JPH0327736Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、アークスタツド溶接により金属部材
の表面に容易に取り付けることができる溶接用セ
ラミツクスピースに関する。

〔従来の技術〕

金属部材にセラミツクスの耐熱性保護層を設け
ることにより、炉壁，バーナ，羽口等の高温雰囲
気で使用される構造材を得ている。或いは、セラ
ミツ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、このセラミツ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
セラミツクスを溶接、ろう付け等の手段によつて
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、
セラミツ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ツ
クスピースの貼付けを行つている。この方法によ
るとき、固定治具によりセラミツクスピースが母
材金属に取り付けられるので、セラミツクスピー
スが固定治具−母材金属間の強固な金属結合によ
つて保持される。

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、セラミツ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ヤツプ及びセラミツクス
製キヤツプを被せている。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、本考案者等は、コーン部に続いてフラ
ンジ部及びピン部を備えたスタツドを組み込んだ
セラミツクスピースを開発し、これを別途出願し
た。第４図は、このセラミツクスピースを示す。
すなわち、セラミツクスピース本体１には孔部２
及び凹部３が設けられており、このセラミツクス
ピース本体１にスタツド５を挿入している。この
スタツド５は、先端に突起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が立設している。
なお、セラミツクスピース本体１の下面には、凹
部３の内部空間をセラミツクスピース本体１の外
周面に連絡する複数の溝部４が設けられている。
この溝部４は、溶接時に発生するガス，ヒユーム
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ツド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でき
るため、充分な接合強度でセラミツクスピース本
体１が母材金属に取り付けられる。他方、セラミ
ツクスピース本体１の表面側に露出するスタツド
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。

〔考案が解決しようとする問題点〕

第４図に示したスタツド５を母材金属に溶接す
ることによりセラミツクスピースを取り付ける場
合、母材金属からセラミツクスピース本体が剥離
することがないように、フランジ部８の上面と凹
部３の底面とをろう付けしている。このろう付け
部１０を強固な接合強度をもつものとするため、
フランジ部８に接するセラミツクスピース本体１
の空洞部、すなわち凹部３の底面及び内周面をメ
タライズすることが必要となる。

ところが、セラミツクスの種類によつては、メ
タライズできないものがある。したがつて、この
ようなセラミツクスピースに対しては、第４図の
スタツド５は使用できないということになる。ま
た、メタライズ，ろう付け等の手段が必要となる
ことから、工程数が増し、セラミツクスピースを
取り付ける作業が面倒なものとなる。

そこで、本考案は、このようなスタツドとセラ
ミツクスピース本体との間の接続処理を必要とせ
ず、両者を機械的に噛み合わせることによつて、
簡単にセラミツクスピースを母材金属に取り付け
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の溶接用セラミツクスピースは、その目
的を達成するため、フランジ部からコア部にかけ
て単数又は複数の断面極小部を形成したスタツド
を、セラミツクスピース本体に設けた貫通孔に挿
入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、実施例により本考
案の特徴を具体的に説明する。

第１図は、本実施例の溶接用セラミツクスピー
スを示す断面図である。また、第２図はそのセラ
ミツクスピースに挿入するスタツドを数例示す。

このセラミツクスピース本体１は、例えば厚み
３〜25mm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。このようなセラミツクスピー
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，耐摩耗性等に優れたセラ
ミツクス層が形成される。セラミツクスピース本
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，コーデイエライト，炭化珪素，
窒化珪素等の各種のものがある。

セラミツクスピース本体１の中央部には、凹部
３が設けられている。この凹部３は、そこに収容
されるスタツド５のフランジ部８形状に対応する
ものであり、円形，矩形等種々の形状に成形され
ている。また、凹部３の上方には、凹部３に連続
して上部に向かつて広がつているテーパ状孔部２
が設けられている。このテーパ状孔部２は、スタ
ツド５のコア部１１に対応した形状をしている。
そして凹部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，ヒユーム等を外部に排出する通路として働
く。なお、セラミツクスピース本体１の下面から
凹部３の周壁及び凹部３の底面から孔部２の内壁
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。

