JP2731968B2 - チタンまたはチタン合金表面の肉盛溶接方法 - Google Patents
チタンまたはチタン合金表面の肉盛溶接方法Info
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- JP2731968B2 JP2731968B2 JP10714490A JP10714490A JP2731968B2 JP 2731968 B2 JP2731968 B2 JP 2731968B2 JP 10714490 A JP10714490 A JP 10714490A JP 10714490 A JP10714490 A JP 10714490A JP 2731968 B2 JP2731968 B2 JP 2731968B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はチタンまたはチタン合金の表面に肉盛溶接を
施すプラズマアーク肉盛溶接方法に関するものである。
施すプラズマアーク肉盛溶接方法に関するものである。
チタンまたはチタン合金材料は鉄に比べ比重が約60％
と軽く、耐熱性、耐食性も優れているなどの利点を活か
して、自動車や航空機部品に利用されている。しかしな
がら、チタン系材料は鉄に比べ軟らかいため、耐摩耗性
が要求される部位には、そのままで使用することができ
ない。
と軽く、耐熱性、耐食性も優れているなどの利点を活か
して、自動車や航空機部品に利用されている。しかしな
がら、チタン系材料は鉄に比べ軟らかいため、耐摩耗性
が要求される部位には、そのままで使用することができ
ない。
そこで、チタン系材料を耐摩耗性が要求される部位に
も使用できるよう、チタン系材料表面に耐摩耗性、耐熱
性等の特性に優れた異種材料を肉盛する方法が考えられ
ている。
も使用できるよう、チタン系材料表面に耐摩耗性、耐熱
性等の特性に優れた異種材料を肉盛する方法が考えられ
ている。
このチタン系材料の表面硬化処理方法として、TIGア
ーク、プラズマアークを利用したアーク溶接およびレー
ザー光を利用した表面硬化処理方法が提案されている。
ーク、プラズマアークを利用したアーク溶接およびレー
ザー光を利用した表面硬化処理方法が提案されている。
かかる素材の表面硬化処理方法として、特開昭62−27
0277号公報に記載されているように、チタン基合金材料
の表面に硬化合金元素（Al,Sn,B,Fe,Cr等）を添加し、
熱源にプラズマアーク、レーザー光を用いて、溶融硬化
する処理方法が提案されている。この提案でのプラズマ
粉体肉盛処理方法において、プラズマ作動ガスとして、
100％アルゴンまたは100％ヘリウムの不活性ガスを用い
るか、あるいは、前記不活性ガスにN2,CO2,CO,O2等の硬
化ガスを混ぜた混合ガスを用いる技術が提案されてい
る。硬化ガスは、溶融プールに吹きつけられ、硬化合金
元素と共にチタン材の表面を硬化させるが、肉盛材料の
粉体の溶着歩留を向上させる、チタン母材への溶込み深
さを減少させる、あるいは硬化元素の希釈を低減させる
などの働きはない。
0277号公報に記載されているように、チタン基合金材料
の表面に硬化合金元素（Al,Sn,B,Fe,Cr等）を添加し、
熱源にプラズマアーク、レーザー光を用いて、溶融硬化
する処理方法が提案されている。この提案でのプラズマ
粉体肉盛処理方法において、プラズマ作動ガスとして、
100％アルゴンまたは100％ヘリウムの不活性ガスを用い
るか、あるいは、前記不活性ガスにN2,CO2,CO,O2等の硬
化ガスを混ぜた混合ガスを用いる技術が提案されてい
る。硬化ガスは、溶融プールに吹きつけられ、硬化合金
元素と共にチタン材の表面を硬化させるが、肉盛材料の
粉体の溶着歩留を向上させる、チタン母材への溶込み深
さを減少させる、あるいは硬化元素の希釈を低減させる
などの働きはない。
チタン系材料に耐摩耗性、耐熱性の良好なCo基合金等
を肉盛するプラズマ粉体肉盛溶接方法において、形状が
球状で送給性が良好なガスアトマイズ粉やＰ・REP粉
（プラズマ回転電極粉）が用いられる。これらの球状合
金粉は非常に高価であり、その溶着効率を上げること
で、適用部品のコストを大幅に低減できる。プラズマ作
動ガスに従来の100％アルゴン又は100％ヘリウムを用い
たチタン系材料へのプラズマ粉体肉盛溶接方法におい
て、100％アルゴンガスの場合、粉体の溶着効率が低い
とか、母材への溶込みが大きいという問題があった。ま
た、プラズマ作動ガスに100％ヘリウムを用いた場合、
プラズマ発熱量が大きく、粉体の溶着効率を向上させる
反面、タングステン電極の消耗量が多く、ノズル部に溶
融粉体が付着し、粉体送給孔をふさぎ、安定した溶接が
行えないなどの問題があった。
を肉盛するプラズマ粉体肉盛溶接方法において、形状が
球状で送給性が良好なガスアトマイズ粉やＰ・REP粉
（プラズマ回転電極粉）が用いられる。これらの球状合
金粉は非常に高価であり、その溶着効率を上げること
で、適用部品のコストを大幅に低減できる。プラズマ作
動ガスに従来の100％アルゴン又は100％ヘリウムを用い
