レーザ溶接H形鋼の開発

レーザ溶接 H 形鋼の開発
91
技術資料
レーザ溶接 H 形鋼の開発
家　成　徹 *　桜　田　康　弘 **　仲　子　武　文 ***　温　品　誠　二 ****　川　口　洋　充 *****　朝　田　博 ******
Development of Laser Welded H Steel
様式 4
Toru Ienari, Yasuhiro Sakurada, Takefumi Nakako, Seiji Nukushina, Hiromitsu Kawaguchi, Hiroshi Asada
Synopsis:
Welded light gauge H steel is widely used in the architectural field because it has a good cross-sectional performance. However, small
size welded light gauge H steel cannot be manufactured with the conventional production facility.
For such reason, we developed small size welded light gauge H steel using laser welding as a new production method.
In this report, performance of laser welded H steel was investigated.
The results are as follows:
1）Full penetration welding can be obtained by one-side, one-pass laser welding in the production of welded light gauge H steel, which
has T-shape weld joint. The tensile strength of laser welded H steel satisfies JIS, in the proper welding conditions range.
2）The results of structural test show that laser welded H steel has sufficient performance as an architectural member.
3）Since the weld zone by laser welding has good corrosion resistance, laser welded H steel of ZAM can be expected to omit the repair
coating process.
4）Since laser welded H steel has sufficient performance as an architectural member, we obtained a grade of The Building Center of
Japan (BCJ).
鋼帯に給電するための電極を支持する電極ホルダーが鋼
１．緒　言
帯に干渉することから小型サイズの製造が困難となる。
製造が困難なサイズについては，図 2 に示すような 2 つ
近年，建築物に対するニーズとして，耐震のための部
幅
材軽量化，設計自由度向上や建築物の長寿命化への対応
など要求スペックが高度化している。また，コスト低減
干渉
高さ
に対する要望も大きい。このような中，単位質量当たり
の断面性能が優れている溶接軽量 H 形鋼は，軽量化に
対し理想的な断面形状 1） を有することから，工業化住
宅の柱や梁などの構造部材や屋根材などの二次部材に広
く使われている。また，溶接軽量Ｈ形鋼の開口部に断熱
材や壁パネルが設置できるため，空間を有効活用したフ
レーム枠材などにも適用されている。
溶接軽量 H 形鋼は一般的に鋼帯から連続的に高周波
抵抗溶接を用いて製造されている。しかし，図 1 に示
干渉
H 形鋼
電極チップ
電極ホルダー
図 1　高周波抵抗溶接の問題点
in high frequency resistance welding of
Fig.1図 Problem
1 高周波抵抗溶接の問題点
すように，溶接軽量 H 形鋼のサイズが小さくなると，
small size
weldedinlight
gauge
H steel. resistance welding of
Fig.1
Problem
high
frequency
*加工技術研究部
**加工技術研究部　加工第一研究チーム　主任研究員
***加工技術研究部　加工第一研究チーム　主任研究員
****大阪支社商品開発部　住宅・建材開発チーム　サブリーダー
*****建材総合開発室　住宅鋼材総合開発チーム　主任部員
******加工技術研究部　加工第一研究チーム　チームリーダー
size welded light gauge H steel.
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
92
レーザ溶接 H 形鋼の開発
溝形鋼
アーク溶接（2 パス／1 箇所）
レーザ光
アーク溶接
溝形鋼による溶接軽量 H 形鋼
アーク溶接による溶接軽量 H 形鋼
ウェブ
フランジ
図 2　小型サイズの溶接軽量Ｈ形鋼の適用例
図 2 小型サイズの溶接軽量Ｈ形鋼の適用例
Fig.2　Examples
of small
size light
welded
gauge H steel.
Fig.2 Examples of small
size welded
gaugelight
H steel.
溶接部
図 3　レーザ溶接 H 形鋼の溶接方法
Fig.3　Welding
of laser H
welded
H steel.
図method
3 レーザ溶接
形鋼の溶接方法
の溝形鋼のウェブ同士を重ね合わせて H 形状に組み立
てて溶接した H 形鋼やアーク溶接を用いて製造された
Fig.3 Welding method of laser welded H steel.