このようにセラミツクスピース本体１に設けた
空洞部に、先端に突起６をもつコーン部７に続い
てフランジ部８及びコア部１１が設けられたスタ
ツド５を挿入する。本例におけるコア部１１は、
上方に向けて径が大きくなつているテーパ状に成
形している。このスタツド５のフランジ部８及び
コア部１１は一体成形されたものであつても、別
個に成形されたもののいずれであつても良い。フ
ランジ部８とコア部１１とを別体にしたスタツド
５にあつては、セラミツクスピース本体１の両面
からフランジ部８及びコア部１１を挿入し、両者
の接触面をろう付け，溶接等の手段によつて接続
する。或いは、スタツド５を母材金属にアーク溶
接するときの電流によつて、フランジ部８とコア
部１１とを接続することも可能である。

上方に向けて広がつたコア部１１をもつスタツ
ド５をセラミツクスピース本体１内に挿入し、こ
のスタツド５をアーク溶接により母材金属に接続
すると、スタツド５の断面積が極小になつている
部分に臨むセラミツクスがそれよりも断面積の大
きなスタツド５の部分で挟まれる。その結果、第
１図の上下方向に沿つてセラミツクスピース本体
１からスタツド５が抜け落ちることがなくなる。

第２図は、同様な作用をもつスタツドの数例を
示す。いずれの例においても、フランジ部８から
コア部１１上端にかけて、断面積が極小となる部
分が形成されてあり、この部分に接するセラミツ
クスが上下から挟み込まれる。この断面積が極小
となる部分は、フランジ部８からコア部１１上端
に至る個所に複数個設けても良いことは勿論であ
る。

同図ａのスタツドは、フランジ部８に接する側
で大きな断面積が一旦小さくなり再度大きな断面
積となつたコア部１１を設けたものである。この
ようにコア部１１の途中に断面積が最少となる部
分を設けることにより、セラミツクスピース本体
１の表面側に露出するスタツド５の表面積を小さ
くすることができる。これにより、露出した金属
による耐熱性，耐摩耗性等の性質劣化が抑制され
る。

また、同図ｂのスタツドは、同様にして断面積
の変わるコア部１１の外周を変曲点のない連続面
としたものである。このようにコア部１１を連続
面とするとき、スタツド５挿入のためセラミツク
スピース本体１に設けられるテーパ状孔部２が突
出部のないものとなる。そのため、局部的な応力
集中が避けられ、セラミツクスピース本体１に亀
裂や割れ等の発生が抑制される。

更に、同図ｃのスタツドは、コア部１１をセラ
ミツクスピース本体１の表面に至る高さとせず、
コア部１１の上端をセラミツクスピース本体１の
内部にくるように設定している。そして、このコ
ア部１１にピン部９を接続或いは一体成形したも
のである。そして、コア部１１の上端からセラミ
ツクスピース本体１の表面までの孔部には、適当
な耐火材料の詰め物をする。これによつて、セラ
ミツクスピース本体１表面に露出するスタツド５
は、ピン部９の断面部だけとなる。そのため、露
出した金属に起因する耐熱性，耐摩耗性等の性質
劣化が抑制される。

スタツド５のコア部１１をこのような形状とし
たことにより、フランジ部８をセラミツクスピー
ス本体１にろう付けする必要なく、セラミツクス
ピース本体１を固定することができる。したがつ
てセラミツクスの種類に関係なく、対象とする母
材金属にセラミツクス層を設けることが可能とな
つた。

途中に最少の断面積をもつスタツド５として、
一体的なものを使用するとき、そのスタツド５は
セラミツクスピース本体１に設けた空洞部に溶融
金属を流し込んだり、プレス成形することによつ
て、セラミツクスピース本体１内に挿入される。
第３図は、プレス成形を採用した場合のスタツド
挿入方法を工程順に説明する。すなわち、同図ａ
に示すように、突起６及びコーン部７に対応した
孔部を持つ下型３１に、セラミツクスピース本体
１を載置し、セラミツクスピース本体１に設けた
空洞部３２に加熱した金属材料３３を挿入する。
この金属材料３３を、同図ｂに示すように、上型
３４で加圧することにより塑性変形させ、セラミ
ツクスピース本体１の空洞部３２に充満させる。
このようにして、同図ｃに示すように、一体的な
スタツド５がセラミツクスピース本体１内に設け
られる。

