特許 7307321 溶接ベース部材の製造方法、鋼板製継手及び鋼板製継手の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-04

(45)【発行日】2023-07-12

(54)【発明の名称】溶接ベース部材の製造方法、鋼板製継手及び鋼板製継手の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/02 20060101AFI20230705BHJP

   B23K 9/23 20060101ALI20230705BHJP

【ＦＩ】

B23K9/02 S

B23K9/23 K

B23K9/02 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019089984

(22)【出願日】2019-05-10

(65)【公開番号】P2020185574

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2022-01-11

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 欽也

(72)【発明者】

【氏名】児玉 真二

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０８２２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－０１０５５８３（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平１１－１０４７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－００５３３１６（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／０２

Ｂ２３Ｋ ９／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼板製の本体、前記本体の一方の板面上で前記本体の長手方向全体に亘って延びると共に前記一方の板面から測った高さが前記本体の厚み以下の線状突起、及び、前記本体の他方の板面上に前記線状突起に対応して形成された線状凹溝を有する溶接ベース部材と、
端面が前記線状突起と対向するように、前記溶接ベース部材の前記一方の板面上に配置された鋼板製の立て部材と、
前記溶接ベース部材及び前記立て部材のうち少なくとも一方の表面を被覆して設けられた亜鉛系めっき層と、
前記溶接ベース部材と前記立て部材とを接合する溶接金属と、
を備える鋼板製継手。

【請求項2】

前記線状突起の高さは、０．２ｍｍ以上である、請求項１に記載の鋼板製継手。

【請求項3】

前記線状突起の高さは、１．０ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の鋼板製継手。

【請求項4】

前記線状突起は、複数本である、請求項１～３のいずれか１項に記載の鋼板製継手。

【請求項5】

前記線状突起の本数は、偶数であり、
複数本の前記線状突起は、前記本体の中心軸を挟んで離間配置されている、請求項４に記載の鋼板製継手。

【請求項6】

鋼板製部材の本体の一方の板面上で前記本体の長手方向全体に亘って延びると共に前記一方の板面から測った高さが前記本体の厚み以下の線状突起を形成するように、前記本体の鋼板の領域の一部を、他方の板面側から前記一方の板面側に向かって前記本体から線状に押し出す工程と、
前記鋼板をロールフォーミングして形鋼を作製する工程と、
を含み、
前記押し出す工程は、前記形鋼を作製する工程が行われるフォーミングラインと同じ前記フォーミングラインで行う、
溶接ベース部材の製造方法。

【請求項7】

請求項１～５のいずれか１項に記載の鋼板製継手を製造する鋼板製継手の製造方法であって、
鋼板製の本体、前記本体の一方の板面上で前記本体の長手方向全体に亘って延びると共に前記一方の板面から測った高さが前記本体の厚み以下の線状突起、及び、前記本体の他方の板面上に前記線状突起に対応して形成された線状凹溝を有する溶接ベース部材、並びに、鋼板製の立て部材を用意する工程であって、前記溶接ベース部材及び前記立て部材のうち少なくとも一方の表面に亜鉛系めっき層が被覆された前記溶接ベース部材及び前記立て部材を用意する工程と、
前記立て部材の端面が前記線状突起と対向するように前記立て部材を前記溶接ベース部材の前記板面の上に配置して、前記溶接ベース部材と前記立て部材との間に隙間を形成する工程と、
前記溶接ベース部材と前記立て部材とを溶接する工程と、
を含む鋼板製継手の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接ベース部材の製造方法、この溶接ベース部材を用いた鋼板製継手及び鋼板製継手の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、住宅等における建築用部材として、溝形鋼やリップ溝形鋼といった鋼板製部材の軽量形鋼が溶接によって組み合わされた、Ｔ字型の鋼板製継手が知られている。また、鋼板製継手を構成する鋼板製部材には、耐食性向上のため、亜鉛系めっきが施された鋼板（亜鉛系めっき鋼板）が使用されることが多い。

【0003】

以下、「亜鉛系めっき層」とは、亜鉛（Ｚｎ）を主たる成分として含むめっき層として説明する。また、亜鉛系めっき層に含まれる成分としては、Ｚｎのみに限定されず、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）等が、鋼板製部材の耐食性を高めるための副成分として、適宜含まれてもよい。また、亜鉛系めっき層に含まれる金属元素は、２種類以上の合金であってもよい。

【0004】

亜鉛系めっき鋼板同士、或いは、亜鉛系めっき鋼板と亜鉛系めっきが施されていない鋼板とを、例えばアーク溶接によって接合する際、熱によって亜鉛系めっきが気化し、めっき蒸気が発生する。発生しためっき蒸気が溶融中の溶接金属に残留すると、凝固した溶接金属に、空孔が形成される場合がある。こうした空孔のうち、溶接金属の表面に開口することなく内部にそのまま存在し、外部から観察できない空孔は「ブローホール」と呼ばれる。また、溶接金属の表面に開口し、外部から観察可能な空孔は、例えば「ピット」等と呼ばれる。

【0005】

溶接金属の空孔は、溶接継手の強度、剛性及び美観を損なうため、気孔欠陥とも呼ばれる。気孔欠陥の対策として、例えば、一定の溶接金属長さに占める、ブローホールの長さの和の比率（ブローホール率）を、３０％以下等、設定された基準値に応じて抑制するように溶接することが、好ましいとされる。また、溶接金属の単位長さあたりのピットの個数を制限する方法も存在する。

【0006】

Ｔ字型の鋼板製継手を製造する際の気孔欠陥の発生を抑制する方法として、特許文献１には、横部材及び縦部材からなる２個の母材の間に隙間を設けて溶接する技術が開示されている。横部材は、Ｔ字の横棒に相当する長尺部材であり、縦部材は、Ｔ字の縦棒に相当する長尺部材である。特許文献１の横部材及び縦部材は、亜鉛系めっきが施された溝形鋼であり、縦部材の端部には高さ約１ｍｍの突起が形成される。突起は、縦部材の端部の一部に対して、半抜きせん断加工や圧縮塑性変形加工が施されることによって、外側に点状に突出して形成される。

