JPH0140910B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、アーク溶接用コンタクトチツプに、
耐摩耗性、耐スパツタ性および耐反応性を向上さ
せるため、セラミツク被覆を施す方法に関する。 〔従来の技術〕 アーク溶接用コンタクトチツプは通常、銅系合
金またはアルミニウム合金で作られているが、コ
ンタクトチツプの表面が金属であるため溶接時の
スパツタ付着あるいは熱化学反応により、ノズル
部の摩耗あるいは目づまりが発生し、これがコン
タクトチツプの寿命を著るしく短かいものとして
いた。 前述のような問題を解決する方法として、実開
昭52−26630号公報、実開昭59−49478号公報また
は実開昭57−82484号公報に記載されるように、
コンタクトチツプのノズル部をセラミツク製ガイ
ドで保護する方法。 あるいは実開昭50−76021号公報、実開昭57−
160887号公報に記載されるようにコンタクトチツ
プをセラミツクで被覆する方法が提案されてきて
いる。 しかしながら前記のノズル部をセラミツクガイ
ドで保護する方法は、コンタクトチツプの構造が
複雑になり製造コスト的に問題があるばかりでな
く、広範囲に飛散するスパツタに対してコンタク
トチツプ全体を保護できないという問題があつ
た。 一方コンタクトチツプをセラミツクで被覆する
方法は、構造の複雑化およびチツプ全体の保護の
問題を解決する可能性を秘めているが、その被覆
方法が未だ確立してなく、被覆方法によつては使
用時にセラミツク層の割れあるいは剥離が生じる
などの問題があつた。 本発明者等は、コンタクトチツプにセラミツク
被覆する方法を鋭意研究した結果、PVD法また
はCVD法によりセラミツクを被覆する方法を開
発し、先に実願昭59−163202号として出願した。 本発明者等は、さらにこの方法を研究した結
果、前記実願昭59−163202号の技術により、コン
タクトチツプの耐スパツタ性、耐反応性を向上さ
せ、寿命を大幅に長くすることに成功したが、こ
の技術においてもなおセラミツク被覆層の膜厚が
10μ以下で防熱効果が充分でなく、またCVD法お
よびPVD法を適用する場合コンタクトチツプを
それぞれ500〜1000℃程度に加熱する必要があり、
この加熱によりコンタクトチツプが焼鈍された状
態になるため硬度が低下し、ワイヤによる摩耗が
大きくなるとともに強度が低下し正確な溶接が困
難になること、そしてこれを防ぐためにはセラミ
ツク被覆後さらに硬化処理をおこなわねばならな
いなど、さらに改善すべきいくつかの問題がある
ことを見出した。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、アーク溶接用コンタクトチツプにセ
ラミツク被覆を施す際に問題となつていた前記の
セラミツク被覆層の割れ、剥離の問題、膜厚の問
題および焼鈍軟化の問題を同時に解決する方法を
提供することを目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、前記の目的を達成するための手段を
鋭意研究開発を続けた結果、セラミツクをプラズ
マ溶射によりコンタクトチツプに被覆した場合、
セラミツク被覆の膜厚を任意にとることができ、
またその密着性も強く、かつセラミツク被覆処理
中のコンタクトチツプ基体の温度が100℃程度に
抑制できコンタクトチツプ基体の焼鈍軟化を防止
できることを見出して完成されたもので、具体的
には、アーク溶接用コンタクトチツプ基体表面に
例えば超音波洗浄による脱脂およびサンドブラス
トによる酸化皮膜の除去などの清浄処理を施した
後、必要に応じて耐酸化性金属を溶射し、次にセ
ラミツクをプラズマ溶射し、最後に表面の平滑化
処理を施す構成をとることにより、前記問題点を
同時に解決したものである。 〔作用〕 アーク溶接用コンタクトチツプ基体１は通常鍛
造もしくは研削加工により製作されるため、基体
表面には潤滑油などの油脂分が付着している。油
脂分が付着した状態で、これにセラミツクプラズ
マ溶射すると、プラズマ溶射においては一般に火
焔距離が短かく、また基体表面に伝達される熱エ
ネルギーが小さく基体表面から油脂分を完全に飛
散除去することができず、第４図イの如く炭素５
状態でセラミツク被覆層３に巻込んでしまう。こ
のセラミツク被覆層中に巻込まれた炭素５が、ア
ーク溶接使用中にセラミツク被覆層の割れあるい
は剥離の原因になる。 したがつて、プラズマ溶射によりセラミツクを
被覆する場合は、超音波洗浄などにより基体表面
から油脂分を予め除去しておくことは、セラミツ
ク被覆層の強度を向上させるうえで重要である。 また、アーク溶接用コンタクトチツプ基体は、
主として銅合金またはアルミニウム合金を素材と
しており、表面には強固な酸化皮膜が形成されて
いる。酸化皮膜が存在する状態でプラズマセラミ
ツク被覆を施した場合第４図ロに示す如く基体と
セラミツク被覆層の間に酸化物層７が残存するこ
とになり、これがセラミツク被覆層の剥離の原因
となるため、基体表面の酸化皮膜をサンドブラス
トなどにより予め除去しておくことはセラミツク
被覆層の密着性を一層向上させるうえで重要であ
る。因みに、中間に酸化物層が残存しているもの
と、残存していないもののセラミツク被覆層の剥
離強度を比較してみると、前者は後者の約50％程
度と著るしく剥離強度が低いことが確認された。
コンタクトチツプ基体が銅合金あるいはアルミニ
ウム合金を素材としている場合は、一旦酸化皮膜
を除去しても、大気中に放置しておくと再び強固
な酸化皮膜を形成するため、サンドブラスト等に
より酸化皮膜を除去した後ニツケル−クロム合金
などの耐酸化性金属４で被覆しておくことは作業
性の点で有利であるばかりでなく、セラミツクと
結合しやすい金属例えばNi−Cr系合金を選択す
れば密着性をさらに向上させるうえで有効であ
る。 本願発明においては、前述の前処理を施した
後、セラミツクをプラズマ溶射をおこなうもので
