JPS60166172A - プラズマ肉盛溶接方法 - 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】 本発明は所定の加工部材（母材）に肉盛溶接を行う方法
に係り、特に、プラズマアークによって粉末材料を肉盛
溶接する方法に関するものである。

バルブ、パイプ、ロール等のカ１ｊ工部材（母材）に所
定の肉盛材（溶加、１４）を浴接することによ−って、
加工部材表面の耐摩耗性、耐熱性、或いは耐食性等を改
善する肉盛浴接法か、従来より知られている。かかる肉
盛浴接法のひとつに、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等トーチと７１０工部材との間
に移行せしめると共に、そのプラズマアーク内に、その
加工部材に肉盛されるべき粉末材料をパウダ搬送ガスに
よって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、その方Ｕ工部材の
円周部に所定の肉盛を行うまうにしたプラズマ内盛溶接
方法がある。

このプラズマ肉盛溶接方法は、上述しｆこように肉盛材
として粉末材料を用いるところから、肉盛材の何科選択
が広卸囲にわｊコ一って容易に為され得るとともに、棒
材を用いる場合に比較してその浴融速度が早くな−って
、浴接時間を短縮化し得る等の曖れｆコ特徴を備え、し
かも装置の完全自動１ヒが答易なところから、近年注目
を浴びるようにな−ってきｆ二。

ところで、上記の如く加工部材の円周部に内盛溶接を行
う場合には、その加工部材の円周部に沿一つて肉盛浴接
を進行せしめ、その円周部の肉盛溶接スタート場所まで
戻一つｌ二終了段階において、既に肉盛浴接されている
スタート部分に終了部分を艮好に接合せしめる必要があ
る。このｆこめ、その肉盛浴接の終Ｔ時には、一般に、
粉末材料の供給を停止しｆ二後スタート部分の一部を溶
融せしめて、スタート部分と終了部分との間の接合部の
ヒート形状を整えるとともに、亀裂等の発生を防止する
クレータ処理を施すようにしている。

しかしながら、かかる従来のクレータ処理においては、
粉末材料、溶接電流のみが制御さｎて、プラズマガスや
パウダ搬送ガスに一ついては、肉盛浴接が完全に終了す
るまで継続して供給されていｆニーｆこめ、これらのガ
スが浴融している肉盛材上に吹き付けら口ることによ−
って、その肉盛材が吹き飛はされ、ヒートの中央部分に
凹みが発生する場合があ一つｒこのである。

ここにおいて、本発明は、以上の如き帳消を背景として
為されｆこものであり、その目的とするところは、凹み
のない良好なビード形状が得らｎるクレータ処理を施す
ようにしｒこブラスマ肉盛浴接方法を提供することにあ
る。

そして、かかる目的を達成する１こめに、本発明は、前
記プラズマ肉盛浴接方法において、加工部材の円周部分
に沿って肉盛浴接を進行せしめ、その円周部の肉盛浴接
スタート場所まで戻一つｆこ段階でパウダ搬送ガスの供
給を粉末材料の供給を停止すると同時に停止し、その後
クレータ処理を行うようにしｆこのである。

このようにすｎは、肉盛ｍＷのスタート部分と終ｒ部分
との接合部のヒート形状を整えるクレータ処理中におい
て、粉末材料のみならず、その粉末材料をＰ：給するパ
ウタｉｌＢ送カスの供給をも停止させられているｆ二め
、クレータ処理によ−って浴融せしめられるスタート部
分の肉７盛梠が、パウダ搬送ガスに吹き飛はさｎること
によってそのヒートＪＦ５状が損なわγしる問題を生じ
ることがなく、艮好なヒート形状が得られることとなる
のである。

ここで、パウダ搬送カスとともに、ヒードフ１ネ状を損
う一因とな−ってい１ニプラズマカスは、クレータ処理
中においてもプラズマアークを発生孕せる必要かあると
ころから、クレータ処理か終ｒするまで継続して供給さ
れるのであるが、パウダ搬送ガスのみの供給を停止する
ことによ−って、ヒードノ１ネ状を改善伯るという本発
明の目的は充分に達成されイ尋るのである。

