JPS6380975A - 耐食性金属への鉛又は鉛合金の肉盛溶接方法 - 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、チタンの如き耐食性金属の表面に鉛や鉛合金
を肉盛りして複合金属材を製造する方法に関するもので
あり、ここに得られる複合金属材は、電極材、例えば電
解めっぎ、電解酸化あるいは電解によるガス採取等にお
ける不溶性陽極として使用される。

［従来の技術］ 上記の様な電解処理に使用する不溶性陽極としては、チ
タン、ニオブ、タンタルあるいはこれらの金属を含む合
金の如く耐食性の優れた金属材が汎用されている。しか
しながらこれら耐食性金属は、電解液中において不働態
皮膜を形成し電解効率を低下させるという傾向がある。

そこで、不溶性陽極としての適正を確保する手段として
導電性を与えるための表面処理が必要となる。かかる表
面処理法の１つとして電極基板の表面に鉛あるいは鉛合
金を被覆する方法が知られており、従来は鉛公害の問題
が懸念されていたが、最近電解液中に溶出する鉛の回収
技術が発達して廃液公害の問題が解消されるに及び、コ
スト的にも有利な鉛（又は鉛合金）被Ｎ法が汎用化され
はじめている。但しチタンの様な高耐食性金への表面に
鉛（又は鉛合金）皮膜を強固に密着させることは非常に
困難であり、通常のめっき法等で皮膜を形成したもので
は使用中に鉛（又は鉛合金）皮膜が比較的？’Ｊ＊に剥
離して導電性改善効果を喪失し、高レベルの電解効率を
長期的に持続することができない。

またチタン等の高耐食性金属基材の表面に鉛（又は鉛合
金）を肉盛溶接する方法も考えられたが、チタン等と鉛
（又は鉛合金）は融点差が非常に大きく、しかもチタン
等の高耐食性金属の表面には通常高融点の酸化物が不働
態皮膜として形成されているという理由とも相まって、
高耐食性金属の表面に鉛（又は鉛合金）よりなる肉盛溶
接金属を強固に密着させることができず、使用中に肉盛
溶接金属が簡単に剥離するという問題があり、実用化さ
れるには至らなかった。

ところが特開昭５７−１８４５７７号公報に記載されて
いる様な方法が開発されるに及び、肉盛溶接による表面
導電化処理の実用化が可能になってきた。即ち上記公報
に開示された方法は、耐食性金属の表面にＴＩＧ溶接法
によって鉛（又は鉛合金）を肉盛りし、その後引き続い
て加熱処理を行なうと共に、該肉盛りから加熱処理及び
冷却に亘る一連の工程を不活性ガス雰囲気中で行なうこ
とによって母材と肉盛金属との密着性を高めようとする
ものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記の方法にしても、母材金属に対して肉
盛溶接金属を強固に密着せしめ得るとは限らず、たとえ
ば肉盛溶接に先立って行なわれる母材表面の清浄化が不
十分である場合は満足のいく密着性を確保することがで
きない。その結果電解処理時に肉盛溶接金属が剥離する
ことがあり、信頼のおける方法とは言い難い。本発明は
この様な事情に着目してなされたものであって、その目
的は、高耐食性金属の表面に、鉛又は鉛合金からなる肉
盛溶接金属層を形成する方法を改善し、簡単且つ廉価な
方法で母材に対し肉盛溶接金属を強固に密着させること
のできる方法を確立しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る肉盛溶接方法の構成は、酸化により不働態
皮膜を形成する耐食性金属の表面に鉛又は鉛合金を肉盛
溶接する方法において、第１層を逆極性プラズマアーク
溶接法により肉盛し、次いで第２層から最終層までをガ
ス溶接法により肉盛りするところに要旨を有するもので
ある。

［作用コ 本発明に係る肉盛溶接法で母材金属として遭択されるの
は、チタン、チタン合金、ジルコン、ジルコン合金、タ
ンタル、タンタル合金の如く表面に酸化物系の不働態皮
膜を形成する耐食性金属であって、これらの金属に低融
点の鉛や鉛合金を密着性良く肉盛溶接することは容易で
ない。そこで密着性を高め難い理由を種々検討したとこ
ろ、上記の様に母材金属と鉛（又は鉛合金）の融点差が
非常に大きいという理由もさることながら、母材金属の
表面に存在する高融点の金属酸化物（不働態皮膜）が母
材と肉盛溶接金属の接合界面に介在し、金属結合による
接合力の強化を妨げているものと考えられた。不働態皮
膜による障害をなくすためには、肉盛溶接に先立って該
皮膜を除去すればよいと考えらえるが、この不働態皮膜
はかなり強靭で完全除去が困難であるばかりでなく、仮
に完全除去し得たとしても清浄な金属表面は空気中です
みやかに酸化されて再び不働態皮膜を形成するため、実
際問題として不働態皮膜の全く存在しない状態で肉盛溶
接を行なうことは至難の技である。そこでアルミニウム
の溶接等で汎用されている直流逆極性のアーク溶接法を
採用し、この溶接法で得られるクリーニング作用を有効
に活用すれば、不働態皮膜の存在にもかかわらず良好な
＠着性が得られるのではなかろうかと考えた。

