柱梁焊接接头及其制造方法_5

文档序号:8237659阅读:来源:国知局
从梁构件2 的外侧利用弧形缺口施工方法向下焊接而形成下部完全熔透焊接部9B。上部完全熔透焊接 部8A和下部完全熔透焊接部9B中,架桥用底层焊接部11的配置隔着梁构件中央线而成为 上下对称的形态(参照图7(b))。
[0202] 在通过架桥用底层焊接部11及底层堆焊工序来形成底层堆焊部111时,可以如图 17(a)?(e)所示进行。
[0203]S卩,如图17(a)所示,在该例子中,以第一焊道A1对焊缝根部间隙进行架桥,作为 第二焊道A2,以与架桥用底层焊接部11的一部分重叠的方式沿钢板B侧的里侧水平方向进 行堆焊并层叠。由此,在向钢板B侧的里侧水平方向施加了架桥必要焊道之后,进行架桥后 1焊道以上的焊接,从而实现架桥用底层焊接部11及底层堆焊部111。需要说明的是,在该 图17 (a)中,全部成为向上施工的样态,但是如假想线所示,可以将第一焊道A1从坡口开口 侧向下地进行架桥用底层焊接,将第二焊道A2向上施工。而且,如图17(b)所示,如工厂接 合形式的下凸缘那样坡口开口部位于下侧时,可以将全部焊炬设为向下姿势进行施工。
[0204] 进而,如图17(c)所示,在该例子中,以第一焊道A1对焊缝根部间隙进行架桥而形 成架桥用底层焊接部11,以第二焊道A2进行较宽的横摆运条焊接,由此在向钢板B侧的里 侧水平方向施加了架桥必要焊道之后,以架桥后1焊道以上地实施堆焊来形成底层堆焊部 111。第二焊道A2相对于由第一焊道A1形成的架桥用底层焊接部11不是局部而是整面覆 盖,但是向钢板B侧方向进行堆焊的情况并未改变,因此有效。
[0205] 而且,如图17(d)所示,焊缝根部间隙过宽而以1焊道无法架桥的情况如下所述。 该例子向焊缝根部间隙的钢板A侧进行堆焊作为第一焊道A1,缩窄焊缝根部间隙。接着,作 为第二焊道A2,将其堆焊端面与钢板B侧的里侧端面间进一步利用焊接进行架桥。进而,作 为第三焊道A3,通过向钢板B侧的里侧水平方向进行层叠来形成架桥用底层焊接部11及底 层堆焊部111。并且,如图17(e)所示,作为第四焊道A4,在先形成的底层堆焊部111进一 步进行堆焊而向钢板B侧的里侧水平方向施加了架桥必要焊道之后,以架桥后1焊道以上 地形成底层堆焊部111。即,底层堆焊部111是在架桥用底层焊接部11的一部分层叠1焊 道,进而层叠2焊道进行堆焊的例子。
[0206] 作为对架桥用底层焊接部11及底层堆焊部111进行焊接时的焊接方法,优选使用 以正极性(焊丝(_)&母材(+))配电的二氧化碳保护弧焊法。而且,其焊接材料优选使用将 氟化钙或氟化钡作为药芯,在包括焊丝外周的钢部分的全焊丝重量换算下含有总计〇. 5? 10质量%的药芯焊丝。最为普及的药芯焊丝是反极性用,且因电弧稳定性劣化而不含有氟 化钙或氟化钡。另一方面,作为在此使用的焊接方法,优选向上焊接用中以正极性进行配 电,并含有氟化钙或氟化钡作为包裹在内的药芯。
[0207] 当将正极性与氟化物组合时,即便为向上姿势,熔融池也更难以滴落,能够改善止 端部的磨合性而缓和应力集中。而且,焊接时的电弧的稳定性也改善。且熔透变浅,能够容 易得到通过向上最终焊道进行控制的"熔透交叉角度135度以下"。作为药芯中含有的氟化 物,最优选氟化钙或氟化钡。在也包括外周的钢部分的全焊丝重量换算下小于〇. 5质量% 的话,电弧变得不稳定,焊接困难。另一方面,当超过10%时,多发生溅射,在向上焊接时,向 焊接者下落,因此仍然难以焊接。因此,氟化钙或氟化钡在也包括外周的钢部分的全焊丝重 量换算下设为总计〇. 5?10质量%。
