JPH01122667A - 付着物溶接によって軸対称の工作物を形成する為の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔従来技術の説明〕 シェイブメルティングは、溶接材料の層を所望の形状が
達成されるまで積み重ね肉盛りさせることによって構造
部品を製造するプロセスである。

このプロセスは鉄材料及び非鉄材料を共に使用して迅速
且つ経済的にニアネットシェイブ製品を生じさせる利益
を提供する。

米国特許第２，２９９，７４７号はを非−粘着ベースに
沿って溶融ビードな連続的に肉盛りすることにより全体
が溶融肉盛りされた溶接金属から成る構造物を形成する
為のアークプロセスを部分的に開示する。類似の方法が
米国特許第２，９１２．５６２号に開示されここではデ
ィーゼルエンジンの為のシリンダライチの修理が意図さ
れている。溶融形態にて順次肉盛りされた溶接材料だけ
から成るシリンダをビルドアップ形成する概念は米国特
許第３，５５８，８５６号に記載される。

米国特許第４，５１７，４３４号は複数の溶接部分から
構成される曲り管を肉盛り（ビルドアップ）形成する為
の付着物溶接に関するものである。そして米国特許第４
，６２１，７６２号には、水によって冷却される形成シ
ューを使用する付着物溶接により工作物を肉盛り形成す
ることが記載される。前記米国特許第３，５５８，８５
６号と同様に、米国特許第４，６７１，４４８号には溶
接肉盛り及び工作物の回転によって対称的な湾曲表面を
具備する要素を形成する方法が記載される。

オートメーション及びコンピューターコントロールはシ
ェイブメルティングプロセスの一体部分であり得る。オ
ートメーションの使用は製品ステーションを最大限に融
通性あるものとする。こうした融通性は任意の数の異な
る製品を、広範囲に渡る再加工の必要性無く製造可能と
する。この場合の再加工とは、大抵の場合に於て、シー
ケンスを検索する制御用ソフトウェアの変更、溶接パラ
メータの変更、そして所望の最終製品を実現する為に必
要な溶接位置の変更、である。

シェイプメルティングの殆ど全ての様相にはコンピュー
ターコントロールが関与する。プロジェクトの初期のス
テージでは設計アスペクトはコンピューター分析される
。こうした分析の結果はオートメーションを制御する機
能に盛り込まれる。

上述のコンピューターコントロールの使用には指定の機
械的性質、耐腐蝕性、そして物理的性質を有する最終製
品を送り出すことが含まれる。これは、そうした性質が
溶接熱入力、冷却速度、ビード寸法、ビード形状、ビー
ドシーケンス、そしてビード位置、から成る相互作用と
強（結び付いていることによるものである。もし上記変
数に加え、製品全体を通しての組成変化もまた可能であ
れば、適切な制御を実施することによって製品の強度、
靭性、硬度或は製品の臨界点における耐腐蝕性を所望通
りに組合せることが可能である。

シェイブメルティングの様な付着物溶接における溶接肉
盛り作業には一般に金属加工片である予備成形物が必要
でありそこに溶接肉盛りの最初の層が付着される。°“
予備成形物°゛と称する理由はその酸形成は加工形状が
意図される最終肉盛り形状を反映するからである。

予備成形物は、溶融肉盛りされる溶接金属の為の支持体
として、引き続き肉盛りされる溶接材料を冷却する為の
導管として、溶接縮み応力を抑制しそれによって肉盛り
体の変形を制限する為の手段として夫々作用しそして、
溶接肉盛りの為の全体断面形状、例えば筒状の肉盛り体
形成の為には出発予備成形物として筒が必要であるが、
その形状を与える作用を成す。

事実止金ての溶接肉盛り作業は、上述の目的の幾つか或
は全ての為に成る形状の予備成形物を必要とする。殆ど
全ての例に於て、コンベンショナルな予備成形物の表面
は溶接アークの熱によって溶融される。こうした表面溶
融は溶接肉盛り体への予備成形物の有害な結合を招く。

そして更に、予備成形物が溶接材料と同一組成を持つ場
合を除き、予備成形物の表面溶融によって初期の肉盛り
体の組成は溶融した予備成形物材料を幾分含むものとな
る。

もしそうした組成変化が好ましからざる場合には、予備
成形物及び肉盛り層を溶接金属組成を全体として許容し
得るものとするに必要なだけ切り取る必要がある。この
材料損失及び増大される製造時間はシュイブメルティン
グの経済性にマイナスの効果を与える。先に言及した如
く、予備成形物の使用と関連する別の目的は、予備成形
物を通常、初期に於て所望される形状に加工しなければ
ならないということである。これは、シュイブメルティ
ングに先立つ材料及び加工時間に共に経費を要すること
を意味する。従って、もし予備成形物の必要性が排除さ
れれば、シェイプメルティング製造における初期及び最
終ステージに係わる費用は低減される。

