JP5034336B2 - 溶射皮膜形成装置および溶射皮膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンからアークを発生させ、このアークの熱によりワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置および溶射皮膜形成方法に関する。

溶射ガンから発生させたアークの熱によってワイヤの先端を溶融させ、この溶融金属をガス流により被溶射物に向けて噴射させるアーク溶射方法としては 例えば下記特許文献１に記載されたものがある。

このアーク溶射方法では、切断機によりワイヤの先端を切断することで、ワイヤ先端部の形状を調整し、切断後のワイヤの先端を清掃して溶射ガンの修復作業を行っている。
特開２００２−２８５３１６号公報（段落００６３，００９７，００９９参照）

しかしながら、上記した従来のものは、溶射作業終了後のワイヤの先端を切断してはいるものの、切断位置については、特に考慮しておらず、このため次回溶射作業開始時のワイヤの先端位置（切断位置）が、アーク発生による着火が容易となる位置に対応しているとは限らず、着火作業に支障を来たす恐れがある。

そこで、本発明は、溶射作業終了後、次回の溶射作業開始時のアーク発生による着火作業が容易に行えるようにすることを目的としている。

本発明は、溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンと前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置において、前記溶射ガン側の電極との間でアークを発生させ、このアークにより前記ワイヤの先端部を切断する補助電極を、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側に設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、ワイヤを間に挟んで溶射ガンと反対側に、溶射ガン側の電極との間で発生させたアークによりワイヤの先端部を切断する補助電極を設けたので、この補助電極と溶射ガン側の電極との間に電圧を印加してアークを発生させることで、この発生したアークによりワイヤへの着火が確実なものとなる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示すアーク溶射方法を用いた溶射皮膜形成装置の断面図である。この溶射皮膜形成装置における溶射ガン１は、図１中で上端側に対応する基端部をガン保持具３の下端部に取付けており、同下端側に対応する先端側にカソード電極５を備えるとともに、溶射ガン１の長手方向に沿って形成したワイヤガイドとなるワイヤ挿入孔７に、溶射用の鉄系金属からなるワイヤ９を、図２中の上端から移動可能に挿入している。このワイヤ９は、図示しないワイヤ収納容器からローラ対などを備えるワイヤ送給装置によって、ガン保持具３内を経て溶射ガン１内に供給される。

また、上記したワイヤ挿入孔７の先端開口付近には、ワイヤ９に接触するワイヤ用電極１１を設けてあり、このワイヤ用電極１１を介してワイヤ９の先端９ａとカソード電極５との間に通電してこれら両者間にアークを発生させ、ワイヤ９の先端９ａを着火させて溶融させる。

さらに、上記したワイヤ挿入孔７と平行して溶射ガン１内には、例えば水素とアルゴンの混合ガスが、図示しないガス供給源からガン保持具３内を経て供給されて流れる混合ガス通路１３を設けてある。この混合ガス通路１３は、前記したカソード電極５の周囲の空間１５に連通しており、この空間１５のカソード電極５の先端側の混合ガス噴出口１７から、溶射ガン１の開口１８を経て混合ガスを噴出し、前記したワイヤ９の溶融金属を噴霧化して前方に移動させ、被溶射物としての円筒部材からなるワークＷの被溶射物表面である内面Ｗａに付着させ、溶射皮膜１９を形成する。

上記した溶射ガン１に対し図１中で右側位置のガン保持具３の下面には、補助電極ユニット２１を取付けてある。補助電極ユニット２１は、溶射ガン１におけるカソード電極５との間でアークを発生させてワイヤ９を切断する補助電極２３と、この補助電極２３を、ワイヤ９を間に挟んでカソード電極５と反対側の位置にて、ワイヤ９の送給方向（図１中で上下方向）に沿って移動させる補助電極駆動機構２５とをそれぞれ備えている。

補助電極駆動機構２５は、油圧もしくは空圧のシリンダ２７を備え、このシリンダ２７の上端を図示しない取付具によりガン保持具３に取り付けている。シリンダ２７内には移動可能にピストン２９を設け、ピストン２９に連結したロッド３１の先端をシリンダ２７から下方に突出させ、この突出端部を、補助電極連結具３３に連結する。そして、補助電極連結具３３の溶射ガン１側の側部に、前記した補助電極２３を下部に備えた補助電極保持具３５を装着する。

また、ワークＷの上面には、ワークＷの内径とほぼ同等の内径を備える円筒形状のカバー３７を設置し、ワークＷの内面Ｗａを除く上面など溶射が不要な部位への溶射皮膜の付着を防止する。

