1. 鋼溶接継手のメリットとデメリット
溶接接続は現代の鉄骨構造で最も広く使用されている接合形式ですが、設計時に十分に考慮する必要がある固有の長所と短所があります。
主な利点
シンプルな構造レイアウト、ボルト穴の切断不要、完全な断面保持、高い鋼利用率
全体の剛性が高く、気密性能が優れているため、コンテナ、パイプライン、密閉構造部品に適しています。
SAW、MIG/MAG、MMAなど多様な溶接プロセスを実現し、量産向け自動ロボット溶接を容易に実現
柔軟な接続形状により、複雑で不規則な構造の接続が可能
主な欠点と隠れたリスク
不均一な加熱により熱影響部 (HAZ) が形成され、金属粒子の構造が変化し、局所的な脆化が引き起こされます。
冷却後の残留引張応力と永久変形が大きく、圧縮部材の支持力が低下する
高い亀裂感受性。小さな内部亀裂は負荷がかかると容易に拡大し、全体的な構造破壊につながります。
明らかな低温冷間脆化のリスクがあり、プロセスを最適化しない超低温の屋外構造物には不向き
2. 鋼の溶接性と炭素換算の評価基準
鋼の溶接性は、通常の建設条件下で高品質で欠陥のない溶接が得られるかどうかを決定し、主に化学組成、圧延技術、板厚によって影響を受けます。
炭素当量（Ceq）は中心的な評価指標です。
設計者は、対応する予熱温度、溶接ワイヤ、およびフラックス材料に適合する溶接手順を策定する前に、炭素当量を計算する必要があります。
溶接は不均一な急速加熱冷却サイクルです。溶接部は高温下で急激に膨張しますが、母材金属は冷たいままで、冷却中に周囲の鋼材によって拘束され、縦方向と横方向の残留収縮応力と構造的な曲げ/ねじり変形が形成されます。
設計最適化対策
溶接配置を分散し、多重溶接の三次元交差を避けて応力集中を防止
余分な溶接サイズを削減し、溶接荷重を合理的に制御します
スティフナー交差位置に逃げ穴を設定して二次溶接を切断し、収縮応力の重畳を回避します。
現場でのプロセス管理方法
溶接順序を最適化: スキップ溶接、セグメントバック溶接、積層マルチパス溶接を行い、収縮力のバランスをとります。
自然な溶接収縮を防ぐための事前設定された逆変形オフセット
溶接前の予熱と後熱焼戻しを実施し、内部残留応力を解放します。
4. 鋼構造物製造のための 3 つの主要な溶接プロセス
設備コストが低く、複雑な小型コンポーネントの柔軟なフルポジション操作。溶接棒のコーティングは保護スラグとガスを生成して空気を隔離します。欠点: 効率が低く、手動成形が不安定で、主に現場での組み立てや溶接の修理に使用されます。
2) サブマージアーク溶接(SAW)
アークは粒状のフラックス、集中した熱、深い溶け込み、最小限の変形の下で燃焼し、厚くまっすぐな長い溶接の超高効率を実現します。工場でのHビーム、大型鋼板の接合に広く適用され、補助治具を使用した平坦/水平溶接のみに適しています。
シールドガスにより溶融池を隔離し、アークを安定させ、溶接面を滑らかにし、全姿勢溶接をサポートします。 2 つの動作モード:
5. 標準溶接記号とジョイント/ポケット コード規則
国際的に統一された溶接記号により、設計者、技術者、検査員間のコミュニケーションが統一され、溶接位置、継手の形状、溝の種類がカバーされます。
溶接位置コード：F(平坦)、H(水平)、V(垂直)、O(オーバーヘッド)
メインジョイントコード：B(バット)、T(Tジョイント)、C(コーナー)、L(ラップ)、X(クロス)
溝コード：I、V、X、K、U、J（板厚50mm以上はU/J溝）
