JP2917763B2 - 肉盛溶接における溶接金属粉末供給方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ溶接による肉盛
溶接に係り、特に、耐磨耗や耐食性のある溶接金属を母
材表面に盛り上げたり、消耗した部分や寸法の足りない
部分の表面に溶接金属を盛り上げて補修する際に、該溶
接金属の粉末を母材表面に供給する，肉盛溶接における
溶接金属粉末供給方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンシリンダヘッドのバルブシート
等の表面に耐磨耗性等をもたせるためにその表面を銅合
金等で被覆する場合や、部品搬送中等における消耗した
部分を補修する場合には、レーザ溶接による肉盛が行わ
れる。このレーザ溶接による肉盛溶接方法は、例えば、
図４に示すように、粉末供給ノズル６の先端部から溶接
金属粉末を母材１２表面の溶接部１２ａに吹き付けて供
給し、その供給された溶接金属粉末１３に集束されたレ
ーザビーム１１を照射することで溶融して母材１２表面
に該溶接金属を盛り上げている。

【０００３】上記溶接金属粉末の供給は、溶接金属粉末
をアルゴンガス等の搬送ガスに混入させ、その搬送ガス
と共に供給ホース４を介してノズル６の入口まで送り、
そのまま、該搬送ガスのガス圧によって、該搬送ガスと
共に粉末を母材１２表面に吹き付けることで実施してい
る。なお、図４中，８はシールドガス用のノズルで、そ
のノズル８から吹き出すシールドガスによって、溶接部
１２ａへの風などの吹き込みを防止して、該溶接部１２
ａを大気から保護している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】溶接金属粉末を粉末供
給ノズル６まで搬送するには、搬送ガスに所定以上のガ
ス圧を付与する必要があるが、上記のような溶接金属粉
末の供給方法では、該搬送ガスと共に粉末を溶接部１２
ａに吹き付けることで供給しているので、粉末の粒径が
小さかったり搬送ガスのガス圧が高いと、溶接金属粉末
を母材１２表面に吹き付けた際に、上記ガス圧に比例し
て該粉末が飛散する。このために、溶接部１２ａへの粉
末供給の溶着歩留りが低下して、所定厚さの肉盛が確保
できなかったり、所定の粉末密度が確保されずに割れ等
の溶接不良となる恐れがある。

【０００５】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、溶接部への溶接金属粉末の溶着歩留り
を向上させることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の肉盛溶接における溶接金属粉末供給方法
は、溶接金属の粉末を混入した搬送ガスを母材近傍まで
搬送し、その搬送ガスを粉末供給ノズルを介して吹き付
けることで母材表面に上記粉末を供給する溶接金属粉末
供給方法において、母材近傍まで搬送されてきた，上記
溶接金属粉末を混入した搬送ガスを、サイクロン分級機
で搬送ガスと溶接金属粉末とに分離して、分離した溶接
金属粉末だけを粉末供給ノズルに供給することを特徴と
している。

【０００７】このとき、上記搬送ガスに不活性ガスを使
用して、上記サイクロン分級機で分離した搬送ガスをシ
ールドガスとして使用するとよい。また、肉盛溶接にお
ける溶接金属粉末供給装置は、溶接金属の粉末を混入し
た搬送ガスを供給ホースによって母材近傍まで搬送し、
その搬送ガスを供給ノズルを介して吹き付けることで母
材表面に上記粉末を供給する溶接金属粉末供給装置にお
いて、上記供給ホースと供給ノズルとの間にサイクロン
分級機を介装して、サイクロン分級機のガス入口に供給
ホースを接続すると共に、該サイクロン分級機の粉末用
出口に粉末供給ノズルを接続したことを特徴としてい
る。

【０００８】このとき、上記搬送ガスに不活性ガスを使
用すると共に、上記サイクロン分級機のガス用出口にシ
ールドガス用ノズルを連結するとよい。

【０００９】

【作用】粉末供給ノズルまで搬送されてきた溶接金属粉
末と搬送ガスは、サイクロン分級機によって粉末と搬送
ガスに分離される。なお、サイクロン分級機は、粉末を
含入するガスに旋回運動を与えて、粉末に作用する遠心
力によって搬送ガスから粉末を分離して捕獲するもので
ある。

