JPH0411309B2 - - Google Patents

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JPH0411309B2
JPH0411309B2 JP59021430A JP2143084A JPH0411309B2 JP H0411309 B2 JPH0411309 B2 JP H0411309B2 JP 59021430 A JP59021430 A JP 59021430A JP 2143084 A JP2143084 A JP 2143084A JP H0411309 B2 JPH0411309 B2 JP H0411309B2
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JP
Japan
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welding
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workpiece
overlay
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JP59021430A
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Japanese (ja)
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JPS60166171A (en
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Publication of JPH0411309B2 publication Critical patent/JPH0411309B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • B23K10/02—Plasma welding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は所定の加工部材(母材)に肉盛溶接を
行う方法に係り、特に、プラズマアークによつて
粉末材料を肉盛溶接する方法に関するものであ
る。 バルブ、パイプ等の加工部材(母材)に所定の
肉盛材(溶加材)を溶接することによつて加工部
材表面の耐摩耗性、耐熱性、或いは耐食性等を改
善する肉盛溶接法が従来より知られている。かか
る肉盛溶接法の一つにプラズマアークトーチ内の
電極の先端に発生するアーク(パイロートアー
ク)を、そのトーチ内に供給されるプラズマガス
によつてプラズマアークとなす一方、かかるプラ
ズマアークを、そのトーチと所定の加工部材との
間に供給される溶接電流によつてそのトーチ内か
ら加工部材とのとの間に移行せしめると共に、そ
のプラズマアーク内にその加工部材に肉盛される
べき粉末材料を供給せしめることにより、かかる
粉末材料を溶融せしめて前記加工部材の表面に導
き、所定の肉盛を行うようにしたプラズマ肉盛溶
接方法がある。 このプラズマ肉盛溶接方法は、上述したように
肉盛材として粉末材料を用いるところから、肉盛
材の材料選択が広範囲にわたつて容易になされ得
るとともに、棒材を用いる場合に比較してその溶
融速度が早くなつて溶接時間を短縮化し得る等の
優れた特徴を備え、しかも装置の完全自動化が容
易なところから近年注目を浴びるようになつてき
た。 ところで、肉厚溶接とは肉盛材を加工部材表面
に溶融接合せしめるものであり、この時肉盛材内
に溶融した加工部材が溶け込んで、肉盛材が希釈
されてしまうのであるが、この肉盛材に対する加
工部材の溶け込み量の割合を希釈率(%)で表
す。そして、かかる希釈率は、これらが低過ぎる
場合には肉盛材と加工部材との間の接合強度が損
なわれて剥離等の現象が惹起される問題があり、
一方、高過ぎる場合には肉盛材の組織が損なわれ
て所望する耐熱性、耐摩耗性等の目的とする特性
が得られなくなつてしまうところから、肉盛材お
よび加工部材の材質等を考慮して所定の範囲内
(一般に数%程度)に制御されることが望ましい。 このため、上記プラズマ肉盛溶接においても、
その溶接電流やプラズマガス量等を適当に設定す
ることによつて所定の希釈率が得られるようにし
ている。 一方、かかる希釈率は一般に肉盛溶接の定常状
態、すなわち肉盛溶接がある程度進行して加工部
材(母材)が充分に加熱された状態を基準として
設定されているため、肉盛溶接のスタート時にお
いて加工部材が充分に加熱されていない状態で
は、適当な希釈率が得られないのである。そし
て、かかる不都合を解決するために溶接電流のピ
ーク電流値を2段階に変化させ、肉盛溶接のスタ
ート時においては、そのピーク電流値を比較的高
く設定し、加工部材を充分に加熱して適当な希釈
率を得るようにした溶接方法が提案されている。
なお、ここで溶接電流は一般に粉末材料の供給状
況等を考慮して、この通電当初においては徐々に
上昇し、また通電を停止する場合には徐々に下降
するように制御される場合が多く、ピーク電流値
とは溶接電流が一定の値に維持される時の電流値
を意味するものである。 しかしながら、このように溶接電流のピーク電
流値を2段階に変化させてプラズマ肉盛溶接を行
つても、肉盛溶接全体に渡つて所定の希釈率を得
ることが困難な場合がある。すなわち、特に小型
の加工部材に肉盛溶接を行つたり、あるいは肉盛
溶接を多層に重ねて行つたりするような場合に
は、加工部材内に熱がこもつて肉盛溶接の進行と
共に希釈率が上昇し、所定の範囲を超えてしまう
場合があるのである。 ここにおいて本発明は、以上の如き事情を背景
としてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、肉盛溶接全体に渡つて所定の希釈率を得ら
れるようにしたプラズマ肉盛溶接方法を提供する
ことにある。 そして、かかる目的を達成するために、本発明
