JPH07251293A - アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法 - Google Patents
アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法Info
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- JPH07251293A JPH07251293A JP6042327A JP4232794A JPH07251293A JP H07251293 A JPH07251293 A JP H07251293A JP 6042327 A JP6042327 A JP 6042327A JP 4232794 A JP4232794 A JP 4232794A JP H07251293 A JPH07251293 A JP H07251293A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ａｌ合金母材との接合性が高く、割れ及びブ
ローホール等の溶接欠陥が発生せず、特に高温での耐摩
耗性、耐熱性に優れた肉盛層が安定して得られる、Ａｌ
合金表面への硬化肉盛溶接方法を提供すること。 【構成】 不活性ガスでシールドされたアルミニウム合
金表面にレーザ光を照射し、その熱源中に外皮がＣｕ基
材料で、ワイヤ全重量に対してＣｕ量：１０〜７０重量
％、硬化粒子量：１〜５０％含有し、残部がＡｌおよび
不可避不純物からなる肉盛溶接用複合ワイヤを供給し
て、アルミニウム合金表面に硬化肉盛層を形成するこ
と。
ローホール等の溶接欠陥が発生せず、特に高温での耐摩
耗性、耐熱性に優れた肉盛層が安定して得られる、Ａｌ
合金表面への硬化肉盛溶接方法を提供すること。 【構成】 不活性ガスでシールドされたアルミニウム合
金表面にレーザ光を照射し、その熱源中に外皮がＣｕ基
材料で、ワイヤ全重量に対してＣｕ量：１０〜７０重量
％、硬化粒子量：１〜５０％含有し、残部がＡｌおよび
不可避不純物からなる肉盛溶接用複合ワイヤを供給し
て、アルミニウム合金表面に硬化肉盛層を形成するこ
と。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム合金（以下
Ａｌ合金と略す）の表面に耐摩耗性および耐熱性に優れ
た硬化層が安定して、かつ経済的に得られる硬化肉盛溶
接方法に関するものである。
Ａｌ合金と略す）の表面に耐摩耗性および耐熱性に優れ
た硬化層が安定して、かつ経済的に得られる硬化肉盛溶
接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】Ａｌ合金は鉄鋼材料に比較し
て、軽量で熱伝導性、耐食性が優れていることから自動
車部品をはじめ広い分野で使用されている。しかし、Ａ
ｌ合金は一般に鉄鋼材料に比べ強度、耐摩耗性、耐熱性
の面で劣っており、Ａｌ合金素材そのままでは、鉄鋼材
料の代替材料として適用できる部位、部品は限られてい
る。また、既にＡｌ，Ａｌ合金が使用されている場合で
も、近年、使用環境が過酷になるにつれ、更に耐久性の
向上が求められている。
て、軽量で熱伝導性、耐食性が優れていることから自動
車部品をはじめ広い分野で使用されている。しかし、Ａ
ｌ合金は一般に鉄鋼材料に比べ強度、耐摩耗性、耐熱性
の面で劣っており、Ａｌ合金素材そのままでは、鉄鋼材
料の代替材料として適用できる部位、部品は限られてい
る。また、既にＡｌ，Ａｌ合金が使用されている場合で
も、近年、使用環境が過酷になるにつれ、更に耐久性の
向上が求められている。
【０００３】その対策として、Ａｌ合金そのものの改良
の外に、表面に耐摩耗、耐熱層を形成する方法の一つと
して、肉盛溶接方法が行われている。例えば、特開平４
−１７２１９３号公報では、Ａｌ母材上にＡｌ，Ｎｉ，
Ｆｅを含有したＣｕ系粉末、特開平３−２３８１９３号
公報では、Ａｌ合金基材上にＣｒ，Ｃ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｏおよび炭化物形成元素（Ｗ，Ｍｏ）からなる粉末を供
給し、レーザ光の照射により肉盛合金化する方法が開示
されている。いずれの肉盛材料も粉末であり、ワイヤに
比べて比表面積が大きく水分の吸着によるブローホール
が発生しやすく、その保管に注意を払わなければならな
い。粉末の供給方法としては、予め、肉盛粉末を堆積し
その粉末上にレーザ光を照射する方法と、粉末供給装置
を用いた供給方法がある。肉盛粉末堆積方法は、一工程
増えるため能率的でなく、円周の肉盛溶接では粉末の固
