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公開番号2025104311
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2024226590
出願日2024-12-23
発明の名称角形鋼管
出願人日本製鉄株式会社,日鉄建材株式会社
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類B23K 9/025 20060101AFI20250702BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】角形鋼管について、シーム溶接部の形成される面と柱がせん断力を受ける方向とが平行となる最も厳しい条件であっても、母材に対しシーム溶接部が先行降伏しないためのアンダーマッチング溶接の条件を導出する。
【解決手段】4つの辺部および4つの角部を含む角丸矩形状の断面を有する角形鋼管であって、少なくとも1つの上記辺部に、上記角形鋼管の長さ方向に延びるシーム溶接部が形成され、上記角形鋼管の板厚t[mm]および外径D[mm]、ならびに上記シーム溶接部の余盛り高さe[mm]および溶接線幅w[mm]に対して、上記シーム溶接部の引張強さσ_u,WM[N/mm²]および上記辺部の母材の引張強さσ_u,BM[N/mm²]が式(i)および式(ii)を満たす角形鋼管が提供される。
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特許請求の範囲【請求項１】
４つの辺部および４つの角部を含む角丸矩形状の断面を有する角形鋼管であって、
少なくとも１つの前記辺部に、前記角形鋼管の長さ方向に延びるシーム溶接部が形成され、
前記角形鋼管の板厚ｔ［ｍｍ］および外径Ｄ［ｍｍ］、ならびに前記シーム溶接部の余盛り高さｅ［ｍｍ］および溶接線幅ｗ［ｍｍ］に対して、前記シーム溶接部の引張強さσ
ｕ，ＷＭ
［Ｎ／ｍｍ
２
］および前記辺部の母材の引張強さσ
ｕ，ＢＭ
［Ｎ／ｍｍ
２
］が式（ｉ）および式（ii）を満たす角形鋼管。
TIFF
2025104311000014.tif
22
170
続きを表示（約 420 文字）【請求項２】
４つの辺部および４つの角部を含む角丸矩形状の断面を有する角形鋼管であって、
少なくとも１つの前記辺部に、前記角形鋼管の長さ方向に延びるシーム溶接部が形成され、
前記角形鋼管の板厚ｔ［ｍｍ］および外径Ｄ［ｍｍ］に対して、前記シーム溶接部の引張強さσ
ｕ，ＷＭ
［Ｎ／ｍｍ
２
］および前記辺部の母材の引張強さσ
ｕ，ＢＭ
［Ｎ／ｍｍ
２
］が式（iii）および式（iv）を満たす角形鋼管。
TIFF
2025104311000015.tif
17
170
【請求項３】
前記シーム溶接部は、１つの前記辺部のみに形成される、請求項１または請求項２に記載の角形鋼管。
【請求項４】
前記シーム溶接部は、互いに対向する２つの前記辺部に形成される、請求項１または請求項２に記載の角形鋼管。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、角形鋼管に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
鋼部材を溶接する際、母材に対し溶接部を先行破壊させないために、一般には溶接金属の引張強さを母材の引張強さより大きくするオーバーマッチングが行われる。例えば、引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ
２
級の母材に対しては、引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ
２
を超える溶接金属材料および溶接条件を選定する。ところが、オーバーマッチングによって選定された高強度の溶接金属材料の溶接では、溶接割れの防止や溶接金属の強度および靭性の確保のために予熱が必要とされたり、入熱量やパス間温度の上限が厳しかったりするために、溶接施工に係る手間が増え、コスト増や生産効率の低下が生じやすい。
【０００３】
建築鋼構造の柱に用いられる冷間成形角形鋼管のシーム溶接部でも、上記のような溶接金属のオーバーマッチングによる問題が生じうる。また、近年、角形鋼管の鋼種が多様化しており、同一の製造ラインで複数の鋼種の角形鋼管を製造するようになっている。このような場合に、各鋼種に対してオーバーマッチングになるように溶接金属材料や溶接条件を設定すると、製造される角形鋼管の鋼種が変わるごとにシーム溶接部の溶接金属材料の入れ替えや溶接条件の変更が必要となり、生産性の低下の要因となっている。
【０００４】
