JPH04339591A - 焼結材溶接用溶加材 - 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、主として自動車の動力
伝達系等に用いられる多孔質の焼結部品同志或いは焼結
部品と鋼材とを溶融接合する際に用いられる溶加材に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼材同志の接合は、一般のアーク溶接、
或いは電子ビーム、レーザビームなどの高エネルギー密
度ビーム溶接により広く行なわれている。しかしながら
、焼結材の場合には、多孔質であるため、これらの方法
で溶接すると母材の空孔が集合し、大きなブローホール
が溶接金属に形成され、溶接部の強度が確保できなくな
る。このため、従来、焼結材の接合方法として、下記の
方法が提案されているが、それぞれ問題があった。

【０００３】■ろう付けによる方法 ろう材の選定、ろう付条件がむずかしく、ろう材の濡れ
性が良すぎると、ろうが母材の空孔に吸収され、接合界
面のろうが不足し、一方、ろう材の濡れ性が悪いと、特
に中、高炭素組成の焼結材に対しては良好な結合が行な
えない。また、ろう付時に接合界面の周辺の空孔が成長
することもあり、安定した強度が得にくい。

【０００４】■焼きばめに類する方法 ２つの部材の線膨張係数の違いを利用して、焼結時に接
合したり、焼結後焼きばめ或いは冷しばめにより接合す
る方法であるが、このような方法で接合したものは、使
用環境により接合強度が経年劣化し易い。

【０００５】■溶浸による方法 ２つの部材の接合部に銅等の溶浸材をセットし、溶浸材
を溶融させることによって接合部の空孔を溶融金属で満
たす方法であるが、接合強度は溶浸材に依存するため、
接合部の強度が母材に比べて著しく低くなる。また、こ
の方法では鋼材と焼結材の接合は基本的に不可能である
。

【０００６】■溶浸後高エネルギー密度ビーム溶接を行
なう方法 特開平２−１６０１８５号に示されている方法であり、
空孔を溶浸材で満たしたうえで、ビーム溶接することに
より、ブローホールの発生に対しては改善される可能性
があるが、その他の欠陥の発生に対しては対策が施され
ていない。すなわち、通常、焼結材には強度を確保する
ために０．４〜１％程度の炭素が添加されるが、これを
冷却速度の早い高エネルギー密度ビーム溶接で溶接する
と、変態割れ、低温割れが発生する。また、銅を代表と
する溶浸材のため、溶接金属中の銅含有量が増加し、母
材中のＳ等の不純物とあいまって著しく高温割れ感受性
が高まり、溶接金属の高温割れ（凝固割れ）が避けられ
ない。また溶浸、ビーム溶接と２つの工程が必要であり
、生産性の面でも有利な方法とはいい難い。

【０００７】■高Ｍｎ溶加材を用いて高エネルギー密度
ビーム溶接を行なう方法 本発明者等が先に提案したように、高ＭｎでかつＡｌ、
Ｔｉを添加した溶加材を用いて高エネルギー密度ビーム
溶接を行なう方法であり、焼結材を溶接する場合に生ず
るすべての欠陥を防止し得る方法である。しかし、１つ
の問題として、溶接金属の硬さが高く、かつ溶接金属の
成分がＦｅ−Ｃ−Ｍｎ系となるため、靭性に乏しいこと
が挙げられる。

【０００８】以上のように、従来の接合方法並びに溶加
材は、欠陥発生防止、接合部の強度、生産性及び接合部
の靭性の点で不十分であり、すべてを満足できる方法並
びに溶加材は見当らないのが現状である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】焼結材同志或いは焼結
材と鋼材の接合に対しては、前述の高エネルギー密度ビ
ーム溶接が適用できれば、溶込み深さ、強度、生産性、
歪みの面で有利と考えられる。しかしながら、焼結材は
、通常かなり高いＣ含有量であること、及び空孔が存在
することから、Ｃに起因する低温割れや空孔に起因する
ブローホール等の欠陥発生は避けられない。また、高温
割れは、軽微な割れは許容できるものの、大きな割れの
発生は避けるべきである。したがって、これを実用化す
るためには、特に低温割れやブローホールの発生の防止
を図ったうえで、適切な強度の溶接部が得られることが
必要である。更に、溶接そのものが安定して行えなけれ
ば、生産性を極めて重視する分野においては実用化がで
きない。

【００１０】本発明は、かゝる要請に応えるべくなされ
たものであって、主として高エネルギー密度ビーム溶接
時に使用する溶加材であって、焼結材の接合において低
温割れやブローホール等の欠陥の発生がない焼結材溶接
用溶加材（フィラーワイヤ）を提供することを目的とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、溶加材の組成を
規制することによって可能であることを見い出し、ここ
に本発明をなしたものである。

【００１２】すなわち、本発明は、多孔質の焼結部品同
志或いは焼結部品と鋼材を溶融接合する際に用いる溶加
材において、その組成が、Ｃｒ、Ｍｏ及びＳｉのうちの
少なくとも１種とＮｉ、Ｃ及びＭｎのうちの少なくとも
１種をＹ≧−（１／３）Ｘ＋２３、Ｙ≧１２（但し、Ｘ
＝Ｃｒ（％）＋Ｍｏ（％）＋１．５Ｓｉ（％）、Ｙ＝１
．２Ｎｉ（％）＋２０Ｃ（％）＋０．８Ｍｎ（％））を
満足するように含有し、かつ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＶ
のうちの少なくとも１種を合計で０．３〜５％含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする
焼結材溶接用溶加材を要旨とするものである。

