は、接合継手部形状が過
度に肥大化することなく、後工程であるフープ筋の施工
性が良いという利点を有するため、この先組工法にはエ
ンクローズアーク溶接技術が使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のエンクローズアーク溶接技術は、
溶接開先形状が斜めＩ形であるため、以下に示す欠点を
有する。つまり、この斜めＩ形の開先の場合には、溶接
は開先面の延長方向の上方から溶接棒を開先内に挿入し
て行う必要があるという制約がある。このため、先組鉄
筋工法においては、予め溶接施工の方向を勘案して開先
がその方向になるように鉄筋を先組する必要があり、ま
た接合しようとする鉄筋の両端には、開先を溶接施工の
方向を勘案して傾斜した接合面が相互に平行になるよう
に加工する必要がある。

このため、先組時の鉄筋の方向性を厳しく管理する必要
があり、迅速且つ高効率化を目的として先組工法を採用
しているにも拘らず、実際上作業が極めて煩雑で非能率
的であるという問題点がある。

また、鉄筋の接合面をその軸に対して傾斜させて加工す
ることは、工程が煩雑であると共に切捨量が多くなり、
歩留が低下するという問題点がある。更に、この開先加
工を現場でガス切断により行う場合は、ガスノッチが発
生し易く、開先面（接合面）のグラインダ研削作業に多
くの労力が消費されるという欠点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
開先の接合面の加工が容易であって、開先加工時間が短
縮されると共に、先組上の制約がなく迅速に且つ容易に
先組が可能のエンクローズアーク溶接装置を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るエンクローズアーク溶接装置は、棒状をな
し、その接合面がその軸方向に実質的に垂直の１対の被
溶接材を、その接合面間に所定の開先空間を設けて上下
に配置し、前記接合面間でアーク溶接するエンクローズ
アーク溶接装置において、前記開先空間と上方及び下方
の被溶接材の接合面とを含む接合部の一部を覆い手前側
の仕上側端に開口部を有する銅当金と、前記開口部の背
後にて下方の被溶接材の側面に接触すると共に上方の被
溶接材との間に所定の間隙を設けて配設され前記開先空
間の一部を囲む当材と、前記開口部の背後の前記銅当金
に取付けられ前記当材を下方被溶接材に向けて押圧する
押圧手段と、を有することを特徴とする。

なお、接合面が棒状の被溶接材の軸方向に対して実質的
に垂直とは、本願発明により溶接施工するに際し、当材
の取り付け位置及び溶材の挿入位置等に制限を与える程
度の傾斜を有しないことを意味し、換言すれば、施工
上、溶接の方向性を考慮しなくても問題がない程度の傾
斜は含まれる。

また、当材を下方の被溶接材の側面に重ねた場合に、そ
の重ね合わせた領域の全面にて当材を被溶接材に接触さ
せる必要はなく、その一部の領域にて接触していればよ
い。また、当材は下方の被溶接材の側面の全面に接触す
る必要がないことは勿論である。

［作用］ 本発明においては、水平の開先を設け、下方の被溶接部
材の側面に接触させて当材を配設する。この当材は開先
空間の一部を囲むと共に、上方の被溶接材との間に所定
の間隙を設けて配設される。また、開先空間と上方及び
下方の被溶接材の接合面とを含む接合部の一部を、前記
当材が配設されていない側に開口部を有する銅当金によ
り覆う。そして、押圧手段により、前記当材を下方の被
溶接材に向けて押圧する。

このように、当材及び銅当金を配置した後、前記開口部
を介して溶接棒等の溶接手段を開先空間に挿入し、前記
接合面間でアーク溶接する。先ず、例えば、前記当材の
近傍にて下方の被溶接材側から溶融金属を盛って橋絡部
を形成する。

この場合に、開先空間の奥側に当材を配設してあるか
ら、溶接開始時に被溶接材の接合面の端部が溶落するこ
とはない。また、この当材を利用して上方及び下方の被
溶接材の接合面間に容易に橋絡部を設けることができ
る。更に、スラグは上方に浮いていき、当材と上方の被
溶接材との間に形成された間隙から排出されるので、接
合面間の溶接部にスラグが残存することはない。更にま
た、前記開口部を除いて被溶接材の側部が銅当金により
覆われているから、溶接期間中常に高電流を印加し高速
度で溶接しても、溶融金属が溶落することはない。ま
た、溶接後の溶接部の外観も美麗に仕上がる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。第１図は本発明の実施例に係るエンクローズア
ーク溶接装置を示す側面断面図、第２図は同じくその水
平断面図、第３図（ａ）乃至（ｅ）は同じくその動作を
示す模式図である。

