JPH01278970A - 粉体プラズマ肉盛溶接方法 - 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】

（産業上の利用分野） 本発明は、粉体プラズマ溶接による耐摩耗肉盛方法に係
り、激しい摩耗を受ける部品に、特に広い面積で厚く肉
盛することができる方法に関するものである。 （従来の技術及び解決しようとする課題）粉体プラズマ
溶接は、粉末材料を溶接材料として用いる溶接法であっ
て、粉末溶接材料をキャリヤーガスと共に、母材と電極
間に発生しているプラズマアーク中に供給し、アーク熱
で溶融して溶着金属とする溶接法であり、アーク状態が
移行型アークであることから、これをＰ　Ｔ　Ａ　（Ｐ
　ｌａｓｍａＴ　ｒａｎｓｆｅｒｅｄ　Ａ　ｒｅ）溶接
とも称されている。 この粉体プラズマ溶接は、従来の施工法と異なる幾つか
の特徴をもっており、肉盛溶接の分野で注目されている
施工法である。 特に、粉末を直接に溶材として用いることができるため
、炭化物とマトリックス金属からなる複合材を用いるこ
とで、多量に炭化物を含む溶着金属を容易に得られるの
が大きな特徴であり、各方面で適用が検討されている。 炭化物は、硬さが高く、これを多量に含む溶着金属は極
めて耐摩耗性に優れ、従来の硬質金属（マルテンサイト
等）に比べて摩耗部品の長寿命化に極めて有用なもので
ある。 しかし、炭化物を多く含む溶着金属は、極めて割れ易く
、通常の溶接条件では、広い面積に厚く肉盛することは
困難とされており、適用が限定されていた。 すなわち、薄肉（２ＩＩＩＩ１１以下）の肉盛であれば
、十分な予熱を行うことによりかなり広い面積の肉盛も
可能となるが、激しい摩耗を受ける部分では、２ｍｍ程
度の肉盛厚さでは十分な性能が得られない場合が多く、
炭化物系温材の特性を十分に活かすことができていない
状況であった。 本発明は、かＮる状況のもとでなされたものであって、
炭化物系温材を用いる粉体プラズマ溶接において、広い
面積を厚肉盛する場合においても割れのない施工を可能
にする方法を提供することを目的とするものである。 （課題を解決するための手段） 前期目的を達成するため、本発明者等は、粉末プラズマ
溶接でも特に炭化物を比較的多量に含む温材を用いて肉
厚の大きい肉盛を行う場合には割れが発生し易いことか
ら、その原因の究明並びに対策について鋭意研究を重ね
た。 その結果、か＼る場合に発生する割れは端部における切
欠きの発生が重要な因子の１つとなっていることを究明
し、その対策として、端部に切欠きを生じせしめない施
工として、肉盛しようとする部分の端部全周に予め金属
壁を設けることを想到したのである。 すなわち、本発明に係る粉体プラズマ溶接方法の施工法
は、要するに、温材として炭化物を３０ｖｏｌ％以上含
む炭化物系温材を用い、且つ、肉盛する部分の全周に予
め金属壁を設けて、その内部に肉盛することにより割れ
のない施工を可能としたものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） 炭化物系温材は、極めて硬質の炭化物と、軟質のマトリ
ックス材より構成されており、耐摩耗性は炭化物の量に
より決まる。炭化物が少ないと軟らかいマトリックス材
が直接摩耗を受け、十分な耐摩耗性は得られないが、炭
化物が３０ｖｏｌ％以上になると耐摩耗性は急速に良好
となり、目的とする耐摩耗性が得られる。 第１図はマトリックス材（ＳＵＳ３０９）に炭化物とし
てＮｂＣを種々の量で含有させ、粉体プラズマ溶接し、
肉盛部について大館式摩耗試験（回転板：５ＫＨ−５（