【0007】

そして、特許文献１では、縦部材の突起が横部材の板面に突き当てられて、２個の溝形鋼の間に約１ｍｍの高さの隙間が形成され、この隙間が形成された状態で溶接が行われることによって、隙間からめっき蒸気が放散される。このため、特許文献１では、めっき蒸気の溶接金属中への侵入が抑制されると共に、仮に侵入しても侵入量が軽減されることによって、継手のブローホール率を抑制できるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１４－１１３６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

以下、Ｔ字の横棒に相当する部材（横部材）を「溶接ベース部材」、Ｔ字の縦棒に相当する部材（縦部材）を「立て部材」とそれぞれ称する。ここで、本発明者らは、立て部材として、３ｍｍ未満の薄い板厚の鋼板を用意し、この鋼板の端部に特許文献１の加工方法を用いて点状の突起を作製したところ、加工部から亀裂が生じたり加工部が打ち抜かれて脱落したりといった状態が生じた。すなわち、比較的薄い板厚の鋼板製部材に対しては、特許文献１の技術では、隙間を形成するための点状の突起を安定的に作製することが困難であり、気孔欠陥の発生を十分に抑制できない場合があるという問題がある。

【0010】

また、気孔欠陥の発生の抑制以外についても、Ｔ字型の鋼板製継手の溶接ベース部材には、曲げ強度や引張強度等に加えて高い剛性が求められる場合がある。例えば、鋼板製継手が建築用部材等であって、溶接ベース部材が梁として使用される場合、梁の上に載置される屋根等の荷重に対する大きな耐力、及び、撓みや捻じり等の変形に対する大きな耐力を具備することが求められる。しかし、こうした剛性を向上する技術に関し、特許文献１には何ら開示されていない。

【0011】

本発明は、上記の問題に鑑み、亜鉛系めっきが施されたＴ字型の鋼板製継手の気孔欠陥の発生を抑制しつつ、更に、剛性を向上させた溶接ベース部材、及びこの溶接ベース部材を用いた鋼板製継手を提供することを目的とする。また、本発明は、亜鉛系めっきが施されたＴ字型の鋼板製継手に用いられる溶接ベース部材であって隙間形成用の突起を安定的に作製できる溶接ベース部材の製造方法、及びこの溶接ベース部材を用いた鋼板製継手の製造方法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】

【0012】

本発明の第１の態様に係る鋼板製継手は、鋼板製の本体、本体の一方の板面上で本体の長手方向全体に亘って延びると共に一方の板面から測った高さが本体の厚み以下の線状突起、及び、本体の他方の板面上に線状突起に対応して形成された線状凹溝を有する溶接ベース部材と、端面が線状突起と対向するように、溶接ベース部材の一方の板面上に配置された鋼板製の立て部材と、溶接ベース部材及び立て部材のうち少なくとも一方の表面を被覆して設けられた亜鉛系めっき層と、溶接ベース部材と立て部材とを接合する溶接金属と、を備える。

【0013】

第１の態様では、線状突起によって溶接ベース部材と立て部材との間に隙間が形成されるため、溶接時に生じる亜鉛系めっき層の蒸気は、隙間から放散され、溶接金属の内部への残留が抑制される、このため、蒸気に起因する溶接金属の気孔欠陥の発生が抑制される。

【0014】

また、線状突起が溶接ベース部材の長手方向全体に亘って設けられていることによって、溶接ベース部材の断面二次モーメントが増加する。このため、溶接ベース部材の板面上に線状突起が設けられておらず、板面が平板状である場合と比べ、曲げ強度や引張強度に加えて剛性を向上でき、撓みや捻じり等に起因する変形を抑制できる。

【0015】

更に、線状突起の高さが、本体の厚み以下である。ここで、線状突起の高さが本体の厚みを超える場合、溶接ベース部材の剛性向上効果が飽和し、線状突起の作製の負担に対して得られる効果が小さくなる。このため、線状突起の高さが本体の厚み以下であることによって、溶接ベース部材の剛性を効率的に向上できる。

【0016】

本発明の第２の態様に係る溶接ベース部材は、鋼板製の本体と、本体の一方の板面上で本体の長手方向全体に亘って延びると共に一方の板面から測った高さが本体の厚み以下の線状突起と、本体の他方の板面上に線状突起に対応して形成された線状凹溝と、を有する。

【0017】

第２の態様では、亜鉛系めっきが施されたＴ字型の鋼板製継手の気孔欠陥の発生を抑制しつつ、更に、剛性を向上させた溶接ベース部材を実現できる。

【0018】

本発明の第３の態様に係る溶接ベース部材の製造方法は、鋼板製部材の本体の一方の板面上で本体の長手方向全体に亘って延びると共に一方の板面から測った高さが本体の厚み以下の線状突起を形成するように、本体の鋼板の領域の一部を、他方の板面側から一方の板面側に向かって本体から線状に押し出す工程を含む。

【0019】

第３の態様では、溶接ベース部材の板面が線状に押し出されるため、立て部材の端面を点状に加工する場合と比べ、隙間形成用の突起を安定的に作製できる。

【0020】

本発明の第４の態様に係る鋼板製継手の製造方法は、鋼板製の本体、本体の一方の板面上で本体の長手方向全体に亘って延びると共に一方の板面から測った高さが本体の厚み以下の線状突起、及び、本体の他方の板面上に線状突起に対応して形成された線状凹溝を有する溶接ベース部材、並びに、鋼板製の立て部材を用意する工程であって、溶接ベース部材及び立て部材のうち少なくとも一方の表面に亜鉛系めっき層が被覆された溶接ベース部材及び立て部材を用意する工程と、立て部材の端面が線状突起と対向するように立て部材を溶接ベース部材の板面の上に配置して、溶接ベース部材と立て部材との間に隙間を形成する工程と、溶接ベース部材と立て部材とを溶接する工程と、を含む。

