JPH07144295A

JPH07144295A - プラズマ肉盛溶接用粉末

Info

Publication number: JPH07144295A
Application number: JP18612194A
Authority: JP
Inventors: Hirokimi Takeuchi; 宥公竹内; Masa Nagata; 雅永田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1994-08-08
Publication date: 1995-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】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っ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の含有量を０．０３０重量％以下、
Ｏの含有量を０．１０重量％以下とするコルモノイ系合
金にて構成し、更に長径／短径の値が２．５以下である
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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って溶融せしめ
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。

【０００２】

【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って、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、そのような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
ットアーク）を、そのトーチ内に供給されるプラズマガ
スによっ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
れる溶接電流によって、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。

【０００３】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っ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
くなって、溶接時間を短縮化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であるところから、
近年、注目を浴びるようになってきた。

【０００４】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って
は、それらの要求を必ずしも充分に満たすものではなか
ったのである。尤も、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ったのである。

【０００５】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景として為されたものであって、その解決すべき課題と
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。

【０００６】

【解決手段】そして、かかる課題を解決するために、本
発明にあっては、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。

【０００７】

【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、効果的に形成し得る
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ったのである。

【０００８】すなわち、本発明に従って、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
が有利に形成され得るのである。

【０００９】

【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等に応じて、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メッシュ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
るものであって、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って垂下して、異形のビー
ドとなる等の問題を惹起する。

【００１０】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
る化学組成は、コルモノイ系（Ｎｉベース）の成分系で
あるが、本発明にあっては、そのような成分系におい
て、一般に、次の如き組成割合が採用されることとな
る。

【００１１】すなわち、Ｃ（炭素）：０．１〜３．０重
量％、Ｂ（ホウ素）≦３．５重量％、Ｃｒ（クロム）：
１〜３０重量％、Ｓｉ（ケイ素）：０．１〜７．０重量
％、Ｍｏ（モリブデン）≦２０．０重量％、Ｃｕ（銅）
≦５重量％、Ｔｉ（チタン）≦５重量％、Ｍｎ（マンガ
ン）≦４重量％、Ｗ（タングステン）≦１０重量％、Ｆ
ｅ（鉄）≦６重量％、Ｓ≦０．０３０重量％、Ｏ≦０．
１０重量％、並びにＮｉ（ニッケル）：残部である化学
組成にて、目的とする粉末材料が形成されるのである。

【００１２】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、反っ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も、硬さの向上に有効な元素であっ
て、また靭性の向上にも有効である。そして、Ｂの添加
によって、粉末材料を形成するための金属溶湯の融点が
効果的に低下せしめられ得て、その球形化に有利に作用
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、Ｆｅは、本組成系を安価なものと為す増量元
素であり、更にＳｉは、硬さを改善し、融点を下げるの
に有効な元素である。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。そして、Ｍｎは耐
熱性を改善するのに有効である。なお、これらＭｏ、Ｃ
ｕ、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。更にまた、このような化
学組成において、Ｂの含有量とＣの含有量の比、即ち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。

【００１３】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って、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
マアークによっ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って、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
ことによって、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。

【００１４】ところで、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って効果的に製造することが
可能である。

【００１５】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、水或いはガスによっ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って、目的
とする粉末を製造しようとするものであり、これによっ
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っては、冷
却媒として水蒸気を用いることが好適である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を更に具体的に明らかにするた
めに、本発明の代表的な実施例を挙げるが、本発明は、
そのような実施例の記載によっ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、当業者にとっ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。

【００１７】下記表１及び表２に示される化学組成を有
する各種のコルモノイ系金属溶湯を用いて、通常の噴霧
法に従う手法によって、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と水の混合物によって行なった。

【００１８】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、その結果を表３
に示した。なお、送給性は、ホッパーから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
盛りテストによって、その肉盛り部のビード形状が健全
であるか、どうかによって評価した。

【００１９】表１、２及び表３の結果から明らかなよう
に、本発明に従って、粉末材料中のＳ含有量が０．０３
０％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.
１〜１３）、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。

【００２０】これに対して、粒子中のＳ含量が多かった
り、またＯ含量が多かったり、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。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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って溶融せしめられ
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。
【請求項２】前記コルモノイ系合金が、Ｃ：０．１〜
３．０重量％、Ｂ≦３．５重量％、Ｃｒ：１〜３０重量
％、Ｓｉ：０．１〜７．０重量％、Ｓ≦０．０３０重量
％、Ｏ≦０．１０重量％を含み、更に２０．０重量％以
下のＭｏ、５重量％以下のＣｕ、５重量％以下のＴｉ、
４重量％以下のＭｎ、１０重量％以下のＷ及び６重量％
以下のＦｅのうちの少なくとも一成分を含み、且つ残部
がＮｉからなる化学組成を有する請求項１に記載のプラ
ズマ肉盛溶接用粉末。
【請求項３】前記コルモノイ系合金が、Ｂ／Ｃ≦６な
る関係を満足するように、Ｂ及びＣを含有している請求
項２に記載のプラズマ肉盛溶接用粉末。