JPH0562037B2

JPH0562037B2 -

Info

Publication number: JPH0562037B2
Application number: JP3484884A
Authority: JP
Inventors: Hirokimi Takeuchi; Masa Nagata
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1984-02-25
Filing date: 1984-02-25
Publication date: 1993-09-07
Also published as: JPS60177993A

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野）本発明は、プラズマ肉盛溶接用の金属粉末に係
り、特にプラズマアークトーチ内にパウダー搬送
ガスと共に送給され、該トーチと所定の加工部材
（母材）との間に形成されるプラズマアークによ
つて溶融せしめられて、該加工部材の表面に所定
の肉盛部を形成するための溶接用粉末材料に関す
るものである。（背景技術）バルブ、パイプ、ロールなどの加工部材に所定
の肉盛り材（溶加材）を溶接することによつて、
かかる加工部材の表面の耐摩耗性、耐熱性、或い
は耐食性などを改善する肉盛溶接法が、従来より
知られている。そして、この肉盛溶接法の一つと
して、プラズマアークトーチ内の電極の先端に発
生するアーク（パイロツトアーク）を、そのトー
チ内に供給されるプラズマガスによつてプラズマ
アークと為す一方、かかるプラズマアークを、そ
のトーチと所定の加工部材との間に供給される溶
接電流によつて、そのトーチ内からそれらトーチ
と加工部材との間に移行せしめると共に、かかる
プラズマアーク内にその加工部材に肉盛りされる
べき粉末材料を供給せしめることにより、かかる
粉末材料を溶融せしめて前記加工部材の表面に導
き、所定の肉盛りを行なうようにしたプラズマ肉
盛溶接手法がある。このプラズマ肉盛溶接方法は、上述の如く、肉
盛り材として粉末材料を用いるところから、肉盛
り材の材料選択が広範囲にわたつて容易に為され
得ると共に、棒材を用いる場合に比較して、その
溶融速度が速くなつて、溶接時間を短縮加し得る
等の優れた特徴を備え、しかも装置の完全自動化
が容易なところから、近年、注目を浴びるように
なつてきた。而して、このようなプラズマ肉盛溶接手法にお
いては、均一な肉盛溶接部、換言すればビード部
を形成し、またそのようなビード部を生産性よく
形成せしめるためには、プラズマアークトーチ内
にパウダー搬送ガスと共に送給される粉末材料の
送給性を高め、またその送給量を安定化せしめる
ことが重要であり、更には肉盛りすべき溶接箇所
に、中央部の高さが高い、目的とする肉盛り形状
を有する健全なビード部を与えるものであること
が要請されているが、従来の粉末材料にあつて
は、それらの要求を必ずしも充分に満たすもので
はなかつたのである。丈も、ビード部の形状につ
いては、溶接操作乃至は溶接条件の選定により、
その改善を図ろうとする試みも為されているが、
そのような溶接操作乃至は溶接条件の選定のみで
は、ビード形状を充分に健全なものと為すことは
不可能であつたのである。（解決課題）ここにおいて、本発明は、かくの如き事情を背
景として為されたものであつて、その課題とする
ところは、送給性に優れ、また安定して送給する
ことのできる、しかも健全なビード部を与え得る
プラズマ肉盛溶接用粉末を提供することにある。（解決手段）そして、かかる課題を解決するために、本発明
にあつては、上記プラズマ肉盛溶接用粉末を、そ
れのＳ（硫黄）の含有量が0.030重量％以下、Ｏ
（酸素）の含有量が0.10重量％以下となるステラ
イト系またはコルモノイ系合金にて構成されるよ
うに、且つ長径／短径の値が2.5以下となるよう
に構成したのである。（作用・効果）このような本発明に従う粉末材料を用いるよう
にすれば、そのパウダー搬送ガスによるプラズマ
アークトーチへの送給性は一段と向上され得ると
共に、その均一な安定した供給が行なわれ得るこ
ととなり、以て均一なビード部を生産性よく、効
果的に形成し得たのであり、またビード形状にお
いても、粉末材料の面からその改善を図り得て、
健全なビード部を効果的に形成せしめ得ることと
なつたのである。すなわち、本発明に従つて、当該球状粉末の長
径／短径比を2.5以下と為すと共に、それのＳ含
有量を0.030重量％以下、そしてＯの含有量を
0.10重量％以下とすることにより、良好なビード
形状を安定して得ることができ、また肉盛溶接箇
所が傾斜していても、そのような傾斜に基づく溶
融された粉末材料の垂下も殆ど惹起されることが
なく、以て健全なビード部を有利に形成し得るの
である。（具体的構成）なお、このような本発明に従う粉末材料は、溶
接装置や溶接条件などに応じて、適宜の大きさに
おいて用いられ得るものであるが、一般的には、
−60〜＋300メツシユ程度の大きさのものが好適
に用いられることとなる。そして、そのような大
きさの粉末粒子は、本発明に従う長径／短径比を
与えるように形成されるものであつて、これに反
し、その最も大きな直径方向の長さである長径
と、その最も小さな直径方向の長さである短径と
の比、即ち長径／短径の値が2.5を超えるように
なると、形成されるビード部の形状が不安定とな
る問題を生じ、更に、かかる粉末粒子中に含有さ
れるＳ量が0.030重量％を超え、またＯ量が0.10
重量％を超えるようになると、目的とする肉盛溶
接部に充分な高さのビードを形成することが困難
となるのであり、溶融粉末が溶接部の傾斜によつ
て垂下して、異形のビードとなる等の問題を惹起
する。このような本発明に従う条件を満足する粉末材
料を与え、且つプラズマ肉盛溶接用として用いら
れる化学組成としては、ステライト系（Coベー
ス）またはコルモノイ系（Niベース）の二つの
成分系であるが、本発明にあつては、それらの成
分系において、一般に、次の如き組成割合が採用
されることとなる。まず、Coベースのステライト系にあつては、
Ｃ（炭素）：0.2〜3.0重量％、Cr（クロム）：20〜35
重量％、Ｗ（タングステン）：２〜14重量％、Ni
