JP2731966B2 - ＡｌまたはＡｌ合金表面の肉盛溶接方法 - Google Patents
ＡｌまたはＡｌ合金表面の肉盛溶接方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はAlまたはAl合金の表面に耐摩耗、耐熱層を安
定してかつ経済的に設ける肉盛溶接方法に関するもので
ある。
定してかつ経済的に設ける肉盛溶接方法に関するもので
ある。
AlまたはAl合金は鉄鋼材料に比較して、軽量で熱伝導
性、耐食性が優れていることから自動車部品をはじめ広
い分野で使用されている。しかし、Al合金は一般に鉄鋼
材料に比べ強度、耐摩耗性、耐熱性の面で劣っており、
Al合金素材そのままでは、鉄鋼材料の代替材料として適
用できる部位、部品は限られている。また、既にAlまた
はAl合金が使用されている場合でも、近年、使用環境が
苛酷になるにつれ、更に耐久性の向上が求められてい
る。
性、耐食性が優れていることから自動車部品をはじめ広
い分野で使用されている。しかし、Al合金は一般に鉄鋼
材料に比べ強度、耐摩耗性、耐熱性の面で劣っており、
Al合金素材そのままでは、鉄鋼材料の代替材料として適
用できる部位、部品は限られている。また、既にAlまた
はAl合金が使用されている場合でも、近年、使用環境が
苛酷になるにつれ、更に耐久性の向上が求められてい
る。
その対策として、Al合金そのものの改良の外に、表面
に耐摩耗、耐熱層を形成する方法が行われている。例え
ば、PVD,CVDにより薄い硬質皮膜層を形成する方法、メ
ッキや溶射により比較的厚い硬質皮膜層を形成する方法
がある。しかし、これらの方法で形成される皮膜は非常
に硬いが基材との密着力が弱く、使用中に剥離、脱落の
おそれがあり信頼性に乏しい。更に、PVD,CVDは皮膜形
成速度が遅く、厚膜の形成は困難である。メッキの場合
は廃液処理、溶射の場合は騒音、光線の発生など環境面
でも問題がある。
に耐摩耗、耐熱層を形成する方法が行われている。例え
ば、PVD,CVDにより薄い硬質皮膜層を形成する方法、メ
ッキや溶射により比較的厚い硬質皮膜層を形成する方法
がある。しかし、これらの方法で形成される皮膜は非常
に硬いが基材との密着力が弱く、使用中に剥離、脱落の
おそれがあり信頼性に乏しい。更に、PVD,CVDは皮膜形
成速度が遅く、厚膜の形成は困難である。メッキの場合
は廃液処理、溶射の場合は騒音、光線の発生など環境面
でも問題がある。
一方で、電子ビーム、レーザ、アークなどの高密度エ
ネルギー源を用いて基材表面とともに合金化金属を溶融
させ硬質合金層を形成する方法が開示されている。これ
らの方法では、ある程度の硬さを持つ硬質層を形成する
ことができる。例えば、特開昭55-27587号公報には電子
ビームによるAl合金ピストンへのV,Cr,Mn,Fe,Co,Niの合
金化処理技術が開示されている。実開昭62-72456号公
報、実開昭62-72457号公報、実開昭62-72458号公報にも
電子ビームによるCuの合金化処理技術が開示されてい
る。また、特開昭61-166982号公報，特開昭61-170578号
公報にはTIGアークによるNi,Feの合金化処理技術が開示
されている。特開昭64-11073号公報にもアークによるCu
の合金化処理技術が開示されている。
ネルギー源を用いて基材表面とともに合金化金属を溶融
させ硬質合金層を形成する方法が開示されている。これ
らの方法では、ある程度の硬さを持つ硬質層を形成する
ことができる。例えば、特開昭55-27587号公報には電子
ビームによるAl合金ピストンへのV,Cr,Mn,Fe,Co,Niの合
金化処理技術が開示されている。実開昭62-72456号公
報、実開昭62-72457号公報、実開昭62-72458号公報にも
電子ビームによるCuの合金化処理技術が開示されてい
る。また、特開昭61-166982号公報，特開昭61-170578号
公報にはTIGアークによるNi,Feの合金化処理技術が開示
されている。特開昭64-11073号公報にもアークによるCu
