JP7144205B2 - Hard facing forming method, wear resistant material, industrial equipment - Google Patents

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Description

本発明は、硬質粒子としてサーメット等を使用した硬化肉盛の形成方法、この方法により硬化肉盛を形成した耐摩耗材、および耐摩耗材を使用した産業機器に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of forming a hard facing using cermet or the like as hard particles, a wear resistant material formed with a hard facing by this method, and industrial equipment using the wear resistant material.

従来の硬化肉盛を形成する方法としては、溶融池に上方から 炭化タングステン等の硬質粒子を散布することで、板状体の表面に、内部に硬質粒子が添加された硬化肉盛層を形成する方法が知られている(特許文献1および特許文献2)。これらの形成方法によれば、硬化肉盛層内部に硬質粒子が含まれるため、耐摩耗性に優れた硬化肉盛板を形成することが可能となる。 As a conventional method of forming a hard facing, hard particles such as tungsten carbide are dispersed from above into the molten pool to form a hard facing layer with hard particles added inside on the surface of the plate. A method for doing so is known (Patent Literature 1 and Patent Literature 2). According to these forming methods, since hard particles are contained inside the hard facing layer, it is possible to form a hard facing plate having excellent wear resistance.

特開平8-47774号公報JP-A-8-47774 特開2008-763号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-763

しかしながら、上記の様な硬化肉盛層の形成方法では、耐摩耗性を向上させるために硬化肉盛層の硬度を高めることができるものの、硬度が向上すれば亀裂が生じ易くなるという問題があり、亀裂を生じ難くするためには延性を向上させることで今度は硬度が低下して耐摩耗性の低下の恐れが生じてしまう。また、炭化チタン(TiC)等の硬質粒子の硬度は高いものであるが、母相金属に比べると比重が小さい。従って、従来の硬化肉盛層の形成方法(アーク溶接における後退法等)だと、溶融池内に上から硬質粒子を散布することになるため、比重の関係で溶融池内の硬質粒子が表面上に浮いてしまい、この硬質粒子が硬化肉盛層の表層にのみ分布してしまう。この様な方法で硬化肉盛層が形成された材料は、耐摩耗材としては好ましくないといった課題がある。 However, in the method of forming a hard facing layer as described above, although the hardness of the hard facing layer can be increased in order to improve wear resistance, there is a problem that cracks are likely to occur if the hardness is improved. However, if the ductility is improved in order to make cracks less likely to occur, the hardness is lowered, which may lead to a decrease in wear resistance. Hard particles such as titanium carbide (TiC) have high hardness, but their specific gravity is smaller than that of the matrix metal. Therefore, with the conventional method of forming a hardfacing layer (reverse method in arc welding, etc.), hard particles are scattered into the molten pool from above. It floats, and the hard particles are distributed only on the surface layer of the hardfacing layer. A material on which a hard facing layer is formed by such a method has a problem that it is not preferable as a wear resistant material.

そこで、本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の主たる課題は、硬質粒子を母相金属に直接散布した後、当該散布された硬質粒子を巻き込みつつ放電しながら溶接を行うことで、母相金属に対して比重が小さく、かつ、硬度が高い硬質粒子であっても、硬質粒子を硬化肉盛層内に均等に分布させることができる硬化肉盛層の形成方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and the main problem of the present invention is to directly spray hard particles on the mother phase metal, and then to weld while discharging while involving the dispersed hard particles. By performing, even if the hard particles have a small specific gravity relative to the mother phase metal and a high hardness, the hard particles can be uniformly distributed in the hard facing layer. A method for forming a hard facing layer. intended to provide

本発明の課題を解決する手段は、以下の(1)~(5)である。
(1)炭化物及び/又は炭窒化物を含有する硬質粒子を母材上に散布する第1工程、溶接トーチと前記母材との間にアークを発生させ母材表面を溶融させる第2工程、前記硬質粒子を未溶融状態で含有する第2工程で溶融された母材を凝固することにより硬化肉盛層を得る第3工程、からなる硬化肉盛層形成方法。
(2)前記第1工程の直後に前記第2工程が行われることを特徴とする(1)に記載の硬化肉盛層形成方法。
(3)前記第1工程と前記第2工程と前記第3工程を繰り返し行うことにより、連続して硬化肉盛層を形成する(1)又は(2)に記載の硬化肉盛層形成方法。
(4)(1)~(3)に記載のより硬化肉盛層形成方法により硬化肉盛層が形成された耐摩耗材。
(5)前記硬化肉盛層が形成された耐摩耗材を使用した産業機器。
Means for solving the problems of the present invention are the following (1) to (5).
(1) A first step of scattering hard particles containing carbides and/or carbonitrides on the base material, a second step of generating an arc between the welding torch and the base material to melt the surface of the base material, A method for forming a hard facing layer, comprising a third step of obtaining a hard facing layer by solidifying the base material melted in the second step containing the hard particles in an unmelted state.
(2) The hardfacing layer forming method according to (1), wherein the second step is performed immediately after the first step.
(3) The hard facing layer forming method according to (1) or (2), wherein the hard facing layer is continuously formed by repeating the first step, the second step, and the third step.
(4) A wear resistant material having a hard facing layer formed by the hard facing layer forming method described in (1) to (3).
(5) Industrial equipment using the wear-resistant material on which the hard facing layer is formed.

