JPH0353800Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、アークスタツド溶接により金属部材
の表面に容易に取り付けることができる溶接用セ
ラミツクスピースに関する。

〔従来の技術〕

金属部材にセラミツクスの耐熱性保護層を設け
ることにより、炉壁、バーナ、羽口等の高温雰囲
気で使用される構造材を得ている。或いは、セラ
ミツクスの耐摩耗性を活用し、ブロアー、ポンプ
等の高速回転機器のライニングとしている。

最近、このセラミツクス層の形成を現場で簡単
に行うものとして、一定形状のピースに成形した
セラミツクスを溶接、ろう付け等の手段によつて
貼り付ける方法が開発されている。

たとえば、特開昭60−65775号公報においては、
セラミツクスピースに設けた貫通孔に金属製の固
定治具を挿入し、この固定治具を母材金属に抵抗
溶接ことにより、母材金属に対するセラミツクス
ピースの貼付けを行つている。この方法によると
き、固定治具によりセラミツクスピースが母材金
属に取り付けられるので、セラミツクスピースが
固定治具−母材金属間の強固な金属結合によつて
保持される。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところが、特開昭60−65775号公報に示されて
いる固定治具は、一定の断面積をもつ柱状体とし
ている。これは、その固定治具を母材金属に抵抗
溶接するときに供給する溶接電流が、固定治具内
部に局部的に加熱を生じることなく、固定治具と
母材金属との間の接触部における発熱に利用され
ることを目的とするためである。そして、所定の
強度で固定治具を母材金属に溶接するためには、
固定治具と母材金属との間の接触面積には下限値
がある。

しかし、この部分の断面積のままで固定治具を
成形するとき、セラミツクスピースの上部に露呈
する固定治具の表面積が大きなものとなる。その
ため、この部分で耐熱性、耐摩耗性等が劣り、ま
た仕上りも見栄えの悪いものとなる。これを避け
るため、特開昭60−65775号公報においては、固
定治具の上部に金属製キヤツプ及びセラミツクス
製キヤツプを被せている。そのために、部品点数
が多くなり、その分だけ溶接作業が面倒なものと
なる。

そこで、本考案は、このような問題を解消する
ために案出されたものであり、セラミツクスピー
スに挿入されるスタツドの形状を改良することに
より、部品点数の増加を招くことなく、しかもセ
ラミツクスピースを母材金属に溶接する作業を容
易に、且つ従来にない優れた接合強度をもつ溶接
用セラミツクスピースを提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の溶接用セラミツクスピースは、その目
的を達成するために、コーン部に続くフランジ部
を設け、且つフランジ部にピン部を一体的に成形
または金属接合したスタツドの前記のフランジ部
をセラミツクスピースに埋設して少なくともフラ
ンジ部面を該セラミツクスピースにろう付け接合
するとともに、スタツドの前記ピン部をセラミツ
クスピース本体に設けた孔部に挿入してなること
を特徴とする。

〔作用〕

平坦な面をもつ金属片を母材金属にアーク溶接
しようとすると、アークを発生させるために大電
流・大電圧が必要となる。ところが、このように
大入力でアークを発生させると、高温のアークが
被接合全体にわたつて一度に発生する。このアー
ク発生方式をセラミツクスピースの溶接に利用す
るとき、アーク発生部に隣接しているセラミツク
スピース本体に大きな熱衝撃が加わる。このた
め、セラミツクスピース本体に亀裂、破損等の欠
陥が生じ易い。

そこで、本考案にあたつては、コーン部を設け
ることにより、アーク発生点を絞り、比較的小さ
な入力によつてアークを発生させることができ
る。一旦発生したアークは、アーク発生点である
コーン部の先端から順次コーン部の傾斜面に沿つ
て広がり、スタツドを母材金属に溶接することが
できる。そして、コーン部の傾斜面に沿つて広が
つたアークがセラミツクスピース本体に接触する
以前に電流を遮断することにより、セラミツクス
ピース本体に悪影響を与えることなく、溶接作業
を完了する。

このスタツドに設けたコーン部は、アークを絞
り込むためのカートリツジを必要とせず、安定し
たアークの発生及び移行を可能にする。そして、
コーン部先端はアークにより溶融するため、取り
付けられた後のセラミツクスピースと母材金属と
の間に隙間が生じることもない。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本考
案の特徴を具体的に説明する。

