JP2620524B2 - 粉体プラズマ溶接用粉末 - Google Patents

粉体プラズマ溶接用粉末

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JP2620524B2 JP23761194A JP23761194A JP2620524B2 JP 2620524 B2 JP2620524 B2 JP 2620524B2 JP 23761194 A JP23761194 A JP 23761194A JP 23761194 A JP23761194 A JP 23761194A JP 2620524 B2 JP2620524 B2 JP 2620524B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は粉体プラズマ溶接(以
下、「PTA溶接」という)に使用する粉体プラズマ溶
接用粉末に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、PTA溶接は、溶接材料として粉
末を使用するプラズマ溶接であり、高合金及び非鉄系材
料の肉盛溶接の分野で多く用いられている。このPTA
溶接においては、材料の選択範囲が極めて広く、ワイヤ
又はロッドに加工できないような材料でも溶接材料に適
用することができる。また、母材の希釈を低く抑えるこ
とが可能であり、粉末の連続供給により自動溶接が簡単
に行うことができる等、肉盛溶接に適した特性を有して
いる。
【0003】そのため、例えば、従来はロッド状の溶接
材料を用いたガス溶接又はTIG溶接を行っていたステ
ライト合金の肉盛にPTA溶接が適用され、高品質及び
高能率な溶接が可能となっている。
【0004】ところで、一般的にPTA溶接用の粉末
は、ガスアトマイズで製造される粉末が用いられ、これ
はほぼ球状であるため、送給性が良好であり、酸素又は
窒素のガス成分を殆ど含まないためPTA溶接に適して
いる。
【0005】また、ガスアトマイズで製造された粉末は
PTA溶接での溶け易さ及び送給性が考慮され、適当な
粒度に分級して使用される。つまり、微粉の多い粉末は
送給性が悪く、粗粉が多くなると粉末が溶けにくくなる
ため、一般に、粗粉と微粉とを取り除いて、平均で約1
00乃至200μmの適度の粒度とした粉末が多く用い
られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、PTA
溶接において、粉末は送給性を十分考慮して製造されて
いるが、このような粉末を用いても、溶接中に粉末の送
給が不安定となり、溶接不良が発生する場合がある。
【0007】このようなトラブル発生の原因の一つとし
て、粉末の形状が考えられる。つまり、粉末を供給する
経路は細い管状になっているため、例えば、非常に細長
い針状の粉末が含まれると、粉末の供給経路に引掛か
り、他の粉末の流れを妨げてしまう。また、鱗片状の粉
末が含まれると、粉末の供給経路に付着堆積して、粉末
の供給を不安定にしてしまう。これらの異形状粉末につ
いては一般的に目視で容易に検査できるため、製造工程
の中で除去することが可能である。
【0008】しかしながら、針状粉や鱗片粉を取り除い
ても、粉末の供給経路又は溶接トーチの先端に粉末が付
着する現象が生じる場合がある。粉末が供給経路に付着
すると、供給経路が狭くなることにより、粉末の供給が
不安定となり、ビード形状不良又は融合不良等の溶接欠
陥が発生する。また、粉末が溶接トーチの先端に付着す
ると、アークが不安定となり、供給経路に付着する場合
と同様に溶接欠陥が生じ、時にはアークが中断する場合
もある。それに、溶接トーチの先端への付着が進むとア
ークの偏向によりトーチの焼損に至る場合もある。
【0009】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、PTA溶接時に安定的に供給することがで
きる粉体プラズマ溶接用粉末を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る粉体プラズ
マ溶接用粉末は、1グラム当たり2×10-7クーロン以
下の静電気量を有することを特徴とする。
【0011】この場合に粒径が10μm以下の粉末が
0.5重量%以下であることが好ましい。
【0012】
【作用】本願発明者等は、PTA溶接に使用される粉末
が、トーチ先端又は粉末の供給経路に付着することなく
安定的に供給され、適切なPTA溶接を行う方法を開発
すべく、種々の実験研究を行った。その結果、PTA溶
接に使用される粉末がトーチ先端又は供給経路に付着す
るのは、前記粉末が一定量の静電気を帯びることにより
起こることを知見した。また、この安定供給は前記粉末
に含まれる微粉末の割合によっても影響を受ける。
【0013】ところで、ガスアトマイズにより製造され
る粉末は、通常アトマイズ直後はほとんど静電気を帯び
ていないが、その後のハンドリング又は分級作業により
静電気が帯電する場合があり、特に分級作業では粉末と
分級機の壁面又は網等が激しく摩擦するため大きな静電
気が発生する。それに、PTA溶接の粉末供給機から供
給経路を経て溶接トーチまでの間は溶接電流のリークを
防止するため絶縁されており、PTA溶接時に帯電した
粉末を用いると、粉末の静電気はどこへも逃げることが
