JPH09253848A

JPH09253848A - 金属部材への肉盛り溶接装置

Info

Publication number: JPH09253848A
Application number: JP6870396A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Niinuma; 淳新沼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ゴム製品あるいは合成樹脂製品などの成形用
金型に生じた比較的微細な損傷等を補修、補正する肉盛
り溶接装置を提供する。【解決手段】金属部材に溶接材を肉盛り溶接する溶着
機と、肉盛り溶接金属をパルス状のアークで再溶融する
アーク溶融機との組合せとし、溶着機は２次電極と、微
粒粉末状の溶接パウダー又は薄板状の溶接板材へ押し付
ける１次電極と、前記１次電極と２次電極の間に大電流
を短時間内にパルス状に通電する電源装置とで構成す
る。アーク溶融機は、肉盛り溶接金属へアークを発生さ
せる１次電極と、２次電極と、電源装置と、不活性ガス
供給機構とで構成され、電源装置は１次電極を金属部材
に一度接触させて少し離すことによりリレーを働かせて
高圧パルスが整流、平滑化された高圧電圧に基く主電流
で１次電極と肉盛り溶接金属との間に本アークをパルス
状に発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム製品あるいは
合成樹脂製品などの成形用金型に代表される金属部材に
生じた比較的微細な損傷や寸法ミス等を、肉盛り溶接を
して補修、補正する方法に使用される肉盛り溶接装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】成形用金型などは、その製作段階や使用
過程において損傷を受けたり、寸法ミス等が日常的に生
じ、損傷や寸法ミスを補正、補修して金型の再生利用を
図る必要性は、特にコスト面から甚大である。そこで従
来、特開平５−２６１５８５号、特開平５−２６１５８
６号公報（これらは平成８年１月９日特許査定、米国特
許第５３７８８６７号）に、合成樹脂成形用金型に代表
されるような金属部材の比較的微細なつぶれやキズ、寸
法補正などを目的として、その金属部材に溶接金属（ナ
ゲット）を点状又は線状又は面状に肉盛りする溶接を行
ない、凝固後に前記肉盛り溶接金属の不要部分（余肉）
を切除し、その跡を研磨して仕上げる、金属部材の溶接
補修方法及び肉盛り溶接装置が開示されている。

【０００３】更に、先の特願平７ー２１６１７４号に
は、上記発明の肉盛り溶接装置を溶着機とし、同機によ
って肉盛りした溶接金属へアークをパルス状に飛ばして
再溶融するアーク溶融機との組み合わせで構成される肉
盛り溶接装置、及び該溶接装置を使用した金属部材の溶
接補修方法が開示されている。と言うのも、上記の溶着
機により肉盛り溶接された溶接金属（ナゲット）を顕微
鏡写真などで拡大し詳細に観察したところ、その溶着度
（合金化度）はおよそ９５％ぐらいまで及んでいるが、
１００％ではない。また、施工者の技能の優劣によって
前記溶着度は上下にバラつく。その原因は、前記溶着機
の１次電極で１パルスの通電により形成できる溶接金属
（ナゲット）の大きさは、せいぜい直径０．６〜１mm程
度の微細な点状である。このような点状のナゲットを連
続させ又は層状に積み重ねることにより肉盛り溶接が行
なわれるので、１次電極の送り（移動）操作の若干の狂
いでナゲットは非連続な溶接状態となるからである。前
記のように溶着度が不十分であると、肉盛りした溶接金
属が剥離を起すおそれがあり、せっかく補修した物が台
無しになる心配があった。しかし、前記の先願発明によ
って前記の各問題点が解決された。即ち、肉盛り溶接金
属の溶着度は１００％近くに高まり、高品質で剥離の心
配がなく、従って補修箇所の耐久性に優れ、しかも補
正、補修に要する作業時間が短く、格別の熟練した技術
を必要としない肉盛り溶接装置が提供されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、先願である
上記特願平７ー２１６１７４号に記載された肉盛り溶接
装置の特に肉盛りされた溶接金属へアークを飛ばして再
溶融するアーク溶融機の電源装置は所謂ノータッチスタ
ートの構成である。即ち、アークを発生させる手段とし
て高周波発生器（ＨＦオシレータ）を採用し、この高周
波発生器が発生した高周波をトランスで昇圧させ、直流
電流に重畳する構成とされている。