（ニツケル）≦25重量％、Mo（モリブデン）≦10重
量％、Si≦４重量％、Mn（マンガン）≦２重量％、
Fe（鉄）≦６重量％、Ｓ≦0.030重量％、Ｏ≦0.10
重量％、及びCo（コバルト）：残部である化学組
成にて、粉末材料が形成されるのである。因みに、これらの合金成分のうち、Ｃは肉盛り
部（材）の強度を向上させる上において有効な元
素であるが、その過剰の添加は、反つて肉盛り部
の脆性を劣化せしめる。また、Cr及びＷはそれ
ぞれ硬さの向上に有効であり、そのうちCrは更
に耐熱性にも有効である。同様に、Mo、Coもそ
れぞれ硬さの向上に有効な元素であつて、また前
者は靭性の向上にも、後者は耐熱性の向上にも有
効である。また、脱酸材としてSiを添加すること
が望ましく、そして耐割れ性改善にはMnが有効
であり、更にNi、Feは、本組成系を安価なもの
と為す増量元素である。なお、かかるNi、Mo、
Si、Mn、Feは、そのうちの少なくとも一成分が
添加されることとなる。そして、これら各金属元素を、上述の如き範囲
内において使用することにより、目的とする物性
の良好なプラズマ肉盛溶接用粉末が得られるので
あるが、その際、該粉末中に含有されるＳ及びＯ
は、プラズマアークによつて溶融される粉末の溶
融物（湯）の流れに大きな影響をもたらすもので
あり、その含有量を上記数値以下と為すことによ
つて、肉盛溶接性を良好と為し、溶接部の硬さや
靭性を高め、また割れを少なくする効果を発揮す
る。しかも、Ｓ及びＯの含有量を低くすることに
よつて、金属溶湯の表面張力が大となり、後述す
る噴霧法による粉末の形成に際して、その表面の
平滑化を効果的に為し得る利点がある。なお、このようなステライト系の化学組成にお
いて、更に粉末材料が2.50重量％までのＢ（ホウ
素）を含むことが望ましく、そしてこのＢの添加
によつて、該粉末材料を形成するための金属溶湯
の融点を下げ、その球形化に有効に作用すると共
に、母材の肉盛溶接箇所の溶け具合が有効に制御
され得て、健全な溶接部を容易に得ることを可能
とする。また、Niベースのコルモノイ系の化学組成に
よつて、本発明に従う粉末を形成する場合には、
Ｃ：0.1〜3.0重量％、Ｂ≦3.5重量％、Cr：１〜30
重量％、Si（ケイ素）：0.1〜7.0重量％、Mo≦20.0
重量％、Cu（銅）≦５重量％、Ti（チタン）≦５重
量％、Mn≦４重量％、Ｗ≦10重量％、Fe≦６重
量％、Ｓ≦0.030重量％、Ｏ≦0.10重量％、並び
にNi：残部からなる組成のものとされる。そして、これらの各成分は、上述と同様な意味
において用いられ、その望ましい使用範囲内にお
いて、目的とする母材に形成される肉盛り溶接部
の物性を向上せしめるものである。なお、それら
の成分のうち、Siは、硬さを改善し、融点を下げ
るのに有効な元素であり、またCu及びTiは溶接
部の耐食性を向上せしめるのに有効な元素である
と共に、更にTiは溶接の安定性も向上せしめる。
また、それらの化学組成において、Ｂ／Ｃの値を
６以下とすることにより、肉盛溶接部の硬さを極
端なものとせず、溶込みを容易と為す他、融点を
下げる利益がある。そして、Mnは耐熱性を、
Moは硬さを改善するのに有効である。なお、こ
れらMo、Cu、Ti、Mn、Ｗ、Feは、そのうちの
少なくとも一成分が添加されることとなる。そして、このような化学組成を有し、また前述
した本発明に従う条件を満足する粉末材料は、一
般に、次の如き噴霧法によつて効果的に製造する
ことが可能である。すなわち、上述した化学組成の金属溶湯を流下
せしめつつ、これに噴霧ガスとして不活性ガス若
しくは還元性ガスを用いて吹き付け、かかる溶湯
を微細な溶滴状に噴霧せしめ、そしてこの得られ
た微細な溶滴粒子を、水或いはガスによつて冷却
することにより、或いは水及びガスの混合物にて
冷却することによつて、目的とする粉末を製造し
ようとするものであり、これによつて、粒子表面
が滑らかな、実質的に球状の粉末が得られること
となる。特に、このような噴霧法にあつては、冷
却媒として水蒸気を用いることが好適である。（実施例）以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明の幾つかの実施例を挙げるが、本発明
は、それら実施例の記載によつて何等制限的に解
釈されるものでは決してなく、本発明の趣旨を逸
脱しない限りにおいて、本発明には種々なる変形
された態様が存することは、当業者にとつて自明
なところであろう。なお、実施例中の百分率は、
何れも重量基準で示すものである。実施例１上記第１表に示される化学組成を有する各種の
ステライト系金属溶湯を用いて、通常の噴霧法に
従う手法によつて各種の粉末材料を得た。なお、
噴霧ガスとしてはArが用いられ、また溶滴粒子
の冷却はArと水の混合物によつて行なつた。かくして得られた各種の粉末材料について、そ
の長径／短径比を求めると共に、それら粉末材料
の送給性および溶接性について評価し、その結果
を第２表に示した。なお、送給性は、ホツパーか
ら３mmφのノズルを通じて落下せしめ、そして該
ノズルの下端にギヤを配して、それを20rpmの速
度で回転せしめることにより搬送管に落下せし
め、これをアルゴンにて搬送せしめる方式にて評
価し、また溶接性は、自動車用バルブの肉盛りテ
ストによつて、その肉盛り部のビード形状が健全
であるか、どうかによつて評価した。第１表及び第２表の結果から明らかなように、
本発明に従うNo.１〜９の粉末材料にあつては、Ｓ
の含有量が0.030％以下、Ｏの含有量が0.10％以
下のものであり、また長径／短径比も2.5以下と
されているところから、送給性および溶接性にお
いて良好な結果を示している。また、それらNo.１
〜９の粉末材料にあつては、所定量のＢの添加に
よつて、表面が著しく平滑化されていることが認
められた。これに対して、比較例のNo.10〜12にあつては、
Ｓの含有量やＯの含有量が本発明の範囲外となつ
ており、従つて得られた粉末も、長径／短径の比
が2.5を超えるようなものであつて、送給性が悪
く、また溶接性評価のための肉盛りテスト結果に
おいても、湯流れのために、特にNo.11及び12の粉
末材料にあつては、ビード形状が著しく悪化し、
目的とする良好な肉盛り部を形成することができ
ないものであつた。

