JPH02258177A - アルミニウムまたはアルミニウム合金の肉盛溶接方法 - Google Patents

アルミニウムまたはアルミニウム合金の肉盛溶接方法

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JPH02258177A
JPH02258177A JP8224189A JP8224189A JPH02258177A JP H02258177 A JPH02258177 A JP H02258177A JP 8224189 A JP8224189 A JP 8224189A JP 8224189 A JP8224189 A JP 8224189A JP H02258177 A JPH02258177 A JP H02258177A
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Kimihiro Shibata
公博 柴田
Yutaka Makuchi
裕 馬久地
Yasutoshi Nakada
中田 康俊
Hiroyuki Koike
弘之 小池
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Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
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Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
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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] 本発明はアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に
肉盛溶接を施すプラズマアーク肉盛溶接方法に関するも
のである。
〔従来の技術とその問題点] アルミニウム系材料は綱に比較して、比重は約173と
軽く、熱伝導度も良好なことから、自動車部品、航空機
部品などに使用されている。しかし、アルミニウム系材
料の融点は最高660°Cよ低く、また、その硬さは、
鋼に比べて非常に低く、その耐熱性および耐摩耗性が劣
っている。従って、アルミニウム系材料をそのまま耐熱
性、耐摩耗性を要求される部材に適用することができな
い。
そこで、アルミニウム系材料を耐熱性および耐摩耗性が
要求される部材にも使用できるよう、アルミニウム系利
料に耐熱性、耐摩耗性に優れた異種材料を接合する方法
が考えられている。
このアルミニウム系材料への異種材料を接合する方法と
してろう付などの方法があるが、その接合強度は十分で
ばない。最近では、その接合強度を上げるため、冶金的
結合が得られるレーザビムを用いた肉盛溶接方法が採用
されている。
かかる素材の肉盛溶接方法として、特開昭62168!
M 号公報に記載されているように、アルミニラム系母
材へ耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れた銅系肉盛合金
材料を塗布、または送給し、その上にレーザビームを照
射することで溶着する肉盛溶接方法が提案されている。
しかし、レーザ肉盛溶接装置のイニシャルコス1〜、ラ
イニングコストは非常に高価なため、その適用部品のコ
ストは非常に高価となる。
従来から、かかるアルミニウム系材料には次のような問
題が指摘されている。
(1)アルミニウム系材料は、溶接時に非常に酸化し易
く、母材に比べて、高融点の酸化皮膜、アルミナを生成
する。このアルミナが溶接時に存在すると、融合不良を
起ごし接合性を劣化さセる原因となる。
(2)アルミニウム系材料は溶融状態において、水素や
水蒸気を吸蔵し易く、ピットやブローホールなどの溶接
欠陥を生成し易い。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に
形成される強固で溶融温度の高い酸化皮膜を除去し、接
合強度の高い冶金的結合が得られるとともに、ブローホ
ール等の溶接欠陥を生成しない安価なプラズマアーク肉
盛溶接方法の提供を目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するための、本発明に係るアルミニウム
またはアルミニウム合金のプラズマアク肉盛溶接方法の
要旨とするところは、アルミニウムまたはアルミニウム
合金の肉盛溶接方法において、交流プラズマアークを用
い、該交流プラズマアークの周波数を300tlz〜5
000Hzとし、かつ電圧波形の正極性成分時間をta
、逆極性成分時間をt、とした場合、下式を満足する時