6. 鋼の溶接欠陥の 6 つの主要なカテゴリ、原因および修復解決策
すべての溶接欠陥は構造の安全性を直接的に低下させます。以下は鉄鋼工場で最も頻繁に発生する故障です。
1) 亀裂（ホットクラック&コールドクラック）
ホットクラック：過剰な溶接熱、高い不純物含有量、集中した収縮応力
コールドクラック：高炭素相当鋼、予熱不足、冷却速度が速い
修理：両端に亀裂止め穴を開け、亀裂のある金属を完全に除去してから再溶接します。
2) ボイド (気孔とクレーター収縮空洞)
ワーク表面の錆・油、溶接消耗品の湿り気、移動速度の超過などが原因。ポーラス層を除去し、パッチ溶接を行います。
3) 固体介在物（スラグ介在物、タングステン介在物）
スラグ洗浄なしの多層溶接、溶接電流が小さすぎる。再溶接する前に介在物部分を掘り出します。
4) 融合の欠如/浸透の欠如
移動速度が速すぎる、開先ギャップが狭い、溶接入熱が低い。重要な接合部のバックガウジングと両面溶接。
5) 形状欠陥（アンダーカット、オーバーラップ、位置ずれ）
不適切なガン角度、不一致の電流/電圧。欠陥部を研削し、表面補修溶接を行います。
6) バーンスルー、溶接ビードのオーバーフロー
溶接電流が過剰、ベースプレートが薄い、移動速度が遅すぎる。余分な金属を除去した後、埋め込みと研磨を行います。
7. 厚鋼板のラメラ破れの防止対策
板厚20mm以上のT/クロス継手では板厚方向の引張収縮応力によりラメラ引き裂きが発生します。標準的な最適化スキーム:
狭いV/K溝を採用し、溶接充填量と収縮力を低減します。
片面非対称溝の代わりに対称両面溝を使用
応力を加えた鋼の端を溶接部の外に伸ばして引張応力を伝達します
クロスジョイントを鋳鋼の移行セグメントに置き換えて、多方向の応力の重畳を回避します。
8. 2つの主要な溶接品質検査技術
1) 外観検査 (VT)
第一段階の検査: 肉眼または拡大鏡で溶接サイズ、表面のアンダーカット、亀裂、気孔、位置ずれを確認します。すべてのプロジェクトは内部欠陥検出の前に合格する必要があります。
2) 非破壊検査 (NDT)
超音波検査 (UT): 主流の内部欠陥検査、高速検出、低コスト、波形によって欠陥の位置と深さを判断、鉄骨構造物の現場検査に広く使用されています
放射線検査 (RT): X/γ 線が溶接部を透過してフィルム上に欠陥画像を形成し、欠陥の種類を正確に特定します。 30mm未満のプレートのX線。極厚部品にはγ線。
9. 溶接抜き抜き検査の合格基準
鋼構造エンジニアリングは、統一されたサンプリング判定ルールに従います。
不合格率 <2%: バッチ全体が合格
不適格率 >5%: バッチ全体が不合格となり、完全な検査が必要
不適格率 2%~5%: 二重サンプリング検査;不適格の合計 ≤3% が合格、それ以外の場合は不合格
亀裂が検出された場合: 2 回の再検査。二次亀裂が見つかった → すべての溶接部を完全に検査
10. 結論
鋼構造物の溶接は、設計図から材料選定、溶接工程、事後検査に至るまで一貫して管理されています。溶接レイアウト、予熱パラメータ、溶接順序、検査基準を的を絞って最適化することで、変形、亀裂、ラメラ裂けなどの一般的な欠陥を 95% 以上除去できます。標準化された建設手順は、長期的な構造安全性の中核的な保証です。
カスタマイズされた溶接プロセス スキーム、欠陥のトラブルシューティング、または鉄鋼製造用のロボット溶接変換が必要な場合は、次の専門エンジニアにお問い合わせください。 heavth.com では、全プロセスのテクニカル サポートをご利用いただけます。
