JP3289047B2

JP3289047B2 - 溶接用セラミックスピース

Info

Publication number: JP3289047B2
Application number: JP14380995A
Authority: JP
Inventors: 一美大徳; 博海田; 哲男原田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-05-01
Filing date: 1995-05-01
Publication date: 2002-06-04
Anticipated expiration: 2017-06-04
Also published as: JPH08300154A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアークスタッド溶接に
よって金属母材表面に取付ける溶接用セラミックスピー
スに関するもので、さらに詳しくは、炉壁、バーナ、羽
口等の高温雰囲気で使用される構造物の耐熱材として、
あるいはブロアー、ポンプ等の高速回転機器の耐摩耗材
として使用するのに好適な溶接用セラミックスピースに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶接用セラミックスピースとして
は、特開平６−９１３７６号公報に記載されたものを挙
げることができる。この溶接用セラミックスピースは図
５に示すように、セラミックスピース本体５１とスタッ
ド５９と固定リング８１とから成っている。セラミック
スピース本体５１は、その表面５２及び裏面５３にそれ
ぞれ凹部５４ａ、５４ｂが形成されている。表面５２側
の凹部５４ａの底面５５ａは、その略中央に設けられた
孔部５７によって、裏面５３側の凹部５４ｂの底面５５
ｂに連通している。スタッド５９はステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ３０４）のもので、その先端に突起６６を有するコー
ン部６７と、このコーン部６７に続くフランジ部６３
と、このフランジ部６３の上面６４の中心に立設される
溶接電流供給用のピン部６０とから成っている。

【０００３】固定リング８１は超硬合金より成るもの
で、その中心に透孔８４が設けられている。そして表面
５２側の凹部５４ａに固定リング８１を収容すると共
に、孔部５７にスタッド５９のピン部６０を裏面５３側
より挿通して、固定リング８１にこのピン部６０をろう
付けすることによって、セラミックスピース本体５１を
スタッド５９のフランジ部６３と固定リング８１とで挟
持して、溶接用セラミックスピースを形成している。こ
の溶接用セラミックスピースを金属母材に取付けるに
は、溶接機のホルダーでピン部６０のホルダー部６１を
保持し、突起６６を金属母材の表面に接触させながら溶
接電流を供給して、スタッド５９を金属母材にアークス
タッド溶接することによって行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記溶接用セ
ラミックスピースにおいては、スタッド５９のピン部６
０が表面５２側に露出しているので、表面５２側が腐食
性流体にさらされるとピン部６０が腐食され、固定リン
グ８１とフランジ部６３との間でセラミックスピース本
体５１を挟持できなくなって、セラミックスピース本体
５１が金属母材から剥離してしまうという不具合が生じ
る。それはスタッド５９がＳＵＳ３０４によって形成さ
れ、セラミックスのようには高い耐食性を有していない
ためである。そこでスタッド５９を超硬合金にて形成す
ることも考えられるが、超硬合金はスタッド溶接性が悪
く、充分な溶接強度を得ることは不可能であり、そのた
めこの方策も実用的であるとはいえない。

【０００５】また比重の大きい超硬合金の固定リング８
１を使用しているので、溶接用セラミックスピース全体
の重量が大きくなり、例えばブロアーの翼板、主板、側
板にライニングするとＧＤ^２が大きくなることから、モ
ーターの起動電流が大きくなるためモーターの能力増大
が必要であった。さらに部品点数が多く、その構造が複
雑であるという欠点もある。

【０００６】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、耐食性を向上す
ると共に、軽量化することが可能で、かつその構成を簡
素化することが可能な溶接用セラミックスピースを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の溶接用
セラミックスピースは、セラミックスピース本体１の裏
面３にコーン部１３を備えたスタッド１１を接触させ、
スタッド１１の背面側においてセラミックスピース本体
１に貫通孔６を設け、スタッド１１よりも耐摩耗性を有
する超硬合金等のホルダー構成用部材２１の一端側を表
面２側から貫通孔６に挿入し、スタッド１１の背面側に
溶接電流供給用のピン部１６を立設し、ホルダー構成用
部材２１の挿入部側と貫通孔６の内周面とピン部１６と
を相互に接合したことを特徴としている。