本発明にかかる硬化肉盛層形成方法によれば、母相金属に対して比重が小さく、かつ、硬度が高い硬質粒子であっても、硬質粒子を硬化肉盛層の上部に一定の厚みで均等に分布させることが可能となる。これにより、耐摩耗性の優れた硬化肉盛層が形成された部材である耐摩耗材を提供することが可能となる。 According to the method for forming a hardfacing layer according to the present invention, even if the hard particles have a small specific gravity relative to the mother phase metal and a high hardness, the hard particles are placed on the hardfacing layer at a constant thickness. Even distribution is possible. As a result, it is possible to provide a wear resistant material that is a member having a hard facing layer with excellent wear resistance formed thereon.

本発明の実施形態の1つである硬化肉盛層形成装置を示す図である。It is a figure which shows the hard facing layer forming apparatus which is one embodiment of this invention. 本発明の実施形態で硬化肉盛を形成する際の溶接部の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the welded part at the time of forming hard facing in embodiment of this invention. 本発明の実施形態で実施する硬化肉盛層形成方法のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the hard facing layer formation method implemented by embodiment of this invention. 本発明の実施形態で実施する硬化肉盛層形成方法の各ステップでの状態を示す図である。It is a figure which shows the state in each step of the hard facing layer formation method implemented by embodiment of this invention. 実施例の硬化肉盛形成方法によって形成された硬化肉盛層の断面の写真である。It is a photograph of the cross section of the hard facing layer formed by the hard facing formation method of an Example. 比較例によって形成された硬化肉盛層の断面の写真である。It is a photograph of the cross section of the hard facing layer formed by the comparative example. 硬質粒子の分布を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the distribution of hard particles; FIG.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る硬化肉盛層の形成方法で用いられる硬化肉盛層形成装置1を図1に示す。また、本実施形態の硬化肉盛する際の溶接状態を示す溶接部を図2に示す。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a hard facing layer forming apparatus 1 used in the hard facing layer forming method according to the present embodiment. FIG. 2 shows a welded portion showing a welded state during hardfacing in this embodiment.

本実施形態の溶接方法としては、硬質粒子2を未溶融状態で硬化肉盛層3に含有させた状態でアーク溶接によって母材4上に硬化肉盛層を形成するものである。 In the welding method of this embodiment, a hard facing layer is formed on the base material 4 by arc welding in a state in which the hard particles 2 are contained in the hard facing layer 3 in an unmelted state.

本実施形態で使用する硬質粒子2としては、いわゆるサーメットの粒子を使用する。使用するサーメットとしては、金属の炭化物や窒化物などの硬質化合物の粉末を金属の結合材として混合して焼結した複合材料であり、0.1mm~3mm程度の粒径、好ましくは0.2mm~2mm程度のものを使用できる。さらに、0.5mm~1.5mmの粒径に粉砕したものを使用することが、より溶接がし易く、出来上がり表面がより綺麗に仕上がる点でより好まししい。
サーメット粒子としては、例えば、炭化チタン(TiC)と炭窒化チタン(TiCN)単体又はこれらの混合物等のチタン系のサーメットを使用する。また、サーメット粒子は、炭化チタンと炭窒化チタンの単体又はこれらの混合物をニッケル或いはコバルトで結合したものとすることができる。
As the hard particles 2 used in this embodiment, so-called cermet particles are used. The cermet to be used is a composite material obtained by mixing and sintering powders of hard compounds such as metal carbides and nitrides as a metal binder, and has a particle size of about 0.1 mm to 3 mm, preferably 0.2 mm. About 2 mm can be used. Furthermore, it is more preferable to use one that has been pulverized to a particle size of 0.5 mm to 1.5 mm because it is easier to weld and the finished surface is more beautifully finished.
As the cermet particles, for example, titanium-based cermets such as titanium carbide (TiC) and titanium carbonitride (TiCN) alone or mixtures thereof are used. Also, the cermet particles can be titanium carbide and titanium carbonitride alone or a mixture thereof bonded with nickel or cobalt.

上記サーメットの粒径としては、例えば小径の0.2mm~0.7mm、中径 の0.7mm~1.2mm、大径の1.2mm~1.8mm程度のものが混合されているものが考えられ (全体としては前述の0.1mm~3mm程度の範囲内)、硬化肉盛を形成する母材の部材用途に応じて、粒径を使い分けたり、各粒径のものを混合して使用したりすることが好ましい。また、当該粒径の硬質粒子は、本実施形態の溶接においても溶融することなく未溶融状態で残るものである点でも好ましい。 The particle size of the above cermet is, for example, a mixture of particles having a small diameter of 0.2 mm to 0.7 mm, a medium diameter of 0.7 mm to 1.2 mm, and a large diameter of 1.2 mm to 1.8 mm. (Overall, within the above-mentioned range of 0.1 mm to 3 mm), depending on the application of the base material that forms the hardfacing, different particle sizes are used, or different particle sizes are mixed and used. It is preferable to In addition, the hard particles having this particle size are also preferable in that they do not melt and remain in an unmelted state even in the welding of this embodiment.

