JP4009982B2

JP4009982B2 - Ceramic plate mounting structure and method

Info

Publication number: JP4009982B2
Application number: JP37699899A
Authority: JP
Inventors: 英喜善明
Original assignee: 英喜善明
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JP2001179454A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアークスタッド溶接により金属母材などの表面に容易に取り付けることができるセラミック板の取り付け構造及びその方法に関する。具体的には、例えば以下のような装置の耐熱、耐摩耗、耐腐食用のライニングに関する。１）ダストやスラリーが高速で流れるようなブロワーやポンプのランナー、ケーシング、配管。２）集塵機や加熱炉の内面及びダクト類。３）粉粒塊などを運搬。貯蔵するためのホッパー、シュート類。４）腐食性のある気体や液体と接する配管や容器、５）アルミニウム、亜鉛、錫などの低融点金属やこれらの合金類を溶融して保持するための容器内面。
【０００２】
【従来技術】
従来、セラミックは金属母材を被覆して、金属母材の耐熱性、耐摩耗性、耐腐食性、耐溶損性を向上させるために使用されている。セラミック被覆層を金属母材上に形成する手段として各種の方法が提案されている。例えば、特開昭６２−２３６７７０号広報において、取り付け孔を備えたセラミック板を金属板上に載置するとともに、上記取り付け孔中には、先端に抵抗溶接するための突起を一体的に設けた固定ピンを挿入し、該固定ピンの突起を上記金属板に対し押圧しつつ固定ピンと金属板間に通電し、当該固定ピンを金属板に溶着してセラミック板を金属板に固定する方法が提案されている。この方法では、通電電極を固定ピン上面に押圧する際、完全な密着が困難であり、通電電流が安定せず固定ピンと金属板との溶着が不完全であった。また、天井面や側面にセラミック板を取り付ける際は、固定ピンとセラミック板を補助的に押さえておく必要があり作業性が悪かった。またセラミック板の表面に固定ピンが露出するため、固定ピンが先に摩耗し、セラミック板が金属板から剥離する原因になっていた。また、セラミック板の表面に固定ピンを挿入するための開孔部は、セラミック板の強度低下、開孔部周辺の割れ、ダストカットの問題があった。特開平６３−１７１２７３号広報では上記作業性を改善した方法が提案されている。縮径部を備えたピン部をフランジ部に取り付け、該ピン部をスタッド溶接用ガンで把持するので片手作業が可能となり作業性が向上する。また、スタッド溶接後、残留物であるセラミックピース表面上に突出しているピン部を簡単に除去するため、スタッド溶接後電流値をさらに高めて抵抗値の高い縮径部を発熱させピンを破断する方法が提案されている。しかし、この構造のセラミックピースにおいては、耐摩耗性のないピンがセラミックピースの表面に露出しているため、この露出部分から摩耗が進行し、最終的にスタッド溶接部分に到達し、セラミックピースが金属母材から剥離する原因となっていた。この問題を解決するため、特開平８−３００１５３号広報や特開平８−３００１５４号広報において耐磨耗性のある超硬ピンをセラミックピース本体上に突出させる構造を提案している。この方式では超硬ピンが通電用のピンを兼用しており、超硬ピンをスタッド溶接ガンで把持するとともに通電できるので、施工性や溶接性が向上できる。またセラミックピース本体表面には超硬が露出しているので耐磨耗性もあり、ピン部分が摩耗して金属母材から剥離することは解消できる。しかし、スタッド溶接後セラミック板の表面に突出している余分な超硬ピンを除去する際ピンを打撃するので、衝撃力でセラミックピースが金属母材から剥離する場合があった。また、超硬ピンを残しておくとブロワーランナの場合などはダストが付着して効率低下を招いていた。このため、セラミックピース本体上部に除去困難なスタッド溶接用ピンを残さない方法として、特開平９−１４１４４２号広報において、セラミックピース本体に超硬または通電性セラミックなどからなって上部が平面となった耐磨耗性導電材を固定配置するとともに、下端に溶接突起を有した金属体を挿入配置し、前記耐磨耗性導電材と前記金属体とを電気的に接合した溶接取り付け型セラミックピースが提案されている。この方法によれば、セラミックピース本体表面には通電性があり、しかも耐磨耗性のある超硬や導電性セラミックが露出しているので耐磨耗性は向上する。しかし、超硬や通電性セラミックは導電性が悪く安定したスタッド溶接ができなかった。特開昭６３−２３５６９９号広報では、羽根車表面に断面逆台形の係合突起を突設させ、セラミック板に前記係合突起に係合する凹溝を設け、この凹溝を前記係合突起に順次係合する方法が提案されている。この方法では、セラミック板が部分的に剥離した場合、羽根車の係合突起が摩耗してセラミック板の再取り付けができない問題があった。また、逆台形の構造ではセラミック板の保持力が小さかった。特開平３−１６９４７５号広報では、セラミック板を金属ケースで包み、金属ケースを金属母材にスタッド溶接してセラミック板を固定する方法が提案されている。この方法では、セラミック板の側面に金属が露出しているので、ブロワーランナやケーシング等をライニングした場合は、ダストカットで金属ケースが摩耗し、セラミック板を保持できなくなっていた。スタッド溶接ガンでセラミック板を押し付けて通電する方法では、ブロワーランナやポンプのインペラーなどにライニングする場合、スタッド溶接ガンをセットするための空間が狭く、スタッド溶接ガンを適正な姿勢に保持するのが困難であり、スタッド溶接ガンやセラミック板が傾いて信頼性の高いスタッド溶接ができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
以上述べたように、セラミック板を金属母材に取り付ける際の従来の問題点を整理すると次のようになる。即ち、１）溶接性は良いが耐磨耗性のない固定ピンがセラミック板表面に露出しているがために、固定ピンがセラミック板より先に摩耗してセラミック板が金属母材から剥離する。２）超硬のような耐磨耗性のある固定ピンの場合、セラミック板表面に金属部分が露出してダストが付着したり、金属が腐食したりしてセラミック板を保持できなくなる。３）セラミック板表面に固定ピンを挿入するための開孔部を設けると、セラミック板の強度低下や、孔周辺の割れ、ダストカットの原因となる。４）通電用かつ把持用の突起のない平滑な超硬や通電性セラミックを通して固定ピンにつうでんする場合、導電性が悪く適正な電流を供給できず完全なスタッド溶接ができない。５）金属ケースでセラミック板を保持する方法では金属ケースが摩耗しやすい。６）金属母材に係合突起を設ける方法では、セラミック板が割れて剥離したとき係合突起が摩耗するので、再度セラミック板をつけられなくなる。即ち、補修が不可能となる。７）スタッド溶接ガンでセラミック板を押し付けて通電する方法では、ブロワーランナやポンプのインペラーなどにライニングする場合は、施工のための空間が狭く、スタッド溶接ガンの安定したセットが困難であり、スタッド溶接ガンやセラミック板が傾いて信頼性の高いスタッド溶接ができなかった。本発明は、これらの課題を解決するためのものであり、以下の実現を図るものである。１）セラミック板表面にセラミック板を取り付けるための開孔部を無くし、平滑面にして、ダストカットやダスト付着を防止する。２）セラミック板が割れて剥離した際、セラミック板の再取り付けを可能とする。３）セラミック板を保持するための金属の固定ピンが摩耗しない構造とする。４）スタッド溶接時の通電性を向上させ安定したスタッド溶接を可能にする。５）スタッド溶接ガンをセットしにくい狭い空間でも信頼性の高いスタッド溶接を可能にする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を実現するための手段を請求項に従い説明する。請求項１は、セラミック板を金属母材にスタッド溶接して取り付ける方法において、セラミック板の金属母材と向かい合う側の面に、端面から適当な位置まで受け座を有するＴ字型断面の凹溝を設け、該凹溝にフランジ付きスタッド溶接ピンを挿入し、該スタッド溶接ピンのフランジと前記凹溝の底部間に金属薄板を挟み込んで、該金属薄板を通して前記スタッド溶接ピンに通電して、該スタッド溶接ピンを金属母材にスタッド溶接して、セラミック板を金属母材に固定する構造と方法である。請求項２は、前記セラミック板の前記Ｔ字型断面の凹溝に前記スタッド溶接ピンを挿入した後の空隙に、該Ｔ字型断面の凹溝と略同形の横断面形状でかつ該スタッド溶接ピンと向かい合う側が該スタッド溶接ピンの胴部やフランジの外形に合わさる形状をしている充填材を挿入する構造と方法である。請求項３は、セラミック板を押し付け具で金属母材に押し付けておいて、前記スタッド溶接ピンと前記凹溝の底部間に前記金属薄板を挟み込んで、該金属薄板を通して前記スタッド溶接ピンに通電して、該スタッド溶接ピンを金属母材にスタッド溶接して、セラミック板を金属母材に固定する方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明する。［図１］は本発明の請求項１の実施形態に係るセラミック板の組立て斜視図である。［図２］は本発明のセラミック板の斜視図である。［図３］（Ａ）は本発明の請求項１の実施形態に係る図でスタッド溶接ピンのフランジが四角形の場合である。［図３］（Ｂ）は本発明の請求項１の実施形態に係る図でスタッド溶接ピンのフランジが円形の場合である。［図４］（Ａ）は本発明の請求項１の実施形態に係る図でフランジが四角形のスタッド溶接ピンをセラミック板のＴ字型断面の凹溝に挿入した場合の平面図である。［図４］（Ｂ）は本発明の請求項１の実施形態に係る図でフランジが円形のスタッド溶接ピンをセラミック板のＴ字型断面の凹溝に挿入した場合の平面図である。［図５］（Ａ）は本発明の請求項２の実施形態に係る図でフランジが円形のスタッド溶接ピンを使用した場合の充填材の斜視図である。［図５］（Ｂ）は本発明の請求項２の実施形態に係る図でフランジが四角形のスタッド溶接ピンを使用した場合の充填材の斜視図である。［図６］は本発明の請求項１と請求項３の実施形態に係る図でセラミック板を金属母材の上においてスタッド溶接する直前の状態であり、セラミック板の凹溝に対して縦方向断面図である。［図７］は本発明の請求項１と請求項３の実施形態に係る図でセラミック板を金属母材の上においてスタッド溶接する直前の状態であり、セラミック板の凹溝に対して横方向断面図である。