〔発明の概要及び作用効果〕

本発明によれば、回転する、再使用可能なシュー装置及
びその使用方法が提供され、それによって、全体が肉盛
りされた溶接材料から成る工作物の作製におけるコンベ
ンショナルな予備成形物の必要性が排除される。

回転する再使用可能なシューは、下側形状、必要な材料
支持、そして肉盛りされ固化されるに際しての溶接金属
の冷却を提供する。シューの設計形状に依存して、シュ
ーの表面は溶接期間中に溶融せず従って工作物に結合せ
ず、それによって肉盛りされた溶接金属の組成に悪影響
を与えることが無い。従ってこの装置を使用することに
より工作物を、コンベンショナルな予備成形物に関連す
る追加的な費用を要すること無く、所望の形状とし得る
。

従って本発明の一つの様相に於ては、軸対称の工作物を
溶接肉盛りによって形成する為の装置が提供される。本
発明の装置は、溶融した溶接材料を肉盛りさせる為に工
作物の軸に沿って移動可能な溶接ヘッドと、回転自在の
再使用し得るシューにして、工作物の表面に直接肉盛り
される溶融した溶接材料を、形成し、支持し、そして冷
却する為に工作物と摩擦接触されるシューと、溶接ヘッ
ドがシュー表面に溶融した溶接材料を肉盛りされるに従
って工作物を回転し、そして該工作物と接触状態に保持
されたシューな摩擦によって回転させる為の手段と、溶
接ヘッドの下方にシューの新しい表面を連続的に提供さ
せ、溶融した溶接材料をそれが肉盛りされるに従い冷却
し続ける為の手段とから成り立つ。

本発明の別の様相に於ては、上記特徴を有する軸対称の
工作物を溶接肉盛りによって形成する為の装置が提供さ
れ、ここでは更に、シュー表面及び工作物間の傾斜角度
を変化させて工作物の寸法形状を変化させ装置に縦横方
向及び回転の融通性を与え、それによって単一のシュー
形状を使用して種々の形状の工作物製造を可能とする為
の手段が設けられる。

本発明の別の様相に於ては溶接肉盛りによって軸対称の
工作物を形成する為の方法が提供され、該方法には、工
作物の軸方向に沿って移動自在の溶接ヘッドを使用して
、工作物と摩擦接触する回転自在の再使用し得るシュー
の表面に溶融した溶接材料を肉盛りする段階と、シュー
表面に溶融した溶接材料を肉盛りする間、工作物を回転
させそして工作物と摩擦接触するシューな摩擦によって
回転する段階と、シュー及び溶接ヘッドを共に連続的に
移動して溶接ヘッドの下方に新しいシュー表面領域を連
続的に出現させ、それによって溶接材料を、それが肉盛
りされるに従って連続的に冷却する段階と、が含まれる
。

本発明による作用効果は以下に説明される通りである。

消耗される予備成形物に対する必要性を排除する再使用
し得るシューな提供することにより、コンベンショナル
な予備成形物を、製造するべき工作物の各々に対して所
望される初期寸法形状に加工することに関連する製造費
用が大幅に低減される。同様に、シューを、それが消耗
性の予備成形物が使用される状況におけるが如く溶接ア
ークによって溶融するのを防止することにより、シュー
と、肉盛りされ工作物を形成する溶接材料とが結合せず
、従って肉盛りする溶接材料から成る層の汚染が排除さ
れ、その場合に通常必要とされる加工が排除される。

〔実施例の説明］ 全体を通して同じ参照番号は同じ要素を表わす図面を、
特に第１図及び２図、そして３図を参照するに、本発明
の１つの様相が筒状のシュー１０にて示され、該シュー
１０は消耗することなく、冷却、シェイピング及び支持
の機能を提供する。

運転に際し、シュー１０は工作物１２と接触状態に保持
される。接触点１４は、溶接金属或は溶接材料肉盛り点
と一致される。金属を肉盛りする為に、消耗ワイヤ１６
及び既存の工作物１２の縁部間にアークが引き寄せられ
る。最初の溶接金属の肉盛りに際しては金属は使い捨て
式の金属出発素材の縁部に肉盛りされる。シュー１０は
溶接回路から電気的に隔絶され、従ってアークはそこに
は引き寄せられない。アークは同時に工作物１２の縁部
の小領域を融解しそれによって消耗ワイヤ１６の溶融液
滴１４の肉盛りが開始される。肉盛り領域下方とのシュ
ー１０の接触は、発生した全ての溶融材料が支持されそ
れによって高温の金属の冷却を助成する為の手段が提供
されるようにして制御される。このようにして、シュー
１０の表面はシュイブメルト製品の内側表面を画定する
。