前記硬質粒子2は、硬化肉盛層3として十分な硬度を保つために、例えば、500~2000Hv、好ましくは1000~1800Hvの硬度を有する。また、硬質粒子2の添加量としては、硬化肉盛層3に対して、溶接性や硬質粒子の分布を考慮すると、5~55体積%、好ましくは20~50体積%である。さらに、硬質粒子2の比重としては、1~10g/cm3、好ましくは3~8g/cm3である。 The hard particles 2 have a hardness of, for example, 500 to 2000 Hv, preferably 1000 to 1800 Hv, in order to maintain sufficient hardness as the hardfacing layer 3 . The amount of the hard particles 2 added is 5 to 55% by volume, preferably 20 to 50% by volume, with respect to the hardfacing layer 3, considering the weldability and the distribution of the hard particles. Furthermore, the specific gravity of the hard particles 2 is 1 to 10 g/cm3, preferably 3 to 8 g/cm3.

本実施形態で使用する母材4としては、例えばベルトコンベア装置のコンベアベルトの両サイドに設けられる耐摩耗板として用いられるようなものであり、その材質は例えば、SS400(一般構造用圧延鋼材)、S45Cなどの炭素鋼や、SCM440などの低合金鋼などである。また、母材4の形状としては平板的なものに限らず、硬化肉盛を施す母材としては、例えば、ベルトコンベア装置のスプロケットの軸受、ミキサーの内張り、掘削機用ヒビットの先端部等、各種の形状のものが考えられる。また、母材4としては、CrMo鋼、Cr鋼、ボロン鋼、Mn鋼などの金属からなるものも利用できる。 The base material 4 used in the present embodiment is, for example, one that is used as a wear-resistant plate provided on both sides of a conveyor belt of a belt conveyor device, and its material is, for example, SS400 (general structural rolled steel). , carbon steel such as S45C, and low alloy steel such as SCM440. The shape of the base material 4 is not limited to a flat plate. Examples of the base material to which hardfacing is applied include sprocket bearings of belt conveyors, linings of mixers, tips of excavator hibits, and the like. Various shapes are conceivable. As the base material 4, metals such as CrMo steel, Cr steel, boron steel, and Mn steel can also be used.

本実施形態で使用する図1に示す硬化肉盛形成装置1は、溶接トーチ5と、硬質粒子供給ノズル6と、ウィービング装置8と、フィーダー9と、走行台車10とを備えている。図1(a)は硬化肉盛形成装置1と硬化肉盛形成を行う際の全体装置を上部から示した図、図1(b)は硬化肉盛形成装置1と硬化肉盛形成を行う際の全体装置を横から示した図、図1(c)は、硬化肉盛形成装置1と硬化肉盛形成を行う際の全体装置を正面から示した図である。図1の(a)~(c)に示すように、材料固定台21、フィーダー移動梁22、フィーダー支持台23は定盤24上に設置する。定盤24にフィーダー支持台23を設置し、当該支持台にフィーダー移動梁22が配置される状態となり、走行台車10に固定するフィーダー9を支えながら移動できるようにフィーダー移動梁22の上にフィーダー9を配置する。
硬化肉盛を形成する際には、材料固定台21に硬化肉盛層を形成させたい母材を固定し、走行台車10を当該材料固定台21の横を走行させながら本実施形態の方法により硬化肉盛層を形成させる。
1 used in this embodiment includes a welding torch 5, a hard particle supply nozzle 6, a weaving device 8, a feeder 9, and a traveling carriage . FIG. 1(a) is a view showing the hardfacing forming apparatus 1 and the overall apparatus when performing hardfacing formation, and FIG. 1(b) shows the hardfacing forming apparatus 1 and the hardfacing forming apparatus. FIG. 1(c) is a front view of the hardfacing forming apparatus 1 and the overall apparatus for forming the hardfacing. As shown in (a) to (c) of FIG. 1, the material fixing base 21, the feeder moving beam 22, and the feeder support base 23 are installed on the surface plate 24. As shown in FIG. A feeder support base 23 is installed on the surface plate 24, and the feeder moving beam 22 is placed on the support base. Place 9.
When forming the hard facing, the base material on which the hard facing layer is to be formed is fixed to the material fixing table 21, and the traveling carriage 10 is moved beside the material fixing table 21 while the method of the present embodiment is used. A hardfacing layer is formed.

本実施形態の溶接トーチ5には、溶加材として溶接ワイヤ11が供給される。この溶接ワイヤ11は、軟鋼などの炭素鋼を主成分とするものである。溶接ワイヤー11は、図示しないコイルから繰り出されて溶接トーチ5へ供給され、溶接トーチ5から所定の長さL1だけ突出している。溶接トーチ5は、母材4の表面に対して角度θ(トーチ角)で傾斜しており、母材4の表面に沿って所定の速度で移動する(図2の溶接進行方向参照)。溶接トーチ5から溶接ワイヤ11が突出する箇所から母材4までの直線距離をL2とする。L2は、10~30mm、好ましくは15~25mmである。また、当該トーチ角θとしては、10°~25°、好ましくは15°~20°であることが本実施形態の溶接方法に適している。溶接進行速度としては、15cm/min~30cm/minであり、母材の板厚に応じて、電流値、電圧値及び溶接速度を設定する。なお、前記L1はL2とトーチ角θで決まる距離となる。 A welding wire 11 is supplied as a filler material to the welding torch 5 of the present embodiment. The welding wire 11 is mainly composed of carbon steel such as mild steel. The welding wire 11 is let out from a coil (not shown), supplied to the welding torch 5, and protrudes from the welding torch 5 by a predetermined length L1. The welding torch 5 is inclined at an angle θ (torch angle) with respect to the surface of the base material 4, and moves along the surface of the base material 4 at a predetermined speed (see welding progress direction in FIG. 2). Let L2 be the linear distance from the point where the welding wire 11 protrudes from the welding torch 5 to the base material 4 . L2 is 10-30 mm, preferably 15-25 mm. Also, the torch angle θ is suitable for the welding method of this embodiment to be 10° to 25°, preferably 15° to 20°. The welding progress speed is 15 cm/min to 30 cm/min, and the current value, voltage value and welding speed are set according to the plate thickness of the base material. Incidentally, the aforementioned L1 is a distance determined by L2 and the torch angle θ.