［図８］は本発明の請求項１の実施形態に係る図でセラミック板を金属母材に溶接固定している状態であり、セラミック板の凹溝に対して縦方向断面図である。［図９］は本発明の請求項２の実施形態に係る図でセラミック板を金属母材に溶接固定して、凹溝の空隙に該凹溝の横断面形状と略相似の断面形状を有するセラミック充填材を挿入した状態であり、凹溝に対して縦方向断面図である。［図１］において、請求項１記載のセラミック板の取り付け構造と方法は、セラミック板１の金属母材５と向かい合う側の面に受け座１ａを有するＴ字型断面の凹溝２を設け、該凹溝２にフランジ３ａ付きスタッド溶接ピン３を挿入し、該スタッド溶接ピン３と前記凹溝２の底部１ｂ間に金属薄板４を挟み込んで、該金属薄板４を通して前記スタッド溶接ピン３に通電して、該スタッド溶接ピン３を金属母材５にスタッド溶接して、セラミック板１を金属母材５に固定する方法である。［図２］において、セラミック板１の構造は、断面がＴ字型断面の凹溝２がセラミック板１の端面１ｄから適当な位置まで設けられている。セラミック板１の材質としてはアルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、サイアロンなどが使用できる。特に耐熱性が要求される場合は、マグカーボン、アルミナ、シャモットなどのレンガ材でも良い。セラミック板１の厚みは１．０〜５０．０ｍｍが良い。１．０ｍｍより薄いと凹溝を形成できなくなる。５０．０ｍｍより厚いとセラミック板１の耐磨耗性からみて経済的でない。望ましくは３．０〜２０．０ｍｍである。セラミック板１の面寸法は５．０〜２００．０ｍｍの正方形、長方形、三角形が良い。５．０ｍｍより小さいと単位面積当たりの枚数が多くなり、スタッド溶接作業が増え作業効率が低下する。２００．０ｍｍより大きいとスタッド溶接ピン３では不安定となり固定できなくなる。望ましくは１０．０〜１００．０ｍｍである。レンガ材の場合はセラミック材よりも大きな寸法のものが良い。［図３］（Ａ）において、スタッド溶接ピン３のフランジ３ａが円形の例を示している。［図３］（Ｂ）において、スタッド溶接ピン３のフランジ３ａが四角形の例を示している。その他の形状でも良い。スタッド溶接ピン３の材質としてはＪＩＳＧ３１０１、Ｇ３１０３等の構造用炭素鋼やＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス系やチタン等が使用できる。スタッド溶接ピン３は旋盤等で切削したり、プレス成型などにより一体的に形成している。スタッド溶接ピン３にはフランジ３ａ、溶接突起３ｂが付いている。スタッド溶接ピン３の胴部３ｃの径は、セラミック板１の寸法によって選択されるが、１．０〜２０．０ｍｍが良い。１．０ｍｍより細いと接合強度が小さくセラミック板を保持できない。２０．０ｍｍより大きいとスタッド溶接の作業性が悪くなる。望ましくは１．０〜１０．０ｍｍである。フランジ３ａの厚みは、セラミック板１の寸法によって選択されるが、０．１〜１０．０ｍｍが良い。０．１ｍｍより薄いとセラミック板１の保持強度が小さい。１０．０ｍｍより大きいとセラミック板１の凹溝２が大きくなり、セラミック板の強度が低下する。溶接突起３ｂの径は、０．１〜１．０ｍｍが良い。０．１ｍｍより小さいと、金属母材５に押し付けたとき座屈する。１．０ｍｍより大きいとアーク不良となる。望ましくは０．５〜０．８ｍｍである。溶接突起３ｂの長さは０．３〜１．０ｍｍが良い。０．３ｍｍより小さいとアーク不良となる。１．０ｍｍより長いと金属母材５に押し付けたときに座屈する。望ましくは０．５〜０．８ｍｍである。金属薄板４の材質としては通電性の良い銅、銅合金、鉄、チタン、銀、金が使用できる。金属薄板４の厚みは０．１〜３．０ｍｍが良い。０．１ｍｍより薄いと通電性が悪く、スタッド溶接不良となる。３．０ｍｍより厚いと凹溝２の空隙２ａが大きくなり、セラミック板１の強度が低下する。金属薄板４の幅は２．０〜２０．０ｍｍが良い。２．０ｍｍより小さいと通電性が悪くなり溶接不良となる。２０．０ｍｍより大きいと施工性が悪くなる。望ましくは３．０〜１０．０ｍｍである。［図４］（Ａ）は、セラミック板１にスタッド溶接ピン３のフランジ３ａが四角形のものをセットした例である。セラミック板１の底部１ｂの止端部１ｄはスタッド溶接ピン３のフランジ３ａの形状に合わせて四角形の構造にしている。［図４］（Ｂ）は、セラミック板１にスタッド溶接ピン３のフランジ３ａが円形のものをセットした例である。セラミック板１の底部１ｂの止端部１ｄはスタッド溶接ピン３のフランジ３ａの形状に合わせて円形の構造にしている。凹溝２の止端部１ｃはスタッド溶接ピン３の胴部３ｃに合わせて円形にしている理由は、受け座１ａの強度を高め、凹溝２とスタッド溶接ピン３の胴部３ｃの隙間が小さくなるからである。もちろん他の形状でも良い。凹溝２の底部１ｂの止端部１ｄをスタッド溶接ピン３のフランジ３ａの形状に合わせて、円形や四角形にしている理由は、スタッド溶接ピン３のフランジ３ａと受け座１ａの接触面積が広くなるからである。もちろん他の形状でも良い。［図５］（Ａ）は、スタッド溶接ピン３のフランジ３ａが円形の場合に使用する充填材６である。スタッド溶接ピン３のフランジ３ａに合わさる端面６ｂは円弧状にしている。［図５］（Ｂ）は、スタッド溶接ピン３のフランジ３ａが四角形の場合に使用する充填材６である。スタッド溶接ピン３のフランジ３ａに合わさる端面６ｂは直線状にしている。充填材６の端面６ｂをスタッド溶接ピン３のフランジ３ａに合わさるようにしている理由は、空隙２ａを小さくするためである。［図６］はセラミック板１の凹溝２の縦方向断面図であり、セラミック板１を金属母材５の上に置いて、セラミック板１を押し付け具７で押し付けて、金属薄板４をセラミック板１の底部１ｂとスタッド溶接ピン３のフランジ３ａに挟んで、電源装置８を介して金属薄板４に通電してスタッド溶接する直前の状態である。押し付け具７は金属や木材等の棒状のもので良い。遠方から押し付ける場合は棒状の押し付け具７の先端を鉤状に曲げても良い。セラミック板１を押し付ける力は３〜８ｋｇｆ程度あれば十分なので、押し付け具を使用せず、直接手でセラミック板１を押し付けても良い。金属薄板４をセラミック板１の上面に曲げれば、押し付け具７とスタッド溶接ガン（図示せず）を兼用できる。押し付け具７に電源装置８のスイッチを取り付けることにより、押し付け作業と通電作業を兼用できる。［図７］はセラミック板１の凹溝２の横方向断面図であり、セラミック板１を金属母材５の上に置いて、金属薄板４をセラミック板１の底部１ｂとスタッド溶接ピン３のフランジ３ａに挟んで、スタッド溶接する直前の状態である。［図８］は、セラミック板１の凹溝２の縦方向断面図であり、セラミック板１を金属母材５に溶接固定している状態である。スタッド溶接ピン３のフランジ３ａがセラミック板１の受け座１ａを押さえるので、セラミック板１は金属母材５に強固に固定される。スタッド溶接ピン３の溶接突起３ｂはスタッド溶接時に溶融する。スタッド溶接ピン３の胴部３ｃはスタッド溶接の条件により、溶融長さが微妙に異なるので、セラミック板１の受け座１ａとスタッド溶接ピン３のフランジ３ａは必ずしも接触しない場合があるが、セラミック板１を固定する機能には問題ない。［図９］は、セラミック板１の凹溝２の縦方向断面図であり、セラミック板１を金属母材５に溶接固定して、凹溝２の空隙２ａに該凹溝２の横断面形状と略相似の断面形状を有するセラミック充填材６を挿入した状態を示している。凹溝２に充填材６を充填する場合は、脱落やガタ防止のために有機系や無機系の接着剤を塗布するのが望ましい。また、接着剤を介して受け座１ａと充填材６が結合することにより受け座１ａを補強する効果もある。スタッド溶接ピン３を金属母材５にスタッド溶接する条件としては、次のような設定範囲が可能である。電流値は５００〜２００００Ａ（２０００〜６０００Ａが適している）。電圧は３０〜２００Ｖ（５０〜１２０Ｖが適している）。通電時間は０．１〜１．０秒である。以下に実施例を示す。
【実施例】
「セラミック板仕様」材質アルミナ、大きさ３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み６．５ｍｍ。「スタッド溶接ピン仕様」材質ＳＵＳ３０４、胴部径５．０ｍｍ、フランジ厚み１．０ｍｍ、フランジ径１０．０ｍｍ。「金属薄板仕様」材質純胴、幅８ｍｍ×厚み０．５ｍｍ×長さ１００ｍｍ。「スタッド溶接条件」電圧７０Ｖ、電流３０００Ａ、通電時間０．１秒。以上の条件でスタッド溶接、セラミック板を垂直方向に剥がしたところ、引っ張り荷重は１２００〜１３００ｋｇｆであった。ブロワーランナやポンプのインペラー等の高速回転体にライニングしても十分な強度を有していることを確認した。
【０００６】
【発明の作用】
耐磨耗性や耐腐食性のない固定ピンがセラミック板の表面やセラミック板の側面に露出していないので、固定ピンが摩耗したり、腐食したりしてセラミック板が金属母材から剥離することはない。セラミック板の表面は平滑であり、固定ピンとセラミック板の開孔部の隙間にダストが付着したり、開孔部周辺の局部的なダストカットを受けることがない。通電性が良く、信頼性の高いスタッド溶接ができる。セラミック板が割れて剥離した場合は、金属母材に残留しているスタッド溶接ピンをペンシルグラインダ等で除去して、新しいセラミック板を容易にスタッド溶接できる。Ｔ字型断面の凹溝に止端部があるために、受け座の強度が高くなる。また、止端部がスタッド溶接ピンをセラミック板に位置決めするときのストッパーの役割を果たす。コンパクトな押し付け具を使用してセラミック板を押し付けるので、大きなスタッド溶接ガンをセットできないような狭い空間でのスタッド溶接が安定してできるようになり、スタッド溶接の信頼性が向上する。
【０００７】
【発明の効果】
セラミック板を長期に渡り金属母材に固定できるので設備寿命が長くなる。ダストが付着したり、局部的なダストカットによる摩耗がないので、定期的なダスト落としなどの清掃や部分補修が不要である。スタッド溶接ピンが表面に全く露出しないので腐食性環境でも使用できる。セラミック板の受け座の強度が向上し、受け座が破損しにくくなる。セラミック板へのスタッド溶接ピンの位置決めが容易で作業能率が向上する。従来のようにセラミック板をスタッド溶接ガンではなく、小さな押し付け具で押し付けるので、狭いスペースでもスタッド溶接が容易で信頼性の高いスタッド溶接ができる。作業性も良いので工期が短縮できる。飛来物などによりセラミック板が局部的に割損しても部分補修が容易であり、短時間の設備休止で復旧できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の請求項１の実施形態に係るセラミック板の組立斜視図である。
