JPH01299765A - 交流プラズマアーク粉体肉盛溶接方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、交流プラズマアーク粉体肉盛溶接方法に関す
る。

［従来の技術］ 金属表面の改善（耐摩耗、耐熱、耐食等）に、従来より
肉盛溶接が行なわれている。

この種の肉盛溶接においては、目的とする溶着金属が得
られること、母材希釈が小さいこと、接合界面に介在物
及び化合物相が生成されないことなどが要求される。

従来の肉盛溶接方法としては特開昭６１−２３５７４号
公報で提案されている正極性プラズマ電源を用いる方法
が主に知られている。

正極性プラズマ電源を用いる方法では、電極を陰極、母
材を陽極にそれぞれ結線する。この方法で得られるプラ
ズマアークは、これと逆の結線で得られる逆極性プラズ
マ溶接方法に比べ、母材の希釈率が大きいことは良く知
られているところであるが、Ｃｏ基超超耐熱合金肉盛材
料とした硬化肉感溶接を行なうと、母材と溶着金属との
接合界面に金属間化合物が生成し、脆い接合部を形成す
る。

そして、母材の希釈が大きくなるに従い、その脆い化合
物相の生成幅が大きくなり、実用上の問題が生じる。

更に、アルミニューム、アルミ合金、チタンあるいはチ
タン合金のように母材表面に酸化皮膜を形成する材料に
母材表面クリーニング作用のない正極性プラズマアーク
肉盛法を採用すると、接合界面に介在物が形成され、且
つ、溶着金属内にはガス穴等の欠陥が発生し、健全な肉
感溶接金属が得られないなどの問題があった。

一方、逆極性プラズマアーク肉盛溶接方法としては、特
開昭５９−７８７７４号公報が知られている。

この逆極性プラズマアーク肉盛溶接方法では、母材表面
の酸化膜を除去するクリーニング作用により、健全な溶
着金属が得られる。

しかし、母材を陰極、電極を陽極としているため、母材
から発生した電子が絶えず電極に衝突し。

電極が必要以上に温度上昇し、このため電極消耗が激し
い、たとえ大径の水冷式電極を採用しても。

長時間、安定したアークを持続させるのは困難で゛あり
、肉盛溶接の如き長時間のアーク安定を必要とする方法
には実用上採用されていないのが現状である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、母材希釈を任意に制御して脆い化合物相の生
成をなくし、且つ、逆極性電流成分により母材表面の酸
化膜を除去し、健全な溶着金属を得るプラズマアーク肉
盛溶接方法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明においては。

゛プラズマトーチ内の電極と母材との間に生じるプラズ
マアークと、前記電極と前記メインアークが通るノズル
部材との間に生じるパイロットアーク中に粉体を供給し
、かかる粉体材料を溶融せしめて前記母材の表面に肉盛
を行なうとともに、前記電極と母材との間に発生するプ
ラズマアークの正極成分と負極成分の夫々の電流値と時
間とを任意に調整できるようにした交流プラズマ電源を
用いて、プラズマ電流を８０〜３００Ａ、パイロット電
流を２５〜８０Ａの範囲内に設定して粉体肉盛溶接を行
なうことを特徴とするものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

肉盛用粉体材料には、ＣＯ基超超耐熱合金アルミ合金、
銅合金などがある。

本発明者らは、アルミニューム、アルミ合金。

チタン及び鋼板に、上記ＣＯ基超超耐熱合金よび銅を肉
盛した時に生じる、接合部の劣化、及び溶着金属中のガ
ス穴等の欠陥は、前者は酸化皮膜を形成しているアルミ
酸化物による接合界面の介在物および母材希釈の増大に
よる接合界面の酸化物によるもの、後者は酸化皮膜より
発生するガス成分（０２ｐ　Ｈ２＋　Ｎ２等）によるも
のと考え、プラズマ肉感溶接処理において、直流の正極
電源。

直流の逆極電源および交流電源を選択的に用いてそれら
を比較検討した。

その結果、上記接合部の欠陥防止のためには。

直流の逆極電源と、正極成分と負極成分の夫々の電流値
と時間とが任意に調整できる交流プラズマ電源が有効で
あるとの知見を得た。しかし、直流の逆極電源を用いる
逆極性プラズマアークでは、前述したように、肉盛溶接
に要求されろ長時間に渡ってアークを安定させるのが難
しい。