【0021】

第４の態様では、亜鉛系めっきが施されたＴ字型の鋼板製継手の気孔欠陥の発生を抑制しつつ、更に、溶接ベース部材の剛性が向上された鋼板製継手を製造できる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、亜鉛系めっきが施されたＴ字型の鋼板製継手の気孔欠陥の発生を抑制しつつ、更に、剛性を向上させた溶接ベース部材、及びこの溶接ベース部材を用いた鋼板製継手を提供できる。また、本発明によれば、亜鉛系めっきが施されたＴ字型の鋼板製継手に用いられる溶接ベース部材であって隙間形成用の突起を安定的に作製できる溶接ベース部材の製造方法、及びこの溶接ベース部材を用いた鋼板製継手の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態に係る溶接ベース部材の構成を説明する斜視図である。

【図2】本実施形態に係る溶接ベース部材の線状突起の構成を説明する正面図である。

【図3】本実施形態に係る溶接ベース部材の板厚に対する高さの比と剛性との関係を説明するグラフ図である。

【図4】本実施形態に係る鋼板製継手の構成を説明する斜視図である。

【図5】本実施形態に係る溶接ベース部材の製造方法を（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）の順に説明する正面図である。

【図6】本実施形態に係る鋼板製継手の製造方法を説明する正面図である。

【図7】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本実施形態に係る鋼板製継手の製造方法をそれぞれ説明する、図６中の７－７線の位置に対応する断面図である。

【図8】線状突起の高さと溶接品質との関係を説明する図である。

【図9】図９（Ａ）は、本実施形態に係る鋼板製継手の溶接金属のＸ線透過画像であり、図９（Ｂ）は、比較例に係る鋼板製継手の溶接金属のＸ線透過画像である。

【図10】図１０（Ａ）～図１０（Ｃ）は、本実施形態の変形例に係る溶接ベース部材の構成をそれぞれ説明する正面図である。

【図11】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、本実施形態の変形例に係る溶接ベース部材の構成をそれぞれ説明する正面図である。

【図12】変形例に係る溶接ベース部材の線状突起の構成を説明する正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一の部分及び類似の部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。但し、図面における厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

【0025】

＜溶接ベース部材の構造＞
まず、本実施形態に係る溶接ベース部材１０を、図１～図４を参照して説明する。溶接ベース部材１０は、Ｔ字型の鋼板製継手を構成する母材の一つであり、図１に示すように、本体１２と、線状突起１４と、亜鉛系めっき層と、線状凹溝１８とを有する。

【0026】

本体１２は、断面がＣ字状である鋼板製の溝形鋼であり、ウェブ１２Ａ及びフランジ１２Ｂを有する。ウェブ１２Ａ及びフランジ１２Ｂの厚みはほぼ等しい。本体１２は、図１中の左下側から右上側に向かって延びる長尺部材である。本実施形態では、本体１２の溝形鋼は、例えば帯鋼等、一枚の鋼板製部材をロールフォーミングすることによって、作製可能である。

【0027】

亜鉛系めっき層は、本体１２の長手方向全体に亘って板面を被覆するように、例えば２０μｍ程度の厚みで塗膜されている。本実施形態では、亜鉛系めっき層の図示は省略する。立て部材２０の亜鉛系めっき層によって、溶接時にめっき蒸気が生じる。

【0028】

次に、線状突起１４及び線状凹溝１８について具体的に説明する。線状突起１４は、溶接時に、溶接ベース部材１０と立て部材２０との間に、隙間Ｃ（図６参照。）を形成する。線状突起１４は、本体１２のＣ字の外側に突出するように、図１中のウェブ１２Ａの上側の板面上で本体１２の長手方向に沿って、長手方向全体に亘って延びている。また、線状凹溝１８は、図１中のウェブ１２Ａの下側の板面上に、線状突起１４に対応して形成されている。なお、本発明では、線状突起１４は、本体１２の表面上で長手方向全体に亘って設けられることは必須ではなく、少なくとも表面の接合部を含んで一定の長さで設けられればよい。

【0029】

本実施形態に係る線状突起１４及び線状凹溝１８は、ロールフォーミングやプレス加工等の押し出し加工によって、作製される。線状凹溝１８の深さＤは、作製時の押し出し量（突き出し量）に相当するため、図２に示すように、線状突起１４の高さＨと線状凹溝１８の深さＤとは、ほぼ等しい。高さＨは、一方の板面（図２中の上面）から上側に向かって測った長さである。このため、線状突起１４の部分の肉厚は、本体１２の厚みＴとほぼ等しい。なお、図２中では、見易さのため、本体１２の厚みＴに対する線状凹溝１８の高さＨ及び深さＤの割合は、実際と異なり大きく誇張して描かれている。また、後で説明する図５、図６及び図１２中でも同様に、本体１２の厚みＴに対する線状凹溝１８の高さＨ及び深さＤの割合は、大きく描かれている。

【0030】

図１に示したように、本実施形態では、２本の線状突起１４が、本体１２の中心軸Ａを挟んで平行に、対称的に離間配置されている。また、２本の線状突起１４は、中心軸Ａからほぼ同じ距離で離間している。中心軸Ａには、平面視で、溶接ベース部材１０の重心が重なる。なお、本発明では、線状突起１４の本数は、２本に限定されず、１本、或いは、３本以上の複数本であってよい。線状突起１４が少なくとも１本以上設けられれば、隙間Ｃを形成できる。

【0031】

ここで、本発明者らは、線状突起１４の高さＨの好適な上限値を設定するため、線状突起１４の高さＨを異ならせた溶接ベース部材を複数製造し、製造した溶接ベース部材のそれぞれの剛性を測定した。具体的には、長手方向の長さが約３００ｍｍ、幅方向（図２中の左右方向）の長さが約３０ｍｍ、厚みＴが約２．３ｍｍの溝形鋼を、線状突起１４を有さない溶接ベース部材として用意した。