【０００８】また請求項２の溶接用セラミックスピース
は、ホルダー構成用部材２１の挿入部側の外周面、貫通
孔６の内周面、ピン部１６の外周面の内の少なくともい
ずれかの面に凹凸７を設けてろう付けを行なうことを特
徴としている。

【０００９】さらに請求項３の溶接用セラミックスピー
スは、ホルダー構成用部材２１を通電性被覆２３を施し
たセラミックスにて形成したことを特徴としている。

【００１０】請求項４の溶接用セラミックスピースは、
貫通孔６の孔径を表面２側よりも裏面３側が次第に径小
となるテーパ状に形成してろう付けを行なうことを特徴
としている。

【００１１】請求項５の溶接用セラミックスピースは、
上記ホルダー構成用部材２１の挿入部側には、上記テー
パ状の貫通孔６の内周面と係合するテーパ状の係合面２
５を設けていることを特徴としている。

【００１２】

【作用】上記請求項１の溶接用セラミックスピースで
は、貫通孔６を超硬合金等のホルダー構成用部材２１で
閉塞しており、スタッド１１が表面２側に露出していな
いので、表面２側が腐食性流体にさらされても、これに
よってスタッド１１が腐食されることはない。従ってセ
ラミックスピース本体１が金属母材から剥離しにくくな
る。またこの溶接用セラミックスピースでは、固定リン
グを使用していないので、従来例よりも軽量化されると
共に、その構成が簡素となる。

【００１３】また請求項２の溶接用セラミックスピース
では、凹凸部分７にろうが入り込むため接合強度を増加
することが可能である。

【００１４】さらに請求項３の溶接用セラミックスピー
スでは、ホルダー構成用部材２１として超硬合金を使用
したものよりも軽量化することが可能である。

【００１５】請求項４の溶接用セラミックスピースで
は、ろう材の量的増加による強度向上に加えて、セラミ
ックスピース本体１がホルダー構成用部材２１及びピン
部１６から抜けにくくなり、その分だけ剥離し難くな
る。

【００１６】請求項５の溶接用セラミックスピースで
は、セラミックスピース本体１が一段と抜けにくくなる
ため、さらに剥離し難くなる。

【００１７】

【実施例】次にこの発明の溶接用セラミックスピースの
具体的な実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明
する。

【００１８】図１は第１実施例を示す縦断面図である。
１はセラミックスピース本体１であって、その材質はア
ルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３９２％セラミックス）であり、厚
さ１０ｍｍの正方形、長方形等の板状に成形、焼結する
ことによって形成されている。このセラミックスピース
本体１には、貫通孔６が設けられている。この貫通孔６
は円柱状に形成されており、その内周面にはネジ状の溝
７が設けられている。

【００１９】１１はスタッドであり、その材質はステン
レス鋼（ＳＵＳ３０４）である。このスタッド１１は、
コーン部１３と、コーン部１３に続くフランジ部１４
と、フランジ部１４の上面１５に立設される溶接電流供
給用のピン部１６とから成る。上記ピン部１６の側面
は、ローレット加工を施したりネジ状の溝を設ける等に
より、表面粗さを粗く、つまり表面に凹凸を設けてい
る。またこのピン部１６の先端部は、上方に向かって次
第に断面積が減少するテーパ状に形成されている。

【００２０】２１はホルダー構成用部材であり、その材
質は超硬合金である。このホルダー構成用部材２１は円
柱状の部材であり、後述する挿入部側の側面には、スタ
ッド１１のピン部１６と同様に表面粗さを大きくして表
面に凹凸が設けられている。

