JPH06246483A

JPH06246483A - Ｔｉ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤ

Info

Publication number: JPH06246483A
Application number: JP4098893A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kurihara; 繁栗原; Yasutoshi Nakada; 康俊中田; Hiroyuki Koike; 弘之小池; Tadami Adachi; 忠美足立
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、複合ワイヤを用いることで溶加材
を安定して送給でき、Ｔｉ基材との接合性の高い耐摩耗
性、耐熱性に優れた肉盛層が安定して得られる、安価な
Ｔｉ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤを提供するこ
とにある。【構成】Ｔｉ基材料表面への肉盛材料としての構成
は、Ｃｕ製材料からなる外皮材の中空にＴｉ基材料から
なる芯材を充填してなることを特徴とするＴｉ基材料表
面への肉盛溶接用複合ワイヤであるところに要旨が存在
する。該複合ワイヤにおいて、複合ワイヤ全重量に対し
てＣｕ：１０〜７０重量％、Ａｌ：０．１〜６％、Ｖ：
０．１〜４％を含み、残部がＴｉであることを特徴とす
るＴｉ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤ。【効果】本発明はＣｕ製外皮材にＴｉ基材料からなる
芯材を充填した複合ワイヤを用いれば、割れが発生せ
ず、Ｔｉ基材との接合性の高い耐摩耗性、耐熱性合金化
層を安定して、安価に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＴｉ基材料の表面に耐摩
耗、耐熱層が安定してかつ経済的に得られる肉盛溶接用
複合ワイヤ（以下複合ワイヤと言う）に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】Ｔｉ，Ｔｉ合金は鉄鋼材料
に比較して、軽量（鉄の約６０％）で耐熱性，耐食性が
優れていることから自動車部品の吸気・排気バルブをは
じめ広い分野で使用され、検討されている。しかし、Ｔ
ｉ，Ｔｉ合金は一般に鉄鋼材料に比べ、耐摩耗性の面で
劣っており、Ｔｉ，Ｔｉ合金素材そのままでは、鉄鋼材
料の代替材料として適用できる部位、部品は限られてい
る。また、既にＴｉ，Ｔｉ合金が使用されている場合で
も、近年、使用環境が過酷になるにつれ、更に耐久性の
向上が求められている。

【０００３】その対策として、Ｔｉ合金そのものの改良
の外に、表面に耐摩耗層を形成する方法が行われてい
る。例えば、ＰＶＤ，ＣＶＤにより薄い硬質皮膜層を形
成する方法、溶射により比較的厚い硬質皮膜層を形成す
る方法がある。しかし、これらの方法で形成される皮膜
は非常に硬いが基材との密着力が弱く、使用中に剥離、
脱落の恐れがあり信頼性に乏しい。更に、ＰＶＤ，ＣＶ
Ｄは皮膜形成速度が遅く、厚膜の形成は困難である。溶
射の場合は騒音、光線の発生など環境面でも問題があ
り、また、基材との密着力が低く使用中に剥離する等の
問題がある。

【０００４】一方で、レーザ，アークなどの高密度エネ
ルギー源を用いて基材表面とともに合金化金属を溶融さ
せ硬質合金層を形成する方法が開示されている。かかる
素材の硬化肉盛溶接方法として、特開昭６２−２７０２
７７号公報に記載されているように、Ｔｉ基合金耐摩耗
部材の製造方法において、チタンとＣｕ，Ａｌ，Ｖ，Ｓ
ｎ，Ｍｎ等の金属とからなる混合粉末を用いて、プラズ
マアーク溶接法により肉盛する方法が提案されている。
また、特開平２−２０７９７３号公報，特開平２−２０
７９７４号公報では、Ｔｉ，Ｔｉ合金粉とＣｏ，Ｃｒ₃
Ｃ ₂との混合物を肉盛材料に用いて、プラズマアーク溶
接法、ＴＩＧアーク溶接法によるＴｉ，Ｔｉ合金の表面
硬化方法が提案されている。しかしながら、これらの方
法は、粉体をアーク中に供給するために粉体の送給性が
問題となる。通常、流動性の良いガスアトマイズ粉、プ
ラズマ回転電極法粉等を用いれば送給性は改善される
が、粉体のコストが高くなってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
合金化処理の問題点を解決するべくなされたもので、そ
の目的とするところは、複合ワイヤを用いることで溶加
材を安定して送給でき、Ｔｉ基材との接合性の高い耐摩
耗性、耐熱性に優れた肉盛層が安定して得られる、安価
なＴｉ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤを提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明にかかわるＴｉ基材料表面への肉盛材料とし
ての構成は、Ｃｕ製外皮材の中空部にＴｉ基材料からな
る芯材を充填した複合ワイヤにおいて、複合ワイヤ全重
量に対して、Ｃｕ量を１０〜７０％含有し、これに加え
て更にＡｌ：０．１〜６％，Ｖ：０．１〜４％を含み、
残部Ｔｉであるところに要旨が存在する。なお、本発明
の複合ワイヤに用いる肉盛溶接手段は、簡便な溶接法で
あるガスシールドアーク（ＴＩＧ溶接）、プラズマを溶
融熱源としたものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、不活性ガスでシールドされた
Ｔｉ基材料母材と非消耗電極との間に発生させたアーク
中に、Ｃｕ製外皮材の中空部にＴｉ基材料からなる芯材
（Ａｌ，Ｖを含むＴｉ線材）を充填した複合ワイヤを肉
盛溶接材料として送給することにより、Ｔｉ基材料表面
にＣｕ，Ａｌ，Ｖを含んだＴｉ合金肉盛層を形成でき
る。この場合に得られる肉盛層の硬さは、耐摩耗性の面
からビッカース硬さＨｖ４００〜６００必要であり、Ｈ
ｖ４００未満では耐摩耗性の向上が期待されず、Ｈｖ６
００を超えると肉盛層に割れが発生することがある。