【００１３】また、他の本発明は、溶加材の組成が、Ｃ
：０．０５〜１％及びＭｎ：１５〜３０％を含有し、か
つ、Ａｌ及びＴｉのうちの少なくとも１種を合計で０．
２〜３％含有し、必要に応じて更にＳｉ：２％以下、Ｃ
ｕ：１％以下、Ｎｉ：１０％以下、Ｃｒ：４％以下及び
Ｍｏ：２％以下のうちの１種又は２種以上を含有してい
ることを特徴とするものである。

【００１４】また、他の本発明は、溶加材が、ステンレ
ス鋼製シース内に金属粉を封入してなるコアドワイヤで
あって、封入する金属粉が、ワイヤ全重量に対して、少
なくともＭｎ：５〜３０％を含有すると共に必要に応じ
てＣ：０．０５〜１％を含有し、かつ、Ａｌ及びＴｉの
うちの少なくとも１種を合計で０．２〜３％含有してい
ることを特徴とするコアドワイヤである。

【００１５】また、他の本発明は、多孔質の焼結部品同
志或いは焼結部品と鋼材を溶融接合する際に用いる溶加
材において、Ｃ：０．０５〜１％、Ｓｉ：２％以下、Ｍ
ｎ：５〜３０％、Ｎｉ：７〜１５％及びＣｒ：２０％以
下を含有し、ＡｌとＴｉの少なくとも１種を合計で０．
２〜３％含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である
ことを特徴とするソリッドワイヤである。

【００１６】また、他の本発明は、多孔質の焼結部品同
志或いは焼結部品と鋼材を溶融接合する際に用いる溶加
材において、その組成が、Ｃｒ、Ｍｏ及びＳｉのうちの
少なくとも１種とＮｉ、Ｃ及びＭｎのうちの少なくとも
１種をＹ≧−（１／３）Ｘ＋１８、Ｙ≧７（但し、Ｘ＝
Ｃｒ（％）＋Ｍｏ（％）＋１．５Ｓｉ（％）、Ｙ＝１．
２Ｎｉ（％）＋２０Ｃ（％）＋０．８Ｍｎ（％））を満
足するように含有し、かつ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＶの
うちの少なくとも１種を合計で０．２〜５％含有し、残
部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする焼
結材アーク溶接用溶加材である。

【００１７】以下に本発明を更に詳述する。

【００１８】

【作用】機械部品として用いられる焼結材は、一般に、
強度改善のために、純鉄粉或いは合金粉に０．４〜１％
のＣを添加し、焼結助剤として２．５％以下のＣｕとバ
インダーを混ぜ合わせたうえで圧粉体を形成し焼結され
る。このような焼結材を高エネルギー密度ビーム溶接で
溶接すると、前述の如く、母材の空孔に起因するブロー
ホールが発生すると共に、低温割れ、変態割れ、高温割
れなどが発生する。

【００１９】これに対し、本発明の溶加材は以下の作用
を有している。まず、溶接金属のマルテンサイト変態に
起因する低温割れを防止するために、溶加材より所定の
成分を添加して、マルテンサイト変態を抑制し、溶接金
属の組織をオーステナイト或いはオーステナイトとマル
テンサイトの混合組織とするものである。すなわち、Ｃ
、Ｎｉ、Ｍｎ等のオーステナイト形成元素を、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｓｉを代表とするフェライト形成元素に対し、所定
の比率以上含有させる。

【００２０】一方、ブローホールの発生に対しては、強
力な脱酸剤であるＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ等を所定量添加
することにより、防止する。これらの元素は脱酸剤であ
ると同時に、窒素吸収作用がある。すなわち、焼結材に
おける空孔には酸素のみでなく、当然窒素が含まれるた
め、Ｍｎ、Ｓｉ等の脱酸剤だけではブローホールの発生
防止に対して不充分であることから、上記脱窒兼脱酸剤
を所定量（０．２〜５％）添加することにより、完全に
ブローホールの発生を防止できるのである。

【００２１】次に本発明の溶加材の成分限定理由につい
て説明する。

【００２２】（低温割れ防止対策）

【００２３】Ｃ含有量の比較的高い焼結材に対して、溶
加材を供給しながら高エネルギー密度ビーム溶接する場
合、溶接金属全体を溶加材組成とすることは不可能であ
る。溶接金属全体に対する溶加材成分の割合は、ワイヤ
供給安定性等を考慮すると、実用的には５０％程度であ
る。このような前提で、溶接金属の組織をオーステナイ
ト或いは或る硬さ以下（低温割れの問題のない硬さ）の
オーステナイトとマルテンサイトの混合組織とするには
、以下の式を満足する必要がある。

【００２４】Ｙ≧−（１／３）Ｘ＋２３Ｙ≧１２ 但し、Ｘ＝Ｃｒ（％）＋Ｍｏ（％）＋１．５Ｓｉ（％）
Ｙ＝１．２Ｎｉ（％）＋２０Ｃ（％）＋０．８Ｍｎ（％
）

【００２５】なお、上記式において、Ｘ成分はＣｒ、
Ｍｏ、Ｓｉのうちの少なくとも１種からなり、Ｙ成分は
Ｎｉ、Ｃ、Ｍｎのうちの少なくとも１種からなるもので
ある。

【００２６】このような基本的思想を図２を参照して説
明する。なお、母材はＣを０．７％含有する鉄基焼結材
の場合である。図において、上方の白印又は一点白印の
領域は、低温割れが発生し、且つ、オーステナイト組織
（又は低温割れの発生しない程度にオーステナイト組織
を含有するオーステナイトとマルテイサイト組織の混合
組織）の溶接金属が安定して得られる溶加材成分領域で
あり、一方、下方の黒印又は半黒印の領域は、低温割れ
が発生し、且つ、マルテイサイト組織（又は低温割れが
発生する程度にオーステナイト組織を含有するオーステ
ナイトとマルテイサイト組織の混合組織）の溶接金属が
得られる領域であり、両者の領域の境界はＹ＝−（１／
３）Ｘ＋２３、Ｙ＝１２である。勿論、焼結材の成分組
成、溶加材供給速度等々によってはこの境界が若干変動
することは有り得る。しかし、その場合においても、溶
接金属に低温割れが発生しない組織（オーステナイト組
織、又は低温割れの発生しない程度にオーステナイト組
織を含有するオーステナイトとマルテイサイト組織の混
合組織）が得られるように溶加材を成分調整することは
云うまでもない。

