AWS D1.4 — 構造溶接コード for Reinforcing Steel
AWS D1.4は、コンクリート構造物に使用される補強鋼材の構造溶接基準です。これは、ASTM A615、A706、およびA996の鉄筋仕様に適用されるTable 7.2からの炭素当量に基づく予熱要件を用いて、鉄筋間の継手、鉄筋と構造用鋼の接合、および埋め込みプレートの取り付けを規定しています。
予熱の検索: D1.4の予熱は、鋼種表ではなく、炭素当量と棒鋼サイズによって決まります。鉄筋のCEと棒鋼サイズに基づいて、Table 7.2から最小予熱を検索するには、D1.4鉄筋予熱計算機をご利用ください。鉄筋と構造用鋼の接合については、D1.1予熱と比較し、より高い値を使用してください。
AWS D1.4とは
AWS D1.4は、補強鋼材（鉄筋）の構造溶接を規定しています。ASTM A615、A706、およびA996の鉄筋グレードを対象とし、直接突合せ継手、間接突合せ継手、および重ね継手に対応しています。予熱は、D1.1のように鋼種カテゴリーではなく、Table 7.2の炭素当量によって決定されます。
AWS D1.4/D1.4M — 構造溶接基準 — 補強鋼材 — は、コンクリート構造物に使用される補強棒（鉄筋）の溶接を対象としています。現行版はAWS D1.4:2018です。この規格は、補強棒間の溶接継手、鉄筋と構造用鋼部材（埋め込みプレート、ブラケット、ベースプレート）間の溶接接合、およびコンクリート充填用途で構造部材として使用される鉄筋と鋼管またはチューブ間の溶接接合に適用されます。
鉄筋の溶接は、D1.1に基づく構造用鋼の溶接と比較して、特有の課題を提示します。補強鋼材は、機械的性質の仕様（降伏強さおよび引張強さ）を満たすように製造されますが、化学組成はヒート間、さらには同じヒート内の棒鋼間でも大きく異なる可能性があります。最も一般的に指定される鉄筋規格であるASTM A615は、炭素またはマンガン含有量を厳密に管理していません。これは、炭素当量、したがって水素誘起割れに対する感受性が、棒鋼ごとに大きく異なることを意味します。D1.4は、構造用鋼に対してD1.1が行うようなグレードに基づく固定された表ではなく、各ヒートの実際の炭素当量に基づいて予熱を要求することにより、このばらつきに対処しています。
この規格は、米国コンクリート協会（ACI）318建築基準、原子力安全関連コンクリート構造物用のACI 349、およびインフラプロジェクト用の様々な州交通局によって参照されています。ACI 318 Section 26.6.4が溶接された補強鋼材を要求する場合、溶接はD1.4に準拠する必要があります。
予熱要件（Table 7.2）
D1.4 Table 7.2は、鉄筋の炭素当量（CE）と棒鋼サイズから予熱を決定します。CEの範囲は0.40以下から0.65超まで6段階にわたります。棒鋼が大きく、CE値が高いほど、より高い予熱温度が必要です。CEは、D1.4 §1.5.4のいずれかの式（ほとんどの棒鋼にはEq. 1（簡略化されたC + Mn/6）、ASTM A706/A706M棒鋼にはEq. 2（拡張版））を使用してミルシートから計算されます。どちらもIIW式ではありません。
D1.4の予熱システムは、D1.1とは根本的に異なります。D1.1 Table 5.11が鋼材をASTM仕様でグループ化し、カテゴリーごとに予熱を割り当てるのに対し、D1.4は各鉄筋ヒートのミルシート（MTR）の化学分析から計算された実際の炭素当量（CE）を使用します。このアプローチは、補強鋼材の製造に内在する広範な組成変動を考慮しています。
D1.4 条項 1.5.4は、2つの炭素当量式を定義しています。ASTM A706/A706Mを除くすべての棒鋼の場合（Eq. 1）：CE = %C + %Mn/6。ASTM A706/A706M棒鋼の場合（Eq. 2）：CE = %C + %Mn/6 + %Cu/40 + %Ni/20 + %Cr/10 − %Mo/50 − %V/10。A706式は、その仕様で管理される追加の合金元素を考慮しています。ミルシートは、計算に必要な化学分析を提供する必要があります。