の合金化処理技術が開示されている。
これらの合金化処理技術では、基材と処理層とが冶金
的に結合しているため、接合力は高く有望な技術である
が次のような問題がある。
的に結合しているため、接合力は高く有望な技術である
が次のような問題がある。
（１）上記の合金化技術は基材のAlまたはAl合金の表面
を溶融させ、外部から金属を添加し合金層を形成するた
め、添加方法、条件や溶接入熱条件が変動した場合、基
材のAlまたはAl合金の溶融量が変化する。従って、添加
金属の希釈量が変動するため、得られる合金層の組成が
不均一となり、耐摩耗性、耐熱性などの特性が変動する
原因となる。
を溶融させ、外部から金属を添加し合金層を形成するた
め、添加方法、条件や溶接入熱条件が変動した場合、基
材のAlまたはAl合金の溶融量が変化する。従って、添加
金属の希釈量が変動するため、得られる合金層の組成が
不均一となり、耐摩耗性、耐熱性などの特性が変動する
原因となる。
（２）通常、合金化するために添加する金属は基材のAl
またはAl合金に比べて融点が高いため、均一な合金層を
形成するのは難しい。高密度エネルギー源の電子ビーム
を使用すれば、融点の高い合金化金属も容易に溶融し均
一な合金層を得ることができる。しかし、電子ビームに
よる合金化処理は真空容器内で行うため、AlまたはAl合
金が過熱されるとブローホール、ピットが発生し易く、
生産性も低い。レーザは電子ビームと同等のエネルギー
密度を有するが、AlまたはAl合金に対しては、吸収率が
低いため適していない。また、電子ビーム、レーザの両
装置とも高価なため、その適用部品はコスト高となる。
またはAl合金に比べて融点が高いため、均一な合金層を
形成するのは難しい。高密度エネルギー源の電子ビーム
を使用すれば、融点の高い合金化金属も容易に溶融し均
一な合金層を得ることができる。しかし、電子ビームに
よる合金化処理は真空容器内で行うため、AlまたはAl合
金が過熱されるとブローホール、ピットが発生し易く、
生産性も低い。レーザは電子ビームと同等のエネルギー
密度を有するが、AlまたはAl合金に対しては、吸収率が
低いため適していない。また、電子ビーム、レーザの両
装置とも高価なため、その適用部品はコスト高となる。
（３）AlまたはAl合金の溶接には、従来から指摘されて
いるように、酸化皮膜（アルミナ）の問題がある。Alま
たはAl合金表面には基材に比べて高融点で強固な酸化皮
膜が生成しているため、一般のアーク溶接では融合不良
が発生し接合性が劣化する。
いるように、酸化皮膜（アルミナ）の問題がある。Alま
たはAl合金表面には基材に比べて高融点で強固な酸化皮
膜が生成しているため、一般のアーク溶接では融合不良
が発生し接合性が劣化する。
（４）AlまたはAl合金の溶接では、溶融状態において、
H2,H2O,N2等を吸蔵し易く、ピットやブローホールなど
の溶接欠陥を生成し易い。
H2,H2O,N2等を吸蔵し易く、ピットやブローホールなど
の溶接欠陥を生成し易い。
本発明は上記のような合金化処理の問題点を解決する
べくなされたもので、その目的とするところは、Alまた
はAl合金の表面に、融合不良、ピットやブローホールな
どの溶接欠陥を発生せず、基材との密着力の高い耐摩耗
性、耐熱性合金化層を安定して、安価に形成する肉盛溶
接方法を提供することにある。
べくなされたもので、その目的とするところは、Alまた
はAl合金の表面に、融合不良、ピットやブローホールな
どの溶接欠陥を発生せず、基材との密着力の高い耐摩耗
性、耐熱性合金化層を安定して、安価に形成する肉盛溶
接方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、AlまたはAl合
金表面の肉盛溶接方法において、肉盛材料として、少な
くともCuを15〜55％含むAl合金粉体を用い、熱源として
交流プラズマアークを用い、該交流プラズマアーク電圧
波形の正極性成分時間をta、逆極性成分時間をtbとした