H 形鋼が使用されている。アーク溶接を用いた場合，高
込み溶接が可能なレーザ光を片側から照射して，1 パス
周波抵抗溶接に比べて溶接回数が増加することによる生
による溶接で製造できることが大きな特徴である。
産性の低下や熱変形により生じる歪みの矯正などの問題
また，建築用途に適用するためには長尺のレーザ溶接
が生ずる。また，浸漬めっきの代替としてめっき鋼板を
H 形鋼が必要となる。そこで，レーザ溶接による片側 1
番使用すると，溶接時の入熱により溶接部周辺のめっきが
号
表（
） 図（2
）
（写真は図に含める）
パス溶接を用いて，長尺レーザ溶接 H 形鋼の製造技術
同時にコストアップに繋がる。これらの問題点を改善す
本設備は，長尺の 3 枚の鋼板を H 形状にセットし，駆
る溶接方法としてレーザ溶接が挙げられる。
動装置により溶接位置に連続的に供給する設備である。
を検討した。図 4 に長尺品を製造する設備の外観を示す。
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 家成 徹
損傷して補修塗装作業が必要となるため手間がかかると
レーザ溶接は一般的な溶接方法であるアーク溶接に比
図 5 に示すように，溶接位置は駆動側（DS）と操作側
べて高速溶接でも深い溶け込み形状が得られ，鋼板の熱
（WS）に 2 箇所あり，それぞれフランジとウェブの継
変形が小さく薄板への適用が可能である。
また，
溶接ビー
手に隙間が生じないよう両フランジの外面からスクイズ
ド幅が狭いため，めっき鋼板に適用した場合でもめっき
ロールで挟み込み，T 字隅肉継手を形成する。試験体の
損傷を最小限に抑えることができる。
製造条件は，ウェブの板厚に応じてレーザ光の出力と溶
番 号
表（
刷り上り希望大きさ
） 図（3
80mm
）
（写真は図に含める）
幅 170mm 幅
執筆者名
家成 徹
接速度を制御した。試作を行った H 形鋼の素材は，建
そこで，筆者らは溶接軽量 H 形鋼の新たな溶接方法
としてレーザ溶接を適用し，小型サイズも作製すること
が可能なレーザ溶接 H 形鋼の製造技術を開発した。こ
れにより，従来使用できなかった部材に対しても，優れ
た断面性能をもつ H 形鋼が適用できる可能性があり，H
形鋼の適用範囲が拡大するものと期待される。
また，開発したレーザ溶接 H 形鋼について構造試験
を実施し，得られた結果をもとに，公的評価機関である
一般財団法人日本建築センターの評定申請を行い，部材
評定を取得した。
本報では，優れた耐食性を有する溶融 Zn-6％ Al-3％
Mg 合金めっき鋼板 2）（以下，ZAM と記す）を用いて，
図 44　レーザ溶接
レーザ溶接 H 形鋼の製造設備
図
H 形鋼の製造設備
レーザ溶接 H 形鋼を作製し，H 形鋼としての性能につ
Fig.4 Production facility of laser welded H steel.
Fig.4　Production facility of laser welded H steel.
いて検討した結果を報告する。
溶接方向
２．レーザ溶接による溶接軽量 H 形鋼の製造方法
レーザ光
DS
WS
溶接軽量 H 形鋼は 2 枚のフランジと 1 枚のウェブの
計 3 枚の鋼板から構成される形鋼であり，接合箇所はフ
ランジとウェブから成る T 字隅肉継手である。通常，T
字隅肉継手を溶接する場合，隅肉部の両側から 2 パスに
より接合される。これに対して，開発したレーザ溶接 H
形鋼は，図 3 に示すように T 字隅肉継手部に深い溶け
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
スクイズロール
図 5　製造方法の概要
図 5 製造方法の概要
Fig.5　Outline
of）production
method.
表（
図（4
）
（写真は図に含める）
of幅 170mm
production
method.
Fig.5 Outline
刷り上り希望大きさ
80mm
幅
執筆者名 家成 徹
番 号
レーザ溶接 H 形鋼の開発
93
母材破断（ウェブ）
H 形鋼
治具
図 6 溶接軽量 H 形鋼の引張試験
図 6　溶接軽量 H
形鋼の引張試験
Fig.6 Appearance of tensile test for welded light gauge H steel.
Fig.6　Appearance of tensile test for welded light gauge H
steel.
図 7 引張試験サンプルの外観
図 7　引張試験サンプルの外観
Fig.7 Appearance
of specimen
after
tensile test.