また、交流プラズマ電源を用いる方法で、更に検討を加
えた結果、粉体の溶融には電極とノズルとの間に生じる
パイロットアークを主体に用い、電極と母材との間に生
じるプラズマアーク電流は主として母材への肉盛材（溶
融した粉体）の溶は込み量の調整に用いることが有効な
手段であることを見いだした。

即ち、プラズマ電流を調整することにより、溶融点が粉
体のそれより低い母材の場合でも、過剰な溶は込みを生
成することなく、シかも粉体を完全に溶融させ、良好な
溶着金属が得られる。電源に交流プラズマアーク波形を
用いるのは、粉体より低融点の母材の希釈を少なくする
ためにアーク電流低くした場合でも安定したアークとそ
れの充分な広がり（肉盛［）が得られろためである。

第２図に、本発明に係わる交流プラズマアーク肉盛法に
おけるプラズマ電流と母材希釈率との関係を、第３図に
パイロット電流と最大粉体溶着量との関係を示すグラフ
を提示する。

第２図に示すように、プラズマ電流が８０Ａ未満の条件
では、母材を溶融できないため、その接合部界面が分離
し、又、３００Ａを越えると、母材希釈率が急激に増大
するため、接合部界面に化合物相が生成し、接合性が劣
化する。

また、第３図ににすように、パイロット電流が２５Ａ未
満の条件では、粉体の未溶融部が増大するため、溶融量
が急激に減小し、また１００Ａを越えると粉体融触量が
必要以上に多くなるため、肉盛ビード表面が波目が粗く
なり、外観的に不良が発生する。

上記理由により、母材の希釈率を抑制し、適正な溶融量
を得るには、トーチ内の電極と母材との間で生ずるプラ
ズマ電流を８０〜３００Ａ、　　トーチ内の電極とノズ
ル部材との間で生ずるパイロット電流を２５〜８０Ａの
範囲で設定するのが適当である。

以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

［実施例］ 第１図を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は、交流電源を用いてアルミ合金、チタン合金等
の表面に粉体肉盛材料を肉盛溶接するのに適した交流プ
ラズマアーク溶接装置の構成の一例を示す。

第１図において、ｌはプラズマアークトーチの先端部を
示し、かかるプラズマアークトーチには。

中心部にタングステン電極２を配備してあり、この電極
２の外側には、トーチ内筒３ａ及びトーチ外筒３ｂがそ
れぞれ配設されている。そして、タングステン電極２と
トーチ内筒３ａとの間にプラズマガス通路１３が形成さ
れ、トーチ内筒３ａとトーチ外筒３ｂとの間にシールド
ガス通路１４、及び粉体肉盛材料９を供給する粉体供給
パイプ４が配設されている。通路１３には、アルゴンガ
スなどの不活性ガスがプラズマガスとして供給されるよ
うになっている。シールドガス通路１４には、アルゴン
ガスなどの不活性ガスが供給されるようになっており、
この不活性ガスが溶接部を大気からシールドする。

以上のように構成されたプラズマアークトーチ１の下方
には、肉盛溶接を施すべき母材１１が設置されている。

そして、タングステン電極２とノズル２０との間に形成
されるパイロットアーク１５の中に、粉体肉盛材料９が
粉体送給パイプ４を通じて、供給ガスであるアルゴンガ
スなどの不活性ガスとともに供給される。粉体肉盛材料
９は、主としてパイロットアーク１５中で溶融し、タン
グステン電極２と母材１１との間に形成されるプラズマ
アーク１０を介して、母材１１の表面上に噴射され、そ
の表面上に順次肉盛金属１２を形成する。

タングステン電極２とトーチ内筒３ａとの間には、パイ
ロット電流を供給するパイロット電源５が接続されてい
る。このパイロット電源５には、供給するパイロット電
流の値を任意に調節できるパイロット電流制御盤（図示
せず）が備わっている。また、タングステン電極２と母
材１１との間には、交流プラズマ電源６が接続されてお
り、この交流プラズマ電源６には、それが出力する電流
が正極性になる時間と逆極性になる時間との比率ならび
に正極性期間の電流値と逆極性期間の電流値を可変にす
る。正極逆極性時間比率調整装置８が接続されている。

従って、この装置８を調整することにより、交流プラズ
マ電源６からプラズマアーク１０として供給される溶接
電流を任意に調整できる。更に、タングステン電極２と
トーチ内筒３ａの間には、プラズマアーク点弧用の高周
波発生器７が配設されている。