場合、下式を満足する時間比率で肉盛溶接することを特
徴とするAlまたはAl合金表面の肉盛溶接方法を要旨とす
るものである。更に、その実施の態様において前記交流
プラズマアークの周波数を100〜1000Hzの範囲で肉盛溶
接することを特徴とするものである。
金表面の肉盛溶接方法において、肉盛材料として、少な
くともCuを15〜55％含むAl合金粉体を用い、熱源として
交流プラズマアークを用い、該交流プラズマアーク電圧
波形の正極性成分時間をta、逆極性成分時間をtbとした
場合、下式を満足する時間比率で肉盛溶接することを特
徴とするAlまたはAl合金表面の肉盛溶接方法を要旨とす
るものである。更に、その実施の態様において前記交流
プラズマアークの周波数を100〜1000Hzの範囲で肉盛溶
接することを特徴とするものである。
〔作用〕 本発明の交流プラズマアーク肉盛溶接法において、Al
またはAl合金の表面に耐摩耗・耐熱合金化層を形成する
肉盛材料について検討した。その結果、融点がおよそ10
00℃以下の合金組成で所望の耐摩耗性、耐熱性が安定し
て得られ、更に、経済性、作り易さおよび靭性等の面か
らCuを主成分とするAl合金が望ましいことを見出した。
また、この場合に得られる合金化肉盛層の硬さは、耐摩
耗性の面から、ビッカース硬さHv150以上必要であり、H
v150未満では耐摩耗性の向上が期待されない。Al−Cu合
金の肉盛材料による肉盛層の組織は高Al側でα相とθ相
（CuAl2）とからなり、θ相の存在により耐摩耗性、耐
熱性を有するものである。
またはAl合金の表面に耐摩耗・耐熱合金化層を形成する
肉盛材料について検討した。その結果、融点がおよそ10
00℃以下の合金組成で所望の耐摩耗性、耐熱性が安定し
て得られ、更に、経済性、作り易さおよび靭性等の面か
らCuを主成分とするAl合金が望ましいことを見出した。
また、この場合に得られる合金化肉盛層の硬さは、耐摩
耗性の面から、ビッカース硬さHv150以上必要であり、H
v150未満では耐摩耗性の向上が期待されない。Al−Cu合
金の肉盛材料による肉盛層の組織は高Al側でα相とθ相
（CuAl2）とからなり、θ相の存在により耐摩耗性、耐
熱性を有するものである。
即ち、Cu量が15％未満の場合では、肉盛層は殆どα相
のみとなってしまい、その硬さはHv150に達せず耐摩耗
材に適しない。一方、Cu量が55％を越えると脆弱なη２
相が現れ、割れが発生する。従って、Al−Cu合金の肉盛
材料はCu量を15〜55％の範囲内とする必要がある。
のみとなってしまい、その硬さはHv150に達せず耐摩耗
材に適しない。一方、Cu量が55％を越えると脆弱なη２
相が現れ、割れが発生する。従って、Al−Cu合金の肉盛
材料はCu量を15〜55％の範囲内とする必要がある。
また、この肉盛材料、Al−Cu合金はCu以外に必要に応
じて通常のAl合金の合金元素、例えばSi,Mg,Ni,Mn,Ti,C
r,Zr,V等を融点が上がらない範囲に加えて、靭性、機械
加工性に支障をきたさない範囲で含んで良い。例えば、
Siは溶融金属の流動性を改善し、肉盛金属の割れ防止に
有効である。また、Mgとともに熱処理による機械的性質
の向上に有効である。Niは耐熱性の向上に有効である。
Ti,Zrは肉盛金属組織の微細化に有効である。このAl−C
u合金は通常のAl合金に比べてやや靭性が乏しいのでロ
ッド、ワイヤに成形するのが困難であり、粉体として用
いるのが望ましい。むしろ、粉体の方が肉盛溶接の際、
溶融し易く均一な組織が得られる。
じて通常のAl合金の合金元素、例えばSi,Mg,Ni,Mn,Ti,C
r,Zr,V等を融点が上がらない範囲に加えて、靭性、機械
加工性に支障をきたさない範囲で含んで良い。例えば、
Siは溶融金属の流動性を改善し、肉盛金属の割れ防止に
有効である。また、Mgとともに熱処理による機械的性質
の向上に有効である。Niは耐熱性の向上に有効である。
Ti,Zrは肉盛金属組織の微細化に有効である。このAl−C
u合金は通常のAl合金に比べてやや靭性が乏しいのでロ
