JPS62240194A - プラズマ・アーク溶接用粉末材料 - 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、溶接用粉末材料の改良に関し、溶接技術分野
全般において広く利用に供されるものでである。

（従来の技術） 従来、溶接材料として用いられている粉末は均一な化学
成分の金属粒で構成されている。　しかし、何らかの都
合で化学成分の調整が必要となった場合、あるいは早急
に少量の合金粉末が必要となった場合は、あらためて所
要の化学成分の合金を溶解して粉末を製造しな１プれば
ならないのであるが、その製造にはかなりの時間を要し
、また、溶解炉の容量によって製造量に下限があるため
、必要量以上の粉末を作らねばならない場合もあって、
時間的にも経済的にも問題があった。また、該粉末の簡
単な製法としては、化学成分が既知である粉末を混合し
て所要の化学成分の粉末を得る方法もある。

しかし、この場合、予め撹拌して均一な混合状態にして
おいても、粒の種類によって比重や粒の形、粒度分布が
異なるため、粉末が揺動あるいは流動するときに均等な
分布状態が乱れ、箇所によって平均的な化学成分が異な
ることになる。　このような状態の粉末を用いて溶接す
ると、溶接金属の個所によって化学成分が異なることに
なり、本来の溶接金属の性能が得られないという難点が
ある。異なった化学成分の金属粒の混合粉の場合でも粉
末全体が均一に撹拌されていなりれば同様の問題を生じ
ることはいうまでもない。

このような問題は、金属粉末の場合では、目標化学成分
の合金を溶解し、なんらかの方法で粉砕して合金粉末を
製造すればよいが、工程が煩雑でコスト高になると共に
、化学成分の微小な調整がむずかしいと云う問題があり
、且つ化学組成によっては、この工法では特殊な装置が
必要になるという問題がある。

また、粒内に金属と非金属を含有する粒によって構成さ
れた粉末を溶解→粉砕によって製造することは、技術的
に極めてむずかしくて現実的な方法とは言い難く、簡単
な手段としては結局、混合粉末を用いねばならないため
、やはり同様の問題がある。

溶接用粉末材料については上記のような問題のほか、溶
接時に発生するスラグの問題がある。

即ち、粉末がアークなどの熱源によって溶解されるとき
、酸化生成物などのスラグが発生する。

発生したスラグは溶融金属池表面に浮上し、溶融金属の
凝固時にもビート表面へ排出される。　この際、ビート
表面に焼き付いた形で除去できないスラグを生じること
があり、ビートを重ねる時に溶着し難く、介在物として
溶接金属内に残って欠陥を生ずる。　使用する粉末が清
浄であれば、スラグは殆ど発生しないのが普通であるが
、含有される合金元素の種類によってはスラグの焼付き
を防止できない場合があり、溶接材料に粉末を用いる溶
接方法における一つの大きな問題となっていた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の問題点を解決するために開発完成され
たもので、 １、溶接用粉末材料の化学成分の高精度調整の容易化に
よる溶接金属の均質化。

２、粉末材料を用いる溶接におけるスラグによる悪影響
の抑制。

上記の２点を主要な目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明に係る溶接用粉末
材料は、化学成分を異にする少くとも２種類の溶接用粉
末が固着剤により結合された単位粒体で構成されている
ことを特徴とするものであり、ざらに化学成分を異にす
る少くとも２種類の溶接用粉末及び少くとも１種類の酸
化物が固着剤により結合された単位粒体で構成され、且
つ酸化物の含有率が粉末重量の３％〜３０％であること
を特徴とするものである。

（作　用） 次に、上記のように構成した本発明の作用を、従来例と
の比較において具体的に説明する。

−〇− （１）粉末の化学成分の調整について。

例としてタングステン炭化物とオルステナイトステンレ
ス鋼で構成される複合合金の肉盛に用いる材料について
説明する。　溶接法としてプラズマ粉体肉盛溶接法を用
いる。　この溶接法は、粉末をホッパーからホース、溶
接トーチを経由して送給し、プラズマ・アークにより溶
解しつつ母材上に溶接ビードを形成させる方法である。

　この場合、従来のようにタングステン炭化物とオース
テナイトステンレス鋼の混合粉末を用いると比重は前者
が１６〜１８、後者が約８で、その差が大きく、当初は
ホッパー内において充分撹拌された状態であっても、溶
接が開始されて粉末の流動が始まると、肉粉末の比重差
によりホッパーヤホース内で炭化物と金属の分離が起り
、溶接トーチの先端がら出る粉末の炭化物の濃度は初期
には配合成分に等しいが、時間の経過とともに変化し、
このため、溶接金属中の炭化物の含有率も変化して均一
な成分の溶接金属が得られない。