【０００５】このため前記高周波発生器とトランスとの
間の電線（配線）がアンテナの代用になって電波が発生
し（不要副射する）、この電波が近隣の例えば数値制御
機械その他のコンピュータ、ＯＡ機器などにノイズとな
って飛び込む高周波障害の問題が指摘され、その解決を
迫られている。従って、本発明の目的は、アーク溶融機
の電源装置に高周波発生器を使用しない構成に改良した
肉盛り溶接装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、請求項１の発明に係る肉盛り溶接装置
は、金属部材に溶接材を肉盛り溶接する溶着機と、肉盛
り溶接金属をパルス状のアークで再溶融するアーク溶融
機との組合せから成るものとした。溶着機は、金属部材
と電気的に接続される２次電極と、金属部材の上に載せ
られた微粒粉末状の溶接パウダー又は薄板状の溶接板材
へ局部的に押し付けることが可能な先細形状の１次電極
と、前記１次電極と２次電極の間に３００〜１５００ア
ンペアの大電流を１／１０００〜４／１０００秒の短時
間内にパルス状に通電する電源装置とで構成される。

【０００７】アーク溶融機は、前記溶着機によって金属
部材の上に形成された肉盛り溶接金属へ接近させアーク
を発生させる１次電極と、金属部材と電気的に接続され
る２次電極と、前記肉盛り溶接金属とこれに接近させた
前記１次電極との間にアークをパルス状に発生させる電
源装置と、前記アークを発生させる前後に前記肉盛り溶
接金属を不活性ガス雰囲気下に置く不活性ガス供給機構
とで構成されていると共に、前記電源装置は１次電極を
金属部材に一度接触させて少し離すことにより補助回路
で小さなアークを発生させ、その際の補助回路電流を検
出してリレーを働かせて電源側トランスを通じて発生し
た高圧パルスが整流、平滑化された高圧電圧に基く主電
流で１次電極と肉盛り溶接金属との間に本アークをパル
ス状に発生させることをを特徴とする。

【０００８】前記請求項１に記載した溶着機と、アーク
溶融機とは、各々の電源回路が制御器を共有する形に併
合された一体型の構成とされていることを特徴とする。
前記請求項１に記載した溶着機と、アーク溶融機とは、
各々の電源回路を分離独立させた分離型の構成とされて
いることも特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１の発明に係る肉盛り溶接
装置は、金属部材へ肉盛り溶接する「溶着機」と、前記
溶着機で肉盛り溶接された肉盛り溶接金属（ナゲット）
をパルス状のアーク熱で再溶融する「アーク溶融機」と
を組合せた構成で実施される。溶着機の１次電極が１パ
ルスの通電により０．６〜１．０mmの大きさの点状に溶
接金属（ナゲット）を形成し肉盛りされる。これに対
し、アーク溶融機の１放電のアークは前記溶接金属の５
〜１０個分、即ち、直径にして３〜５mm、厚さにして
０．５〜１mm程度の範囲を広く瞬時に再溶融化させる。
従って、肉盛り溶接金属へ前記アークを均一に放射する
ことにより溶接金属は１００％完全に再溶融され合金化
する。溶着機で形成したナゲットの大きさに対し、アー
ク溶融機のアークで再溶融され凝固するナゲットは略５
〜１０倍の大きさの団子状に一体化する。前記溶着機
は、金属部材に電気的に接続される２次電極と、金属部
材の特には補修箇所の上に載せられた微粒粉末状の溶接
パウダー又は薄板状の溶接板材へ局部的に押し付けるこ
とが可能な先細形状の１次電極と、前記１次及び２次電
極の間に３００〜１５００アンペアの大電流を１／１０
００〜４／１０００秒の短時間内にパルス状に通電する
電源装置とで構成される。必要に応じて、前記微粒粉末
状の溶接パウダーを１次電極の好適位置に限定して付着
させる磁石片を電極の中に装着した構成の１次電極が使
用される。このような１次電極は、実公平７−１９６６
７号公報に記載されて公知である。

