JPS63171271A - セラミツクスピ−スの取付け方法及びそれに使用するセラミツクスピ−ス - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アークスタッド溶接によりセラミックスピー
スを金属部材の表面に取り付ける方法、及びその方法に
おいて使用するセラミックスピースに関する。

（従来の技術） 金属部材にセラミックスの耐熱性保護層を設けることに
より、炉壁、バーナ、羽口等の高？Ｌ’Ｗ囲気で使用さ
れる構造材を得ている。或いは、セラミックスの耐摩耗
性を活用し、ブロアー、ポンプ等の高速回転機器のライ
ニングとしている。

最近、このセラミックス層の形成を現場で簡単に行うも
のとして、一定形状のピースに成形したセラミックスを
溶接、ろう付は等の手段によって貼り付ける方法が開発
されている。

たとえば、特開昭６０−６５７７５号公報においては、
セラミックスピースに設けた貫通孔に金属製の固定治具
を挿入し、この固定治具を母材金属に抵抗溶接すること
により、母材金属に対するセラミソクスピースの貼付け
を行っている。この方法によるとき、固定治具によりセ
ラミックスピースが母材金属に取り付けられるので、セ
ラミックスピースが固定治具−母材金属間の強固な金属
結合によって保持される。

ところが、特開昭６０−６５７７５号公報に示されてい
る固定治具は、一定の断面積をもつ柱状体としている。

これは、その固定治具を母材金属に抵抗溶接するときに
供給する溶接電流が、固定治具内部に局部的な加熱を生
じることなく、固定治具と母材金属との間の接触部にお
ける発熱に利用されることを目的とするためである。そ
して、所定の強度で固定治具を母材金属に溶接するため
には、固定治具と母材金属との間の接触面積には下限値
がある。

しかし、この部分の断面積のままで固定治具を成形する
とき、セラミックスピースの上部に露呈する固定治具の
表面積が大きなものとなる。そのため、この部分で耐熱
性、耐摩耗性等が劣り、また仕上りも見栄えの悪いもの
となる。これを避けるため、特開昭６０−６５７７５号
公報においては、固定治具の上部に金属製キャップ及び
セラミックス製キャップを被せている。そのために、部
品点数が多くなり、その分だけ溶接作業が面倒なものと
なる。

そこで、本発明者等は、コーン部に続いてフランジ部及
びピン部を備えたスタッドを挿入したセラミックスピー
スを開発し、これを別途出願している。第４図は、この
出願のセラミックスピースを示す。すなわち、セラミッ
クスピース本体１には孔部２及び凹部３が設けられてお
り、このセラミックスピース本体１にスタッド５を挿入
している。このスタッド５は、先端部に突起６をもつコ
ーン部７に続いてフランジ部８があり、そしてフランジ
部８から溶接電流供給用のピン部９が立設されている。

なお、セラミックスピース本体１下面には、凹部３の内
部空間をセラミックスピース本体１の外周面に連絡する
複数の溝部４が設けられている。溝部４は、溶接時に発
生するガス、ヒエーム等を外部に排出する通路として働
く。

このような形状のスタッド５を母材金属にアーク溶接す
るとき、接合面積を大きくとることができるため、充分
な接合強度でセラミックスピース本体１が母材金属に取
り付けられる。他方、セラミックスピース本体１の表面
側に露出するスタッド５は、ピン部９の断面部分だけで
あるため、露出した金属による耐熱性、耐摩耗性等の性
質劣化も抑制される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第４図に示したスタッド５は、セラミックスピース本体
ｌに設けた孔部２を介して表面側に臨んでいる。すなわ
ち、セラミックスピース本体ｌには、スタッド５のピン
部９を挿入するための孔部２を刻設する必要がある。こ
の孔部２を形成することにより、セラミックスピース本
体１の強度が低下し、孔部２を中心として亀裂２割れ等
の欠陥が発生し易くなる。

また、表面側に露出したピン部９は、セラミックスピー
ス本体１の表面に比較して耐摩耗性に劣るため、優先的
に摩耗し易い、このピン部９の摩耗により、セラミック
スピース本体１の表面側に凹凸が生じ、これに接触する
他の物体への影響もでてくる。

そこで、本発明は、セラミックスピースの表面側に金属
部材が露出することをなくすことによって、その表面側
に凹凸が生じることを防ぎ、耐久性の優れたセラミック
ス層を形成することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のセラミックスピース取付は方法は、その目的を
達成するため、先端に突起を備えたコーン部をもつスタ
ッドをセラミックスピース本体の下面に配置し、少なく
とも前記セラミックスピース本体の上部表面から前記ス
タッドに至る部分を導電性材料で被い、該導電性材料を
介して前記スタッドに溶接電流を供給し、前記スタッド
を母材金属にアーク溶接することを特徴とする。