ま１こ、パウダ搬送ガスの供給を停止する時間は、粉末
５科の供給を停止する時間と厳密に一致させる必要はな
く、例えば開閉弁の作動遅ｎ等によ−って粉末材料の供
給停止時間より直かに遅ｎて停止させられても同等差支
えなく、それらの供給が略同時に停止させられるように
なっておれば良いのである。

さらに、加工部材とプラズマアークトーチとを所定の浴
接方向−＼相対移ｗＪさせるキャリッジは、クレータ処
理の必要に応じて制（ｔｉｌ＋すれば良く、まｆこ、溶
接部を大気からシールドするシールドガスはクレータ処
理が終了するまで継続して供給することが望ましいこと
は勿論である。

なお、加工部材の円周部に行う肉盛浴接とは、少なくと
も一部に円柱形状や円筒形状を有する部材の外周面や円
形端面に肉盛浴接を施す場合は勿論、加工部材の一平面
上に円環状等の肉盛浴接を施すような場合をも含むもの
であり、要するに肉盛溶接の終了部分とスタート部分と
が一致して、それらがクレータ処理によ−って結合せし
められる型式の肉盛溶接を意味するものである。

次に、本発明を更に具体的に明らかにするｔ二めに、本
発明の一部施−Ｊを図面に基づいて詳細に説明すること
とする。

先ず、第１図は本発明が好適に実施され得るプラズマ肉
盛浴接装置の説明図であ−って、１０はプラズマアーク
トーチ（以下、トーチと称する）の先端部である。かか
るトーチ１０は、中心部にタングステン電極１２を備え
ており、この電極１２の外［１１１１にはトーチ内筒１
４およびトーチ外筒１６がそれぞれ所定の距離を隔てて
同軸的に配設されている。そして、それ等電１’＠１２
とトーチ内筒１４との間、おまびトーチ内筒１４とトー
チ外Ｍ１６との間には、それぞれ環状の通路１８および
２０が形成されている。

通路１８は、配管２２を介してプラズマガス供給裟ｉξ
２４に接続されており、アルゴンカス等のプラズマカス
が供給されるようになっている。そして、このｉ９１略
１８内に供給さｎｊニプラスマカスは、トーチ内筒１４
の先端に設けられｆこノズル８０から外部に１肯出させ
らオする。

まｆこ、通路２０は配管８２を介して搬送カス供給装置
８４に接続されており、更にその配管８２の中間部には
パウダ供給袋９９１８６が接続ｃｓｒｔている。そして
、搬送カス供給袋に８４からはパウダ搬送カスが供給さ
れるようにな−っており、このパウダ搬送カスによ−っ
て、パウダ供給装置Ｉ！８６から所定の粉末材料が供給
されるようになっている。

すなわち、通路２０には所定敏の粉末材料を含んｊごパ
ウダ搬送カスが供給され、トーチ外向１６の先端に設け
られｔこノズル８８から外部に噴出せしめられるのであ
る。なお、粉末材料としては、ＣＯ基、Ｎ１基、Ｆｅ基
等の各種溶加材粉末を用いることが可能であり、肉盛浴
接の目的或いは加工部材の材質等に応じて適宜選択すれ
ば艮い。まｆコ、パウダ搬送カスとしては、アルゴンガ
ス、ｌ＼リウムガス等の不活性ガスが用いられる。

一方、トーチ円筒１４およびトーチ外向−１・６のノズ
ル８０おまび８８には、それぞ口冷却水通路４０および
４２が配設されて、それ等両ノズル８０および８８を冷
却するようになっている。まｔこ、トーチ外筒１６の先
端部には、シールドガス供給装置４４から配管４６を介
してアルゴンカス、）＼リウムガス等のシールドガスが
供給されるようになっており、そのシールドガスをトー
チ１０の軸心方向へ略円筒状に吹き出すことにより、浴
接部か大気からシールドされるようにな−っている。

そして、以上のように構成ξれｆこトーチ１０の電極１
２とトーチ円筒１４との間には、パイロット電源４８か
ら所定のパイロット止流が供給されるようにな一つＣい
るとともに、電極１２と肉盛浴接を施すべき加圧部材（
母材）との間には、メイノ亀詠５０から所定の溶接電流
か供給さ１するようになっている。まｆこ、゛電極１２
とトーチビ」簡１４との間には、パイロット電′ｍ、４
８と並列（Ｃ尚周彼兄振器５２が介伸さｎている。