定などに問題がある。一方、粉末供給装置による供給方
法では、安定して供給するには粉末の形状（好ましくは
球状）粒度範囲（好ましくは５０〜２００μｍ程度）が
制限されるなど、均一な組成、肉盛厚の肉盛層の形成に
は問題があった。
の外に、表面に耐摩耗、耐熱層を形成する方法の一つと
して、肉盛溶接方法が行われている。例えば、特開平４
−１７２１９３号公報では、Ａｌ母材上にＡｌ，Ｎｉ，
Ｆｅを含有したＣｕ系粉末、特開平３−２３８１９３号
公報では、Ａｌ合金基材上にＣｒ，Ｃ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｏおよび炭化物形成元素（Ｗ，Ｍｏ）からなる粉末を供
給し、レーザ光の照射により肉盛合金化する方法が開示
されている。いずれの肉盛材料も粉末であり、ワイヤに
比べて比表面積が大きく水分の吸着によるブローホール
が発生しやすく、その保管に注意を払わなければならな
い。粉末の供給方法としては、予め、肉盛粉末を堆積し
その粉末上にレーザ光を照射する方法と、粉末供給装置
を用いた供給方法がある。肉盛粉末堆積方法は、一工程
増えるため能率的でなく、円周の肉盛溶接では粉末の固
定などに問題がある。一方、粉末供給装置による供給方
法では、安定して供給するには粉末の形状（好ましくは
球状）粒度範囲（好ましくは５０〜２００μｍ程度）が
制限されるなど、均一な組成、肉盛厚の肉盛層の形成に
は問題があった。
【０００４】また、特開平２−１２５９５２号公報では
溶加材として銅ワイヤを用い、高密度エネルギーの電子
ビームによる硬化層を形成する方法が開示されている。
本発明のレーザ硬化肉盛法は大気中で実施できるが、電
子ビームによるＡｌ基材料の表面硬化方法では、真空中
で処理されなければならず、特に、Ａｌ基材料が鋳物材
であれば、基材中に含まれるガスが原因となって気孔が
発生しやすく、加工がバッチ式となりその製造部品がコ
スト高となるという問題があった。
溶加材として銅ワイヤを用い、高密度エネルギーの電子
ビームによる硬化層を形成する方法が開示されている。
本発明のレーザ硬化肉盛法は大気中で実施できるが、電
子ビームによるＡｌ基材料の表面硬化方法では、真空中
で処理されなければならず、特に、Ａｌ基材料が鋳物材
であれば、基材中に含まれるガスが原因となって気孔が
発生しやすく、加工がバッチ式となりその製造部品がコ
スト高となるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題点を解決するべくなされたもので、その目的とする
ところは、外皮がＣｕ基材料からなる複合ワイヤを用
い、レーザ光の高密度エネルギーの熱源によるＡｌ合金
表面への肉盛溶接方法において、Ａｌ合金母材との接合
性が高く、割れ及びブローホール等の溶接欠陥が発生せ
ず、特に高温での耐摩耗性、耐熱性に優れた肉盛層が安
定して得られる、Ａｌ合金表面への硬化肉盛溶接方法を
提供することにある。
問題点を解決するべくなされたもので、その目的とする
ところは、外皮がＣｕ基材料からなる複合ワイヤを用
い、レーザ光の高密度エネルギーの熱源によるＡｌ合金
表面への肉盛溶接方法において、Ａｌ合金母材との接合
性が高く、割れ及びブローホール等の溶接欠陥が発生せ
ず、特に高温での耐摩耗性、耐熱性に優れた肉盛層が安
定して得られる、Ａｌ合金表面への硬化肉盛溶接方法を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はアルミニウム合金表面への硬化肉盛方法に
おいて、不活性ガスでシールドされたアルミニウム合金
表面にレーザ光を照射し、その熱源中に外皮がＣｕ基材
料で、ワイヤ全重量に対してＣｕ量：１０〜７０重量％
（以下％と略す）、硬化粒子量：１〜５０％を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなる肉盛溶接用複合
ワイヤを供給して、アルミニウム合金表面に硬化肉盛層
を形成することを特徴とするものである。本発明方法に
おいては、ＣＯ2 レーザまたはＹＡＧレーザを使用する
のが好ましく、レーザ出力が３．０ｋＷ以下では投入エ
ネルギー不足で肉盛層の形成が困難となり、３ｋＷ以上
のレーザ出力が必要である。
め、本発明はアルミニウム合金表面への硬化肉盛方法に
おいて、不活性ガスでシールドされたアルミニウム合金
表面にレーザ光を照射し、その熱源中に外皮がＣｕ基材
料で、ワイヤ全重量に対してＣｕ量：１０〜７０重量％
（以下％と略す）、硬化粒子量：１〜５０％を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなる肉盛溶接用複合