ある。プラズマ溶射においては、プラズマ火焔自
体の温度は6000〜10000℃であるが、特に酸化条
件下（空気中）では火焔距離が短かく、かつセラ
ミツク粒子の粒子も小さいこともあつて、被溶射
面に伝達される熱エネルギーは比較的小さく、通
常の大きさのアーク溶接用コンタクトチツプを対
象とした場合、その温度上昇は100〜150℃に抑え
ることができる。これは、CVD法またはPVD法
を適用してセラミツク被覆を施した場合基体の温
度が500℃以上に加熱されるのに対し大きな利点
をもたらす。 すなわち、アーク溶接用コンタクトチツプは通
常銅合金またはアルミニウム合金で構成されてお
り、銅合金では、250℃前後から焼鈍軟化現象が
おこるため、従来のCVD法またはPVD法を適用
した場合加工硬化していたコンタクトチツプに硬
度の低下、曲げ強度の低下がもたらされる。これ
に対し本願発明の如く、プラズマ溶射により、セ
ラミツクの被覆を施した場合、基体の温度が250
℃以上に上昇することがないため焼鈍軟化現象は
全く起らず再度の硬化処理は全く必要がない。 プラズマ溶射によりセラミツク被覆した場合の
他の大きな利点は、CVD法またはPVD法を適用
した場合セラミツク被覆層の厚さに限界があり通
常その厚さを10μ以上にすることが困難であるの
に対し、プラズマ溶射の場合は任意の厚さのセラ
ミツク被覆層を形成することができ、100μ〜
200μの厚さのセラミツク層を形成することも可
能である。アーク溶接用コンタクトチツプにセラ
ミツク被覆を施す効果は、スパツタ付着防止のほ
かに溶接中の輻射熱を遮断し、コンタクトチツプ
の溶接中の輻射熱による焼鈍軟化を防止すること
である。 しかしながら、CVD法またはPVD法を用いた
場合、前述のとおりセラミツク被覆層の厚さを
10μ以上にすることは困難であり、この程度の厚
さのセラミツク被覆層では、溶接中の輻射熱によ
る焼鈍軟化現象を充分防止できず、溶接中に硬度
低下、ひいては耐摩耗性の低下を招き、ワイヤ通
過に伴う摩耗が大きくなる。これに対し、本発明
の如くプラズマ溶射によりセラミツク被覆層を形
成する場合は前述のようにセラミツク被覆層を厚
さを任意にとることができ、100〜200μ程度の厚
さのセラミツク被覆層も容易に形成することがで
きるため、溶接中の輻射熱を効果的に遮断でき焼
鈍軟化を防止することができるため、溶接中にお
いても硬度低下が起きず耐摩耗性を保持できる。 コンタクトチツプの素材としては、導電性と耐
熱性を有するものであればCu−Ni系、Cu−Cr
系、Cu−Cr−Zr系、Cu−Be系合金、Al−Mg系
などの種々の公知の銅合金またはアルミニウム合
金を用いることができることは言うまでもない。 また、本発明に用いられるセラミツク材料とし
ては、プラズマ溶射用として市販されているいず
れのセラミツクを用いて所定の効果を得ることが
できるが、本発明者等の実験結果から、Al₂O₃
系、Al₂O₃−TiO₂系、Tio₂系、CrO₃系、Cr₂O₃−
SiO₂系、SiC系、Si₃N₄系およびBN系のセラミツ
クを用いた場合特に顕著な効果が得られることが
判明している。 本発明においては、最後に研磨処理を施してい
るが、これは以下の技術的理由に基づいている。 すなわち、前述のとおり、アーク溶接中に、高
温球体のスパツタが飛散し、その一部が第５図
イ，ロに示すようにコンタクトチツプ表面に付着
する。このスパツタの付着の態様を調査してみる
と、コンタクトチツプの特に表面部の素材に左右
されることはもちろんであるが、その表面の面粗
度も極めて大きな要因となつていることが判明し
た。 スパツタ付着を考えるとき、素材に関してはス
パツタとの化学反応を主に考慮すればよいが、表
面状態については、特に化学的だかりでなく物理
的な面からも考えなければならない。すなわち、
第４図ロに示すように表面の凹部では物理的なか
かえ込みによる付着が発生し、凸部では熱化学反
応に生じ、その相乗効果によりスパツタ付着が促
進され、除去が困難になる。CVD法またはPVD
法を適用する場合は、基体表面を平滑にしてから
セラミツクを被覆するためその後の研磨処理はそ
れほど必要性はないが、本願発明においては、前
述のとおり前処理としてサンドブラストなどの処
理を施すため基体表面粗度が粗くかつプラズマ溶
射によつて溶融セラミツク球体を高速で基体表面
にたたき付けるため被覆後の表面粗度は比較的粗
く凹凸状態を呈するため、このままでは前述のと
おりスパツタ付着が起き易すい。 したがつて、本発明の如くプラズマ溶射による
セラミツク被覆をおこなう場合は、被覆後の例え
ばサンドペーパーあるいは砥粒などによつて研磨
処理を施し表面を平滑にする必要がある。表面が
平滑である場合凹部におけるスパツタ粒のかかえ
込みによる付着を防止できるとともに、たとえ、
スパツタ粒が基体表面に一旦付着してもその付着
は第４図イに示すように点接触により付着してい
る状態であるので、容易に除去することができ
る。本発明者等の実験結果によると、20S以下に
すれば前記効果が得られるが、工業的には 特に、5S以下にすれば、耐スパツタ性、耐反
応性をより一層効果的に向上させることができる
ことが判明した。 〔実施例〕 ＜実施例 １＞ Ni：0.85〜1.0％、Si：0.4〜0.6％残部銅からな
る銅−ニツケル合金を研削加工によりアーク溶接
用コンタクトチツプ基体１を作成し、これに次の
工程でセラミツク被覆を施した。 まず、コンタクトチツプ基体を(1)水中に沈め、
通常の超音波アルカリ洗浄処理を３〜５分間施し
表面に付着している油脂分を完全に除去し、次に
サンドブラスト処理を１分間施し基体表面の酸化
皮膜を破壊除去した後、直ちにAl₂O₃を下記の条
件でプラズマ溶射で吹きつけ基体表面上に125μ
の厚さのAl₂O₃被覆層３を形成し、最後にSiC系
＃180のサンドペーパーで研磨処理し平滑な表面
のAl₂O₃被覆アーク溶接用コンタクトチツプを作
成した。