なわ、−３１図においては、ＪＪｎ工部例として自噸ワ
車用バルブ５４が取り付けられｆコ場合を示しており、
このバルブ５４は一軸回りに所定の速度で回転（キャリ
ッジ゛）せしめられるバソキノグ５６に固定されている
。そして、バルブ５４の傘部の浴接部５８に所定の表面
硬化肉盛浴接を施ｔのである。第１図におけるバルブ６
４の傘部浴接部５８に示す破線は、肉盛浴接されｆコ状
態を示している。

そして、以上のように構成されｆこ装置において、肉盛
浴接を行うには、先ず、バイロフト電源４８からパイロ
ット電流を供給し、電極１２の先端とトーチ内向１４の
ノズル８０との間にパイロットアークを発生させると同
時に、プラズマガス供給装置２４から環状通路１８内に
プラズマガスを供給する。これにより、電極１２の先端
にプラズマアークが形成される。なお、このプラズマア
ークは、高周波発振器５２から供給される高周波電流に
同期して発生させられる。

次に、電極１２とバルブ５４との間にメイノ電源５０か
ら浴接電流を供給し、軍−１２の先端に形成されている
プラズマアークをバルブ５４へ移行せしめｆ二後、所定
の粉末材料を供給してバルブ５４に肉盛浴接を施すので
あるが、これらは第２図に示すシーケンスフローに従一
つで実行ξれる。

すなわち、溶接電流を供給してプラズマアークを移行せ
しめると同時に、パウダ搬送ガスおよびシールドガスの
供給を開始する。そして、プラズマアークによ−）てバ
ルブ５４か加熱された後、パウタ供給装置８６から所定
の粉末材料を上記パウダ搬送ガス内に混入せしめてプラ
ズマアーク内に′供給する。この供給されｆこ粉末材料
はプラズマアークによ−って浴融されつつバルブ５４の
浴接部５８に移送されて肉盛溶接される。その後、バル
ブ５４がバッキング６６とともにキャリッジせしめられ
、その円周部、すなわち傘部浴接部５８に沿−って肉盛
浴接が進行せしめられる。

このように肉盛溶接が進行して、バルブ５４が略−同転
せしめられ、その浴接場所がスタート部分にまで達する
と、すなオ〕ちｖｓ２図において時間ｔ１に達すると、
溶接電流および粉末材料の供給量が徐々に減少せしめら
れる。そして、時間Ｌ２において粉末材料の供給か完全
に停止されるとともに、浴接電流がｌｆ、１ｉｉ１２と
バルブ５４との間にプラズマアークか移行せしめられる
範囲で比較的低い所定の電流領まで降下させられる。こ
の時、粉末材料を供給するパウダ搬送ガスの供給も同時
に停止せしめられるが、第２図において一点鎖線で示さ
れているように、粉末Ｈ科の供給ｌの変化に対応させて
時間ｔ１から徐々に減少せしめるようにしても艮い。

なお、このように粉末材料の供給量を徐々に減少せしめ
るのは、第８図に模式的に示されているように、肉盛溶
接のスタート部６０の形状に合わせて終了部６２の肉盛
ｌを徐々に減少させ、その肉盛歇が略均−となるように
するｆこめであり、同図における区間Ａは上記時間−ｔ
ｘ、〜ｔ２ノ間の肉盛溶接に対応する部分である。

その後、更に時間ｔ８に到るまでの間、電極１２とバル
ブ５４との間に比較的低い溶接電流を供給して、肉盛溶
接のスタート部６０の表面をプラズマアークによ−って
溶融し、スタート部６０と終了部６２との間の接合部の
ビード形状を整えるとともに、亀裂等の発生を防止する
クレータ処理を施す。第８図の区間Ｂは、このクレータ
処理に対応する部分である。なお、このクレータ処理の
終了と同時に、浴融さｔした粉末材料や溶接部５８を大
気から保護するシールドガスの供給、およびパルフロ４
のキャリッジが停止せしめられる。まｆこ、その後プラ
ズマガスおよびパイロット１［流の供給を停止して、一
連の肉盛浴接作業が完全に終了する。