ッド、ワイヤに成形するのが困難であり、粉体として用
いるのが望ましい。むしろ、粉体の方が肉盛溶接の際、
溶融し易く均一な組織が得られる。
この肉盛材料の粉体は、送給性の面からその形状は球
状である粒度範囲（50〜250μｍ）のものが望ましい。
そして、肉盛溶接時のブローホール発生や熱処理時のふ
くれの原因となるH2,H2O等を極力除去するため、使用前
に乾燥して用いることが望ましい。
状である粒度範囲（50〜250μｍ）のものが望ましい。
そして、肉盛溶接時のブローホール発生や熱処理時のふ
くれの原因となるH2,H2O等を極力除去するため、使用前
に乾燥して用いることが望ましい。
また、本発明の交流プラズマアーク溶接法における、
正極性と逆極性成分の時間比率は基材表面に形成された
酸化皮膜を除去するクリーニング効果と基材への希釈率
とに密接な関係があることが分かった。両者の関係にお
いて、逆極性成分は基材表面の酸化皮膜を除去する効果
がある。一方、正極性成分は基材への希釈率を大きくす
るため、肉盛層中のθ相が少なくなるとともに、相対的
にα相が多くなるため硬さが低下する。しかし、肉盛層
と基材との接合性を高める効果がある。従って、第１図
に示すごとく、電極印加電圧の正極性成分時間（ta）と
逆極性成分時間（tb）の比率を所定の範囲に設定するこ
とにより、クリーニング効果（清浄効果域幅）を確保
し、基材への希釈率を抑制しつつ高い接合力が得られ
る。
正極性と逆極性成分の時間比率は基材表面に形成された
酸化皮膜を除去するクリーニング効果と基材への希釈率
とに密接な関係があることが分かった。両者の関係にお
いて、逆極性成分は基材表面の酸化皮膜を除去する効果
がある。一方、正極性成分は基材への希釈率を大きくす
るため、肉盛層中のθ相が少なくなるとともに、相対的
にα相が多くなるため硬さが低下する。しかし、肉盛層
と基材との接合性を高める効果がある。従って、第１図
に示すごとく、電極印加電圧の正極性成分時間（ta）と
逆極性成分時間（tb）の比率を所定の範囲に設定するこ
とにより、クリーニング効果（清浄効果域幅）を確保
し、基材への希釈率を抑制しつつ高い接合力が得られ
る。
粉体にAl−45％Cu合金粉を用い、Al板（JIS H4000,A1
050P相当、200mml×100mmW×10mmt）の長手方向に本発
明に係る交流プラズマアーク肉盛溶接法により、ビード
オンプレート溶接（１層盛）を行った。
050P相当、200mml×100mmW×10mmt）の長手方向に本発
明に係る交流プラズマアーク肉盛溶接法により、ビード
オンプレート溶接（１層盛）を行った。
溶接電流 :80〜90A 溶接速度 :70mm/分 正極性成分時間比率 :75％ 周波数 :300Hz プラズマガス（Ar）流量 :2.0l/分 シールドガス（Ar）流量 :20l/分 キャリアガス（Ar）流量 :2.0l/分 上記肉盛溶接試験により得られた肉盛溶接部につい
て、正極性成分と逆極性成分の時間比率と清浄効果域
幅、希釈率を測定した結果、第２図に示すような結果が
得られた。正極性成分時間比率 が30％未満では基材への希釈率が小さく、即ち、溶込み
不足により密着性が低く使用時に剥離する。また、正極
性成分時間比率が上限90％を越えると基材への希釈率が
大きくなり、所望の肉盛金属硬さが得られなくなるとと
もに、クリーニング効果が認められなくなり接合界面に
酸化皮膜に起因する融合不良の溶接欠陥が発生する。
て、正極性成分と逆極性成分の時間比率と清浄効果域
幅、希釈率を測定した結果、第２図に示すような結果が
得られた。正極性成分時間比率 が30％未満では基材への希釈率が小さく、即ち、溶込み
不足により密着性が低く使用時に剥離する。また、正極
性成分時間比率が上限90％を越えると基材への希釈率が
大きくなり、所望の肉盛金属硬さが得られなくなるとと
もに、クリーニング効果が認められなくなり接合界面に
酸化皮膜に起因する融合不良の溶接欠陥が発生する。
上記理由により、正極性成分時間比率 は30％以上、90％以下の範囲内とする必要がある。