【0032】

そして、この溝形鋼の押し出し加工における押し出し量を５パターンに異ならせ、図１に示したように、ウェブ１２Ａに２本の線状突起１４を設けた溶接ベース部材１０をそれぞれ製造した。５パターンの溶接ベース部材１０の、本体１２の鋼板の厚みＴに対する高さＨの比Ｈ／Ｔは、０．２、０．４、０．６、０．８及び１．０である。また、線状突起１４を有さない溶接ベース部材は、ウェブ１２Ａが平板状であって、比Ｈ／Ｔ＝０である。

【0033】

そして、比Ｈ／Ｔ＝０の溶接ベース部材１０及び５パターンの溶接ベース部材１０に対して、剛性を測定するための３点曲げ試験を実施した。３点曲げ試験では、溶接ベース部材１０のウェブ１２Ａを、幅方向に２５０ｍｍの間隔（スパン）を設けた２点で下側から支持し、ウェブ１２Ａに上側から、支持位置の２点間の中央に荷重を載荷して、ウェブ１２Ａが破断する際の最大荷重を測定した。そして、比Ｈ／Ｔ＝０の溶接ベース部材で測定された最大荷重（曲げ強度）に対する、他の５パターンの溶接ベース部材１０のそれぞれの最大荷重の百分率を、図３中の縦軸の「強度」として算出した。すなわち、比Ｈ／Ｔ＝０の溶接ベース部材で測定された最大荷重が、１００％に相当する。

【0034】

図３に示すように、線状突起１４が設けられることによって、溶接ベース部材１０の強度は、比Ｈ／Ｔが約０．５辺りまでは、急峻に向上する。曲げ強度と剛性との間には相関があるため、曲げ強度が大きい程、溶接ベース部材１０の剛性は高まる。そして、比Ｈ／Ｔが約０．５を超える辺りから、曲げ強度（剛性）の向上の程度は、緩やかになる。そして、比Ｈ／Ｔが１．０、すなわち、線状突起１４の高さＨが鋼板の厚みＴと等しくなると、図３中の軌跡の傾きから分かるように、曲げ強度（剛性）がピークに達する。

【0035】

図３より、線状突起１４の高さＨが本体１２の厚みＴを超える場合、溶接ベース部材１０の剛性向上効果が飽和し、線状突起１４の作製負担に対して得られる効果が小さくなることが分かる。また、この測定結果とは別に、線状突起１４の高さＨが本体１２の厚みＴを超える場合、押し出し加工の際、線状凹溝１８の深さＤが本体１２の厚みＴを超えて深く押し出される。このため、線状突起１４の肉厚が大きく減少し、結果、溶接ベース部材１０の剛性が低下する懸念もある。このため、本実施形態では、線状突起１４の板面から測った高さＨは、本体１２の厚みＴ以下に設定されている。

【0036】

＜鋼板製継手の構造＞
次に、本実施形態に係る溶接ベース部材１０を用いた鋼板製継手を説明する。鋼板製継手１００は、図４に示すように、溶接ベース部材１０と、立て部材２０と、溶接金属３０と、を備える。

【0037】

立て部材２０は、鋼板製の本体２２と、本体２２の板面を被覆するように塗膜された亜鉛系めっき層とを有する。本体２２は、断面がＣ字状である鋼板製の溝形鋼であり、図４中の下側から上側に向かって延びる長尺部材である。なお、図４中の立て部材２０の上下方向の高さ（長手方向の長さ）は例示であり、本発明では、立て部材２０の上下方向の高さは、適宜変更できる。本実施形態では、本体２２の溝形鋼は、溶接ベース部材１０と同様、一枚の鋼板製部材をロールフォーミングすることによって、作製可能である。

【0038】

亜鉛系めっき層は、溶接ベース部材１０の亜鉛系めっき層と等価である。なお、本実施形態では、溶接ベース部材１０及び立て部材２０のそれぞれの板面上に、亜鉛系めっき層が塗膜されている場合が例示されたが、本発明では、これに限定されない。亜鉛系めっき層は、溶接ベース部材１０及び立て部材２０のうち少なくとも一方の表面を被覆して設けられればよい。また、溶接ベース部材１０と同様に、亜鉛系めっき層は、溶接対象領域である接合部にのみ限定的に設けられてもよい。

【0039】

立て部材２０は、端面が、線状突起１４と対向するように線状突起１４に突き当てられた状態で、溶接ベース部材１０の一方の板面上に配置されている。すなわち、溶接の母材となる溶接ベース部材１０及び立て部材２０は、それぞれの面方向が平行でなく、交差するように配置され、板面どうしが重ならない。

【0040】

また、図４中の鋼板製継手１００では、溶接ベース部材１０が下側で水平に延びるように配置されると共に、立て部材２０が上側で鉛直に延びるように配置された場合が例示されたが、本発明では、これに限定されない。例えば、溶接ベース部材１０が上側に配置されると共に、立て部材２０が下側に配置されてもよい。また、溶接ベース部材１０が鉛直に延びるように配置されると共に、立て部材２０が水平に延びるように配置されてもよい。すなわち、Ｔ字型の継手構造が実現される限り、溶接ベース部材１０及び立て部材２０の空間的な配置関係は任意に設定できる。

【0041】

溶接金属３０は、溶接時に用いる溶接ワイヤ等の溶接材料と母材の金属が溶融、混合し、この溶融金属が凝固して形成される。そして、溶接金属は溶接ベース部材１０と立て部材２０とを接合する。図４中に例示した、左上側から右下側に延びる棒状の溶接金属３０の場合、左上側が始端であり、右下側が終端である。溶接金属３０の終端には、クレーター処理が施されている。また、図４中では溶接ビードの盛り上がりが、波模様で例示されている。

【0042】

（作用効果）
本実施形態では、溶接時、亜鉛系めっき層の蒸気は、線状突起１４によって形成された隙間Ｃから放散され、溶接金属３０の内部への残留が抑制されるため、蒸気に起因する溶接金属３０の気孔欠陥の発生が抑制される。