[0208] 而且,在焊接方法中,更优选药芯焊丝与二氧化碳保护组合的气体保护弧焊法。以 正极性配电且氟化物的药芯焊丝还适量添加铝等时,不需要保护气体而能够焊接。然而,在 无气体焊接(也称为自保护弧焊)中,氮从大气混入到焊接金属中,韧性降低,在堆焊金属 内产生龟裂时,其传播速度存在升高的可能性。因此,使用二氧化碳作为保护气体,由此防 止氮的混入,得到高韧性的焊接金属,从而能够延缓龟裂传播速度。需要说明的是,关于药 芯焊丝,除了氟化钙或氟化钡之外,作为焊接金属调质用的脱氧材料、或电弧稳定剂,还可 以添加并应用C、Si、Mn、Mg、Ti、Al、Zr、P、S、K、Na、Ca等作为单体元素或化合物。
[0209] 另外,在成为架桥用底层焊接部11及底层堆焊部111的焊接的下一工序的坡口 内填充对焊中,关于焊接方法,没有特别限定,使用了实芯焊丝或药芯焊丝的气体保护弧焊 法、包剂弧焊法、TIG焊接法、自保护弧焊法等均可以应用。而且,关于焊接材料,只要作为柱 梁焊接接头1A、1B、1C(尤其是梁构件2)的强度能够保证规定值以上(例如,490MPa以上) 即可,没有特别限定,使用以往公知的焊接材料。而且,关于焊接条件,以能够保证前述强度 的方式控制热量输入、最大焊道间温度等来进行。
[0210] 在梁端部对焊工序S1中,优选在柱构件31A、31B、31C的侧面,将上下凸缘4、5的 端面进行对焊,并将梁腹3的未形成弧形缺口的端面利用角焊等与柱构件31A、31B、31C的 侧面接合。而且,也可以取代角焊等而安装配件、利用螺栓进行紧固。需要说明的是,角焊 的焊接方法、焊接材料、焊接条件等与前述对焊同样。
[0211] (堆焊工序)
[0212] 堆焊工序S2是在梁端部对焊工序S1结束后,向下凸缘5侧、或上凸缘4侧和下凸 缘5侧这两侧进行堆焊,来形成下部堆焊部13、或上部堆焊部12和下部堆焊部13这两堆焊 部的工序。
[0213] 在堆焊中,关于焊接方法,没有特别限定,使用了实芯焊丝或药芯焊丝的气体保护 弧焊法、包剂弧焊法、TIG焊接法、自保护弧焊法等均可以应用。
[0214] 关于焊接条件,如图2(a)、(c)、(d)所示,以使下部堆焊部13、或上部堆焊部12和 下部堆焊部13这两堆焊部从弧形缺口底(下弧形缺口底SL、上弧形缺口底SU)向柱构件 (隔板32)侧、柱构件(隔板32)的相反侧及梁腹3的厚度方向的两侧形成的方式,控制热 量输入、最大焊道间温度等来进行。
[0215] 堆焊优选以使堆焊部(下部堆焊部13、上部堆焊部12)的向柱构件(隔板32)侧 的长度(Lc)、向柱构件(隔板32)的相反侧的长度(Lb)、向梁腹3侧及凸缘(下凸缘5、上 凸缘4)侧的焊脚长(La、Ld)成为规定范围的方式,控制热量输入、最大焊道间温度等来进 行。而且,堆焊更优选通过多焊道层叠来进行。
[0216] 形成上部堆焊部12及下部堆焊部13的堆焊优选按照图18(a)?(h)所示的层叠 要领来进行。如图18(a)所示,从梁腹3的下弧形缺口底向柱构件31A侧进行堆焊,形成层 叠的下部堆焊部13。如图18(b)所示,从下弧形缺口底向梁腹3的厚度方向的两侧进行堆 焊,形成层叠的下部堆焊部13。如图18(c)所示,从下弧形缺口底向柱构件31A的相反侧进 行堆焊,形成层叠的下部堆焊部13。如图18(d)所示,从下弧形缺口底向柱构件31A侧进行 堆焊,形成层叠的下部堆焊部13。如图18(e)所示,从下弧形缺口底向梁腹3的厚度方向的 两侧进行堆焊,形成层叠的下部堆焊部13。如图18(f)所示,从下弧形缺口底向柱构件31A 的相反侧进行堆焊,形成层叠的下部堆焊部13。如图18(g)所示,从下弧形缺口底向柱构件 31A侧进行堆焊,形成层叠的下部堆焊部13。如图18 (h)所示,从下弧形缺口底向梁腹3的 厚度方向的两侧进行堆焊,形成层叠的下部堆焊部13,在下凸缘5侧形成层叠的下部堆焊 部13。需要说明的是,图18(a)?(h)示出层叠要领的一例,本发明的层叠要领并未限定为 图18(a)?(h)。而且,上部堆焊部12的层叠要领与前述的下部堆焊部13同样。