上方の鉄筋11と下方の鉄筋12とは、その接合面が軸方向
に対して実質的に垂直であり、従って、鉄筋11、12をそ
の軸方向を一致させて垂直に配置すると、両接合面は略
々水平に且つ平行に対向する。

銅又は銅合金からなる銅当金14は水平断面がコ字形をな
し、上鉄筋11と下鉄筋12との間に形成される開先空間15
を中心として鉄筋11,12の接合面を含む接合部を抱くよ
うにして配設される。この銅当金14はその内周面と鉄筋
11,12の接合部周面との間に若干の間隙を有する。銅当
金14のコ字形の一方の先端部には、鉄筋11,12の接合面
間に所定の開先間隔を設けるべく、この開先間隔と同一
長の切り欠きによりスケール22が刻設されている。

銅当金14の上端面及び下端面には、夫々クランパ30が固
定されている。このクランパ30は半円形の切欠を有する
半割状のクランプ部材31,32をその基端で垂直軸の周り
に相互に回動可能に連結したものであり、一方のクラン
プ部材31が銅当金14に固定されている。このクランプ部
材31,32を合わせて一体にすると前記切欠により鉄筋11,
12と略々等しい直径の円孔が形成される。螺棒34はクラ
ンプ部材31の先端部に垂直軸の周りに回転可能に取付け
られており、この螺棒34にはハンドル33が螺嵌されてい
る。一方、クランプ部材32の先端部には、螺棒34が係合
可能の凹所（図示せず）が形成されている。

鉄筋11,12間の開先空間15の背後の銅当金14には凹所16
が形成されており、当材13が下方の鉄筋12の裏側の側周
面に接触して凹所16内に配設されている。この当材13は
銅当金14を水平方向に貫通するボルト17によりその背後
から下方鉄筋12に対して押付けられて固定される。当材
13が金属製の場合は溶接終了後に溶接部に接合して継手
の一部となり、施工後に当材13を取り外す必要がないの
で作業が簡略化される。一方、当材13として、耐火物を
使用すると、裏波ビードが形成されて外観が整えられ、
施工後に当材13を取り外すので溶接部の外観を観察して
継手性能を判定することができる。

次に、このように構成された装置の動作について説明す
る。先ず、当材13を銅当金14の凹所16内に収納した状態
で、１対のクランプ部材31の半円形切欠に鉄筋11及び12
を嵌め込み、１対のクランプ部材32を回動させて夫々ク
ランプ部材31に合わせ、両クランプ部材31,32により鉄
筋11及び12を囲繞する。そして、螺棒34を回動させてク
ランプ部材32の先端凹所に係合させ、ハンドル33を回転
させてハンドル33をクランプ部材31の先端部に向けて進
出させ、ハンドル33とクランプ部材31の先端部との間で
クランプ部材32の先端部を挾み緊締する。これにより、
両鉄筋11,12はその対向端部にてその軸心が一致するよ
うにいずれも１対のクランパ30に把持され、この銅当金
14及びクランパ30を介して上下に対向して配設される。
なお、鉄筋11,12の接合面間の開先間隔は、銅当金14の
先端部に設けたスケール22を参照しつつ調整すればよ
い。

このようにして、上鉄筋11、下鉄筋12、当材13及び銅当
金14を配置した後、第３図（ａ）に示すように、溶接棒
18を銅当金14のコ字開放側から開先空間15内に挿入し、
当材13の近傍（開先空間15の奥側）から溶接を開始す
る。つまり、先ず、下方鉄筋12の接合面における当材13
の手前５乃至6mmの位置にてアークをスタートさせ、直
ちに、下方鉄筋12の接合面と当材13とのコーナー部にア
ークを移動させ、アークを短くしながら、ウィービング
を実施し、溶融金属を盛り上がりを待つ。

そして、第３図（ｂ）に示すように、溶融金属20を当材
13を利用し下方鉄筋12の接合面上に盛り付けていく、こ
の場合に、生成するスラグ21は溶融金属20上に浮遊す
る。そして、上方鉄筋11の接合面（上開先）と溶融金属
20との間隔が２乃至3mmになったときにウィービングを
停止し、アークを静止させて上開先の角部を溶融させ、
橋絡させる。