【表】

【表】＊：○…健全 ×…不良
実施例２下記第３表に示される各種の化学組成のコルモ
ノイ系金属溶湯を、実施例１と同様にして、噴霧
法によつて粉末化せしめ、得られた各種の粉末材
料について、その送給性、長径／短径比、溶接性
（ビード形状）について評価して、その結果を第
４表に示した。第３表及び第４表の結果より明らかなように、
本発明に従つて、粉末材料中のＳ含有量が0.030
％以下且つＯ含有量が0.10％以下とされ、また長
径／短径比が2.5以下とされたものにおいては
（No.21〜33）、送給性、溶接性（ビード形状）共に
著しく改善されたものであり、しかもそれら化学
成分のうち、Ｂ／Ｃの比率が６以下とされている
ものについては、その表面平滑度も著しく改善さ
れた球形の粒子であることが確認された。これに対して、粒子中のＳ含量が多かつたり、
またＯ含量が多かつたり、更には長径／短径比
が、本発明の規定値を超えるようになると、送給
性及び／又は溶接性が著しく悪化するのである。

【表】

【表】＊：○…健全 ×…不良

Claims

【特許請求の範囲】

１プラズマアークトーチ内にパウダー搬送ガス
と共に送給され、該トーチと所定の加工部材との
間に形成されるプラズマアークによつて溶融せし
められて、該加工部材の表面に所定の肉盛部を形
成するための溶接用粉末材料にして、Ｓの含有量
が0.030重量％以下、Ｏの含有量が0.10重量％以
下であるステライト系またはコルモノイ系合金か
らなり、更に長径／短径の値が2.5以下であるこ
とを特徴とするプラズマ肉盛溶接用粉末。