本発明にかかわる交流プラズマアーク溶接において、
周波数はアークの安定性および基材への溶込みに影響を
及ぼす。周波数が80Hz未満ではアークが不安定となり、
シールド不良を生じさせピットやブローホールを発生さ
せる。一方、1000Hzを越えると、基材への溶込みが大き
くなり、基材の劣化をもたらすと共に金属音の発生が激
しくなるなどの問題がある。しかし、80Hz以上、100Hz
未満の範囲で、安定して交流プラズマアーク粉体肉盛溶
接を行うためには、通常よりセンターガス流量、電流を
高めに設定するなどの工夫が必要である。上記理由によ
り、Al系材料の交流プラズマアーク粉体肉盛溶接におい
ては、周波数が100Hz以上、1000Hz以下で肉盛溶接する
ことが望ましい。即ち、100Hz以上では極性変換時にア
ーク切れの発生は皆無となり、より安定した溶接が行
え、耐ブローホール性が向上する。また、1000Hzを越え
ると、AlまたはAl合金基材への希釈が大きくなり、１層
盛で所定組成および硬さの肉盛金属が得られず実用に供
し得なくなる。そこで、周波数の範囲を100〜1000Hzと
した。
周波数はアークの安定性および基材への溶込みに影響を
及ぼす。周波数が80Hz未満ではアークが不安定となり、
シールド不良を生じさせピットやブローホールを発生さ
せる。一方、1000Hzを越えると、基材への溶込みが大き
くなり、基材の劣化をもたらすと共に金属音の発生が激
しくなるなどの問題がある。しかし、80Hz以上、100Hz
未満の範囲で、安定して交流プラズマアーク粉体肉盛溶
接を行うためには、通常よりセンターガス流量、電流を
高めに設定するなどの工夫が必要である。上記理由によ
り、Al系材料の交流プラズマアーク粉体肉盛溶接におい
ては、周波数が100Hz以上、1000Hz以下で肉盛溶接する
ことが望ましい。即ち、100Hz以上では極性変換時にア
ーク切れの発生は皆無となり、より安定した溶接が行
え、耐ブローホール性が向上する。また、1000Hzを越え
ると、AlまたはAl合金基材への希釈が大きくなり、１層
盛で所定組成および硬さの肉盛金属が得られず実用に供
し得なくなる。そこで、周波数の範囲を100〜1000Hzと
した。
第３図は本発明の効果を確認するために使用して交流
プラズマアーク肉盛溶接装置の１例を示す概略図であ
る。
プラズマアーク肉盛溶接装置の１例を示す概略図であ
る。
第３図において、１はプラズマアーク溶接トーチの先
端部を示し、該プラズマアーク溶接トーチ１には、中心
部に非消耗電極２を配備してあり、この電極２の外側に
はトーチ内筒３およびトーチ外筒４が配設してある。そ
して、電極２とトーチ内筒３との間にはプラズマ作動ガ
ス通路15が、またトーチ内筒３とトーチ外筒４との間に
はシールドガス通路16および粉体11を供給する粉体供給
パイプ５が配設してある。プラズマ作動ガスとしてアル
ゴンなどの不活性ガスがプラズマ作動ガス通路15に供給
される。シールドガス通路16はアルゴンなどの不活性ガ
スが供給されるようになっており、肉盛金属を大気から
シールドするようになっている。
端部を示し、該プラズマアーク溶接トーチ１には、中心
部に非消耗電極２を配備してあり、この電極２の外側に
はトーチ内筒３およびトーチ外筒４が配設してある。そ
して、電極２とトーチ内筒３との間にはプラズマ作動ガ
ス通路15が、またトーチ内筒３とトーチ外筒４との間に
はシールドガス通路16および粉体11を供給する粉体供給
パイプ５が配設してある。プラズマ作動ガスとしてアル
ゴンなどの不活性ガスがプラズマ作動ガス通路15に供給
される。シールドガス通路16はアルゴンなどの不活性ガ
スが供給されるようになっており、肉盛金属を大気から
シールドするようになっている。
以上のように構成された、プラズマアーク溶接トーチ
１の下方に基材のAl合金板13が設置されている。プラズ
マアーク12中に粉体11が粉体供給パイプ５を通じて、ア
ルゴンガスなどの供給ガスにより供給され、Al合金板13
表面上に肉盛金属14が形成される。