【００１０】次に、アーク溶融機は、上記の溶着機によ
って金属部材の上に形成された肉盛り溶接金属（ナゲッ
ト）へ接近させアークを飛ばす１次電極と、前記金属部
材に電気的に接続される２次電極と、前記盛肉り溶接金
属とこれに接近させた前記１次電極との間にアークをパ
ルス状に発生させる電源装置と、前記アークを発生する
前後に前記肉盛り溶接金属の周りにアルゴン等の不活性
ガスを充満させて酸化を防ぐ不活性ガス雰囲気にする不
活性ガス供給機構とで構成される。肉盛り溶接金属へア
ークを発生させる電流値は、０〜１００Ａ、前記アーク
の発生時間は０．０１〜１．０秒ぐらい、特に好ましく
は０．１〜０．２秒である。アーク溶融機の１次電極は
絶縁材質のホルダー、例えば硬質ゴムで形成した把手を
介して手に持つか、又はロボットハンドに支持させる。
アーク溶融機の１次電極は、それ自体溶融しないタング
ステン電極等で形成され、アークに指向性を付与できる
ように先細り形状とする。肉盛り溶接金属へ前記１次電
極を接近させる距離は０．５mm程度が最も効果的であ
る。電流値としては、０〜７０Ａ、特に０〜６５Ａが最
も望ましい。前記不活性ガス供給機構で供給される不活
性ガスとしては、金属部材や肉盛り溶接金属の酸化や窒
化を防ぐ目的で従来から用いられているアルゴンガス、
ヘリウムガス等が好適である。

【００１１】上記溶着機とアーク溶融機は、電源入力及
び制御器（制御用プリント基板）などを共通にする電気
回路（電源回路）で構成した併合型と、電気回路を独立
に構成した分離型の２種類が実施される。本発明の場
合、前記アーク溶融機の電源装置は、１次電極を金属部
材へ一度接触させ電気的に導通させてから少し離すと、
予め荷電された補助回路の働きで前記のギャップに小さ
なアークを一瞬発生させる。その際に流れる補助回路電
流を検出してリレーを働かせ、該リレーの導通により電
源側トランスを通じて発生した高圧パルスが整流、平滑
化された高圧電圧に基く主電流で１次電極と肉盛り溶接
金属との間に本アークを発生させる構成（タッチスター
ト）とし、要するに高周波発生器は無用の構成とした。

【００１２】本発明の実施に使用される溶接材は、粉末
合金（溶接パウダー）、薄板材、細線材、球状材、ペー
スト等の態様とされる。これらは金属部材の補修箇所の
大きさ、形状、その他の条件に応じて適宜選択して使用
される。溶接材として粉末合金（溶接パウダー）を選択
すると、三頂点の角やエッジ等の補修を容易化できる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づき
説明する。図１は溶着機とアーク溶融機とを併合した肉
盛り溶接装置の電源回路を示している。図中Ｐが溶着機
の電源回路であり、Ｑがアーク溶融機の電源回路であ
る。この肉盛り溶接装置は、家庭用のＡＣ１００Ｖを電
源とし、全ての制御を担当する制御回路用プリント基板
４１を共通の制御器として具備している。

【００１４】まず、溶着機の電源回路Ｐについて説明す
る。これは１次電極８と、金属部材へ貼り付けるなどの
手段で電気的に接続される２次電極２０（これはアーク
溶融機の電源回路Ｑと共通）へ通電する電源回路として
構成されている。電源スイッチ５をオンすることにより
溶接材の肉盛り溶接作業が可能となる。作業者が足踏み
スイッチ５０を１回踏む度に１通電（１パルス）の溶接
が行なわれる。溶接電圧の大きさは、両端がスイッチ５
０を介してＡＣラインに接続された単一コイル・トラン
スである電圧調整器１４により交流０Ｖ〜１０Ｖぐらい
の範囲で調整が行なわれる。足踏みスイッチ５０を１回
踏む（スイッチオンする）と、制御回路４１によりソリ
ッド・ステート・リレー１５（ＳＳＲ２）がオンにな
り、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に充電が行なわ
れる。つづいて制御回路４１のトリガ動作でサイリスタ
ー１６により前記コンデンサの放電が行なわれる。この
放電電流がトランス１７の１次側に流れるので、同トラ
ンス１７の２次側に低圧、大電流（３００Ａ〜１５００
Ａ）が発生し、これが１次電極８から２次電極へと一瞬
に流れて溶接が行なわれる。このとき１次電極８へパル
ス状に一瞬に流れる電流波形は、図１中に併記したとお
りであり、、通電時間（１／１０００〜４／１０００）
と電流値（３００Ａ〜１５００Ａ）とは反比例の関係に
なる。足踏みスイッチ５０を踏みつづけると、前記の充
電と放電の動作が間欠的に一定周期で繰り返し行なわ
れ、連続溶接ができる。充電と放電の間欠動作の周期
は、制御回路４１のリレー制御間隔を調整するデジタル
タイマー１８の設定により０．３秒〜１．５秒の範囲で
調整される。図１の電源回路は軽量小形の携帯式装置と
して製作される。