上鉄筋11と下鉄筋12とが橋絡した後は、第３図（ｃ）に
示すように、ウィービングを行いながら、発生スラグを
上方鉄筋11と当材13との間の間隙を利用して開先外に排
出しつつ、溶接棒18を上方及び下方に交互に向けて上開
先側と下開先側の溶け込みを確保する。このようにし
て、第３図（ｄ）及び第３図（ｅ）に示すように、開先
の最前部まで溶融金属20の積層を継続する。

なお、下方鉄筋12の最前部（仕上げ側の端部）において
は、アークの中断と形成とを繰り返して溶着金属を冷却
しつつ盛り上げることが好ましい。連続的に溶接する
と、下方鉄筋12に所謂オーバーラップが生じ、上方鉄筋
11にアンダーカットが生じやすい。

次いで、アークを中止し、溶融金属20を冷却させて凝固
させた後、前記クランパ30を外して溶接を終了する。

本実施例においては、銅当金14の奥部に小片の当材13を
下鉄筋12側に当接させることにより、上鉄筋11と下鉄筋
12との溶接金属20の橋絡を可能にする。そして、上鉄筋
11と下鉄筋12との接合面で形成されるＩ形開先を横向で
アーク溶接する。当材13を使用せずに溶接すると、Ｉ形
開先部の奥部において上鉄筋11と下鉄筋12との適正な橋
絡は形成されない。溶接姿勢の関係上、溶融金属20は下
鉄筋12の開先面（接合面）上に広がるのみで上鉄筋11に
まで到達し難いからである。このように、小片の当材13
は開先奥部において溶融金属20を堆積させ、上下鉄筋間
での橋絡を促進させる機能を有する。

また、本実施令においては、上述の如く、開先空間15の
奥側に当材13が配置されている外、開先空間の側方は銅
当金14により覆われている。従って、溶融金属20の溶接
が確実に防止されるので、溶接期間の全期間に渡り溶接
電流を高くして、高速で溶接することができる。銅当金
14を使用しないと、鉄筋11,12の接合面の周縁部を溶接
する際には、溶落防止上電流を低下させる必要がある。
このように、銅当金14を使用することにより、溶接施工
が容易になる。

更に、銅当金14の銅又は銅当金は溶融金属20に対して濡
れない性質を有すると共に、銅当金14の内周面と開先空
間15との間には若干の間隙があるから、この間隙部分に
裏波ビードが形成され、銅当金14に囲まれて成形された
溶接部は、外観が美麗に仕上がる。

この溶接過程においては、第４図に矢印22にて示すよう
に、アークを水平方向にふり、ウィーピングを実施す
る。つまり、先ず、当材13と下鉄筋12の接合面との間に
隅肉部からウィービングを開始し、左右方向にアークを
ふりつつ手前側の仕上げ側端部（開先最前部）までアー
クを移動させる。

このようなウィービングを実施して接合面に溶融金属を
盛り上げることによって、接合面の全域が均一に高温に
保持され、スラグの巻き込みが防止され、スラグを除去
する作業が不要になる。このため、実質的に連続的に溶
接作業することが可能である。連続的にウィービングせ
ず、途中でアークを切ると、スラグを除去する作業が必
要になる。スラグ除去の作業の際、母材が常温程度まで
冷却された場合には、250℃以上まで加熱して溶接を再
開する必要がある。

なお、溶接過程の初期においてはアークを左右にふる
が、中期においては左右方向にアークをふると共に、上
下方向にも振幅が小さいウィービングを付加することが
好ましい。これにより、橋絡部の創成がしやすくなると
共に、当材13と上鉄筋11との間の間隙を介してスラグが
排出されやすくなり、スラグの巻き込みが確実に防止さ
れる。

また、ウィービングを実施することにより、継手の側面
に適正な所謂裏波状のビードを形成することができると
共に、表側の仕上げ側端部には、格別、溶融金属の溶落
防止手段を講じる必要がなくなる。

上述の如く、当材13を利用して橋絡を形成するために
は、当材13における下方鉄筋12の周方向の両端部が鉄筋
12の軸心となす中心角度θが30゜以上であることが必要
である。但し、当材が大きすぎる場合にはエンクローズ
アーク溶接中のスラグ21を開先外へ排出することが困難
となり、大規模なスラグ巻き込み及びこれに起因する融
合不良等の溶接欠陥を発生させ易くなる。このため、当
材13は中心角度θで被溶接鉄筋11,12の外周の約（150/3
60）゜以下の大きさの領域を覆う程度に止める。

