(57)【要約】【課題】中心線および外周線のジュール熱による溶融を防止することができる肉盛溶接用撚り線を提供する。【解決手段】肉盛溶接用撚り線は、肉盛溶接する際に、通電によって加熱されながら、溶融用の熱源と異なる方向から溶融プールへ供給されるものであり、互いに撚り合わせられた少なくとも３つの外周線と、外周線の内側に配置された中心線と、を備え、外周線の融点は中心線の融点よりも３００℃以上高く、中心線と外周線との間には空気層が介在する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉盛溶接する際に、通電によって加熱されながら、溶融用の熱源と異なる方向から溶融プールへ供給される撚り線であって、
互いに撚り合わせられた少なくとも３つの外周線と、
前記外周線の内側に配置された中心線と、を備え、
前記外周線の融点は前記中心線の融点よりも３００℃以上高く、
前記中心線と前記外周線との間には空気層が介在する、肉盛溶接用撚り線。
【請求項２】
前記中心線の直径は、前記撚り線の断面における前記外周線の内接円の直径未満である、請求項１に記載の肉盛溶接用撚り線。
【請求項３】
前記中心線の組成および前記外周線の組成は、前記撚り線全体としての組成が、質量パーセントで表示して、Ｃｕ：６０〜８５％、Ｓｎ：５〜１５％、Ｐｂ：２〜２０％となるように調整されている、請求項１または２に記載の肉盛溶接用撚り線。
【請求項４】
前記中心線は主成分としてＰｂを含み、前記外周線は第１の主成分としてＣｕを含むとともに第２の主成分としてＳｎを含む、請求項３に記載の肉盛溶接用撚り線。
【請求項５】
前記中心線はＰｂだけでなくＳｎも主成分として含む、請求項４に記載の肉盛溶接用撚り線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉盛溶接用撚り線に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、肉盛溶接には、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接およびＬＭＤ（Laser Metal Deposition）などが用いられている。このうち、ＴＩＧ溶接およびＬＭＤでは、ワークの表面および溶接ワイヤの先端が熱源（アークまたはレーザ）によって溶融されて溶融プールが形成されながら、溶接ワイヤが熱源と異なる方向から溶融プールへ供給される。
【０００３】
肉盛用の溶接ワイヤとしては、例えば特許文献１に種々の形状のワイヤが開示されているが、そのうちの１つに撚り線がある。撚り線では、通常は６つの外周線が互いに撚り合されて、その内側に中心線が配置される。このような肉盛溶接用撚り線を用いれば、中心線の組成および外周線の組成に応じて、任意の合金組成の肉盛ビードを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１０３８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＴＩＧ溶接またはＬＭＤにより肉盛溶接を行う場合には、ワークへの入熱量を低減するために、溶接ワイヤを通電により加熱することがある（いわゆる、ホットワイヤ法）。このようなホットワイヤ法において、上述したような撚り線を用いる場合には、通電時に中心線および外周線の双方がジュール熱により加熱されるため、中心線および外周線の溶融を防止する必要がある。なお、特許文献１に記載された肉盛溶接は、ホットワイヤ法を使用するものではない。
【０００６】
そこで、本発明は、中心線および外周線のジュール熱による溶融を防止することができる肉盛溶接用撚り線を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の肉盛溶接用撚り線は、肉盛溶接する際に、通電によって加熱されながら、溶融用の熱源と異なる方向から溶融プールへ供給される撚り線であって、互いに撚り合わせられた少なくとも３つの外周線と、前記外周線の内側に配置された中心線と、を備え、前記外周線の融点は前記中心線の融点よりも３００℃以上高く、前記中心線と前記外周線との間には空気層が介在する、ことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、電圧が印加される外周線の融点が中心線の融点よりも３００℃以上高く設定されているので、ジュール熱による外周線の溶融を防止することができる。しかも、外周線と中心線の間に介在する空気層は、外周線が中心線の融点よりも高い温度となっても外周線の熱が中心線へ伝導することを抑制する。このため、中心線が熱伝導によって溶融することも防止される。また、その空気層は外周線から中心線への電気伝導を阻害するため、撚り線の通電時に中心線に発生するジュール熱を小さく抑えることができる。これにより、ジュール熱による中心線の溶融も防止することができる。
【０００９】
例えば、前記中心線の直径は、前記撚り線の断面における前記外周線の内接円の直径未満であってもよい。
【００１０】
前記中心線の組成および前記外周線の組成は、前記撚り線全体としての組成が、質量パーセントで表示して、Ｃｕ：６０〜８５％、Ｓｎ：５〜１５％、Ｐｂ：２〜２０％となるように調整されていてもよい。この構成によれば、肉盛ビードを鉛青銅で構成することができ、肉盛ビードに潤滑性を付与することができる。
【００１１】
前記中心線は主成分としてＰｂを含み、前記外周線は第１の主成分としてＣｕを含むとともに第２の主成分としてＳｎを含んでもよい。鉛青銅は延性が乏しいために、鉛青銅からなる単線の製造は困難である。これに対し、市場に流通する鉛からなる単線および青銅からなる単線をそれぞれ中心線および外周線として用いれば、溶接ワイヤを低コストで容易に製造することができる。
【００１２】