そこで通常の直流逆極性ＴＩＧ溶接法を採用して鉛又は
鉛合金の肉盛りを行なったところ、母材と肉盛溶接金属
の密着性はある程度改善されるものの、期待される程の
密着性は得られなかフた。

しかして通常の直流逆極性ＴＩＧ溶接法では概して母材
に対する溶込みが少なく、とりわけ本発明では低融点の
鉛（又は鉛合金）を肉盛溶接金属として使用するもので
あるから溶接時の入熱量も少なく、そのため高融点の母
材金属と鉛（又は鉛合金）を十分に融合させることがで
きず、これらが密着性の向上を妨げているものと考えら
れた。そこで母材と肉盛溶接金属の密着性を高めるため
には、肉盛溶接時における母材と鉛（又は鉛合金）との
融合を促進させてやる必要があると考え、更に検討を進
めた結果、初層の肉盛りを逆極性プラズマアーク溶接に
よって行なえば、逆極性によりもたらされるクリーニン
グ作用により母材表面の不働態皮膜が除去されると共に
、収斂されたプラズマアークによって母材金属と鉛（又
は鉛合金）の融合も促進され、母材と肉盛溶接金属の密
着性を満足の行く程度まで向上せしめ得ることが明らか
となった。

本発明では上記の様な経緯から、初層の肉盛りを逆極性
プラズマアーク溶接法によって行なうところに第１の特
徴を有するものであるが、第２１’Ｊ目以降の肉盛りに
ついては既に表層部に鉛（又は鉛合金）層が形成されて
いるので、密着性について格別の考慮を払う必要はｉ　
＜、鉛（又は鉛合金）の溶接に最も適した方法で肉盛り
を行なえばよい０本発明ではチタン等に比べて非常に低
融点の鉛（又は鉛合金）を肉盛溶接金属として使用する
ものであり、かかる低融点の金属を肉盛溶接する場合、
溶接入熱量を最もコントロールし易く且つ最も経済的な
のはガス溶接法であり、この溶接法であれば母材金属に
対する熱影響を最小限に抑制しつつ鉛（又は鉛合金）を
円滑且つ安価に肉盛りすることができる。この様なとこ
ろから、本発明では′Ｓ２層目から最終層までの肉盛り
をガス溶接法によって行なうこととしている。

この様な理由から本発明では、初層（第１ｒＩｓ）の肉
盛溶接を逆極性プラズマアーク溶接法によって行ない、
第２層目から最終層までの肉盛りをガス溶接法によって
行なうこととしているが、初層の肉盛溶接に当たっては
更に次の様な考慮を払うことによって、密着性向上効果
をより確実に得ることができる。即ち第１図は初層肉盛
溶接を行なう際の好ましい実施例を示す概略斜視図であ
り、図中１は母材（耐食性金属板）、２は溶加材（鉛又
は鉛合金）、３は逆極性プラズマアーク溶接トーチ、４
は肉盛溶接金属を夫々示す０図示する如く初層肉盛溶接
に当たっては母材１を僅かに傾斜させて固定し、下方部
より下向き水平姿勢で順次上方に肉盛溶接を行なってい
く。この様にして初層肉盛溶接を行なえば、肉盛溶接金
属が母材の不ｌＩＩ態皮饅形成面方向に流れて接合不良
を生じる様な恐れがなく、全面に亘って高レベルの密着
性を確保することができる。このときの好ましい傾斜角
度θは５〜２０度程度であり、最も一般的なのは１０度
前・後である。

第２層目以降のガス溶接法による肉盛りは、既に母材表
面に鉛（又は鉛合金）からなる肉盛金属層が形成されて
おり、不働態皮膜による密着障害を考慮しなくともよい
ので、母材を水平に固定して下向鮒姿勢でガス溶接法に
より肉盛りを行なえばよい、ガス溶接に当たり酸素と共
に使用される可燃性ガスとしては、水素、アセチレン、
メタン、エタン、プロパン、ブタン等あるいは天然ガス
、都市ガス等が使用される。

尚第２／！１目以降の肉盛溶接を行なう際、母材１の肉
厚が薄い（５ｍｍ程度以下）の場合は、ガス溶接時の熱
影響で最終肉盛製品に反りを生じることがあるが、この
様な場合は、たとえば第２図（第２ＴＩ！Ｊ目以降の肉
盛溶接状況を示す断面説明図）に示す如く初層肉盛りを
終えた母材１を銅製水冷ジャケット定ｆｆ１５上に固定
治具６で固定しく図中７はガス溶接用バーナを示す）、
母材１を裏面側から冷却しなから肉盛溶接を行うことに
よって母材１に与える熱影響を抑制することにより、上
記反りの問題を最小限に抑えることができる。