は、前記プラズマ肉盛溶接方法において、溶接電
流のピーク電流値を3段階以上に変化せしめると
共に、肉盛溶接の進行につれて、そのピーク電流
値を小さくして供給するようにしたのである。 ここで、溶接電流のピーク電流値を変化させる
段階の数および各段階における電流値や時間は、
加工部材の材質や大きさ、あるいは各種肉盛溶接
の形態等に応じて適宜設定することとなる。 例えば、加工部材の一端部から他端部に向かつ
て肉盛溶接を行う場合には、特に他端部近傍を肉
盛溶接する際に加工部材内の熱伝導による熱の逃
げ出しが制限されて熱がこもり易くなり、加工部
材が必要以上に溶融して希釈率が上昇する。ま
た、加工部材がバルブのようにその少なくとも一
部に円周部を備えた部材で、その円周部に沿つて
円周方向へ環状に肉盛溶接を行う場合には、特に
肉盛溶接が一周してスタート部近傍に達した時、
上記熱のこもりと共にスタート時における加熱が
影響して、希釈率が上昇する。 このため、上記のような場合には、スタート部
分においては加工部材を加熱するために一時的に
ピーク電流値を高くし、次に加工部材がある程度
加熱された中間部分においてはスタート部よりも
やや低いピーク電流値となす一方、更に肉盛溶接
が進行して他端部近傍またスタート部近傍に到達
した時にはピーク電流値を一層低くすることとな
る。 因みに、自動車用バルブの傘部に肉盛溶接を行
う場合、各段階における電流値や時間が次式を満
足するように設定されると、一層好適な肉盛溶接
が施される。 T1=0.002〜0.13×T T2=0.05〜0.4×T T3≧0.4T T4=0.07〜0.35×T T5=0.02〜0.9×T W1=0.05〜0.94×W3 W3<W2≦1.2W3 0.9W3≦W4<W3 W5=0.05〜0.85×W3 但し、これらの式における各記号は、T:全ピ
ーク電流供給時間、T1:溶接電流通電後ピーク
電流値に至るまでの時間、T2:スタート部分に
おけるピーク電流供給時間、T3:中間部分にお
けるピーク電流供給時間、T4:スタート部近傍
におけるピーク電流供給時間、T5:重ね合せ部
分において溶接電流が下降する時間、W1:溶接
電流の供給開始時における電流値、W2:時間T2
における電流値、W3:時間T3における電流値、
W4:時間T4における電流値、T5:溶接電流の供
給停止時における電流値を、それぞれ意味するも
のである。 なお、上記の場合に、中間部分、すなわち時間
T3の部分においても肉盛溶接の進行とともに
徐々に加工部材内に熱がこもり、希釈率が上昇す
る虞れがあるが、これを防止するためにこの中間
部分のピーク電流値を更に細かく変化させること
も可能なのである。 一方、加工部材の所定の部分に繰り返し肉盛溶
接を行う場合には、肉盛溶接を繰り返す毎に加工
部材内に熱がこもつて、その希釈率が上昇する。
したがつて、このような場合には、まずスタート
部分においては上述の場合と同様に一時的にピー
ク電流値を高くし、その後加工部材がある程度加
熱された状態においてはピーク電流値をやや低く
すると共に、肉盛溶接が再びスタート部分に戻つ
た時には更にピーク電流値を低くし、以後肉盛溶
接が繰り返される毎にピーク電流値を徐々に低く
していくこととなる。 なお、上述した各場合において、オシレート、
すなわちプラズマアークトーチと加工部材とを、
溶接方向に対して直角方向に相対的に往復移動せ
しめ、肉盛溶接部に所定の幅をもたせる場合に
は、一層熱のこもりによる希釈率の上昇が顕著と
なるため、これを考慮してピーク電流値を変化さ
せる段階の数および各段階における電流値や時間
を設定する必要がある。 このように、本発明にかかるプラズマ肉盛溶接
方法によれば、スタート部分の肉盛溶接不良を防
止すると共に、加工部材の材質や大きさ、或いは
一円周部への環状肉盛溶接や多層肉盛溶接等の肉
盛溶接の形態等に起因する加工部材への熱のこも
り等にかかわらず、肉盛溶接全体に渡つて所定の
希釈率の優れたビード形状を有する肉盛溶接が行
われ得るのである。 次に、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明の一実施例を説明することとする。 まず、第1図は本発明が好適に実施され得るプ
ラマズ肉盛溶接装置の説明図であつて、10はプ
ラズマアークトーチ(以下、トーチと称する)の
先端部である。かかるトーチ10は中心部にタン
グステン電極12を備えており、この電極12の
外側にはトーチ内筒14およびトーチ外筒16が
それぞれ所定の距離を隔てて同軸的に配設されて
いる。そして、電極12とトーチ内筒14の間、
およびトーチ内筒14とトーチ外筒16との間に
は、それぞれ環状の通路18および20が形成さ
れている。通路18は、配管22を介してプラズ
マガス供給装置24に接続されており、アンゴン
ガス等のプラズマガスが供給されるようになつて
いる。そして、この通路18内に供給されたプラ
ズマガスは、トーチ内筒14の先端に設けられた
ノズル30から外部に噴出させられる。 また、通路20は配管32を介して搬送ガス供
給装置34に接続されており、更にその配管32
の中間部にはパウダ供給装置36が接続されて、
そのパウダ供給装置36から所定の粉末材料が供
給されるようになつている。すなわち、通路20
には所定量の粉末材料を含んだ搬送ガスが供給さ
れ、トーチ外筒16の先端に設けられたノズル3
8から外部に噴出せしめられるのである。なお、
粉末材料としてはCo基、Ni基、Fe基等の各種溶
加材粉末を用いることが可能であり、肉盛溶接の
目的或いは加工部材の材質等に応じて適宜選択す
れば良い。また、搬送ガスとしてはアルゴンガ
ス、ヘリウムガス等の不活性ガスが用いられる。 一方、トーチ内筒14およびトーチ外筒16の
ノズル30および38には、それぞれ冷却水通路
40および42が配設されて、それ等両ノズル3
0および38を冷却するようになつている。ま
た、トーチ外筒16の先端部には、シールドガス
供給装置44から配管46を介してアルゴンガ
