JPH03110075A - 表面硬化用粉末肉盛溶接材の製造方法 - 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、プラズマアーク溶接に用いる肉盛溶接材中の
炭化物等の硬質物を微粒化した表面硬化用粉末肉盛溶接
材に関する。

（従来の技術） プラズマアークによって合金粉末と炭化物を肉盛溶接す
る方法が知られている。この肉盛溶接によって、例えば
、バルブ、バイブ、ロール等の加工部材に所定の肉盛材
を溶接することにより、加工部材表面の耐摩耗性、耐熱
性、耐食性等を改善する。

このプラズマ肉盛溶接方法は、プラズマアーク中に加工
部材に肉盛される合金粉末と炭化物を供給し、この混合
粉末を溶解して該加工部材の表面に導き、所定の肉盛層
を形成するものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の肉盛溶接方法は、プラ
ズマアーク中に供給された炭化物が未溶解のままで存在
して充分に微粒化しないこと等の理由により、得られる
溶接肉盛材の溶接性や靭性、耐摩耗性が充分でないとい
う問題がある。この問題点については特願平Ｌ−２０１
７４７号の発明により解決したが、この先の出願に係る
発明においては、肉盛材を粉砕した後の粉末はトーチ内
で目詰りや湯玉などが発生しやすく実用性に欠けるとい
う問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、従来の方法による肉盛層の炭化物等の粒子を微
細化しかつ粉末粒子を球状化し、トーチ内の目詰りを防
止して溶接作業性を向上するとともに、得られる肉盛溶
接材の溶接性、靭性、耐摩耗性等を向上させることにあ
る。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するための本発明の第１の発明の表面硬
化用粉末肉盛溶接材の製造方法は、プラズマアークの中
に合金粉末と硬質粒子を供給して溶解された合金を肉盛
し、この合金を粉砕した後再度プラズマアーク中に供給
して溶解し、自由落下凝固せしめて球状化するとともに
硬質粒子を微細分散化することを特徴とする。

本発明の第２の発明の表面硬化処理品は、前述した第１
発明の製造方法を用いて得られた表面硬化用粉末肉盛溶
接材を肉盛したことを特徴とする。

本発明に用いる合金粉末は、ハステロイＣ、ステライト
、ナイモニック、Ｎｉ粉末等を適用することができる。

また、硬質粒子としては、ＮｂＣ１ＴａＣ，ＴｉＣ，Ｗ
Ｃ，ＶＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＢＮ等の窒化物、Ａｌ２
ｚ　Ｏｓ　、Ｚｒ０ｚ等の酸化物を適用することができ
る。

本発明の製造方法では、プラズマアークによる溶解、粉
砕をした後、再びプラズマアーク溶解を繰り返すもので
あるが、プラズマアーク溶解の繰り返し回数は制限され
るものではない。また、トーチから合金を滴下し、自由
落下させる距離は、プラズマアーク溶接装置、合金の種
類等に応じて適宜設定する。

（実施例） 本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

まず、本発明の実施例に用いたプラズマ肉盛溶接装置に
ついて説明する。

第４図に示すように、プラズマ装置１０は、その中心部
にタングステン電極１２を備え、この電極１２の外側に
トーチ内筒１４およびトーチ外筒１６がそれぞれ所定の
距離を隔てて同軸的に配設されている。そして電極１２
とトーチ内筒１４との間およびトーチ内筒１４とトーチ
外筒１６との間に環状の通路１８．２０が形成されてい
る。

プラズマガス供給装置２４から配管２２を介して接続さ
れる通路１８にアルゴンガス等のプラズマガスが供給さ
れる。この通路１８内に供給されたプラズマガスはトー
チ内筒１４の先端に設けられたノズル３０から外部に噴
出させられる。

搬送ガス供給装置３４から配管３２を介して接続される
通路２０は、その途中の配管３２にパウダ供給装置３６
が接続されて、そのパウダ供給装置３６から所定の混合
粉末が供給される。すなわち配管３２から所定の混合粉
末を含んだ搬送ガスが通路２０に供給され、トーチ外筒
１６のノズル３８から外部に噴出される。また搬送ガス
としては、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス
を用いる。

トーチ内筒１４およびトーチ外筒１６のノズル３０．３
８にはそれぞれ冷却水通路４０．４２が配設されて、両
ノズル３０．３８が冷却されるようになっている。また
トーチ外筒１６の先端部には、シールドガス供給装置４
４から配管４６を介してアルゴンガス、ヘリウムガス等
のシールドガスが供給されるようになっており、そのシ
ールドガスをトーチ１０の軸心方向にほぼ円筒状に吹き
出すことにより、溶接部がシールドされる。

そして前述の如（構成されたトーチ１０の電極１２とト
ーチ内筒１４との間にパイロット電源４８から所定のパ
イロット電流が供給される。電極１２と肉盛溶接を施す
べき加工部材、この場合エロンゲータプラグ５４との間
にはメイン電源５０から所定の溶接電流が供給される。

電極１２とトーチ内筒１４との間には、パイロット電源
４８と並列に高周波発振器５２が介装される。

肉盛溶接時、まずパイロット電源４８からパイロット電
流を供給し、電極１２の先端とトーチ内筒１４のノズル
３０との間にパイロットアークを発生させると同時に、
プラズマガス供給装置に２４から環状通路１８内にプラ
ズマガスな供給する。

これにより電極１２の先端にプラズマアークが形成され
る。このプラズマアークは高周波発振器５２から供給さ
れる高周波電流に同期して発生される。

その後、電極１２とバルブ５４との間にメイン電源５０
から溶接電流を供給し、バルブ５４の溶接部５８に所定
の肉盛溶接を施す。この場合のタイムチャートは第４図
に示す如（である。