【００２７】（ブローホール防止対策）

【００２８】上
述の如く、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖは強力な脱酸剤である
と共に窒素吸収に効果があるため、これらの少なくとも
１種を適量（０．２〜５％）にて添加する。Ｍｎ量がか
なり高い場合は、これらの元素の含有量は低くてもよい
が、その場合でも０．２％以上必要であり、５％を超え
て添加してもその効果が飽和する。好ましくは０．３〜
５％である。

【００２９】以上の溶加材の成分調整思想に基づき、以
下の態様の溶加材成分組成も可能である。

【００３０】（溶加材の成分組成の態様■）まず、溶加
材として、Ｃ：０．０５〜１％及びＭｎ：１５〜３０％
を含有し、かつ、Ａｌ及びＴｉのうちの少なくとも１種
を合計で０．２〜３％含有し、必要に応じて、更にＳｉ
：２％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎｉ：１０％以下、Ｃｒ
：４％以下及びＭｏ：２％以下のうちの１種又は２種以
上を含有し、かつ、ＡｌとＴｉの少なくとも１種を合計
で０．２〜３％含有する組成のものが可能である。

【００３１】これは、溶接金属のＣ含有量を母材並み或
いはそれ以上に保持した上で、オーステナイト形成元素
であるＭｎを所定量含有させたものである。これにより
、マルテンサイト変態が抑制され、溶接金属の組織がオ
ーステナイト或いはオーステナイトとマルテンサイトの
混合組織となり、低温割れが防止できる。また、Ｍｎを
添加することにより、母材に含有するＳと結び付き、高
温割れの防止に対しても有効に作用する。更に、Ｍｎは
強力な脱酸剤であることから、ブローホールの発生防止
に対しても寄与する。ここで、Ｍｎが１５％未満では溶
接金属中に歩留るＭｎ量が不足し、一方、３０％を超え
ても溶加材の供給量を加減することにより接合可能であ
るが、溶加材そのものの製造が困難となると共にその効
果が飽和する。

【００３２】Ｃは、オーステナイト形成元素であり、溶
接金属のオーステナイト化に寄与するが、焼結材のＣ含
有量が１％程度と極めて高い場合は、Ｃ含有量が０．０
５％程度の溶加材で充分溶接金属のオーステナイト化を
図ることができる。一方、通常の機械部品として用いら
れる焼結材は、強度改善のためにＣが０．４％程度以上
含有しているため、１％を超えるＣ含有量とする必要が
ない。したがって、Ｃの適正含有量を０．０５〜１％と
したものである。

【００３３】また、Ｓｉは脱酸剤として有効であるが、
溶接金属のオーステナイト化を抑制するため、２％以下
に抑制する。Ｃｕは、溶接金属中におよそ３％以上含有
すると柱状晶の粒界に偏析し、高温割れが発生し易くな
り、一方、焼結材には一般にバインダーの役割として１
〜２．５％程度が添加されているので、溶加材へのＣｕ
添加は抑えるべきであるが、許容される量は母材の稀釈
を考慮して１％以下である。Ｃｒは溶接金属の耐蝕性向
上に寄与するが、フェライト形成元素であるため溶接金
属のオーステナイト化を阻止するので、本組成（Ｎｉを
含まない場合）での許容範囲は４％以下とする。Ｍｏは
焼結材の強度を向上させるために１％以下添加するが、
フェライト形成元素であるため、母材の稀釈を考慮して
２％以下とする。

【００３４】更に、Ａｌ、Ｔｉは上述の如く脱酸剤であ
ると共に窒素吸収に効果を発揮するが、この効果を得る
ためには少なくとも１種以上を０．２％以上必要である
。 しかし、３％を超えて添加してもその効果は飽和する。

【００３５】（溶加材の成分組成の態様■）ところで、
溶加材を用いて高エネルギー密度ビーム溶接する場合、
溶込み深さを確保するためには、溶加材の供給量が制限
される。このため、前述のＣ−高Ｍｎ−Ａｌ、Ｔｉ系の
溶加材では、溶接金属の組織を完全なオーステナイトに
することがむずかしく、かなりの割合のマルテンサイト
が含まれるため、靭性に乏しい溶接金属となり易い。こ
の問題に対しては、上記Ｃ−高Ｍｎ−Ａｌ、Ｔｉの金属
粉をステンレス鋼のシース、好ましくはオーステナイト
系ステンレス鋼のシースに封入することにより解決する
ことができる。一般にオーステナイト系ステンレス鋼に
は、通常７％程度以上のＮｉが含まれており、シースか
らＮｉを添加することで、より少ない溶加材の供給量で
溶接金属の組織をオーステナイトにすることができ、優
れた靭性の溶接金属が得られる。またシースのＣｒ成分
も、窒素吸収作用があるため、よりブローホールの発生
防止に有利となる。