Fig.7　Appearance
of specimen
after tensile
test.
表 1　曲げ耐力試験体の寸法
築用途を想定し ZAM の 400N/㎟級鋼材とし，片面の
Table1　Dimension of specimens for bending test
めっき付着量が 90g/㎡のものを用いた。製品寸法は高
試験体
さ 60mm，幅 80mm，フランジおよびウェブともに板厚
A
B
1.6mm と 2.3mm の 2 種類とした。
番 号
表（
刷り上り希望大きさ
） 図（6
80mm
）
幅 170mm 幅
（写真は図に含める）
執筆者名
寸法（mm）
高さ×幅×ウェブ厚×フランジ厚
H － 60 × 80 × 1.6 × 1.6
H － 60 × 80 × 2.3 × 2.3
長さ（mm）
2,900
2,900
家成 徹
３．レーザ溶接 H 形鋼の性能評価方法
3.1　引張試験
支持
レーザ溶接Ｈ形鋼を用いて引張試験を実施し，レーザ
δ5
試験体
溶接 H 形鋼の引張強度を評価した。試験方法は「一般
構造用溶接軽量Ｈ形鋼（JIS G 3353）」に準拠し，図 6
に H 形鋼の引張試験の状況を示す。図 7 に試験後の溶
接軽量 H 形鋼の破断形態の外観を示す。JIS では，溶接
軽量 H 形鋼の引張試験時の破断形態について，フラン
番 号
表（
加圧体
） 図（7
ジまたはウェブの母材破断として規定されるため，試験
変位計
幅 170mm 幅
80mm
片の破断形態を調査した。
）
δ3
（写真は図に含める
100 家成 徹
9
執筆者名
P
3.2　曲げ耐力試験
図 8 曲げ耐力試験
長尺のレーザ溶接 H 形鋼を用いて曲げ耐力試験を実
Fig.8
施し，弾性域における変形量および最大荷重を計測する
側面
Appearance of bending test.
ことにより断面性能を評価した。また，破壊状況を観察
することにより溶接部の健全性を評価した。試験体の寸
試験体
法を表 1 に示す。試験方法は
「金属製折板屋根構成材（JIS
加圧体
支持板
」の評価方法に準拠し，図 8 に試験概要を示す。
A 6514）
試験体
図 9 に載荷手順および各サイクルの載荷荷重を示す。載
δ5
上面
δ2
δ6
δ1
δ4
900
荷モデルは図 10 に示すように 3 等分 2 点集中荷重とし，
弾性域内で段階的に載荷，除荷を繰返し，その後，試験
体が破壊するまで荷重を載荷した。変形量の計測を 6加圧体
箇
所で計測し，次式にて算出したたわみ量により試験結果
変位計
を整理した。
δ ={( δ 1-( δ 3+ δ 4)/2)+( δ 2-( δ 5+ δ 6) /2)}/2
δ 1，δ 2，δ 3，δ 4，δ 5，δ 6：各測定位置におけ
る変位量
図 8 曲げ耐力試験
Fig.8
Appearance of bending test.
δ3
100
900
図 8　曲げ耐力試験
番 号
900
表（
900
Fig.8　Appearance of bending test.
刷り上り希望大きさ
100
） 図（8
80mm
幅 170mm 幅
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
）
番 号
レーザ溶接 H 形鋼の開発
載荷荷重（kN）
94
破壊まで
②
①
1
③
載荷
④
試験体
除荷
載荷荷重 (kN)
①
②
③
④
A
0.6
1.2
1.8
2.4
B
1.4
2.8
4.2
5.7
4
3
2
サイクル数
図 9　載荷手順
図 9 載荷手順
Fig.9　Bending
test procedure.
Fig.9 Bending test procedure.
図 11　短柱圧縮試験
図 11 短柱圧縮試験
P/2
試験体
P/4
Fig.11　Appearance
of stub
compression
test. test.
Fig.11 Appearance
ofcolumn
stub column
compression
P/4
フランジ外面の熱影響部に対し，補修塗装有り，無しの
2 水準とした。補修塗装には水溶性エポキシエステル樹
脂を主成分とした塗料を用い，厚み 40 μ m 塗布した。
900
900
図 10　載荷モデル
図 10 載荷モデル
Fig.10　Bending
model.
