(57)【要約】【課題】  チタンアルミナイド及び高ガンマプライムニッケル系超合金を製造するための方法を提供する。【解決手段】  溶加材組成物から成る溶加材溶接棒（５８）は、金属粉末の塊を提供することと、金属粉末を一時熱可塑性結合剤と混合し、射出成形可能な混合物（４８）を形成することと、その後、熱可塑性結合剤の熱可塑温度より高い射出成形温度で、射出成形可能な混合物（４８）を射出成形し、射出成形棒を形成することにより製造される。射出成形棒から、余分な熱可塑性結合剤が除去される。その後、射出成形棒は、焼結され、焼結の工程中に一時熱可塑性結合剤が除去された溶加材溶接棒（５８）が形成される。【選択図】  図１
2006035314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶加材組成物から成る溶加材溶接棒（５８）を製造する方法において、
全体として溶加材組成を有する金属粉末の塊を提供する工程と；
前記金属粉末を一時熱可塑性結合剤と混合し、射出成形可能な混合物（４８）を形成する工程と；
その後、前記熱可塑性結合剤の熱可塑温度より高い射出成形温度で、前記射出成形可能な混合物（４８）を射出成形し、射出成形棒を形成する工程と；
その後、前記射出成形棒の外面から余分な熱可塑性結合剤を除去する工程と；
その後、前記射出成形棒を焼結し、焼結の工程中に前記一時熱可塑性結合剤が除去された溶加材溶接棒（５８）を形成する工程とから成る方法。
【請求項２】
前記金属粉末の塊を提供する工程は、
約３０体積％を超えるガンマプライム相を生成するように熱処理可能であるニッケル系超合金として、正味金属組成物を提供する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記金属粉末の塊を提供する工程は、
金属間合金として正味金属組成物を提供する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記金属粉末の塊を提供する工程は、
チタンアルミナイド金属間合金として正味金属組成物を提供する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記金属粉末の塊を提供する工程は、
約４５．５原子％〜約４８．０原子％のアルミニウムと、約４８原子％〜約５０．５原子％のチタンと、残部としての他の元素とを含む公称溶加材組成を有する金属粉末の塊を提供する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記金属粉末の塊を提供する工程は、
前記金属粉末と混合された非金属粒子を提供する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記混合する工程は、
前記一時熱可塑性結合剤の熱可塑温度を超える混合温度で、前記金属粉末と前記一時熱可塑性結合剤を混合する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記焼結する工程は、
前記溶加材溶接棒（５８）を９０％以下の相対密度まで焼結する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記焼結する工程の後に、
前記溶加材溶接棒（５８）を熱間等静圧圧縮成形する追加の工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記射出成形する工程は、
射出ノズル（４４）を有する射出ヘッド（４２）と、
前記射出ノズル（４４）から流れ出る前記射出成形可能な混合物（４８）を受け入れるように配置された移動自在の受け入れ部（５０）とを含む射出成形装置（４０）を提供する工程と；
前記射出成形可能な混合物（４８）を前記射出ヘッド内に装入する工程と；
