JP2016513018A - 金属基体における損傷を修理するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属基体（１）における損傷を修理するための方法に関し、損傷の領域に凹部（２）を作製し、少なくとも１個の凸状湾曲部分を有する金属充填物（３）を前記凹部（２）に挿入する。その際に、前記湾曲部分が凹部（２）に向けられ、充填物は凹部（２）の底に触れるが、凹部（２）の縁（４）に対しては少なくとも部分領域で間隔が設けられるように挿入される。その後に、充填物（３）を基体（１）に溶接する。

Description

本発明は、損傷の領域に凹部を作製し、少なくとも１個の凸状湾曲部分を有する金属充填物を前記凹部に挿入し、ここで、前記少なくとも１個の湾曲部分は凹部に向けられて、最後に充填物が基体と溶接される、金属基体における損傷を修理するための方法に関する。

前記種類の方法は基本的に公知である。例えば特許文献１は、金属基体、特にエンドレスストリップにおける損傷を、損傷の領域にフライス削り部を作製して、その中に金属充填物を溶接してはめ込むことによって取り除く方法を開示する。その際に充填物の最大直径は、フライス削り部の直径より大きい。

この場合の問題点は、充填物を基体に載せると充填物の下若しくは充填物と基体との間に空隙が発生して、それが溶接の際に必ずしも充填されないことである。調べた結果、溶接時に引け巣、気泡及び／又は細孔が形成されることがあり、それらが場合によっては修理の試みを水泡に帰せしめ、若しくは再度フライス削りをして溶接することを必要ならしめることがわかった。

ＷＯ２００９／１４０７１０Ａ１号パンフレット

それゆえ本発明の課題は、金属基体における損傷を修理するための改善された方法を提供する。特に引け巣、気泡及び／又は細孔の形成を低減し、或いは可能ならば全く回避する。

本発明の課題は冒頭に記載した種類の方法により、充填物を凹部に挿入した後でこの充填物が凹部の底に触れるが、凹部の縁に対しては少なくとも部分領域で間隔が設けられることによって解決される。

言い換えれば、挿入されて凹部の底に触れる充填物の基体表面の平面における仮想切断面は、この平面における凹部の縁より小さい。

特に垂直断面（基体の表面に対して垂直）及び／又は水平断面（基体の平面における）で、凹部の領域における湾曲部分の半径も凹部の縁の半径より小さくてよい。

有利にはこのようにして引け巣、気泡及び／又は細孔の形成を回避でき、或いは少なくとも低減できる。なぜなら凹部は事実上底を起点として充填されるからである。更に溶接時に欠陥箇所の脱気が改善される。この提案された方法では、引け巣、気泡及び／又は細孔の形成に基づく公知の修理方法で再度フライス削りが必要となる手間のかかる手直しは不要となるか、或いはほとんど不要となる。改善された充填により小さい充填物も使用できる。従って材料の使用量も少なくてすむ。

本発明のその他の有利な構成及び拡張は従属請求項及び図面と併せて詳細な説明から明らかとなる。

凹部が回転切削工具、例えばフライスで作製されると好都合である。それによって凹部の格別正確な製作が行なわれ得るが、これは小さい寸法、例えば深さ３０μｍ〜２００μｍにとって非常に重要である。代替として又は追加で凹部は軸付砥石で作製することもできる。この実施形態では凹部の縁は−平坦な基体を前提として−円形である。一般に凹部のフライス削りには、例えばボールフライス、正面フライス及び楕円体形若しくは滴形ヘッドを有するフライスも使用できる。

凹部がレーザを使って及び／又は放電加工を使って作製されても好都合である。それによって特定の周囲環境において不利であり得る削り屑若しくは研削粉の発生を回避できることが有利である。

更に、凹部は変形によっても、例えばたがね又はポンチ、特にセンターポンチの打抜き／圧入によっても作製され得る。その際に削り屑も粉塵も、その他のガスの放出も発生しない。ここでたがね又はポンチは任意の形状を持つことができ、特に半球状のヘッドも有してよい。

回転対称形の、例えば回転楕円体又は球体の充填物が凹部に挿入されても好都合である。これらの形状は比較的簡単に作製でき、それらの凸状表面の故に特に提案された修理方法に良く適している。