本実施形態の硬質粒子供給ノズル6は、溶接トーチ5の進行方向側の近い場所で、母材4の上方に配置される。硬質粒子供給ノズル6は、溶接トーチ5の進行方向に沿って左右に所定幅でウィービングしながら溶接トーチ5と共に移動する(図2)。ウィービングの幅としては10~30mm、好ましくは15~25mmである。硬質粒子2は、硬質粒子供給ノズル6から落下することにより母材4の上に供給される。なお、硬質粒子供給ノズル6と母材4までの直線距離をL3とし、L3は15~40mm、好ましくは120~30mmである。 The hard particle supply nozzle 6 of this embodiment is arranged above the base material 4 at a location near the welding torch 5 in the traveling direction. The hard particle supply nozzle 6 moves along with the welding torch 5 while weaving a predetermined width to the left and right along the traveling direction of the welding torch 5 (FIG. 2). The weaving width is 10 to 30 mm, preferably 15 to 25 mm. The hard particles 2 are supplied onto the base material 4 by dropping from a hard particle supply nozzle 6 . The linear distance between the hard particle supply nozzle 6 and the base material 4 is L3, and L3 is 15 to 40 mm, preferably 120 to 30 mm.

次に、硬化肉盛層形成方法のフローチャートを図3に示し、本発明に係る硬化肉盛の形成方法について説明する。 Next, FIG. 3 shows a flow chart of a method for forming a hard facing layer, and a method for forming a hard facing layer according to the present invention will be described.

まず、第1工程STEP1では、硬質粒子2を硬質粒子供給ノズル6から落下させて母材4に供給する。この第1工程STEP1は第2工程STEP2のアーク溶接の直前に行われる。STEP1の状態を図4(a)に示す。 First, in the first step STEP 1 , hard particles 2 are dropped from a hard particle supply nozzle 6 and supplied to the base material 4 . This 1st process STEP1 is performed just before the arc welding of 2nd process STEP2. FIG. 4(a) shows the state of STEP1.

第2工程STEP2では、アーク溶接を行う。この工程では、アークを発生させることによって溶接ワイヤ11が溶融して溶加材として供給され、母材4上に溶融池12を生成されることになる。このとき、STEP2はSTEP1で硬質粒子2が母材に落下されたとほぼ同時に、硬質粒子2を落下させた場所の手前にアークを発生させて母材4を溶融し、溶融池12を形成しながら、硬質粒子2を巻き込みつつ、硬化肉盛層を形成させる。STEP2の状態を図4(b)に示す。なお、STEP1の後にSTEP2が開始さてるまでの時間としては、シールドガスやアーク力で硬質粒子が飛ばされることが考えられるため、粒子落下の直後またはほぼ同時(同時若しくは時間にして約1~4秒後)になるのが好ましい。
In the second step STEP2, arc welding is performed. In this process, the welding wire 11 is melted by generating an arc and supplied as a filler material, thereby forming a molten pool 12 on the base material 4 . At this time, in STEP 2, almost at the same time as the hard particles 2 were dropped onto the base material in STEP 1, an arc was generated in front of the place where the hard particles 2 were dropped to melt the base material 4, forming a molten pool 12. , to form a hard facing layer while entraining the hard particles 2 . FIG. 4B shows the state of STEP2. As for the time from STEP 1 until STEP 2 starts, it is possible that the hard particles are blown away by the shielding gas or the arc force. seconds later).

このとき溶融池12は、溶接ワイヤ11と母材4の表面を溶融することによって、硬質粒子2が混在した状態で溶融液状となる。このとき、硬質粒子2の比重は約5~7g/cm3程度であり、母材4の材質(SS400等の鋼材)の比重(7.85g/cm3)よりも小さいため溶融された母材4の溶融池12の上面に浮いてしまうことが考えられる。しかし、本実施形態の硬化肉盛形成方法で溶接することにより、比重の差があったとしても溶融池12中に未溶融状態のサーメット粒子2を硬化肉盛層の上部に浮いてしまったり、表面に現れてしまったりするような状態を防ぐことができ、硬化肉盛層内の上部に一定の厚みで均等に分布させることが可能となる。硬質粒子2の分布は硬化肉盛層の表面から0.5~3mm、好ましくは1~2mmで均等に分布することで、耐摩耗効果を向上させることが可能となる。 At this time, the molten pool 12 melts the surfaces of the welding wire 11 and the base material 4, so that the molten pool 12 becomes a molten liquid in which the hard particles 2 are mixed. At this time, the specific gravity of the hard particles 2 is about 5 to 7 g/cm3, which is smaller than the specific gravity (7.85 g/cm3) of the material of the base material 4 (steel material such as SS400). It is conceivable that it floats on the upper surface of the molten pool 12 . However, by welding by the hardfacing forming method of the present embodiment, even if there is a difference in specific gravity, the unmelted cermet particles 2 in the molten pool 12 may float above the hardfacing layer, It is possible to prevent such a state that it appears on the surface, and it is possible to distribute it evenly with a constant thickness in the upper part of the hardfacing layer. The hard particles 2 are evenly distributed at 0.5 to 3 mm, preferably 1 to 2 mm from the surface of the hardfacing layer, so that the wear resistance effect can be improved.