ス、ヘリウムガス等のシールドガスが供給される
ようになつており、そのシールドガスをトーチ1
0の軸心方向にほぼ円筒状に吹き出すことによ
り、溶接部が大気からシールドされるようになつ
ているQ そして、以上のように構成されたトーチ10の
電極12とトーチ内筒14との間には、パイロツ
ト電源48から所定のパイロツト電流が供給され
るようになつているとともに、電極12と肉盛溶
接を施すべき加工部材(母材)との間には、メイ
ン電源50から所定の溶接電流Iwが供給される
ようになつている。また、電極12とトーチ内筒
14との間にはパイロツト電源48と並列に高周
波発振器52が介挿されている。 なお、第1図においては、加工部材として自動
車用バルブ54が取り付けられた場合を示してお
り、このバルブ54は、一軸回りに所定の速度で
回転せしめられ、かつ図示しない通路から冷却水
が供給されるようになつているバツキング56に
固定されている。そして、バルブ54の傘部の溶
接部58に所定の表面硬化肉盛溶接を施すのであ
る。第1図におけるバルブ54の傘部溶接部58
に示された破線は、肉盛溶接された状態を示して
いる。 そして、以上のように構成された装置におい
て、肉盛溶接を行うには、まず、パイロツト電源
48からパイロツト電流を供給し、電極12の先
端とトーチ内筒14のノズル30との間にパイロ
ツトアークを発生させると同時に、プラズマガス
供給装置24から環状通路18内にプラズマガス
を供給する。これにより、電極12の先端にプラ
ズマアークが形成される。なお、このプラズマア
ークは、高周波発振器52から供給される高周波
電流に同期して発生させられる。 その後、電極12とバルブ54との間にメイン
電源50から溶接電流Iwを供給し、電極12の
先端に形成されているプラズマアークをバルブ5
4へ移行させる。そして、この状態において、搬
送ガス供給装置34およびパウダ供給装置36か
ら所定の粉末材料を含む搬送ガスを通路20内に
供給し、ノズル38から噴出させると、この噴出
された粉末材料はプラズマアークによつて溶融さ
れ、バルブ54の傘部溶接部58に肉盛溶接され
る。なお、この時、トーチ10の先端部からはシ
ールドガスが吹き出されており、溶融された粉末
材料や溶接部58が空気中の酸素等の影響を受け
ないようにされている。 ここで、溶接電流Iwは、第2図aに示されて
いるように、そのピーク電流値が3段階に変化せ
しめられ、かつ肉盛溶接の進行と共に小さくなる
ように設定されている。このため、肉盛溶接のス
タート時においてバルブ54が充分に加熱されて
いない段階、すなわち時間T2の段階では、最も
高い溶接電流が供給されてバルブ54の溶接部5
8が速やかに加熱され、所定の希釈率で優れたビ
ード形状の肉盛溶接が行われるのである。また、
続く時間T3の段階ではバルブ54が加熱されて
いる分だけ溶融電流が低くされており、同じく所
定の希釈率で肉盛溶接が行われる。そして、肉盛
溶接が更に進んでスタート部近傍に到達した時間
T4の段階においては、肉盛溶接による熱のこも
りとスタート時における加熱の影響で溶接部58
が高温になつている分だけ、更に電流値が低くさ
れているため、肉盛溶接の希釈率が所定の範囲内
に維持されるのである。 なお、第2図aの時間T1において、溶接電流
Iwが徐々に上昇するように設定されているのは、
急激な加熱に伴うバルブ54の変形や変質を防止
し、同図bに示す粉末材料の供給状況に対応して
所定の希釈率の肉盛溶接が行われ得るようにする
ためである。また、時間T5においては、重ね合
わせ部分のクレータ処理のために粉末材料の供給
量が徐々に減少せしめられるのに対応して、溶接
電流Iwも徐々に下降するように設定されている
のである。 因みに、SUH36材料からなる傘径36mmの自
動車用バルブ54に、ステライト#12の球状粉末
材料(−100〜+350メツシユ)を肉盛溶接する場
合について、溶接速度を5.9mm/sec、プラズマガ
スの供給量を1.5/min、粉末材料を含む搬送
ガスの供給量を6/min、シールドガスの供給
量25/min、オレシート操作なしという条件
で、溶接電流Iwの各電流値W1乃至W5、時間T1
乃至T5を変更して、肉盛溶接のビート形状およ
び母材の溶け込み量(希釈率)を測定した結果を
第1表に示す。なお、比較のために、溶接電流
Iwのピーク電流値を変化させない場合、および
2段階に変化させた場合についても併せて示すこ
ととする。
The present invention relates to a method of overlay welding to a predetermined workpiece (base material), and particularly to a method of overlay welding powder material using a plasma arc. An overlay welding method that improves the wear resistance, heat resistance, or corrosion resistance of the workpiece surface by welding a specified overlay material (filler metal) to the workpiece (base material) such as a valve or pipe. has been known for a long time. One such overlay welding method involves converting an arc (pilot arc) generated at the tip of an electrode in a plasma arc torch into a plasma arc using plasma gas supplied into the torch. The welding current supplied between