【表】 前記の工程で作成したアーク溶接用コンタクト
チツプ、CVD法によつてAl₂O₃被覆を施したアー
ク溶接用コンタクトチツプおよび被覆なしのアー
ク溶接用コンタクトチツプの３種について実際の
溶接条件で24時間使用し、そのスパツタ付着量お
よびワイヤによる摩耗量を測定した結果以下のと
おりで本発明によつて作成したアーク溶接用コン
タクトチツプがスパツタ付着量が最も少なくかつ
ワイヤによる摩耗量も最も小さいことがわかる。

【表】 ＜実施例 ２＞ 実施例１と同様に銅−ニツケル合金で作成した
アーク溶接用コンタクトチツプ基体に超音波洗浄
および／または（超音波＋フロン）洗浄して、さ
らに酸化皮膜の破壊除去処理を施した後、Ni：
80％、Cr：20％のニツケル−クロム合金粉末
（粒度−105〜＋45μ）を下記条件下で溶射被覆し
た後、実施例１と同様にAl₂O₃をプラズマ溶射
し、最後に研磨処理を施しアーク溶接用コンタク
トチツプを作成した。

【表】 この工程により作成したアーク溶接用コンタク
トチツプと実施例１によつて作成したアーク溶接
用コンタクトチツプについてスパツタ付着量およ
び摩耗量については実施例１と同条件で、また密
着強度については剥離が起きるまでの時間を試験
した結果は次のとおりであり、この実施例２によ
つて作成したアーク溶接用コンタクトチツプの方
が実施例１で作成したものよりも特にセラミツク
の密着強度において一層改善されていることがわ
かる。