表（
）test
図（9
）
Fig.10 Bending test model.
刷り上り希望大きさ
80mm
比較材として，ZAM を素材とした高周波抵抗溶接で製
900
幅 170mm 幅
造された市販の溶接軽量 H 形鋼を使用した。溶接部の
（写真は図に含める）
執筆者名
家成 徹
3.3　短柱圧縮試験
耐食性を評価するため，試験体の鋼板端面は全てシーリ
ング材により保護し，切断端面からの錆を防止した。
CCT 試験は 200 サイクル実施し，図 12 に示す試験体の
溶接部およびフランジ外面の熱影響部について評価し
レーザ溶接 H 形鋼に圧縮載荷を実施し，軸方向圧縮
力を受けて局部座屈が生じる場合の強度を評価した。試
験体の寸法を表 2 に示す。試験方法は社団法人鋼材倶
楽部（現一般社団法人日本鉄鋼連盟）が規定した鋼構造
た。
表 3　試験体の明細
Table3　Specimens for combined cyclic corrosion test
ウェブ厚×フランジ厚
表（（mm） ）
刷り上り希望大きさ 1.6 × 1.6
80mm
図 11 に試験概要を示す。試験体の圧縮変形を 2 点の変
号
表（
） 図（10
）
（写真は図に含める）
2.3 × 2.3
位計で計測するとともに，試験体のフランジ，ウェブ中
3.2 × 3.2
り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 家成 徹
央に歪ゲージを貼付し，局部座屈の発生を推定した。
3.2 × 4.5
番 号
物の耐震性能評価のための標準試験方法 3） に準拠し，
表 2　短柱圧縮試験体の寸法
フランジ外面の熱影響部
Table2　D i m e n s i o n o f s p e c i m e n s f o r s t u b c o l u m n
compression test
試験体
A
B
寸法（mm）
高さ×幅×ウェブ厚×フランジ厚
H － 60 × 80 × 1.6 × 1.6
H － 60 × 80 × 2.3 × 2.3
長さ（mm）
180
180
図 12　耐食性評価位置
3.4　耐食試験
レーザ溶接の特徴の一つに入熱範囲が非常に狭いこと
が挙げられる。めっき損傷範囲が狭いため，レーザ溶接
部においても犠牲防食効果
レーザ溶接 H 形鋼 高周波抵抗溶接 H 形鋼
図（11
（写真は図に含める）
補修無
補修有） 補修無
補修有
○ 170mm 幅 ○
－
－ 徹
幅
執筆者名
家成
○
○
－
－
○
○
－
－
－
－
○
○
4）
Fig.12　Surveyed図areas
of combined cyclic corrosion test.
12 耐食性評価位置
４．実験結果
Fig.12 Surveyed areas of combined cyclic corrosion test
が期待され，溶接部およ
び熱影響部の補修塗装が省略できる可能性がある。そこ
で，JASO M609-91 に規定される複合サイクル腐食試験
（以下，CCT 試験と記す）により，ZAM を用いたレー
ザ溶接 H 形鋼の耐食性を調査した。
表 3 に試験体の明細を示す。試験体は溶接部および
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
溶接部
4.1　長尺レーザ溶接 H 形鋼の試作結果
片側 1 パス溶接でのレーザ溶接部が，ウェブ厚に対し
て完全な溶け込みとなるように，溶接可能な範囲を調査
した。図 13 に各板厚におけるレーザ出力 4kW の場合
レーザ溶接 H 形鋼の開発
ｳｪﾌﾞ厚
×
ﾌﾗﾝｼﾞ厚
（mm）
2.3×2.3
1.6×1.6
95
溶接速度 （m／min）
2.0
3.0 4.0
5.0
6.0 7.0
8.0
3,500mm
：スパッタ大
：適正
：溶込み不良
図 13　適正溶接条件範囲（レーザ出力：4kW）
図 13 適正溶接条件範囲（レーザ出力：4kW）
Fig.13　Laser welding condition range.
Fig.13 Laser welding condition range.
WS
DS
80mm
の適正な溶接条件範囲を示す。いずれの板厚に対しても
良好な溶接が行える溶接速度の範囲は十分に広く，ウェ
ブ厚に応じて溶接速度を調整することにより安定した溶
接が可能であった。図 14 に図 4 の製造設備で試作した
（H
－ 60
× 80 × 1.6
× 1.6の外観(H-60×80×1.6×1.6×3,500)
× 3,500）
図 14
レーザ溶接
H 形鋼
長尺レーザ溶接 H 形鋼の外観を示す。また，図 15 に溶
Fig.14　Appearance
of laser
H steel. H steel.