間比率で溶接することを特徴とするアルミニウムまたは
アルミニウム合金の肉盛溶接方法にある。
〔作  用〕
本発明の交流プラズマアーク肉盛溶接方法において、周
波数を300Hz以上、5000IIz以下で肉盛溶接
するのは、300Hz未満では、極性変換時にアーク切
れが発生し易くなるとともに、ブローホール、ビットが
形成されるためである。そして、5000Hzを超える
と、高周波特有の金属音が発生し、溶接作業者にとって
、耐え難い作業環境となるとともに、アルミニウム系母
材への希釈が大きくなり、−層盛で所定成分の肉盛金属
が得られず、実用に供し得なくなるからである。そこで
周波数の範囲を300Hz〜5000Hzとした。
又、本発明の交流プラズマアーク溶接法における正極性
と逆極性成分の時間比率が母材表面に形成された酸化皮
膜を除去する清浄効果と母材の希釈率とに密接な関係が
あることが分かった。両者の関係において、逆極性成分
は母材に形成された酸化膜を除去し、正極性成分は母材
の希釈を大きくするが、電極を冷却し、電極の+jl傷
を防止する効果がある。従って、第1図の如く、電極印
加電圧の正極性成分時間(ta)と逆極性成分時間(t
、)の比率を所定の範囲に設定することにより、電極の
損傷を防止するとともに、母材の希釈を抑制し、適正な
清浄効果域幅を確保できる。
第2図に本発明に係わる交流プラズマアーク肉盛溶接に
おける正極性成分と逆極性成分の時間比率と清浄効果域
幅および希釈率との関係を示すグラフを提示する。正極
性成分時間比率 発熱量は逆極性成分時に母材から発生した電子が電極に
衝突し、電極の発熱量が象、激に増大し、電極が損傷す
るため、アークが不安定となり、健全な肉盛溶接ができ
なくなる。また。正極性成分時間比率が上限90%を超
えると、母材への希釈率が大きくなるとともに、清浄効
果が認められなくなり、表面酸化皮膜に起因する融合不
良等の溶接欠陥が発生する。上記理由により、正極性成
分時%以下の範囲が適正である。
(実施例) 次に本発明の肉盛溶接方法を第3図に基づいて説明する
第3図は、交流電源を用いて、アルミニウム合金板の表
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一例を示す説明図である。
第3図において、1はプラズマアーク溶接トーチの先端
部を示し、該プラズマアーク溶接トーチ1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、1・−チ内筒3およびトーチ外筒4が配設され
ている。そしてタングステン電極2とトーチ内筒3との
間にプラズマ作動ガス通路15およびトーチ内筒3とト
ーチ外筒4との間にシールドガス通路16および粉体肉
盛材料11を供給する粉体送給パイプ5が配設されてい
る。プラズマ作動ガス通路15はアルゴンガスなどの不
活性ガスがプラズマ作動ガスとして供給される。シール
ドガス通路16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、肉盛金属を大気からシールド
するようになっている。以上のように構成された、プラ
ズマアーク溶接トーチ1の下方に、被肉盛溶接材料のア
ルミニウム合金板13が設置されている。そして、プラ
ズマアーク12の中に、粉体肉盛材料11を粉体送給パ
イプ5を通じて、アルゴンガスなどの不活性ガスを送給
ガスとして供給し、アルミニウム合金板13表面上に順
次肉盛金属14が形成される。
なお、タングステン電極2とトーチ内筒3との間には、
パイロット電源6から所定のパイロット電流が供給され
るようになっている。また、タングステン電極2とアル
ミニウム合金板13との間には、正極性と逆極性の時間
比率を任意に調整できる正極逆極性時間比率調整装置9
と、周波数を任意に調整できる周波数調整装置10を取
付けたメイン交流電源7から、所定の溶接電流が供給で
きるようになっている。更に、タングステン電極2とト
ーチ内筒3との間にはプラズマアーク点火用の高周波発
生器8が配設されている。
次に、本発明に基づく効果を確認するために、第1表に
示した、アルミニウム板およびアルミニウム合金板に、
第2表に示した耐熱性、耐摩耗性に優れた粉体肉盛材料
と組合せて、第3図に示した本発明の一実施態様の交流
プラズマアーク肉盛溶接装置を用いて肉盛溶接を行った
。下記の溶接条件で得られた肉盛溶接金属について接合
性およびブローホール、ピット等の溶接欠陥の発生状況
を調査した。その結果を第3表に示す。
肉盛溶接条件;溶接電流    90A溶接速度   
 80mm/min プラズマ作動ガス流! (Ar)   2 j2 /m
inシールドガス流量(Ar)    201! /m
in粉体送給ガス流量(Ar)     2 E / 
min第3表における、No、 1〜No、 10は第