また、この方法において使用するセラミックスピースは
、先端に突起を備えたコーン部をもつスタッドをセラミ
ックスピース本体の下面に配置し、少なくとも前記セラ
ミックスピース本体の上部表面から前記スタッドに至る
部分を導電性材料で被覆してなることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

第１図は、本実施例で使用した溶接用セラミックスピー
スを示す断面図である。また、第２図（ａｌ及び山）は
、そのセラミックスピースに設けられるスタッド及びセ
ラミックスピース本体の下面をそれぞれ示す、なお、こ
れらの図において、第４図に示した個所等に対応するも
のについては、同一の符番で指示した。

このセラミックスピース本体１は、たとえば厚み３〜２
５ｍの板材を正方形、長方形等の適宜の形に成形して得
られる。或いは、セラミックス粉末等を目的形状に焼結
することによっても得られる。

このようなセラミックスピース本体１を対象とする母材
金属に複数個取り付けることにより、耐熱性、耐摩耗性
等の向上を図ることができる。セラミックスピース本体
１に使用する材質としては、たとえばアルミナ、ジルコ
ニア、コーディエライト、炭化珪素、窒化珪素等の各種
のものがある。

セラミックスピース本体１の中央部には、スタッド５を
組み込むための凹部３が設けられている。

そして、この凹部３から四方に溝部４が必要に応じて形
成されている。この溝部４は、溶接時に発生するガス抜
き通路として働き、溶接部にガスの巻込みを防ぐ上で好
ましいものである。なお、セラミックスピース本体１の
下面から凹部３の周壁にかけての角部は、応力の集中を
避けるために、丸みを持たせておくことが好ましい。

このようにセラミックスピース本体１に設けた空洞部に
、第２図に示したような形状をもつスタッド５を挿入し
ている。このスタッド５は、鋼。

ステンレス鋼、銅等の適宜の材料で作られており、先端
中央部に突起６をもつコーン部７と、それに続くフラン
ジ部８を備えている。また、スタッド５の材料としては
、高クロム鋼、高マンガン鋼等の耐摩耗銅材を使用する
こともできる。なお、突起６は、場合によっては省略す
ることもできる。

また、セラミックスピース本体１とスタッド５との接続
を良好に行うため、両者をろう付け９によって固定する
ことが採用される。このとき、セラミックスピース本体
１の表面を予めメタライズしておくことにより、ろう付
は強度の向上が図られる。

また、凹部３にスタッド５を組み込むにあたって、スタ
ッド５のフランジ部８が凹部３から若干はみ出すように
することが好ましい、このはみ出し長さは、コーン部７
の溶着代０．２〜０．３ｆｌを考慮して決められる。す
なわち、溶着終了時点でセラミックスピース本体ｌの下
面が母材金属の表面に面接触するように、凹部３からフ
ランジ部８を突出させる。これにより、セラミックスピ
ース本体１が受ける曲げ、衝撃等の力が母材金属で支持
され、セラミックスピース本体１に亀裂９割れ等の欠損
が生じることが防止される。また、セラミックスピース
本体ｌ下面の数個所に突起を形成し、これら突起が母材
金属に接触するようにしても、亀裂１割れ等の防止に関
して同様な効果が得られる。なお、セラミックスピース
本体１の下面を平坦にし、その平坦面にスタッド５を配
置することも可能である。

第１図の例においては、スタッド５を取り付けたセラミ
ックスピース本体１の全表面に、導電性材料１０を設け
ている。この導電性材料１０は、スタッド５に溶接用電
流を供給するリードとして働く。

この機能からして、導電性材料１０の形成方法としては
これに拘束されることなく、たとえばセラミックスピー
ス本体１の一側からスタッド５に至る部分に導電性材料
１０を設けても良いことは勿論である。

この導電性材料１０は、めっき、溶射、金属板材の貼付
は等の各種方法によって、セラミックスピース本体１に
設けることが可能である。その材質としては、ニッケル
、銀９ｗ４、導電性ペースト樹脂等の導電性に優れた材
料が選ばれる。また、スタッド５に対する溶接電流の供
給を安定して行うため、導電性材料１０の断面積は、た
とえばスタソド５の材質がニッケルであって、その径が
１３ｍのとき、少なくとも４．９ｍ”以上であることが
好ましい。この導電性材料１０の断面積は、アーク接合
される断面、すなわちスタッド５の接着断面積に応じて
次表のように変わる。