たチタン系材料へのプラズマ粉体肉盛溶接方法におい
て、100％アルゴンガスの場合、粉体の溶着効率が低い
とか、母材への溶込みが大きいという問題があった。ま
た、プラズマ作動ガスに100％ヘリウムを用いた場合、
プラズマ発熱量が大きく、粉体の溶着効率を向上させる
反面、タングステン電極の消耗量が多く、ノズル部に溶
融粉体が付着し、粉体送給孔をふさぎ、安定した溶接が
行えないなどの問題があった。
そこで、本発明は粉体の溶着効率を向上させ、母材の
溶込みを小さくするとともに、タングステン電極の消耗
量を少なくし、トーチノズル部への悪影響を防止できる
ような、チタン系材料へのプラズマ粉体肉盛溶接方法を
提供しようとするものである。
溶込みを小さくするとともに、タングステン電極の消耗
量を少なくし、トーチノズル部への悪影響を防止できる
ような、チタン系材料へのプラズマ粉体肉盛溶接方法を
提供しようとするものである。
上記の如き問題点は、次に述べる本発明のチタンまた
はチタン合金表面の肉盛溶接方法によって解決される。
はチタン合金表面の肉盛溶接方法によって解決される。
即ち、本発明の要旨は、二重ノズル構造のプラズマ溶
接トーチの内側からプラズマ作動ガスを噴出させること
により肉盛溶接を行うプラズマ粉体肉盛溶接方法におい
て、該プラズマ作動ガスにアルゴンガス20〜80vol％と
ヘリウムガス80〜20vol％（以下％と略す）の混合ガス
を用いることを特徴とするチタンまたはチタン合金表面
の肉盛溶接方法にある。
接トーチの内側からプラズマ作動ガスを噴出させること
により肉盛溶接を行うプラズマ粉体肉盛溶接方法におい
て、該プラズマ作動ガスにアルゴンガス20〜80vol％と
ヘリウムガス80〜20vol％（以下％と略す）の混合ガス
を用いることを特徴とするチタンまたはチタン合金表面
の肉盛溶接方法にある。
プラズマ作動ガスにヘリウムガスを用いると、水素ガ
スと同様にアルゴンガスに比べてプラズマ温度が高くな
り、粉体を効率よく溶融することができるため、粉体の
溶着効率を向上させる働きがある。更に、ヘリウムガス
は、アークを広げる働きがあるため、母材の溶込み深さ
を抑制し、ビード幅を広げる作用があることを、本発明
者達はプラズマ作動ガスに種々の純ガス、混合ガスを用
いて実験した結果、見出した。
スと同様にアルゴンガスに比べてプラズマ温度が高くな
り、粉体を効率よく溶融することができるため、粉体の
溶着効率を向上させる働きがある。更に、ヘリウムガス
は、アークを広げる働きがあるため、母材の溶込み深さ
を抑制し、ビード幅を広げる作用があることを、本発明
者達はプラズマ作動ガスに種々の純ガス、混合ガスを用
いて実験した結果、見出した。
上記知見より、プラズマ作動ガスにアルゴンガス20〜
80％とヘリウムガス80〜20％の混合ガスを用いるのは、
第１図に示すように、ヘリウムガスの混合比率が20％未
満では、粉体の溶着効率の向上が期待できず、母材への
溶込み深さが大きくなるからである。そして、ヘリウム
ガスが80％を超えるとプラズマ温度が高くなるため、タ
ングステン電極の消耗量が大きくなるばかりでなく、粉
体がノズルの粉体送給孔に溶融付着するため、安定した
溶接ができず、ノズルを損傷させるため、ヘリウムガス
の混合比率の上限を80％とした。
80％とヘリウムガス80〜20％の混合ガスを用いるのは、
第１図に示すように、ヘリウムガスの混合比率が20％未
満では、粉体の溶着効率の向上が期待できず、母材への
溶込み深さが大きくなるからである。そして、ヘリウム
ガスが80％を超えるとプラズマ温度が高くなるため、タ
ングステン電極の消耗量が大きくなるばかりでなく、粉
体がノズルの粉体送給孔に溶融付着するため、安定した
溶接ができず、ノズルを損傷させるため、ヘリウムガス
の混合比率の上限を80％とした。
次に本発明の肉盛溶接方法を第２図に基づいて説明す
る。第２図はチタン合金板の表面に粉体肉盛材料を肉盛
溶接するのに適した、プラズマ粉体肉盛溶接装置の一例
を示す説明図である。
る。第２図はチタン合金板の表面に粉体肉盛材料を肉盛
溶接するのに適した、プラズマ粉体肉盛溶接装置の一例
を示す説明図である。
第２図において、１はプラズマ溶接トーチの先端部を
示し、該プラズマ溶接トーチ１には、中心部にタングス
テン電極２を配備してあり、この電極２の外側には、水
冷トーチ内筒３およびトーチ外筒４が配設されている。
そして、タングステン電極２とトーチ内筒３との間にプ
ラズマ作動ガス通路13およびトーチ内筒３とトーチ外筒
４との間にシールドガス通路14および粉体肉盛材料９を
供給する粉体送給パイプ５が配設されている。プラズマ
作動ガス通路13にはアルゴンガス20〜80％とヘリウムガ
ス80〜20％の混合ガスがプラズマ作動ガスとして供給さ
れる。シールドガス通路14にはアルゴンガス、ヘリウム
ガス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12を大気からシールドするようになっている。
示し、該プラズマ溶接トーチ１には、中心部にタングス
テン電極２を配備してあり、この電極２の外側には、水
冷トーチ内筒３およびトーチ外筒４が配設されている。
