溶接変形とは？種類・原因・残留応力との関係と変形防止策

この記事の要点

鉄骨工場で溶接後の鋼板が思った以上に反っているのを見て、「これを矯正するのにどれだけコストがかかるか」と考えた。

溶接変形は熱を加えた後の不均一な冷却収縮が原因で、施工前に変形量を予測して逆変形を与えておくこともある。

残留応力と変形は表裏一体の関係にある。

溶接順序や拘束治具の工夫で変形を抑える方法を知っておくと、設計図に施工注意事項として書き込める。

溶接変形は残留応力と密接に関係しており、適切な溶接順序や拘束によって変形を低減することが設計・施工上の重要課題となる。

この記事では、溶接変形とは何か、残留応力とどう関係するのか、どのような溶接変形があるのかを整理します。

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溶接変形（ようせつへんけい）とは、溶接により生じる変形です。溶接部が冷却するとき収縮し、鋼板が変形します。今回は溶接変形の意味、読み方、種類、原因について説明します。溶接の意味、種類、溶接欠陥は下記が参考になります。

溶接変形とは？

溶接変形とは、溶接部の冷却収縮により生じる変形です。溶接は高温の溶接金属と母材を溶かしながら一体化する接合方法です。溶接の意味は、下記が参考になります。

溶接部は常温まで冷却しますが、この過程で変形（収縮）が生じます。これが溶接変形です。下図をみてください。これが溶接変形です。

鋼板を溶接してつくるビルドH形鋼は、溶接変形により残留応力が生じます。残留応力の意味は、下記も参考になります。

溶接変形は、建て方時だけでなく、構造性能にも悪影響を及ぼします。外力により生じる応力に加えて残留応力が生じているので、断面算定ではより大きな部材の選定が必要です。

なお、溶接変形は溶接ひずみともいいます。

溶接変形は、「ようせつへんけい」と読みます。関係用語の読み方は、下記です。

溶接　⇒　ようせつ

溶接歪　⇒　ようせつひずみ

残留応力　⇒　ざんりゅうおうりょく

溶接、残留応力の意味は、下記が参考になります。

また、似た用語に「残留ひずみ」があります。下記を参考にしてください。

溶接変形の種類には、下記があります。

横収縮（よこしゅうしゅく）

縦収縮（たてしゅうしゅく）

角変形（かどへんけい）

曲げ変形（まげへんけい）

それぞれ変形の様子を下図に示します。

上記の溶接変形は、複合的に生じます。横収縮は、突合せ溶接部に生じ、ルート間隔が広いほど変形量も大きいです。

混同しやすい用語

残留応力（Residual Stress）

残留応力は溶接後に部材内部に残る応力であり、溶接変形（形状の変化）とは異なる概念だが、同じ熱収縮メカニズムから発生するため混同されやすい。

溶接変形は外形の変形量（mm単位）で評価し、残留応力は内部の応力値（N/mm2）で評価する点が異なる。

両者は同時に発生するが別の物理量として区別する必要がある。

試験での問われ方｜管理人の一言

一級建築士試験では、溶接変形の種類（横収縮・角変形など）と防止対策（逆ひずみ・拘束治具の使用）が出題される。

溶接順序の工夫が変形低減に有効であることも押さえておこう。（一級建築士頻出：溶接変形の種類（横収縮・角変形等）と防止対策（逆ひずみ・拘束治具）が繰り返し出題）

溶接変形を整理した表を示します。