JP2008001922A - 溶射皮膜形成装置および溶射皮膜形成方法 - Google Patents

溶射皮膜形成装置および溶射皮膜形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】溶射作業終了後、次回の溶射作業開始時のアーク発生による着火作業が容易に行えるようにする。
【解決手段】溶射用のワイヤ9を間に挟んで溶射ガン1のカソード電極5と反対側に、補助電極23を設置する。補助電極23は、補助電極駆動機構25によってワイヤ送給方向と同方向に移動可能であり、カソード電極5に対応する位置に移動させた状態で、カソード電極5と補助電極23との間に通電してアークを発生させ、このアークによってワイヤ9の先端部を切断して着火させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンからアークを発生させ、このアークの熱によりワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置および溶射皮膜形成方法に関する。
溶射ガンから発生させたアークの熱によってワイヤの先端を溶融させ、この溶融金属をガス流により被溶射物に向けて噴射させるアーク溶射方法としては 例えば下記特許文献1に記載されたものがある。
このアーク溶射方法では、切断機によりワイヤの先端を切断することで、ワイヤ先端部の形状を調整し、切断後のワイヤの先端を清掃して溶射ガンの修復作業を行っている。
特開2002−285316号公報(段落0063,0097,0099参照)
しかしながら、上記した従来のものは、溶射作業終了後のワイヤの先端を切断してはいるものの、切断位置については、特に考慮しておらず、このため次回溶射作業開始時のワイヤの先端位置(切断位置)が、アーク発生による着火が容易となる位置に対応しているとは限らず、着火作業に支障を来たす恐れがある。
そこで、本発明は、溶射作業終了後、次回の溶射作業開始時のアーク発生による着火作業が容易に行えるようにすることを目的としている。
本発明は、溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンと前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置において、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側に、前記溶射ガン側の電極との間でアークを発生させる補助電極を設けたことを最も主要な特徴とする。
本発明によれば、ワイヤを間に挟んで溶射ガンと反対側に、溶射ガン側の電極との間でアークを発生させる補助電極を設けたので、この補助電極と溶射ガン側の電極との間に電圧を印加してアークを発生させることで、この発生したアークによりワイヤへの着火が確実なものとなる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示すアーク溶射方法を用いた溶射皮膜形成装置の断面図である。この溶射皮膜形成装置における溶射ガン1は、図1中で上端側に対応する基端部をガン保持具3の下端部に取付けており、同下端側に対応する先端側にカソード電極5を備えるとともに、溶射ガン1の長手方向に沿って形成したワイヤガイドとなるワイヤ挿入孔7に、溶射用の鉄系金属からなるワイヤ9を、図2中の上端から移動可能に挿入している。このワイヤ9は、図示しないワイヤ収納容器からローラ対などを備えるワイヤ送給装置によって、ガン保持具3内を経て溶射ガン1内に供給される。
また、上記したワイヤ挿入孔7の先端開口付近には、ワイヤ9に接触するワイヤ用電極11を設けてあり、このワイヤ用電極11を介してワイヤ9の先端9aとカソード電極5との間に通電してこれら両者間にアークを発生させ、ワイヤ9の先端9aを着火させて溶融させる。
さらに、上記したワイヤ挿入孔7と平行して溶射ガン1内には、例えば水素とアルゴンの混合ガスが、図示しないガス供給源からガン保持具3内を経て供給されて流れる混合ガス通路13を設けてある。この混合ガス通路13は、前記したカソード電極5の周囲の空間15に連通しており、この空間15のカソード電極5の先端側の混合ガス噴出口17から、溶射ガン1の開口18を経て混合ガスを噴出し、前記したワイヤ9の溶融金属を噴霧化して前方に移動させ、被溶射物としての円筒部材からなるワークWの被溶射物表面である内面Waに付着させ、溶射皮膜19を形成する。
上記した溶射ガン1に対し図1中で右側位置のガン保持具3の下面には、補助電極ユニット21を取付けてある。補助電極ユニット21は、溶射ガン1におけるカソード電極5との間でアークを発生させてワイヤ9を切断する補助電極23と、この補助電極23を、ワイヤ9を間に挟んでカソード電極5と反対側の位置にて、ワイヤ9の送給方向(図1中で上下方向)に沿って移動させる補助電極駆動機構25とをそれぞれ備えている。