the torch and a given workpiece causes the welding current to be transferred between the torch and the workpiece, and the welding current is applied to the workpiece within the plasma arc. There is a plasma build-up welding method in which a powder material is supplied, the powder material is melted and guided to the surface of the workpiece, and a predetermined build-up is performed. Since this plasma overlay welding method uses a powder material as the overlay material as described above, it is possible to easily select a wide range of materials for the overlay material, and compared to the case where a bar material is used, it is easier to select the material for the overlay material. It has been attracting attention in recent years because it has excellent features such as a faster melting rate and the ability to shorten welding time, and also because it is easy to fully automate the equipment. By the way, thick-wall welding involves melting and joining a build-up material to the surface of a workpiece, and at this time, the molten workpiece melts into the build-up material and dilutes the build-up material. The ratio of the penetration amount of the workpiece to the overlay material is expressed as a dilution rate (%). If these dilution rates are too low, there is a problem that the bonding strength between the overlay material and the workpiece is impaired, causing phenomena such as peeling.
On the other hand, if the temperature is too high, the structure of the overlay material will be damaged, making it impossible to obtain the desired properties such as heat resistance and wear resistance. It is desirable to take this into account and control it within a predetermined range (generally about several percent). For this reason, even in the above plasma overlay welding,
By appropriately setting the welding current, plasma gas amount, etc., a predetermined dilution rate can be obtained. On the other hand, this dilution rate is generally set based on the steady state of overlay welding, that is, the state where overlay welding has progressed to a certain extent and the workpiece (base material) has been sufficiently heated, so it is necessary to start overlay welding. In some cases, if the workpiece is not sufficiently heated, an appropriate dilution rate cannot be obtained. In order to solve this problem, the peak current value of the welding current is changed in two stages, and at the start of overlay welding, the peak current value is set relatively high and the workpiece is sufficiently heated. Welding methods have been proposed that provide an appropriate dilution ratio.