【0043】

また、本実施形態では、線状突起１４は、溶接ベース部材１０の他方の板面側から一方の板面側に向かって、本体１２から線状に押し出された鋼板の領域である。溶接ベース部材１０の板面を線状に押し出す加工が用いられるため、立て部材２０の端面を点状に加工する場合と比べ、線状突起１４を安定的に作製できる。

【0044】

また、線状突起１４が溶接ベース部材１０の長手方向全体に亘って設けられていることによって、溶接ベース部材１０の断面二次モーメントが増加する。このため、板面上に線状突起１４が設けられておらず、溶接ベース部材１０の板面が平板状である場合と比べ、曲げ強度や引張強度等の剛性を向上でき、撓みや捻じり等に起因する変形を抑制できる。

【0045】

また、剛性の向上によって、例えば、線状突起１４を有さない溶接ベース部材と比較すると、許容たわみに対する耐荷重を増加することが可能になり、溶接ベース部材１０の信頼性が向上する。また、同じ耐荷重の場合、板厚低減によって部材質量を軽減することが可能になるため、材料費を抑制できる。

【0046】

また、本実施形態では、線状突起１４が、溶接ベース部材１０の長手方向全体に亘って設けられている。このため、溶接の相手方となる立て部材２０の突き当て位置を問わず、線状突起１４上で任意の位置に立て部材２０を配置可能になるので、溶接ベース部材１０の汎用性が高く、部材の共通化を促進できる。また、例えば、建築現場における溶接時に、溶接ベース部材１０上での立て部材２０の溶接位置の変更が急遽生じても、立て部材２０の突き当て位置を変更するだけで済み、有利である。

【0047】

更に、図３に示したように、線状突起１４の高さＨが、剛性向上効果の飽和点と、肉厚減少による剛性低下の影響を考慮して、本体１２の厚みＴ以下に設定されているため、溶接ベース部材１０の剛性を効率的に向上できる。また、線状突起１４の高さＨが本体１２の厚みＴを超える場合、押し出し加工の際、線状凹溝１８の深さが本体１２の厚みＴを超えて深く押し出されるため、線状突起１４の肉厚が大きく減少し、結果、溶接ベース部材１０の剛性が低下する懸念もある。

【0048】

また、線状突起１４の高さＨが本体１２の厚みＴを超える場合、線状突起１４の作製の際、押し出し加工による歪みの影響が大きくなる。具体的には、溶接ベース部材１０の表面の線状突起１４の周囲において、微細なしわの発生や、亜鉛系めっき層の伸長に伴うめっき厚の減少等が懸念される。しわの発生やめっき厚の減少は、外観品質の低下や耐食性の低下を招く可能性がある。しかし、本実施形態では、線状突起１４の高さＨが本体１２の厚みＴ以下に制御されることによって、しわの発生やめっき厚の減少を抑制できる。

【0049】

また、本実施形態では、線状突起１４が２本であるため、線状突起１４が１本の場合と比べ、溶接ベース部材１０の剛性を更に向上できる。

【0050】

また、本実施形態では、２本の線状突起１４が、本体１２の中心軸Ａを挟んで、対称的に離間配置されている。このため、例えば、２本の線状突起１４が、中心軸Ａを挟んだ両側のうち一方の領域に集約して配置されている場合と比べ、溶接ベース部材１０の全体の剛性をバランスよく向上できる。また、複数本の線状突起１４が中心軸Ａを挟んで対称的に離間配置される場合、線状突起１４の本数は、２本に限定されず、４本、６本等、他の偶数であってもよい。また、離間配置する線状突起１４の間隔が広い程、溶接ベース部材１０の剛性をより向上できる。

【0051】

＜溶接ベース部材の製造方法＞
次に、本実施形態に係る溶接ベース部材１０の製造方法を説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、一定の厚みＴを有する鋼板製部材１２Ｐを用意する。鋼板製部材１２Ｐは、溶接ベース部材１０の本体１２となる。

【0052】

次に、図５（Ｂ）に示すように、鋼板製部材１２Ｐを、ロールフォーミングラインに装入する。本実施形態では、一例として、ロールフォーミングラインの最前段に設けられたフォーミングロール４２の周面には、２本の突起部４４が、全周に亘って設けられている。突起部４４の突き出し高さは、本体１２の厚みＴ以下に設定されている。

【0053】

そして、移動する鋼板製部材１２Ｐに対し、フォーミングロール４２を接触させ、鋼板の領域の一部を、突起部４４の形状に応じて、上側の板面側から下側の板面側に向かって押し出す。このため、最前段を通過した鋼板製部材１２Ｐには、突起部４４を用いた押し出しによって、線状凹溝１８及び線状突起１４が、鋼板製部材１２Ｐの長手方向に沿って、長手方向全体に亘って延びるように作製される。また、線状突起１４の高さＨは、本体１２の厚みＴ以下である。なお、本実施形態では、線状突起１４の作製に際し、ロール段数が１段のフォーミングロール４２が使用された場合が例示されたが、本発明ではこれに限定されず、２段以上のロールが使用されてもよい。

【0054】

次に、線状突起１４が作製された鋼板製部材１２Ｐを、同じフォーミングライン中で最前段に後続する次段以降に進入させる。そして、図５（Ｃ）に示すように、ロールフォーミングによって、鋼板製部材１２Ｐの幅方向（図５（Ｃ）中の左右方向）の両端をそれぞれ上側に段階的に折り曲げて、ウェブ１２Ａ及びフランジ１２Ｂを有する溝形鋼を形成する。

【0055】

なお、ウェブ１２Ａ及びフランジ１２Ｂ作製時の折り曲げ加工に用いるフォーミングロールは、折り曲げ加工前に作製された線状突起１４に接触して線状突起１４を変形させないように調整される。具体的には、例えば、折り曲げ加工用のフォーミングロールの周面で線状突起１４に対応する領域に凹部等の退避場所を設け、加工中に周面が線状突起１４に接触しないように構成すればよい。

