JPH02268982A - チタンまたはチタン合金の肉盛溶接方法 - 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］ 本発明はチタンまたはチタン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］ チタン又はチタン合金材料は鉄に対し比重が約６０％と
軽く、耐食性も優れているなどの利点を活かして、自動
車や航空機部品に利用されている。

しかしながら、チタンまたはチタン合金は鉄に比べ軟ら
かいため、耐摩耗性が要求される部位には、そのままで
使用することができない。

そこで、チタン系材料を耐摩耗性が要求される部位にも
使用できるよう、チタン系材料に耐摩耗性、耐熱性等の
特性に優れた異種材料を肉盛する方法が考えられている
。

このチタン系材料への肉盛溶接方法として、従来から、
酸素−アセチレン炎を利用したガス溶接やＴＩＧアーク
、プラズマアークを利用したアーク溶接およびレーザー
光を利用した肉盛方法等が採用されている。

かかる素材の硬化肉盛溶接方法として、特開昭６１−２
３５７４号公報に記載されているように、チタン基合金
材料からなるエンジンバルブフェース面に、チタンと金
属炭化物とからなる混合粉末を用いてプラズマアーク肉
盛溶接する方法が提案されている。この提案では、プラ
ズマアーク肉盛溶接方法として常用されている、直流正
極性プラズマアーク肉盛溶接方法が用いられている。正
極性プラズマアーク肉盛溶接法は、逆極性プラズマアー
ク肉盛溶接法に比べ、母材への希釈が大きいことは一般
に知られていることである。

［発明が解決しようとする課題］ チタン系材料に耐摩耗性、耐熱性の良好なＣＯ具金合金
を肉盛溶接すると、母材と肉盛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
材へ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、実用上問題がある。又、チタン系材
料のように、母材衣１ｍに溶融温度の高い酸化膜を形成
する材料の肉盛溶接に、クリーニング効果のない正極性
プラズマアーク肉盛溶接法を適用すると、接合界面に介
在物が形成され、健全な接合部が得られないなどの問題
がある。

又、特開昭５９−７８７７４号公報には、チタンまたは
チタン合金の表面に、純チタン粉末に炭化金属の硬化粒
を含有した硬化剤をＴＩＧ溶接法またはプラズマアーク
溶接法で肉盛する溶接方法が提案されている。

上記提案でのプラズマアーク肉盛溶接法として、逆極性
プラズマアーク肉盛溶接法が用いられている。逆極性プ
ラズマアーク肉盛溶接法は、母材の希釈が小さく、母材
表面の酸化膜を除去するクリーニング効果があることが
知られている。しか−、し、母材を＃極、電極を陽極と
した逆極性接続では、母材から発生した電子が絶えず、
電極に衝突し、電極が加熱され損傷されるため、Ｗ電極
に代えて、一般に大径の水冷銅電極が用いられる。

そのため、逆極性プラズマアーク溶接トーチは、正極性
プラズマアーク溶接トーチより大型化となり、小物の肉
盛溶接には不適であり、溶接操作性に問題がある。

また、逆極性プラズマアーク肉盛溶接法および正極性プ
ラズマアーク肉盛溶接法とも、使用電流に直流を用いる
ので、磁気吹きの影響を受けるため、良好なビード形状
か得られ難いなどの問題がある。

［課題を解決するため、の手段］ 上記の如き問題点は、次に述べる本発明のチタンまたは
チタン合金の肉盛溶接方法によって解決される。

すなわち、本発明は熱源に周波数：］００　Ｈｚ〜５０
００Ｈｚの交流プラズマアークを用いて溶接する肉盛溶
接方法である。

［作用］ 本発明において、周波数を３００　Ｈｚ以上で溶接する
のは、３００　Ｈｚ未満では、極性変換時にアーク切れ
が発生し、不安定アークとなり、連続したビードが得ら
れないためである。また、５０００ｔ−１ｚ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、溶接電源の製造コス
トが著しく増大するため、周波数の範囲を３００　Ｈｚ
　〜５０００Ｈｚとした。

［実施例］ 次に本発明の肉盛溶接方法を第１図に基づいて説明する
。第１図は、交流電源を用いて、チタン合金板の表面に
粉体肉盛材料を肉盛溶接するのに適した、交流プラズマ
アーク肉盛溶接装置の一例を示す説明図である。