できず、粉末の供給経路の至る所に付着してしまう。
【0014】従って、前記粉末の供給経路への付着を回
避するためには、粉末の帯電量を減少させる必要があ
る。本願発明者等は鋭意研究を重ねた結果、帯電量が粉
末1グラム当たり2×10-7クーロン以下であれば、粉
末の供給経路への付着を回避することが可能であること
を知見した。なお、より良好なPTA溶接を行うため
に、帯電量は粉末1グラム当たり5×10-8クーロン以
下であることが好ましい。これは、特に長時間連続して
溶接を行う場合において、付着する粉末が極めて少ない
場合であっても、次第に粉末が堆積することによりアー
クの不安定等の溶接不良が生じるためである。
【0015】また、粉末の帯電量と共に粉末の供給経路
への付着の原因として、粉末の粒度が影響している。つ
まり、粉末の粒度が小さくなるほど静電気の影響を受け
やすくなり、特に10μm以下の微粉末が静電気を帯び
ると、供給経路に非常に付着し易くなる。それに、被溶
接物が小さい小物に対してPTA溶接による肉盛を施す
場合、100A以下という低い電流で、粉末送給量も少
ない条件で溶接することになるが、そうすると、アーク
の状態の僅かな変化でも溶接結果に大きく影響を及ぼす
ため、微粉量を減少させる必要がある。そこで、本願発
明者等は鋭意研究を重ねた結果、PTA溶接に使用する
全粉末のうち10μm以下の微粉末を0.5重量%以下
にすることにより微粉末の供給経路への付着を回避で
き、小物等への溶接も安定して行うことができることを
見い出した。
【0016】以上のように、PTA溶接に使用される粉
末は、トーチ先端又は粉末の供給経路への付着を回避す
るため、帯電量が上記値の範囲内であることが必要であ
るが、前記粉末をその範囲内とするための方法は、特に
限定されるものではない。つまり、静電気のほとんどは
分級時に発生するため、分級設備のアースを十分にとる
ことも有効であり、また、粉末を梱包する前に直接アー
スをすることにより除電することも可能である。
【0017】また、本発明は、粉末の成分を特定するも
のではなく、ガスアトマイズにより製造されるPTA溶
接用の粉末の全てにおいて適用可能である。
【0018】なお、従来は粉末の送給性をJISの粉末
流動度測定等で判断しており、少量の極微粉は影響が出
ないので無視することが可能であったが、静電気の影響
を考える場合は、その微粉が重要となってくる。従っ
て、微粉の帯電量を測定しておく必要があり、その測定
は、例えば図1に示すようなファラデーケージで測定す
ることが可能である。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る粉体プラズマ溶
接用粉末について、具体的に説明する。
【0020】第1実施例 粉体プラズマ溶接用粉末は、炭素、ケイ素、クロム、タ
ングステン、ホウ素、コバルト、ニッケル又はモリブデ
ン等の成分を含むものであり、これらの成分を種々の割
合でガスアトマイズにより製造し、分級によって粒径が
10μm以下の粉末の割合を調整した。これらの粉末の
組成を下記表1に示す。そして、分級により帯電した前
記粉末をアースにより除電し、又は、ほとんど除電せ
ず、種々の静電気量を有する粉末とした。以上のように
製造した種々の粉末の静電気量及び粒径が10μm以下
の微粉量は下記表1に示すとおりである。
【0021】また、静電気量は、図1に示すファラデー
ケージで測定した。即ち、図1に示すように、ハウジン
グ6の内部に、絶縁体4を介して静電容量が既知の容器
2を設置する。また、その容器2に無用な電荷を与えな
いためにハウジング6にはアース5を接続しておく。そ
して、容器2に粉体プラズマ溶接用粉末1を装入し、容
器2の電位を電位測定器3により測定する。これによ
り、容器2の中に堆積した粉体プラズマ溶接用粉末7の
帯電量が計算できる。なお、粉体プラズマ溶接用粉末7
の帯電量Qは次式により求められる。
【0022】Q=C×V Q;帯電量(クーロン) C;容器の静電容量(μF) V;上昇電位(V/g)
【0023】
【表1】
【0024】上記表1に示す粉末を用いて、下記表2に
示す溶接条件に基づいて溶接試験を行った。その結果は
下記表3に示すとおりである。なお、表2に示す積層法
は、具体的には図2に示すとおりである。即ち、図2に
示すように直径100mmのS45C丸棒8の周面に粉
体プラズマ溶接による肉盛9をスパイラル状に形成し
た。
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】上記表3に示す溶接試験の結果より、本発
明の実施例1、2、4及び5については粉末の静電気量
が2.0×10-7クーロン以下であり、また、粉末の粒
径が10μm以下の微粉量が0.5重量%以下であるた
め、良好な溶接結果が得られている。また、実施例3に
ついては、静電気量は2.0×10-7クーロン以下であ
るが、粉末の粒径が10μm以下の微粉量は0.5重量
%より多い。このことから、静電気量が2.0×10-7
クーロン以下であれば溶接条件によっては、前記微粉末
が0.5重量%より大きくても溶接結果が良好となる場
合があるといえる。
【0028】一方、比較例6〜10は、粉末の静電気量
が2.0×10-7クーロンより大きいため、融合不良又
はビード外観不良が発生している。また、比較例8及び
10は、粉末の粒径が10μm以下である微粉量が0.
