JPH04294865A - 金属溶融装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接などで用いる金属の
溶融装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接装置などの金属溶融装置にお
いては図２に示すように、金属の一部を局所的に加熱し
て溶かし、分離した金属の二つの面を接合している。こ
の装置では、接合すべき金属の面２の上側にアーク３あ
るいは電子ビーム発生する加熱手段３を配置し、金属を
上部の表面の方から溶かす。加熱手段は金属の表面上を
一定速度で移動し、発生するアーク３によって順次、金
属を溶かし接合面２を溶着して行く。図３は金属の加熱
部分を拡大して示したものである。アーク３は電極４か
ら出て金属１の表面を局所的に照射する。この結果、図
２で実線で囲まれた部分（斜線を施した部分）が溶けそ
の後、凝固する。通常、アークの強度はビーム中心点が
最も強く、ビーム中心点から外側に行くにつれ弱くなる
から、溶けた金属の表面温度は、図４で示すようにビー
ム中心部で高く周辺に行くほど低くなる。このため溶融
した金属の液面では中央部の表面張力が周りの表面に比
べて低くなり（後述するように金属の表面張力は温度の
関数で、純粋な金属では温度が上昇すると直線状に減少
する）、表面上では中央部から外側に向かった接線方向
の力が発生し、図３で矢印で示したような循環流６が生
じる。この流れによって中心部に入った熱は液面に沿っ
て外側に運ばれ、この結果、実際に溶けて固まる範囲は
実線でなく、破線で囲まれる様な水平方向に広がった偏
平な範囲となる。この場合、下部の突き合わせ面２の一
部が接合されないまま残ってしまい、溶接の強度面から
、問題になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来の
金属溶融装置で生じていた問題、即ち、表面張力による
外方向への流れを抑制し、この流れによる中心部から周
辺部へ移動する熱量を低減することにより全接合面が溶
けた後、正常な形状として固まる手段を提供することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
め、本発明は溶融液の表面に被接合金属とは異なる物質
を添加する手段をもつ。これによって、表面張力が温度
の上昇と共に増加するような特性をつくる。

【０００５】一般に、純粋な金属の表面張力は温度の関
数で式（１）の様な一次の関数で表される。

【０００６】 　　　　　　σ（Ｔ）＝Ａ−ＢＴ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（１）ここで、σ（Ｔ）は表面張力（Ｎ／ｍ
）、Ａは定数、Ｂは表面張力の温度係数（Ｎ／ｍＫ）で
ある。この場合、表面張力は温度の上昇と共に減少する
。しかし、合金のように二成分以上の流体になると表面
張力の温度係数は表面上の成分の関数となり、ある成分
比の範囲では表面張力の温度係数Ｂは負から正に変わる
。本発明で添加する異物質には硫黄などのハロゲン元素
が使える。たとえば、鉄に異物質として硫黄が１６０ｐ
ｐｍ以上含まれていると、図５で破線で示したように表
面張力の温度係数が負から正に変わる。本発明は溶融し
た金属の表面上に表面張力の温度係数を変えるための異
物質を添加する手段をもつ。

【０００７】

【作用】上記、異物質の添加手段によって金属の表面張
力が、温度の上昇と共に減少するため、溶融した金属の
自由表面上では外周部よりビーム中心部の方が表面張力
が大きくなる。これによって溶融した金属の自由表面上
では外周部から中心部に向かった流れが発生する。この
ため、金属内に入った熱が外側に拡散されず、接合面が
図３の実線で示したように正常な形で溶け固めることが
できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
。図１は本発明となる一実施例の構成を示したものであ
る。この実施例ではアーク３を発生させる電極４の中に
ガスの通路７を設け、この通路７を介して、外部から異
物質８をガスの状態で溶融金属５の液面上部に添加する
という方法をとる。ガスの通路７は細い円管からなり電
極４の中心軸上に配置される。異物質ガス８は、ガス源
１０から流量調節装置９を介して電極内の通路７に送ら
れる。ガス源１０は異物質ガス８を高圧状態に収納した
ガスボンベなどで構成される。また、流量調節装置９は
ガスの圧力を調節する弁などで構成してある。異物質ガ
ス８はアーク中央部をジェット状に噴出して溶融した金
属５の表面に至る。金属表面で異物質は金属に溶け込み
表面張力の特性（温度係数）を変えられる様にしてある
。この実施例の場合はアーク中心に近いほどジェットの
ガス流速が大きく、溶け込み速度も大きくなるので表面
張力の温度係数は中心から、順次、外側に向かって負か
ら正に変化して行く。この結果、溶融金属の中では、図
１に矢印で示したような外側から中心に向かう循環流６
が発生し、アーク３からの入熱は外側に拡散せず、ビー
ム中心付近に閉じ込められる。この結果、正常な溶融形
状を得ることが出来る。図６に、本発明のほかの実施例
を示す。この実施例では、接合面２の上部表面に異物質
を固体状に含んだテープ１１を張ってある。アーク３は
金属１を溶かすと共に、テープ１１も同時に溶かし、テ
ープ１１内の異物質は溶融金属５の表面に溶けこんで行
く。この結果、表面張力の特性が図５の実線（ｂ）のよ
うに変化し、図１の実施例と同じような循環流が発生す
る。この例では、テープを用いているが、テープ以外の
形状、たとえば、棒状の物であっても差し支えない。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば表面張力による外周部へ
の熱の拡散が抑制でき、正常な溶接面形状を得ることが
出来る。これによって正常な溶接部の強度が確保でき、
材料強度が高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。

【図２】従来の金属溶融装置の構成を示す斜視図。

【図３】従来の金属溶融装置において加熱，溶融部を拡
大して示した説明図。

【図４】アーク加熱時の表面温度の分布図。

【図５】金属の表面張力が表面温度と共に変わる様子を
示した特性図。

【図６】本発明の第二の実施例の構成を示す斜視図。

【符号の説明】

１…金属、２…金属の接合面、３…金属加熱手段、４…
電極、５…金属の溶融部分、６…循環流、７…ガスの通
路、８…異物質のガス、１０…ガス源、１１…異物質を
含んだテープ、１２…加熱手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属を局所的に加熱し、溶融させて接合す
   る装置において、溶融した金属の表面張力を金属の温度
   上昇と共に増加させる制御手段を組み込んだことを特徴
   とする金属溶融装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記表面張力の制御手
   段として溶融した金属の表面に金属とは異なる異物質を
   添加する手段を設けた金属溶融装置。
3. 【請求項３】請求項２において、金属を加熱する手段と
   して、アーク若しくは電子ビームを用い、異物質添加手
   段としては前記金属加熱手段であるアークあるいは電子
   ビームの内にガス状として噴出させ、溶融した金属表面
   にガスを導く配管と、前記配管に外部から異物質ガスを
   供給するガス源、及び供給ガスの流量を調節する流量制
   御手段を含む金属溶融装置。
4. 【請求項４】請求項２において、アーク若しくは電子ビ
   ームの走査経路となる金属表面の上に予め異物質を成分
   とするテープなどの整形物を配置しておき、前記アーク
   、前記電子ビームが金属表面を照射した際に異物質と金
   属が同時に溶ける機能をもった金属溶融装置。