前記射出成形可能な混合物（４８）が前記射出ノズル（４４）から押し出されるときの速度と等しい直線速度で、前記移動自在の受け入れ部（５０）を前記射出ノズル（４４）から離間するように移動させつつ、前記射出ノズル（４４）から流れ出る前記射出成形可能な混合物（４８）を前記移動自在の受入れ部（５０）の上に押し出す工程とを含む請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶加材溶接棒の製造に関し、特に、変形するのが困難な合金から成る溶接棒の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接の１つの形態においては、溶接されるべき金属物品は、局所的に溶融し、溶融した金属が、第２の金属と混合される。その後、温度を下げることにより、溶融した混合物は凝固する。１つの方法では、第２の金属は、別の物品であり、２つの物品が一体に接合される。別の方法においては、第２の金属は、肉盛被覆層であり、溶接工程の間に、この被覆層も溶融する。その結果、第１の物品が第２の金属で被覆される。
【０００３】
これらの方法のいずれにおいても、溶加材を使用できる。溶接によって２つの物品を接合する場合、２つの物品の間の空間を充填するために、溶加材を溶融ゾーンに添加できる。肉盛工程では、溶加材は、肉盛層のほぼ全体を形成する。第１の方法の場合、溶加材は、接合されるべき物品の一方又は双方と同一であってもよい。第２の方法においては、修理工程の間に、物品の寸法が回復されるべきである場合のように、溶加材は、被覆されるべき物品と同一であってもよいし、あるいは、被覆される物品の表面に特定の特性を与えるために、異なる組成を有してもよい。
【０００４】
溶加材は、自動溶接装置及び手動操作による溶接のような他の溶接手順において使用される溶接棒として供給されることが多い。（ここで使用される用語「棒」及び「溶接棒」は、棒であると考えられる物理的形状のみならず、ワイヤであると考えられる物理的形状も含み、物理的形状が棒であるか、又はワイヤであるかに関しては、どちらかに特定する必要はない。）溶接用電源などの熱源、あるいはレーザービーム又は電子線などのビーム源が、溶融されるべき物品の領域を加熱し、溶融池を形成する。所望の体積の溶加材を供給するために、溶加材溶接棒は、溶融池の中へ徐々に送り込まれる。
【０００５】
溶加材を棒状に製造する方法は、様々である。１つの方法では、溶加材は、ビレットとして鋳造され、その後、より小さな横方向寸法まで押し出し成形又はワイヤ引き抜き成形される。別の方法においては、溶加材は、粉末としてビレットの形で圧密され、その後、より小さな横方向寸法まで押し出し成形又はワイヤ引き抜き成形される。いずれの製造技法の場合にも、所望の形状及び大きさを実現し、且つ押し出し作業の残留物を除去するために、押し出し成形された物品は、心なし研削される。他の方法においては、粉末から、棒を所定の形状に鋳造するか、又は粉末混合物で充満された管から、棒を製造してもよい。
【０００６】
溶接の用途に溶加材として適用される重要な合金のうちのいくつか、特に、熱処理されるときにガンマプライム相の体積の割合が大きくなるチタンアルミナイド及びニッケル系超合金は、作業硬化特性があり、延性が限られる。そのため、それらの合金をワイヤ引き抜き成形することは不可能である。従って、溶接用の溶加材溶接棒は、従来から、特殊な押し出し成形工程により製造され、その後、押し出し材料の酸エッチング及び心なし研削が実行される。その結果、使用可能な溶接棒の製造歩留まりは低くなり、通常、出発材料の重量の約２５％である。この工程にかかる費用も、相対的に高い。従って、溶接棒の価格は、材料費と比較して高くなる。最近になって、粉末で充満された管の特殊な鋳造又はワイヤ引き抜き成形により、粉末から溶接棒を製造するための技法が開発された。
【特許文献１】特開２００１−０５５９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
チタンアルミナイド及び高ガンマプライムニッケル系超合金を製造するために、最近開発された方法が実施可能ではあるが、溶接棒及びそれに関連する種類の製品を製造するための方法を更に改善することは、依然として必要である。本発明は、この必要を満たし、更に、関連する利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の方法は、広く適用可能な溶加材溶接棒を製造する方法を提供する。しかし、この方法は、溶加材が高ガンマプライムニッケル系超合金又はチタンアルミナイドなどの加工が困難な材料である溶接棒に適用されると、最も好都合である。それは、製造工程の間に、溶接棒の全体変形が必要とされないからである。本発明の方法によれば、出発材料と比較して、使用可能な溶接棒の重量歩留まりは、１００％に近くなる。方法は、経済性に優れ、溶接棒の価格は安くなる。溶接後の構造にもそのまま現れる可能性がある欠陥の発生率が低く、溶接棒の品質は高い。本発明の方法により、新たな組成を容易に製造できるであろう。