【表】 ＜実施例 ３＞ 銅−ベリリウム合金（Be：1.8〜2.0％）合金製
アーク溶接用コンタクトチツプに、実施例１と同
様の表面清浄化処理を施した後、下記の条件でニ
ツケル−クロム合金を溶射被覆した。

【表】 次に、該溶射被覆したコンタクトチツプを、真
空チヤンバー中の回転軸に固定して真空チヤンバ
ーを真空にし、ついでArで置換する溶射直前チ
ヤンバーのガス抜き弁を安全に（膨張したガスの
排出のため）openにして、下記の条件下でSi₃N₄
系セラミツクをプラズマ溶射を施し、最後に実施
例１と同様の研磨処理を施してSi₃N₄系セラミツ
ク被覆アーク溶接用コンタクトチツプを作成し
た。

【表】 前記工程で作成したアーク溶接用コンタクトチ
ツプを実施例２と同様の試験をおこなつた結果は
次のとおりであつた。

【表】 ＜実施例 ４＞ 以下、プラズマ溶射材料としてAl₂O₃−TiO₂，
TiO₂，Cr₂O₃，Cr₂O₃−SiO₂およびBNを選択し、
実施例１および実施例２と同様の工程でセラミツ
ク被覆を施したものについてスパツタ付着量、お
よび密着強度を測定した結果は次のとおりであ
る。

【表】

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したとおり、本発明は、セラミ
ツク被覆という表面材質の変換および表面の平滑
化によりスパツタ付着量を減少させるばかりでな
く、従来のCVDまたはPVD法によるセラミツク
被覆処理で問題となつていた被覆処理中の焼鈍軟
化およびセラミツク被覆層の厚さの限界からくる
アーク溶接中の輻射熱による焼鈍軟化によつて加
速される摩耗の問題を同時に解決したものであ
る。そして、アーク溶接用コンタクトチツプの寿
命が、スパツタ付着による目づまりおよびワイヤ
通過による摩耗により決定的に左右されることを
考慮すれば、その問題を同時に解決した本発明
は、アーク溶接産業上極めて大きな効果を有する
ものと言える。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマ溶射する前のアーク溶接用コ
ンタクトチツプを示す図、第２図は清浄化処理後
直ちにセラミツクプラズマ溶射被覆した場合のア
ーク溶接用コンタクトチツプを示す図、第３図は
清浄化処理を施した後耐酸化性金属を溶射し、次
にセラミツクプラズマ溶射被覆した場合のアーク
溶接用コンタクトチツプを示す図、第４図は脱脂
処理を施さず直接セラミツクプラズマ溶接被覆を
施した場合のアーク溶接用コンタクトチツプの表
面処理を示す図、第５図イ，ロはそれぞれアーク
溶接用コンタクトチツプの表面が平滑である場合
と凹凸状態を呈する場合のスパツタ付着状況を示
す図。 １……アーク溶接用コンタクトチツプ基体、２
……ワイヤ通過孔、３……セラミツク被覆層、４
……耐酸化金属層、５……炭素、６……スパツタ
付着粒、７……酸化物層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アーク溶接用コンタクトチツプ基体の表面
   に、清浄化処理を施した後、セラミツクのプラズ
   マ溶射被覆を施し、次に溶射面に研磨処理を施す
   ことを特徴とするアーク溶接用コンタクトチツプ
   のセラミツク被覆方法。 ２ 前記清浄化処理が超音波洗浄および／または
   （超音波＋フロン）洗浄による脱脂とサンドブラ
   ストによる酸化皮膜除去とからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のアーク溶接用コ
   ンタクトチツプのセラミツク被覆方法。 ３ 前記アーク溶接用コンタクトチツプが銅系合
   金またはアルミニウム系合金を素材とすることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載のアーク溶接用コンタクトチツプのセラミツク
   被覆方法。 ４ アーク溶接用コンタクトチツプ基体表面に、
   清浄化処理を施し次に耐酸化性金属を溶射被覆す
   る前処理工程を施した後、セラミツクのプラズマ
   溶射被覆を施し、次に溶射面に研磨処理を施すこ
   とを特徴とするアーク溶接用コンタクトチツプの
   セラミツク被覆方法。 ５ 前記清浄化処理が超音波洗浄および／または
   （超音波＋フロン）清浄による脱脂とサンドブラ
   ストによる酸化皮膜除去とからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のアーク溶射用コ
   ンタクトチツプのセラミツク被覆方法。 ６ 前記アーク溶接用コンタクトチツプが鋼系合
   金またはアルミニウム系合金を素材とすることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項記
   載のアーク溶接用コンタクトチツプのセラミツク
   被覆方法。 ７ 前記耐酸化性金属がニツケル−クロム系合金
   であることを特徴とする特許請求の範囲第４項な
   いし第６項のいずれか記載のアーク溶接用コンタ
   クトチツプのセラミツク被覆方法。