Note that the welding current is generally controlled in such a way that it gradually increases at the beginning of energization and gradually decreases when the energization is stopped, taking into account the supply status of powder materials, etc. The peak current value means the current value when the welding current is maintained at a constant value. However, even if plasma overlay welding is performed by changing the peak current value of the welding current in two stages as described above, it may be difficult to obtain a predetermined dilution rate over the entire overlay welding. In other words, especially when overlay welding is performed on a small workpiece, or when overlay welding is performed in multiple layers, heat builds up inside the workpiece and as the overlay welding progresses, There are cases where the dilution rate increases and exceeds the predetermined range. The present invention has been made against the background of the above circumstances, and its purpose is to provide a plasma overlay welding method that allows a predetermined dilution rate to be obtained throughout the overlay welding. It's about doing. In order to achieve this object, the present invention, in the plasma overlay welding method, changes the peak current value of the welding current in three or more stages, and decreases the peak current value as the overlay welding progresses. It was decided to supply it by doing so. Here, the number of stages in which the peak current value of the welding current is changed and the current value and time at each stage are as follows:
It will be set appropriately depending on the material and size of the workpiece, various types of overlay welding, etc. For example, when overlay welding is performed from one end of a workpiece to the other end, the escape of heat due to heat conduction within the workpiece is restricted, especially when overlay welding near the other end. It becomes easy to get stuck, the workpiece melts more than necessary, and the dilution rate increases. In addition, when the workpiece is a member that has a circumferential part on at least a part of it, such as a valve, and when overlay welding is performed in a circular manner in the circumferential direction along the circumferential part, overlay welding is particularly important. When you have completed one lap and reached the starting area,
The dilution rate increases due to the heat build-up mentioned above and the heating at the start. Therefore, in the above case, the peak current value is temporarily increased at the start part to heat the workpiece, and then at the intermediate part where the workpiece has been heated to some extent, the current value is slightly higher than at the start part. While the peak current value is set to be low, when the overlay welding progresses further and reaches the vicinity of the other end or the vicinity of the start part, the peak current value is further reduced. Incidentally, when performing overlay welding on the cap portion of an automobile valve, more suitable overlay welding can be performed if the current value and time at each stage are set so as to satisfy the following equation. T 1 =0.002-0.13×T T 2 =0.05-0.4×T T 3 ≧0.4T T 4 =0.07-0.35×T T 5 =0.02-0.9×T W 1 =0.05-0.94×W 3 W 3 <W 2 ≦1.2W 3 0.9W 3 ≦W 4 <W 3 W 5 = 0.05 to 0.85×W 3 However, each symbol in these formulas is: T: Total peak current supply time, T 1 : Peak current value after welding current is applied T 2 : Peak current supply time at the start part, T 3 : Peak current supply time at the intermediate part, T 4 : Peak current supply time near the start part, T 5 : Welding current supply time at the overlapping part. Time to fall, W 1 : Current value at the start of supply of welding current, W 2 : Time T 2
Current value at time T 3, W 3 : Current value at time T 3 ,
W 4 : Current value at time T 4 , T 5 : Current value at the time of stopping the supply of welding current, respectively. In addition, in the above case, the middle part, that is, the time
In the T 3 part, as overlay welding progresses, heat gradually builds up inside the workpiece and there is a risk that the dilution rate will increase, but in order to prevent this, the peak current value in this intermediate part is changed more finely. It is also possible to do so. On the other hand, when overlay welding is repeatedly performed on a predetermined portion of a workpiece, heat accumulates within the workpiece each time overlay welding is repeated, and the dilution rate increases.