【００３６】すなわち、溶加材がステンレス鋼製シース
内に金属粉を封入してなるコアドワイヤであって、封入
する金属粉が、ワイヤ全重量に対して、少なくともＭｎ
：５〜３０％を含有すると共に必要に応じてＣ：０．０
５〜１％を含有し、かつ、Ａｌ及びＴｉのうちの少なく
とも１種を合計で０．２〜３％含有しているものが可能
である。コアドワイヤとすることにより、より少ない供
給量で溶接金属のオーステナイト化が図れる点で優れて
いる。

【００３７】ここで、シースをステンレス鋼とする理由
に次のとおりである。軟鋼製のシースにＣ、Ｍｎ、Ａｌ
、Ｔｉなどの金属粉を封入したフィラーワイヤを用いて
高エネルギー密度ビーム溶接した場合、溶接金属の組織
を完全なオーステナイトにすることはむずかしく、かな
りの割合のマルテンサイトが含まれるため、靱性に乏し
い溶接金属になり易い。これに対して、シースにステン
レス鋼を用いた場合、ステンレス鋼の必須成分として多
量のＣｒが含まれており、Ｃｒそのものはフェライト形
成元素であることから溶接金属のオーステナイト化を阻
止する元素であるものの、これに見合うＣ或いはＭｎを
封入した場合の溶接金属の靱性は、軟鋼製のシースを用
いた場合よりも良好である。また、前述のようにＣｒも
窒素吸収作用があるため、よりブローホールの発生防止
に有利となる。更に、シースとしてオーステナイト系ス
テンレス鋼を用いると、通常Ｃｒと共に７％程度以上の
Ｎｉが含まれていることから、より少ないフィラーワイ
ヤの供給量で溶接金属組織をオーステナイトにすること
ができ、優れた靱性の溶接金属が得られる。なお、シー
スをステンレス鋼製にすることにより、ワイヤ表面の錆
の発生を防止し、よりブローホールが発生しにくい溶加
材を提供できる効果もある。

【００３８】また、Ｍｎはオーステナイト形成元素であ
ると共に、高温割れ防止及び脱酸剤として重要な役割を
果たすが、金属粉中に含有させるＭｎ量が５％未満では
溶接金属中に歩留るＭｎ量が不足し、高温割れ、低温割
れを防止できない。また溶接金属の硬さが高くなり、靭
性が確保できない。一方、３０％を超えてもフィラーワ
イヤの供給量を制限することにより接合可能ではあるも
のの、フィラーワイヤそのものの製造が困難となるばか
りか、その効果は飽和する。したがって、金属粉中のＭ
ｎ含有量の適正範囲は、ワイヤ全重量に対して５〜３０
％である。

【００３９】Ａｌ、Ｔｉは脱酸剤であると共に、窒素吸
収に効果を発揮するため重要な成分である。その効果を
発揮させるためには少なくとも１種を０．２％以上含有
させることが必要である。しかし、３％を超えて添加し
てもその効果は飽和する。したがって、Ａｌ及びＴｉの
１種又は２種の合計量の適正範囲は、ワイヤ全重量に対
して０．２〜３％である。

【００４０】なお、Ｃはオーステナイト形成元素であり
、溶接金属のオーステナイト化に寄与するので、金属粉
中のＣ量を規制するのが好ましい。焼結材のＣ含有量が
０．６％程度以上と高い場合は、Ｃ含有量が０．０５％
程度の溶加材で十分溶接金属のオーステナイト化が図れ
る。一方、通常の機械部品として用いられる焼結材は、
強度改善のためにＣが０．４％程度以上含有されている
ため、１％を超えるＣ含有量のフィラーワイヤを用いる
と、かえって靭性が低下する。したがって、金属粉中の
Ｃ量の適正範囲はワイヤ全重量に対して０．０５〜１％
である。

【００４１】（溶加材の成分組成の態様■）また、前述
のＣ−高Ｍｎ−Ａｌ−Ｔｉ系の溶加材の問題点（溶込み
深さの確保のための溶加材供給量の制限に起因する溶接
金属の完全オーステナイト化の困難化）と、コアドワイ
ヤの問題点（供給時のワイヤの指向性、特に低出力ビー
ムに対しビームからのワイヤの離脱し易さ、合わせ目に
起因する製造後長期間放置での内部金属粉の吸湿、安定
供給のためのワイヤ径の細径化の困難性）を解決する溶
加材として、ソリッドワイヤであって、Ｃ：０．０５〜
１％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：５〜３０％、Ｎｉ：７〜
１５％及びＣｒ：２０％を含有し、ＡｌとＴｉの少なく
とも１種を合計で０．２〜３％含有し、残部がＦｅ及び
不可避的不純物である組成のものが可能である。

【００４２】ここで、Ｃ、Ｓｉの限定理由、並びにＡｌ
及びＴｉの限定理由は、上述の態様■の場合と同様の理
由である。

【００４３】Ｍｎはオーステナイト形成元素であると共
に、高温割れの防止及び脱酸剤として重要な役割を果た
すが、５％未満では溶接金属中に歩留るＭｎ量が不足し
、高温割れ、低温割れが防止できない。また溶接金属の
硬さが高くなり、靭性が確保できない。一方、３０％を
超えて添加しても溶加材そのものの伸線性が劣り、製造
がむずかしくなるばかりか、その効果は飽和する。した
がって、適正範囲は５〜３０％である。

【００４４】Ｎｉは溶接金属のオーステナイト化の促進
に寄与すると共に、靭性の改善に有効であり、その効果
を発揮させるためには溶接金属の歩留りを考慮すると７
％以上含有させる必要がある。しかし、１５％を超えて
添加してもその効果は飽和すると共にワイヤのコストア
ップにつながる。したがって、適正範囲は７〜１５％で
ある。