更に、凹部が特にボールフライス又は半球状のヘッドを有するたがね／ポンチを援用して球欠状（kugelsegmentfoermig）に形成されると好都合である。そうすることによって回転対称形の充填物が非常に良好に凹部内でセンタリングされ、それにより溶接時に凹部の特に均等な充填が生じる。

凹部を球欠状に作製して、凹部の球半径より小さい球半径を有する球状充填物を挿入すると特に有利である。ボールフライス及び球状充填物は比較的容易に入手でき、そのためこの修理方法は多額の投資を要することなく実施できる。その上、それによって球状充填物は球欠状の凹部に任意の向きで「自動的に」センタリングされるという利点も生じ、その結果やはり溶接時に凹部の特に均等な充填が生じる。有利な変形例において充填物の球直径＝５００μｍ、フライス直径＝６００μｍである。特に有利な変形例において削り取られる容積は充填物の球容積の４０−７０％である。

充填物が基体と同種又は同一の組成を有する凹部に挿入されると好都合である。このようにすると修理の後で均質な基体が生じて、修理個所は見えないか、或いはほとんど見えない。

しかし、基体より合金率の高い充填物が凹部に挿入されても好都合である。それによって溶接時に高温割れを回避できる。

溶接するために充填物に永久電極を装着し、それに続いて充填物に通電すると有利である。このようにすると引け巣、気泡及び／又は細孔の形成を回避できるか、或いは少なくとも大幅に減らすことができる。溶融過程が、例えば充填物が凹部の底に触れる箇所を起点に開始されると、凹部は底を起点として充填されて、空気が凹部から押し出され、若しくは溶接時に修理箇所の脱気も改善される。しかしこのことは、溶融過程が充填物と電極との接触点で始まる場合も該当する。なぜならこの場合、溶融する材料は凹部の縁と充填物との隙間に流入して凹部を連続的に充填できるからである。溶融過程の開始のために言うまでもなくその他の変形形態も考えられる。最終結果において充填物と切欠部の表面との全面的接続が単純且つ迅速な方式で行われ得る。永久電極を使用することにより溶接は、充填物上に盛り上がる溶加材なしに、従って簡単に行うことができる。

更に、溶接後に基体の表面から突き出た材料が除去されると好都合である。それによって溶接過程ではまだ満足のゆく表面に至らない場合でも、基体の表面は回復され得る。

材料除去が正面フライスを使って行われる変形例も好都合である。それによって比較的多量の材料が除去され得るが、それにもかかわらず仕上げ精度、特に平面度は高い。代替として又は追加で材料除去は研削によっても行われ得る。

基体に可動装置を装着して、少なくとも１個の磁石及び／又は少なくとも１個の吸盤で基体上に固定し、続いて装置を基体から外すことなく、この装置を使って凹部及び／又は溶接及び／又は材料除去を作製若しくは実施すると特に有利である。それによって修理は効率的に行われ得る。装置を基体から外すことなく複数の作業ステップが実施されると、様々な工具をその都度新たに修理箇所に位置合わせする必要もなくなる。可動な、即ち基体上を移動できる装置を使用することにより、複数の損傷を順次、特に効率的に修理できる。更に欠陥箇所の修理における精度が高められる。電磁石及び／又は吸盤を使用することにより、提案された装置は基体上に非常に正確に位置決めされるとともに確実に保持され得る。特に非磁性基体の場合は吸盤の使用が考慮されるが、非磁性基体又は弱磁性基体の場合でも、金属基体の装置とは反対側に接極子、例えば軟鉄接極子が配置されるとこの接極子が電磁石によって吸引され、それと同時に装置は基体に押し付けられることにより電磁石を介して保持され得る。

一般にフライスの駆動は電気、空気圧又は油圧によっても行われ得る。同じことは場合によって存在する、フライス若しくは永久電極用の送りモータにも該当する。特にこれらはリニアモータとして構成されることもできる。特に手動可能なフライス及び／又は手動可能な永久電極の場合は、有利には（調整可能な）深さストッパを設けることもできる。