本発明による効果を確認するために、母材として次の第
２表に示したアルミ材料（Ａ３）、アルミ合金材料（Ａ
ｔ）、チタン合金材料（Ａ２）及び鉄板材料（Ａ４）を
選択的に用い、それらに第３表に示した粉体肉盛材料Ｂ
ｌ、Ｂ２及びＢ３を組合せ、第１図に示した交流プラズ
マアーク肉盛溶接装置を用いて、肉盛溶接を実施した。

その溶接において、肉盛部における接合性およびビード
形状を調べた結果を第１表に示す。

第１表におけるＮｏ、　１　”Ｎｏ、１２は、前記第１
図に示す交流プラズマアーク肉盛溶接装置を用いて肉盛
溶接を行なったものである。この中で、ＮＯ３１〜Ｎｏ
、７は、本発明の要件を満たし、肉盛部の接合界面には
、介在物および化合物相が認められず、良好な接合性、
及びビード外観が得られた。なお、母材表面の酸化膜の
クリーニング作用は、充分に行なわれていた。

第１表のＮｏ、　８　、　Ｎｏ、　９およびＮｏ、１０
は、パイロット電流が本発明の範囲を外れる２５Ａ未満
の条件で溶接した例である。これらにおいては、母材お
よび肉盛材料の融点温度に関わらず、接合界面に介在物
が認められ、良好な溶着が得られなかった。

第１表のＮ０９９及びＮｏ、１１は、プラズマ電流が本
発明の範囲から外れる条件で溶接した例であって、Ｎｏ
、９は３００Ａを越える電流、Ｎｏ、１１は８０Ａ未満
の電流値に設定した例である。Ｎｏ、９は過電流となり
、母材溶造み量が多く、そのため接合界面には介在物や
化合物相が生成し、割れが認められた。一方、Ｎｏ、１
１は、電流不足となり、ビード表面波目が粗くなり、満
足できる外観が得られなかった。　Ｎｏ、ｔ３は、パイ
ロット電流が、本発明の範囲を外れる条件で溶接した例
であるが、粉体溶融量が過大となり、ビード外観不良で
あった。

［効果］ 以上の実施例からも明らかなように、電極とノズルとの
間にパイロットアークを形成し、電極と母材との間にプ
ラズマアークを形成するとともに、交流電源によってプ
ラズマアークの極性を正極性と逆極性に交互に切換え、
パイロットアークの電流値を２５〜８０Ａの範囲内に設
定し、プラズマアークの電流値を８０〜３００Ａの範囲
内に設定し、パイロットアーク内に粉体肉盛材料を供給
することにより、肉盛溶接金属部の接合性を劣化させる
母材表面の酸化膜を除去し、接合界面に脆い化合物相お
よび介在物が生成せず、品質の良好な溶着金属が得られ
る。又、電極の消耗が少なく、常に安定したアークで肉
盛溶接が行なえるとともに、活性金属であるアルミある
いはチタンに健全な肉盛溶接金属が得られるプラズマ肉
盛溶接が可能となり、工業的にその効果は極めて大きい
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明を実施する一形式の装置の構成を示す
ブロック図である。 第２図は、プラズマ電流と母材希釈率との関係を示すグ
ラフである。 第３図は、パイロット電流と粉体溶着量との関係を示す
グラフである。 １：プラズマアークトーチ　　２：タングステン電極３
ａ：トーチ内筒　　　　　　３ｂ：トーチ外筒４：粉体
供給パイプ　　　　　５：パイロット電源６：交流プラ
ズマ電源　　　　７：高周波発生器８：正極逆極性時間
比率調整装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラズマアークトーチ内の電極と母材との間にプラズマ
   アーク発生用交流電源を接続し、前記電極とプラズマア
   ークが通るノズル部材との間にパイロットアーク発生用
   電源を接続し、前記電極と母材との間に生じるプラズマ
   アークと、前記電極と前記ノズル部材の間に生じるパイ
   ロットアークとの中に粉体を供給し、前記プラズマアー
   ク発生用交流電源の電流を８０〜３００Ａの範囲内で設
   定し、前記パイロットアーク発生用電源の電流を２５〜
   ８０Ａの範囲内で設定し、前記粉体材料を溶融せしめて
   前記母材の表面に肉盛を行なう、交流プラズマアーク粉
   体肉盛溶接方法。