この導電性材料１０は、スタッド５に溶接電流を通電さ
せるため使用されるものであるから、セラミックスピー
スを母材金属に取り付けた後で必要に応じて剥離する。

或いは、セラミックスピース本体１表面に導電性材料１
０が付着したままで、得られたセラミックス層を使用す
ることも可能である。

このようにセラミックスピース本体ｌの下面をくりぬい
て凹部３を形成し、そこにスタッド５のフランジ部８を
組み込むとき、スタッド５は、ろう付け９によって固定
されていることに加えて、凹部３の内周面で支持される
ことになる。そのため、フランジ部８の剪断力は、ろう
の剪断強度とセラミックスの強度が合わさったものとな
り、大幅に向上したものとなる。

次いで、このセラミックスをアーク溶接したときの結果
により、本発明の効果を明らかにする。

スタッド５としては、径１３ｍ５及び高さ２．０鶴のフ
ランジ部８と、高さ２．５鶴のコーン部７と高さ０．５
鶴の突起６とをもつ５５４１製のものを使用した。他方
、幅２０鶴、高さ５．０鴎のセラミックスピースに径１
３．１ｍ、深さ１．８ｍの凹部３及び深さ１　、０　ｓ
ｓの溝部４を設けたものをセラミックスピース本体１と
して使用した。そして、セラミックスピース本体１の凹
部３にスタッド５を収容し、全体をメタライズして導電
性材料１０としてニッケル被膜を設けた。このようにし
て得られたセラミックスピースを普通鋼製の母材金属に
溶接した。溶接条件としては、１８０ｖの電圧で２１　
、００ＯＡの電流を流した。

このように母材金属に取り付けられたセラミックスピー
スの剪断力を測定した。その結果を、第３図に示す、な
お、第３図における○印は溝部４を設けたセラミックス
ピース本体１を取り付けた本発明の第１実施例であり、
Δ印は溝部４を設けていないセラミックスピース本体１
を使用した本発明の第２実施例であり、×印はろう付は
部の剪断力の温度変化を示し、ム印は従来行われている
樹脂によってセラミックスピースを取り付けた比較例を
示す。

このグラフから明らかなように、本発明実施例によると
き、接合部が高温に晒されても、剪断抵抗の劣化が僅か
である。これは、フランジ８と凹部３とが接触して組み
込まれているため、ろうの剪断力が第３図の曲線×−×
で示したように低下しても、途中でセラミックスピース
本体１が荷重を負担し、剪断抵抗がアーク溶着部の強度
に律則されるためである。

また、第４図のセラミックスピースから得られたセラッ
ミクス層を焼結機における排風用プロアのインペラーの
ライニングとして使用したとき、１６８時間経過したと
きピン部９が摩損して、セラミックス層の表面に凹凸が
生じた。これに対し、本発明実施例の場合には、７２０
時間経過したときにも、そのような凹凸の生成はなく、
セラミックス層は平坦面に保たれていた。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、セラミック
スピース本体に孔部を設けることなく、スタッドに通電
することができるので、セラミックスピース本体に亀裂
、破損等の欠陥が生じることが防がれる。また、セラミ
ックスピース本体表面側に露出する金属部材がないため
、長期間使用後にセラミックスピース本体の表面に凹凸
が生じることが少なく、耐久性の優れたセラミックス層
を形成することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のセラミックスピースを示し、第
２図＋ａｌ及び伽）はそのセラミックスピースに組み込
まれるスタッド及びセラミックスピース本体の下面をそ
れぞれ示し、第３図は本発明の効果を具体的に表したグ
ラフである。また、第４図は、本発明者等が別途開発し
たセラミックスピースを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端に突起を備えたコーン部をもつスタッドをセラ
   ミックスピース本体の下面に配置し、少なくとも前記セ
   ラミックスピース本体の上部表面から前記スタッドに至
   る部分を導電性材料で被い、該導電性材料を介して前記
   スタッドに溶接電流を供給し、前記スタッドを母材金属
   にアーク溶接することを特徴とするセラミックスピース
   の取付け方法。 ２、先端に突起を備えたコーン部をもつスタッドをセラ
   ミックスピース本体の下面に配置し、少なくとも前記セ
   ラミックスピース本体の上部表面から前記スタッドに至
   る部分を導電性材料で被覆してなることを特徴とするセ
   ラミックスピース。