後続の加工、特に切削加工により金属基体の表面を基準とした水平化を達成できる。例えばこのために、特に修理箇所を限定する円より直径の大きい正面フライスを使用できる。このようにすると水平化は特に効率よく行われ得る。従って前記作業過程はフライスの唯一のポジションで、単にフライスを基体の表面に向って下降させることで行うことができる。その場合、この下降は相応のストッパを介して正確に平面で又は前記表面のやや上方で終了させることができる。表面品質を接続する金属基体の表面品質と等しくするために、必要に応じて最後に表面を研磨する。正面フライスによる水平化の代替として又は追加で研削によって水平化を行うこともできる。

最後に、充填物を限定する直径の５％〜４０％、特に１５％〜３０％に相当する深さで凹部を作製すると好都合である。それによって特に良好な欠陥箇所を修理する可能性が生じる。その上、提案された措置により充填物と切欠部の壁面との間からの気体、特に空気の流出が促進される。

本発明をより良く理解するために、以下に図面に基づいて詳細に説明する。

凹部とその中に挿入された充填物を有する金属基体の斜視図である。 金属基体における損傷を修理するための例示的装置である。

最初に確認しておくと、種々異なって記述される実施形態において同じ部材には同じ参照符号を付し、若しくは同じ部材名称を付す。この場合、記述全体に含まれている開示内容は同じ参照符号若しくは同じ部材名称を有する同じ部材に準用され得る。記述において選択された位置を表す言葉、例えば上、下、横等も直接記述され表示された図を基準としており、位置が変化した場合には新しい位置に準用される。更に、図示及び記述された種々異なる実施形態に基づく個別特徴又は特徴の組合せは、それぞれ独自の解決、発明的解決又は本発明による解決をなしている。

具体的な記述において数値範囲に関するすべての記載は、当該範囲内のすべての任意の部分範囲を含むものと理解すべきである。例えば１〜１０という記載には、下限１を起点として上限１０に至るまでのすべての部分範囲が含まれていると理解すべきである。即ちすべての部分範囲は、例えば１〜１．７又は３．２〜８．１又は５．５〜１０のように、下限の１以上から始まって上限の１０以下で終わる。

図１は、凹部２とその中に挿入された充填物３を有する金属基体１の斜視図である。この場合、凹部２は金属基体１における損傷の領域に作製される。その後で少なくとも１個の凸状湾曲部分を備える金属充填物３が前記凹部２に挿入されるが、その際に前記少なくとも１個の湾曲部分は凹部２に向けられる。充填物３は凹部２内に挿入された後で凹部２の底に触れるが、凹部２の縁４に対しては少なくとも部分領域で間隔が設けられる。言い換えれば、挿入されて凹部２の底に触れる充填物３の、基体１の表面の平面における仮想切断面５は、この平面における凹部２の縁４より小さい。

図１に具体的に示された例において凹部２は例えば回転切削工具、特にボールフライスで球欠状に形成されている。その上、図１に示された例では回転対称形の充填物３、具体的には球状充填物３が凹部２に挿入されている。特に球状充填物３の球半径は凹部２の球半径より小さい。有利な変形例において充填物の球直径３＝５００μｍ、フライスの直径＝６００μｍである。特に有利な変形例において削り取られる容積は充填物の球容積の４０−７０％である。凹部２は充填物３を限定する直径（この例では充填物３の球直径に相当する）の５％〜４０％に相当する深さで作製されると有利である。従って、充填物３の球直径が５００μｍであると、好適な深さは２５μｍ〜２００μｍである。

充填物３は基体１と同種又は同一の組成を有する。しかし充填物３は基体１より合金率が高くてもよい。基体１は例えばクロム１５重量％、ニッケル７重量％、銅０．７重量％及びチタン０．４重量％からなるクロムニッケル鋼で製造されたエンドレスストリップであることができる。基体１の厚さは例えば２．００ｍｍであり得る。

充填物３を挿入した後で、充填物３は基体１と溶接される。そのために例えば永久電極を充填物３に装着し、それに続いて充填物３に通電する。溶接後に基体の表面１から突き出ている材料は、最後に例えば正面フライスを援用して及び／又は研削によって除去され得る。

提案された方法の特に有利な変形例において、可動装置６を基体１に載せて、少なくとも１個の磁石８及び／又は少なくとも１個の吸盤で基体１上に固定する。続いてこの装置６を使って、装置６を基体１から外すことなく凹部２及び／又は溶接及び／又は材料除去を作製若しくは実施する。