なお、コア部１１に取り付けるピン部９は、コ
ア部１１と一体成形されたもの、コア部１１とは
別体に成形されたもののいずれであつても良い。
このピン部９は、溶接機の電源に接続されてスタ
ツド５に溶接電流を共給するリードとして働く。
なお、このピン部９には、セラミツクスピース本
体１の上部表面又はその近傍に対応する位置にノ
ツチ１２を設けることもできる。このノツチ１２
の作用については、後述する。

このスタツド５を挿入したセラミツクスピース
本体１は、スタツド５を母材金属にアーク溶接す
ることにより、母材金属に取り付けられる。アー
クの発生は、コーン部７の先端から開始される。
このとき、コーン部７先端に突起６を設けておく
とき、アーク発生個所が特定されるため、溶接の
信頼性が向上する。なお、アークの移行及びコー
ン部７の溶込みを円滑に行うため、コーン部７の
傾斜角度を120〜170度にすることが好ましい。

コーン部７先端部又は突起６で発生したアーク
は、コーン部７を溶解しながら徐々に周辺部に移
行する。このとき、コーン部７が傾斜面となつて
いることから、アークの移行は順調に行われる。
そして、このコーン部７及びフランジ部８の一部
が溶解して、スタツド５を母材金属に接合する接
合材として働く。ここで、フランジ部８は、接合
に必要な溶込みを補充する作用をもつ。そして、
溶接電流及び電圧をフランジ部８が若干溶け込む
ような値にセツトしておくことにより、常に一定
した接合面積が得られる。たとえば、高さ0.7mm
で最大径13mmのコーン部７及び高さ３mmのフラン
ジ部８をもつスタツド５に対し、電圧180Vで
21000Aの電流を供給するとき、フランジ部８が
約0.2〜0.3mmの厚みで溶け込む。

このピン部９にノツチ１２を設けておくとき、
スタツド５を母材金属に溶接した後で、セラミツ
クスピース本体１の上部表面から突出するピン部
９を、たとえばハンマー等で叩くことによりノツ
チ１２から破断することができる。或いは、ノツ
チ１２を設けず、セラミツクスピース本体１上部
表面から突出するピン部９をニツパー等で切断し
ても良い。

なお、以上の例においては、セラミツクスピー
ス本体に対して、その中央部に一個のスタツド５
を挿入している。しかし、本考案は、これに拘束
されるものではない。たとえば、セラミツクスピ
ース本体の周辺部に単数又は複数のスタツド５を
挿入しても良いことは勿論である。また、このよ
うにセラミツクスピースの取付けを行うとき、ス
タツド５をセラミツクスピース本体１の凹部３と
の間に、たとえば弾力性に富む樹脂材，ゴム材，
金属繊維で織つた布，アスベスト等の材料を緩衝
材として配置することもできる。このとき、セラ
ミツクスピース本体１が受ける衝撃が緩和され、
亀裂や割れ等からセラミツクスピース本体１を保
護することが可能となる。

〔考案の効果〕

以上に説明したように、本考案においては、フ
ランジ部からコア部上端にかけて断面積が最少と
なる部分を設け、この形状に対応した空洞部をも
つセラミツクスピース本体に挿入することによつ
て、スタツドとセラミツクスピース本体とをろう
付けする必要なく固定している。そのため、スタ
ツドをアーク溶接によつて母材金属に溶接したと
き、セラミツクスピース本体が母材金属から剥離
することがない。このようにして、本考案により
対象とする金属構造体に耐熱性，耐摩耗性等に優
れたセラミツクス層を容易に形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例のセラミツクスピースを
示し、第２図はそのセラミツクスピースに挿入さ
れるスタツドの数例を示し、第３図はセラミツク
スピース本体に対するスタツドの挿入方法の一例
を示す。また、第４図は、本考案者等が別途開発
したセラミツクスピースを示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. フランジ部からコア部にかけて単数又は複数の
   断面極小部を形成したスタツドを、セラミツクス
   ピース本体に設けた貫通孔に挿入してなることを
   特徴とする溶接用セラミツクスピース。