【０００８】即ち、本発明者等は複合ワイヤ中のＡｌを
４．５％、Ｖを３．０％とし、Ｃｕ量を８％，１４％，
２７％，３８％，４９％，６０％，７０％，８０％と変
化させた複合ワイヤ（ワイヤ径：１．６ｍｍ）とＡｌ，
Ｖを含まないでＣｕ量を同量変化させた複合ワイヤ（ワ
イヤ径：１．６ｍｍ）について、純Ｔｉ板（Ｈｖ：１７
０）に肉盛溶接を行い、得られた肉盛層の横断面硬さを
調査した。

【０００９】調査結果を図１に示す。なお、この時の肉
盛溶接条件は以下の通りである。肉盛溶接条件溶接機ＴＩＧ（ＤＣＥＮ）電流１５０Ａ電圧１０Ｖ速度１０ｃｍ／ｍｉｎシールドガスメインシールドＡｒ：２５ｌ／ｍｉｎアフターシールドＡｒ：２５ｌ／ｍｉｎ母材ＪＩＳＨ４６００ＴＰ３５Ｈ板厚；３ｍｍ幅５０ｍｍ長さ１００ｍｍ溶接法ビードオンプレート法

【００１０】図１よりＡｌ，Ｖを含まない複合ワイヤで
は、母材（Ｈｖ１７０）よりは肉盛層の硬さは増加する
が、肉盛層の硬さＨｖ４００を得るためにはＣｕ量が７
０％を超えて含有させる必要がある。しかし、Ｃｕ量が
８０％ではビードのなじみが悪くなってしまう。一方Ａ
ｌ，Ｖを含む複合ワイヤでは、Ｃｕ量が１４％でＨｖ４
００を超える硬さが得られ、更にＣｕ量が２７％ではＨ
ｖ５００を超える硬さを得ることができる。しかし、Ｃ
ｕ量が８０％では、肉盛層の硬さがＨｖ６００を超え
て、割れが発生するとともにビードのなじみが悪くなっ
てしまう。この様にＣｕとＡｌ，Ｖを複合添加すること
で、肉盛層の硬さがＨｖ４００を超える理由は、定かで
はないが、肉盛層中にＴｉとＣｕの金属間化合物（Ｔｉ
₂Ｃｕ相）が析出して硬さが増加することと、マトリッ
クス中にＡｌ，Ｖが固溶することでマトリックス自体の
強度が高くなることの、複合作用効果により肉盛層とし
ての硬さが増加したと思われる。

【００１１】以下に成分の限定理由を述べる。Ｃｕ：Ｃｕはβ相を安定化させるとともに固溶強化元素
として、またはＴｉ₂Ｃｕ相の析出により肉盛層の硬さ
を高めることができる。Ｃｕ量が１０％未満では十分で
なく、７０％を超えると肉盛層の硬さは、Ｈｖ６００以
上と高くなり割れが発生し、ビードのなじみも悪くな
る。従って、Ｃｕ量は１０〜７０％の範囲にする必要が
ある。

【００１２】Ａｌ：Ａｌはα相を安定化するとともに、
マトリックスの固溶強化元素として肉盛金属の硬さを高
めるとともに、高温酸化特性を高める働きがある。Ａｌ
量が０．１％未満では、その働きは十分でなく、６％を
超えると、複合ワイヤとしての加工性を劣化させるた
め、Ａｌ量は０．１〜６％の範囲とした。

【００１３】Ｖ：Ｖはβ相を安定化するとともに、マ
トリックスの固溶強化元素として肉盛金属の硬さを高め
る。Ｖ量が０．１％未満ではその働きは十分でなく、４
％を超えてもそれほど肉盛層を硬さの向上に寄与せず、
コスト高となるため、Ｖ量は０．１〜４％の範囲とし
た。

【００１４】本発明によるＣｕ製外皮材の中空部にＴｉ
基材料からなる芯材を充填した複合ワイヤの製造方法と
しては、特開昭６２−２４４５１９号公報に提案される
様に金属製パイプ内に芯材を振動方式で挿入し線引きす
る方法や、Ｃｕ製フープを管状に湾曲成形しながらＴｉ
基材料からなる芯材を包み込んだ後、伸線加工する等の
方法によれば良い。図２にＣｕ製材料からなる外皮材の
中空部にＴｉ芯材を充填し、Ｃｕ量；５０％，Ａｌ量；
３％，Ｖ量；２％とした複合ワイヤの横断面を示す。