【００２１】この実施例の溶接用セラミックスピースを
製作するには、スタッド１１のピン部１６を裏面３側か
ら貫通孔６に挿入してフランジ部１４の上面１５をセラ
ミックスピース本体１の裏面３に接触させると共にホル
ダー構成用部材２１の一端側を表面２側から貫通孔６に
挿入する。そしてホルダー構成用部材２１の挿入部側と
貫通孔６の内周面とピン部１６とを相互にろう付け（ろ
う付け温度は１０５０℃）すると共に貫通孔６を閉塞す
る。

【００２２】上記構成の溶接用セラミックスピースで
は、ホルダー構成用部材２１が表面２側に突出した突出
部側でホルダーを構成している。この溶接用セラミック
スピースを金属母材に溶接するには、まずホルダー構成
用部材２１の突出部側を溶接機のホルダーで保持し、コ
ーン部１３の先端部を金属母材の表面に押圧すると共に
溶接電流を通電してアークを発生させる。溶接条件は、
電流値：１０００〜２００００Ａ（４０００〜６０００
Ａが最適）、電圧：１００〜３００Ｖ（１５０〜１８０
Ｖが最適）、通電時間：０．５秒である。このアークに
よってコーン部１３及び金属母材表面を溶融させ、押圧
力により溶着する。この溶接によりスタッド１１とセラ
ミックスピース本体１とは密着し、セラミックスピース
本体１にがたつきが発生しなかったことを確認してい
る。

【００２３】この実施例では、貫通孔６を超硬合金のホ
ルダー構成用部材２１で閉塞しており、スタッド１１が
表面２側に露出していないので、表面２側が腐食性流体
にさらされても、これによってスタッド１１が腐食され
ることはない。従ってセラミックスピース本体１が金属
母材から剥離を防止でき、溶接用セラミックスピースの
耐食性が向上する。

【００２４】また従来例では超硬合金の固定リングを使
用していたため全体の重量が大きくなっていたが、この
実施例では固定リングを使用していないので、従来例よ
りも軽量化される。従ってこの溶接用セラミックスピー
スを、例えばブロアーの翼板、主板、側板にライニング
した場合、従来例のものよりもモーターの起動電流の増
加分が小さくなるため、モーターの能力を増大する必要
性が少なくなる。さらに固定リングが不要な分だけ部品
点数が減少し、その構成を簡素化できる。

【００２５】ホルダー構成用部材２１の挿入部側の外周
面とピン部１６の外周面には凹凸を設け、また貫通孔６
の内周面にはネジ状の溝７を設けているので、上記凹凸
部分及び溝７の部分にろうが入り込むため接合強度が向
上する。なお貫通孔６の内周面はネジ状の溝７を設ける
ほか、ホルダー構成用部材２１の挿入部側の外周面やピ
ン部１６の外周面と同様にローレット加工を施す等によ
り表面に凹凸を設けてもよい。またスタッド１１のピン
部１６の先端部は上方に突出するテーパ状に形成されて
いるので、その周囲の接合部にろうが入り込みやすいた
め接合強度が増す。さらにセラミックスピース本体１の
貫通孔６には、段付部がないので応力集中部が無い。こ
のため機械的強度が向上し、熱衝撃や、衝撃荷重が加わ
ってもセラミックスピース本体１が割損しにくい。

【００２６】図２は第２実施例を示す縦断面図である。
この実施例におけるセラミックスピース本体１の貫通孔
６は、孔径が表面２側よりも裏面３側が次第に径小とな
るテーパ状に形成されている。貫通孔６の孔径の寸法
は、裏面３側が３．１ｍｍで表面２側が４．１ｍｍとな
っている。なお第１実施例では貫通孔６の内周面にネジ
状の溝７を設けていたが、この実施例では省略してい
る。これ以外の構成や材質は、第１実施例のものと同じ
である。またホルダー構成用部材２１には、高さ方向の
ほぼ中央部に溶接後にホルダーを除去するためのノッチ
２２が設けられているが、これ以外及びスタッド１１は
第１実施例のものと同じである。