補助電極駆動機構25は、油圧もしくは空圧のシリンダ27を備え、このシリンダ27の上端を図示しない取付具によりガン保持具3に取り付けている。シリンダ27内には移動可能にピストン29を設け、ピストン29に連結したロッド31の先端をシリンダ27から下方に突出させ、この突出端部を、補助電極連結具33に連結する。そして、補助電極連結具33の溶射ガン1側の側部に、前記した補助電極23を下部に備えた補助電極保持具35を装着する。
また、ワークWの上面には、ワークWの内径とほぼ同等の内径を備える円筒形状のカバー37を設置し、ワークWの内面Waを除く上面など溶射が不要な部位への溶射皮膜の付着を防止する。
次に、作用を説明する。図1に示すように、カソード電極5とワイヤ用電極11との間に、例えば200V(20A)の電圧を印加して通電することで、カソード電極5とワイヤ9の先端9aとの間にアークを発生させて、ワイヤ9の先端9aを溶融させる。
この際ワイヤ9を、その溶融に伴って、図示しないワイヤ送給装置により図1中で下方に順次送給する。これとともに、図示しない混合ガス供給源から混合ガス通路13に供給した混合ガスを、混合ガス噴出口17からワイヤ9の先端9a付近に向けて噴出し、上記ワイヤ9の溶融金属を噴霧化してワークWの内面Waに向けて移動させて付着させ、これにより溶射皮膜19を形成する。
上記した溶射皮膜19を形成する際には、ガン保持具3を、溶射ガン1および補助電極ユニット21とともに、図示しない回転駆動機構によってワイヤ9を中心軸位置として一体的に回転させるとともに、図示しない上下駆動機構によって円筒部材(ワークW)の軸方向に移動させることで、ワークWの内面Waの必要部位に溶射皮膜19を形成する。
溶射皮膜形成後は、電圧印加を解除してアークを消火させ、アーク電流値が低下した時点でワイヤ9の送給を停止する。図2(a)は、アーク消火後の状態を示し、このときワイヤ9の先端9aの図2中で上下方向位置は、カソード電極5よりもワイヤ送給方向前方(図2(a)中で下方)に位置している。
上記したワイヤ9の先端9aのワイヤ送給方向位置は、次回のアーク発生による着火作業を容易にするためには、カソード電極5に対応する位置にあることが望ましいが、溶射終了時アークが消えアーク電流値が低下した時点でワイヤ9の送給停止指令を出すことから、先端9aの位置が一定せず(最大1mmばらつく)、例えば前記図2(a)に示したように、ワイヤ9の先端9aがカソード電極5よりも、ワイヤ送給方向前方にある位置となってしまう。
ここで、ワイヤ9の先端9aがカソード電極5よりも、ワイヤ送給方向後方(図2(a)中で上方)にある場合には、ワイヤ9を、その先端9aがカソード電極5に対応する位置よりもワイヤ送給方向前方側となるよう移動させて、図2(a)と同等の状態とする。
上記図2(a)のように、ワイヤ9の先端9aがカソード電極5よりも、ワイヤ送給方向前方にある状態で、図2(b)に示すように、補助電極駆動機構25を駆動して補助電極23を前進させ、その先端をカソード電極5に対応した位置とする。すなわち、この状態では、ワイヤ9を間に挟んでカソード電極5と反対側に補助電極23が位置することになる。
続いて図2(a)の状態から図2(c)に示すように、カソード電極5と補助電極23との間に電圧を印加して通電し、これら両者間にアーク39を発生させ、このアーク39によりワイヤ9の先端9aを含む端部を切断してその破片41を、溶射ガン1の下部の破片排出口43を介して下方に落下させる。
ワイヤ9の先端9aを、カソード電極5と補助電極23との間で発生させるアーク39によって切断することで、切断後のワイヤ9の先端はカソード電極5に対応する常に一定した位置となり、この状態でカソード電極5と補助電極23との間に継続してアーク39を飛ばすことで、図3(a)に示すように、ワイヤ9の先端9aが確実に着火して溶融し、これとともに、混合ガス噴出口17から混合ガスを噴出することで、溶射を開始する。
その後、上記図3(a)のようにアーク39が発生している状態で、カソード電極5とワイヤ用電極11との間に電圧を印加して通電する。この通電開始後、例えば0.5秒経過した後に、カソード電極5と補助電極23との間の通電を停止する。また、カソード電極5とワイヤ用電極11との間への通電により、ワイヤ9への通電が確認された時点で、図3(b)に示すように、補助電極23を後退させる。
これにより、以後は、カソード電極5とワイヤ9の切断後の先端との間で発生するアークによって先端が溶融し、溶融した金属が混合ガスによって噴霧化されてワークWの内面Waに溶射皮膜19として形成される。
なお、図2(a)の状態は、図1によってワークWに対して溶射作業終了後、別のワークW内に溶射ガン1を挿入した状態とする。
以上より、本実施形態によれば、ワイヤ9を間に挟んで溶射ガン1と反対側に、溶射ガン1側のカソード電極5との間でアーク39を発生させる補助電極23を設けたので、この補助電極23とカソード電極5との間に電圧を印加してアーク39を発生させ、このアーク39によりワイヤ9を切断することで、ワイヤ9の切断後の先端位置は、補助電極23とカソード電極5との間で常に一定したものとなり、また、この状態で上記したアーク39を継続して発生させることで、切断後のワイヤ9の先端の着火が容易なものとなる。