【００１５】

【実施例】本発明の効果を確認するため、純Ｔｉ（ＪＩ
ＳＨ４６００ＴＰ３５Ｈ；３^t×５０×１００ｍ
ｍ）の表面に、表１に示す成分組成の複合ワイヤ（複合
ワイヤ径：１．６ｍｍ）を用い、非消耗式ガスシールド
アーク溶接法のＴＩＧ溶接によるビードオンプレート試
験を実施した。複合ワイヤの外皮材には無酸素銅（ＪＩ
ＳＨ３１００：Ｃ１０２０Ｐ）を使用し、Ｃｕ製
フープを管状に湾曲成形しながら、Ａｌ，Ｖを含むＴｉ
基材料からなる芯材を包み込んだ後、伸線加工して複合
ワイヤを試作した。なお、表１に示す成分は複合ワイヤ
の設計値を示し、成分の内ＴｉはＴｉ及び不可避不純物
を含むものである。

【００１６】

【表１】

【００１７】溶接条件を以下に示す。肉盛溶接条件溶接機ＴＩＧ（ＤＣＥＮ）電流１５０Ａ電圧１０Ｖ速度１０ｃｍ／ｍｉｎシールドガスメインシールドＡｒ：２５ｌ／ｍｉｎアフターシールドＡｒ：２５ｌ／ｍｉｎ

【００１８】上記の肉盛溶接試験により得られた肉盛層
について、肉盛層の硬さ、肉盛層内部の割れ、ビード表
面割れ、ビード外観（ビードのなじみ）等を調査した。
肉盛層の硬さの調査は、溶接部横断面試験片において、
図３に示すようにビード表面より１ｍｍ下の位置におけ
るＡＢ間を０．５ｍｍピッチで１０点測定した結果の平
均値を示した。肉盛層内部の割れは溶接部横断面を光学
顕微鏡（×１００）にて調査し、ビード表面の割れ、ビ
ード外観については目視により評価した。

【００１９】表２においてＮｏ．１〜Ｎｏ．８は本発明
の用件を全て満たす本発明例であり、本発明のＴｉ−Ｃ
ｕ系複合ワイヤは基材表面への肉盛層は、十分な硬さを
有するとともに肉盛層部の微小割れ、ビード表面の割れ
は皆無であり、ビードのなじみも良好であった。これに
対しＮｏ．９〜１３は、比較例でいずれも肉盛層の特性
において満足な結果が得られなかった。またＮｏ．１４
はＡｌが多い比較例であり、複合ワイヤ製造段階で断線
が発生し１．６ｍｍφまで伸線ができなかった。Ｎｏ．
９はＣｕ量が１０％未満の比較例であり、Ａｌ，Ｖが所
定量含まれていても、十分な肉盛層の硬さが得られなか
った。なお、肉盛層部及び表面の割れはなく、なじみは
良好であった。

【００２０】Ｎｏ．１０はＣｕ量が７０％超えた比較例
であり、肉盛層の硬さがＨｖ６００を超えてしまい、肉
盛層内部及び表面に割れが発生し、ビードのなじみも悪
かった。Ｎｏ．１１はＡｌ，Ｖが０．１％未満の比較例
であり、十分な硬さが得られなかった。なお、肉盛層部
及び表面の割れはなく、なじみは良好であった。Ｎｏ．
１２はＡｌが０．１％未満の比較例、Ｎｏ．１３はＶが
０．１％未満の比較例であり、十分な硬さが得られなか
った。なお、肉盛層部及び表面の割れはなく、なじみは
良好であった。

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】以上のことにより、本発明は種々の外皮
材及び充填材を組み合わせれば、種々の成分割合の溶加
材が溶解工程経ずして容易に得られ、また本発明のＴｉ
−Ｆｅ系複合ワイヤを用いれば、割れが発生せず、Ｔｉ
基材との接合性の高い耐摩耗性、耐熱性合金化層を安定
して、安価に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａｌ，Ｖを含む複合ワイヤと含まない複合ワイ
ヤにおけるＣｕ量と硬さ、ビードのなじみの関係を示し
た図、

【図２】本発明複合ワイヤの横断面を示した図、

【図３】本発明または比較例のＴｉ−Ｃｕ系複合ワイヤ
により得られた肉盛層の硬さ測定方法を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１Ｃｕ製外皮２Ｔｉ基材料３Ｔｉ−Ｃｕ複合ワイヤ４純Ｔｉ板５肉盛層Ａ，Ｂ硬さ測定位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足立忠美東京都中央区築地三丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｕ製外皮材の中空部にＴｉ基材料から
なる芯材を充填した複合ワイヤであって、複合ワイヤ全
重量に対して、Ｃｕを１０〜７０重量％（以下、％と略
す）Ａｌ：０．１〜６％、Ｖ：０．１〜４％を含み、残
部がＴｉであることを特徴とするＴｉ基材料表面への肉
盛溶接用複合ワイヤ。