【００１０】そして、分離された粉末のみが供給ノズル
に送られる。このとき、粉末はほぼ失速状態であるの
で、自由落下若しくは分離しきれなかった搬送ガスによ
って、供給ノズルを介して母材表面の溶接部に吹き付け
られる。このため、吹き付けられた粉末の飛散が抑止さ
れて、該溶接金属粉末は、確実に母材表面の溶接部に供
給される。

【００１１】このとき、上記溶接金属粉末を搬送する搬
送ガスとしてアルゴンガス等の不活性ガスを使用する
と、上記サイクロン分級機によって分離した後の搬送ガ
スを、シールドガスとして利用することができる。例え
ば、上記サイクロン分級機のガス用出口にシールドガス
用ノズルを連結することで、分離された搬送ガスが該シ
ールドガス用ノズルに送られ、シールドガスとして溶接
部に供給される。

【００１２】このように、分離後の搬送ガスをシールド
ガスとして利用すると、搬送ガスとは別に、該シールド
ガス用のボンベ等の装置を設ける必要がなくなる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図面をもとに説明する。ま
ず構成を説明すると、図１に示すように、ヘリウムやア
ルゴンガス等の不活性ガスからなる搬送ガスを封入した
ボンベ１が、弁を介して粉末混合装置２のガス投入口に
接続されると共に、銅合金（Ｎｉ，Ａｌ，Ｆｅを含有）
からなる平均粒径６０μｍの溶接金属粉末を収納したタ
ンク３が、弁を介して粉末混合装置２の粉末投入口に接
続されている。

【００１４】上記粉末混合装置２の排出口には、供給ホ
ース４の一端部が接続され、該供給ホース４の他端部が
サイクロン分級機５のガス入口５ａに接続されている。
また、そのサイクロン分級機５の粉末用出口５ｂに粉末
供給ノズル６が接続されると共に、サイクロン分級機５
のガス用出口５ｃにホース７を介してシールドガス用ノ
ズル８が連結されて、溶接金属粉末供給装置が構成され
ている。

【００１５】上記サイクロン分級機５は、図２に示すよ
うに、下方に向けて小径となっているコーン部５ｄと、
そのコーン部５ｄの上部へ同軸に連続する大径筒部５ｅ
と、その大径筒部５ｅの上部へ同軸に連続する小径筒部
５ｆとから構成されていて、その小径筒部５ｆ側面に、
下方に向けて軸をθ，例えば５度だけ傾けてガス入口５
ａが設けられている。そして、上記コーン部５ｄの下部
開口部が粉末用出口５ｂを形成すると共に、小径筒部５
ｆの上端開口部がガス用出口５ｃを形成する。

【００１６】また、図１中，１０はレーザ溶接装置本体
を示し、レーザ発振器１０ａから出力されたレーザビー
ムをミラー１０ｂによって所定位置まで伝送し、集光レ
ンズ１０ｃによって該レーザビーム１１を溶接部１２ａ
に集束させるようになっている。上記構成の溶接金属粉
末供給装置を利用した，レーザ溶接による肉盛は、図１
に示すように、予め、粉末供給ノズル６及びシールドガ
ス用ノズル８の先端部をそれぞれ母材１２表面の溶接部
１２ａに向けると共に、ミラー１０ｂ及び集光レンズ１
０ｃを調整してレーザビーム１１が該溶接部１２ａで集
束可能に設定しておく。

【００１７】そして、粉末混合装置２で溶接金属粉末が
搬送ガスに混入され、搬送ガスのガス圧によって、その
搬送ガス及び粉末が、供給ホース４を通ってサイクロン
分級機５に送られる。サイクロン分級機５に供給された
搬送ガス及び粉末は、ガス入口５ａの通路が下方に傾斜
していることで、小径筒部５ｆ，大径筒部５ｅ，及びコ
ーン部５ｄ表面に沿って下方に向けて旋回運動をして、
その遠心力によって搬送ガスから溶接金属粉末が分離
し、該粉末は内壁との摩擦によって減速されて落下する
と共に、大部分の搬送ガスは、コーン部５ｄの中心部に
押しやられそのまま上昇する。

【００１８】これによって、失速状態の溶接金属粉末と
少量の搬送ガスが、粉末用出口５ｂから粉末供給ノズル
６に送られ、ノズル６の先端から溶接部１２ａに向けて
吹き出すと同時に、大部分の搬送ガスがガス用出口５ｃ
からシールドガス用ノズル８に送られ、該搬送ガスが該
ノズル８の先端部からシールドガスとして吹き出す。ま
た、上記溶接金属粉末の供給に同期をとってレーザ溶接
装置本体１０が作動されて、集光レンズ１０ｃで集束さ
れたレーザビーム１１が、供給された溶接金属粉末に照
射され、該粉末が母材１２表面に肉盛される。