また、上鉄筋11と当材13との間隔ｄ（mm）は、２乃至D/
2mmとすることが好ましい。但し、Ｄ（mm）は上鉄筋11
と下鉄筋12との間の間隔である。ｄが2mm未満である
と、スラグ21の逃げが悪くなり、スラグの巻き込みが発
生しやすい。また、スラグ21を排出するために高度の技
能及び溶接条件の厳格な監視が必要となる。一方、ｄが
D/2を超えると、溶融金属20による橋絡部が形成され難
い。このため、継手が完成しない。

なお、溶接施工上、当材13の内周面と、鉄筋12の外周面
が同一の曲率で湾曲し、当材13が鉄筋12に対し、前述の
中心角度θの範囲で全面的に接触することが理想的であ
る。しかし、第５図（ａ）に示すように、下方鉄筋12の
直径が大きくて、当材13の中央部と鉄筋12との間に間隙
ａが形成される場合と、第５図（ｂ）に示すように、下
方鉄筋12の直径が小さくて、当材13の両端部が鉄筋12の
周面からｂの間隔で離隔する場合がある。この場合に
も、ａは約2mm以下、ｂは２乃至3mmとすれば、当材13の
全面で下方鉄筋12に接触したのと同様の効果が得られ
る。これにより、断面直径が異なる鉄筋毎に専用の当材
13を用意するという煩雑さを回避することができる。

また、上，下鉄筋11,12の接合面により規定される開先
間隔は、その鉄筋11,12の直径に応じて設定することが
好ましい。開先間隔が狭すぎる場合は、運棒操作が困難
となり、溶け込み不良及びスラグ巻き込みの原因となる
ので、クランパ30を緩めて鉄筋11,12間を引離すか、又
は鉄筋の接合面を再加工することにより、開先空間を適
正にする。一方、開先間隔が広すぎる場合は、溶接棒の
消費量が多くなると共に溶接時間が長くなるので不経済
である。

この開先間隔を適正に保持するためには、前述の如く銅
当金14に切欠等を形成して、スケール22を設け、このス
ケール22を利用して開先間隔を調整すればよい。これに
より、作業が能率化される。しかしながら、標準間隔ゲ
ージを使用し、接合面間にこの標準間隔ゲージを挿入す
ることにより、開先間隔を調整することもできる。

鉄筋11,12の相互間の偏心が大きすぎると、治具のとり
付けが困難となり、またアンダーカット及びオーバーラ
ップの原因となる。従って、偏心が鉄筋11,12の公称直
径の1/10を超える場合には、鉄筋のクランプ調整器等を
併用して溶接治具を装着することが好ましい。

一方、接合しようとする鉄筋が相互に拘束されているよ
うな場合にはベンダー等適当な矯正手段を講じて、接合
面同士のずれを所定の範囲におさめる。

なお、開先部の油脂・塗料・コンクリートミスト又は甚
だしい錆等のように、溶接に悪影響を及ぼす付着物はワ
イヤブラシ又はグラインディングにより除去することが
好ましい。

また、施工の目的に応じて被覆アーク溶接棒以外の溶接
手段を使用した施工法により溶接することもできる。例
えば、施工を一層高能率化させるためには、消耗電極送
給式ガスシールドアーク溶接を使用すれば、その電極ワ
イヤ溶融特性から被覆アーク溶接の約1/2〜1/3の溶接時
間で施工することが可能である。但し、適当な防風手段
を設けて完全なシールド状態をつくる必要があることは
勿論である。

また、当材13の形状は上記実施例のように、鉄筋11,12
への当接面が湾曲して凹みを有し、その裏面が平面状で
ある場合に限らず、例えば、円筒の一部を切り欠いたよ
うに一定厚さで湾曲したものでもよい。

次に、本発明の実施例装置により実際にＩ開先の立向溶
接を実施した結果について説明する。

使用鉄筋;SD35,SD40（JIS） 鉄筋形状;JIS G3112（鉄筋コンクリート用棒鋼） 鉄筋径 ;D21及びD38 溶接棒 ;SD35の場合は、JISD5816を使用 SD40の場合は、JISD7016を使用 開先間隔;D22の場合は10mm及び14mm、D38の場合は12mm
及び16mm 当 材；幅が25mm、長さが20mm、厚さが10mmのSM41材
（JIS） 溶接電流;D38の場合は150乃至170A、D22の場合は120乃
至130A この溶接条件により溶接した場合に得られた溶接部の特
性を下記第１表に示す。