ワイヤを供給して、アルミニウム合金表面に硬化肉盛層
を形成することを特徴とするものである。本発明方法に
おいては、ＣＯ2 レーザまたはＹＡＧレーザを使用する
のが好ましく、レーザ出力が３．０ｋＷ以下では投入エ
ネルギー不足で肉盛層の形成が困難となり、３ｋＷ以上
のレーザ出力が必要である。
【０００７】
【作用】本発明によれば、不活性ガスでシールドされた
Ａｌ基材料母材上にレーザ光を照射させ、その熱源中に
複合ワイヤを送給することにより、Ａｌ基材料表面にＣ
ｕ、硬化粒子を含んだ硬化肉盛層を形成できる。具体的
には、常温、高温（２５０℃程度）においてＡｌ基材料
の表面に耐摩耗・耐熱肉盛層を形成する肉盛材料につい
て検討した。その結果、所望の耐摩耗性耐熱性が安定し
て得られ、更に、経済性、製造性（伸線性）等の面から
ＣｕまたはＣｕ合金のパイプもしくはフープ内に硬化粒
子、Ａｌ基材料（Ａｌ基（Ａｌ合金を含む）線材または
Ａｌ基（Ａｌ合金を含む）粉末）を充填することが望ま
しいことを見いだした。
Ａｌ基材料母材上にレーザ光を照射させ、その熱源中に
複合ワイヤを送給することにより、Ａｌ基材料表面にＣ
ｕ、硬化粒子を含んだ硬化肉盛層を形成できる。具体的
には、常温、高温（２５０℃程度）においてＡｌ基材料
の表面に耐摩耗・耐熱肉盛層を形成する肉盛材料につい
て検討した。その結果、所望の耐摩耗性耐熱性が安定し
て得られ、更に、経済性、製造性（伸線性）等の面から
ＣｕまたはＣｕ合金のパイプもしくはフープ内に硬化粒
子、Ａｌ基材料（Ａｌ基（Ａｌ合金を含む）線材または
Ａｌ基（Ａｌ合金を含む）粉末）を充填することが望ま
しいことを見いだした。
【０００８】本発明複合ワイヤの外皮材としてＣｕ基フ
ープまたはパイプを用い、耐錆性を確保し、Ｃｕ量を１
０〜７０％とするのは肉盛層のマトリックスの硬さを向
上させるとともに母材に対する濡れ性を確保する働きが
ある。本発明複合ワイヤ中のＣｕ量が１０％未満では
（即ち、肉盛硬化層のＡｌ量が７０％を超えるとα相の
晶出域組成になるため肉盛層の組織は殆どがα相（Ａ
ｌ）ばかりになってしまい、マトリックスの硬さが低
く、ＴｉＣ，ＮｂＣ，Ｖ4 Ｃ3 ，ＴｉＮ，Ｓｉ，Ｗなど
の硬化粒子を添加しても室温、高温での硬さが向上でき
ず、またＡｌ基材料母材との濡れ性が悪く良好な肉盛層
が得られない。一方、本発明複合ワイヤ中のＣｕ量が７
０％を超えると、肉盛層の組織には脆弱な金属間化合物
であるη2 相（ＣｕＡｌ）が析出するため、肉盛層に割
れが発生する。以上の理由により本発明複合ワイヤ中の
Ｃｕ量を１０〜７０％とする。
ープまたはパイプを用い、耐錆性を確保し、Ｃｕ量を１
０〜７０％とするのは肉盛層のマトリックスの硬さを向
上させるとともに母材に対する濡れ性を確保する働きが
ある。本発明複合ワイヤ中のＣｕ量が１０％未満では
（即ち、肉盛硬化層のＡｌ量が７０％を超えるとα相の
晶出域組成になるため肉盛層の組織は殆どがα相（Ａ
ｌ）ばかりになってしまい、マトリックスの硬さが低
く、ＴｉＣ，ＮｂＣ，Ｖ4 Ｃ3 ，ＴｉＮ，Ｓｉ，Ｗなど
の硬化粒子を添加しても室温、高温での硬さが向上でき
ず、またＡｌ基材料母材との濡れ性が悪く良好な肉盛層
が得られない。一方、本発明複合ワイヤ中のＣｕ量が７
０％を超えると、肉盛層の組織には脆弱な金属間化合物
であるη2 相（ＣｕＡｌ）が析出するため、肉盛層に割
れが発生する。以上の理由により本発明複合ワイヤ中の
Ｃｕ量を１０〜７０％とする。
【０００９】更に、硬化粒子の添加により室温および高
温での肉盛層の硬さを向上できる。高温硬さの向上は硬
化粒子を１％以上の添加、さらにＣｕを複合添加するこ
とで達成できる。１％未満ではＴｉＣ，ＮｂＣ等の炭化
物、窒化物およびほう化物等の硬化粒子の分散量が少な
く、高温での硬さ、耐摩耗性の向上が期待できない。一
方硬化粒子量を５０％を超えて充填すると断線等の発生
頻度が高くなるなどワイヤの製造性を劣化させるととも
に、母材との濡れ性の悪化、肉盛層の切削性も劣化させ
る。ここでの硬化粒子とは、ＴｉＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，Ｚ
ｒＣ，Ｃｒ3 Ｃ 2 ，ＷＣ，ＳｉＣ等の炭化物、ＴｉＮ，
ＶＮ，ＺｒＮ等の窒化物、ＴｉＢ2 等のほう化物および
Ｓｉ，Ｗ等の金属粉が挙げられる。
温での肉盛層の硬さを向上できる。高温硬さの向上は硬
化粒子を１％以上の添加、さらにＣｕを複合添加するこ
とで達成できる。１％未満ではＴｉＣ，ＮｂＣ等の炭化
物、窒化物およびほう化物等の硬化粒子の分散量が少な
く、高温での硬さ、耐摩耗性の向上が期待できない。一
方硬化粒子量を５０％を超えて充填すると断線等の発生