焼入れ材）、回転速度：　２．９１ｍ／ｓｅｃ、荷重：
１２．１ｋｇ）を実施して摩耗量を測定した結果を示し
たものである。同図より明らかなように、ＮｂＣ含有量
が３０ｖｏｌ％以上になると摩耗量が大きく低減してい
ることがわかる。この傾向は、炭化物としてＣｒＣ，Ｔ
ｉＣ，ＷＣ等を用いた場合も同様である。 そのため、本発明では、炭化物系の温材として炭化物を
３０ｖｏｌ％以上含むものを対象とするのである。 しかし乍ら、このように多くの炭化物を含む炭化物系温
材を用いると、肉盛部に割れが発生し易い０本発明者等
は割れ発生のメカニズムについて種々検討した結果、以
下の事項を知見するに至った。 すなわち、炭化物系の肉盛において肉厚が大きくなると
極めて割れ易くなるが、その原因は、溶着金属の伸びが
極めて少なく、溶接時の収縮応力に耐えられないのが主
であるが、もう１つ重要な因子として、端部における切
欠きの発生がある。 これは、炭化物系の溶着金属はなじみがあまり良好では
なく、端部においてなじみ不良により凹部やコールドラ
ップが生じ易く、この部分が切欠きとなり、割れの起点
となるためである。 本発明は、こうした観点から、端部の切欠きを生じない
施工を提供するものであり、肉盛しようとする部分の全
周に予め肉盛厚さ以上の金属壁を設けて、その内部に前
記炭化物系温材を用いて肉盛溶接する施工法である。こ
れにより、炭化物系溶着金属の端部には切欠きのない施
工が可能となる。 本発明の目的をより効果的に達成できるのは。 肉盛厚さ２■を超え、且っ肉盛面積（金属壁で囲まれて
いる１つの面積）が２０ｃｍ”を超えている場合である
ことも１本発明者等は知見した。このような場合には金
属壁の効果が特に顕著にあられれるためである。 金属壁を設ける手段は特に限定されないが、推奨される
方法としては、母材の形状を始めから金属壁付のものに
作成する方法と、肉盛により金属壁を形成する方法であ
る。前者の母材を金属壁付にする方法は新作の母材に限
られるが、多量に同形状の物を作る場合などには能率的
である。特に鋳造母材の場合に型を作れば量産が容易と
なる。 第２図乃至第４図は金属壁の形成態様の一例を示したも
のであり、各図とも（ａ）は母材１に肉盛しようとする
部分２を示し、（ｂ）はその全周に金属壁３を設けた状
況を示し、（ｃ）は金属壁３の内部に粉体プラズマ溶接
により炭化物系溶着金属４を肉盛した後を示している。 第２図は円柱状の母材の端部に金属壁を設けた場合であ
り、母材を加工し或いは肉盛により形成することができ
る。第３図は断面矩形状の母材に肉盛により金属壁を設
けた場合であり、第４図は同様に薄い肉盛部の場合を示
している。金属壁３を設けない場合は第５図（ａ）に示
す如く炭化物系溶着金属４の端部に切欠き５が発生する
が、金属壁３を設けると、同図（ｂ）に示す如く切欠き
の発生を防止することができる。 なお、金属壁の高さは、当然のことながら炭化物系箔材
を肉盛する厚さ以上とする必要があるが。 金属壁の幅は適切に設定する。幅が狭すぎると、肉盛溶
接時に溶は落ちを発生し１本来の目的を達成し粟い。一
方、厚い場合には耐割れ性は問題がないが、縁盛り材は
本来耐摩耗性を期待できない材料であるので、耐摩耗の
面からはできるだけ少ない方が望ましい。これらからす
ると、金属壁の幅は２〜１０ｍ＠が望ましい。 本発明において設ける金属壁の材質は特に限定されない
が、より好ましいのは以下■、■のとおりである。 ■金属壁の伸び 金属壁の溶接時は、それ以外の部分を溶接（粉体プラズ
マ肉盛溶接）する場合に比較して若干割れが発生し易い