シュー１０は、第１図、２図及び３図に示される様に、
軸対称部品を徐々に付着物溶接成形酸は溶接肉盛りする
様な設計形状とされる。この為、シューｌＯは筒状或は
その外側半径が工作物１２の内側半径よりも小さい形状
とされる。与えられた用途に於て使用可能なシューの半
径には上限及び下限がある。半径の下限はシューｌＯが
溶接材料塊或はパドルを支持し且つその形状を制御する
能力によって画定され、上限は作成される部品の内径に
よって画定される。

シュー１０は使用に際し自由に回転可能とされる。シュ
ー１０の回転は工作物１２との摩擦接触によって成され
る。シュー１０と工作物１２との接触は片持ち支持され
たシューｌＯの縦方向位置を調節することによって維持
される。工作物１２の機械的回転がシュー１０を回転駆
動する。

溶接ヘッド１８が工作物１２の軸方向に沿って移動され
る。この工作物１２の機械的回転並びに溶接ヘッドの移
動が組合せられることによって、溶接ヘッド１８の下方
に新たな肉盛り領域が連続的に提供される。こうして材
料は工作物１２の軸方向に沿って螺旋状或は階段状に肉
盛りされる。

肉盛りされた材料の下方にシューの表面を出現させ続け
る為に、シュー１０は溶接ヘッド１８と共に移動されね
ばならない。シュー１０の、先に言及された回転は、新
たに肉盛りされた溶接材料１４を冷却する為の冷えたシ
ュー表面を連続して利用する為に望ましい。この連続回
転が、シュー１０が局部的に溶融するに十分高温となり
溶接アークによって消耗されることがないようにする。

別様には、シュー１０の回転は独立駆動手段（図示せず
）によって提供され、工作物１２に溶融金属が肉盛りさ
れる期間中における一定且つ安定した回転が保証される
。

シュー１０が溶融しないことを更に保証するよう、シュ
ー１０は高伝導性材料、例えば銅から作成される。加え
てシューは第４図に例示されるように中空とされ、流体
を使用する内側冷却の為のアクセスが提供される。こう
したシューの冷却は回転カップリング機構２０の補助の
下に、シューな貫いて循環させて連続的に冷却流体を入
れ替することにより実現される。冷却流体の流速は、シ
ュー１０を一定の低温に維持する為に十分に高く維持さ
れそれによって、肉盛りされた溶接材料１４を冷却し且
つシュー１０が溶融する恐れを更に最少化する為の手段
が提供されるという二重の利益が提供される。

形成される工作物１２の断面は、シュー１０の表面及び
工作物１２間の角度を制御することによってコントロー
ルされる。第５図を参照するに、もし工作物１２の内径
を変化させたい場合にはそうした変化は、シュー１０を
傾倒し新たに所望される姿勢、例えば傾倒されたシュー
２２によって達成如き姿勢とすることにより実現される
。斯くして、シュー１０を任意の所望の角度に傾倒する
一方、回転、移動そして内側冷却を可能な状態としてお
く為の追加的な機構が提供される。同一のシューな傾倒
させる能力は、縮み応力に依存して製品寸法が変化する
のを受容し且つ補正する為にもまた使用される。