【００２７】この実施例の溶接用セラミックスピースで
は、貫通孔６の孔径を表面２側よりも裏面３側が次第に
径小となるテーパ状に形成しているので、ろう材の量が
増加することによって接合強度が向上するのに加えて、
セラミックスピース本体１がホルダー構成用部材２１及
びピン部１６から抜けにくくなり、その分だけ剥離しに
くくなる。従って耐摩耗性を向上させることができる。
なおその他の構成に関しては第１実施例と略同じである
ため、第１実施例と略同様の作用、効果が得られる。

【００２８】図３は第３実施例を示す縦断面図である。
セラミックスピース本体１及びスタッド１１は第２実施
例のものと同じである。この実施例におけるホルダー構
成用部材２１は円柱状の部材であって、その材質はアル
ミナ（Ａｌ_２Ｏ_３９２％セラミックス）である。そし
てこのホルダー構成用部材２１には表面処理として、厚
み５０μｍの銅メッキ２３を施してあり、これにより通
電処理がなされている。この表面処理方法には、例えば
電気メッキ、どぶ浸けメッキ等のメッキによるもののほ
か、硫化銅法等のメタライズ処理がある。硫化銅法と
は、Ｃｕ_２ＯとＳｉＯ_２の混合粉末を蒸留水とメチルセ
ルロースによってペースト状にし、ホルダー構成用部材
の表面に０．０１〜０．３ｍｍの厚みに塗布し、温度１
２００℃±１００℃、空気中で３０分間加熱してセラミ
ックス製ホルダー構成用部材の表面をメタライズする方
法である。形状的には、第１実施例のものと同じであ
る。

【００２９】この実施例では、ホルダー構成用部材２１
としてアルミナを使用しているので、超硬合金を使用し
たものよりも軽量化を図ることが可能である。またホル
ダー構成用部材２１には通電性の良好なメッキやメタラ
イズ処理を施してあるので、充分なスタッド溶接電流を
流すことが可能であり、スタッド溶接強度は所定の強度
を確保できる。なおホルダー構成用部材２１の表面処理
に関しては、通電性被覆を施すのであれば、他の表面処
理でもよい。その他の構成に関しては第２実施例と同じ
なので、第２実施例と同様の作用、効果が得られる。

【００３０】図４は第４実施例を示す縦断面図である。
この実施例のセラミックスピース本体１の貫通孔６は表
面２側の凹部４と、この凹部４と裏面３側とを連通する
孔部５とから形成されている。凹部４は孔径が表面２側
よりも裏面３側が次第に径小となるテーパ状に形成され
ている。第２実施例では貫通孔６全体をテーパ状に形成
していたが、この実施例では凹部４のみをテーパ状に形
成している。セラミックスピース本体１のこれ以外の構
成や材質、及びスタッド１１は、第２実施例のものと同
じである。そしてホルダー構成用部材２１は、その材質
が超硬合金であり、その挿入部側（後述する）は上記凹
部４に対応した形状に形成されており、この部分を上記
テーパ状の貫通孔６の内周面と係合する係合面２５とし
ている。またこのホルダー構成用部材２１の裏面３側に
はピン部挿入用凹部２４が設けられており、表面２側に
突出した突出部がホルダーを構成している。

【００３１】この実施例ではホルダー構成用部材２１の
挿入部側を凹部４に挿入し、スタッド１１のピン部１６
を裏面３側から孔部５を通してさらにピン部挿入用凹部
２４に挿入してろう付けし、これにより凹部４を閉塞す
ると共にホルダー構成用部材２１とフランジ部１４との
間でセラミックスピース本体１を挟持する。

【００３２】この実施例の溶接用セラミックスピースで
は、凹部４をテーパ状に形成しており、ホルダー構成用
部材２１の挿入部側を上記凹部４に対応した形状に形成
しているので、セラミックスピース本体１が一段と抜け
にくくなるためさらに剥離しにくくなる。従って耐摩耗
性を向上させることができる。