【００４５】Ｃｒは溶接金属の耐蝕性向上及び窒素吸収
作用によるブローホールの発生防止に寄与するが、フェ
ライト形成元素であるため、溶接金属のオーステナイト
化を阻止し、２０％を超えて添加すると溶接金属のオー
ステナイト化が図れなくなる。したがって、適正範囲は
２０％以下である。

【００４５】（溶加材の成分組成の態様■）なお、前述
の低温割れ防止対策、並びにブローホール防止対策は、
基本的には、ＴＩＧ、ＭＩＧ等のアーク溶接の場合にも
適用できることが判明した。但し、アーク溶接の場合は
、前記の低温割れ防止対策のうち、Ｘ成分とＹ成分の関
係並びにＹ成分の規定量が若干異なり、Ｙ≧−（１／３
）Ｘ＋１８ Ｙ≧７ の式を満足する必要がある。すなわち、アーク溶接の場
合に適用可能な溶加材成分におけるＹ成分の下限値がレ
ーザ溶接の場合に比べて低くなるのは、アーク溶接の方
が母材の稀釈率を低くできることから、より小さいＹ値
の溶加材で所望の溶接金属組織が得られるからである。

【００４６】（溶接法）本発明の溶加材は、少なくとも
母材の一方が多孔質の焼結材である接合、具体的には、
焼結部品（例、鉄基焼結材）同士、或いは焼結部品と鋼
材を溶融接合する際に用いるが、その溶接方法は高エネ
ルギー密度ビーム溶接、或いはＴＩＧ、ＭＩＧ等のアー
ク溶接であり、前者の高エネルギー密度ビーム溶接であ
る場合に効果が大きく、特に空気中で溶接できるレーザ
ビーム溶接が好適である。高エネルギー密度ビーム溶接
に供給する溶加材の場合は、ワイヤ径を１．６ｍｍφ以
下とする。高エネルギー密度ビーム溶接においてはビー
ム径が小さいため、これを超えるワイヤ径では正常な供
給ができないからであり、安定した供給のためには１ｍ
ｍφ以下が好ましい。

【００４７】次に本発明の実施例を示す。

【００４８】

【実施例１】本例は焼結材同士のレーザ溶接の例である
。

【表１】 に示す化学成分（ｗｔ％）及び密度の焼結材（１２ｔ×
２０ｗ×１００ｌ）に対し、種々の化学成分の溶加材を
供給しながら

【表２】 に示す条件でレーザ溶接した。用いた溶加材は１．２ｍ
ｍφのワイヤであり、

【表３】 に示す化学成分（ｗｔ％）のものである。図１に溶接状
況を示す。溶接後、溶接部のＸ線検査及び断面検査によ
り欠陥の有無を調べた。その結果を表３に併記する。

【００４９】図２は本試験結果における溶加材の化学成
分と欠陥の関係を整理したものである。同図より、Ｙが
−（１／３）Ｘ＋２３以上で、かつ、１２以上の化学成
分であって、しかもＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＶのうちの少
なくとも１種を含有し、その合計量が０．２〜５％の範
囲である溶加材を用いることにより、空孔欠陥及び低温
割れともに防止し得ることが明らかである。なお、本試
験における溶加材供給速度は、このレーザ出力及び溶接
速度条件に対し、安定して供給できるほぼ限界の速度に
近いことから、本試験条件で欠陥を防止できない溶加材
は、実用上問題があると判断した。

【００５０】

【実施例２】本例は焼結材同士のレーザ溶接の例である
。

【表４】 に示す化学成分（ｗｔ％）及び密度の焼結材（１２ｔ×
２０ｗ×１００ｌ）に対し、表３に示したＮｏ．２０並
びにＮｏ．２４の溶加材（本発明例）を用いて、

【表５
】 に示す各種溶接条件でレーザ溶接した。

【表６】 に欠陥調査結果を示す。表に示すように、本発明例の溶
加材を用いることにより、種々の溶接条件において欠陥
のない健全な溶接部が得られた。

【００５１】

【実施例３】本例は焼結材と鋼材のレーザ溶接の例であ
る。表１に示した焼結材（１２ｔ×２０ｗ×１００ｌ）
とＳ４５Ｃの鋼材（１２ｔ×２０ｗ×１００ｌ）を突き
合わせ、異材のレーザ溶接試験を行った。溶加材は表３
におけるＮｏ．２０のものを用い、レーザ溶接条件は、
溶接速度１．５ｍ／ｍｉｎ、出力５ＫＷ、ワイヤ供給速
度３ｍ／ｍｉｎとした。溶接後、実施例１の場合と同様
、欠陥の有無を調べた結果、何らの欠陥も認められず、
健全な溶接部が得られた。

【００５２】

【実施例４】本例は焼結材と鋼材のレーザ溶接の例であ
る。表１に示した焼結材（１２ｔ×２０ｗ×１００ｌ）
とＳ４８Ｃの鋼材（１２ｔ×２０ｗ×１００ｌ）を突き
合わせ、異材のレーザ溶接試験を行った。溶加材は表３
におけるＮｏ．１１のものを用い、レーザ溶接条件は、
溶接速度１．５ｍ／ｍｉｎ、出力７ＫＷ、ワイヤ供給速
度４ｍ／ｍｉｎとした。溶接後、実施例１の場合と同様
、Ｘ線検査及び断面調査により欠陥の有無を調べた結果
、何らの欠陥も認められず、健全な溶接部が得られた。