Therefore, in such a case, first, the peak current value is temporarily increased in the starting part as in the above case, and then the peak current value is slightly lowered when the workpiece has been heated to a certain extent. At the same time, when the overlay welding returns to the starting point again, the peak current value is further lowered, and thereafter the peak current value is gradually lowered each time the overlay welding is repeated. In addition, in each case mentioned above, the oscillation rate,
In other words, the plasma arc torch and the workpiece,
If the overlay weld is made to have a predetermined width by reciprocating relative to the direction perpendicular to the welding direction, the increase in dilution rate due to heat buildup will become more pronounced, so take this into account when setting the peak It is necessary to set the number of stages in which the current value is changed and the current value and time in each stage. As described above, according to the plasma overlay welding method according to the present invention, it is possible to prevent overlay welding defects at the starting part, and to adjust the material and size of the workpiece, or to perform annular overlay welding on one circumferential part or multilayer overlay welding. Regardless of heat buildup in the workpiece due to the form of overlay welding, etc., overlay welding is performed with an excellent bead shape with a predetermined dilution rate throughout the overlay welding. You get it. Next, in order to clarify the present invention more specifically, one embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 1 is an explanatory diagram of a plasma overlay welding apparatus in which the present invention can be suitably implemented, and 10 is the tip of a plasma arc torch (hereinafter referred to as a torch). The torch 10 has a tungsten electrode 12 at its center, and a torch inner tube 14 and a torch outer tube 16 are coaxially arranged outside the electrode 12 at a predetermined distance from each other. And between the electrode 12 and the torch inner cylinder 14,
Annular passages 18 and 20 are formed between the torch inner cylinder 14 and the torch outer cylinder 16, respectively. The passage 18 is connected to a plasma gas supply device 24 via a pipe 22, and a plasma gas such as angone gas is supplied thereto. Then, the plasma gas supplied into this passage 18 is ejected to the outside from a nozzle 30 provided at the tip of the torch inner cylinder 14. Further, the passage 20 is connected to a carrier gas supply device 34 via a pipe 32, and the pipe 32 is further connected to a carrier gas supply device 34.
A powder supply device 36 is connected to the middle part of the
A predetermined powder material is supplied from the powder supply device 36. That is, passage 20
A carrier gas containing a predetermined amount of powder material is supplied to the nozzle 3 provided at the tip of the torch outer cylinder 16.
8 and is ejected to the outside. In addition,
As the powder material, various filler powders such as Co-based, Ni-based, Fe-based, etc. can be used, and may be appropriately selected depending on the purpose of overlay welding, the material of the workpiece, etc. Further, as the carrier gas, an inert gas such as argon gas or helium gas is used. On the other hand, cooling water passages 40 and 42 are provided in the nozzles 30 and 38 of the torch inner cylinder 14 and the torch outer cylinder 16, respectively.
0 and 38. Furthermore, a shielding gas such as argon gas or helium gas is supplied to the tip of the torch outer cylinder 16 from a shielding gas supply device 44 via a pipe 46, and the shielding gas is supplied to the torch 1.
The welding area is shielded from the atmosphere by blowing out air in a substantially cylindrical direction in the axial direction of the Q A predetermined pilot current is supplied from a pilot power source 48, and a predetermined welding current is supplied from a main power source 50 between the electrode 12 and the workpiece (base material) to be overlay welded. Current Iw is supplied. Further, a high frequency oscillator 52 is inserted between the electrode 12 and the torch inner cylinder 14 in parallel with the pilot power source 48. Note that FIG. 1 shows a case where an automobile valve 54 is attached as a processing member, and this valve 54 is rotated around one axis at a predetermined speed, and is supplied with cooling water from a passage (not shown). It is fixed to a bucking 56 which is adapted to be held in place. Then, a predetermined surface hardening welding is applied to the welded portion 58 of the cap portion of the valve 54. Cap weld 58 of valve 54 in FIG.
The broken line shown in shows the overlay welded state. In order to perform overlay welding in the apparatus configured as described above, first, a pilot current is supplied from the pilot power supply 48 to create a pilot arc between the tip of the electrode 12 and the nozzle 30 of the torch inner cylinder 14. At the same time, plasma gas is supplied from the plasma gas supply device 24 into the annular passage 18. As a result, a plasma arc is formed at the tip of the electrode 12. Note that this plasma arc is generated in synchronization with the high frequency current supplied from the high frequency oscillator 52. Thereafter, a welding current Iw is supplied from the main power source 50 between the electrode 12 and the bulb 54, and the plasma arc formed at the tip of the electrode 12 is transferred to the bulb 54.