【図２】はセラミック板の斜視図である。
【図３】（Ａ）は本発明の請求項１の実施形態に係る図でスタッド溶接ピンのフランジが四角形の場合である。
【図３】（Ｂ）は本発明の請求項１の実施形態に係る図でスタッド溶接ピンのフランジが円形の場合である。
【図４】（Ａ）は本発明の請求項１の実施形態に係る図でフランジが四角形のスタッド溶接ピンをセラミック板の凹溝に挿入した場合の平面図である。
【図４】（Ｂ）は本発明の請求項１の実施形態に係る図でフランジが円形のスタッド溶接ピンをセラミック板の凹溝に挿入した場合の平面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の請求項２の実施形態に係る図でフランジが円形のスタッド溶接ピンを使用した場合の充填材の斜視図である。
【図５】（Ｂ）は本発明の請求項２の実施形態に係る図でフランジが四角形のスタッド溶接ピンを使用した場合の充填材の斜視図である。
【図６】は本発明の請求項１と請求項３の実施形態に係る図でセラミック板を金属母材の上においてスタッド溶接する直前の状態であり、セラミック板の凹溝に対して縦方向断面図である。
【図７】は本発明の請求項１と請求項３の実施形態に係る図でセラミック板を金属母材の上においてスタッド溶接直前の状態であり、セラミック板の凹溝に対して横方向断面図である。
【図８】は本発明の請求項１の実施形態に係る図でセラミック板を金属母材に溶接固定している状態であり、セラミック板の凹溝に対して縦方向断面図である。
【図９】は本発明の請求項２の実施形態に係る図でセラミック板を金属母材に溶接固定して、凹溝の空隙に該凹溝の横断面形状と略相似の断面形状を有するセラミック充填材を挿入した状態であり、凹溝に対して縦方向断面図である。
【符号の説明】
１セラミック板
１ａ受け座
１ｂ底部
１ｃ凹溝の止端部
１ｄ底部の止端部
２凹溝
２ａ空隙
３スタッド溶接ピン
３ａフランジ
３ｂ溶接突起
３ｃ胴部
４金属薄板
５金属母材
６充填材
６ａ端面
６ｂ端面
７押し付け具
８電源装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic plate mounting structure and method which can be easily mounted on a surface of a metal base material or the like by arc stud welding. Specifically, for example, the present invention relates to a heat-resistant, wear-resistant, and corrosion-resistant lining of the following apparatus. 1) Blowers, pump runners, casings, and piping where dust and slurry flow at high speed. 2) Inner surfaces and ducts of dust collectors and heating furnaces. 3) Carrying granular lump etc. Hopper and chute for storage. 4) Pipes and containers in contact with corrosive gases and liquids, 5) Inner surfaces for melting and holding low melting point metals such as aluminum, zinc and tin, and alloys thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, ceramics are used to coat a metal base material and improve the heat resistance, wear resistance, corrosion resistance, and melt resistance of the metal base material. Various methods have been proposed as means for forming a ceramic coating layer on a metal base material. For example, in Japanese Laid-Open Patent Publication No. Sho 62-236770, a ceramic plate provided with a mounting hole is placed on a metal plate, and a protrusion for resistance welding is integrally provided at the tip in the mounting hole. A method is proposed in which a fixing pin is inserted, current is applied between the fixing pin and the metal plate while pressing the protrusion of the fixing pin against the metal plate, and the fixing pin is welded to the metal plate to fix the ceramic plate to the metal plate. Has been. In this method, when the current-carrying electrode is pressed against the upper surface of the fixing pin, it is difficult to achieve complete adhesion, the current flowing is not stable, and welding between the fixing pin and the metal plate is incomplete. Moreover, when attaching a ceramic board to a ceiling surface or a side surface, it was necessary to hold down a fixing pin and a ceramic board auxiliary, and workability | operativity was bad. In addition, since the fixing pin is exposed on the surface of the ceramic plate, the fixing pin is worn first, causing the ceramic plate to peel off from the metal plate. Moreover, the opening part for inserting a fixing pin on the surface of a ceramic board had the problem of the strength reduction of a ceramic board, the crack of an opening part periphery, and a dust cut. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 63-171273 has proposed a method for improving the workability. A pin portion having a reduced diameter portion is attached to the flange portion, and the pin portion is gripped by a stud welding gun, so that one-handed work is possible and workability is improved. In addition, after stud welding, in order to easily remove the pin portion protruding on the surface of the ceramic piece, which is a residue, the current value after stud welding is further increased to heat the reduced diameter portion having a high resistance value and break the pin. A method has been proposed. However, in the ceramic piece having this structure, since the non-abrasion-resistant pin is exposed on the surface of the ceramic piece, the wear proceeds from the exposed portion and finally reaches the stud welded portion, and the ceramic piece is It was a cause of peeling from the metal base material. In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-300153 and 8-300154 propose a structure in which a wear-resistant cemented carbide pin protrudes from the ceramic piece body. In this method, the cemented carbide pin also serves as a current-carrying pin, and since the cemented carbide pin can be held and energized with a stud welding gun, the workability and weldability can