第１図は、本実施例の溶接用セラミツクスピー
スを示す断面図である。また、第２図はそのセラ
ミツクスピースに挿入するスタツドの形状を説明
するための図であり、第３図は前記セラミツクス
ピースの下面を示す。

このセラミツクスピース１は、たとえば厚み３
〜25mmの板材を正方形、長方形等の適宜の形に成
形して得られる。或いは、セラミツクス粉末を直
接、目的形状に焼結、成形することによつても得
られる。このようなセラミツクスピース１を対象
とする母材金属に複数個取り付けることにより、
耐熱性、耐摩耗性等の向上を図ることができる。
セラミツクスピース１に使用する材質としては、
たとえばアルミナ、ジルコニア、コーデイエライ
ト、炭化珪素、窒化珪素等の各種のものがある。

セラミツクスピース１の中央部には小径の孔部
２が設けられており、この孔部２はセラミツクス
ピース１の下部に設けた円形の凹部３につながつ
ている。そして、この凹部３から四方に溝部４が
形成されている。なお、セラミツクスピース１の
下面から凹部３の周壁及び凹部３の底面から孔部
２の内壁にかけての角部は、応力の集中を避ける
ために、丸みを持たせておくことが好ましい。

このようにセラミツクスピース１に設けた空洞
部に、第２図に示したような形状をもつスタツド
５を挿入している。このスタツド５は、先端中央
部に突起６をもつコーン部７と、それに続くフラ
ンジ部８とを備えている。なお、突起６は、場合
によつては省略することもできる。また、フラン
ジ部８の上部中央には、溶接機の電源に接続され
てスタツド５に溶接電流を供給するリードとして
働くピン部９がフランジ部８と一体的に設けられ
ている。なお、このピン部９には、セラミツクス
ピース１の上部表面又はその近傍に対応する位置
にノツチ１０を設けることもできる。このノツチ
１０の作用については、後述する。

このスタツド５は挿入したセラミツクスピース
１は、スタツド５を母材金属にアーク溶接するこ
とにより、母材金属に取り付けられる。コーン部
７の先端からアークの発生が開始される。このと
き、コーン部７先端に突起６を設けておくとき、
アーク発生個所が特定されるため、溶接の信頼性
が向上する。なお、アークの移行及びコーン部７
の溶込みを円滑に行うため、コーン部７の傾斜角
度を120〜170度にすることが好ましい。

コーン部７先端部又は突起６で発生したアーク
は、コーン部７を溶解しながら徐々に周辺部に移
行する。このとき、コーン部７が傾斜面となつて
いることから、アークの移行は順調に行われる。
そして、このコーン部７が溶解して、スタツド５
を母材金属に接合する接合材として働く。ところ
が、接合に必要な量が常にコーン部７の量になる
とは限らず、場合によつては溶込み不足又は溶込
み過剰となることがある。その結果、接合強度が
低下したり、接合強度にばらつきが生じることに
なる。

そこで、この溶込みを適正に維持するため、コ
ーン部７に続いて設けられているフランジ部８の
一部を溶解させる。すなわち、このフランジ部８
は、接合に必要な溶込みを補充する作用をもつ。
そして、溶接電流及び電圧をフランジ部８が若干
溶け込むような値にセツトしておくことにより、
常に一定した接合面積が得られる。たとえば、高
さ0.7mmで最大径13mmのコーン部７及び高さ３mm
のフランジ部８をもつスタツド５に対し、電圧
180Vで21000Aの電流を供給するとき、フランジ
部８が約0.2〜0.3mmの厚みで溶け込む。

この溶接電流は、ピン部９を経由してフランジ
部８に送られる。このピン部９は、フランジ部８
と一体的に成形され、或いはろう付け、溶接等の
手段によりフランジ部８に金属接合されている。
このピン部９を単にフランジ部８に接触させただ
けでは、その接触部の抵抗が大きく、コーン部７
に充分な電流が流れない場合が生じる。

フランジ部８の径に対するピン部９の径は、４
〜５：１の比率に保つことが好ましい。この比率
が５：１を越えるとき、ピン部９の抵抗が大きく
なり、スタツド５に溶接電流を流したとき、ピン
部９から溶断する恐れがある。他方、４：１の比
率を越えてピン部９の径を大きくしたとき、セラ
ミツクスピース１の上部表面に露出するピン部９
の面積が大きくなるので、従来のセラミツクスピ
ースと同様な問題が生じる。すなわち、ピン部９
の径は、溶接を安定して行う限り、できるだけ小
さい方が良い。この点から、フランジ部８の径に
対するピン部９の径を、４〜５：１の比率に維持
する。