【００１９】上記のように、サイクロン分級機５で搬送
ガスから分離した粉末は失速状態で粉末供給ノズル６に
送られるので、粉末供給ノズル６からの粉末吹き出し速
度が従来よりも大幅に低下して飛散が抑止され、もっ
て、溶接部１２ａへの粉末供給量の歩留りが大幅に向上
する。特に、サイクロン分級機５は、送られる粉末の速
度，即ち該粉末を含んだ搬送ガス圧が高くなるほど、搬
送ガスからの粉末の分離が向上する。

【００２０】実際に、サイクロン分級機５を供給ホース
４と粉末供給ノズル６との間に介装した場合としない場
合で肉盛溶接を実施してみると、図３に示すような結果
が得られた。なお、図３（ａ）はサイクロン分級機５を
介装した場合であり、図３（ｂ）はサイクロン分級機５
を介装しない場合であり、また、図３中，１３は肉盛さ
れた溶接金属を示している。

【００２１】この図３の結果から分かるように、本願発
明の基づくサイクロン分級機５を介装した場合の方が、
粉末の溶着歩留りが高く，且つ割れ等の欠陥が少ない良
好な肉盛１３が形成される。なお、サイクロン分級機５
は、上記実施例の構造に限定されるものではなく、軸流
式サイクロン分級機等，他の公知のサイクロン分級機を
採用しても構わない。

【００２２】また、上記実施例では、サイクロン分級機
５で分離した搬送ガスをシールドガスとして利用してい
るが、シールドガスの供給手段は、従来のように別の装
置を使用して供給するようにして、該サイクロン分級機
５で分離した搬送ガスは、別途，回収して再利用するよ
うにしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の肉盛
溶接における溶接金属粉末供給方法及びその装置では、
母材表面への溶接金属粉末の溶着歩留りが向上して、良
好な肉盛を形成することができる。このとき、サイクロ
ン分級機で分離した搬送ガスをシールドガスとして利用
することで、搬送ガスとは別にシールドガス用のボンベ
等の装置が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の溶接金属粉末供給装置及
びレーザ溶接装置本体を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係る実施例のサイクロン分級機を示す
断面図である。

【図３】本発明に係る実施例の肉盛状態を示す断面図で
ある。

【図４】従来の溶接金属粉末供給装置及びレーザ溶接装
置本体を示す概略構成図である。

【符号の説明】

４ 供給ホース ５ サイクロン分級機 ６ 粉末供給ノズル １２ 母材 １３ 肉盛された溶接金属

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接金属の粉末を混入した搬送ガスを母
   材近傍まで搬送し、その搬送ガスを粉末供給ノズルを介
   して吹き付けることで母材表面に上記粉末を供給する溶
   接金属粉末供給方法において、母材近傍まで搬送されて
   きた，上記溶接金属粉末を混入した搬送ガスを、サイク
   ロン分級機で搬送ガスと溶接金属粉末とに分離して、分
   離した溶接金属粉末だけを粉末供給ノズルに供給するこ
   とを特徴とする肉盛溶接における溶接金属粉末供給方
   法。
2. 【請求項２】 上記搬送ガスに不活性ガスを使用して、
   上記サイクロン分級機で分離した搬送ガスをシールドガ
   スとして使用することを特徴とする請求項１記載の肉盛
   溶接における溶接金属粉末供給方法。
3. 【請求項３】 溶接金属の粉末を混入した搬送ガスを供
   給ホースによって母材近傍まで搬送し、その搬送ガスを
   供給ノズルを介して吹き付けることで母材表面に上記粉
   末を供給する溶接金属粉末供給装置において、上記供給
   ホースと供給ノズルとの間にサイクロン分級機を介装し
   て、サイクロン分級機のガス入口に供給ホースを接続す
   ると共に、該サイクロン分級機の粉末用出口に粉末供給
   ノズルを接続したことを特徴とする肉盛溶接における溶
   接金属粉末供給装置。
4. 【請求項４】 上記搬送ガスに不活性ガスを使用すると
   共に、上記サイクロン分級機のガス用出口にシールドガ
   ス用ノズルを連結したことを特徴とする請求項３記載の
   肉盛溶接における溶接金属粉末供給装置。