【００５３】

【実施例５】本例は焼結材同士のレーザ溶接の例である
。

【表７】 に示す化学成分（ｗｔ％）及び密度の焼結材（２０ｔ×
２０ｗ×１００ｌ）に対し、種々の化学成分の溶加材を
供給しながら

【表８】 に示す条件でレーザ溶接した。用いた溶加材は１．２ｍ
ｍφのワイヤであり、

【表９】 に示す化学成分（ｗｔ％）のものである。図１に溶接状
況を示す。溶接後、溶接部のＸ線検査及び断面検査によ
り欠陥の有無を調べた。その結果を表９に併記する。

【００５４】表９において、本発明例Ｎｏ．９〜Ｎｏ．
１４は、いずれも溶接金属の低温割れ及び高温割れ、ブ
ローホールのすべての欠陥が解決されていることがわか
る。 なお、図３に健全な溶接部が得られた本発明例Ｎｏ．１
２の溶接部の硬さ分布測定結果の例を示すように、充分
な溶接金属硬さを有しており、強度面においても問題の
ないことが確認された。

【００５５】

【実施例６】本例は焼結材と鋼材のレーザ溶接の例であ
る。表７に示した記号Ａの焼結材（２０ｔ×２０ｗ×１
００ｌ）とＳ４５Ｃの鋼材（２０ｔ×２０ｗ×１００ｌ
）を重ね、その突き合わせ面をレーザ溶接した。溶加材
は表９におけるＮｏ．１２のものを用い、レーザ溶接条
件は、溶接速度１．５ｍ／ｍｉｎ、出力６ＫＷ一定とし
、ワイヤ供給速度を０〜５ｍ／ｍｉｎの範囲で変化させ
た。溶接後、実施例１の場合と同様、Ｘ線検査及び断面
調査により欠陥の有無を調べた。その結果を

【表１０】 に示すように、本発明による溶加材を用いて所定量以上
の速度で供給することにより、健全な溶接部が得られる
ことが確認された。

【００５６】

【実施例７】本例はＭＡＧ溶接による焼結材同士の溶接
の例である。表７に示した焼結材（２０ｔ×２０ｗ×１
００ｌ）に対し、表９に示したＮｏ．１２の溶加材を用
いてＭＡＧ溶接によりビードオンプレート溶接した。溶
接条件は電流１７０Ａ、電圧２５Ｖ、溶接速度４０ｃｍ
／ｍｉｎとし、シールドガスはＡｒ＋２０％ＣＯ２を用
いた。

【００５７】溶接後、溶接部の表面及び断面の調査を行
った結果、欠陥は認められず、健全な溶接部が得られて
いることが確認された。なお、溶接金属の硬さはレーザ
溶接の場合に比べて、母材成分の稀釈の影響が少ないこ
とから、Ｈｖ２００程度と充分ではあるが、やや低い値
となった。

【００５８】

【実施例８】本例は焼結材同士のレーザ溶接の例である
。

【表１１】 に示す化学成分（ｗｔ％）及び密度の焼結材（２０ｔ×
２０ｗ×１００ｌ）に対し、種々の化学成分の溶加材を
供給しながらレーザ溶接した。用いた溶加材は１ｍｍφ
のワイヤで、

【表１２】 に示す化学成分（ｗｔ％）のものである。レーザ溶接条
件を

【表１３】 に示す。溶接後、溶接部をＸ線検査及び断面調査して欠
陥の有無を調べると共に、溶接金属の化学成分を調べた
。その結果を

【表１４】 に示す。

【００５９】表１４に示すように、溶接金属の化学成分
において、Ｃ含有量が０．３％以上でＭｎ含有量が３％
以上、かつＡｌ及びＴｉの少なくとも１種の含有量が０
．０３％以上の場合に、溶接金属のブローホール、高温
割れ、低温割れのすべての欠陥が防止できることが確認
された。なお、図４に健全な溶接部が得られた本発明例
Ｎｏ．５の溶接部の硬さ分布測定結果を示すように、充
分な溶接金属硬さを有しており、強度面でも問題がない
ことが確認された。

【００６０】

【実施例９】本例は焼結材と鋼材のレーザ溶接の例であ
る。表１１に示した焼結材（２０ｔ×２０ｗ×１００ｌ
）とＳ４５Ｃの鋼材（２０ｔ×２０ｗ×１００ｌ）を重
ね、その突き合わせ面をレーザ溶接した。溶加材は表１
２に示した記号１のワイヤを用いた。レーザ溶接条件を

【表１５】 に示す。溶接部の評価を実施例８の場合と同様に行った
。その結果を

【表１６】 に示す。同表に示すように、焼結材と鋼材の溶接の場合
においても溶接金属の化学成分が実施例８に示した範囲
に制御することにより、健全な溶接部が得られることが
確認された。

【００６１】

【実施例１０】本例は焼結材同士のレーザ溶接の例であ
る。

【表１７】 に示す化学成分（ｗｔ％）及び密度の焼結材（１２ｔ×
２０ｗ×１００ｌ）に対し、

【表１８】 に示すレーザ溶接条件でレーザ溶接した。用いた溶加材
は

【表１９】 に示す種々の化学成分（ｗｔ％）のワイヤであって、シ
ースが軟鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ
３０４）からなる１．２ｍｍφのコアドワイヤである。 溶接後、溶接部のＸ線検査及び断面検査により欠陥の有
無を調べると共に溶接金属部の衝撃試験を行った。その
結果を表１９に併記する。衝撃試験には焼結材表裏面か
ら同一条件でレーザ溶接したものを１０×１０×５５ｍ
ｍの試験片（２ｍｍＶノッチ）に加工したものを用いた
。衝撃試験における判定は常温での吸収エネルギーが１
．２ｋｇｆ・ｍ以上得られるものを合格とした。