5重量%より多いため、トーチへの粉末の付着や粉末飛
散が多く、ビード形状が不安定となっている。更に比較
例8には、トーチ内部に溶損が発生した。
【0029】第2実施例 本実施例に係るPTA溶接の対象物は直径が50mm以
下の小物のリングであり、具体的には図3に示すとおり
である。即ち、図3(a)は円周上に溶接試験を施した
直径50mmのS45Cリングを示す上面図であり、
(b)は前記リングの断面形状を示す断面図であり、
(c)は前記リングの溶接部分の断面形状を示す拡大図
である。
【0030】
【表4】
【0031】前記溶接対象物に対し上記表4に示す粉末
を用いて、下記表5に示す溶接条件に基づいて溶接試験
を行った。その結果は下記表6に示すとおりである。図
3に示すように直径50mmのS45Cリング上に粉体
プラズマ溶接による肉盛を円周状に形成した。
【0032】
【表5】
【0033】
【表6】
【0034】上記表6に示す溶接試験の結果より、本発
明の実施例11〜13については粉末の静電気量が2.
0×10-7クーロン以下であり、また粉末の粒径が10
μm以下の微粉量が0.5重量%以下であるため、良好
な溶接結果が得られている。
【0035】一方、実施例14〜16については、粉末
の静電気量は2.0×10-7クーロン以下であるが、粉
末の粒径が10μm以下の微粉量は0.5重量%より大
きいため、溶接結果が不良なものとなっている。これ
は、溶接の対象が小さい物であるにも拘わらず微粉末量
が多すぎたため、粉末送給が不安定になったためであ
る。即ち、本実施例に係る溶接対象は直径が50mmの
リングであり、溶接電流は55Aと小さく、また粉末量
も7g/分と少なく、更に溶接速度が15cm/分と早
い。従って、このような厳しい溶接条件の下では粉末の
静電気量が2.0×10-7クーロン以下であっても、微
粉量が0.5重量%を超える場合には溶接不良が発生す
る。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
PTA溶接時に粉体プラズマ溶接用粉末を安定的に供給
することができ、良好なPTA溶接を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】静電気量の測定方法を示す模式図である。
【図2】第1実施例において、丸棒の周面にPTA溶接
によりスパイラル状の肉盛を施すことを示す模式図であ
る。
【図3】第2実施例において、小物のリングにPTA溶
接により円周状の肉盛を施すことを示す図である。
【符号の説明】
1、7;粉体プラズマ溶接用粉末 2;容器 3;電位測定器 4;絶縁体 5;アース 6;ハウジング 8;S45C丸棒 9;粉体プラズマ溶接による肉盛

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1グラム当たり2×10-7クーロン以下
    の静電気量を有することを特徴とする粉体プラズマ溶接
    用粉末。
  2. 【請求項2】 粒径が10μm以下の粉末が0.5重量
    %以下であることを特徴とする請求項1に記載の粉体プ
    ラズマ溶接用粉末。
  3. 【請求項3】 1グラム当たり5×10-8クーロン以下
    の静電気量を有することを特徴とする請求項1に記載の
    粉体プラズマ溶接用粉末。
  4. 【請求項4】 Co−Cr合金であることを特徴とする
    請求項1又は2に記載の粉体プラズマ溶接用粉末。
  5. 【請求項5】 Ni−Cr合金であることを特徴とする
    請求項1又は2に記載の粉体プラズマ溶接用粉末。
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