そして、タングステン電極２とトーチ内筒３との間にプ
ラズマ作動ガス通路13およびトーチ内筒３とトーチ外筒
４との間にシールドガス通路14および粉体肉盛材料９を
供給する粉体送給パイプ５が配設されている。プラズマ
作動ガス通路13にはアルゴンガス20〜80％とヘリウムガ
ス80〜20％の混合ガスがプラズマ作動ガスとして供給さ
れる。シールドガス通路14にはアルゴンガス、ヘリウム
ガス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12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、プラズマ溶接トーチ１の下
方に、被溶接材料のチタン合金板11が設置されている。
そして、プラズマアーク10の中に、粉体肉盛材料９が粉
体送給パイプ５を通じて、アルゴンガス、ヘリウムガス
などを送給ガスとして供給され、チタン合金板11の表面
上に順次、肉盛金属12が形成される。
方に、被溶接材料のチタン合金板11が設置されている。
そして、プラズマアーク10の中に、粉体肉盛材料９が粉
体送給パイプ５を通じて、アルゴンガス、ヘリウムガス
などを送給ガスとして供給され、チタン合金板11の表面
上に順次、肉盛金属12が形成される。
尚、タングステン電極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、タングステン電極２とチタ
ン合金板11との間には、メイン電源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、タングステ
ン電極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。
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、タングステン電極２とチタ
ン合金板11との間には、メイン電源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、タングステ
ン電極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、Ti−6w
t％ Al−4wt％Ｖ合金板（100×200×10tmm）に、第１表
に示した粉体肉盛材料を組合せて、第２図に示した本発
明の一実施態様のプラズマ粉体肉盛溶接装置を用いて、
肉盛溶接を行った。下記の溶接条件で溶接した時のアー
ク状態、部品の耐久性、溶接性を比較した結果を第２表
に示す。
t％ Al−4wt％Ｖ合金板（100×200×10tmm）に、第１表
に示した粉体肉盛材料を組合せて、第２図に示した本発
明の一実施態様のプラズマ粉体肉盛溶接装置を用いて、
肉盛溶接を行った。下記の溶接条件で溶接した時のアー
ク状態、部品の耐久性、溶接性を比較した結果を第２表
に示す。
溶接条件；溶接電流 60A（DC,EN） 溶接速度 200mm/min プラズマ作動ガス流量 3/min シールドガス流量(Ar) 20/min 粉体送給ガス流量(Ar) 2/min No.1〜No.5は本発明の要件を満たし、粉体の溶着効率
が良く、アーク安定性や電極、トーチノズルの耐久性に
優れるなど良好な結果が得られた。
が良く、アーク安定性や電極、トーチノズルの耐久性に
優れるなど良好な結果が得られた。
No.6,No.9はヘリウムガスの混合比率が本発明範囲の
上限を越えており、安定した溶接ができず、ビード形状
は劣った。更に、電極の消耗量が大きく、又、ノズルの
粉体の送給孔に溶融粉体が付着するなど、満足できる溶
接結果が得られなかった。
上限を越えており、安定した溶接ができず、ビード形状
は劣った。更に、電極の消耗量が大きく、又、ノズルの
粉体の送給孔に溶融粉体が付着するなど、満足できる溶
接結果が得られなかった。
No.7,No.8,No.10はヘリウムガス混合比率が本発明範
囲の下限より低い例である。いずれも、アークの安定
性、電極およびノズルの耐久性に問題は認められない
が、粉体の溶着効率が悪く、又、母材への溶込みも大き
く、所定の硬さが得られなかった。
囲の下限より低い例である。いずれも、アークの安定
性、電極およびノズルの耐久性に問題は認められない
が、粉体の溶着効率が悪く、又、母材への溶込みも大き
く、所定の硬さが得られなかった。
本発明のチタンまたはチタン合金の肉盛溶接方法によ
れば、粉体の溶着効率、タングステン電極およびトーチ
ノズルの耐久性に優れ、安定した溶接が行え、良好なビ
ード形状が得られる。従って、耐摩耗性、耐熱性等の諸
特性に優れた、安価なチタン系材料の部品を得ることが
でき、その工業的価値は大きい。
れば、粉体の溶着効率、タングステン電極およびトーチ
ノズルの耐久性に優れ、安定した溶接が行え、良好なビ
ード形状が得られる。従って、耐摩耗性、耐熱性等の諸
特性に優れた、安価なチタン系材料の部品を得ることが
でき、その工業的価値は大きい。
第１図は、アルゴンガスとヘリウムガスの混合比率と粉
体の溶着効率および母材への溶込み深さとの関係を示す