be improved. In addition, since the cemented carbide is exposed on the surface of the ceramic piece body, it has wear resistance, and it can be eliminated that the pin portion is worn and peeled off from the metal base material. However, since the pins are hit when removing the extra carbide pins protruding on the surface of the ceramic plate after the stud welding, the ceramic piece may be peeled off from the metal base material by an impact force. In addition, if the carbide pins are left, in the case of a blower runner or the like, dust adheres and the efficiency is reduced. For this reason, as a method of not leaving a pin for stud welding that is difficult to remove on the upper part of the ceramic piece body, in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-141442, the ceramic piece body is made of cemented carbide or conductive ceramic and the upper part is flat A weld-attachable ceramic piece in which a wear-resistant conductive material is fixedly arranged, a metal body having a welding projection at the lower end is inserted and arranged, and the wear-resistant conductive material and the metal body are electrically joined. Proposed. According to this method, the surface of the ceramic piece main body is electrically conductive, and wear-resistant carbide or conductive ceramic is exposed, so that the wear resistance is improved. However, cemented carbide and conductive ceramics have poor electrical conductivity and could not perform stable stud welding. In Japanese Laid-Open Patent Publication No. 63-235699, an engagement protrusion having an inverted trapezoidal cross section is provided on the surface of an impeller, and a concave groove is provided on a ceramic plate to be engaged with the engagement protrusion. A method of sequentially engaging is proposed. In this method, when the ceramic plate is partially peeled off, there is a problem that the engagement projection of the impeller is worn and the ceramic plate cannot be reattached. In addition, the holding power of the ceramic plate was small in the inverted trapezoidal structure. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 3-169475 proposes a method of fixing a ceramic plate by wrapping a ceramic plate in a metal case, and stud-welding the metal case to a metal base material. In this method, since the metal is exposed on the side surface of the ceramic plate, when the blower runner, the casing or the like is lined, the metal case is worn by dust cut, and the ceramic plate cannot be held. In the method of energizing by pressing a ceramic plate with a stud welding gun, when lining a blower runner or pump impeller, the space for setting the stud welding gun is narrow, and the stud welding gun is held in an appropriate posture. It was difficult, and stud welding guns and ceramic plates were tilted, making reliable stud welding impossible.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional problems in attaching the ceramic plate to the metal base material are summarized as follows. That is, 1) Since the fixing pin that has good weldability but is not wear resistant is exposed on the surface of the ceramic plate, the fixing pin is worn before the ceramic plate, and the ceramic plate is peeled off from the metal base material. . 2) In the case of a fixed pin having wear resistance such as cemented carbide, the metal portion is exposed on the surface of the ceramic plate and dust adheres to it, or the metal corrodes and cannot hold the ceramic plate. 3) Providing an opening for inserting the fixing pin on the surface of the ceramic plate causes a decrease in strength of the ceramic plate, cracking around the hole, and dust cutting. 4) When the fixing pin is fed through a smooth cemented carbide or conductive ceramic without current-carrying projections, the electrical conductivity is poor and an appropriate current cannot be supplied, and complete stud welding cannot be performed. 5) The metal case is easily worn by the method of holding the ceramic plate with the metal case. 6) In the method of providing the engagement protrusion on the metal base material, the engagement protrusion is worn when the ceramic plate is cracked and peeled off, so that the ceramic plate cannot be attached again. That is, repair becomes impossible. 7) In the method of energizing by pressing a ceramic plate with a stud welding gun, when lining a blower runner or pump impeller, the space for construction is narrow and stable setting of the stud welding gun is difficult. The welding gun and ceramic plate were tilted and reliable stud welding was not possible. The present invention is for solving these problems, and aims to realize the following. 