このために図２はそのような修理装置６の例を示す。図２ではプレート７を有する修理装置６が金属基体１上に載っている。プレート７は電磁石８を有しており、これらの電磁石８で装置６を基体１上に固定できる。必要な場合には磁石８は、電磁石８と反対側（即ち基体１の下側）に配置される、図示されていない軟鉄接極子と協働できる。このことは例えば非金属基体１の場合に有利である。代替として又は追加で、修理装置６を固定するために例えば吸盤を使用できる。

プレート７は突き出したアーム１０を有する構架９を支持しており、アーム１０内には揺動部材１１が支承されている。この揺動部材１１は動き止め手段を有しており、少なくとも１個のフライス１２又は永久電極１３を交互に凹部２の上方の同じポジションに揺動できるようになっている。ボールフライス１２は、ねじ山付き部材１５を備えた保持具１４に固定されており、ねじ山付き部材１５はねじ山付き部材１６にねじ込まれている。このねじ山付き部材１６はきざみ付きナット１７を介して下降及び上昇させることができる。ここできざみ付きナット１７自体はフライス１２の下降及び上昇のための固定可能なマイクロ調整を、回転フライス１２（図示されていない）の場合はステップモータを介して可能にする。さらにねじ山付き部材１５及び１６によりストッパが形成される。最後にねじ山付き部材１５によって、保持具１４及びモータ１８と接続されたシャフト１９が案内される。円筒状のシャフト１９は上端部に六角部を有しており、これがモータ１８内の対応する切欠部と協働して、フライス１２を種々異なる高さ位置に駆動することが保証されている。

ここでは陽極として接続されている永久電極１３は保持具２０を有しており、保持具２０の上端部にはねじ山付き部材２１があり、これは別のねじ山付き部材２２と協働して、きざみ付きナット２３を介して保持具２０、ひいては電極１３を充填物３の頂点に下降及び上昇させることができるようになっている。きざみ付きナット２３はステップモータ（図示されていない）を介して操作できる。

修理装置６は、充填物３の基体１上に出ている部分を除去するために、直径が例えば２ｍｍ（従って６００μｍ以上）の平坦な作業面を有する別の正面フライスを備えてよい。修理装置６は上記の目的のために追加で又は代替として研削装置（例えば軸付砥石、研削皿、研削ベルト）を有することができる。

一例において、基体１を二次元携帯顕微鏡で表面の引け巣について、目視で細孔、気泡又はこれに類するものについて調べる。欠陥のある箇所が確認されたら、フライス１２と永久電極１３を有する修理装置６を修理すべき領域の上で位置決めし、電磁石８でこの位置に固定する。次にフライス１２を（例えば電気又は圧縮空気で駆動される）モータ１８を介して回転させながらステップモータにより基体１に向って動かし、保持具１４がねじ山付き部材１５、１６ときざみ付きナット１７からなるストッパに当って、例えば深さ１２０μｍに達して止まるようにする。ここではフライス１２は直径６００μｍの球状である。

凹部２が仕上がった後で直径が例えば５００μｍの球状充填物３を凹部２に挿入する。フライス１２は充填物３を凹部２に挿入する前又は後で持ち上げられて停止位置に回動する。

それから永久電極１３を球状充填物３の上に揺動して充填物３の頂点に下降させる。次に例えば８．０ボルト、１０．０アンペアのインパルスを０．３秒間加える。この場合、永久電極１３は陽極として、金属基体１は陰極として接続されることが好ましい。

球状充填物３を凹部２内に溶接した後で永久電極１３を上昇させ、平坦な作業面を備えた正面フライスを領域の上に揺動する。このフライスで充填物３の突き出た部分を基体１の平面まで、又はその少し上方まで削り取る。代替として又は追加で前記部分を研削することもできる。最後に修理領域（例えば手による研磨紙）で研磨する。