頻度が高くなるなどワイヤの製造性を劣化させるととも
に、母材との濡れ性の悪化、肉盛層の切削性も劣化させ
る。ここでの硬化粒子とは、ＴｉＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，Ｚ
ｒＣ，Ｃｒ3 Ｃ 2 ，ＷＣ，ＳｉＣ等の炭化物、ＴｉＮ，
ＶＮ，ＺｒＮ等の窒化物、ＴｉＢ2 等のほう化物および
Ｓｉ，Ｗ等の金属粉が挙げられる。
【００１０】硬化粒子添加による高温硬さ向上の理由
は、硬化粒子添加型の複合ワイヤの肉盛層はＡｌとＣｕ
の共晶とＡｌとＣｕの金属間化合物（ＣｕＡｌ2 ）及び
硬化粒子が分散した組織からなっている。即ちＣｕＡｌ
2 の硬さはＨｖ４００〜６００であるのに対し、硬化粒
子の硬さは種々異なり、例えばＳｉはＨｖ９００〜１０
００、ＴｉＣはＨｖ３２００程度、ＮｂＣはＨｖ２４０
０程度であることから、硬化粒子添加により、ＣｕとＡ
ｌの金属間化合物（ＣｕＡｌ2 ）より硬い硬化粒子が分
散したことで肉盛層の硬さが向上したものと考えられ
る。また、硬化粒子の溶融温度（例えば、ＴｉＣ：約３
１４０℃，ＮｂＣ：３５００℃，Ｓｉ：１４１０℃）が
ＣｕＡｌ2 （約５９１℃）より高いことにより、軟化抵
抗が大きいため高温での硬さが向上したと考えられる。
尚、常温、高温下（２５０℃程度）で耐摩耗性、耐熱性
が安定して得られるためには、肉盛金属の硬さがＨｖ１
５０以上であることが必要であり、それ以下では耐摩耗
性の向上が期待されない。
は、硬化粒子添加型の複合ワイヤの肉盛層はＡｌとＣｕ
の共晶とＡｌとＣｕの金属間化合物（ＣｕＡｌ2 ）及び
硬化粒子が分散した組織からなっている。即ちＣｕＡｌ
2 の硬さはＨｖ４００〜６００であるのに対し、硬化粒
子の硬さは種々異なり、例えばＳｉはＨｖ９００〜１０
００、ＴｉＣはＨｖ３２００程度、ＮｂＣはＨｖ２４０
０程度であることから、硬化粒子添加により、ＣｕとＡ
ｌの金属間化合物（ＣｕＡｌ2 ）より硬い硬化粒子が分
散したことで肉盛層の硬さが向上したものと考えられ
る。また、硬化粒子の溶融温度（例えば、ＴｉＣ：約３
１４０℃，ＮｂＣ：３５００℃，Ｓｉ：１４１０℃）が
ＣｕＡｌ2 （約５９１℃）より高いことにより、軟化抵
抗が大きいため高温での硬さが向上したと考えられる。
尚、常温、高温下（２５０℃程度）で耐摩耗性、耐熱性
が安定して得られるためには、肉盛金属の硬さがＨｖ１
５０以上であることが必要であり、それ以下では耐摩耗
性の向上が期待されない。
【００１１】本発明によるＣｕ基材料からなる外皮材内
に硬化粒子、Ａｌを充填した複合ワイヤの製造方法とし
ては、次の様な方法を用いることができる。以下に図面
を基に説明する。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明
の複合ワイヤの横断面形状を示す図である。図１（ａ）
の複合ワイヤの製造方法はＣｕ基材料外皮１にフープを
使用し、フープを湾曲に成形しながら硬化粒子粉末４を
充填したＡｌ基パイプ３を挿入した後、該フープの両端
部をＴＩＧ溶接、レーザあるいは抵抗溶接により塞ぎ、
その後所定の径まで圧延、伸線するか、Ｃｕ基材料外皮
１にパイプを使用し、特開昭６２−２４４５１９号公報
に示されるように、パイプを振動させながらパイプ端部
から硬化粒子粉末４を充填したＡｌパイプ３を挿入し、
その後所定の径まで圧延伸線加工を行って得る事が出来
る。
に硬化粒子、Ａｌを充填した複合ワイヤの製造方法とし
ては、次の様な方法を用いることができる。以下に図面
を基に説明する。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明
の複合ワイヤの横断面形状を示す図である。図１（ａ）
の複合ワイヤの製造方法はＣｕ基材料外皮１にフープを
使用し、フープを湾曲に成形しながら硬化粒子粉末４を
充填したＡｌ基パイプ３を挿入した後、該フープの両端
部をＴＩＧ溶接、レーザあるいは抵抗溶接により塞ぎ、
その後所定の径まで圧延、伸線するか、Ｃｕ基材料外皮
１にパイプを使用し、特開昭６２−２４４５１９号公報
に示されるように、パイプを振動させながらパイプ端部
から硬化粒子粉末４を充填したＡｌパイプ３を挿入し、
その後所定の径まで圧延伸線加工を行って得る事が出来
る。
【００１２】図１（ｂ）の複合、複合ワイヤの製造方法
はＣｕ基材料外皮１にフープを使用し、フープを湾曲に
成形しながら硬化粒子粉末４とＡｌ基芯材２を挿入した
後、該フープの両端部をＴｉＧ溶接、レーザあるいは抵
抗溶接により塞ぎ、その後所定の径まで圧延、伸線する
か、Ｃｕ基材料外皮１にパイプを使用し、特公昭４５−
３０９３７号公報に示される様に、パイプを振動させな
