JP4543452B2

JP4543452B2 - 穴部の肉盛り方法および肉盛り装置

Info

Publication number: JP4543452B2
Application number: JP25365099A
Authority: JP
Inventors: 幸二徳永; 清和御巫; 武柏木
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: JP2001071134A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩耗やクラック修理のため等に母材の穴部に肉盛りを行う穴部の肉盛り方法および肉盛り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械部品等の穴部の摩耗やクラック修理のために、穴部の内側に肉盛りを行う場合があるが、母材がアルミ合金等においても他の金属と同様に、従来は、ＴＩＧ溶接法（タングステン電極を用いる不活性ガスアーク溶接法）等の溶融溶接により当該穴部の肉盛りを行っていた。
【０００３】
アルミ合金等の軽金属の穴部の修理の際、ＴＩＧ溶接等の溶融溶接による肉盛りを実施すると、かなりの高温になるため、熱によって部品の変形や材料の機械強度低下が発生してしまい、肉盛り不良が生じる場合があった。
この対策として、例えば、図３の（ａ）に示すように、アルミ合金で形成された母材３に空けられた比較的小さな穴部３ａの内側を肉盛りして修理する手段として、母材３の下面側において穴部３ａの開口端を閉塞するように当て板５を当てがい、穴部３ａ内に溶接材であるスリーブ４を入れた状態で、該スリーブ４の内径より外径が大きい摩擦棒１をモータ等の駆動手段２で回転させるとともに、図３に（ｂ）に示すように、穴部３ａ内に圧入させる手段が提案されている。
【０００４】
この手段によれば、高速回転する摩擦棒１とスリーブ４との間で瞬間的に大きな摩擦熱を発生させるので、塑性化されたスリーブ４は、摩擦棒１によって塑性流動し、溶接材と母材３とが混合、接合し、穴部３ａの内側が肉盛りされる。
このような穴部の肉盛り手段では、母材３の融点まで温度を上昇させず、瞬時に溶接材を塑性流動させるため、変形や強度低下が抑えられ、穴部３ａの良好な肉盛りが可能となるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の肉盛り手段では、以下のような課題が残されている。すなわち、溶接材であるスリーブ４がずれたり脱落することを防ぐために、当て板５を穴部３ａの下側に当てがう必要があり、当て板を使用せずに肉盛り加工を行うことができなかった。したがって、穴部の下側に当て板を配することができない場合には、穴部の肉盛りが困難であった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、当て板を用いずに穴部を肉盛りすることができる穴部の肉盛り方法および肉盛り装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、以下のような構成を採用した。すなわち、請求項１記載の穴部の肉盛り方法では、母材（３）を貫通している穴部（３ａ）の肉盛り方法であって、溶接材で形成されたスリーブ（１４）を前記穴部に挿入する工程と、そのスリーブの内径よりも少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒（２０）を回転させながら穴部に圧入する工程と、前記穴部（３ａ）に挿入された前記スリーブと前記母材との間に円筒状の撹拌部材（２１）をスリーブとは反対方向から挿入する工程と、を備え、前記スリーブには、半径方向外側に前記穴部の穴径よりも大きく突出したフランジ部（１４ａ）が一方の開口端に設けられ、前記摩擦棒を、前記フランジ部側から前記スリーブ内に圧入させ、前記撹拌部材を、前記摩擦棒と同時に回転させるとともに摩擦棒の圧入に連動して圧入方向に移動させる技術が採用される。
【０００８】
請求項２記載の穴部の肉盛り装置では、母材（３）を貫通している穴部（３ａ）の肉盛り装置であって、溶接材で形成され前記穴部に挿入されるスリーブ（１４）と、該スリーブの内径より少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒（２０）と、該摩擦棒を回転させるとともに穴部に圧入する駆動手段（２）と、前記穴部（３ａ）に挿入された前記スリーブと前記母材との間にスリーブとは反対方向から挿入される円筒状の撹拌部材（２１）と、を備え、前記スリーブには、半径方向外側に前記穴部の穴径よりも大きく突出したフランジ部（１４ａ）が一方の開口端に設けられ、前記駆動手段は、前記摩擦棒を前記フランジ部側から前記スリーブ内に圧入させ、前記撹拌部材を前記摩擦棒と同時に回転させるとともに摩擦棒の圧入に連動して圧入方向に移動させる技術が採用される。
【０００９】
これらの穴部の肉盛り方法および肉盛り装置では、スリーブに、半径方向外側に穴部の穴径よりも大きく突出したフランジ部が一方の開口端に設けられ、摩擦棒をフランジ部側からスリーブ内に圧入させるので、圧入時に当て板が無くてもフランジ部が母材表面に係止されてスリーブが支持されるため、スリーブがずれたり脱落することがない。
【００１２】
これらの穴部の肉盛り方法および肉盛り装置では、撹拌部材を摩擦棒と同時に回転させるとともに摩擦棒の圧入に連動して圧入方向に移動させるので、摩擦棒の圧入時に、撹拌部材の先端がスリーブと母材との境界で回転して接合面を直接撹拌し、塑性流動をより活発化させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置について説明する。図１は穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の参考例である。この図において、符号１は摩擦棒、２は駆動手段、３は母材、１４はスリーブである。
【００１４】
この肉盛り方法に用いる肉盛り装置は、図１に示すように、例えば、アルミ合金で形成された母材３（本実施形態では、厚さが均一な板状のもの）に空けられた比較的小さな穴部３ａ（例えば、ピン用の穴部）の内側を肉盛りして修理する装置であって、工具鋼で形成され回転可能なプラグである摩擦棒１と、該摩擦棒１を所定の回転数で回転駆動するとともに軸方向に進退させる駆動手段２と、溶接材で形成され穴部３ａに挿入されるスリーブ１４と、を備えている。