すなわち、まず溶接電流を通電してトーチ１０内に形成
されるプラズマアークをエロンゲータプラグ５４に移行
させ、その後時間ｔ１経過後に搬送ガス供給装置３４お
よびパウダ供給装置３６から所定の混合粉末を含む搬送
ガスを通路２０に供給し、ノズル３８から噴出させる。

この噴出された混合粉末はプラズマアークによって溶解
され、エロンゲータプラグ５４の表面に肉盛溶接される
。

５８は肉盛溶接部を示している。

次に肉盛溶接部５８に肉盛材を粉砕した後、これを分級
および造粒し、所定範囲の粒径をもつ粉末を再度パウダ
供給装置３６に供給する。これは、過度に細粒のもので
あると粉末が目詰りを起すのでこのような事態を防止す
るために分級および造粒する。そして、再び同様の操作
によりノズル３８から造粒粉をプラズマアーク中に投入
し、例えば第５図に示すように、溶融液体粒子をＡｒガ
スによる保護雰囲気中に滴下する。滴下距離は、この場
合５５０ｍｍに設定した。

この場合、滴下される溶融液体粒子の球状化とともに溶
融液体粒子中の均一融体形成と晶出反応により炭化物の
微細化が促進される。そして、さらに微細化された炭化
物粒子を含む球状粉末をパウダ供給装置３６に供給し、
ノズル３８から噴出させる。噴出された球状粉末はプラ
ズマアークによって溶解され、エロンゲータプラグ５４
の表面に肉盛溶接され、所定の厚さをもつ肉盛溶接部５
８を形成する。

このようにして得られた肉盛溶接部５８の溶接材につい
て硬さ試験を行なった。その結果は第１表に示すとおり
であった。

なお、粉末の混合割合は合金粉末、硬質粒子それぞれｓ
ｏｖｏｇ％であった。また、比較例はプラズマアーク溶
接を１回のみ行なった場合の結果を示す。ここに、硬さ
試験のうちビッカース硬さ試験は、実施例においては肉
盛組織全体で行ない、比較例においてはメタルマトリッ
クス部において行なった。

（以下、余白、） 第１表に示されるように、ロックウェル硬さ（Ｈｒｃ）
＆こついては、比較例よりも実施例の方が値が低くなっ
ており、ビッカース硬さ（Ｈｍｖ）については比較例よ
りも実施例の方が値が微細組織１ノベルで均一に向上し
、溶接性が高（なっている。このことから、実施例は、
比較例に比べ靭性および耐摩耗性に優れていることが判
明した。

ハステロイＣ（５０ｖＯｆ２％）とＮｂＣ（５０ｖｏρ
％）の混合粉末を適用した場合の溶接材について光学顕
微鏡による観察を行なった。その結果は第１図、第２図
に示すとおりであった。

第１図および第２図において、第１図は本発明の実施例
による粉末肉感溶接材の粒子構造を表わす写真であり、
第２図はプラズマアーク溶接を１回のみ行ない粉砕、造
粒した場合の比較例による肉盛溶接材の粒子構造を表わ
す写真であり、第３図は本発明の実施例による粉末肉盛
溶接材の金属組織を表わす写真である。

第１図および第２図において（Ａ）は倍率７５倍を示し
、（Ｂ）は倍率３７５倍のものを示す。

第１図と第２図を対比すると、比較例に比べ実施例では
粉体粒子が極めて球状化している様子が解る。

ここに、第】、図のものは袴数回のプラズマアーク溶解
の後１・−チからの滴下時に粉体粒子の球状化と炭化物
の均一・融体形成と晶出反応が促進されて炭化物粒子が
微細分散化したものと考えられる。

なお、ノズルから噴出する溶融液の滴下距離は適宜設定
することが可能であり、また滴下時の保護雰囲気はＡｒ
以外の不活性ガス雰囲気に変えられることはもちろんで
ある。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の表面硬化用粉末肉盛溶接
材の製造方法によれば、溶融液の滴下滞空時間を調節し
、粉末粒子の形状を球状化するとともに肉感材中の硬質
粒子を微細分散化するこ−・ができるため、粉末形状が
球形で硬質粒子を微細分散化した肉盛溶接材は、粉体肉
盛溶接作業性が良好で溶接性、肉盛性、靭性、耐摩耗性
、加工性の良好な特性を有するという効果かあり３．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例により得られた表面硬化用粉末
肉盛溶接材の粒子構造を表わす写真、第２図は比較例の
粉砕造粒粉の粒子構造を表わす写真、第３図は本発明の
実施例における粉末肉感溶接材の金属組織を表わす写真
、第４図は本発明の実施例におけるプラズマ肉盛溶接装
置を表わず概略構成図、第５図は本発明によるプラズマ
アークより保護雰囲気中に溶解、滴下する装置を表わす
概略構成図、第６図はその装置の動作を説明するための
タイムヂャート図である。 ３０．３８・・・ノズル、 ５８　　　・・・肉感溶接部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマアークの中に合金粉末と硬質粒子を供給
   して溶解された合金を肉盛し、この合金を粉砕した後再
   度プラズマアーク中に供給して溶解し、自由落下凝固さ
   せて球状化するとともに硬質粒子を微細分散化すること
   を特徴とする表面硬化用粉末肉盛溶接材の製造方法。
2. （２）請求項１に記載の製造方法を用いて得られた表面
   硬化用粉末肉盛溶接材を肉盛したことを特徴とする表面
   硬化処理品。