【０００９】
溶加材組成物から成る溶加材溶接棒を製造する方法は、全体として溶加材組成を有する金属粉末の塊を提供する工程と、好ましくは、一時熱可塑性結合剤の熱可塑温度より高い混合温度で、金属粉末を一時熱可塑性結合剤と混合し、射出成形可能な混合物を形成する工程とを含む。その後、射出成形棒を形成するために、熱可塑性結合剤の熱可塑温度より高い射出成形温度で、射出成形可能な混合物は、射出成形される。その後、射出成形棒の外面から、余分な熱可塑性結合剤が除去される。この方法は、熱可塑性結合剤又はその他の物質の中に、添加される水が存在しない状態で実行されるのが好ましい。その後、溶加材溶接棒を形成するために、射出成形棒は、好ましくは固体焼結により焼結される。焼結の工程で、一時熱可塑性結合剤は除去される。溶加材溶接棒は、約０．０１０インチ〜約０．２５０インチ、好ましくは約０．０３５インチ〜約０．０７０インチの円筒直径を有するのが好ましい。焼結後、又は別の高密度化処理の後に、溶加材溶接棒は、任意に心なし研削されてもよい。
【００１０】
金属粉末は、事前に合金され、全てがほぼ同一の組成であってもよい。あるいは、金属粉末は、異なる組成であってもよいが、正味組成が溶加材組成となるように選択される。完成後の溶接棒が巨視的にも、微視的にも全体として一様であり、既に全体として溶加材組成を有するという意味で、事前合金方法は好ましい。この方法以外の方法では、溶接棒の加工中又は溶接手順で溶接棒を使用している間に、何らかの合金が必要となるので、後の溶接作業の中で、完全な合金となるが、合金が不完全になる可能性はある。いずれの場合にも、金属粉末は、一般に、約４００μｍ以下の直径を有する球形であるのが好ましい。
【００１１】
本発明の方法は、溶接棒の製造のどの段階においても、溶接棒の全体変形を必要としない。そのため、本発明の方法は、強度が高いこと、延性が低いこと、又は他の特性によって変形するのが困難である溶加材組成物から成る溶接棒を製造するために使用されると、最も好都合である。好ましい溶加材の１つは、ニッケル系超合金であり、これは、約３０体積％を超えるガンマプライム相を生成するために、熱処理可能である。ニッケル系超合金の例として、Ｒｅｎｅ（登録商標）１４２合金及びＲｅｎｅ（登録商標）１９５合金などがある。別の好ましい溶加材は、チタン系金属間合金などの金属間合金である。その一例は、約４５．５原子％〜約４８．０原子％のアルミニウム、約４８原子％〜約５０．５原子％のチタン、及び残部としての他の元素を含む公称溶加材組成を有する組成物である。
【００１２】
本発明の方法は、溶接棒の中に非金属粒子を取り込むことを含んでもよい。この方法においては、非金属粒子は、射出成形前に、金属粉末及び熱可塑性結合剤と混合される。
【００１３】
射出成形は、何らかの実施可能な方法により実現されればよい。射出成形装置が提供されるのが好ましい。射出成形装置は、射出ノズルを有する射出ヘッドと、射出ノズルから流れ出す射出成形可能な混合物を受け入れるように配置された移動自在の受入れ部とを含む。射出成形可能な混合物は、射出ヘッドの中に装入される。射出成形可能な混合物が射出ノズルから移動自在の受け入れ部の上へ押し出される間、移動自在の受け入れ部は、射出成形可能な混合物が射出ノズルから押し出されるときの直線速度と等しい直線速度で、射出ノズルから離間するように移動される。
【００１４】
焼結工程の後、溶加材溶接棒は、通常、９０％を超えない相対密度を有する。溶接が適用される多くの用途においては、この溶加材溶接棒の相対密度は、申し分のない値である。それより高い相対密度が望まれる場合には、焼結後、熱間等静圧圧縮成形により、９０％を超える相対密度まで、溶加材溶接棒を高密度化してもよい。
【００１５】