グラフ、第２図は本発明のチタンまたはチタン合金表面
の肉盛溶接方法を実施する装置の一例を示した説明図で
ある。 １……プラズマ溶接トーチ、２……タングステン電極、
３……トーチ内筒、４……トーチ外筒、５……粉体送給
パイプ、６……パイロット電源、７……メイン電源、８
……高周波発生器、９……粉体肉盛材料、10……プラズ
マアーク、11……チタン合金板、12……肉盛金属、13…
…プラズマ作動ガス通路、14……シールドガス通路。
体の溶着効率および母材への溶込み深さとの関係を示す
グラフ、第２図は本発明のチタンまたはチタン合金表面
の肉盛溶接方法を実施する装置の一例を示した説明図で
ある。 １……プラズマ溶接トーチ、２……タングステン電極、
３……トーチ内筒、４……トーチ外筒、５……粉体送給
パイプ、６……パイロット電源、７……メイン電源、８
……高周波発生器、９……粉体肉盛材料、10……プラズ
マアーク、11……チタン合金板、12……肉盛金属、13…
…プラズマ作動ガス通路、14……シールドガス通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 聰之 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新 日本製鐵株式會社第２技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−23574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−71061（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−270277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−279083（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−268982（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】二重ノズル構造のプラズマ溶接トーチの内
側からプラズマ作動ガスを噴出させることにより肉盛溶
接を行うプラズマ粉体肉盛溶接方法において、該プラズ
マ作動ガスにアルゴンガス20〜80vol％とヘリウムガス8
0〜20vol％の混合ガスを用いることを特徴とするチタン
またはチタン合金表面の肉盛溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10714490A JP2731968B2 (ja) | 1990-04-23 | 1990-04-23 | チタンまたはチタン合金表面の肉盛溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10714490A JP2731968B2 (ja) | 1990-04-23 | 1990-04-23 | チタンまたはチタン合金表面の肉盛溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH044981A JPH044981A (ja) | 1992-01-09 |
| JP2731968B2 true JP2731968B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=14451632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10714490A Expired - Lifetime JP2731968B2 (ja) | 1990-04-23 | 1990-04-23 | チタンまたはチタン合金表面の肉盛溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2731968B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102189319A (zh) * | 2010-03-01 | 2011-09-21 | 本田技研工业株式会社 | 等离子焊炬及采用等离子焊炬的焊接方法 |
-
1990
- 1990-04-23 JP JP10714490A patent/JP2731968B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102189319A (zh) * | 2010-03-01 | 2011-09-21 | 本田技研工业株式会社 | 等离子焊炬及采用等离子焊炬的焊接方法 |
| CN102189319B (zh) * | 2010-03-01 | 2013-05-01 | 本田技研工业株式会社 | 等离子焊炬及采用等离子焊炬的焊接方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH044981A (ja) | 1992-01-09 |
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