Fig.14 Appearance
ofwelded
laser welded
接開始点から 1,000mm 毎の位置での溶接部の断面観察
溶接開始点からの距離（mm）
1,000
2,000
3,000
0
60mm
図 14 レーザ溶接 H 形鋼 の外観
3,500
DS
号
表（
刷り上り希望大きさ
） 図（13
80mm
幅 170mm 幅
）
（写真は図に含める）
執筆者名
家成 徹
WS
2mm
図 15　溶接部の断面
図 15 溶接部の断面 of weld zone.
Fig.15　Cross-section
Fig.15 Cross-section of weld zone.
番 号
500
表（
） 図（14
結果を示す。試作品 3,500mm の全長にわたって溶接部 刷り上り希望大きさ
400
引張強度　（ N/mm2）
番
の断面形状に変化はなく，めっき鋼板に多く見られるブ
ローホールなどの溶接欠陥も認められなかった。
4.2　引張試験結果
図 16 に試作した長尺レーザ溶接 H 形鋼の 1,000mm
毎の位置での引張試験結果を示す。破断形態は全てウェ
れず，強度も母材強度である 400N/㎟を超えていた。こ
の結果は JIS の規格を満足しており，連続的にレーザ溶
接を行った長尺の H 形鋼の溶接部は健全であると判断
幅 170mm 幅
（写真は図に含める）
執筆者名
家成 徹
300
200
100
0
ブでの母材破断であり，溶接部での割れや破断は認めら
80mm
）
0
1,000
2,000
3,000
3,500
溶接開始点からの距離　（mm）
図図
16　引張試験結果
16 引張試験結果
Fig.16 Results of
Fig.16　Results
of tensile
tensiletest.
test.
される。
4.3　曲げ耐力試験結果
荷，除荷の繰り返しにより生じるたわみ量の変化に差異
は認められず，弾性変形を示した。
図 17 に試験後の試験体の外観を示す。いずれの板厚
また，断面性能について評価するために，以下の手順
番 号
表（
） 図（15
の試験体も圧縮側フランジで座屈したが，レーザ溶接部
）
（写真は図に含める）
で設計の基準となる計算値を算出し，実験結果と比較し
5）
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅 た。試験体
執筆者名
家成 徹
での割れや破断は認められなかった。図
18 に試験体の
A は薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き
，
たわみ量と荷重の関係を示す。両試験体とも段階的な載
試験体 B は鋼構造設計規準 6） に従って，強軸まわりに
番 号
表（
刷り上り希望大きさ
） 図（16
80mm
）
幅 170mm 幅
（写真は図に含める）
執筆者名
家成 徹
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
96
レーザ溶接 H 形鋼の開発
座屈部
H－60×80×1.6×1.6
試験状況
H－60×80×2.3×2.3
フランジで座屈
フランジで座屈
17 曲げ耐力試験後の試験体の外観
図図
17　曲げ耐力試験後の試験体の外観
12
12
10 番 10号
表（
8 刷り上り希望大きさ
8
4
2
6
4
2
0
0
80mm
0
100
④
③
②
①
4
）3
3
幅 170mm 幅
荷重
6
） 図（17
4
（ kN ）
14
5
④
③
②
①
2010 3020 4030 5040 6050 7060
2
荷重
14
5
（ kN ）
16
（ kN ）
16
荷重
荷重
（ kN ）
Fig.17 Appearanceofofspecimens
specimensafter
after
bending
test.
Fig.17　Appearance
bending
test.
（写真は図に含める）
執筆者名
家成 徹 ④
④
③
③
②
②
①
①
2
1
1
0
700
0
0 5
5 10
10 15
15 20
20
たわみδ
（mm）
たわみδ
（mm）
たわみδ
（mm）
たわみδ
（mm）
12
10
8
6
4
2
10
8
6
④
④
4
③
③
②
②
①
①
2
0
0
0
100
10
8
8
2010 3020 4030 5040 6050 7060
たわみδ
たわみδ
（mm）
（mm）
（b） （b）
H－60×80×2.3×2.3
H－60×80×2.3×2.3
図 18　たわみ―荷重曲線
図 18 図たわみ―荷重曲線
18 たわみ―荷重曲線
Fig.18　Deflection-load curves.