【0056】

次に、ロールフォーミングによって形成された溝形鋼を、例えばカットオフプレス等を用いて所定の長さで切断する。必要に応じて、切断時の位置決め用又は固定用の穴や切り欠き等を、鋼板製部材１２Ｐに予め設けておくことによって、効率的に切断できる。穴や切り欠き等は、打ち抜き加工やプレノッチ加工等によって実現できる。そして、溶接ベース部材１０の表面上の所定の領域に、必要に応じて亜鉛系めっき層を塗膜する。以上の工程によって、本実施形態に係る溶接ベース部材１０を得ることができる。

【0057】

（作用効果）
本実施形態に係る溶接ベース部材１０の製造方法によれば、亜鉛系めっきが施されたＴ字型の鋼板製継手１００の気孔欠陥の発生を抑制しつつ、隙間形成用の突起を安定的に作製でき、更に、剛性を向上させた溶接ベース部材を製造できる。

【0058】

また、本実施形態では、押し出し加工によって線状突起１４を一度に作製可能になるため、複数の点状の突起を一つ一つ個別に作製する場合と比べ、作業能率が高く、溶接ベース部材の大量生産に好適である。特に、鋼板製継手が、梯子形状や格子形状等、Ｔ字型の部分を複数有する場合に、本実施形態は有効である。

【0059】

また、本実施形態では、鋼板製部材１２Ｐを形鋼にロールフォーミングする際のフォーミングラインと同じフォーミングラインで、線状突起１４を作製する。一方、プレス等によって形鋼に突起を形成する場合、形鋼をロールフォーミング設備からプレス場等へ移動させる時間や手間が生じる。本実施形態では線状突起１４の作製に際し、形鋼を移動させる時間や手間を削減することが可能になるため、生産性が更に高まる。

【0060】

また、本実施形態では、線状突起１４の作製と形鋼へのロールフォーミングとの両方が、同じフォーミングラインで実行可能である。一方、プレス等によって突起を形成する場合、ロールフォーミング設備とは異なる、プレス等の専用の加工装置が別途必要になる。また、プレス用の金型の大型化や、或いは、金型の大型化を回避するため、鋼板製部材１２Ｐをプレス前に所定の長さに切断する手間が生じ得る。本実施形態では、線状突起１４の作製に際し、専用の加工装置が存在しない場合であっても、形鋼製造時のロールフォーミング設備をそのまま活用でき、加工装置を別途用意する必要がないため、新規の設備投資コストを抑えることができる。

【0061】

なお、本発明では、線状突起１４を作製するための方法は、ロールフォーミングに限定されない。例えば、線状突起１４の形状に応じた上下の金型を用意し、この金型を用いた一般的なプレス装置によって、線状突起１４が作製されてもよい。

【0062】

また、プレス装置を用いた押し出し加工の場合、線状突起１４は、長手方向全体に亘って延びる必要はない。線状突起１４が板面上に部分的に配置されるように、立て部材２０との溶接位置に押し出し位置を限定することによって、加工負担を軽減してもよい。ただし、ロールフォーミング成形の方が、生産性が高い。

【0063】

＜鋼板製継手の製造方法＞
次に、本実施形態に係る溶接ベース部材１０を用いた鋼板製継手１００の製造方法を説明する。まず、溶接ベース部材１０及び立て部材２０を用意する。溶接ベース部材１０及び立て部材２０のうち、少なくとも一方の表面には、亜鉛系めっき層が被覆される。

【0064】

次に、図６に示すように、立て部材２０の端面が線状突起１４と対向するように、立て部材２０を溶接ベース部材１０の板面の上に突き当てて配置し、溶接ベース部材１０と立て部材２０との間に隙間Ｃを形成する。

【0065】

次に、図７（Ａ）に示すように、溶接ベース部材１０と立て部材２０とを溶接する。図７（Ａ）中には、溶接ワイヤ５０及び溶接トーチ５２を用いたアーク溶接が行われる場合が例示されている。溶接ワイヤ５０の先端は、ノズル５４の開口部から、溶接ベース部材１０と立て部材２０との接続部に向かって突き出される。ノズル５４の壁の内側ではシールドガスが流れる。例えば、マグ溶接の場合、シールドガスとして二酸化炭素（ＣＯ_２）、もしくはアルゴン（Ａｒ）とＣＯ_２などとの混合ガスを使用できる。溶接ワイヤ５０は、例えば銅合金製のコンタクトチップ５６によって給電される。溶接によって、図７（Ｂ）に示すように、コーナーに溶接金属３０が形成される。

【0066】

なお、溶接時には、線状突起１４の形状が溶接後に変形することなく溶接前の形状が保持されると共に、溶融中の溶接金属３０による立て部材２０ならび溶接ベース部材１０への溶け落ちや穴あき等が生じないよう、溶接条件が調整されることが好ましい。溶接条件は、例えば、立て部材２０を線状突起１４に突き当てる力や、溶接入熱等である。溶接入熱は、電流、電圧及び速度から得られる熱量であり、下記の式によって得られる。

溶接入熱（kＪ／cm）＝６０×電流（Ａ）×電圧（Ｖ）／速度(cm／min)／１０００

以上の工程によって、本実施形態に係る鋼板製継手１００を得ることができる。

【0067】

（作用効果）
本実施形態に係る鋼板製継手１００の製造方法によれば、亜鉛系めっきが施されたＴ字型の鋼板製継手１００の気孔欠陥の発生を抑制しつつ、隙間形成用の突起を安定的に作製でき、更に、溶接ベース部材の剛性を向上できる。

【実施例】

【0068】

次に、本発明の実施例に係る鋼板製継手を説明する。図８に示すように、実施例では、線状突起１４の高さＨが、０ｍｍから約１．０ｍｍまでの１１パターンの溶接ベース部材１０を用意し、それぞれの溶接ベース部材１０を用いて製造した鋼板製継手の溶接金属３０の溶接品質を確認した。