[0217] 关于焊接材料,没有特别限定,但优选使用具有与梁构件2同等以上的强度的材 料。例如,若梁构件2(H型钢)为490MPa级,则焊接材料为490MPa级以上,若H型钢为 590MPa级,则焊接材料为590MPa级以上。作为其理由,虽然存在通过堆焊来提高对应力的 刚性的目的,但是堆焊部(下部堆焊部13、上部堆焊部12)、架桥用底层焊接部11、底层堆焊 部111 (通过底层堆焊工序形成)的焊接金属部13a、12a为低强度的话,提高刚性的效果减 小。材质方面也同样,若使用耐火钢作为梁构件2,则焊接材料也优选使用耐火钢用焊接材 料,若使用不锈钢作为梁构件2,则焊接材料也优选使用同等成分系的不锈钢用焊接材料。
[0218] 如以上所述,作为焊接材料,通常应用H型钢的同等以上的材料,但是为了进一步 提高耐震性能或提高对于风等造成的长周期疲劳龟裂的耐性,也可以积极地使用特殊的焊 接材料。预想到如果开发出积极地利用钢的马氏体相变产生的体积膨胀效果,减少焊接部 的拉伸残留应力,或者进一步改变为压缩方向,由此提高它们的性能的功能性焊接材料,并 将该功能性焊接材料应用于堆焊部(下部堆焊部13、上部堆焊部12)、架桥用底层焊接部 11、底层堆焊部111 (通过底层堆焊工序形成),则能够实现进一步的耐震性能提高、耐疲劳 性提高。具体而言,作为焊接材料,若使用具有C彡0. 15质量%,Mn彡3. 0质量%,Ni彡3. 0 质量%,Cr彡3.0质量%的一个以上的焊接材料,则焊接金属部13a、12a的马氏体相变开 始温度Ms点成为500°C以下,产生拉伸残留应力的减少效果。
[0219] 在向利用现场接合形式进行了焊接接合的堆焊前的柱梁焊接接头进行堆焊的情 况下,无法将堆焊前的柱梁焊接接头进行上下翻转,因此向上凸缘4侧的堆焊成为向上焊 接而堆焊的难易度升高,但是通过使用适合于全姿态焊接的焊接材料而难易度下降。
[0220] 如图16所示,本发明的柱梁焊接接头的第二制造方法包括准备工序S11、堆焊工 序S12,通过进行前述工序Sll、S12,从已存建筑物通过容易且廉价的修补能够制造出耐震 性能优异的柱梁焊接接头1A、1B、1C。以下,对各工序进行说明。
[0221] (准备工序)
[0222] 准备工序S11是从建筑完的建筑物或建筑中的建筑物、即已存建筑物使下部完全 熔透焊接部9A、9B、或上部完全熔透焊接部8A、8B和下部完全熔透焊接部9A、9B露出的工 序。这里,露出对于建筑完的建筑物,是指将修补部位的建筑物的外壁等的一部分开口,使 建筑物(柱梁焊接接头)的完全熔透焊接部露出,而且,对于建筑中的建筑物,是指从建筑 物(柱梁焊接接头)之中确定应修补的完全熔透焊接部。需要说明的是,在此作为对象的 是不使用垫板而应用了底层焊接法的焊接部位。
[0223](堆焊工序)
[0224] 堆焊工序S12与第一制造方法的堆焊工序S2同样。
[0225] 这样在已存建築物的柱构件及梁构件设置柱梁焊接接头1A、1B、1C,由此,(1)通 过形状的作用,使作用于弧形缺口底的应力集中向周围分散。(2)弧形缺口底通过增加与梁 腹厚度TW相同以上的角焊缝焊脚长的壁厚,相对于上下弯曲应力而提高刚性来增大破坏 阻力。(3)堆焊的向柱侧的延长在现场接合形式下,与梁端焊接部的顶点部相比设为柱构件 侦牝而且,在工厂接合形式下,超过架桥用底层焊接部11,向比隔板端面靠柱侧使延长长度 延长,由此,不仅减小接触角而缓和应力集中,利用梁端焊接部的多余部及底层,具有提高 应力集中部位的刚性而增大破坏阻力这两个效果。