このような場合に、混合粉末のかわりに、本発明にかか
る溶接用粉末材料を用いれば、粉末を構成する各単位粒
体はそれ自身の平均的な化学成分が所要の化学成分にな
っており、その形状のままでホッパーからホースを経由
して溶接トーチ先端に達するので、プラズマ・アークに
投入される粉末の化学成分は変化ぜず、つねに一定の化
学成分の溶接金属が形成されるのである。

かかる粉末の製法としては、所要の化学成分になるよう
にタングステン炭化物の粉末とオーステナイトステンレ
ス鋼の粉末を混合し、固着剤（珪酸ソーダやカーホキシ
ルメチルセルローズなど）を加え、造粒する方法がその
一例である。

上記の例は粒の比重が著しく異なる場合であるが、かり
に比重がほぼ等しくても製法が異なれば粒の形状が異な
り（例えば、ガス・アトマイズ法は球形、粉砕法は不定
形）、この場合でも、単なる混合粉末では送給時の成分
変化を生ずるので、本発明にかかる粉末を使用すれば、
一定の化学成分の溶接金属が形成される。

（２）スラグ生成剤について。

従来の技術の項において述べたように、粉末を用いる溶
接においてはスラブが健全な溶接金属の形成を阻害する
ことがある。　これはビード表面にスラグが膜状に焼き
付いた形で生成するために前記の問題が生ずるのである
。　スラグの発生を皆無にすることは非常に困難である
ため、有害な量のスラグが発生する場合は対策が必要と
なる。本発明は、逆に適当な量の、かつ、ビード表面か
ら除去容易な性質をもったスラグを溶接ビード表面に均
一に生成させる方法をとる。　スラグの除去が容易であ
れば適切な時期に溶接ビード表面のスラグを除去するこ
とができるのでスラグの巻き込みによる溶接金属内の欠
陥は防止できる。　これが本発明における第二の要点で
、スラグ生成剤を、溶接用粉末を構成する単位粒体の中
に加えるのである。

スラグ生成剤としては炭酸カルシウム、酸化チタン、珪
石や長石などの珪酸塩、蛍石などのフッ化物、フェロシ
リコン、フェロマンガン、フェロチタンなどの脱酸剤な
どがある。

なお、本発明において、酸化物の含有率の範囲を粉末重
量の３％以上３０％以下と限定した理由は、３％未満で
はスラグ量が不足して、かえって巻き込みを生じ、また
、３０％を越えると溶融金属の流動を妨げ、正常なビー
ド形成を阻害するためである。

（実施例） 以下に、本発明の実施例のいくつかについて説明する。

実施例１ 表１に示す化学成分を有し、かつ、夫々の粒度が３７〜
６３μｍの範囲である２種類のニッケル基自溶性合金粉
末ＡとＢを１：１の重量比で混合し、力−ボキシルメチ
ルローズを固着剤に用いて造粒された単位粒体で構成さ
れ、かつ、単位粒体の粒度が１０５〜３０００μｍであ
る第１図に示す溶接用粉末材料Ｐを造成した。

一以下余白一 次に、上記の溶接用粉末材料の使用例について説明すれ
ば、第３図に示すプラズマトーチＴを用い、既述したプ
ラズマ粉体溶接法によって軟１１ＩＩ母材（厚み２０馴
×巾１５０１ｎＩｎ×長さ３００繭）上に上記の粉末材
料Ｐを肉盛溶接した。　この実験は、溶接によって硬度
ＨＶ５８０〜６００の肉盛溶接金属を得るような粉末材
料を作るために行ったものである。　即ち、上記実施例
１のニッケル基自溶性合金Ａの肉盛溶接金属硬度はＨＶ
４９０〜５１０、ニッケル基自溶性合金Ｂの肉盛溶接金
属硬度はＨＶ６１０〜６３０であって、目標とする硬度
はこれら二種類の粉末の肉盛溶接金属硬度の中間にあり
、簡単に目的の粉末を得るためにこの実験を行ったもの
である。　溶接条件を表２に、また、溶接金属硬度測定
結果を表３に示す。

一以下余白一 −１４一 実施例２ 表４に示す化学成分を有するステンレス鋼の粉末とタン
グステン炭化物の粉末を７：３の重量比で混合し、カー
ホキシルメチルセルローズを固着剤に用いて造粒された
単位粒体で構成された溶接用粉末材料を造成した。　な
お、原料として用いた粉末と造粒後の粉末の粒度は夫々
実施例１と同様である。

一以下余白一 次に、上記の溶接用粉末材の使用例について説明すれば
、実施例１の使用例で説明したプラズマ粉体溶接法によ
って該粉末材料を母材上に肉盛溶接した。　母材は、材
質５４５Ｃ、３００＃φ×５６０履のロールＲ（第２図
参照）で、同図に示すように該ロールＲの３個所に各々
巾１２０ｍ　、深さ３ｍの開先Ｒ，，Ｒ２、Ｒ３をとり
、スパイラル・ビートで肉盛溶接を施した。　溶接条件
を表５に示す。