１の下方に基材のAl合金板13が設置されている。プラズ
マアーク12中に粉体11が粉体供給パイプ５を通じて、ア
ルゴンガスなどの供給ガスにより供給され、Al合金板13
表面上に肉盛金属14が形成される。
なお、非消耗電極２とトーチ内筒３との間には、パイ
ロット電源６から所定のパイロット電流が供給されるよ
うになっている。また、非消耗電極２とAl合金板13との
間には、正極性と逆極性の時間比率を任意に調整できる
正極・逆極性時間比率調整装置９と、周波数を任意に調
整できる周波数調整装置10を取り付けたメイン交流電源
７から、所定の溶接電流が供給できるようになってい
る。更に、非消耗電極２とトーチ内筒３との間にはプラ
ズマアーク点火用の高周波発生器８が配設されている。
ロット電源６から所定のパイロット電流が供給されるよ
うになっている。また、非消耗電極２とAl合金板13との
間には、正極性と逆極性の時間比率を任意に調整できる
正極・逆極性時間比率調整装置９と、周波数を任意に調
整できる周波数調整装置10を取り付けたメイン交流電源
７から、所定の溶接電流が供給できるようになってい
る。更に、非消耗電極２とトーチ内筒３との間にはプラ
ズマアーク点火用の高周波発生器８が配設されている。
次に、本発明に基づく効果を確認するために第１表に
示した基材、粉体及び熱源等の組み合わせで肉盛溶接を
行った。比較例として、直流正極性プラズマアーク及び
電子ビームによる場合についても行った。各熱源による
溶接条件を第2,3表に示す。上記合金化処理により得ら
れた肉盛金属の外観、断面の調査結果を第４表に示す。
示した基材、粉体及び熱源等の組み合わせで肉盛溶接を
行った。比較例として、直流正極性プラズマアーク及び
電子ビームによる場合についても行った。各熱源による
溶接条件を第2,3表に示す。上記合金化処理により得ら
れた肉盛金属の外観、断面の調査結果を第４表に示す。
第４表におけるNo.1〜16は第３図に示した交流プラズ
マアーク肉盛溶接装置を用いて、肉盛溶接を行ったもの
である。No.17,18は、比較のため一般に用いられている
直流正極性プラズマアーク溶接法で行なったものであ
る。No.19,20は、電子ビームで合金化処理を行なったも
のである。
マアーク肉盛溶接装置を用いて、肉盛溶接を行ったもの
である。No.17,18は、比較のため一般に用いられている
直流正極性プラズマアーク溶接法で行なったものであ
る。No.19,20は、電子ビームで合金化処理を行なったも
のである。
No.1〜９は本発明の要件を満たし、基材への希釈が小
さく、所定の硬さを有するとともに融合不良、割れ、ブ
ローホール、ピット等の溶接欠陥が認められず、良好な
密着性やビード外観が得られた。
さく、所定の硬さを有するとともに融合不良、割れ、ブ
ローホール、ピット等の溶接欠陥が認められず、良好な
密着性やビード外観が得られた。
No.10,11はCu含有量が本発明の成分範囲の下限を下回
っており、溶接欠陥は認められないが肉盛金属の硬さが
不足している。
っており、溶接欠陥は認められないが肉盛金属の硬さが
不足している。
No.12はCu含有量の上限を越えた例で、肉盛金属は不
均一な組織で硬さのバラツキは大きく、割れも認められ
た。
均一な組織で硬さのバラツキは大きく、割れも認められ
た。
No.13,14は正極性成分時間比率が本発明の範囲を外れ
た例である。No.13は正極性成分時間比率が本発明範囲
の下限より低く、基材への溶込みが小さく、一部剥離が
認められた。No.14は正極性成分時間比率が上限を越え
ており、クリーニング効果が小さく、融合不良が認めら
れ、また肉盛金属の硬さも不足していた。
た例である。No.13は正極性成分時間比率が本発明範囲
の下限より低く、基材への溶込みが小さく、一部剥離が
認められた。No.14は正極性成分時間比率が上限を越え
ており、クリーニング効果が小さく、融合不良が認めら
れ、また肉盛金属の硬さも不足していた。
No.15,16は周波数が本発明範囲を外れている例であ