いずれも十分な強度及び延性を有する。

また、下記第２表は直径がD41の鉄筋を使用して、本発
明の実施例により溶接した場合と、従来例により溶接し
た場合とについてその溶接結果を両者を比較して示す。

この第２表から明らかなように、本実施例によれば、従
来例に比較して所要時間が略半減し、極めて高能率化さ
れた。

また、上述の如く、接合面を水平にしてエンクローズア
ーク溶接することができるから、鉄筋の先組みに際し、
その方向性を考慮して鉄筋を組立てる必要はなく、従っ
て、迅速に先組みすることができ、先組工法のメリット
を十分に生かすことができる。また、鉄筋にはその軸方
向に実質的に垂直の接合面を形成すればよいから、開先
形状の形成が容易であると共に、切捨部が少ないから歩
留りが高い。

［発明の効果］ 本発明によれば、開先形状が被溶接材の軸方向に垂直の
Ｉ形であり、施工しようとする被溶接材軸に対する方向
性上の制約を受けないという利点がある。また、開先は
被溶接材軸に垂直であるから、例えば、鉄筋の入手のま
ま、又は高速切断若しくはガス切断のまま使用すること
ができ、加工が簡単である。

更に、溶接終了までスラグ除去が不要であり、また開先
面積が従来の70％と減少するので更に一層高能率で溶接
することができる。

更にまた、銅当金により被溶接材の側法部分が被覆され
ているから、溶融金属の溶落を確実に防止することがで
きると共に、高電流による溶接の高速化が可能であり、
また溶接部の外観も美麗になる。

更にまた、接合しようとする鉄筋同士を引き寄せる必要
がなく、拘束された鉄筋の継手施工が可能である。

これらの結果、本発明によれば、建築現場での作業が極
めて高効率化され、低コストで溶接することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るエンクローズアーク溶接
装置を示す側面図、第２図は同じくその水平断面図、第
３図（ａ）乃至（ｅ）はこの動作を示す模式図、第４図
はウィービング方法を示す模式図、第５図（ａ），
（ｂ）は鉄筋の平面断面図、第６図は従来装置を示す側
面図、第７図は第６図のVII−VII線による断面図であ
る。 11,12;鉄筋、13;当材、14;銅当金、15;開先空間、30;ク
ランプ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】棒状をなし、その接合面がその軸方向に実
   質的に垂直の１対の被溶接材を、その接合面間に所定の
   開先空間を設けて上下に配置し、前記接合面間でアーク
   溶接するエンクローズアーク溶接装置において、前記開
   先空間と上方及び下方の被溶接材の接合面とを含む接合
   部の一部を覆い手前側の仕上側端に開口部を有する銅当
   金と、前記開口部の背後にて下方の被溶接材の側面に接
   触すると共に上方の被溶接材との間に所定の間隙を設け
   て配設され前記開先空間の一部を囲む当材と、前記開口
   部の背後の前記銅当金に取付けられ前記当材を下方被溶
   接材に向けて押圧する押圧手段と、を有することを特徴
   とするエンクローズアーク溶接装置。
2. 【請求項２】前記銅当金の上端及び／又は下端に設けら
   れ、夫々前記上方及び／又は下方の被溶接材をクランプ
   可能のクランパを有することを特徴とする請求項１に記
   載のエンクローズアーク溶接装置。
3. 【請求項３】前記銅当金は前記当材を収納する収納部を
   有し、前記押圧手段はこの収納部の前記銅当金の外側に
   配設された操作機構と、前記収納部内に配設され前記操
   作機構により動作して前記当材を被溶接材に押し付ける
   押し付け機構とを有することを特徴とする請求項１又は
   ２に記載のエンクローズアーク溶接装置。
4. 【請求項４】前記押し付け機構は前記銅当金に螺合する
   螺棒であり、前記操作機構は前記螺棒の収納部外側の端
   部に固定されたネジであることを特徴とする請求項１乃
   至３のいずれか１項に記載のエンクローズアーク溶接装
   置。
5. 【請求項５】前記銅当金の内面と、前記被溶接材との間
   に所定の間隙を有することを特徴とする請求項１乃至４
   のいずれか１項に記載のエンクローズアーク溶接装置。
6. 【請求項６】前記当材と前記上方の被溶接材との間隙が
   2mm以上であって、前記上方及び下方の被溶接材の接合
   面間の間隔の1/2以下であることを特徴とする請求項１
   乃至５のいずれか１項に記載のエンクローズアーク溶接
   装置。
7. 【請求項７】前記当材は前記下方の被溶接材の軸心に対
   し中心角が30乃至150゜をなす領域で接触していること
   を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエ
   ンクローズアーク溶接装置。