これに対して、例えば特許文献１では、角形鋼管柱と通しダイアフラムとの溶接部について、アンダーマッチング溶接、すなわち溶接金属の引張強さが母材の引張強さよりも小さい溶接を可能とする技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１６－１５９２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷間成形角形鋼管のシーム溶接部は溶接線方向に沿う方向にせん断力を受けるため、アンダーマッチング溶接の場合、シーム溶接部の溶接金属材料が母材に先行してせん断降伏して塑性変形する可能性がある。このような塑性変形が生じると角形鋼管の断面の平面保持仮定が成立しなくなり、設計時に平面保持仮定に基づいて想定された曲げ耐力よりも小さい曲げモーメントで大きな変形が生じて層間変形が過大になる。特許文献１でアンダーマッチング溶接が適用されるのは溶接線方向と直交する方向に引張力を受ける溶接部であるため、上記のような角形鋼管のシーム溶接部に特許文献１に記載されたアンダーマッチング溶接の技術をそのまま適用することはできない。
【０００７】
そこで本発明は、角形鋼管について、シーム溶接部の形成される面と柱がせん断力を受ける方向とが平行となる最も厳しい条件であっても、母材に対しシーム溶接部が先行降伏しないためのアンダーマッチング溶接の条件を導出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［１］４つの辺部および４つの角部を含む角丸矩形状の断面を有する角形鋼管であって、少なくとも１つの上記辺部に、上記角形鋼管の長さ方向に延びるシーム溶接部が形成され、上記角形鋼管の板厚ｔ［ｍｍ］および外径Ｄ［ｍｍ］、ならびに上記シーム溶接部の余盛り高さｅ［ｍｍ］および溶接線幅ｗ［ｍｍ］に対して、上記シーム溶接部の引張強さσ
ｕ，ＷＭ
［Ｎ／ｍｍ
２
］および上記辺部の母材の引張強さσ
ｕ，ＢＭ
［Ｎ／ｍｍ
２
］が式（ｉ）および式（ii）を満たす角形鋼管。
TIFF
2025104311000002.tif
22
170
［２］４つの辺部および４つの角部を含む角丸矩形状の断面を有する角形鋼管であって、少なくとも１つの上記辺部に、上記角形鋼管の長さ方向に延びるシーム溶接部が形成され、上記角形鋼管の板厚ｔ［ｍｍ］および外径Ｄ［ｍｍ］に対して、上記シーム溶接部の引張強さσ
ｕ，ＷＭ
［Ｎ／ｍｍ
２
］および上記辺部の母材の引張強さσ
ｕ，ＢＭ
［Ｎ／ｍｍ
２
］が式（iii）および式（iv）を満たす角形鋼管。
TIFF
2025104311000003.tif
17
170
［３］上記シーム溶接部は、１つの上記辺部のみに形成される、［１］または［２］に記載の角形鋼管。
［４］上記シーム溶接部は、互いに対向する２つの上記辺部に形成される、［１］または［２］に記載の角形鋼管。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成によれば、角形鋼管のシーム溶接部の溶接金属材料のせん断強さに対する最大せん断応力の比が、辺部の母材のせん断強さに対する最大せん断応力の比を超えないため、母材に対しシーム溶接部が先行降伏しないアンダーマッチング溶接を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施形態に係る角形鋼管の第１の例を示す図である。
本発明の実施形態に係る角形鋼管の第２の例を示す図である。
角形鋼管の断面の辺部およびシーム溶接部に生じるせん断応力を示す図である。
解析における境界条件を示す図である。
解析において角形鋼管断面に作用する外力の方向を示す図である。
解析におけるモデルを示す図である。
解析におけるモデルを示す図である。
解析によって算出された相当塑性ひずみのコンター図である。
解析によって算出された相当塑性ひずみのコンター図である。
解析によって算出された相当塑性ひずみのコンター図である。
解析によって算出されたシーム溶接部の相当塑性ひずみを載荷角度ごとに示すグラフである
解析によって算出された角形鋼管の材端における曲げモーメントと層間変形との関係を示すグラフである。
解析によって算出されたシーム溶接部の相当塑性ひずみを示すグラフである。
シーム溶接部の最大相当塑性ひずみの母材部の最大相当塑性ひずみに対する比（以下、最大相当塑性ひずみ比ともいう）と層間変形との関係を示すグラフである。
最大相当塑性ひずみ比の最大値とマッチング率との関係を示すグラフである。
図１２の一部を拡大してプロットを追加したグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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