がらパイプ端部から硬化粒子粉末４とＡｌ芯材２を挿入
し、その後所定の径まで圧延、伸線加工を行って得る事
ができる。
はＣｕ基材料外皮１にフープを使用し、フープを湾曲に
成形しながら硬化粒子粉末４とＡｌ基芯材２を挿入した
後、該フープの両端部をＴｉＧ溶接、レーザあるいは抵
抗溶接により塞ぎ、その後所定の径まで圧延、伸線する
か、Ｃｕ基材料外皮１にパイプを使用し、特公昭４５−
３０９３７号公報に示される様に、パイプを振動させな
がらパイプ端部から硬化粒子粉末４とＡｌ芯材２を挿入
し、その後所定の径まで圧延、伸線加工を行って得る事
ができる。
【００１３】図１（ｃ）の複合ワイヤの製造方法はＣｕ
基材料外皮１にフープを使用し、フープを湾曲に成形し
ながら硬化粒子粉末とＡｌ基粉末の混合粉５を挿入した
後、該フープの両端部をＴＩＧ溶接、レーザあるいは抵
抗溶接により塞ぎ、その後所定の径まで圧延、伸線する
か、Ｃｕ基材料外皮１にパイプを使用し、特公昭４５−
３０９３７号公報に示される様に、パイプを振動させな
がらパイプ端部から硬化粒子粉末とＡｌ粉末の混合粉５
を挿入し、その後所定の径まで圧延、伸線加工を行って
得る事が出来る。
基材料外皮１にフープを使用し、フープを湾曲に成形し
ながら硬化粒子粉末とＡｌ基粉末の混合粉５を挿入した
後、該フープの両端部をＴＩＧ溶接、レーザあるいは抵
抗溶接により塞ぎ、その後所定の径まで圧延、伸線する
か、Ｃｕ基材料外皮１にパイプを使用し、特公昭４５−
３０９３７号公報に示される様に、パイプを振動させな
がらパイプ端部から硬化粒子粉末とＡｌ粉末の混合粉５
を挿入し、その後所定の径まで圧延、伸線加工を行って
得る事が出来る。
【００１４】
【実施例】図２は本発明の実施例に係わるＡｌ合金母材
への複合ワイヤを用いたレーザ肉盛方法の状態を示す概
略構成図である。図２において、ＣＯ2 レーザトーチ６
を経由したレーザ光７が集光レンズ８を通って適当な大
きさに形成されて、アシストガスのアルゴンガス９でシ
ールドされたＡｌ合金鋳物板１０上に照射される。レー
ザ光中に肉盛溶加材の複合ワイヤ１１を供給しながら、
加工テーブル１２によってＡｌ合金鋳物板１０は加工方
向に移動し肉盛層１３が形成される。本発明を更に具体
的に説明する。アルゴンガスでシールドされたＡｌ合金
鋳物板（ＪＩＳ Ａ ５２０２ ＡＣ４Ｂ，１０t ×５
０×１５０ｍｍ）の表面に表１に示した試作ワイヤ
（１．２ｍｍφ：横断面形状図１（ａ））および比較材
の試作粉末を供給し、表２に示したレーザ肉盛条件のＣ
Ｏ2 レーザ光を照射し、ビードオンプレート肉盛溶接を
実施した。また、本例で使用した粉末の粒径は４０〜８
０μｍ程度である。
への複合ワイヤを用いたレーザ肉盛方法の状態を示す概
略構成図である。図２において、ＣＯ2 レーザトーチ６
を経由したレーザ光７が集光レンズ８を通って適当な大
きさに形成されて、アシストガスのアルゴンガス９でシ
ールドされたＡｌ合金鋳物板１０上に照射される。レー
ザ光中に肉盛溶加材の複合ワイヤ１１を供給しながら、
加工テーブル１２によってＡｌ合金鋳物板１０は加工方
向に移動し肉盛層１３が形成される。本発明を更に具体
的に説明する。アルゴンガスでシールドされたＡｌ合金
鋳物板（ＪＩＳ Ａ ５２０２ ＡＣ４Ｂ，１０t ×５
０×１５０ｍｍ）の表面に表１に示した試作ワイヤ
（１．２ｍｍφ：横断面形状図１（ａ））および比較材
の試作粉末を供給し、表２に示したレーザ肉盛条件のＣ
Ｏ2 レーザ光を照射し、ビードオンプレート肉盛溶接を
実施した。また、本例で使用した粉末の粒径は４０〜８
０μｍ程度である。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】上記の肉盛溶接により得られた肉盛層につ
いて、２５０℃の高温硬さ測定および表３に示す試験条
件でピンオンディスク摩耗試験を行い摩耗特性を調査し
た。摩耗特性は肉盛層から採取したピン材の摩耗重量を
測定し、それぞれの密度で除した摩耗体積減量で評価し
た。また、肉盛ビードのピット、ブローホール等の溶接
欠陥の有無、肉盛層内部の割れ、ビード表面割れ、母材
との濡れ性、切削性についても調査した。肉盛層内部の
ブローホール、割れは溶接部横断面の光学顕微鏡（×１
００）及び溶接ビード全体の放射線透過試験（ＪＩＳ
Ｚ ３１０５）、母材の希釈率は溶接部横断面を光学顕
微鏡（×１００）にて調査し、ビード表面の割れについ
ては浸透探傷試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２３４３）により
割れの有無を調査した。その調査結果を表４に示す。
いて、２５０℃の高温硬さ測定および表３に示す試験条