る。No.15は周波数が本発明範囲の下限より低く、溶接
途中でアーク切れが数回発生し、安定した溶接が行えな
かった。また、平滑なビードが得られずピット、ブロー
ホールが多数認められた。No.16は周波数が上限を越え
ており、基材の溶込みが大きく１層盛で所定の肉盛金属
の硬さが得られなかった。
る。No.15は周波数が本発明範囲の下限より低く、溶接
途中でアーク切れが数回発生し、安定した溶接が行えな
かった。また、平滑なビードが得られずピット、ブロー
ホールが多数認められた。No.16は周波数が上限を越え
ており、基材の溶込みが大きく１層盛で所定の肉盛金属
の硬さが得られなかった。
No.17,18は比較のための直流正極性プラズマアーク溶
接法によるものである。クリーニング作用がないため、
基材表面の酸化皮膜に起因する融合不良およびブローホ
ール等の溶接欠陥が発生しており、また満足できる密着
性、ビード外観が得られなかった。
接法によるものである。クリーニング作用がないため、
基材表面の酸化皮膜に起因する融合不良およびブローホ
ール等の溶接欠陥が発生しており、また満足できる密着
性、ビード外観が得られなかった。
No.19,20は熱源に電子ビームを用いた例で、粉体だけ
でなく基材もかなり溶融していた。粉体成分が大きく希
釈され、所定の肉盛金属の硬さが得られなかった。ま
た、大きなブローホールが肉盛金属中に多数認められ
た。
でなく基材もかなり溶融していた。粉体成分が大きく希
釈され、所定の肉盛金属の硬さが得られなかった。ま
た、大きなブローホールが肉盛金属中に多数認められ
た。
以上の如く、本発明のAlまたはAl合金表面の肉盛溶接
方法によれば、Al系材料の肉盛溶接部の密着性を劣化さ
せる基材表面の酸化皮膜を除去し、融合不良、剥離、ピ
ットやブローホールなどの溶接欠陥を発生せず、基材と
の密着力の高い耐摩耗性、耐熱性合金化層を安定して、
安価に形成することができる。
方法によれば、Al系材料の肉盛溶接部の密着性を劣化さ
せる基材表面の酸化皮膜を除去し、融合不良、剥離、ピ
ットやブローホールなどの溶接欠陥を発生せず、基材と
の密着力の高い耐摩耗性、耐熱性合金化層を安定して、
安価に形成することができる。
第１図は本発明の電極に印加する電圧波形を示す図、第
２図は正極性成分時間比率と清浄効果域幅および基材の
希釈率との関係を示すグラフ、第３図は本発明の一実施
例に係る交流プラズマアーク肉盛溶接装置の説明図であ
る。 １……プラズマアーク溶接トーチ、２……非消耗電極、
３……トーチ内筒、４……トーチ外筒、５……粉体供給
パイプ、６……パイロット電源、７……メイン交流電
源、８……高周波発生器、９……正極・逆極性時間比率
調整装置、10……周波数調整装置、11……粉体、12……
プラズマアーク、13……Al合金板、14……肉盛金属、15
……プラズマ作動ガス通路、16……シールドガス通路。
２図は正極性成分時間比率と清浄効果域幅および基材の
希釈率との関係を示すグラフ、第３図は本発明の一実施
例に係る交流プラズマアーク肉盛溶接装置の説明図であ
る。 １……プラズマアーク溶接トーチ、２……非消耗電極、
３……トーチ内筒、４……トーチ外筒、５……粉体供給
パイプ、６……パイロット電源、７……メイン交流電
源、８……高周波発生器、９……正極・逆極性時間比率
調整装置、10……周波数調整装置、11……粉体、12……
プラズマアーク、13……Al合金板、14……肉盛金属、15
……プラズマ作動ガス通路、16……シールドガス通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 弘之 東京都中央区築地３丁目５番４号 日鐵 溶接工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−258177（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−226394（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−262077（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】AlまたはAl合金表面の肉盛溶接方法におい