[0226] 需要说明的是,在工厂接合形式的全部或现场接合形式下的堆焊超过焊接金属部 10而延长到隔板上时,焊接金属部10的多余部、架桥用底层焊接部11的厚度未成为有效厚 度,但取而代之而通常比凸缘厚的隔板厚度作为有效厚度发挥作用,接触角也进一步减小 而提高应力集中的缓和效果,因此能够充分抑制破坏。在工厂接合形式下,在堆焊端部止于 架桥用底层焊接部11上的长度中,与隔板端面之间产生狭窄部,反而容易破坏。因此,在底 层焊接上实施弧形缺口底堆焊时,完全超过架桥用底层焊接部11而达到隔板的情况非常 重要(参照图11(a)、(b))。而且,(4)堆焊的朝向柱相反侧、即梁长度中央的延长设为梁腹 板厚的3倍以上的长度,由此使应力适度地分散,能够抑制在堆焊部与梁腹界面容易产生 的龟裂的产生。
[0227] 优选的是,与架桥用底层焊接部11局部或整面地重叠,将1焊道以上向柱构件 31A(31B、31C)的相反方向堆焊于凸缘面而设置底层堆焊部111,由此不仅与凸缘的上表面 和下表面相接的对焊金属止端部的位置的差异相伴的力矩的差缩小而具有地震时应力的 分散效果,而且容易得到利用了对焊金属、凸缘的原质部、凸缘的热影响部这样的组织的脆 性破坏的差异的[熔透交叉角度135度以下]产生的龟裂传播速度的延迟效果。该效果越 是沿着凸缘下表面增大堆焊的层叠宽度越有效果,但理想的是成为与坡口开口侧的焊接部 止端部相同的铅垂方向距离。
[0228] 需要说明的是,在此所说的完全熔透焊接部是指在接头部分的板厚整个的区域的 熔透部分。
[0229] 架桥用底层焊接部是架设于焊缝根部间隙而形成的焊接部分。
[0230] 堆焊部是超过焊接金属部的顶点部或覆盖架桥用底层焊接部并超过柱构件的隔 板端面而以规定壁厚形成的焊接部分。
[0231] 焊接金属部具备架桥用底层焊接部和与该架桥用底层焊接部在坡口内填充层叠 而焊接的焊接部。
[0232] 底层堆焊部是指与架桥用底层焊接部的局部或全部重叠而进行1焊道以上焊接 的部分。
[0233]【实施例】
[0234] 接下来,对本发明的实施例进行说明。需要说明的是,本发明没有限定为该实施 例。需要说明的是,在图19?27所示的柱梁接合模拟结构体中,作为设有引弧板14的结 构进行说明。
[0235] 首先,制作了图19?22所示的柱梁接合模拟结构体。梁构件使用了将由490MPa 级碳钢(SN490)构成的梁腹3(212tX1025LX16Wmm,厚度Tw= 16mm)与由SN490构成的 上下凸缘4、5(19tX995LX200Wmm)角焊而成的组合H型钢。柱构件使用了向490MPa级 的BCR295的方形钢管33(16tX250 □X205tmm)周向焊接了由490MPa级碳钢(SN490)构 成的隔板32(25tX300w□mm)的外隔板结构的柱构件。梁腹3的上下弧形缺口 6、7设为 按照非专利文献 1 (参照P227,图 4. 8. 20 (1))的形状(rl= 35mm,r2 = 10mm,L= 10mm)。 而且,将由35400或5财00构成的2个加强件21(1财\2121\921,以半径15111111切口)角焊 在距梁构件的端部(柱构件的相反侧)155mm的位置。需要说明的是,图19是利用上下弧 形缺口施工方法制作的柱梁接合模拟结构体(现场接合形式),图20是利用上下弧形缺口 施工方法制作的柱梁接合模拟结构体(工厂接合形式),图21是利用上下无弧形缺口施工 方法制作的柱梁接合模拟结构体(工厂接合形式),图22是利用上无弧形缺口施工方法、下 弧形缺口施工方法制作的柱梁接合模拟结构体(现场接合形式)。
[0236] 接下来,对于在上下凸缘4、5的端部形成的
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