【００１５】
スリーブ１４は、溶接材として母材３と同じ材料であるアルミ合金で形成されているとともに、一方の開口端には、半径方向外側に穴部３ａの穴径よりも大きく突出したフランジ部１４ａが設けられている。
なお、スリーブ１４は、フランジ部１４ａ以外の外径が穴部３ａより僅かに小さく形成されている。
また、摩擦棒１は、その外径がスリーブ１４の内径より大きく設定されている。
【００１６】
この肉盛り装置を用いた穴部３ａの肉盛り方法を、以下に説明する。
【００１７】
まず、母材３の穴部３ａ内にスリーブ１４を挿入し、フランジ部１４ａを母材３の表面に当接させておく。
次に、この状態で、駆動手段２によって摩擦棒１を所定の回転数で回転させるとともに、フランジ部１４ａ側からスリーブ１４内に圧入させる。
このとき、主に摩擦棒１の先端面１ａの外縁部がスリーブ１４に接触して摩擦熱を発生させる。そして、スリーブ１４および母材３は、この摩擦熱によってスリーブ１４および母材３を形成するアルミ合金の融点より低い温度で、かつ塑性流動させるのに十分な温度まで加熱される。
【００１８】
さらに、摩擦棒１が圧入されることによって、先端面１ａでスリーブ１４の塑性化成分を流動させて溶接材と母材３とが混合、接合し、穴部３ａの内側が肉盛りされる。このとき、フランジ部１４ａが母材３表面に係止されてスリーブ１４が支持される。
なお、肉盛り後、穴部３ａの開口端側に残ったフランジ部１４ａは、機械加工によって除去される。
【００１９】
このように、図１に示すものでは、穴部３ａの穴径よりも大きく突出したフランジ部１４ａがスリーブ１４の開口端に設けられ、摩擦棒１をフランジ部１４ａ側からスリーブ１４内に圧入させるので、圧入時に当て板が無くてもフランジ部１４ａが母材３表面に係止されてスリーブ１４が支持されるため、スリーブ１４がずれたり脱落することがない。
【００２０】
次に、本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の実施形態を、図２を参照しながら説明する。
【００２１】
この実施形態と図１に示す参考例との異なる点は、参考例では、穴部３ａ内に直にスリーブ１４を挿入した状態で、摩擦棒１を挿入しながらスリーブ１４内に圧入するのに対し、本実施形態では、図２に示すように、穴部３ａに挿入されたスリーブ１４と母材３との間に円筒状の撹拌部材２１をスリーブ１４とは反対方向から挿入し、撹拌部材２１を、摩擦棒２０と同時に回転させるとともに摩擦棒２０の圧入に連動して圧入方向に移動させる点で異なる。
【００２２】
すなわち、本実施形態に係る穴部の肉盛り装置は、撹拌部材２１および摩擦棒２０が同軸に固定され駆動手段２により回転駆動される回転軸部材２３を備え、摩擦棒２０は、先端側に設けられスリーブ１４の内径より外径が大きい圧入部２０ａと、基端側に設けられスリーブ１４の内径より外径が小さいとともにスリーブ１４より長い挿入棒部２０ｂとから構成され、回転軸部材２３に着脱可能に取り付けられている。
【００２３】
本実施形態の肉盛り装置を用いた穴部３ａの肉盛り方法を、以下に説明する。
【００２４】
まず、予め摩擦棒２０を回転軸部材２３から外しておき、穴部３ａに撹拌部材２１を挿入すると共に反対側から撹拌部材２１内にスリーブ１４を挿入する。このとき、スリーブ１４のフランジ部１４ａを母材３の表面に当接させるとともに、撹拌部材２１の先端がフランジ部１４ａに接触するようにする。
そして、外していた摩擦棒２０を回転軸部材２３に取り付ける。なお、摩擦棒２０の挿入棒部２０ｂには、回転方向に対して逆ねじになっている雄ねじ部（図示略）が形成されており、該雄ねじ部が回転軸部材２３に形成されている雌ねじ孔（図示略）に螺着される。
【００２５】
次に、この状態で、摩擦棒２０および撹拌部材２１を回転させながら圧入部２０ａをスリーブ１４内に圧入させるように、回転軸部材２３を軸方向に移動させる。すなわち、穴部３ａに挿入させた摩擦棒２０を挿入側の反対側から回転させながら引き抜くようにして圧入部２０ａを圧入させる。そして、圧入部２０ａの回転・圧入によって、スリーブ１４の塑性化成分が流動し、溶接材と母材３とが混合、接合される。このとき、同時に回転する撹拌部材２１の先端が、スリーブ１４と母材３との境界を混ぜ合わせながら、穴部３ａの内側が肉盛りされる。
【００２６】
このように本実施形態では、撹拌部材２１を摩擦棒２０と同時に回転させるとともに摩擦棒２０の圧入に連動して圧入方向に移動させるので、摩擦棒２０の圧入時に、撹拌部材２１の先端がスリーブ１４と母材３との境界で回転して接合面を直接撹拌し、回転方向の塑性流動をより活発化させることができる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、スリーブ１４に母材３と同じ材料の溶接材を用いたが、溶接材料として肉盛りに適用可能な材料であれば、他の材料で溶接材を形成しても構わない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、スリーブに、半径方向外側に穴部の穴径よりも大きく突出したフランジ部が一方の開口端に設けられ、摩擦棒をフランジ部側からスリーブ内に圧入させるので、圧入時にフランジ部でスリーブが支持されるため、スリーブがずれたり脱落することがなく、当て板等を用いる必要が無くなって、当て板を設置できない部品等へも適用することが可能になる。
【００２９】
また、本発明によれば、撹拌部材を摩擦棒と同時に回転させるとともに摩擦棒の圧入に連動して圧入方向に移動させるので、摩擦棒の圧入時に、撹拌部材の先端がスリーブと母材との境界で回転して接合面を直接撹拌し、塑性流動をより活発化させることができ、さらに良好な接合を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の参考例における圧入時の状態を示す要部の断面図である。
【図２】本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の実施形態における圧入時の状態を示す要部の断面図である。
【図３】本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の従来例における圧入前の状態を示す要部を破断した斜視図および圧入時の状態を示す要部の断面図である。