1) The hole for attaching the ceramic plate to the surface of the ceramic plate is eliminated and the surface is made smooth to prevent dust cut and dust adhesion. 2) When the ceramic plate is cracked and peeled off, the ceramic plate can be reattached. 3) A structure in which the metal fixing pin for holding the ceramic plate is not worn. 4) Improves the electrical conductivity during stud welding and enables stable stud welding. 5) Enables highly reliable stud welding even in tight spaces where it is difficult to set stud welding guns.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Means for realizing the object will be described according to the claims. Claim 1 is a method of attaching a ceramic plate to a metal base material by stud welding, and is a groove having a T-shaped cross section having a receiving seat from the end surface to an appropriate position on the surface of the ceramic plate facing the metal base material. A stud welding pin with a flange is inserted into the groove, a thin metal plate is sandwiched between the flange of the stud welding pin and the bottom of the concave groove, and the stud welding pin is energized through the thin metal plate, In this structure, a stud welding pin is stud-welded to a metal base material, and a ceramic plate is fixed to the metal base material. According to a second aspect of the present invention, in the gap after the stud welding pin is inserted into the concave groove of the T-shaped cross section of the ceramic plate, the stud welding is substantially the same cross-sectional shape as the concave groove of the T-shaped cross section. This is a structure and method for inserting a filler whose side facing the pin is shaped to match the outer shape of the body or flange of the stud welding pin. According to a third aspect of the present invention, the ceramic plate is pressed against the metal base material with a pressing tool, the metal thin plate is sandwiched between the stud welding pin and the bottom of the concave groove, and the stud welding pin is energized through the metal thin plate. The stud welding pin is stud-welded to a metal base material, and the ceramic plate is fixed to the metal base material.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is an assembled perspective view of a ceramic plate according to an embodiment of claim 1 of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the ceramic plate of the present invention. [FIG. 3] FIG. 3 (A) is a view according to the embodiment of claim 1 of the present invention, and shows a case where the flange of the stud welding pin is a square. [FIG. 3] FIG. 3 (B) is a view according to the embodiment of claim 1 of the present invention, and shows a case where the flange of the stud welding pin is circular. [FIG. 4] (A) is a view according to the embodiment of claim 1 of the present invention, and is a plan view when a stud welding pin having a square flange is inserted into a groove having a T-shaped cross section of a ceramic plate. [FIG. 4] (B) is a view according to the embodiment of claim 1 of the present invention, and is a plan view when a stud welding pin having a circular flange is inserted into a concave groove of a T-shaped section of a ceramic plate. [FIG. 5] (A) is a perspective view of a filler when a stud welding pin having a circular flange is used according to the embodiment of claim 2 of the present invention. [FIG. 5] (B) is a perspective view of the filler when a stud welding pin having a square flange is used, according to the embodiment of claim 2 of the present invention. [FIG. 6] is a view according to the first and third embodiments of the present invention, and shows a state immediately before the stud welding of the ceramic plate on the metal base material, and is longitudinal with respect to the concave groove of the ceramic plate. It is sectional drawing. [FIG. 7] is a view according to the first and third embodiments of the present invention, showing a state immediately before stud welding a ceramic plate on a metal base material, and in a lateral direction with respect to the concave groove of the ceramic plate. It is sectional drawing. FIG. 8 is a view according to the embodiment of claim 1 of the present invention, showing a state in which the ceramic plate is welded and fixed to the metal base material, and is a longitudinal sectional view with respect to the concave groove of the ceramic plate. [FIG. 9] is a view according to an embodiment of claim 2 of the present invention, wherein a ceramic plate is welded and fixed to a metal base material, and the groove has a cross-sectional shape substantially