【００３３】以上にこの発明の溶接用セラミックスピー
スの具体的な実施例について説明したが、この発明は上
記実施例に限定されるものではなく、この発明の範囲内
で種々変更して実施することが可能である。例えば上記
実施例においてセラミックスピース本体１にはアルミナ
を使用しているが、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等
を使用してもよい。またホルダー構成用部材２１として
超硬合金やアルミナを使用しているが、スタッド１１よ
りも耐摩耗性を有するものであれば、他の材料でもよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上のように請求項１の溶接用セラミッ
クスピースでは、スタッドが表面側に露出していないの
で、腐食に起因するセラミックスピース本体の剥離を防
止でき、そのため溶接用セラミックスピースの耐食性が
向上する。また溶接用セラミックスピースが従来例より
も軽量、かつ簡素化される。

【００３５】請求項２の溶接用セラミックスピースで
は、凹凸部分にろうが入り込むため接合強度を改善で
き、そのため剥離強度が向上できる。

【００３６】請求項３の溶接用セラミックスピースで
は、軽量化を図ることが可能である。

【００３７】請求項４の溶接用セラミックスピースで
は、接合強度が向上するのに加えて、セラミックスピー
ス本体がホルダー構成用部材及びピン部から抜けにくく
なるので、その分だけ剥離しにくくなり、耐摩耗性が向
上する。

【００３８】請求項５の溶接用セラミックスピースで
は、セラミックスピース本体が一段と抜けにくくなるた
め、さらに剥離しにくくなり、耐摩耗性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の溶接用セラミックスピースの第１実
施例を示す縦断面図である。

【図２】この発明の溶接用セラミックスピースの第２実
施例を示す縦断面図である。

【図３】この発明の溶接用セラミックスピースの第３実
施例を示す縦断面図である。

【図４】この発明の溶接用セラミックスピースの第４実
施例を示す縦断面図である。

【図５】溶接用セラミックスピースの従来例を示す縦断
面図である。

【符号の説明】１セラミックスピース本体２表面３裏面６貫通孔７溝１１スタッド１３コーン部１６ピン部２１ホルダー構成用部材２３銅メッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田哲男兵庫県尼崎市北大物町20番１号ナイス株式会社内 (56)参考文献特開平６−91376（ＪＰ，Ａ) 特開平２−107579（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−236770（ＪＰ，Ａ) 実開平６−19977（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−111280（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/20 B23K 1/19 C04B 37/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスピース本体（１）の裏面
（３）にコーン部（１３）を備えたスタッド（１１）を
接触させ、スタッド（１１）の背面側においてセラミッ
クスピース本体（１）に貫通孔（６）を設け、スタッド
（１１）よりも耐摩耗性を有する超硬合金等のホルダー
構成用部材（２１）の一端側を表面（２）側から貫通孔
（６）に挿入し、スタッド（１１）の背面側に溶接電流
供給用のピン部（１６）を立設し、ホルダー構成用部材
（２１）の挿入部側と貫通孔（６）の内周面とピン部
（１６）とを相互に接合したことを特徴とする溶接用セ
ラミックスピース。
【請求項２】ホルダー構成用部材（２１）の挿入部側
の外周面、貫通孔（６）の内周面、ピン部（１６）の外
周面の内の少なくともいずれかの面に凹凸（７）を設け
てろう付けを行なうことを特徴とする請求項１の溶接用
セラミックスピース。
【請求項３】ホルダー構成用部材（２１）を通電性被
覆（２３）を施したセラミックスにて形成したことを特
徴とする請求項１又は請求項２の溶接用セラミックスピ
ース。
【請求項４】貫通孔（６）の孔径を表面（２）側より
も裏面（３）側が次第に径小となるテーパ状に形成して
ろう付けを行なうことを特徴とする請求項１、請求項２
又は請求項３の溶接用セラミックスピース。
【請求項５】上記ホルダー構成用部材（２１）の挿入
部側には、上記テーパ状の貫通孔（６）の内周面と係合
するテーパ状の係合面（２５）を設けていることを特徴
とする請求項４の溶接用セラミックスピース。