本発明の方法は、溶加材溶接棒を製造するための好都合で、経済的な方法を提供する。粉末の形態で利用可能な、どのような組成の溶加材溶接棒でも、例えば、高ガンマプライムニッケル系超合金及び金属間化合物などの引き抜き成形が困難な金属から成る溶接棒でも、製造できる。溶接棒の組成制御は、極めて精密である。新たな組成の溶接棒を製造するときに、他の多くのプロセスで必要とされる大規模な実験やプロセス開発を行わずに、容易に新たな組成物を製造できる。完成後の溶接棒の酸素含有量は、出発材料の酸素含有量から予測された値を下回り、それは、酸素が化学反応を起こし、除去されたことを示唆している。
【００１６】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を実例によって示す添付の図面と関連させて、以下の好ましい実施形態の更に詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。しかし、本発明の範囲は、この好ましい実施形態には限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、溶加材組成物から成る溶加材溶接棒を製造する方法の工程を示す。工程２０で、金属粉末の塊が提供される。金属粉末の塊を総合的に考えると、塊は、溶加材組成を有する。金属粉末は、事前に合金化されているのが好ましい。すなわち、各粉末粒子は、金属元素に関して、正味溶加材組成を有する。関心ある組成の事前合金金属粉末は、市販されているか、又は周知の技法により特別に製造される。あるいは、金属粉末粒子は、異なる組成であってもよいが、全ての金属粉末粒子を総合的に考えた場合に、それらの粒子の正味組成が、関心ある溶加材組成物と同一であるように選択される。
【００１８】
本発明の方法は、広範囲にわたる溶加材組成物のうちのいずれかを製造するように実施可能である。事前合金粉末、又は関心ある組成を規定するように組み合わせ可能である組成を有する粉末を利用することができれば、本発明の方法を利用してもよい。しかし、従来の技法では製造するのが困難又は不可能であるために、特に重要な溶加材溶接棒の組成がいくつかある。好ましい溶加材の１つは、ニッケル系超合金である。これは、約３０体積％を超えるガンマプライム相を生成するように熱処理可能である。この種の材料に属するものは、非常に急速に作業硬化し、延性も限られているため、この溶加材から成る溶接棒を形成するために材料全体の変形を必要とするワイヤ引き抜き成形又は他の技法により、溶接棒を製造することは困難である。そのような高ガンマプライムニッケル系超合金の例には、約１２．０重量％のコバルトと、約６．８重量％のクロムと、約１．５重量％のモリブデンと、約４．９重量％のタングステンと、約２．８重量％のレニウムと、約６．３５重量％のタンタルと、約６．１５重量％のアルミニウムと、約１．５重量％のハフニウムと、約０．１２重量％の炭素と、約０．０１５重量％のホウ素と、残部ニッケルと、少量元素とを含む公称溶加材組成を有するＲｅｎｅ（登録商標）１４２合金；及び約７．４重量％〜約７．８重量％のクロムと、約５．３重量％〜約５．６重量％のタンタルと、約２．９重量％〜約３．３重量％のコバルトと、約７．６重量％〜約８．０重量％のアルミニウムと、約０．１２重量％〜約０．１８重量％のハフニウムと、約０．５重量％〜約０．６重量％のケイ素と、約３．７重量％〜約４．０重量％のタングステンと、約１．５重量％〜約１．８重量％のレニウムと、約０．０１重量％〜約０．０３重量％の炭素と、約０．０１重量％〜約０．０２重量％のホウ素と、残部ニッケルと、付随不純物とを含む公称溶加材組成を有するＲｅｎｅ（登録商標）１９５合金などがある。
【００１９】
別の好ましい溶加材は、チタン系金属間合金などの金属間合金である。この合金も、作業硬化の速度が速く、延性が限られているので、材料全体を変形させる方法により溶接棒を形成することは、困難又は不可能である。チタンアルミナイドが一例である。この種のチタンアルミナイド溶加材溶接棒の一例は、約４５．５原子％〜約４８．０原子％のアルミニウムと、約４８原子％〜約５０．５原子％のチタンと、残部としての他の元素とを含む組成を有する。他の関心ある金属間合金の例は、ニッケルアルミナイド、ケイ化ニオブ、及びケイ化モリブデンである。
【００２０】