similar to the cross-sectional shape of the groove. It is the state which inserted the ceramic filler , and is longitudinal direction sectional drawing with respect to a ditch | groove. In FIG. 1, the ceramic plate mounting structure and method according to claim 1 is provided with a groove 2 having a T-shaped cross section having a receiving seat 1 a on the surface of the ceramic plate 1 facing the metal base material 5. A stud welding pin 3 with a flange 3 a is inserted into the groove 2, a thin metal plate 4 is sandwiched between the stud welding pin 3 and the bottom 1 b of the concave groove 2, and the stud welding pin 3 is energized through the thin metal plate 4. Then, the stud welding pin 3 is stud welded to the metal base material 5 to fix the ceramic plate 1 to the metal base material 5. In FIG. 2, the structure of the ceramic plate 1 is such that a groove 2 having a T-shaped cross section is provided from the end surface 1 d of the ceramic plate 1 to an appropriate position. As the material of the ceramic plate 1, alumina, zirconia, silicon carbide, silicon nitride, sialon, or the like can be used. In particular, when heat resistance is required, brick materials such as magcarbon, alumina, and chamotte may be used. The thickness of the ceramic plate 1 is preferably 1.0 to 50.0 mm. If the thickness is less than 1.0 mm, the groove cannot be formed. If it is thicker than 50.0 mm, it is not economical in view of the wear resistance of the ceramic plate 1. Desirably, it is 3.0-20.0 mm. The surface dimension of the ceramic plate 1 is preferably a square, a rectangle or a triangle of 5.0 to 200.0 mm. If it is smaller than 5.0 mm, the number of sheets per unit area increases, and stud welding work increases and work efficiency decreases. If it is larger than 200.0 mm, the stud welding pin 3 becomes unstable and cannot be fixed. The thickness is desirably 10.0 to 100.0 mm. In the case of a brick material, the thing of a bigger dimension than a ceramic material is good. FIG. 3A shows an example in which the flange 3a of the stud welding pin 3 is circular. FIG. 3B shows an example in which the flange 3a of the stud welding pin 3 is a quadrangle. Other shapes may be used. As the material of the stud welding pin 3, structural carbon steel such as JIS G3101 and G3103, stainless steel such as SUS304 and SUS316, titanium, and the like can be used. Stud welding pin 3 or cutting by a lathe or the like, are integrally formed by a press forming mold. The stud welding pin 3 has a flange 3a and a welding projection 3b. Although the diameter of the trunk | drum 3c of the stud welding pin 3 is selected by the dimension of the ceramic board 1, 1.0-20.0 mm is good. If it is thinner than 1.0 mm, the bonding strength is small and the ceramic plate cannot be held. When it is larger than 20.0 mm, the workability of stud welding becomes worse. Desirably, it is 1.0-10.0 mm. Although the thickness of the flange 3a is selected according to the dimensions of the ceramic plate 1, it is preferably 0.1 to 10.0 mm. If it is thinner than 0.1 mm, the holding strength of the ceramic plate 1 is small. When it is larger than 10.0 mm, the concave groove 2 of the ceramic plate 1 becomes large, and the strength of the ceramic plate decreases. The diameter of the welding projection 3b is preferably 0.1 to 1.0 mm. If it is smaller than 0.1 mm, it buckles when pressed against the metal base material 5. When it is larger than 1.0 mm, an arc failure occurs. Desirably, it is 0.5 to 0.8 mm. The length of the welding projection 3b is preferably 0.3 to 1.0 mm. If it is smaller than 0.3 mm, arc failure will occur. If it is longer than 1.0 mm, it buckles when pressed against the metal base material 5. Desirably, it is 0.5 to 0.8 mm. As the material of the metal thin plate 4, copper, copper alloy, iron, titanium, silver, and gold having good electrical conductivity can be used. The thickness of the thin metal plate 4 is preferably 0.1 to 3.0 mm. If it is thinner than 0.1 mm, the electrical conductivity is poor and stud welding is poor. If it is thicker than 3.0 mm, the gap 2a of the groove 2 becomes large, and the strength of the ceramic plate 1 decreases. The width of the thin metal plate 4 is preferably 2.0 to 20.0 mm. If it is smaller than 2.0 mm, the conductivity is deteriorated, resulting in poor welding. When it is larger than 20.0 mm, the workability is deteriorated. Desirably, it is 3.0-10.0 mm. [FIG. 4] (A) is an example in which the ceramic plate 1 is set with a square flange 3 a of the stud welding pin 3. The toe end 1d of the bottom 1b of the ceramic plate 1 has a rectangular structure in accordance with the shape of