また、補助電極23を、ワイヤ9を間に挟んで溶射ガン1と反対側の位置で、ワイヤ9の送給方向に沿って移動可能としたので、ワイヤ9を切断後、その切断後の先端が着火した後は、補助電極23を後退させることで、補助電極23が邪魔になることなく溶射作業を継続して実施することができる。
また、ワイヤ9を、その先端9aがカソード電極5に対応する位置よりワイヤ送給方向前方側となるよう移動させた状態で、前記アーク39によりワイヤ9の先端部を切断することで、切断後のワイヤ9の先端位置を常に一定した状態に確保でき、ワイヤ9に対する着火作業を確実に行うことができる。
さらに、溶射ガン1のカソード電極5と補助電極23との間で、アーク39を発生させてワイヤ9を切断して着火後、前記アーク39の発生状態で、アーク39の発生にラップさせるように、カソード電極5とワイヤ9との間に通電するようにしたので、カソード電極5と補助電極23との間への通電によるワイヤ9の着火状態を継続して維持でき、その後の溶射作業を安定して行うことができる。
図4は、本発明に対する参考例を示すもので、ワイヤ90は前記図2(a)に示すワイヤ9と同様に、その先端90aが、カソード電極50よりもワイヤ送給方向前方(図4中で下方)に位置する状態で、カソード電極50とワイヤ90との間に通電しており、この場合には、ワイヤ90の途中部位が一部溶けて凹部90bが形成された状態で失火することとなり、設備停止に至る。
本発明の一実施形態を示すアーク溶射方法を用いた溶射皮膜形成装置の断面図である。 図1の溶射皮膜形成装置の動作説明図で、(a)は溶射完了時の状態、(b)は補助電極を前進させた状態、(c)はワイヤ先端をアークにより切断している状態をそれぞれ示す。 図1の溶射皮膜形成装置の動作説明図で、(a)は切断後のワイヤ端部に着火して溶射を開始した状態、(b)はワイヤに通電後補助電極を後退させた状態をそれぞれ示す。 本発明に対する参考例を示す着火時での動作説明図である。
符号の説明
1 溶射ガン
5 カソード電極(溶射ガン側の電極)
9 ワイヤ
9a ワイヤの先端
19 溶射皮膜
23 補助電極
39 カソード電極と補助電極との間で発生するアーク
W ワーク(被溶射物)
Wa ワークWの内面(被溶射物表面)

Claims (6)

  1. 溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンと前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置において、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側に、前記溶射ガン側の電極との間でアークを発生させる補助電極を設けたことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
  2. 前記補助電極を、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側の位置で、前記ワイヤの送給方向に沿って移動可能としたことを特徴とする請求項1に記載の溶射皮膜形成装置。
  3. 溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンに設けた電極と前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法において、前記溶射ガンに設けた電極と、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側に設けた補助電極との間でアークを発生させ、このアークにより前記ワイヤの先端部を切断することを特徴とする溶射皮膜形成方法。
  4. 前記ワイヤを、その先端が前記溶射ガンに設けた電極に対応する位置よりワイヤ送給方向前方側となるよう移動させた状態で、前記アークにより前記ワイヤの先端部を切断することを特徴とする請求項3に記載の溶射皮膜形成方法。
  5. 前記補助電極を、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側の位置で、前記ワイヤの送給方向に沿って移動可能とし、前記補助電極を、前記アークにより前記ワイヤを切断した後、前記ワイヤの送給方向後方側に後退移動させることを特徴とする請求項3または4に記載の溶射皮膜形成方法。
  6. 前記溶射ガンの電極と前記補助電極との間で、アークを発生させて前記ワイヤを切断後、前記アークの発生状態で、前記溶射ガンの電極と前記ワイヤとの間に通電することを特徴とする請求項3ないし5のいずれか1項に記載の溶射皮膜形成方法。
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