ことがあるが、このような割れを防ぐには金属壁の伸び
を１０％以上とすれば良いことを知見した。 ■金属壁の成分 溶接対象となる母材は一般的に硬化性が高く。 溶接性の悪い材料が多い。したがって、金属壁を溶接に
よって設ける場合には溶接によって欠陥が発生しないよ
う留意する必要があり、一方、炭化物を含む温材を肉盛
溶接するにあたっては、これら炭化物となじみが良いこ
とも必要となってくる。 これらの観点から種々検討した結果、金属壁の材質はオ
ーステナイト系ステンレス鋼或いはインコネル系の材料
が最適であることが判明した。 なお、金属壁を肉盛溶接によって形成する施工法として
は、通常の溶接法を用いることが可能であるが、比較的
狭いビードを積層するため、ＴＩＧ溶接、サブマージア
ーク溶接、ＭＡＧ溶接及び粉体プラズマ溶接が適してい
る。溶接条件としては、母材の耐割れ性を考慮して適正
な予熱を行い。 ビード形状を整えるために低めの電流で施工するのが望
ましい、ＭＡＧ溶接の場合は細径ワイヤ（１，２ｍｍφ
以下）を用いると施工が容易となる。 割れ防止の観点からはＴＩＧ溶接が特に好ましい。 次に、金属壁の内部に炭化物系箔材を用いて粉体プラズ
マ肉盛溶接するが、この肉盛溶接の施工条件としては、
入熱量が多い方が割れに＜＜、予熱は高い温度の方が割
れにくい。 これらは、従来から云われている冷却速度を遅くするこ
とにより応力緩和する効果もあるが、本発明においては
、金属壁を予め設けているので、これらの効果以上に金
属壁とのなじみとの関係からも、適切な入熱量、予熱温
度にすることが、本発明の効果を顕著にすることができ
る。すなわち、前述のように炭化物系はなじみが悪いの
で、低入熱量、低予熱温度ではなじみが悪くなり、融合
不良が発生し易く、融合不良部から割れを発生してしま
い、金属壁の効果を活かすことができなくなる。そのた
め、入熱量は３５ＫＪ／ｃｍ以上、予熱パス間温度は３
００℃以上とすることが推奨される。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 失庭匠よ 本例は丸型鍛造ポンチに適用した例であり、温材として
ＮｂＣ系複合材料（ＮｂＣ４０ｖｏ１２％＋オーステナ
イトステンレス１１６０ｖｏｆｉ％）を用い、母材（Ｓ
ＫＤ６１）に第６図に示す仕上げ形状、寸法の肉盛部（
斜線部）を粉末プラズマ溶接により形成する施工である
。 施工方法としては、第７図に示すように、母材の開先加
工を金属壁３が得られるように行った後、前記ＮｂＣ系
溶材温材いて粉末プラズマ溶接により金属壁の内部を積
層し肉盛した。肉盛溶接の条件は、予熱温度３５０℃、
バス間温度３５０〜４００℃、電流１５０〜１６０Ａ、
電圧３５〜３７Ｖである。 なお、比較のため、第８図に示すように、金属壁なしで
同様の溶接条件にて積層し肉盛した。 その結果、比較例の施工法の場合には、金属壁がないた
め、第８図のＡ部とＢ部の重ね部に凹みが発生し、それ
を起点として割れが発生した。−方、金属壁を設けた施
工法の場合には、そのような凹みの発生を防止でき１割
れの発生を防止できた。 実施例２ 本例は角型プレス金型ポンチに適用した例である。 温材としてＣｒＣ系複合材料（ＣｒＣ４５ｖｏｌ＋ステ
ンレス１ｌＩ５５ｖＯＱ％）を用い、母材（ＳＣＭ４４
５）に第９図に示す仕上げ形状、寸法の肉盛部（斜線部
）を粉体プラズマ溶接により形成する施工である。 施工方法としては、第１０図に示すように、金属壁を設
ける場合、ステライト系溶接棒又はインコネル系溶接棒
の２種類を用い、ＴＩＧ溶接により予熱パス間温度１５
０〜２５０℃、電流１２０〜１５０Ａの条件で金属壁肉