Move to 4. In this state, when a carrier gas containing a predetermined powder material is supplied from the carrier gas supply device 34 and the powder supply device 36 into the passage 20 and is ejected from the nozzle 38, the ejected powder material becomes a plasma arc. It is then melted and overlay welded to the cap weld portion 58 of the valve 54. At this time, shielding gas is blown out from the tip of the torch 10, so that the molten powder material and the welded portion 58 are not affected by oxygen in the air. As shown in FIG. 2a, the welding current Iw is set so that its peak current value is changed in three stages and decreases as overlay welding progresses. Therefore, at the stage when the valve 54 is not sufficiently heated at the start of overlay welding, that is, at the stage of time T2 , the highest welding current is supplied and the welded portion of the valve 54 is
8 is quickly heated, and at a predetermined dilution rate, overlay welding with an excellent bead shape is performed. Also,
At the subsequent time T3 , the melting current is lowered by the amount that the valve 54 is being heated, and overlay welding is performed at the same predetermined dilution rate. Then, the time when the overlay welding has progressed further and reached the vicinity of the start part.
At the T4 stage, the welded area 58
Since the current value is further lowered as the temperature increases, the dilution rate of overlay welding is maintained within a predetermined range. Note that at time T 1 in Fig. 2 a, the welding current
Iw is set to gradually increase because
This is to prevent deformation and deterioration of the valve 54 due to rapid heating, and to enable overlay welding to be performed at a predetermined dilution rate in accordance with the powder material supply situation shown in FIG. Furthermore, at time T5 , the welding current Iw is also set to gradually decrease in response to the gradual decrease in the supply amount of powder material for crater treatment of the overlapping portion. . Incidentally, when welding Stellite #12 spherical powder material (-100 to +350 mesh) to an automotive valve 54 made of SUH36 material with a diameter of 36 mm, the welding speed was 5.9 mm/sec and the plasma gas was supplied. Each current value W 1 to W 5 of the welding current Iw under the conditions that the amount is 1.5/min, the supply rate of the carrier gas containing powder material is 6/min, the shielding gas supply rate is 25/min, and there is no Oresheet operation. time T 1
Table 1 shows the results of measuring the beat shape of overlay welding and the penetration amount (dilution rate) of the base metal by changing T5 . For comparison, welding current
A case where the peak current value of Iw is not changed and a case where it is changed in two stages will also be shown.

【表】 かかる第1表から明らかなように、溶接電流
Iwのピーク電流値を3段階に変化させた本発明
にかかる肉盛溶接方法によれば、肉盛溶接全体に
渡つて所定の溶け込み量で優れたビード形状の肉
盛が得られのに対し、ピーク電流値の変化が2段
階以下の場合には、時間T2の肉盛溶接スタート
部分で溶け込み量が不足したり、或いは時間T3
の中間部分、時間T4のスタート部近傍で溶け込
み量が過大となつたりして、部分的に肉盛溶接不
良が発生してしまうのである。また、母材の温度
変化に伴つて肉盛材の凝固速度をも変化するた
め、そのビード形状が損なわれる場合もある。 以上、本発明を好適に実施し得る装置、および
その装置を用いて本発明を実施した場合の一例に
ついて詳細に説明したが、本発明はこれ等の記載
によつて何等制約を受けるものではなく、当業者
の知識に基づいて種々の変更、改良を施した態様
で実施しても良いことは勿論である。
[Table] As is clear from Table 1, welding current
According to the overlay welding method according to the present invention in which the peak current value of Iw is changed in three stages, an excellent bead-shaped overlay can be obtained with a predetermined penetration amount over the entire overlay weld. If the change in peak current value is less than 2 steps, there may be insufficient penetration at the starting part of overlay welding at time T 2 , or the amount of penetration may be insufficient at the start of overlay welding at time T 3 .