the flange 3a of the stud welding pin 3. [FIG. 4] (B) is an example in which a ceramic plate 1 having a round flange 3a of a stud welding pin 3 is set. The toe end 1d of the bottom 1b of the ceramic plate 1 has a circular structure in accordance with the shape of the flange 3a of the stud welding pin 3. The reason why the toe portion 1c of the concave groove 2 is circular according to the trunk portion 3c of the stud welding pin 3 is to increase the strength of the receiving seat 1a, and the clearance between the concave groove 2 and the trunk portion 3c of the stud welding pin 3 is increased. This is because it becomes smaller. Of course, other shapes may be used. The reason why the toe portion 1d of the bottom portion 1b of the groove 2 is made circular or square by matching the shape of the flange 3a of the stud welding pin 3 is that the contact area between the flange 3a of the stud welding pin 3 and the receiving seat 1a is wide. Because it becomes. Of course, other shapes may be used. [FIG. 5] (A) is the filler 6 used when the flange 3a of the stud welding pin 3 is circular. The end face 6b that is fitted to the flange 3a of the stud welding pin 3 is formed in an arc shape. [FIG. 5] (B) is the filler 6 used when the flange 3a of the stud welding pin 3 is square. The end face 6b that fits the flange 3a of the stud welding pin 3 is linear. The reason why the end face 6b of the filler 6 is aligned with the flange 3a of the stud welding pin 3 is to make the gap 2a small. [FIG. 6] is a longitudinal sectional view of the groove 2 of the ceramic plate 1, the ceramic plate 1 is placed on the metal base material 5, the ceramic plate 1 is pressed by the pressing tool 7, and the metal thin plate 4 is ceramic. This is a state immediately before the metal thin plate 4 is energized and stud welded via the power supply device 8 between the bottom 1b of the plate 1 and the flange 3a of the stud welding pin 3. The pressing tool 7 may be a rod-shaped material such as metal or wood. When pressing from a distance, the tip of the rod-shaped pressing tool 7 may be bent into a bowl shape. Since it is sufficient that the force for pressing the ceramic plate 1 is about 3 to 8 kgf, the ceramic plate 1 may be pressed directly by hand without using a pressing tool. If the metal thin plate 4 is bent to the upper surface of the ceramic plate 1, the pressing tool 7 and a stud welding gun (not shown) can be used together. By attaching the switch of the power supply device 8 to the pressing tool 7, the pressing operation and the energization operation can be combined. [FIG. 7] is a transverse sectional view of the concave groove 2 of the ceramic plate 1, the ceramic plate 1 is placed on the metal base material 5, and the metal thin plate 4 is placed between the bottom 1 b of the ceramic plate 1 and the stud welding pin 3. This is the state just before stud welding with the flange 3a. FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the groove 2 of the ceramic plate 1, and shows a state in which the ceramic plate 1 is fixed to the metal base material 5 by welding. Since the flange 3 a of the stud welding pin 3 holds the receiving seat 1 a of the ceramic plate 1, the ceramic plate 1 is firmly fixed to the metal base material 5. The welding projection 3b of the stud welding pin 3 is melted during stud welding. Since the melted length of the body portion 3c of the stud welding pin 3 is slightly different depending on the stud welding conditions, the receiving seat 1a of the ceramic plate 1 and the flange 3a of the stud welding pin 3 may not necessarily contact each other. There is no problem with the function of fixing 1. FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the concave groove 2 of the ceramic plate 1, the ceramic plate 1 is welded and fixed to the metal base material 5, and the transverse cross-sectional shape of the concave groove 2 is formed in the gap 2 a of the concave groove 2. And a state in which a ceramic filler 6 having a substantially similar cross-sectional shape is inserted. When filling the concave groove 2 with the filler 6, it is desirable to apply an organic or inorganic adhesive in order to prevent dropping or looseness. Moreover, there is also an effect of reinforcing the receiving seat 1a by connecting the receiving seat 1a and the filler 6 through an adhesive. The following setting ranges are possible as conditions for stud welding the stud welding pin 3 to the metal base material 5. The current value is 500 to 20000 A (2000 to 6000 A is suitable). The voltage is 30 to 200 V (50 to 120 V is suitable). The energization time is 0.1 to 1.0 seconds. Examples are shown below.