次に、作用を説明する。図１に示すように、カソード電極５とワイヤ用電極１１との間に、例えば２００Ｖ（２０Ａ）の電圧を印加して通電することで、カソード電極５とワイヤ９の先端９ａとの間にアークを発生させて、ワイヤ９の先端９ａを溶融させる。

この際ワイヤ９を、その溶融に伴って、図示しないワイヤ送給装置により図１中で下方に順次送給する。これとともに、図示しない混合ガス供給源から混合ガス通路１３に供給した混合ガスを、混合ガス噴出口１７からワイヤ９の先端９ａ付近に向けて噴出し、上記ワイヤ９の溶融金属を噴霧化してワークＷの内面Ｗａに向けて移動させて付着させ、これにより溶射皮膜１９を形成する。

上記した溶射皮膜１９を形成する際には、ガン保持具３を、溶射ガン１および補助電極ユニット２１とともに、図示しない回転駆動機構によってワイヤ９を中心軸位置として一体的に回転させるとともに、図示しない上下駆動機構によって円筒部材(ワークＷ)の軸方向に移動させることで、ワークＷの内面Ｗａの必要部位に溶射皮膜１９を形成する。

溶射皮膜形成後は、電圧印加を解除してアークを消火させ、アーク電流値が低下した時点でワイヤ９の送給を停止する。図２（ａ）は、アーク消火後の状態を示し、このときワイヤ９の先端９ａの図２中で上下方向位置は、カソード電極５よりもワイヤ送給方向前方（図２（ａ）中で下方）に位置している。

上記したワイヤ９の先端９ａのワイヤ送給方向位置は、次回のアーク発生による着火作業を容易にするためには、カソード電極５に対応する位置にあることが望ましいが、溶射終了時アークが消えアーク電流値が低下した時点でワイヤ９の送給停止指令を出すことから、先端９ａの位置が一定せず（最大１ｍｍばらつく）、例えば前記図２（ａ）に示したように、ワイヤ９の先端９ａがカソード電極５よりも、ワイヤ送給方向前方にある位置となってしまう。

ここで、ワイヤ９の先端９ａがカソード電極５よりも、ワイヤ送給方向後方(図２（ａ）中で上方）にある場合には、ワイヤ９を、その先端９ａがカソード電極５に対応する位置よりもワイヤ送給方向前方側となるよう移動させて、図２（ａ）と同等の状態とする。

上記図２（ａ）のように、ワイヤ９の先端９ａがカソード電極５よりも、ワイヤ送給方向前方にある状態で、図２（ｂ）に示すように、補助電極駆動機構２５を駆動して補助電極２３を前進させ、その先端をカソード電極５に対応した位置とする。すなわち、この状態では、ワイヤ９を間に挟んでカソード電極５と反対側に補助電極２３が位置することになる。

続いて図２（ｂ）の状態から図２（ｃ）に示すように、カソード電極５と補助電極２３との間に電圧を印加して通電し、これら両者間にアーク３９を発生させ、このアーク３９によりワイヤ９の先端９ａを含む端部を切断してその破片４１を、溶射ガン１の下部の破片排出口４３を介して下方に落下させる。

ワイヤ９の先端９ａを、カソード電極５と補助電極２３との間で発生させるアーク３９によって切断することで、切断後のワイヤ９の先端はカソード電極５に対応する常に一定した位置となり、この状態でカソード電極５と補助電極２３との間に継続してアーク３９を飛ばすことで、図３（ａ）に示すように、ワイヤ９の先端９ａが確実に着火して溶融し、これとともに、混合ガス噴出口１７から混合ガスを噴出することで、溶射を開始する。

その後、上記図３（ａ）のようにアーク３９が発生している状態で、カソード電極５とワイヤ用電極１１との間に電圧を印加して通電する。この通電開始後、例えば０．５秒経過した後に、カソード電極５と補助電極２３との間の通電を停止する。また、カソード電極５とワイヤ用電極１１との間への通電により、ワイヤ９への通電が確認された時点で、図３（ｂ）に示すように、補助電極２３を後退させる。

これにより、以後は、カソード電極５とワイヤ９の切断後の先端との間で発生するアークによって先端が溶融し、溶融した金属が混合ガスによって噴霧化されてワークＷの内面Ｗａに溶射皮膜１９として形成される。

なお、図２（ａ）の状態は、図１によってワークＷに対して溶射作業終了後、別のワークＷ内に溶射ガン１を挿入した状態とする。

以上より、本実施形態によれば、ワイヤ９を間に挟んで溶射ガン１と反対側に、溶射ガン１側のカソード電極５との間でアーク３９を発生させる補助電極２３を設けたので、この補助電極２３とカソード電極５との間に電圧を印加してアーク３９を発生させ、このアーク３９によりワイヤ９を切断することで、ワイヤ９の切断後の先端位置は、補助電極２３とカソード電極５との間で常に一定したものとなり、また、この状態で上記したアーク３９を継続して発生させることで、切断後のワイヤ９の先端の着火が容易なものとなる。