また、上記硬質粒子2の粒径は0.1mm~3mm程度の大きさで分布しているため、溶融されることなく、未溶融の状態で溶融池12内に存在させることが可能となる。硬質粒子2が未溶融の状態であるため、軟鋼の溶接材料をしても、その表面または溶材内部に未溶融の硬質粒子が分布されることから、耐摩耗材としての特性を発揮することが可能となる。 In addition, since the hard particles 2 have a particle size distribution of about 0.1 mm to 3 mm, they can be present in the molten pool 12 in an unmelted state without being melted. Since the hard particles 2 are in an unmelted state, even if a mild steel welding material is used, unmelted hard particles are distributed on the surface or inside the welding material, so it is possible to exhibit characteristics as a wear-resistant material. becomes.

第3工程STEP3では、溶融池12が凝固することにより、母材4上に形成され硬質粒子2を未溶融状態で含有する硬化肉盛層3が得られる。ここでは、溶接トーチ5と硬質粒子供給ノズル6とが移動した軌跡上で、溶融池12が自然に凝固して硬化肉盛層3が形成される。 In the third step STEP3, the molten pool 12 is solidified to obtain the hard facing layer 3 formed on the base material 4 and containing the hard particles 2 in an unmelted state. Here, the molten pool 12 is naturally solidified on the locus of movement of the welding torch 5 and the hard particle supply nozzle 6 to form the hardfacing layer 3 .

溶接トーチ5と硬質粒子供給ノズル6とを移動させながら、上記の第1工程S1から第3工程S3が繰り返し行われることにより、母材4の所定領域を覆うように硬化肉盛層3が形成される。その後、当該溶接により形成された硬化肉盛が凝固することにより、硬質粒子2が硬化肉盛層の上部に一定の厚みで均等に分布された硬化肉盛層3を形成することが可能となる。その後、母材4の表面全域に硬質肉盛層を形成する。 By repeating the first step S1 to the third step S3 while moving the welding torch 5 and the hard particle supply nozzle 6, the hardfacing layer 3 is formed so as to cover a predetermined region of the base material 4. be done. After that, the hardfacing formed by the welding is solidified, so that the hardfacing layer 3 in which the hard particles 2 are evenly distributed with a constant thickness on the upper part of the hardfacing layer can be formed. . After that, a hard build-up layer is formed on the entire surface of the base material 4 .

以下、本実施形態に係る硬化肉盛層形成方法の具体的実施例について説明する。なお、各実施例における条件を表1に示す。 Specific examples of the hard facing layer forming method according to the present embodiment will be described below. Table 1 shows the conditions in each example.

<硬質粒子>
・炭化チタンと炭窒化チタンの混合物からなるチタン系サーメット粒子
・粒度(粒径):0.71mm~1.18mm
<母材>
・形状:厚さ(t)9mm、 縦×横 200mm×100mmの平板
・材質:SS400
<溶接ワイヤ>
・日鉄住金溶接工業製 軟鋼用ソリッドワイヤ YM-26(ワイヤ径:φ1.2mm)
・θ:20°
・L2:25mm
<硬質粒子供給ノズル6の移動条件>
・ウィービング波形:sin波
・ウィービング片振幅:10mm
・L3:30mm
<溶接方法>
・マグ溶接
・シールドガス:炭酸ガス(25L/min)
・溶接電流:312A
・溶接電圧:32.4V
・溶接速度:25cm/min
<Hard particles>
・Titanium-based cermet particles made of a mixture of titanium carbide and titanium carbonitride ・Particle size (particle size): 0.71 mm to 1.18 mm
<Base material>
・Shape: Flat plate with thickness (t) 9mm, height x width 200mm x 100mm ・Material: SS400
<Welding wire>
・Nippon Steel & Sumikin Welding Co., Ltd. Solid wire for mild steel YM-26 (wire diameter: φ1.2 mm)
・θ: 20°
・L2: 25mm
<Movement condition of hard particle supply nozzle 6>
・Weaving waveform: sine wave ・Weaving half amplitude: 10mm
・L3: 30mm
<Welding method>
・MAG welding ・Shield gas: Carbon dioxide gas (25 L/min)
・Welding current: 312A
・Welding voltage: 32.4V
・Welding speed: 25 cm/min