Table 7.2は、CE値を棒鋼サイズと照合して、最小予熱温度を決定します。この表は、CE範囲（0.40以下、0.41～0.45、0.46～0.55、0.56～0.65、0.66～0.75、および0.75超）と棒鋼サイズグループに分類されています。同じCEレベルでは、質量が大きいほど熱影響部の冷却速度が速くなるため、より大きな棒鋼にはより高い予熱が必要です。CE 0.55の11番棒は、同じCEの4番棒よりも大幅に多くの予熱を必要とします。
鉄筋溶接において予熱は非常に重要です。A615鉄筋に一般的な高い炭素当量値（CE値0.50～0.75が典型的）は、冷却速度が制御されない場合、水素誘起割れに対して非常に感受性の高い硬化した熱影響部を生成するためです。この理由から、すべてのD1.4溶接では低水素溶接工程および溶加材が必須です。
鉄筋の仕様
D1.4は、主に3つの鉄筋仕様を対象としています。ASTM A615（炭素鋼、最も一般的）、A706（低合金鋼、溶接用に特別に設計されており、最大CEは0.55）、およびA996（レール鋼および車軸鋼）です。A706は、その制御された化学組成により、より低く予測可能な予熱要件となるため、溶接接合に好ましいグレードです。
ASTM A615（標準鉄筋）
ASTM A615は、北米で最も広く使用されている補強棒の仕様です。これは、40、60、75、80、および100グレード（降伏強さ ksi）の異形および平滑炭素鋼棒を対象としています。A615は、指定された機械的性質を満たすことを要求する以外に、化学組成を厳密に制限していません。これは、A615棒鋼の炭素含有量が0.20%から0.50%超、マンガンが最大1.50%の範囲で変動する可能性があり、その結果、CE値が0.35から0.70をはるかに超えることを意味します。CEの広い範囲は、A615鉄筋の異なるヒート間で予熱要件が劇的に異なることを意味し、各ヒートはMTR化学分析を使用して個別に評価する必要があります。
ASTM A706（溶接可能な鉄筋）
ASTM A706は、溶接が必要な用途向けに特別に開発されました。炭素含有量を最大0.30%、炭素当量を最大0.55%に制限しています。これらの組成制限により、A706棒鋼は同じグレードのA615棒鋼よりも一貫して低い予熱要件となります。設計者が鉄筋継手が機械的接合ではなく溶接されることを知っている場合、A706を指定することで、予熱要件を削減し、溶接性を向上させることで製作コストを削減できます。A706は60および80グレードで利用可能です。
ASTM A996（レールおよび車軸鉄筋）
ASTM A996は、レール鋼（Type R）および車軸鋼（Type A）から製造された補強棒を対象としています。レール鋼鉄筋は、非常に高い炭素含有量（典型的には最大0.50%）と、それに伴う高い炭素当量値を持つことがあります。A996鉄筋の溶接には、CE値がTable 7.2の最も高い予熱範囲に頻繁に該当するため、MTR化学分析の慎重な評価が必要です。Type R（レール）棒鋼は、レール製造工程からの介在物の可能性により、特に困難です。
継手タイプと継手詳細
D1.4は3つの継手タイプを定義しています。直接突合せ継手（棒鋼をCJP開先溶接で端と端を揃える）、間接突合せ継手（スプライスプレートまたはアングルで2本の棒鋼を接続する）、および重ね継手（平行な棒鋼を重ねてすみ肉溶接する）です。各継手タイプには、開先角度、ルート間隙、および溶接長さに関する特定の継手詳細要件があります。
直接突合せ継手
直接突合せ継手は、2本の鉄筋の端部を開先溶接構成で接合します。棒鋼は所定のルート間隙で端と端を揃えられ、完全溶込み開先溶接が行われます。この継手タイプは最も効率的な荷重伝達を提供しますが、最も要求の厳しい溶接技法が必要です。棒鋼の端部は、平坦で正方形の表面を生成するために（通常、のこぎりまたは研磨によって）準備する必要があります。ルートパスを支持するために、通常、裏当て材（バッキングバーまたは銅製裏当てシュー）が使用されます。
間接突合せ継手（重ね継手）
重ね継手は、2本の平行な棒鋼を重ね合わせ、重ね長さ全体にわたってすみ肉溶接またはフレアベベル開先溶接で接合します。必要な溶接長さは、棒鋼サイズと必要な継手強度によって異なります。重ね継手は、直接突合せ継手よりも組立（フィットアップ）と溶接が容易ですが、より多くの材料（重ね長さ）を必要とし、偏心荷重経路を生成します。組立（フィットアップ）のばらつきを許容できるため、現場での用途で最も一般的な継手タイプです。
鉄筋と構造用鋼の接合