件でピンオンディスク摩耗試験を行い摩耗特性を調査し
た。摩耗特性は肉盛層から採取したピン材の摩耗重量を
測定し、それぞれの密度で除した摩耗体積減量で評価し
た。また、肉盛ビードのピット、ブローホール等の溶接
欠陥の有無、肉盛層内部の割れ、ビード表面割れ、母材
との濡れ性、切削性についても調査した。肉盛層内部の
ブローホール、割れは溶接部横断面の光学顕微鏡（×１
００）及び溶接ビード全体の放射線透過試験（ＪＩＳ
Ｚ ３１０５）、母材の希釈率は溶接部横断面を光学顕
微鏡（×１００）にて調査し、ビード表面の割れについ
ては浸透探傷試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２３４３）により
割れの有無を調査した。その調査結果を表４に示す。
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】表４においてＮｏ．１〜Ｎｏ．１０は本発
明の要件を満たしたワイヤによってレーザ肉盛溶接を行
った例である。得られたＡｌ合金表面への肉盛層は、常
温および２５０℃での高温硬さは十分な値を有するとと
もに良好な耐摩耗性（２．０（ｍｇ／密度／ｋｍ）以
下）を示し、肉盛層内部の微小割れ、ビード表面の割れ
は皆無であり、ピット、０．２ｍｍ以上のブローホール
の発生は認められず（実用上問題の無い０．２ｍｍ以下
のものは多少認められた）、良好な溶接性を示した。こ
れに対しＮｏ．１１〜Ｎｏ．１８は比較例として、粉末
状またはワイヤ状の肉盛溶加材で、レーザ肉盛により行
ったものであるが、いずれも肉盛層の特性において満足
な結果が得られなかった。
明の要件を満たしたワイヤによってレーザ肉盛溶接を行
った例である。得られたＡｌ合金表面への肉盛層は、常
温および２５０℃での高温硬さは十分な値を有するとと
もに良好な耐摩耗性（２．０（ｍｇ／密度／ｋｍ）以
下）を示し、肉盛層内部の微小割れ、ビード表面の割れ
は皆無であり、ピット、０．２ｍｍ以上のブローホール
の発生は認められず（実用上問題の無い０．２ｍｍ以下
のものは多少認められた）、良好な溶接性を示した。こ
れに対しＮｏ．１１〜Ｎｏ．１８は比較例として、粉末
状またはワイヤ状の肉盛溶加材で、レーザ肉盛により行
ったものであるが、いずれも肉盛層の特性において満足
な結果が得られなかった。
【００２１】すなわち、Ｎｏ．１１，１２は本発明ワイ
ヤの成分範囲にある粉末状の肉盛溶加材を用いたもので
あるが、肉盛層の硬さは良好な値を示したが、ピット、
ブローホールの発生が認められ、耐摩耗性もやや劣る結
果が得られた。また、粉末供給装置によりセラミックス
粉を含有した粉末を供給したが、均一供給が困難で均一
な組成、肉盛厚が得られなかった。Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．
１８はいずれも本発明の成分範囲を外れた複合ワイヤを
用いた肉盛例である。いずれもピット、ブローホール等
の溶接欠陥の発生は認められないが、肉盛層の硬さ、耐
摩耗性に問題があった。
ヤの成分範囲にある粉末状の肉盛溶加材を用いたもので
あるが、肉盛層の硬さは良好な値を示したが、ピット、
ブローホールの発生が認められ、耐摩耗性もやや劣る結
果が得られた。また、粉末供給装置によりセラミックス
粉を含有した粉末を供給したが、均一供給が困難で均一
な組成、肉盛厚が得られなかった。Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．
１８はいずれも本発明の成分範囲を外れた複合ワイヤを
用いた肉盛例である。いずれもピット、ブローホール等
の溶接欠陥の発生は認められないが、肉盛層の硬さ、耐
摩耗性に問題があった。
【００２２】Ｎｏ．１３は硬化粒子量が本発明ワイヤの
範囲にあるが、Ｃｕ量が下限を下回る例で十分な肉盛層
の硬さが得られず耐摩耗性も劣っていた。即ち、Ｃｕ量
が少ないため、肉盛層の組織はマトリックスが殆どα相
（Ａｌ）であり、硬化粒子が分散しても硬さの向上が認
められなかった。なお、肉盛層内部及び表面の割れはな
かった。Ｎｏ．１４はワイヤのＣｕ量が７２％と上限を
超えた場合で、脆弱な金属間化合物であるη2 相（Ｃｕ
Ａｌ）が析出するため、肉盛層に割れが発生し、摩耗試
験中に剥離、脱落し摩耗量も多かった。Ｎｏ．１５はワ
イヤのＣｕ量が本発明の範囲にあるが、硬化粒子の添加
がなく肉盛層は十分な高温硬さが得られず、また、良好
な耐摩耗性が得られなかった。
範囲にあるが、Ｃｕ量が下限を下回る例で十分な肉盛層
の硬さが得られず耐摩耗性も劣っていた。即ち、Ｃｕ量
が少ないため、肉盛層の組織はマトリックスが殆どα相