上述した例では常に球状凹部２が想定された。しかしこれは強制的な条件ではない。例えば円筒状の凹部２を設けることもできる。更にボールフライス１２の使用も強制的ではなく、例えば円筒形、滴形又は楕円体形のフライスも使用できる。フライス１２の代替として軸付砥石又はドリル刃も使用できる。その上、凹部２を切削工具とは別のやり方で、例えばレーザを使って、又は放電加工を使って作製することも考えられる。この場合特に任意の形状の底面、例えば楕円形又は多角形の底面を有する角柱状の凹部も作製することができる。凹部２が変形、特にたがね／ポンチの打抜き／圧入によって作製されることも考えられる。たがね／ポンチの先端部は例えば半球状に形成されてよいが、例えば任意の形状の底面、例えば楕円形又は多角形の底面を有する角柱状に形成されてもよい。これにより基体１に相応の凹部２が打抜かれ、若しくは圧入される。

更に充填物３の除去はレーザを使って、研削により、放電加工により、又はレーザを使っても行うことができる。

上述した例では常に球状充填物３が想定された。これもまた提案された方法にとって強制的な条件ではない。充填物３は例えば回転楕円体の形状を有することもできるが、滴形及び角柱形（特に直方体形）に形成されてもよい。

実施形態は修理装置６の可能な変形例を示しているが、この場所で注記すると、本発明は具体的に示された発明の変形例に制限されるものではなく、変形の可能性は対象となる発明による技術的行動のための教示に基づき当該技術分野に従事する当業者の技量のうちにある。

特に留意すべきは、図示された装置６は現実には図示されているより多い又は少ない構成要素を含むことがあり、図面では時折り著しく単純化して示されていることである。

形式上最後に指摘すると、図示された装置６及びその構成要素は、それらの構造を理解しやすくするために一部縮尺通りではなく及び／又は拡大及び／又は縮小して示された。

独自の発明的解決の基礎にある課題は、詳細な説明から読み取ることができる。

１ 基体
２ 凹部
３ 充填物
４ 凹部の縁
５ 切断面
６ 修理装置
７ プレート
８ 電磁石
９ 構架
１０ アーム
１１ 揺動部材
１２ （ボール）フライス
１３ 永久電極
１４ 保持具
１５ ねじ山付き部材
１６ ねじ山付き部材
１７ きざみ付きナット
１８ モータ
１９ シャフト
２０ 保持具
２１ ねじ山付き部材
２２ ねじ山付き部材
２３ きざみ付きナット

Claims (14)

1. 金属基体における損傷を修理するための方法（１）であって、
   損傷の領域に凹部（２）を作製するステップと、
   少なくとも１個の凸状湾曲部分を有する金属充填物（３）を前記凹部（２）に挿入し、前記少なくとも１個の湾曲部分は凹部（２）に向けられるステップと、
   充填物（３）を基体（１）と溶接するステップとからなり、
   充填物（３）は凹部（２）に挿入された後で凹部（２）の底に触れるが、凹部（２）の縁（４）に対しては少なくとも部分領域で間隔が設けられることを特徴とする方法。
2. 前記凹部（２）を、回転切削工具を用いて、レーザを用いて、放電加工を用いて、及び／又は変形により作製する（１２）ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 回転対称形の充填物（３）を凹部（２）に挿入することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 球状充填物（３）を凹部（２）に挿入することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 凹部（２）を球欠状に形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
6. 凹部（２）をボールフライス（１２）で、又はたがね／ポンチで作製することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 凹部（２）を球欠状に形成し、
   凹部（２）の球半径より小さい球半径を有する球状充填物（３）を挿入することを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
8. 充填物（３）を基体（１）と同種又は同一の組成を有する凹部（２）に挿入することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
9. 基体（１）より合金率が高い充填物（３）を凹部（２）に挿入することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
10. 溶接するために充填物（３）に永久電極（１３）を装着し、続いて充填物（３）に通電することを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
11. 溶接後に基体（１）の表面上に突き出ている材料を除去することを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
12. 材料除去を、正面フライスを用いて及び／又は研磨によって行うことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 基体（１）に可動装置（６）を載せて、少なくとも１個の磁石（８）及び／又は少なくとも１個の吸盤で基体（１）上に固定し、続いて装置（６）を基体（１）から外すことなく、この装置（６）を使って凹部（２）及び／又は溶接及び／又は材料除去を作製若しくは実施することを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。
14. 凹部（２）を、充填物（３）を限定する直径の５％〜４０％に相当する深さで作製することを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。

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