以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内
で多くの変更を成し得ることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の上面図である。 第２図は第１図に示される本発明の装置の正面図である
。 第３図は第２図に示される本発明の装置の側面図である
。 第４図は回転カップリングに取付けられた本発明におけ
るシューの流体による冷却を例示する部分破除した断面
図である。 第５図は工作物の寸法を変化させる為のシューの可変傾
倒角度を例示する部分破除した断面図である。 尚、図中主な部分の名称は以下の通りである。 １０：シュー １２：工作物 １４：接触点 １６：消耗ワイヤ １８：溶接ヘッド ２０：回転カップリング機構 ＦＩＧ、　Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、付着物溶接によって軸対称の工作物を形成する為の
   装置であって、 溶融した溶接材料を肉盛りする為に工作物の軸に沿って
   移動自在の溶接ヘッドと、 回転自在の再使用し得るシューにして、工作物の表面に
   直接肉盛りされる溶融した溶接材料を形成し、支持し、
   そして冷却する為のシューと、溶接ヘッドがシューの表
   面に溶融した溶接材料を肉盛りさせるに従い工作物を回
   転し、そして工作物と接触状態にあるシューを摩擦によ
   って回転する為の手段と、そして、 溶融した溶接材料を、それが肉盛りされるに従い冷却し
   続ける為に、シューの新しい表面領域を連続的に提供さ
   せるべくシュー及び溶接ヘッドを共に移動させる為の手
   段と、 から成る、付着物溶接によって軸対称の工作物を形成す
   る為の装置。 ２、回転自在の再使用し得るシューは高伝導性材料から
   作成される特許請求の範囲第１項記載の付着物溶接によ
   って軸対称の工作物を形成する為の装置。 ３、高伝導性材料は銅である特許請求の範囲第２項記載
   の付着物溶接によって軸対称の工作物を形成する為の装
   置。 ４、回転自在の再使用し得るシューは中空である特許請
   求の範囲第１項記載の付着物溶接によって軸対称の工作
   物を形成する為の装置。 ５、肉盛りされた溶融した溶接材料を冷却し続けそれに
   よってシューの溶融を防止する為にシューを貫いて冷却
   流体を循環させ、中空のシューを冷却する為の手段を含
   んでいる特許請求の範囲第４項記載の付着物溶接によっ
   て軸対称の工作物を形成する為の装置。 ６、溶接アークがシューに引き寄せられない様、シュー
   が溶接ヘッドから電気的に絶縁されている特許請求の範
   囲第５項記載の付着物溶接によって軸対称の工作物を形
   成する為の装置。 ７、付着物溶接によって形成された軸対称の工作物は中
   空体である、特許請求の範囲第１項記載の付着物溶接に
   よって軸対称の工作物を形成する為の装置。 ８、回転自在の、再使用し得るシューは筒状でありその
   外径は軸対称の工作物の内径と等しい特許請求の範囲第
   ７項記載の付着物溶接によって軸対称の工作物を形成す
   る為の装置。 ９、シューの外径は、肉盛りされる溶融した溶接材料を
   支持し且つその形状を制御する能力によって定義される
   下限半径よりは大きくない特許請求の範囲第８項記載の
   付着物溶接によって軸対称の工作物を形成する為の装置
   。 １０、工作物の寸法形状を変化させる為に、シューの表
   面及び工作物の軸間の傾斜角度を変化させる為の手段を
   更に具備している特許請求の範囲第１項記載の付着物溶
   接によって軸対称の工作物を形成する為の装置。 １１、付着物溶接によって軸対称の工作物を形成する為
   の装置であって、 溶融した溶接材料を肉盛りする為に工作物の軸に沿って
   移動自在の溶接ヘッドと、 回転自在の、再使用し得るシューにして、工作物の表面
   に直接肉盛りされる溶融した溶接材料を形成し、支持し
   、そして冷却する為のシューと、溶接ヘッドがシューの
   表面に溶融した溶接材料を肉盛りするに従い工作物を回
   転し、そして工作物と接触状態にあるシューを摩擦によ
   って回転する為の手段と、 工作物の寸法形状を変化させる為に、シューの表面及び
   工作物の軸間の傾斜角度を変化させる為の手段と、そし
   て、 溶融した溶接材料を、それが肉盛りされるに従い冷却し
   続ける為に、シューの新しい表面領域を連続的に提供さ
   せるべくシュー及び溶接ヘッドを共に移動させる為の手
   段と、 から成る、付着物溶接によって軸対称の工作物を形成す
   る為の装置。 １２、付着物溶接によって軸対称の工作物を形成する為
   の方法であって、 工作物の軸に沿って移動自在の溶接ヘッドを使用して、
   溶融した溶接材料を、工作物と摩擦接触され回転自在の
   再使用し得るシュー上に肉盛りする段階と、 溶接ヘッドが、溶融した溶接材料をシューの表面に肉盛
   りするに従い工作物を回転し、そして工作物と接触状態
   にあるシューを摩擦によって回転する段階と、 溶融した溶接材料を、それが肉盛りされるに従い冷却し
   続ける為に、シューの新しい表面領域を連続的に提供さ
   せるべくシュー及び溶接ヘッドを共に移動させる段階と
   、を包含する付着物溶接によって軸対称の工作物を形成
   する為の方法。 １３、肉盛りされた溶融した溶接材料を冷却し続けそれ
   によってシューの溶融を防止する為に、シューを貫いて
   冷却流体を循環させる段階を含んでいる特許請求の範囲
   第１２項記載の付着物溶接によって軸対称の工作物を形
   成する為の方法。 １４、溶接アークがシューに引き寄せられないよう、シ
   ューを溶接ヘッドから電気的に絶縁する段階を含んでい
   る特許請求の範囲第１３項記載の付着物溶接によって軸
   対称の工作物を形成する為の方法。 １５、シュー表面への溶融した溶接材料の肉盛り期間中
   のシューの一定且つ安定した回転を保証する為に、工作
   物を回転させるのに加え、シューを独立的に回転させる
   段階を含んでいる特許請求の範囲第１４項記載の付着物
   溶接によって軸対称の工作物を形成する為の方法。 １６、工作物の寸法形状を変化させる為に、シューの表
   面及び工作物の軸間の傾斜角度を変化させる段階を含ん
   でいる特許請求の範囲第１５項記載の付着物溶接によっ
   て軸対称の工作物を形成する為の方法。