（Ａｌ）であり、硬化粒子が分散しても硬さの向上が認
められなかった。なお、肉盛層内部及び表面の割れはな
かった。Ｎｏ．１４はワイヤのＣｕ量が７２％と上限を
超えた場合で、脆弱な金属間化合物であるη2 相（Ｃｕ
Ａｌ）が析出するため、肉盛層に割れが発生し、摩耗試
験中に剥離、脱落し摩耗量も多かった。Ｎｏ．１５はワ
イヤのＣｕ量が本発明の範囲にあるが、硬化粒子の添加
がなく肉盛層は十分な高温硬さが得られず、また、良好
な耐摩耗性が得られなかった。
【００２３】Ｎｏ．１６はワイヤのＣｕ量が本発明の範
囲にあるが、硬化粒子量が６５％と上限を超えており母
材との濡れ性は劣化し、肉盛層の切削性が悪化した。ま
た、本ワイヤの製造において断線が多発した。Ｎｏ．１
７は硬化粒子量が本発明ワイヤの範囲にあるが、ワイヤ
中のＣｕ量が下限を下回る例で十分な肉盛層の硬さが得
られず耐摩耗性も劣っていた。すなわち、Ｃｕ量が少な
いため、肉盛層の組織はマトリックスが殆どα相（Ａ
ｌ）であり、硬化粒子が分散しても硬さの向上が認めら
れなかった。なお、肉盛層内部及び表面の割れはなかっ
た。Ｎｏ．１８はＣｕ量および硬化粒子量が下限を下回
っており肉盛層の高温硬さは十分でなく良好な耐摩耗性
が得られなかった。なお、肉盛層内部およびビード表面
に割れはなかった。
囲にあるが、硬化粒子量が６５％と上限を超えており母
材との濡れ性は劣化し、肉盛層の切削性が悪化した。ま
た、本ワイヤの製造において断線が多発した。Ｎｏ．１
７は硬化粒子量が本発明ワイヤの範囲にあるが、ワイヤ
中のＣｕ量が下限を下回る例で十分な肉盛層の硬さが得
られず耐摩耗性も劣っていた。すなわち、Ｃｕ量が少な
いため、肉盛層の組織はマトリックスが殆どα相（Ａ
ｌ）であり、硬化粒子が分散しても硬さの向上が認めら
れなかった。なお、肉盛層内部及び表面の割れはなかっ
た。Ｎｏ．１８はＣｕ量および硬化粒子量が下限を下回
っており肉盛層の高温硬さは十分でなく良好な耐摩耗性
が得られなかった。なお、肉盛層内部およびビード表面
に割れはなかった。
【００２４】
【発明の効果】以上のことにより、本発明の複合ワイヤ
を用い、レーザ肉盛溶接を行えば、ピット、ブローホー
ル等の溶接欠陥の発生は少なく、高温下（２５０℃）に
おいても、Ａｌ基材料との接合性の高い耐摩耗性、耐熱
性肉盛層が形成された耐摩耗性Ａｌ基部材が安価に得ら
れる。
を用い、レーザ肉盛溶接を行えば、ピット、ブローホー
ル等の溶接欠陥の発生は少なく、高温下（２５０℃）に
おいても、Ａｌ基材料との接合性の高い耐摩耗性、耐熱
性肉盛層が形成された耐摩耗性Ａｌ基部材が安価に得ら
れる。
【図１】ワイヤの横断面形状を示した図、
【図２】本発明のＡｌ合金表面への硬化肉盛溶接方法を
示す概略構成を示した図である。
示す概略構成を示した図である。
１ Ｃｕ基外皮 ２ Ａｌ基芯材 ３ Ａｌ基パイプ ４ 硬化粒子粉 ５ Ａｌ基粉と硬化粒子粉の混合粉 ６ ＣＯ2 レーザトーチ ７ レーザ光 ８ 集光レンズ ９ アルゴンガス １０ Ａｌ合金鋳物（ＡＣ４Ｂ） １１ 複合ワイヤ １２ 加工テーブル １３ 肉盛層
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミニウム合金表面への硬化肉盛方法
において、不活性ガスでシールドされたアルミニウム合
金表面にレーザ光を照射し、その熱源中に外皮がＣｕ基
材料で、ワイヤ全重量に対してＣｕ量：１０〜７０重量
％（以下％と略す）、硬化粒子量：１〜５０％を含有
し、残部がＡｌおよび不可避不純物から肉盛溶接用複合
ワイヤを供給して、アルミニウム合金表面に硬化肉盛層
を形成することを特徴とするアルミニウム合金表面への
硬化肉盛溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6042327A JPH07251293A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6042327A JPH07251293A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07251293A true JPH07251293A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12632922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6042327A Withdrawn JPH07251293A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07251293A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009149898A1 (de) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren und hohldraht zur herstellung und/oder verstärkung von bauteilen und/oder strukturen durch hohldrahtbasierten aufbauprozess |