【００１５】次に、アーク溶融機の電源回路Ｑについて
説明する。アーク溶融機の１次電極１０及び２次電極２
０は、それぞれケーブル１２、２１と接続具を介して図
１の電源装置Ｑの出力端子に着脱自在に接続されてい
る。１次電極１０は、アークに指向性を与えるため先細
り形状とされ、コレットを介するなどしてホルダー１１
に装着される（図２を参照）。

【００１６】上述の溶着機Ｐによって金属部材１の補修
箇所に肉盛りされた溶接金属を、当該アーク溶融機Ｑで
再溶融化する作業の準備としては、図２に示したよう
に、まず２次電極２０を金属部材１の適所に貼り付ける
等して電気的に接続する。次に、図１中の電源スイッチ
５をオン操作して電源回路Ｑを稼動状態とした後、アー
クの電流値はＡＣ電源電圧を受ける単一巻線トランスで
ある電流調整器４２により０〜６５Ａに調整する。その
後フットスイッチ５２を踏むとプリント基板４１の指令
によって不活性ガス供給管３０に設置した自動開閉弁３
１が開かれ、アルゴンガスが流出して肉盛り溶接金属６
の近辺はアルゴンガスの充満によりアルゴンガス雰囲気
下とされる。アルゴンガス供給管３０は１次電極１０の
ホルダー１１に一体化した構成で実施することもよい。

【００１７】前述したように、フットスイッチ５２を踏
みながら、１次電極１０を金属部材１（又は溶着金属）
に一度接触させてから０．５mm位離すと、前記接触によ
る電気的導通により、既に荷電状態にある補助回路４７
のトランス４８の働きで補助回路電流が１次電極１０側
に流れ、これによって１次電極１０と溶着金属との間に
小さいアーク（アーク電流は１〜５Ａ位）が発生する。
前記補助回路電流が抵抗Ｒの両端の電圧Ｖ₁として検出
され、制御器４１はディジタルタイマー設定器１８によ
り設定された短時間（０〜１．０秒）だけＧ１，Ｇ２に
信号電圧（ゲート電圧）を送り、本回路のソリッド・ス
テート・リレー４３（ＳＳＲ１）を働かせ導通させる。
前記リレー４３の導通により本回路にはパルス状の電流
（０〜６５Ａ）が流れ、メイントランス４４の入力側４
４´にはディジタルタイマー設定器１８で設定した短時
間（０．０１〜１．０秒）だけ電流が流れる。次いでメ
イントランス４４の電磁誘導により出力側４４”に生じ
た昇圧電流が、整流器４５（ＳＲ１）により直流に変換
され、リアクタンス（チョークコイル）Ｌで平滑化さ
れ、この電流によって１次電極１０と溶接金属との間に
本アーク（アーク電流は０〜７０Ａ）をパルス状に発生
させる。前記のフットスイッチ５２を踏み１次電極をタ
ッチさせてから約０．８秒後に、１次電極１０と溶接金
属６との間に本アークが発生する（図３を参照）。図３
中のΔｔは本アークを含めた時間である。前記本アーク
の終了時点から約２．５秒間、やはり自動開閉弁３１が
開いてアルゴンガス（アフターガス）が流出し、前記本
アークによって溶融された肉盛り溶接金属６を不活性ガ
ス雰囲気下に保つ。これらの各動作は制御器４１が順次
に制御する。尚、オートスイッチ５１を踏んだ状態を保
つと、前記の各動作がディジタルタイマー設定器１８で
設定された一定の周期Ｓで連続的に繰り返され（図４を
参照）、肉盛り溶接金属のアークによる再溶融化を連続
的に遂行できる。なお、制御器４１は、スイッチ５、ヒ
ューズＦ及びトランスＴ１を介して交流電圧を駆動電圧
として受ける。