Fig.18Fig.18
Deflection-load
Deflection-load
curves.
curves.
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
6
4
（ kN ）
12
10
荷重
14
（ kN ）
14
荷重
16
（ kN ）
16
荷重
荷重
（ kN ）
（a） （a）
H－60×80×1.6×1.6
H－60×80×1.6×1.6
6
4
2
2
0
70 0
0
0
10
10
④
④
③
③
②
②
①
①
20
20
たわみδ
たわみδ
（mm）
（mm）
30
30
レーザ溶接 H 形鋼の開発
曲げを受ける部材として規定された幅厚比制限値（規定
97
H－60×80×1.6×1.6
された幅厚比から設計時に必要な有効幅を求めるための
H－60×80×2.3×2.3
制限値）に基づき，それぞれ有効断面積を算出した。さ
らに算出した有効断面積を用いて，荷重載荷モデルの最
大曲げモーメントから設計の基準となる計算値を求め
た。表 4 に計算値と実験により得られた最大荷重を示す。
試験による最大荷重は幅厚比制限値から求めた計算値と
ほぼ同等であり，レーザ溶接 H 形鋼は強軸まわりに曲
げを受ける部材において，所定の断面性能を有している
ことを確認した。
図 20 短柱圧縮試験体の破壊状況
図 20　短柱圧縮試験体の破壊状況
表 4 曲げを受ける部材の幅厚比制限値による計算値と実験
値の比較
Table4　Comparison between calculated values using the
width-thickness ratio restrictions rule of flexural
member and experimental results
かった。また，曲げ耐力試験と同様に断面性能について
降伏応力度
（N/㎟）
354
330
試験体
A
B
有効断面積
（㎟）
220.2
407.1
計算値
（kN）
7.1
13.0
実験最大荷重
（kN）
8.3
15.0
Fig.20
Appearance
of specimens
stub column compression
Appearance
Fig.20　of specimens
afterafter
stub column
compression
test.
評価するために，以下の手順で計算値を算出した。各試
験体に対し圧縮応力下における幅厚比制限値 5）6）に基づ
き有効断面積を算出した。算出した有効断面積を用いて
設計の基準となる計算値を求めた。表 5 に計算値と実
験により得られた最大荷重を示す。試験による最大荷重
は幅厚比制限値から求めた計算値と大きな差異はなく，
レーザ溶接 H 形鋼は圧縮応力下において，所定の断面
4.4　短柱圧縮試験結果
性能を有していることを確認した。
表（
） 図（20
図 19 に変位計の測定結果から求めた応力度－歪度の 番 号
）
（写真は図に含める）
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 家成 徹
関係，図 20 に試験体の破壊状況を示す。いずれの板厚 刷り上り希望大きさ
表 5　圧縮を受ける部材の幅厚比制限値による計算値と実験
の試験体も最大荷重付近で試験体中央にて局部座屈が発
生したが，レーザ溶接部での割れや破断は認められな
応力度　( N/mm2)
400
試験体
200
A
B
100
応力度　（ N/mm 2）
(a)
降伏応力度
（N/㎟）
354
330
有効断面積
（㎟）
220.2
407.1
計算値
（kN）
77.9
143.3
実験最大荷重
（kN）
74.4
128.8
4.5　耐食試験結果
0
2
歪度　(％)
4
6
H－60×80×1.6×1.6
図 21 に CCT 試験 200 サイクル後の溶接部周辺およ
びフランジ外面の熱影響部の外観を示す。レーザ溶接に
400
よる試験体では，補修の有無に関わらず溶接部周辺およ
300
られず，良好な耐食性を示した。一方，高周波抵抗溶接
びフランジ外面の熱影響部のいずれも赤錆の発生は認め
を用いて製造された試験体では，補修無しの場合は溶接
200
部の全面に赤錆が発生し，補修有りの場合でも軽度な赤
100
ランジ部の断面観察結果を示す。レーザ溶接部周辺にて
錆が確認された。図 22 にレーザ溶接の溶接止端部とフ
良好な耐食性を示したのは，溶接ビート幅が約 1mm と
0
0
(b)
2
歪度　(％)
4
6
H－60×80×2.3×2.3
表（
） 図（19
80mm
幅 170mm 幅
の領域までめっき層が残存しているため，切断端面の防
ことにより 7） 赤錆の発生が抑制されたと考えられる。
Fig.19　Stress-strain curves.