鉄筋と構造用鋼部材（埋め込みプレート、ブラケット、ベースプレート、構造用形鋼）との接合は、D1.4とD1.1の両方の要件を満たす必要があります。重要な規則は、予熱は両方の基準要件のうち高い方でなければならないということです。D1.4 Table 7.2が鉄筋のCEと棒鋼サイズに基づいて200°Fを要求し、D1.1 Table 5.11が構造用鋼のグレードと板厚に基づいて300°Fを要求する場合、300°Fが適用されます。溶加材は、鉄筋の化学組成と構造用鋼のグレードの両方に適合している必要があります。すべての接合には低水素溶加材（E7018最小）が必要です。
手順および溶接技能者資格
D1.4は、§8.1.2.1に従い、すみ肉溶接WPSのみを事前認定します（ティグ溶接 (GTAW)およびガスメタルアーク溶接-Sを除く）。他の継手タイプは資格試験が必要です。手順が事前認定された範囲外である場合、Clause 6に従って試験による資格取得が必要です。溶接技能者資格は、鉄筋試験片での曲げ試験を要求します。鉄筋と構造用鋼の接合の場合、溶接士はD1.4とD1.1の両方で資格を持っている必要があります。
AWS D1.4は、一般的にClause 8.2に従って溶接手順を試験によって資格取得することを要求します。ただし、Clause 8.1.2.1は1つの例外を規定しています。すみ肉溶接WPSは、ティグ溶接 (GTAW)で実施されない限り、事前認定され、試験が免除されます。他のすべての継手タイプ — 直接突合せ継手、フレアベベル開先溶接、および開先溶接を使用する重ね継手 — は、溶接が指定された機械的性質を満たすことを示す完全なWPS資格試験を必要とします。資格試験には通常、WPSパラメータを使用して溶接された試験片の引張試験とマクロ組織試験 / マクロエッチングが含まれます。
D1.4における重要変数は、溶接工程、溶加材分類、母材棒鋼サイズ範囲、CE範囲、予熱温度、継手タイプ（直接突合せまたは重ね）、姿勢、およびシールドガス組成（ガスメタルアーク溶接およびフラックス入りアーク溶接の場合）を含みます。認定された範囲を超える重要変数の変更は、再認定を必要とします。
溶接技能者資格は、各溶接士が認定されたWPSを使用して鉄筋に健全な溶接を生成する能力を実証することを要求します。溶接士性能試験には、該当する姿勢で試験片を製作し、外観検査と曲げ試験または放射線透過試験のいずれかに合格することが含まれます。溶接士はD1.4鉄筋溶接のために特別に資格を取得する必要があります — D1.1構造用鋼資格は、D1.4に基づく鉄筋溶接の溶接士を自動的に認定するものではありません。
D1.4と他のAWS構造基準との比較
D1.4は炭素当量に基づく予熱（Table 7.2）を使用し、D1.1は鋼種と工程に基づく予熱（Table 5.11）を使用します。鉄筋と構造用鋼の接合の場合、D1.4またはD1.1のいずれか高い方の予熱が適用されます。D1.4はD1.1で扱われていない鉄筋継手タイプをカバーしています。両者は同じ事前認定WPSフレームワークを共有しています。
D1.4 vs D1.1（構造用鋼）
D1.1 covers 構造用鋼 members where the composition is tightly controlled by the ASTM 仕様書. D1.1 groups steels into preheat categories (Table 5.11) based on the specification and assigns preheat by 板厚 and process. D1.4 uses individual CE calculations because rebar composition varies too widely to be grouped by specification. D1.1 provides a broad 事前認定WPS path for CJP and PJP groove welds and fillets; D1.4 only prequalifies fillet welds (per Clause 8.1.2.1, except GTAW) and requires 試験 for all other joints. When rebar connects to structural steel, both codes apply simultaneously, and the higher preheat requirement governs.