このピン部９にノツチ１０を設けておくとき、
スタツド５を母材金属に溶接した後で、セラミツ
クスピース１の上部表面から突出するピン部９
を、たとえばハンマー等で叩くことによりノツチ
１０から破断することができる。或いは、ノツチ
１０を設けず、セラミツクスピース１上部表面か
ら突出するピン部９をニツパー等で切断しても良
い。

スタツド５をこのように接合部側で断面積の大
きいコーン部７及びフランジ部８とし、反対側で
断面積の小さなピン部９とすることにより、充分
な接合強度が得られると同時に、セラミツクスピ
ース１表面に露出する金属部の面積を小さくする
ことが可能になつた。このため、セラミツクスピ
ース１を取り付けた金属構造体の耐熱性、耐摩耗
性等の性質改善が良好なものとなる。

なお、セラミツクスピース１の凹部３内面とフ
ランジ部８とをろう付けすることにより、スタツ
ド５を溶接した後で母材金属からセラミツクスピ
ース１が剥離することが防がれる。このスタツド
５に対するセラミツクスピース１の接合強度を上
げるためには、ろう付けに先立つて凹部３内面を
予めメタライズしておくことが好ましい。このと
きに使用されるろう材としては、セラミツクスピ
ース１を貼り付けた金属構造体の使用温度にもよ
るが、銀ろう等の高融点ろう材が使用される。径
を大きくしたフランジ部８は、このろう付けによ
つてセラミツクスピース１本体と接合したときの
接合強度を高める作用をも発揮するものである。

また、第３図に示した溝部４は、スタツド５を
母材金属にアーク溶接しているときに発生するガ
ス、スパツタ等の逃げ道となるものである。これ
により、溶接部にガス、スパツタ等が混入するこ
とがなくなり、良好な溶接部が得られる。また、
溶接部に熱が籠ることも防がれるので、セラミツ
クスピース１が過大な熱衝撃を受けることがない
ため、溶接後のセラミツクスピース１に亀裂、割
れ等が発生することが防止される。

このガス、スタツド等の逃げ道は、第１図及び
第３図に示した溝部４によらず、第４図のような
方法によつて設けることができる。すなわち、第
４図の例にあつては、セラミツクスピース１の下
面に複数の突起１１を形成している。これによつ
て、スタツド５を挿入したセラミツクスピース１
を接合対象である母材金属に配置したとき、セラ
ミツクスピース１の下面と母材金属との間に空隙
が生じ、ガス、スパツタ等の逃げ道となる。

なお、以上の例においては、セラミツクスピー
ス本体に対して、その中央部に一個のスタツド５
を挿入している。しかし、本考案は、これに拘束
されるものではない。たとえば、セラミツクスピ
ース本体の周辺部に単数又は複数のスタツド５を
挿入しても良いことは勿論である。

〔考案の効果〕

以上に説明したように、本考案のおいては、セ
ラミツクスピースの母材金属に対する貼付けを、
セラミツクスピース本体に挿入されたスタツドを
アーク溶接することにより行つている。そして、
このスタツドの断面積を溶接部側では大きくし、
セラミツクスピース表面側では小さくすることに
より、充分な接合強度を得ると同時に、スタツド
が露出することによる耐熱性、耐摩耗性等の性質
劣化を防止している。このように、特定された形
状のスタツドをセラミツクスピース本体に挿入す
ることにより、部品点数を増加させることなく、
セラミツクスピースを容易に貼り付けることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例のセラミツクスピ
ースを示し、第２図はそのセラミツクスピースに
挿入されるスタツドを示し、第３図はセラミツク
スピースの下面を示すものである。また、第４図
は、第２実施例のセラミツクスピースを示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. コーン部に続くフランジ部を設け、且つフラン
   ジ部にピン部を一体的に成形または金属接合した
   スタツドの前記のフランジ部をセラミツクスピー
   スに埋設して少なくともフランジ部面を該セラミ
   ツクスピースにろう付け接合するとともに、スタ
   ツドの前記ピン部をセラミツクスピース本体に設
   けた孔部に挿入してなることを特徴とする溶接用
   セラミツクスピース。