刷り上り希望大きさ
狭いことに加えて，溶接金属に非常に近い 50 μ m 程度
食機構と同様に Mg を含む安定な腐食生成物で覆われる
図 19 応力度－歪度曲線
19　応力度－歪度曲線
Fig.19 Stress-strain curves.
番 号
Table5　Comparison between calculated values using the
width-thickness ratio restrictions rule of compression
member and experimental results
300
0
図
値の比較
）
（写真は図に含める）
執筆者名
家成 徹
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
98
レーザ溶接 H 形鋼の開発
ｳｪﾌﾞ厚×
ﾌﾗﾝｼﾞ厚
(mm)
溶接
方法
補修
有無
溶接部
フランジ外面の熱影響部
無
1.6×1.6
有
レーザ
溶接
無
2.3×2.3
有
―
無
3.2×3.2
様式 4
有
高周波
抵抗溶接
―
無
―
有
―
3.2×4.5
21 複合サイクル腐食試験
200
サイクル後の外観
図図21　複合サイクル腐食試験
200
サイクル後の外観
Fig.21 Appearanaceofofspecimens
specimensafter
after
200cycles
of combined
cyclic
corrosion
Fig.21　Appearanace
200cycles
of combined
cyclic
corrosion
test. test.
②定常部
B
高さＨ
溶接金属
②
③
t2
①
t1
めっき層
t2
H
母材
番 号
表（
） 図（21
50µm
①溶接止端部刷り上り希望大きさ
③フランジ外面の熱影響部
80mm
50mm 以上 100mm 以下
幅Ｂ
50mm 以上 100mm 以下
ｳｪﾌﾞ厚 t1
0.8mm 以上 2.3mm 未満
ﾌﾗﾝｼﾞ厚 t2
0.8mm 以上 2.3mm 未満
長さ L
12m 以下
（写真は図に含める）
図）
23　日本建築センター評定の取得範囲
図 23 執筆者名
日本建築センター評定の取得範囲
幅 170mm 幅 Fig.23　家成
徹 of The Building Center of Japan
Acquisition
range
Fig.23
Acquisition range of a grade of The Building Center of Japan (BCJ).
grade.
図 22　溶接止端部およびフランジ部の断面
図 22 溶接止端部およびフランジ部の断面
Fig.22 Cross-sections of weld edge zone and heat affected
zone in flange part.
Fig.22 Cross-sections of weld edge zone and heat affected zone in flange
part.
公的な評定として，日本建築センターにレーザ溶接によ
る溶接軽量 H 形鋼の評定申請を行った。
また，フランジ外面の熱影響部は，溶接時の入熱の影響
その結果，建築部材として十分な性能を有していると
を受けていない定常部と同程度のめっき層が保たれてお
評価され，平成 23 年 1 月 14 日に部材評定を取得した。
り，レーザ溶接の入熱によるフランジ外面のめっきの損
図 23 に取得した溶接軽量 H 形鋼の適用範囲を示す。
傷は小さいと言える。
以上の結果から，高耐食性を有する ZAM を素材に用
５．今後の展開
いることで，レーザ溶接 H 形鋼の溶接部周辺およびフ
ランジ外面の熱影響部とも，補修塗装を省略しても溶接
図 24 に 2 つの溝形鋼のウェブ同士を重ね合わせて H
部に補修を施した高周波抵抗溶接による溶接軽量 H 形
形状に組み立てて溶接した H 形鋼と同じ寸法のレーザ
鋼と同等以上の耐食性を有しており，補修塗装の省略が
溶接 H 形鋼の比較の一例を示す。レーザ溶接Ｈ形鋼は
期待できる。
溝形鋼の組み合せに比べて約 20％の軽量化が可能であ
番 号 4.6　日本建築センター評定の取得
表（
） 図（22
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
）
る。また，溝形鋼の組み合せの場合，溝形鋼を製造する
表（
） 図（23
）
（写真は図に含める）
（写真は図に含める）番 号
ために必要なロール成形などの成形工程とそれらをＨ形
刷り上り希望大きさ
80mm
幅
170mm
幅
執筆者名 家成 徹
執筆者名 家成 徹
レーザ溶接 H 形鋼は建築部材として十分な特性を有
していることを確認できたことから，構造性能に関する
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
状に組み立てる溶接工程の 2 工程が必要となる。一方，
レーザ溶接Ｈ形鋼は溶接工程のみであり，溝形鋼の組み
図 24
溶接軽量Ｈ形鋼の比較
レーザ溶接 H 形鋼の開発
99
Fig.24 Comparison of welded light gauge H steel.