盛を行った。また、金属壁内部には、予熱パス間温度２
５０〜４５０℃、電流１５０−１９０Ａ、電圧３２〜３
８ｖ、速度４〜１５ｃｐｍの条件で粉末プラズマ溶接に
より積層し肉盛した。なお、金属壁の特性並びに溶接条
件の詳細を第１表に示す。 また、比較のため、第１１図に示すように、金属壁を設
けずに、予熱パス間温度４００〜４５０℃、電流１７０
Ａ、電圧３５ｖ、速度８　ｃｐｓの条件で粉末プラズマ
溶接により積層し肉盛した。 その結果、金属壁を設けなかった場合は、割れが多く発
生した。 一方、金属壁を設けた本発明例の場合は、第１表に示す
ように、特に、金属壁の伸びが１０％以上で、予熱バス
間温度が３００℃以上１人熱量が３５ＫＪ／ｃｍ以上の
場合（Ｎｌｌｌ、＆２）は、割れの発生が皆無であった
。しかし、これらのいずれかが適当でない場合（＆３〜
ＮＱ７）、具体的には。 ＆３、Ｎ１１４は入熱量が不足し、Ｎα７は予熱が不足
し、＆５、＆６は金属壁の伸びが足らないため、極く僅
かの割れの発生が認められたものの、金属壁を設けなか
った比較例よりも割れの発生は軽微である。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、粉体プラズマ溶
接により比較的多くの炭化物を含む炭化物系温材を用い
て肉盛溶接するに際し、金属壁を設けてその内部に肉盛
するので、割れの発生がなく、特に広い面積で厚く肉盛
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は炭化物系温材の炭化物量と溶着部の摩耗量の関
係を示す図、 第２図乃至第４図はそれぞれ金属壁の態様を示す図で、
各回とも（ａ）は肉盛部を示し、（ｂ）は金属壁の設置
状況を示し、（ｃ）は溶着金属を示し、第５図は炭化物
系溶着金属の端部を示す図で、（ａ）は金属壁を設けな
い場合を示し、（ｂ）は金属壁を設けた場合を示し、 第６図乃至第８図は実施例１を示す説明図で、第６図は
肉盛部の形状寸法を示す断面図であり、第７図の（ａ）
は金属壁の設置状況を、また（ｂ）は積層した肉盛部を
それぞれ示し、第８図は金属壁を設けずに積層した肉盛
部を示し、 第９図乃至第１１図は実施例２を示す説明図で、第９図
の（ａ）は母材及び肉盛部の形状寸法を示す斜視図、（
ｂ）はその正面図、（Ｃ）は側面図であり、第１０図は
金属壁を設けて積層した肉盛部を示し、第１１図は金属
壁を設けずに積層した肉盛部を示している。 １・・・母材、２・・・肉盛部、３・・・金属壁、４・
・・炭化物系溶着金属、５・・・切欠き。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 ＳｊＪ中り崖化２９　（Ｍ（”）ｌ　（ｖｏ１％）第３
図　　　第４図 第５図 第６図 第８図 第９図 （ａ）　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）第１
０図　　第１１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉体プラズマ溶接により、３０ｖｏｌ％以上の炭
   化物を含む溶接材料（以下、炭化物系溶材という）を用
   いて肉盛溶接を行うに際し、肉盛する部分の全周に予め
   肉盛厚さ以上の金属壁を設け、その内部に肉盛溶接を行
   うことを特徴とする粉体プラズマ肉盛溶接方法。
2. （２）前記金属壁が伸び１０％以上の金属からなり、肉
   盛溶接を予熱パス間温度３００℃以上、入熱量３５ＫＪ
   ／ｃｍ以上で行う請求項１記載の方法。