【００６２】表１９において、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１５
の本発明例はいずれも、溶接金属のブローホール、高温
割れ、低温割れを防止でき、且つ所定の靭性が得られて
いることがわかる。

【００６３】

【実施例１１】本例は焼結材と鋼材のレーザ溶接の例で
ある。表１７に示した記号Ａの焼結材（２０ｔ×２０ｗ
×１００ｌ）とＳ４５Ｃの鋼材（２０ｔ×２０ｗ×１０
０ｌ）を重ね、その突き合わせ面をレーザ溶接した。溶
加材としては表１９中のＮｏ．１０のワイヤを用い、レ
ーザ溶接条件は溶接速度１．５ｍｍ／ｍｉｎ、出力７Ｋ
Ｗ一定とし、ワイヤ供給速度を０〜５ｍ／ｍｉｎの範囲
で変化させた。溶接部の欠陥の有無及び溶接金属の硬さ
、靭性を調べた結果を

【表２０】 に示す。同表より、本発明の溶加材を用いると、このよ
うな組合せの母材においても、溶加材を所定量以上の速
度で供給することにより、健全且つ優れた機械的性能を
有する溶接部が得られることが確認された。

【００６４】

【実施例１２】本例は焼結材同士のレーザ溶接の例であ
る。

【表２１】 に示す化学成分（ｗｔ％）及び密度の焼結材（１２ｔ×
２０ｗ×１００ｌ）に対し、種々の化学成分の溶加材を
供給しながら

【表２２】 の条件でレーザ溶接した。用いた溶加材は１ｍｍφのワ
イヤで、

【表２３】 にその化学成分を示す。溶接後、溶接部のＸ線検査及び
断面検査により欠陥の有無を調べると共に、溶接金属部
の衝撃試験を行った。その結果を表２３に併記する。な
お、衝撃試験要領及び判定は実施例１０の場合と同様で
ある。表２３に示すように、いずれの本発明例も、溶接
金属のブローホール、高温割れ、低温割れの欠陥がなく
、かつ優れた靭性が得られていることがわかる。

【００６５】

【実施例１３】本例はレーザ溶接での溶加材供給安定性
についての例である。表２１に示した化学成分で比較的
長尺の焼結材（１２ｔ×２０ｗ×３００ｌ）に対し、溶
加材を用いて

【表２４】 の条件でレーザ溶接試験を行い、溶加材供給安定性を比
較した。溶加材としては表２３中のＮｏ．１１のソリッ
ドワイヤ（１ｍｍφ）及びこれと同等の成分組成のコア
ドワイヤ（１．２ｍｍφ）を用いた。試験は、各種レー
ザ溶接条件に対して所定の供給速度でワイヤを供給しな
がら溶接し、ワイヤの逸脱等、供給不良発生の有無を調
べた。 その結果を表２４に併記する。同表に示すように、比較
的低いビーム出力条件において、比較例のコアドワイヤ
は供給不良が発生し易いのに対し、本発明例のソリッド
ワイヤは優れた供給安定性を示している。

【００６６】

【実施例１４】本例は溶加材の吸湿性についての例であ
る。ソリッドワイヤを吸湿雰囲気に曝したうえでレーザ
溶接に供し、溶接欠陥の発生に及ぼす影響を調べた。比
較として、コアドワイヤについても同様に試験を行った
。母材は実施例１２に用いた焼結材を用い、ソリッドワ
イヤは表２３におけるＮｏ．１１のもの、コアドワイヤ
はこれと同等の化学成分を有する１．２ｍｍφのものを
それぞれ用いた。なお、吸湿性は、恒温恒湿室において
３０℃、８０％雰囲気で所定の期間放置することにより
行った。溶接条件は溶接速度１．５ｍ／ｍｉｎ、出力７
ＫＷとし、ワイヤ供給速度をソリッドワイヤが４ｍ／ｍ
ｉｎ、コアドワイヤが２．７ｍ／ｍｉｎとした。

【００６７】溶接後、溶接部のＸ線検査及び断面検査に
より欠陥、特にブローホールの有無について調べた。そ
の結果を

【表２５】 に示す。同表より、コアドワイヤは２か月以上吸湿雰囲
気に曝すと溶接に悪影響を及ぼすが、ソリッドワイヤの
場合はその影響が極めて少ないことが確認された。

【００６８】

【実施例１５】本例は焼結材と鋼材のレーザ溶接の例で
ある。表２１に示した焼結材（１２ｔ×２０ｗ×１００
ｌ）とＳ４８Ｃの鋼材（１２ｔ×２０ｗ×１００ｌ）を
突き合わせ、異材のレーザ溶接を行った。溶加材は表２
３におけるＮｏ．１１のワイヤを用い、レーザ溶接条件
は溶接速度１．５ｍ／ｍｉｎ、出力７ＫＷ、ワイヤ供給
速度４ｍ／ｍｉｎとした。溶接後、溶接部のＸ線検査及
び断面検査により欠陥の有無を調べた結果、何らの欠陥
も認められず、健全な溶接部が得られることが確認され
た。

【００６９】

【実施例１６】本例は焼結材同士のＴＩＧ溶接の例であ
る。表１に示した化学成分（ｗｔ％）及び密度の焼結材
（１２ｔ×２０ｗ×１００ｌ）に対し、

【表２６】 に示す種々の化学成分の溶加材を供給しながら、溶接電
流：１２０Ａ（通常１００〜１５０Ａ）、溶接電圧：１
０〜１２Ｖ（変動するため）、溶接速度：７ｃｍ／分（
通常５〜１０ｃｍ／分）、シールドガス：Ａｒの溶接条
件でＴＩＧ溶接した。用いた溶加材は１．２ｍｍφのワ
イヤである。溶接後、溶接部のＸ線検査並びに断面検査
により欠陥の有無を調べた。その結果を表２６に併記す
る。