一以下余白一 溶接後、表６に示すように、スタート、中間、エンドの
各部において、夫々３個所におけるタングステン炭化物
の分布状況を面積率で測定したところ、同表に示す結果
を得た。

表６の結果より、タングステン炭化物の分布は均一で、
本発明の効果が現れており、実用できることを示してい
る。

一以下余白一 実施例３ 実施例１の溶接用粉末材料に、表７に示す化学成分の溶
剤１を９７：３の重量比で混合し、珪酸ソーダを固着剤
として造粒された単位粒体で構成された溶接用粉末材料
を造成した。

なお、原料として用いた粉末と造粒後の粉末の粒度は夫
々実施例１と同様である。

表７．溶剤１の化学成分（％） 次に、上記の溶接用粉末材料の使用例について説明すれ
ば、実施例１で述べた使用例と同様の溶接条件で該粉末
材料を母材上に肉盛溶接し、該使用例とほぼ同様の硬度
範囲を有する溶接金属を得た。また、スラグは溶接ビー
トを均一な厚さで覆い、容易に除去できるため、溶接ビ
ートの表面は清浄で、後続ビードの溶着性が極めて良く
、溶接作業性は良好で、酸化物、フッ化物を添加した効
果が見られた。

実施例４ 実施例２の溶接用粉末材料に、表８に示す化学成分の溶
剤２を９６：４の重量比で混合し、珪酸ソーダを固着剤
として造粒された単位粒体で構成された溶接用粉末材料
を造成した。　なお、原料として用いた粉末と造成粒後
の粉末の粒度は夫々実施例１と同様である。

表８．溶剤２の化学成分（％） 次に、上記の溶接用粉末材料の使用例について説明すれ
ば、実施例２で述べた使用例と同様の溶接条件で該粉末
材料を母材上に肉盛溶接し、該使用例とほぼ同様のタン
グステン炭化物の分布状況を有する溶接金属を得た。　
また、スラグは溶接ビードを均一な厚さで覆い、容易に
除去できるため、溶接ビードの表面は清浄で、後続ビー
ドの溶着性が極めて良く、溶接作業性は良好で、酸化物
、フッ化物を添加した効果が見られた。

なお、第３図のプラズマトーチＴにおいて、Ｐは本発明
に係る溶接用粉末材料、１は搬送ガス流、２はアーク、
３は母材、４は溶融池、５はビード、６は直流溶接電源
、７は非消耗電極、８はプラズマ作動ガス、９はノズル
、１０はシールドガス流を夫々示すものである。

（発明の効果） 以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
溶接用粉末材料によれば、従来の混合粉末と違って、粉
末を構成している単位粒体それ自体の平均的な化学成分
が所要の化学成分になっていて、その単位粒体の形状の
ままで溶接トーチの先端に達し得るので、プラズマ・ア
ークに供給される粉末の化学成分は、各成分の比重の相
違或は形状の相違によって変化することがなく、常に均
一な化学成分の高精度の溶接肉賠金属を）ｑられる多大
な効果を達成でき、さらに、既述した粉末材料を用いる
溶接におけるスラグからの悪影響を効果的に抑制できる
といった効果を奏し得るものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本溶接用
粉末材料の単位粒体の拡大正面図、第２図は肉盛用母材
ロールの正面図、第３図は本発明の溶接用粉末材料を用
いて肉盛溶接するプラズマ溶接トーチの１例の縦断正面
図である。 Ｐ・・・溶接用粉末材料の単位粒体。 ２６一

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）化学成分を異にする少くとも２種類の溶接用粉末
   が固着剤により結合された単位粒体で構成されているこ
   とを特徴とする溶接用粉末材料。
2. （２）化学成分を異にする少くとも２種類の溶接用粉末
   が全て金属粉末であることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の溶接用粉末材料。
3. （３）化学成分を異にする少くとも２種類の溶接用粉末
   が金属粉末と非金属粉末であることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載の溶接用粉末材料。
4. （４）固着剤が有機物質であることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）〜（３）項記載の溶接用粉末材料。
5. （５）固着剤が無機物質であることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）〜（３）項記載の溶接用粉末材料。
6. （６）化学成分を異にする少くとも２種類の溶接用粉末
   及び少くとも１種類の酸化物が固着剤により結合された
   単位粒体で構成され、且つ酸化物の含有率が粉末重量の
   ３％〜３０％であることを特徴とする溶接用粉末材料。
7. （７）化学成分を異にする少くとも２種類の溶接用粉末
   が全て金属粉末であることを特徴とする特許請求の範囲
   第（６）項記載の溶接用粉末材料。
8. （８）化学成分を異にする少くとも２種類の溶接用粉末
   が金属粉末と非金属粉末であることを特徴とする特許請
   求の範囲第（６）項記載の溶接用粉末材料。