Claims

母材（３）を貫通している穴部（３ａ）の肉盛り方法であって、
溶接材で形成されたスリーブ（１４）を前記穴部に挿入する工程と、そのスリーブの内径よりも少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒（２０）を回転させながら穴部に圧入する工程と、前記穴部（３ａ）に挿入された前記スリーブと前記母材との間に円筒状の撹拌部材（２１）をスリーブとは反対方向から挿入する工程と、を備え、
前記スリーブには、半径方向外側に前記穴部の穴径よりも大きく突出したフランジ部（１４ａ）が一方の開口端に設けられ、
前記摩擦棒を、前記フランジ部側から前記スリーブ内に圧入させ、
前記撹拌部材を、前記摩擦棒と同時に回転させるとともに摩擦棒の圧入に連動して圧入方向に移動させることを特徴とする穴部の肉盛り方法。
母材（３）を貫通している穴部（３ａ）の肉盛り装置であって、
溶接材で形成され前記穴部に挿入されるスリーブ（１４）と、該スリーブの内径より少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒（２０）と、該摩擦棒を回転させるとともに穴部に圧入する駆動手段（２）と、前記穴部（３ａ）に挿入された前記スリーブと前記母材との間にスリーブとは反対方向から挿入される円筒状の撹拌部材（２１）と、を備え、
前記スリーブには、半径方向外側に前記穴部の穴径よりも大きく突出したフランジ部（１４ａ）が一方の開口端に設けられ、
前記駆動手段は、前記摩擦棒を前記フランジ部側から前記スリーブ内に圧入させ、前記撹拌部材を前記摩擦棒と同時に回転させるとともに摩擦棒の圧入に連動して圧入方向に移動させることを特徴とする穴部の肉盛り装置。