て、肉盛材料として、少なくともCuを15〜55％（重量
％、以下同じ）含むAl合金粉体を用い、熱源として交流
プラズマアークを用い、該交流プラズマアーク電圧波形
の正極性成分時間をta、逆極性成分時間をtbとした場
合、下式を満足する時間比率で肉盛溶接することを特徴
とするAlまたはAl合金表面の肉盛溶接方法。 - 【請求項２】交流プラズマアークの周波数を100〜1000H
zの範囲で溶接することを特徴とする請求項１記載のAl
またはAl合金表面の肉盛溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4632790A JP2731966B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | ＡｌまたはＡｌ合金表面の肉盛溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4632790A JP2731966B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | ＡｌまたはＡｌ合金表面の肉盛溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03248777A JPH03248777A (ja) | 1991-11-06 |
| JP2731966B2 true JP2731966B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=12744054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4632790A Expired - Lifetime JP2731966B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | ＡｌまたはＡｌ合金表面の肉盛溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2731966B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19626941A1 (de) * | 1996-07-04 | 1998-01-08 | Castolin Sa | Verfahren zum Beschichten oder Schweißen leicht oxidierbarer Werkstoffe sowie Plasmabrenner dafür |
| EP0927594B1 (de) * | 1997-12-23 | 2003-09-10 | Castolin S.A. | Verfahren zum Beschichten von Werkstoffen |
| CN105478964A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-04-13 | 哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司 | 管板大面积耐蚀层堆焊工艺 |
| CN113809481B (zh) * | 2021-09-07 | 2023-01-24 | 厦门海辰储能科技股份有限公司 | 负极极柱盘、锂离子电池和锂电池的焊接方法 |
-
1990
- 1990-02-27 JP JP4632790A patent/JP2731966B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03248777A (ja) | 1991-11-06 |
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