3図に示した交流プラズマアーク肉盛溶接装置を用いて
、肉盛溶接を行ったものである。No、11、No、 
12は一般に用いられている正極性プラズマアーク肉盛
溶接法で、比較のため行ったものであり、溶接条件は、
上記の交流プラズマアーク肉盛溶接法と同一条件で行っ
た。
No、 1〜No、 6は本発明の要件を満たし、母材
への希釈が小さく、溶接部に融合不良、ブローホール、
ピット等の溶接欠陥が認められず、良好な接合性および
ビード形状が得られた。
No、 7〜No、 10は交流プラズマアーク肉盛溶
接法で行ったものであるが、No、 7、No、 8は
正極性成分外れている例である。No、 7は正極性成
分時間比率が本発明範囲の下限より低く、電極の損傷が
激しく、溶接途中でアークが不安定となり、中止した。
No、 8は正極性成分時間比率が上限を超えており、
清浄効果は小さく、融合不良が認められた。又、母材の
希釈も大きく、接合部界面に介在物、化合物相が生成し
ており、割れが認められた。
No、 9、No、10は周波数が本発明の範囲を外れ
ている例である。No、 9は周波数が本発明範囲の下
限より低く、溶接途中でアーク切れが数回発生し、ブロ
ーホール、ピットも多数発生した。No、10は周波数
が本発明範囲の上限を超えたもので、母材の希釈が太き
(なり、接合部界面に化合物相とともに割れが認められ
た。又、高周波特有の金属音が発生し、溶接作業に耐え
られるものではなかった。
No、 11 、No、 I 2は正極性プラスマアー
ク肉盛溶接法による比較例である。いずれも、表面酸化
皮膜に起因する融合不良およびブ「2−ホール等の溶接
欠陥が発生しており、満足できる接合性、ヒート形状が
得られなかった。
〔発明の効果〕
以上のことにより、本発明のアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金の肉盛溶接方法によれば、アルミニウムまた
はアルミニウム合金の肉盛溶接部の接合性を劣化させる
、母材表面の酸化膜を除去し、融合不良、ブローホール
、ピント等の溶接欠陥が発生せず、良好な肉盛溶接が行
なえる。従って、耐熱性、耐摩耗性等の緒特性に優れた
異種材料を肉盛したアルミニウム系部品を得ることがで
き、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電極に印加する電圧波形を示すグラフ
、第2図は正極性成分時間比率と清浄効果域幅および母
材の希釈率との関係を示すグラフ、第3図は交流電源を
用いたアルミニウム系材料の肉盛溶接を実施する装置任
の一例を示した説明図である。 ■・・・ブラスマアーク?容(妾トーチ、2・・・タン
グステン電極、3・・・1・−チ内筒、4・・・トーチ
外筒、5・・・わ)体送給パイプ、6・・・パイコノ1
〜電源、7・・・メイン交流電源、8・・・高周波発生
器、9・・・正極逆極性時間比率調整装置、10・・・
周波数調整装置、11・・・粉体肉盛材料、12・・・
プラズマアーク、13・・・アルミニウム合金板、14
・・・肉盛金属、15・・・プラズマ作動ガス通路、1
6・・・シールドガス通路。 十 一輿社す邸唄 葉翠 世 谷 聚索献瞭頚!

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  アルミニウムまたはアルミニウム合金の肉盛溶接方法
    において、交流プラズマアークを用い、該交流プラズマ
    アークの周波数を300Hz〜5000Hzとし、かつ
    電圧波形の正極性成分時間をt_a、逆極性成分時間を
    t_bとした場合、下式を満足する時間比率で溶接する
    ことを特徴とするアルミニウムまたはアルミニウム合金
    の肉盛溶接方法。 60%≦[t_a/(t_a+t_b)]×100≦9
    0%・・・・・・(1)
JP8224189A 1989-03-31 1989-03-31 アルミニウムまたはアルミニウム合金の肉盛溶接方法 Expired - Lifetime JP2573055B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0962277A1 (de) * 1998-06-02 1999-12-08 Inocon Technologie Gesellschaft m.b.H Plasma-Schweissbrenner

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0962277A1 (de) * 1998-06-02 1999-12-08 Inocon Technologie Gesellschaft m.b.H Plasma-Schweissbrenner

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