【Example】
“Ceramic plate specification” material Alumina, size 30 mm × 30 mm × thickness 6.5 mm. “Stud welding pin specification” material SUS304, body diameter 5.0 mm, flange thickness 1.0 mm, flange diameter 10.0 mm. "Metal sheet specification" material pure cylinder, width 8mm x thickness 0.5mm x length 100mm. “Stud welding condition” voltage 70V, current 3000A, energization time 0.1 seconds. When the stud welding and the ceramic plate were peeled off in the vertical direction under the above conditions, the tensile load was 1200 to 1300 kgf. It was confirmed that it has sufficient strength even if it is lined on a high-speed rotating body such as a blower runner or pump impeller.
[0006]
[Effects of the Invention]
Fixing pins that are not wear-resistant or corrosion-resistant are not exposed on the surface of the ceramic plate or the side of the ceramic plate, so the fixing pins are worn or corroded, and the ceramic plate is peeled off from the metal base material. There is nothing. The surface of the ceramic plate is smooth, and dust does not adhere to the gap between the fixing pin and the opening of the ceramic plate, and local dust cut around the opening does not occur. Highly conductive and reliable stud welding is possible. When the ceramic plate is cracked and peeled, the stud welding pin remaining on the metal base material is removed with a pencil grinder or the like, and a new ceramic plate can be easily stud welded. Since there is a toe portion in the concave groove of the T-shaped cross section, the strength of the receiving seat is increased. Further, the toe portion serves as a stopper when positioning the stud welding pin on the ceramic plate. Since the ceramic plate is pressed using a compact pressing tool, stud welding in a narrow space where a large stud welding gun cannot be set can be stably performed, and the reliability of stud welding is improved.
[0007]
【The invention's effect】
Since the ceramic plate can be fixed to the metal base material for a long time, the equipment life is extended. Since there is no dust adhesion or wear due to local dust cuts, periodic cleaning such as dust removal and partial repairs are unnecessary. Since the stud welding pin is not exposed to the surface at all, it can be used even in a corrosive environment. The strength of the ceramic plate receiving seat is improved and the receiving seat is less likely to be damaged. The positioning of the stud welding pin on the ceramic plate is easy and the work efficiency is improved. Since the ceramic plate is pressed with a small pressing tool instead of a stud welding gun as in the past, stud welding is easy and reliable even in a narrow space. Workability is also good, so the work period can be shortened. Even if the ceramic plate is locally broken due to flying objects, partial repair is easy, and it can be restored with a short equipment outage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an assembled perspective view of a ceramic plate according to an embodiment of claim 1 of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a ceramic plate.
FIG. 3A is a view according to an embodiment of claim 1 of the present invention, and shows a case where the stud welding pin has a square flange.
FIG. 3 (B) is a view according to an embodiment of claim 1 of the present invention, in which the stud welding pin has a circular flange.
FIG. 4A is a plan view of a case where a stud welding pin having a square flange is inserted into a concave groove of a ceramic plate according to the embodiment of claim 1 of the present invention.
FIG. 4B is a plan view of the case according to the embodiment of claim 1 of the present invention when a stud welding pin having a circular flange is inserted into a concave groove of a ceramic plate.
FIG. 5A is a perspective view of a filler when a stud welding pin having a circular flange is used according to the embodiment of claim 2 of the present invention.
FIG. 5B is a perspective view of a filler when a stud welding pin having a square flange is used according to the embodiment of claim 2 of the present invention.
FIG. 6 is a view according to the first and third embodiments of the present invention, and shows a state immediately before the stud welding of the ceramic plate on the metal base material, and is perpendicular to the concave groove of the ceramic plate. It is sectional drawing.
FIG. 7 is a view according to the first and third embodiments of the present invention, in which the ceramic plate is in a state immediately before stud welding on the metal base material, and is a cross-sectional view transverse to the concave groove of the ceramic plate. FIG.
FIG. 8 is a view according to an embodiment of claim 1 of the present invention in a state in which the ceramic plate is welded and fixed to the metal base material, and is a longitudinal sectional view with respect to the concave groove of the ceramic plate.
FIG. 9 is a view according to an embodiment of claim 2 of the present invention, wherein a ceramic plate is welded and fixed to a metal base material, and the groove has a cross-sectional shape substantially similar to the cross-sectional shape of the groove. It is the state which inserted the ceramic filler, and is a longitudinal cross-sectional view with respect to a ditch | groove.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic plate 1a Receiving seat 1b Bottom 1c Toe part 1d of a recessed groove Toe part 2 of a bottom part 2 Groove 2a Space | gap 3 Stud welding pin 3a Flange 3b Welding protrusion 3c Body part 4 Metal thin plate 5 Metal base material 6 Filler 6a End surface 6b End face 7 Pressing tool 8 Power supply

Claims

In a method of attaching a ceramic plate by stud welding to a metal base material, a concave groove having a T-shaped cross section having a receiving seat from an end surface to an appropriate position is provided on the surface of the ceramic plate facing the metal base material, A stud welding pin with a flange is inserted into the groove, a thin metal plate is sandwiched between the flange of the stud welding pin and the bottom of the concave groove, and the stud welding pin is energized through the thin metal plate. A method of attaching a ceramic plate, characterized in that the ceramic plate is fixed to the metal base material by stud welding the metal base material.

In the gap after the stud welding pin is inserted into the groove of the T-shaped section of the ceramic plate, the side opposite to the stud welding pin has a substantially the same cross-sectional shape as the groove of the T-shaped section. 2. The method for attaching a ceramic plate according to claim 1, wherein a filler having a shape matching the outer shape of the body of the welding pin and the flange is inserted.

In the method of attaching the ceramic plate by stud welding to the metal base material, pressing the ceramic plate against the metal base material with a pressing tool, sandwiching the metal thin plate between the stud welding pin and the bottom of the concave groove, 2. The method of attaching a ceramic plate according to claim 1, wherein the stud welding pin is energized through a thin metal plate, the stud welding pin is stud welded to the metal base material, and the ceramic plate is fixed to the metal base material. .