D1.4 vs D1.8（耐震補足）
D1.8 supplements D1.1 for seismic applications but does not directly address rebar 溶接. In seismic zones, welded rebar connections in special moment frames and shear walls must meet both D1.4 要求事項 and any additional requirements imposed by ACI 318 Chapter 18 for seismic detailing. The engineer of record must specify the required splice 強度 as a percentage of the bar 降伏強さ (typically 100% or 125% for seismic applications).
| Aspect | D1.4 (Rebar) | D1.1 (Structural) |
|---|---|---|
| Base metals | A615, A706, A996 rebar | A36, A572, A992 structural steel |
| Preheat method | Table 7.2 (CE-based) | Table 5.11 (カテゴリー-based) |
| Preheat input | Carbon equivalent + bar size | Steel grade + thickness + process |
| Rebar-to-steel joints | Higher of D1.4 and D1.1 preheat | Not covered |
| Splice types | Direct butt, indirect butt, lap | Not applicable |
| Prequalified WPS? | Yes | Yes (Clause 5) |
関連規格ガイド
よくある質問
AWS D1.4は、Table 7.2を通じて炭素当量（CE）を使用して予熱要件を決定します。D1.4 Clause 1.5.4は2つのCE式を定義しています。ほとんどの棒鋼の場合、CE = C + Mn/6（Eq. 1）。ASTM A706棒鋼の場合、CE = C + Mn/6 + Cu/40 + Ni/20 + Cr/10 - Mo/50 - V/10（Eq. 2）。Table 7.2は、CE値を棒鋼サイズと照合して、最小予熱温度を決定します。CE値が高く、棒鋼サイズが大きいほど、より高い予熱が必要です。鉄筋と構造用鋼の接合の場合、予熱はD1.4 Table 7.2の要件とD1.1 Table 5.11の要件のうち高い方でなければなりません。
ASTM A615は、コンクリート補強用の異形および平滑炭素鋼棒の標準仕様です。化学組成を厳密に制限していないため、A615棒鋼は高い炭素当量値を持つことがあり、かなりの予熱を必要とします。ASTM A706は溶接用に特別に設計されており、炭素含有量を最大0.30%、炭素当量を最大0.55%に制限しているため、予熱要件が軽減されます。溶接が予想される場合、A706はその制御された化学組成により、一貫して低い予熱温度と優れた溶接性を生み出すため、好ましい仕様です。
鉄筋が構造用鋼部材に溶接される場合、D1.4とD1.1の両方の要件が適用されます。予熱温度は、鉄筋のCEと棒鋼サイズに基づくD1.4 Table 7.2の要件と、構造用鋼のグレード、工程、および板厚に基づくD1.1 Table 5.11の要件のうち、高い方でなければなりません。溶加材は、鉄筋と構造用鋼の両方に適合している必要があります。WPSはD1.4に基づいて資格取得され、溶接士は接合の鉄筋側についてD1.4の資格を持っている必要があります。
AWS D1.4は、被覆アーク溶接、ガスメタルアーク溶接、フラックス入りアーク溶接、およびティグ溶接 (GTAW)を許可しています。低水素溶加材（E7018またはE8018シリーズ）を使用した被覆アーク溶接は、鉄筋溶接で最も一般的な現場工程です。鉄筋は通常、構造用鋼グレードよりも炭素当量が高く、熱影響部が水素誘起割れに対してより感受性が高いため、低水素溶加材が必須です。
D1.4は一般的にClause 8.2に従って試験によるWPS資格取得を要求しますが、Clause 8.1.2.1は1つの例外を規定しています。すみ肉溶接WPSは、ティグ溶接 (GTAW)で実施されない限り、事前認定され、試験が免除されます。他のすべての継手タイプ（直接突合せ継手、フレアベベル開先溶接、開先溶接を使用する重ね継手）は、完全な手順資格を必要とします。これは、鉄筋の化学組成がヒート間で大きく変動し、CEに基づく予熱システムが、手順が実際の化学組成を考慮していることの確認を必要とするためです。