本発明で使用する耐食性金属とは、前述の如く表面に酸
化物系の不働態皮膜を形成して高耐食性を示す金属を総
称するもので、具体的なものとしてはチタン、ジルコン
、タンタル等、これらの金属を含む各種合金、あるいは
これらの金属とパラジウムの如き貴金属との合金、更に
はこれらの金Ｒ（合金を含む）と銅等とのクラツド材等
が非限定的に例示される。また肉盛り用として使用され
る鉛合金としては、鉛に錫、カドミウム、ビスマス、亜
鉛、アンチモン、銀、インジウム等の１種又は２種以上
を配合してなる合金、あるいは鉛に少量のカルシウム、
アンチモン、ひ素等を含有せしめた合金等が非限定的に
例示される。

［実施例］ 母材として純チタン板（ＫＳ５０：厚さ５ｍｍ）　、０
．２％Ｐｂ入りチタン合金板（厚さ５ｍｍ）　、及び銅
板の両面に熱間押出しによりチタンを金属接合してなる
チタンクラッド銅板（１ｍｍＴｉ−１ｍｍｍＴｉ−１ｍ
ｍＣｕ−１の３　ｆｆｆｉを使用し、肉盛溶接金属とし
て鉛−錫合金（６％５ｎ−Ｐｄ。

３ｍｍ角）を用いて肉盛溶接実験を行なった。

尚初層肉盛溶接は、第１図に示した様に各母材を１０度
の傾斜角度に固定して下方部より順次上部方向へ逆極性
プラズマアーク溶接法により肉盛りし、次いで初層肉盛
溶接終了後は母材を水平にしてガス溶接法により第２層
及び第３層の肉盛りを行なった。各溶接条件は下記第１
表に示す通りとした。

尚純チタン板及びｐｂ入りチタン板を母材とするものに
ついては、第２層目以降のガス溶接により母材が反りを
生じることが予め確認されていたので、第２図に示した
様に初層肉盛りを終えた母材を銅製水冷ジャケット定盤
上に固定し、層間温度が２００℃以下となる様に母材裏
面側から冷却しつつ第２．３層の肉盛溶接を行なった。

第１表 得られた各肉盛溶接材について、下記の方法で母材と肉
盛溶接金属の接合界面における剪断剥離強度を調べた。

即ち各肉盛溶接金属板より、第３図に示す如く幅１０ａ
＋ｍ、長さ７０ｍｍの試験片を採取しく１：母材、４：
肉盛溶接金属、Ｂ：接合境界部）、その略中央部に２１
の接合境界部を残してその上・下に母材側スリット１ｓ
と肉盛溶接金属側スリット４ｓを入れ、この試料片を上
下方向に引張ることによって接合境界部の剪断剥離度を
測定した。

結果を第２表に示す。

第　　　２　　　表 ′１゛Ｉニア 溶加材として使用した（Ｐｂ＋６％Ｓｎ）の引張強さは
２．４〜２．６　Ｋｇ／ｍｍ２であり、第２表に示した
各供試材の剪断剥離強度は溶加材であるｐｂ＋６％Ｓｎ
合金の引張強さと実質的に同一であって、接合界面はす
べてＰｂ−６％Ｓｎ肉盛溶接部であり、母材と肉盛溶接
部との境界部での破断は全く認められず、母材と肉盛溶
接材の密着性は非常に侵れたものであることが確認され
た。

また肉盛溶接金属として鉛を使用した他は上記と同様に
して肉盛溶接試験を行なったところ、母材と肉盛溶接金
属との境界部における剪断剥離強度は１．３〜１．７　
Ｋｇ／　Ｉｆ！ｌ”であり、鉛白体の引張強さと同等で
あって、剪断はいずれも肉盛溶接金属の部分で生じてい
ることが確認された。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、チタンの如き耐食
性金属の表面に鉛又は鉛合金を比較的簡単な操作で強固
に肉盛溶接することができる。

従ってこの肉盛溶接材を不溶性陽極として使用した場合
でも、表層の肉盛溶接金属層が剥離する様な現象は全く
起こらず、信顆性の高い不溶性陽極を得ることができる
。そしてこの発明は不溶性陽極の製造に限らず、たとえ
ばチタン、ニオブ、タンタル等の如く酸化物系不働態を
形成するあらゆる耐食性金属材に対して鉛又は鉛合金を
肉盛溶接する方法として幅広（活用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で採用される好ましい初層肉盛溶接法を
示す斜視説明図、第２図は第２層目以降の好ましい肉盛
溶接法を示す断面説明図、第３図は実施例で採用した剪
断強度測定用試験片を示す斜視図である。 １：母材（耐食性金属板） ２：溶加材（鉛又は鉛合金） ３；逆極性プラズマアーク溶接トーチ ４：肉盛溶接金属 ５：銅製水冷ジャケット定盤 ６：固定治具 ７：ガス溶接用バーナ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化により不働態皮膜を形成する耐食性金属の表面に鉛
   又は鉛合金を肉盛溶接する方法において、第１層を逆極
   性プラズマアーク溶接法により肉盛し、次いで第２層か
   ら最終層までをガス溶接法により肉盛りすることを特徴
   とする耐食性金属への鉛又は鉛合金の肉盛溶接方法。