The amount of penetration becomes excessive near the start point at time T 4 in the middle part of the welding process, resulting in partial build-up welding defects. Furthermore, since the solidification rate of the overlay material changes as the temperature of the base material changes, the bead shape may be impaired. Above, an apparatus that can suitably carry out the present invention and an example of the case where the present invention is carried out using the apparatus have been described in detail, but the present invention is not limited in any way by these descriptions. Of course, the present invention may be implemented with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を好適に実施し得るプラズマ肉
盛溶接装置の一例を説明する図である。第2図は
本発明に係るプラズマ肉盛溶接方法の一例を説明
するための図で、溶接電流およびその溶接電流に
対応して供給される粉末材料のタイムチヤートで
ある。 10:プラズマアークトーチ、12:電極、2
4:プラズマガス供給装置、36:パウダ供給装
置、50:メイン電源、54:自動車用バルブ
(加工部材)。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a plasma overlay welding apparatus that can suitably carry out the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the plasma build-up welding method according to the present invention, and is a time chart of welding current and powder material supplied corresponding to the welding current. 10: Plasma arc torch, 12: Electrode, 2
4: Plasma gas supply device, 36: Powder supply device, 50: Main power supply, 54: Automobile valve (processed member).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 プラズマアークトーチ内の電極の先端に発生
するアークを該トーチ内に供給されるプラズマガ
スによつてプラズマアークとなす一方、かかるプ
ラズマアークを、該トーチと所定の加工部材との
間に供給された溶接電流によつて該トーチ内から
該トーチと該加工部材との間に移行せしめると共
に、該プラズマアーク内に該加工部材に肉盛され
るべき粉末材料を供給せしめることにより、かか
る粉末材料を溶融せしめて前記加工部材の表面に
移送し、所定の肉盛を行うようにした溶接方法に
おいて、前記溶接電流のピーク電流値を3段階以
上に変化せしめるとともに、肉盛溶接の進行につ
れて、該ピーク電流値を小さくして供給するよう
にしたことを特徴とするプラズマ肉盛溶接方法。 2 前記溶接電流のピーク電流を供給する全時間
をTとして、該溶接電流の供給を開始した後ピー
ク電流値に至るまで該溶接電流を徐々に上昇せし
める時間をT1、ピーク電流値から溶接電流の供
給を停止するまで該溶接電流を徐々に下降せしめ
る時間をT5とする一方、ピーク電流値を3段階
に変化させて各段階におけるピーク電流の供給時
間を電流値の高い方からそれぞれT2,T3,T4と
した場合に、各時間T1乃至T5がそれぞれ全時間
Tに対して、次式: T1=0.002〜0.13×T T2=0.05〜0.4×T T3≧0.4T T4=0.07〜0.35×T T5=0.02〜0.9×T を満足し、かつ該溶接電流の供給を開始した時の
電流値をW1、時間T2,T3,T4におけるピーク電
流値をそれぞれW2,W3,W4、該溶接電流の供
給を停止した時の電流値をW5とした場合に、各
電流値W1乃至W5が、次式: W1=0.05〜0.94×W3 W3<W2≦1.2W3 0.9W3≦W4<W3 W5=0.05〜0.85×W3 を満足するようにして、前記肉盛溶接操作を行う
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプ
ラズマ肉盛溶接方法。 3 前記加工部材がその少なくとも一部に円周部
を備えた部材であり、前記所定の肉盛が該円周部
に沿つてその円周方向に行われる特許請求の範囲
第1項または第2項に記載のプラズマ肉盛溶接方
法。
[Claims] 1. An arc generated at the tip of an electrode in a plasma arc torch is made into a plasma arc by plasma gas supplied into the torch, and the plasma arc is connected between the torch and a predetermined workpiece. transfer the powder material from within the torch between the torch and the workpiece by a welding current supplied between the plasma arc and supply the powder material to be overlaid onto the workpiece into the plasma arc; In the welding method in which the powder material is melted and transferred to the surface of the workpiece to perform predetermined overlay, the peak current value of the welding current is varied in three or more steps, and the overlay welding A plasma build-up welding method characterized in that the peak current value is decreased and supplied as the process progresses. 2 The total time for supplying the peak current of the welding current is T, the time for gradually increasing the welding current until it reaches the peak current value after starting the supply of the welding current is T1 , and the welding current is changed from the peak current value to The time during which the welding current is gradually lowered until the supply of the welding current is stopped is defined as T5 , while the peak current value is changed in three stages, and the peak current supply time at each stage is defined as T2, starting from the highest current value. , T 3 , and T 4 , each time T 1 to T 5 is calculated by the following formula with respect to the total time T: T 1 =0.002 to 0.13×T T 2 =0.05 to 0.4×T T 3 ≧0.4 T T 4 = 0.07 to 0.35 × T T 5 = 0.02 to 0.9 × T and the current value at the time when the supply of the welding current is started is W 1 , and the peak current value at times T 2 , T 3 , and T 4 are respectively W 2 , W 3 , and W 4 , and the current value when the supply of the welding current is stopped is W 5 , and each current value W 1 to W 5 is calculated by the following formula: W 1 =0.05 to 0.94 A patent characterized in that the overlay welding operation is performed such that ×W 3 W 3 <W 2 ≦1.2W 3 0.9W 3 ≦W 4 <W 3 W 5 =0.05 to 0.85×W 3 A plasma build-up welding method according to claim 1. 3. Claim 1 or 2, wherein the processed member is a member having a circumferential portion at least in part thereof, and the predetermined build-up is performed in the circumferential direction along the circumferential portion. Plasma build-up welding method described in section.
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