また、補助電極２３を、ワイヤ９を間に挟んで溶射ガン１と反対側の位置で、ワイヤ９の送給方向に沿って移動可能としたので、ワイヤ９を切断後、その切断後の先端が着火した後は、補助電極２３を後退させることで、補助電極２３が邪魔になることなく溶射作業を継続して実施することができる。

また、ワイヤ９を、その先端９ａがカソード電極５に対応する位置よりワイヤ送給方向前方側となるよう移動させた状態で、前記アーク３９によりワイヤ９の先端部を切断することで、切断後のワイヤ９の先端位置を常に一定した状態に確保でき、ワイヤ９に対する着火作業を確実に行うことができる。

さらに、溶射ガン１のカソード電極５と補助電極２３との間で、アーク３９を発生させてワイヤ９を切断して着火後、前記アーク３９の発生状態で、アーク３９の発生にラップさせるように、カソード電極５とワイヤ９との間に通電するようにしたので、カソード電極５と補助電極２３との間への通電によるワイヤ９の着火状態を継続して維持でき、その後の溶射作業を安定して行うことができる。

図４は、本発明に対する参考例を示すもので、ワイヤ９０は前記図２（ａ）に示すワイヤ９と同様に、その先端９０ａが、カソード電極５０よりもワイヤ送給方向前方（図４中で下方）に位置する状態で、カソード電極５０とワイヤ９０との間に通電しており、この場合には、ワイヤ９０の途中部位が一部溶けて凹部９０ｂが形成された状態で失火することとなり、設備停止に至る。

本発明の一実施形態を示すアーク溶射方法を用いた溶射皮膜形成装置の断面図である。 図１の溶射皮膜形成装置の動作説明図で、（ａ）は溶射完了時の状態、（ｂ）は補助電極を前進させた状態、（ｃ）はワイヤ先端をアークにより切断している状態をそれぞれ示す。 図１の溶射皮膜形成装置の動作説明図で、（ａ）は切断後のワイヤ端部に着火して溶射を開始した状態、（ｂ）はワイヤに通電後補助電極を後退させた状態をそれぞれ示す。 本発明に対する参考例を示す着火時での動作説明図である。

符号の説明

１ 溶射ガン
５ カソード電極（溶射ガン側の電極）
９ ワイヤ
９ａ ワイヤの先端
１９ 溶射皮膜
２３ 補助電極
３９ カソード電極と補助電極との間で発生するアーク
Ｗ ワーク（被溶射物）
Ｗａ ワークＷの内面（被溶射物表面）

Claims (6)

1. 溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンと前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成装置において、前記溶射ガン側の電極との間でアークを発生させ、このアークにより前記ワイヤの先端部を切断する補助電極を、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側に設けたことを特徴とする溶射皮膜形成装置。
2. 前記補助電極を、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側の位置で、前記ワイヤの送給方向に沿って移動可能としたことを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜形成装置。
3. 溶射用材料となるワイヤを溶射ガンに送給しつつ該溶射ガンに設けた電極と前記ワイヤの先端との間でアークを発生させ、このアークの熱により前記ワイヤの先端を溶融させた溶融金属を被溶射物に向けて噴射して被溶射物表面に溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法において、前記溶射ガンに設けた電極と、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側に設けた補助電極との間でアークを発生させ、このアークにより前記ワイヤの先端部を切断することを特徴とする溶射皮膜形成方法。
4. 前記ワイヤを、その先端が前記溶射ガンに設けた電極に対応する位置よりワイヤ送給方向前方側となるよう移動させた状態で、前記アークにより前記ワイヤの先端部を切断することを特徴とする請求項３に記載の溶射皮膜形成方法。
5. 前記補助電極を、前記ワイヤを間に挟んで前記溶射ガンと反対側の位置で、前記ワイヤの送給方向に沿って移動可能とし、前記補助電極を、前記アークにより前記ワイヤを切断した後、前記ワイヤの送給方向後方側に後退移動させることを特徴とする請求項３または４に記載の溶射皮膜形成方法。
6. 前記溶射ガンの電極と前記補助電極との間で、アークを発生させて前記ワイヤを切断後、前記アークの発生状態で、前記溶射ガンの電極と前記ワイヤとの間に通電することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の溶射皮膜形成方法。

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