寸法
(mm)
あった。また，試験後の試験体に溶接部の割れや破
単位質量
(kg/m)
断が認められなかったことから，レーザ溶接 H 形鋼
は溶接軽量 H 形鋼としての所定の断面性能を有す
溝形鋼の組み合せ
る。
3）レーザ溶接は入熱範囲が狭いために溶接金属近傍に
80
めっきが残存しており，溶接部は犠牲防食効果が得
3.42
板厚 1.6
られる。素材に ZAM 鋼板を用いることで，レーザ
60
溶接 H 形鋼の溶接部周辺およびフランジ外面の熱影
響部とも補修塗装を省略しても溶接部に補修を施し
レーザ溶接 H 形鋼
た高周波抵抗溶接による溶接軽量 H 形鋼と同等以上
の耐食性を有し，補修塗装の省略が期待できる。
80
2.76
板厚 1.6
4）試作品の各種評価をもとに，日本建築センターの評
(約 20%減)
60
定申請を行い，建築部材として十分な性能を有して
いると評価され，部材評定を取得した。
図 24　溶接軽量Ｈ形鋼の比較
参考文献
Fig.24　Comparison of welded light gauge H steel.
1）
建築のテキスト編集委員会：初めての建築一般構造，学芸出
版社，（1996），102.
合せに比べて省工程が図れるため，製造コストの削減が
期待でき，ユーザーのコスト削減に繋がる。さらに，
CCT 試験結果より，優れた耐食性を有する ZAM を素
法と評価基準の提案（標準化研究会研究報告書）, 建設省建築
できる。
研究所（1994）, 45.
それ以外に，本製造方法の特徴として材料，形状や寸
法の制約が少ないことが挙げられる。
使用目的に応じて，
とが可能であるため，これまでにない設計自由度の向上
が期待できる。
今後は，各種住宅部材だけでなく，太陽電池用の架台
や農業・道路・土木資材のような非住宅分野への適用の
可能性があるものと考え，ユーザーのニーズに合致する
部材の開発を進めていく。
番 号
表（
６．結　言
刷り上り希望大きさ
） 図（ 24
80mm
）
幅 170mm 幅
No.81（2001），10.
鋼材倶楽部 : 鋼構造物の耐震保有性能評価のための標準試験方
3）
材にした場合，補修塗装の省略によるコスト削減も期待
形状，強度および表面処理などを自由に組み合わせるこ
2）
小 松 厚 志， 泉 谷 秀 房， 辻 村 太 佳 夫， 安 藤 敦 司： 日 新 技 報，
4）
日新製鋼株式会社：ZAM 商品カタログ，日新製鋼株式会社
（2007），12.
5）
社団法人日本鉄鋼連盟薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き編
集委員会編：薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き，技報堂出版，
（2002），62.
社団法人日本建築学会編：鋼構造設計規準－許容応力度設計
6）
法－，（2005），68.
7）
山本郷史，公文史城，峠本敏江，矢野宏和：日新技報，No.89
（2008），1.
（写真は図に含める）
執筆者名
家成 徹
筆者らは小型・軽量化を目的にレーザ溶接 H 形鋼の
製造技術を開発した。本報告は開発したレーザ溶接 H
形鋼の諸性能について検討を行うため，素材に ZAM を
用いてレーザ溶接により溶接軽量Ｈ形鋼を作製し，強度
試験，構造試験および耐食試験を行った。以下に得られ
た結果を示す。
1）適正な溶接条件にて，貫通溶接が形成されたレーザ
溶接Ｈ形鋼の引張強さは 400N/㎟を超え，破断形態
もウェブの母材破断となり JIS で定められた基準を
満足する。
2）曲げ耐力試験および短柱圧縮試験を行った結果，そ
れぞれに規定される幅厚比制限値に基づき求められ
る計算値と実験により得られた最大荷重は同程度で
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）