上記実施例1によって硬化肉盛溶接を行った板状体の硬化肉盛層3の断面写真を図5(a)に示す。これにより、硬質粒子2は未溶融状態で硬化肉盛層3内部の上部に一定の厚みで均等に分布していることが分る。なお、断面写真は以下の条件で撮影を行った(他の実施例・比較例も同様)。
<断面写真撮影>
(1)実体顕微鏡とUSBカメラで画像を撮影し、(2)撮影データを元に画像解析ソフトで表面からの距離を測定。
実体顕微鏡:ニコン製SMZ-745T
USBカメラ:センテック製USB2.0モデル
画像解析ソフト:ディテクト製DIPP-Image
FIG. 5(a) shows a cross-sectional photograph of the hardfacing layer 3 of the plate-like body subjected to hardfacing welding according to the above-described Example 1. As shown in FIG. From this, it can be seen that the hard particles 2 are evenly distributed with a constant thickness in the upper portion inside the hardfacing layer 3 in an unmelted state. The cross-sectional photographs were taken under the following conditions (the same applies to other examples and comparative examples).
<Cross-section photography>
(1) Take an image with a stereoscopic microscope and a USB camera, and (2) measure the distance from the surface using image analysis software based on the image data.
Stereo microscope: Nikon SMZ-745T
USB camera: USB 2.0 model manufactured by Sentech Image analysis software: DIPP-Image manufactured by Detect

<硬質粒子>
・炭化チタンと炭窒化チタンの混合物からなるチタン系サーメット粒子
・粒度(粒径):1.18mm~1.70mm
<母材>
・形状:厚さ(t)9mm、 縦×横 200mm×100mmの平板
・材質:SS400
<溶接ワイヤ>
・日鉄住金溶接工業製 軟鋼用ソリッドワイヤ YM-26(ワイヤ径:φ1.2mm)
・θ:20°
・L2:25mm
<硬質粒子供給ノズル6の移動条件>
・ウィービング波形:sin波
・ウィービング片振幅:6mm
・L3:30mm
<溶接方法>
・マグ溶接
・シールドガス:炭酸ガス(25L/min)
・溶接電流:310A
・溶接電圧:32V
・溶接速度:25cm/min
<Hard particles>
・Titanium-based cermet particles made of a mixture of titanium carbide and titanium carbonitride ・Particle size (particle size): 1.18 mm to 1.70 mm
<Base material>
・Shape: Flat plate with thickness (t) 9mm, length x width 200mm x 100mm ・Material: SS400
<Welding wire>
・Nippon Steel & Sumikin Welding Co., Ltd. Solid wire for mild steel YM-26 (wire diameter: φ1.2 mm)
・θ: 20°
・L2: 25mm
<Movement condition of hard particle supply nozzle 6>
・Weaving waveform: sine wave ・Weaving half amplitude: 6mm
・L3: 30mm
<Welding method>
・MAG welding ・Shield gas: Carbon dioxide gas (25 L/min)
・Welding current: 310A
・Welding voltage: 32V
・Welding speed: 25 cm/min

上記実施例2によって硬化肉盛溶接を行った板状体の硬化肉盛層3の断面写真を図5(a)に示す。これにより、硬質粒子2は未溶融状態で硬化肉盛層3内部の上部に一定の厚みで均等に分布していることが分る。 FIG. 5(a) shows a cross-sectional photograph of the hardfacing layer 3 of the plate-like body on which hardfacing welding was performed according to Example 2 above. From this, it can be seen that the hard particles 2 are evenly distributed with a constant thickness in the upper portion inside the hardfacing layer 3 in an unmelted state.

<硬質粒子>
・炭化チタンと炭窒化チタンの混合物からなるチタン系サーメット粒子
・粒度(粒径):0.71mm~1.18mm
<母材>
・形状:厚さ(t)6mm、 縦×横 :200mm×100mmの平板
・材質:SS400
<溶接ワイヤ>
・大同特殊鋼製 ソリッドワイヤ硬化肉盛 DS350(ワイヤ径:φ1.2mm)
・θ:20°
・L2:25mm
<硬質粒子供給ノズル6の移動条件>
・ウィービング波形:sin波(走行台車で動くこと、ウィービングでsin波形になると予想されます)
・ウィービング片振幅:8mm
・L3:30mm
<溶接方法>
・マグ溶接
・シールドガス:炭酸ガス(25L/min)
・溶接電流:290A
・溶接電圧:32.2V
・溶接速度:26cm/min
<Hard particles>
・Titanium-based cermet particles made of a mixture of titanium carbide and titanium carbonitride ・Particle size (particle size): 0.71 mm to 1.18 mm
<Base material>
・Shape: Thickness (t) 6mm, Length x Width: 200mm x 100mm flat plate ・Material: SS400
<Welding wire>
・Daido Steel solid wire hardfacing DS350 (wire diameter: φ1.2mm)
・θ: 20°
・L2: 25mm
<Movement condition of hard particle supply nozzle 6>
・Weaving waveform: sine wave
・Weaving half amplitude: 8mm
・L3: 30mm
<Welding method>
・MAG welding ・Shield gas: Carbon dioxide gas (25 L/min)
・Welding current: 290A
・Welding voltage: 32.2V
・Welding speed: 26 cm/min

上記実施例3によって硬化肉盛溶接を行った板状体の硬化肉盛層3の断面写真を図5(a)に示す。これにより、硬質粒子2は未溶融状態で硬化肉盛層3内部の上部に一定の厚みで均等に分布していることが分る。
なお、断面写真は以下の条件で撮影を行った(他の実施例・比較例も同様)。
FIG. 5(a) shows a cross-sectional photograph of the hardfacing layer 3 of the plate-like body on which hardfacing welding was performed according to Example 3 above. From this, it can be seen that the hard particles 2 are evenly distributed with a constant thickness in the upper portion inside the hardfacing layer 3 in an unmelted state.
The cross-sectional photographs were taken under the following conditions (the same applies to other examples and comparative examples).