他の関心あるいくつかの合金は、作業硬化速度が速く、室温で引き抜き成形することが困難となるため、溶接棒として製造するのが難しい。そのような材料から溶接棒を製造するための従来の方法においては、冷間引き抜き成形及び焼きなましを実行する多数の工程が必要であった。従って、その製造コストは高い。本発明の方法によれば、そのような材料を、はるかに経済的に製造できる。その例は、１３．０重量％のコバルトと、０．０４重量％の炭素と、１．５重量％のアルミニウムと、３．０重量％のチタンと、１９．０重量％のクロムと、４．３重量％のモリブデンと、残部ニッケルとを含む公称組成を有するＷａｓｐａｌｌｏｙ；６重量％のアルミニウムと、４重量％のバナジウムと、残部チタンとを含む公称組成を有するＴｉ−６４；２４〜２７重量％のニッケルと、１３．５〜１６重量％のクロムと、１．９〜２．３５重量％のチタンと、１．０〜１．５重量％のモリブデンと、０．１〜０．５重量％のバナジウムと、最大０．０８重量％の炭素と、最大２．０重量％のマンガンと、最大１．０重量％のケイ素と、最大０．３５重量％のアルミニウムと、最大０．０３０重量％のイオウと、０．００１〜０．０１重量％のホウ素と、残部鉄とを含む公称組成を有するＡ２８６；及び約５０重量％〜約５５重量％のニッケルと、約１７重量％〜約２１重量％のクロムと、約４．７５重量％〜約５．５０重量％のコルンビウム（ニオブ）及びタンタルと、約２．８重量％〜約３．３重量％のモリブデンと、約０．６５重量％〜約１．１５重量％のチタンと、約０．２０重量％〜約０．８０重量％のアルミニウムと、最大１．０重量％のコバルトと、残部鉄とを合わせて１００重量％となる公称組成を有するＡｌｌｏｙ７１８などである。
【００２１】
任意に、金属粉末と非金属粉末を混合してもよい。非金属粉末は、通常、炭化物、ホウ化物などの金属間化合物である。それらの化合物は、溶接中に溶融しないが、後に溶接棒が溶接手順において使用されるときに、溶接物の中に取り込まれる。
【００２２】
工程２２で、射出成形可能な混合物を形成するために、金属粉末（非金属粉末が使用される場合には、非金属粉末が加わる）は、熱可塑性結合剤と混合される。後の工程で熱可塑性結合剤が除去され、最終製品である溶接棒の中には存在しないという意味で、熱可塑性結合剤は、一時的結合剤である。熱可塑性結合剤は、焼結作業に適する使用可能な任意の熱可塑性結合剤であってもよいが、有機熱可塑性結合剤又は炭化水素熱可塑性結合剤であるのが好ましい。その例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、パラフィンワックス又はカルナバワックスなどのワックス、及びポリスチレンなどがある。熱可塑性結合剤の熱可塑温度を超える温度で、混合物を凝集させ、撓み性を持たせるために、十分な量の熱可塑性結合剤が使用される。粉末と結合剤の混合は、熱可塑性結合剤の熱可塑温度を超える混合温度、通常は２００°Ｆ以上の温度で実行されるのが好ましいが、温度は、どの特定の熱可塑性結合剤材料が使用されるかによって異なる。熱可塑温度以上の温度で、熱可塑性結合剤材料は流動自在になるか、又は「溶融」し、それが混合を助ける。この混合温度における混合によって、熱可塑温度以上の温度で流動自在であり且つ射出成形可能であるが、熱可塑温度より低い温度では相対的に撓み性に欠け、硬質である混合物が実現される。
【００２３】
射出成形可能な混合物には、水が添加されていないのが好ましいが、不純物として、ごく少量の水が含有される場合もある。相当な量の水が存在していると、その水は、典型的な関心合金の成分と化学的に反応する。含まれる水の量が著しく多くなると、射出成形及び焼結が終了した後、中心線多孔構造が形成されることもある。中心線多孔構造がある場合には、合金を鍛造できるスウェージ加工又はそれに類似する機械的変形工程により、構造を除去できる。しかし、中心線多孔構造の除去を実行することにより、製品の価格が上昇する。本発明の方法では、このコストアップが回避される。更に、そのような材料全体を機械的に変形させる工程は、金属間合金及び高ガンマプライムニッケル系超合金などの、本発明の方法により溶加材溶接棒に製造される数多くの合金には容易に使用できない。それは、合金の延性が限られているためである。内部の多孔構造の孔をふさぐために、熱間等静圧圧縮成形は、一般に使用できない。そのため、中心線多孔構造を形成するような方法を使用して、最も関心の高い材料のうちの多くから成る溶接棒を製造することは不可能である。水がほとんど又は全く含まれないことと、熱可塑性結合剤の使用と、本発明の高温射出成形とを組み合わせることは、中心線多孔構造の形成を回避する上で有用であり、本発明の方法により製造された溶接棒の原型標本については、中心線多孔構造が全く発見されなかった。従って、熱可塑性結合剤は、水性ではなく、射出成形可能な混合物と水が混合されず、その後の余分な熱可塑性結合剤の除去の工程でも、水が使用されないことが好ましい。