| DE102014205002A1 (de) * | 2014-03-18 | 2015-09-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Anordnung zum Schweißen |
| WO2016164128A1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-10-13 | Siemens Energy, Inc. | Optically conductive filler for laser processing |
| JP2019188449A (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 川崎重工業株式会社 | 肉盛溶接方法、肉盛溶接物および部品製造方法 |
| JP2020001062A (ja) * | 2018-06-28 | 2020-01-09 | Tdk株式会社 | 超音波接合ヘッド、超音波接合装置および超音波接合方法 |
| CN115647652A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-01-31 | 江苏大轩焊材有限公司 | 一种耐磨药芯焊丝及其制备方法 |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP6042327A patent/JPH07251293A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009149898A1 (de) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren und hohldraht zur herstellung und/oder verstärkung von bauteilen und/oder strukturen durch hohldrahtbasierten aufbauprozess |
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| WO2016164128A1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-10-13 | Siemens Energy, Inc. | Optically conductive filler for laser processing |
| RU2696991C2 (ru) * | 2015-04-09 | 2019-08-08 | Сименс Энерджи, Инк. | Присадочный материал с оптической проводимостью для лазерной обработки |
| US11344975B2 (en) | 2015-04-09 | 2022-05-31 | Siemens Energy, Inc. | Optically conductive filler for laser processing |
| JP2019188449A (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 川崎重工業株式会社 | 肉盛溶接方法、肉盛溶接物および部品製造方法 |
| JP2020001062A (ja) * | 2018-06-28 | 2020-01-09 | Tdk株式会社 | 超音波接合ヘッド、超音波接合装置および超音波接合方法 |
| CN115647652A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-01-31 | 江苏大轩焊材有限公司 | 一种耐磨药芯焊丝及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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