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
- time
- Prior art date
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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
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。
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。
【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。
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。
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）。
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）。
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143084A JPS60166171A (ja) | 1984-02-07 | 1984-02-07 | プラズマ肉盛溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143084A JPS60166171A (ja) | 1984-02-07 | 1984-02-07 | プラズマ肉盛溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60166171A JPS60166171A (ja) | 1985-08-29 |
| JPH0411309B2 true JPH0411309B2 (ja) | 1992-02-28 |
Family
ID=12054768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2143084A Granted JPS60166171A (ja) | 1984-02-07 | 1984-02-07 | プラズマ肉盛溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60166171A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0686017B2 (ja) * | 1985-09-05 | 1994-11-02 | 大同特殊鋼株式会社 | 粉末肉盛溶接装置 |
| JP2621855B2 (ja) * | 1986-01-31 | 1997-06-18 | 株式会社東芝 | 耐摩耗部材 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5686680A (en) * | 1979-12-18 | 1981-07-14 | Fuji Electric Co Ltd | Pulse tig welding method |
-
1984
- 1984-02-07 JP JP2143084A patent/JPS60166171A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60166171A (ja) | 1985-08-29 |
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