第１図において、１はプラズマアーク肉盛溶接トーチの
先端部を示し、該プラズマアーク肉盛溶接トーチ１には
、中心部にタングステン電Ｖｉ２を配備してあり、この
電極２の外側には、トーチ内筒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１４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１５お
よび粉体肉盛材料ｌＯを供給する粉体送給バイブ５が配
設されている。プラズマ作動ガス通路１４にはアルゴン
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１５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、肉盛金属１３
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、プラズマアーク肉盛溶接トー
チ１の下方に、被肉盛溶接材料のチタン合金板１２が設
置されている。そして、プラズマアーク１１の中に、粉
体肉盛材料１０が粉体送給パイプ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され、チタ
ン板１２の表面上に順次肉盛金属１３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とチタ
ン合金板１２との間には、周波数を任意に調整できる周
波数調整装置９を取付けたメイン交流電源７から、所定
の溶接電源が供給できるようになっている。更に、タン
グステン電ＶｉＡ２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
示したチタン板およびチタン合金板に、第２表に示した
粉体肉盛材料を組合せて、第１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。下記の溶接条件で溶接して得らえた肉盛
部について、接合性およびビード形状等を調査した結果
を第３表に示す。

溶接条件；溶接電流　８０Ａ 溶接速度　４５（１＋＋ｏ＋／ｗｉｎ プラズマ作動ガス流量（＾「）　２λ／ｍｉｎシールド
ガス流量（Ａｒ）　　２１！　／ｍｉｎ粉体送給ガス流
５ｊ　（Ａｒ）　　２１　／ｍｉｎ第３表におけるＮｏ
、ｌ−Ｎｏ、７は第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、肉盛溶接を行ったものである。Ｎ
ｏ、８．　Ｎｏ、９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行ったものであり、Ｎｏ、ＩＯ
，Ｎｏ、ｌ］は逆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る。なお、Ｎ００８〜Ｎｏ、１１
の正極性プラズマアーク肉盛溶接法および逆極性プラズ
マアーク肉盛溶接法とも、交流プラズマアーク肉盛溶接
法と同一の上記溶接条件で行った。

Ｎｏ、Ｉ〜Ｎｏ、　５は本発明の要件を満たし、肉盛部
の接合界面に介在物および化合物相が認められず、良好
な接合性ならびにビード形状が得られた。また、アーク
切れの発生もなく、安定した溶接が行われたことは勿論
である。

Ｎｏ、６．　Ｎｏ、７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、周波数が本発明の範囲を外れて
いる例である。Ｎｏ、６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発生し、安定した溶接
ができず、ビード形状は劣った。

Ｎ０１７は周波数が本発明の範囲の上限を超えたもので
、接合性およびビード形状は良好であったが。

高周波特有の金属音が発生し、溶接作業に耐えられるも
のてはなかった。

Ｎｏ、８．　Ｎｏ、９は、比較のため、正極性プラズマ
アーク肉盛溶接法によるものである。いずれも、接合部
に化合物相等とともに割れが認められた。

又、磁気吹きにより、ビード形状も満足するものか得ら
れなかった。

Ｎｏ、１０．　Ｎｏ、１１は、逆極性プラズマアーク肉
盛溶接法によるものである。クリーニング効果は認めら
れ、接合性は良好であったが、磁気吹きにより、ビード
止端部か不揃いとなり、満足できるビード形状が得られ
なかった。

［発明の効果］ 以上のことより、本発明のチタンまたはチタン合金の肉
盛溶接方法によれば、チタンまたはチタン合金の肉盛溶
接部の接合性を劣化させる母材表面の酸化膜を除去し、
接合部界面に脆い化合物相および介在物が生成せず、良
好なビード形状が得られる。従って、耐摩耗性、耐熱性
等の諸特性に優れた異種材料を肉盛したチタン系部品を
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図は交流電源を用いた本発明のチタンまたはチタン
合金の肉盛溶接方法を実施する装置の一例を示した説明
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、チタンまたはチタン合金の肉盛溶接方法において、
   熱源に周波数３００Ｈｚ〜５０００Ｈｚの交流プラズマ
   アークを用いて溶接することを特徴とするチタンまたは
   チタン合金の肉盛溶接方法。