【００２４】
その後、工程２４で、射出成形棒を形成するために、金属粉末と熱可塑性結合剤から成る射出成形可能な混合物は、射出成形される。射出成形工程２４は、射出成形可能な混合物を使用して、熱可塑性結合剤の熱可塑温度より高い射出成形温度で実行される。従って、熱可塑性結合剤は流動自在となり、射出成形中の射出ノズルとの摩擦を低減する。工程２４を実行するために、使用可能などのような種類の射出成形装置が使用されてもよい。好ましい射出成形装置４０が図２に示される。射出成形装置４０は、チャンバの形態をとる射出ヘッド４２を含み、チャンバの出口に、射出ノズル４４がある。移動自在のピストン４６は、射出ヘッド４２の中に収容された射出成形可能な混合物４８を、射出ノズル４４を経て押し出す。射出ヘッド４２は、射出成形可能な混合物を射出成形温度まで加熱する制御自在の加熱装置４９を含む。射出ノズル４４は、円形の横断面を有するのが好ましいが、他の形状を有することも可能であろう。
【００２５】
射出成形可能な混合物４８が射出ノズル４４から流れ出る間に、混合物を受け入れ、整形するために、密閉されない型が使用されるのが好ましい。製造すべき溶接棒は棒状であるので、密閉型を使用する場合には、型は、細長く伸ばされなければならない。摩擦があるため、そのような細長い中空の型の中に射出成形することは困難である。射出ノズル４４から流れ出る射出成形可能な混合物４８を受け入れるために、密閉型の代わりに、移動自在の受入れ部５０が配置される。移動自在の受入れ部５０の受入れ面５２は、射出成形可能な混合物４８が射出ノズル４４から流れ出るときの直線速度と等しくなるように調整された直線速度で、射出ノズル４４から離間するように動く。この動きによって、射出成形可能な混合物４８は、移動して行く受入れ面５２の上に、滑らかに連続して堆積される。射出成形可能な混合物４８の形状は、この運動と、金属粉末及び熱可塑性結合剤から成る混合物のコンシステンシーとの組み合わせにより維持される。図２においては、移動自在の受入れ部５０は、連続するコンベヤとして示されるが、移動自在の板状面などの実施可能な他の構造であってもよい。
【００２６】
この好ましい射出成形装置４０を使用して、射出成形工程２４を実行するために、射出ヘッド４２に射出成形可能な混合物４８が装入される。射出成形可能な混合物４８を、射出ノズル４４から移動自在の受入れ部５０の上へ押し出すために、ピストン４６が動かされる。移動自在の受け入れ部５０の受け入れ面５２は、射出成形可能な混合物４８が射出ノズル４４から押し出されるときの直線速度と等しい直線速度で、射出ノズル４４から離間するように移動し、それにより、射出成形可能な混合物は、受け入れ面５２の上に堆積し、射出成形棒５４を形成する。射出ノズル４４から出るときの射出成形可能な混合物４８の温度は、熱可塑性結合剤の熱可塑温度より高い。射出成形可能な混合物は、急速に冷却するので、射出ノズル４４から約２インチ程度離れた場所で、射出成形可能な混合物４８は、熱可塑性結合剤の熱可塑温度より低い温度になる。そのため、混合物は、その時点で相対的に剛性であり、硬質である。従って、注意を払いながら、混合物を取り上げ、扱うことができるであろう。
【００２７】
その後、工程２６で、射出成形棒５４の外面５６から、余分な熱可塑性結合剤が除去される。余分な熱可塑性結合剤は、熱可塑性結合剤用の溶剤によって容易に除去される。溶剤は、外面５６と接触し、射出成形棒５４の表面にある余分な熱可塑性結合剤のみならず、表面の下にある熱可塑性結合剤も溶解する。溶剤は、使用される特定の熱可塑性結合剤に合わせて選択される。溶剤は、水性でないのが好ましい。
【００２８】