【0069】

溶接ベース部材１０及び立て部材２０として、長手方向の長さが約３００ｍｍ、幅方向の長さが約１００ｍｍ、高さ方向の長さが約５０ｍｍ、厚みＴが約２．３ｍｍの溝形鋼を用いた。また、溶接ベース部材のウェブ１２Ａの板面上には、上記した「溶接ベース部材の製造方法」を用いて、断面が半円状の線状突起１４を、間隔４０ｍｍで２本作製した。

【0070】

また、溶接ベース部材１０及び立て部材２０のそれぞれの鋼板の両面には、亜鉛系めっき層として、Ｚｎ－１１％、Ａｌ－３％、Ｍｇ－０．２％、Ｓｉ溶融めっきを、両面合計付着量２００ｇ／ｍ^２で被膜した。また、上記した「溶接ベース部材の製造方法」を用いて、溶接ベース部材１０及び立て部材２０を、図４に示したように隅肉溶接して、Ｔ字型の鋼板製継手を製造した。

【0071】

また、溶接条件は以下のとおりである。
溶接方法：ＤＣ－ＣＯ_２
溶接速度：４０ｃｍ／分
溶接ワイヤ：日鐵住金溶接工業製 ＹＭ－２８ φ１．２ｍｍ
溶接姿勢：下向き水平
溶接トーチ角度：前進角及び後退角…０度、起こし角…４５度及び６０度の２種類
突き出し長さ：１５ｍｍ
ワイヤ先端狙い位置：コーナー（起こし角が４５度の場合）、及び
コーナーから溶接ベース部材側に０．５ｍｍ逃がし
（起こし角が６０度の場合）の２種類
溶接電流：約１４０Ａ
溶接電圧：約２３Ｖ

【0072】

そして、製造した鋼板製継手のそれぞれについて、溶接ビードの長さ方向中心の５０ｍｍの長さの領域に対し、気孔欠陥が占める部分の長さの割合を気孔欠陥率として算出した。結果、実施例では、隙間Ｃを形成する線状突起１４の高さＨが０．２ｍｍ以上の場合、気孔欠陥率が２０％以下であった。図８中では、０．２≦Ｈ≦１．０における溶接金属３０の溶接品質は、丸（〇）印で表されている。また、形成された溶接ビードのうち、溶接始終端を除いた、５０ｍｍ程度の範囲の定常部を、Ｘ線透過撮影した。図９（Ａ）に示すように、例えば、高さＨ＝０．３ｍｍの場合、溶接金属３０の内部には、僅かな気孔しか観察されず、溶接品質が良好であることが分かる。

【0073】

一方、高さＨが０．１ｍｍの場合、隙間Ｃが小さく、亜鉛系めっき層のめっき蒸気が十分に放散されないため、高さＨ＝０ｍｍの場合より気孔は減少したものの、気孔欠陥率は、２０％を超えていた。図８中、高さＨが０．１ｍｍの場合、溶接品質は、三角（△）印で表されている。

【0074】

また、図９（Ｂ）に示すように、高さＨ＝０ｍｍの比較例の場合、溶接金属３０の内部には多くの気孔が観察された。比較例の溶接品質は、図８中、バツ（Ｘ）印で表されている。なお、図９中に示した溶接金属３０は、上記の溶接条件中、ワイヤ先端狙い位置がコーナーであって、起こし角が４５度の場合である。

【0075】

また、図示を省略するが、ワイヤ先端狙い位置がコーナーから溶接ベース部材側に０．５ｍｍ逃がしであって、起こし角が６０度の場合でも、同様に、高さＨが０．２ｍｍ以上の場合、気孔欠陥率を２０％以下に抑制できた。

【0076】

一方、高さＨが１．０ｍｍを超える場合、気孔欠陥の発生は抑制できたものの、溶接時、ルート面に溶融金属が流入することから、溶接金属３０ののど厚が減少を開始し、溶接品質が低下する懸念があることが分かった。このように、本実施例では、Ｈ＝１．０ｍｍの値が、高さＨの上限値として好適であることが分かった。

【0077】

また、図８及び図９に示した厚みＴが約２．３ｍｍ（Ｔ＝２．３ｍｍ）の溝形鋼の他、厚みＴが異なる７種類の溝形鋼を用いて溶接ベース部材１０を製造して、鋼板製継手１００の溶接品質を同様に評価した。７種類の溝形鋼のそれぞれの厚みＴは、約１．０ｍｍ、約１．２ｍｍ、約１．６ｍｍ、約１．８ｍｍ、約２．９ｍｍ、約３．２ｍｍ及び約４．０ｍｍである。厚みＴ以外の、溝形鋼の仕様や、溶接電流及び溶接電圧を除く溶接条件等は、Ｔ＝２．３ｍｍの溝形鋼の場合と同じである。溶接電流及び溶接電圧は板厚に応じて裏抜け及び溶け落ちが生じないよう適切に調整した。

【0078】

結果、７種類の溝形鋼においても、Ｔ＝２．３ｍｍの溝形鋼の場合と同様に、線状突起１４の高さＨが、０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内で、溶接金属３０の溶接品質が良好であることが分かった。すなわち、１．０ｍｍ≦Ｔ≦４．０ｍｍの範囲内では、溶接ベース部材１０の線状突起１４の高さＨを、０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下に調整することが好ましい。１．０ｍｍ≦Ｔ≦４．０ｍｍの範囲内の厚みＴを有する鋼板製継手１００は、建築用部材において、剛性の確保とコスト性から実用性に優れている。

【0079】

＜変形例＞
次に、図１０～図１２を参照して、本実施形態の変形例を説明する。なお、以下の変形例に係る溶接ベース部材及び鋼板製継手においては、図１～図９を用いて説明した溶接ベース部材１０及び鋼板製継手１００と異なる構成について主に説明する。また、変形例の溶接ベース部材及び鋼板製継手における他の構成については、図１～図９に示した溶接ベース部材１０及び鋼板製継手１００におけるそれぞれ同名の部材と等価であるため、重複説明を省略する。