<硬質粒子>
・炭化チタンと炭窒化チタンの混合物からなるチタン系サーメット粒子
・粒度(粒径):1.18mm~1.70mm
<母材>
・形状:厚さ(t)6mm、 縦×横 200mm×100mmの平板
・材質:SS400
<溶接ワイヤ>
・大同特殊鋼製 ソリッドワイヤ硬化肉盛 DS350(ワイヤ径:φ1.2mm)
・θ:20°
・L2:25mm
<硬質粒子供給ノズル6の移動条件>
・ウィービング波形:sin波
・ウィービング片振幅:8mm
・L3:30mm
<溶接方法>
・マグ溶接
・シールドガス:炭酸ガス(25L/min)
・溶接電流:302A
・溶接電圧:32V
・溶接速度:26cm/min
<Hard particles>
・Titanium-based cermet particles made of a mixture of titanium carbide and titanium carbonitride ・Particle size (particle size): 1.18 mm to 1.70 mm
<Base material>
・Shape: Thickness (t) 6mm, length x width 200mm x 100mm flat plate ・Material: SS400
<Welding wire>
・Daido Steel solid wire hardfacing DS350 (wire diameter: φ1.2mm)
・θ: 20°
・L2: 25mm
<Movement condition of hard particle supply nozzle 6>
・Weaving waveform: sine wave ・Weaving half amplitude: 8 mm
・L3: 30mm
<Welding method>
・MAG welding ・Shield gas: Carbon dioxide gas (25 L/min)
・Welding current: 302A
・Welding voltage: 32V
・Welding speed: 26 cm/min

上記実施例4によって硬化肉盛溶接を行った板状体の硬化肉盛層3の断面写真を図5(b)に示す。これにより、実施例1と同様に硬質粒子2は未溶融状態で硬化肉盛層3内部の上部に一定の厚みで均等に分布していることが分る。 FIG. 5(b) shows a cross-sectional photograph of the hardfacing layer 3 of the plate-like body on which hardfacing welding was performed according to Example 4 above. From this, it can be seen that the hard particles 2 in an unmelted state are evenly distributed in the upper part inside the hardfacing layer 3 with a constant thickness, as in Example 1.

比較例Comparative example

従来の方法であるアーク溶接により母材上に溶融池を形成し、溶融池の上方から該溶融池にサーメット粒子を散布する方法(後退法)により硬化肉盛層を形成した。後退法の溶接条件を以下に示す。
<硬質粒子>
・炭化チタンと炭窒化チタンの混合物からなるチタン系サーメット粒子
・粒度(粒径):0.71mm~1.18mm
<母材>
・形状:厚さ(t)9mm、 縦×横 200mm×100mmの平板
・材質:SS400
<溶接ワイヤ>
・日鉄住金溶接工業製 軟鋼用ソリッドワイヤ YM-26(ワイヤ径:φ1.2mm)
・θ:20°
・L2:25mm
<硬質粒子供給ノズル6の移動条件>
・ウィービング波形:sin波
・ウィービング片振幅:10mm
・L3:30mm
<溶接方法>
・マグ溶接
・シールドガス:炭酸ガス(25L/min)
・溶接電流:312A
・溶接電圧:32.4V
・溶接速度:25cm/min
A molten pool was formed on the base material by arc welding, which is a conventional method, and a hardfacing layer was formed by a method (retreat method) in which cermet particles were dispersed in the molten pool from above the molten pool. The welding conditions for the backward welding method are shown below.
<Hard particles>
・Titanium-based cermet particles made of a mixture of titanium carbide and titanium carbonitride ・Particle size (particle size): 0.71 mm to 1.18 mm
<Base material>
・Shape: Flat plate with thickness (t) 9mm, height x width 200mm x 100mm ・Material: SS400
<Welding wire>
・Nippon Steel & Sumikin Welding Co., Ltd. Solid wire for mild steel YM-26 (wire diameter: φ1.2 mm)
・θ: 20°
・L2: 25mm
<Movement condition of hard particle supply nozzle 6>
・Weaving waveform: sine wave ・Weaving half amplitude: 10mm
・L3: 30mm
<Welding method>
・MAG welding ・Shield gas: Carbon dioxide gas (25 L/min)
・Welding current: 312A
・Welding voltage: 32.4V
・Welding speed: 25 cm/min

上記比較例によって硬化肉盛溶接を行った板状体の硬化肉盛層3の断面写真を図6に示す。これにより、硬質粒子2が硬化肉盛層3の表面に集まって浮いていることが分る。この状態だと、硬質粒子が崩れ落ちたりはがれたりしまうことにより、十分な耐摩耗性を発揮することが難しくなる。 FIG. 6 shows a cross-sectional photograph of the hardfacing layer 3 of the plate-like body subjected to hardfacing welding according to the comparative example. As a result, it can be seen that the hard particles 2 are gathered and floating on the surface of the hardfacing layer 3 . In this state, the hard particles collapse or peel off, making it difficult to exhibit sufficient wear resistance.