その後、工程２８で、図３に示される溶加材溶接棒５８を形成するために、射出成形棒５４は、焼結温度で焼結される。焼結は、真空炉の中で実行されるのが好ましい。射出成形棒５４の温度が上昇するにつれて、残留する一時熱可塑性結合剤は蒸発し、除去される。このとき、後に溶接部を汚染する可能性がある微量薬剤が全く残留しないのが好ましい。焼結は、固体焼結であるのが好ましく、従って、金属の融点より低い温度であるのが好ましい。焼結後、溶加材溶接棒５８は、０．０１０インチ〜０．２５０インチ、好ましくは０．０３５インチ〜０．０７０インチの直径を有する円筒であるのが好ましい。従って、焼結中の収縮を考慮して、射出成形棒５４の直径は、この焼結後の溶加材溶接棒５８の円筒直径より幾分大きい。溶加材溶接棒５８は、選択された長さの短い棒であってもよいし、あるいは、自動溶接装置で使用するための、はるかに長い棒であってもよい。
【００２９】
焼結工程２８は、溶加材溶接棒５８を、９０％以下の相対密度まで焼結するのが好ましい。「相対密度」とは、到達される全密度の百分率である。例えば、相対密度が９０％である溶接棒５８の重量は、同じ体積、同じ材料の溶接棒の重量の９０％であるが、全密度である。９０％又はそれよりわずかに低い相対密度は、後の溶接作業において必要に応じて作業を実行するのに十分な溶接棒５８の密度であることが、事前研究により実証された。
【００３０】
これに対し、他のいくつかの溶接作業に際しては、申し分のない作業を実行するために、溶加材溶接棒５８は、９０％より高い相対密度を有していなければならない。高い相対密度を実現するために、更に焼結を行うと、焼結時間が著しく長くなり、焼結温度も法外に高くなってしまうため、それは好ましくない。この方法を使用せずに、より高い相対密度を実現するためには、工程３０において、熱間等静圧圧縮成形などの方法により、溶加材溶接棒を任意に更に高密度化するのが好ましい。ニッケル系超合金の場合は約２，１００°Ｆを超える温度、チタンアルミナイドの場合には約２，１５０°Ｆを超える温度で、１平方インチ当たり約１５，０００ポンド〜約２５，０００ポンドの圧力により、約１〜５時間にわたり、熱間等静圧圧縮成形を実行することにより、溶接棒５８の相対密度は、約９８〜９９％まで増加する。
【００３１】
当初の研究によれば、このようにして製造された溶接棒５８は、十分にまっすぐであり、円形の横断面を有し、多くの用途に使用するのに望ましい直径であることがわかった。必要に応じて、溶接棒５８の表面仕上げの品質を向上するために、任意に心なし研削の工程３２が使用されてもよい。
【００３２】
最終製品である溶加材溶接棒５８は、工程３４の溶接手順において使用される。溶接は、単一の物品の表面溶接であってもよい。そのような溶接は、例えば、物品の表面の損傷領域を修理するために使用でき、この用途の場合、溶加材の組成は、通常、修理されるべき基板の組成と同一である。また、表面溶接は、物品の表面に、表面硬化材などの被覆膜を塗布するために使用されてもよい。溶加材溶接棒５８は、溶接により２つ以上の部材を接合するために使用されてもよい。
【００３３】
図１の工程３０及び３２を実行する場合と、しない場合の双方について、直径０．０５０インチの、Ｒｅｎｅ（登録商標）１４２合金から成る溶接棒を長さ約２４インチずつの棒として製造するために、本発明の方法を実施した。中心線欠陥は、全く存在しなかった。
【００３４】
例示を目的として、本発明の特定の一実施形態を詳細に説明したが、本発明の趣旨の範囲から逸脱せずに、様々な変形及び改善を実施できるであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を実施する方法のフローチャート。
【図２】射出成形装置の概略図。
【図３】図１の方法により製造された溶加材溶接棒の正面図。
【符号の説明】
【００３６】
４０…射出成形装置、４２…射出ヘッド、４４…射出ノズル、４６…ピストン、４８…射出成形可能な混合物、４９…加熱装置、５０…受入れ部、５２…受入れ面、５４…射出成形棒、５８…溶加材溶接棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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