【００７０】図５は本試験結果における溶加材の化学成
分と欠陥の関係を整理したものである。同図より、Ｙが
−（１／３）Ｘ＋１８以上で、かつ、７以上の化学成分
であって、しかもＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＶのうちの少な
くとも１種を含有し、その合計量が０．２〜５％の範囲
である溶加材を用いることにより、空孔欠陥及び低温割
れともに防止し得ることが明らかである。

【００７１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
多孔質で且つ中、高炭素の焼結部品同士或いは焼結部品
と鋼材の接合において、従来法では得られなかった健全
な溶接部が得られると共に、特に高エネルギー密度ビー
ム溶接が可能となるため、生産性のみならず信頼性の高
い接合技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ溶接の要領及び溶接状況を示す説明図で
ある。

【図２】溶加材の化学成分（Ｘ成分及びＹ成分）と欠陥
（低温割れ、空孔欠陥）の関係を示す図である。

【図３】実施例で得られた溶接部の硬さ分布測定結果の
例を示す図である。

【図４】実施例で得られた溶接部の硬さ分布測定結果の
例を示す図である。

【図５】アーク溶接用溶加材の化学成分（Ｘ成分及びＹ
成分）と欠陥（低温割れ、空孔欠陥）の関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１　　母材 ２　　溶加材 ３　　レーザ取出しノズル ４　　レーザビーム ５　　ガスシールドノズル ６　　溶接ビード

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　多孔質の焼結部品同志或いは焼結部品
   と鋼材を溶融接合する際に用いる溶加材において、その
   組成が、重量％で（以下、同じ）、Ｃｒ、Ｍｏ及びＳｉ
   のうちの少なくとも１種とＮｉ、Ｃ及びＭｎのうちの少
   なくとも１種をＹ≧−（１／３）Ｘ＋２３、Ｙ≧１２（
   但し、Ｘ＝Ｃｒ（％）＋Ｍｏ（％）＋１．５Ｓｉ（％）
   、Ｙ＝１．２Ｎｉ（％）＋２０Ｃ（％）＋０．８Ｍｎ（
   ％））を満足するように含有し、かつ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚ
   ｒ及びＶのうちの少なくとも１種を合計で０．２〜５％
   含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特
   徴とする焼結材溶接用溶加材。
2. 【請求項２】　　多孔質の焼結部品同志或いは焼結部品
   と鋼材を溶融接合する際に用いる溶加材において、その
   組成が、Ｃ：０．０５〜１％及びＭｎ：１５〜３０％を
   含有し、かつ、Ａｌ及びＴｉのうちの少なくとも１種を
   合計で０．２〜３％含有していることを特徴とする焼結
   材溶接用溶加材。
3. 【請求項３】　　更に、Ｓｉ：２％以下、Ｃｕ：１％以
   下、Ｎｉ：１０％以下、Ｃｒ：４％以下及びＭｏ：２％
   以下のうちの１種又は２種以上を含有している請求項２
   に記載の溶加材。
4. 【請求項４】　　多孔質の焼結部品同志或いは焼結部品
   と鋼材を溶融接合する際に用いる溶加材において、ステ
   ンレス鋼製シース内に金属粉を封入してなるコアドワイ
   ヤであって、封入する金属粉が、ワイヤ全重量に対して
   、少なくとも、Ｍｎ：５〜３０％と、Ａｌ及びＴｉのう
   ちの少なくとも１種を合計で０．２〜３％含有している
   ことを特徴とする焼結材溶接用コアドワイヤ。
5. 【請求項５】　　前記シースがオーステナイト系ステン
   レス鋼からなり、封入する金属粉の成分組成が、ワイヤ
   全重量に対して、Ｃ：０．０５〜１％、Ｍｎ：５〜３０
   ％を含有すると共に、Ａｌ及びＴｉのうちの少なくとも
   １種を０．２〜３％含有し、残部がＦｅ及び不可避的不
   純物からなる組成である請求項４に記載のコアドワイヤ
   。
6. 【請求項６】　　多孔質の焼結部品同志或いは焼結部品
   と鋼材を溶融接合する際に用いる溶加材において、Ｃ：
   ０．０５〜１％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：５〜３０％、
   Ｎｉ：７〜１５％及びＣｒ：２０％以下を含有し、Ａｌ
   とＴｉの少なくとも１種を合計で０．２〜３％含有し、
   残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする
   焼結材溶接用ソリッドワイヤ。
7. 【請求項７】　　溶加材が高エネルギー密度ビーム溶接
   時に用いるものである請求項１〜６のいずれかに記載の
   溶加材。
8. 【請求項８】　　多孔質の焼結部品同志或いは焼結部品
   と鋼材を溶融接合する際に用いる溶加材において、その
   組成が、Ｃｒ、Ｍｏ及びＳｉのうちの少なくとも１種と
   Ｎｉ、Ｃ及びＭｎのうちの少なくとも１種をＹ≧−（１
   ／３）Ｘ＋１８、Ｙ≧７（但し、Ｘ＝Ｃｒ（％）＋Ｍｏ
   （％）＋１．５Ｓｉ（％）、Ｙ＝１．２Ｎｉ（％）＋２
   ０Ｃ（％）＋０．８Ｍｎ（％））を満足するように含有
   し、かつ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＶのうちの少なくとも
   １種を合計で０．２〜５％含有し、残部がＦｅ及び不可
   避的不純物であることを特徴とする焼結材アーク溶接用
   溶加材。