Figure 0007144205000001
Figure 0007144205000001

本実施形態である実施例1~4と比較例の方法で形成した硬化肉盛層において、硬質部粒子の分布を示す概念図を図7に示す。図7(a)は実施例、図7(b)は比較例である。実施例は硬質粒子が硬化肉盛層上部の内部側に一定の厚みで分散しているのに対して、比較例は硬化肉盛層上面に浮いた状態で硬質粒子が分布していることを示している。従って、前述の通り本実施形態の硬化肉盛層形成方法を用いることにより、この様な状態で硬質粒子を分布させることができ、耐摩耗性の高い物性を得られることが可能となる。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the distribution of hard portion particles in the hard facing layers formed by the method of Examples 1 to 4 of the present embodiment and the comparative example. FIG. 7(a) is an example, and FIG. 7(b) is a comparative example. In the examples, the hard particles are dispersed in a constant thickness on the inner side of the upper surface of the hardfacing layer, whereas in the comparative examples, the hard particles are distributed in a floating state on the upper surface of the hardfacing layer. showing. Therefore, as described above, by using the hardfacing layer forming method of the present embodiment, hard particles can be distributed in such a state, and physical properties with high wear resistance can be obtained.

本発明に係る硬化肉盛の形成方法は、サーメット粒子のような硬質で比重の小さい硬質粒子を使用して耐摩耗性の高い硬化肉盛層を形成する方法や、硬化肉盛層が形成された耐摩耗材を供給することができる。また、各種粉砕機内部の保護プレート、鉱石などの原料を一時貯蔵するホッパー内部の保護プレート、ケーシング回転掘削工法に用いられるケーシング外周の保護プレートなどに本発明の硬化肉盛層形成方法が適用できるため、耐摩耗性の優れる産業機器を提供することが可能となる。 The method of forming a hard facing according to the present invention includes a method of forming a hard facing layer with high wear resistance using hard particles with a small specific gravity such as cermet particles, and a method of forming a hard facing layer with high wear resistance. It is possible to supply a wear-resistant material with The hardfacing layer forming method of the present invention can also be applied to protective plates inside various crushers, protective plates inside hoppers that temporarily store raw materials such as ores, protective plates around casings used in casing rotary excavation methods, and the like. Therefore, it is possible to provide industrial equipment with excellent wear resistance.

〔変形例〕
(1)本実施形態においては、硬質粒子2を事前に用意して用いたが、サーメット粒子等の硬質粒子が含まれる廃棄材料からリサイクルにより硬質粒子を分取して、適度な粒形に合わせたものを本発明に使用することもできる。
(2)本実施形態においては、マグ溶接により硬化肉盛層を形成したが、これに限定されるものではなく、TIG溶接やMIG溶接なども採用することができる。
[Modification]
(1) In the present embodiment, the hard particles 2 were prepared in advance and used, but the hard particles are fractionated by recycling from waste materials containing hard particles such as cermet particles, and are adjusted to an appropriate particle shape. can also be used in the present invention.
(2) In the present embodiment, the hardfacing layer is formed by MAG welding, but the method is not limited to this, and TIG welding, MIG welding, or the like can also be employed.

1 硬化肉盛形成装置
2 硬質粒子
3 硬化肉盛層
4 母材
5 溶接トーチ
6 硬質粒子供給ノズル
7 溶接ノズル
8 ウィービング装置
9 フィーダー
10 走行台車
11 溶接ワイヤ
12 溶融池
20 硬化肉盛形成装置の全体
21 材料固定台
22 フィーダー移動梁
23 フィーダー支持台
24 定盤

1 hard facing forming device 2 hard particles 3 hard facing layer 4 base material 5 welding torch 6 hard particle supply nozzle 7 welding nozzle 8 weaving device 9 feeder 10 traveling carriage 11 welding wire 12 molten pool 20 whole hard facing forming device 21 material fixing base 22 feeder moving beam 23 feeder support base 24 surface plate

Claims (2)

炭化物及び/又は炭窒化物を含有する硬質粒子を母材上に散布する第1工程、
溶接トーチと前記母材との間にアークを発生させ母材表面を溶融させる第2工程、
前記硬質粒子を未溶融状態で含有する第2工程で溶融された母材を凝固することにより硬化肉盛層を得る第3工程からなり、
前記第1工程と前記第2工程と前記第3工程を繰り返し行うことにより、連続して硬化肉盛層を形成する硬化肉盛層形成方法。
a first step of sprinkling hard particles containing carbides and/or carbonitrides onto the base material;
A second step of generating an arc between the welding torch and the base material to melt the surface of the base material;
A third step for obtaining a hard facing layer by solidifying the base material melted in the second step containing the hard particles in an unmelted state ,
A hard facing layer forming method for continuously forming a hard facing layer by repeating the first step, the second step, and the third step.
前記第1工程の直後に前記第2工程が行われることを特徴とする請求項1に記載の硬化肉盛層形成方法。 2. The hardfacing layer forming method according to claim 1, wherein the second step is performed immediately after the first step.
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