【0080】

図１０（Ａ）に示すように、変形例に係る溶接ベース部材１０Ａでは、線状突起１４Ａ及び線状凹溝１８Ａは、本体１２のウェブ１２Ａではなく、フランジ１２Ｂに設けられてもよい。線状突起１４Ａは、溝形鋼のＣ字の外側に向かって突出する。溶接ベース部材１０Ａでは、フランジ１２Ｂの板面上に立て部材２０を突き当てて配置した際、線状突起１４Ａによって、めっき蒸気放散用の隙間Ｃを形成できる。

【0081】

また、図１０（Ｂ）に示すように、溶接ベース部材１０Ｂは、フランジ１２Ｂにリップが設けられたリップ溝形鋼であってもよい。また、図示を省略するが、溝形鋼以外の形鋼であっても、板面上に線状突起１４が作製可能な鋼板製部材である限り、形鋼の種類は限定されない。すなわち、本発明に係る溶接ベース部材としては各種の形鋼を採用できる。

【0082】

また、図１０（Ｃ）に示すように、ウェブ１２Ａの板面上に、Ｃ字の内側に向かって突出する線状突起１４Ｃが、線状凹溝１８Ｃと共に設けられてもよい。図１０（Ｃ）中に例示した溶接ベース部材１０Ｃでは、リップ溝形鋼の内側に立て部材２０を突き当てて溶接する際、線状突起１４Ｃによって隙間Ｃを形成できる。なお、内側に突出する線状突起１４Ｃが設けられる形鋼としては、リップ溝形鋼に限定されず、リップを有さない溝形鋼等、他の形鋼も適宜採用できる。

【0083】

また、図１１（Ａ）に示すように、ウェブ１２Ａに、Ｃ字の外側に向かって突出する線状突起１４と、内側に向かって突出する線状突起１４Ｃとが、両方設けられてもよい。更に、フランジ１２Ｂに、外側に向かって突出する線状突起１４Ａが設けられてもよい。図１１（Ａ）中に例示した溶接ベース部材１０Ｄによれば、ウェブ１２Ａ及びフランジ１２Ｂにそれぞれ線状突起１４，１４Ａ，１４Ｃが設けられているため、汎用性が高められている。

【0084】

また、図１１（Ｂ）に示すように、溝形鋼としてリップ溝形鋼を採用し、線状突起１４，１４Ａ，１４Ｃがウェブ１２Ａ及びフランジ１２Ｂに設けられることに加え、更に、リップに、Ｃ字の外側に向かって突出する線状突起１４Ｅが設けられてもよい。図１１（Ｂ）中に例示した溶接ベース部材１０Ｅによっても、図１１（Ａ）中の溶接ベース部材１０Ｄと同様に、汎用性が高められている。すなわち、線状突起は、隙間Ｃを形成できる限り、ウェブ、フランジ、リップのそれぞれに対して、任意の位置、個数、向きを組み合わせて実現できる。

【0085】

なお、図１２に示すように、外側に突出する線状突起１４及び内側に突出する線状突起１４Ｃがウェブ１２Ａに設けられた溶接ベース部材１０Ｆを用いて溶接する際、溶接金属３０（溶接ビード）に、線状凹溝１８Ｃが含まれる場合がある。このため、隙間の最大高さは、線状突起１４の高さＨと線状凹溝１８Ｃの深さＤとの和となる。

【0086】

ここで、溶接金属３０の線状凹溝１８Ｃの部分におけるのど厚は、線状凹溝１８Ｃ以外の部分におけるのど厚と比べ、減少する。このため、溶接ベース部材１０Ｆが、図９中に示した実施例に係る溶接ベース部材と、線状突起１４の高さＨ以外、同じ仕様を有する場合、亜鉛系めっき層の厚みを除く実質的な隙間の高さが、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。具体的には、例えば、線状突起１４の高さＨ及び線状凹溝１８Ｃの深さＤが０．５ｍｍの場合、実質的な隙間の高さが、１．０ｍｍ以下になる。

【0087】

＜その他の実施形態＞
本発明は上記の開示した実施の形態によって説明したが、この説明は、本発明を限定するものではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。例えば、本実施形態では、溶接ベース部材１０の板面上に線状突起１４が設けられていたが、本発明では、これに限定されず、立て部材２０の板面上に線状突起１４が設けられてもよい。

【0088】

立て部材２０が線状突起１４を有することによって、立て部材２０が、溶接ベース部材１０との接合部から離間した位置において、異なる鋼板製部材との間でＴ字型の鋼板製継手を構成することが可能になる。すなわち、立て部材２０を溶接ベース部材１０として使用することができる。

【0089】

更に、同一外形及び同板厚の鋼板製部材を用いて鋼板製継手１００を製造する場合、溶接ベース部材１０及び立て部材２０の両方が線状突起１４を有する同じ仕様であることによって、母材として用意する鋼板製部材の種類が集約される。このため、在庫負担を抑制できると共に、在庫管理の効率化を促進できる。

【0090】

また、本実施形態では、隅肉溶接によってＴ字型の鋼板製継手１００が製造される場合が例示されたが、本発明では、これに限定されない。端面が線状突起１４に対向するように立て部材２０が溶接ベース部材１０の板面上に立てて溶接される限り、開先溶接が行われてもよい。

【0091】

また、図１～図１２中に示した構成を組み合わせて、本発明に係る溶接ベース部材及び鋼板製継手を構成することもできる。本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むと共に、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0092】

１０，１０Ａ～１０Ｆ 溶接ベース部材
１２ 本体
１４，１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｅ 線状突起
１８，１８Ａ，１８Ｃ 線状凹溝
２０ 立て部材
３０ 溶接金属
４２ フォーミングロール
１００ 鋼板製継手
Ａ 中心軸
Ｃ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】