【００１８】アーク溶融機の１回のアークの放射によ
り、金属部材の補修箇所に溶着機で肉盛り溶接されたナ
ゲットの５〜１０個分が完全に再溶融され、その後凝固
して、隆起した１個の団子状をなす肉盛り溶接金属が再
形成される。アークは１／３程度ずつ重複させて飛ばし
肉盛りの途切れ（不連続性の発生）を防ぐようにする。
こうして肉盛り溶接金属が補修箇所の全域を覆い隠すま
で同様の作業を繰り返し、その後、余肉を削除し、研磨
して仕上げを行うことにより、補修、補正の工作（溶
造）が完了する。

【００１９】以上は本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変更が
可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によると、溶着機で金属部材の補
修箇所に溶接材を肉盛り溶接した後、前記肉盛り溶接金
属にアーク溶融機の１次電極を近接させ、アークを所定
電流値にて短時間放射することにより、同溶接金属を瞬
時に再溶融して溶融池を作り凝固させるので、組織的に
１００％再溶融化（合金化）して高安定の肉盛り溶接金
属を形成できる。溶着機による溶接金属の肉盛り溶接
と、これに対するアーク溶融機によるアークの放射作業
（再溶融）を繰り返すことにより、補修箇所の全域に、
高品質、高安定の肉盛り溶接金属を得ることができる。

【００２１】しかも、アーク溶融機の電源回路に高周波
発生器を含まないので、これによる不要副射がなくな
り、近隣のコンピュータやＯＡ機器などに高周波障害を
起こす心配が皆無となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶着機とアーク溶融機を併合した肉盛り溶接装
置の電源回路図である。

【図２】アーク溶融機の１次電極で肉盛り溶接金属の再
溶融化を行う要領を示した斜視図である。

【図３】足踏みスイッチとパルス発生の関係を示した説
明図である。

【図４】オートスイッチとパルス発生の関係を示した説
明図である。

【符号の説明】

１金属部材３補修箇所４溶接材４’溶接パウダー６肉盛り溶接金属８１次電極１０１次電極２０２次電極２４永久磁石Ｐ溶着機電源装置Ｑアーク溶融機電源装置４７補助回路４３リレー３０アルゴンガス供給管３１自動開閉弁４４電源側トランス４５整流器Ｌリアクタンス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｍ 9/00 Ｈ０２Ｍ 9/00 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属部材に溶接材を肉盛り溶接する溶着
機と、肉盛り溶接金属をパルス状のアークで再溶融する
アーク溶融機との組合せから成り、溶着機は、金属部材と電気的に接続される２次電極と、
金属部材の上に載せられた微粒粉末状の溶接パウダー又
は薄板状の溶接板材へ局部的に押し付けることが可能な
先細形状の１次電極と、前記１次電極と２次電極の間に
３００〜１５００アンペアの大電流を１／１０００〜４
／１０００秒の短時間内にパルス状に通電する電源装置
とで構成され、アーク溶融機は、前記溶着機によって金属部材の上に形
成された肉盛り溶接金属へ接近させアークを発生させる
１次電極と、金属部材と電気的に接続される２次電極
と、前記肉盛り溶接金属とこれに接近させた前記１次電
極との間にアークをパルス状に発生させる電源装置と、
及び前記アークを発生させる前後に前記肉盛り溶接金属
を不活性ガス雰囲気下に置く不活性ガス供給機構とで構
成されていると共に、前記電源装置は１次電極を一度金
属部材に接触させて少し離すことにより補助回路で小さ
なアークを発生させ、その際の補助回路電流を検出して
リレーを働かせて電源側トランスを通じて発生した高圧
パルスが整流、平滑化された高圧電圧に基く主電流で１
次電極と肉盛り溶接金属との間に本アークをパルス状に
発生させる構成であることを特徴とする金属部材への肉
盛り溶接装置。
【請求項２】請求項１に記載した溶着機と、アーク溶
融機とは、各々の電源回路が制御器を共有する形に併合
された一体型の構成であることを特徴とする金属部材へ
の肉盛り溶接装置。
【請求項３】請求項１に記載した溶着機と、アーク溶
融機とは、各々の電源回路を分離独立させた分離型の構
成であることを特徴とする金属部材への肉盛り溶接装
置。