このように、本実施例においては、クレータ処理中にお
いてパウダ搬送ガスの供給が停止させられているｆこめ
、クレータ処理によ−って浴融せしめられるスタート部
６０の肉盛材がそのパウダ搬送ガスによ−って吹き飛は
される虞れが全く解消され、常に良好なビード形状が得
られるクレータ処理が施されるのである。

因みに、５ＵＩＬ８ｓ材料から成る傘径８６ｍｍの自動
車用バルブ５４に、ステライト４ｐ１２０球状粉末（−
１００〜＋８６０メツシユ）を肉盛浴接する場合におい
て、パウダ搬送ガスの供給を停止する時間が粉末材料の
供給を停止する時間と略一致する本発明に従う浴接法と
、クレータ処理中においてもパウダ搬送ガスが供給され
ている従来の浴接法とをそれぞれ実施し、クレータ処理
が施されｆ二部分のビード形状に凹みが生じｆこ不良品
の発生率を第１表に示す。

なお、第１表における粉末材料供給時間およびパウダ搬
送ガス供給時間は、いずれも溶接電流の供給を開始しｆ
こ時間を基準として計時しｆ二ものである。すなわち、
従来例の場合、粉末材料は溶接電流の供給を開始して刀
）ら１６，０秒後に、まｆコパウダ搬送ガスは２８．５
秒後にそれぞれその供給が停止せしめられ、パウダ搬送
ガスのみが供給されている７、５秒間にクレータ処理が
施されｆこものである。まＴコ、本発明の場合、粉末材
料およびパウダ搬送ガスは、溶接電流の供給を開始して
からそれぞれ１６．０秒後、１６．８秒後にその供給が
停止せしめられ、その後クレータ処理が施されｔこもの
である。

第　１　表 かかるｇ１表から明らかなように、クレータ処理中にも
パウダ搬送ガスが供給されている従来例の場合には、そ
のクレータ処理が施され７５部分のヒート形状に凹み等
が生じ１こ不良品の発生率か１５％であるのに対し、ク
レータ処理中にパウダ搬送ガスが供給されていない本発
明の場合には、不良品の発生率が０，５％となり、クレ
ータ処理中におけるビード形状の乱ｎが大幅ｌこ抑制さ
れることが判る。

以上、本発明を好適に実施し得る装置、およびその装置
を用いて本発明を実施しｆコ場合の一例について詳細に
説明しｆこが、本発明はこれ等の記載によ−って同等制
約を受けるものではなく、画業イの知識に基づく種々な
る変臭、改良等を施しｒこ態様で実施しても良いことは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を好適に実施し得るプラズマ肉盛浴接装
置の構成を説明する図である。第２図は第１図の装置を
用いて本発明を実施する場合のシーケンスフローの一例
である。４８図は肉盛浴接のスタート？＝’Ｉ’＋と終
了部との接合状態を説明する溶接部の断面模式図である
。 １０：プラズマアークトーチ　１２：電極２４：プラズ
マガス供給装置 ８４：搬送カス供給装置 ８６：パウタ供給装＠　５０：メイン電源５４：バルブ
（加工部材）６０ニスタ一ト部６２：終了部 出顆人　大同特殊鋼株式会社 第１図 フム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   を、該トーチ内に供給されるプラズマガスに′ま−って
   プラズマアークとなす一方、かかるプラズマアークを、
   該トーチと所定の加工部材との間に供給された溶接電流
   によ−）で、該トーチ内から形トーチと該加工部材との
   間に移行せしめると共に、該プラズマアーク内に、β７
   １１１工部材に肉盛、されるべき粉末材料をパウダ搬送
   ガスにｔ−って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Ｎｉｌ記加工部材の表面に移送し、彩
   加工部材の円Ｎｉ１部に所定の肉盛を行うようにしｆ：
   浴接方法において、かかる加工部材の円周部に冶−って
   肉感浴接を進行せしめ、該円周部の肉感浴接スタート場
   所まで戻−）ｆ二段階で、ロ１１記パウタ搬送ガスの供
   給を前記粉末材料の供給を停止すると同時に停止し、そ
   の後クレータ処理を行うようにしｆこことを特徴とする
   プラズマ肉盛浴接方法。