前記中心線はＰｂだけでなくＳｎも主成分として含んでもよい。この構成によれば、半田からなる単線を中心線として用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、肉盛溶接用撚り線の中心線および外周線のジュール熱による溶融を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る肉盛溶接用撚り線の構成を説明するための図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】ＬＭＤにより肉盛溶接を行う場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１および図２に、本発明の一実施形態に係る肉盛溶接用撚り線２を示す。この撚り線２は、図３に示すように、肉盛溶接する際に、通電によって加熱されながら、溶融用の熱源と異なる方向から溶融プール１０へ供給される。
【００１６】
図３に示すようにＬＭＤにより肉盛溶接が行われる場合、熱源はワーク１の表面に向かって照射されるレーザ３である。図示は省略するが、ＴＩＧ溶接により肉盛溶接が行われる場合、熱源はタングステン電極とワーク１の表面との間に発生するアークである。
【００１７】
例えば、撚り線２は、ノズル４を通じて繰り出される。ノズル４は、撚り線２の外周面に電圧を印加する電極としての役割も果たす。この電圧の印加により、ノズル４から撚り線２および溶融プール１０を通じてワーク１へ電流が流れて撚り線２が加熱される。撚り線２は、後述する外周線２２の温度が後述する中心線２１の融点以上かつ当該外周線２２の融点未満の温度となるように加熱されることが望ましい。
【００１８】
ノズル４には撚り線２の周囲に環状の流路４１が設けられており、この流路４１を通じて、溶融プール１０の周囲へアルゴンなどの不活性ガス５が供給される。なお、環状の流路４１に代えて、周方向に点在する複数の流路が採用されてもよい。
【００１９】
熱源およびノズル４は、肉盛溶接を行うべき計画線に沿って、ワーク１と相対的に移動される。これにより、肉盛ビード１１が形成される。ワーク１の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、鋼、鋳鉄、ステンレス、ニッケル基合金、アルミニウム合金などである。
【００２０】
図１および図２に示すように、撚り線２は、互いに撚り合わされた少なくとも３つの外周線２２と、外周線２２の内側に配置された中心線２１を含む。本実施形態では、外周線２２の数が６つである。
【００２１】
撚り線２は、外周線２２が互いに撚り合された後に、外側から圧縮して押し潰されてもよい。すなわち、各外周線２２の断面形状は、真円であってもよいし真円でなくてもよい。
【００２２】
中心線２１と外周線２２の間には、空気層２３が介在する。より詳しくは、中心線２１の直径Ｄｃは、撚り線２の断面における外周線２２の内接円の直径Ｄｉ未満である。各外周線２２の断面形状が真円である場合、６つの外周線２２の内接円の直径Ｄｉは外周線２２の直径Ｄｏと等しい。
【００２３】
空気層２３の厚さを十分に確保するという観点からは、中心線２１の直径Ｄｃは、外周線２２の内接円の直径Ｄｉの９０％以下であることが望ましく、７０％以下であることがより望ましい。
【００２４】
なお、外周線２２の数が７つ以上であり、外周線２２の断面形状が真円である場合は、外周線２２の内接円の直径Ｄｉは外周線２２の直径Ｄｏよりも大きい。この場合、中心線２１の直径Ｄｃは、外周線２２の直径Ｄｏと等しくてもよいし、それよりも大きくてもよい。
【００２５】
上述したように、中心線２１の直径Ｄｃは中心線２１と外周線２２との間に隙間が形成されるように小さく設定されているので、中心線２１は軸方向において部分的に外周線２２のいずれかと接触する。すなわち、空気層２３の断面形状は、中心線２１が外周線２２と接触しない位置では環状であり、中心線２１が外周線２２と接触する位置では略Ｃ字状である。
【００２６】
各外周線２２の融点は、中心線２１の融点よりも３００℃以上高く設定されている。中心線２１および外周線２２の組成は、肉盛ビード１１をどのような合金で構成するかによって適宜決定される。例えば、肉盛ビード１１の合金としては、鉛青銅、アルミ青銅、青銅、黄銅、ニッケルアルミ合金などが挙げられる。
【００２７】
肉盛ビード１１を鉛青銅で構成する場合、例えば、中心線２１の組成および外周線２２の組成は、撚り線２全体としての組成が、質量パーセントで表示して（以下、同じ）、Ｃｕ：６０〜８５％、Ｓｎ：５〜１５％、Ｐｂ：２〜２０％となるように調整される。この場合、中心線２１は主成分としてＰｂを含むか、ＰｂとＳｎの双方を含み、外周線２２は、第１の主成分としてＣｕを含むとともに、第２の主成分としてＳｎを含む。
【００２８】
肉盛ビード１１を鉛青銅で構成する場合、肉盛ビード１１に潤滑性を付与することができる。鉛青銅は延性が乏しいために、鉛青銅からなる単線の製造は困難である。これに対し、中心線２１が主成分としてＰｂのみを含み、外周線２２が主成分としてＣｕ，Ｓｎを含む場合には、市場に流通する鉛からなる単線および青銅からなる単線をそれぞれ中心線２１および外周線２２として用いることができる。従って、撚り線２を低コストで容易に製造することができる。あるいは、外周線２２が主成分としてＰｂ，Ｓｎを含む場合には、半田からなる単線を中心線２１として用いることができる。
【００２９】
例えば、中心線２１の直径Ｄｃを６つの外周線２２の内接円の直径Ｄｉの７０％としたときの中心線２１および外周線２２の組成は以下のとおりである。
【００３０】
中心線２１が主成分としてＰｂのみを含む場合、例えば、中心線２１の組成はＰｂ：９９〜１００％であり、外周線２２の組成はＣｕ：９０〜９５％、Ｓｎ：５〜１０％である。
【００３１】
中心線２１が主成分としてＰｂおよびＳｎの双方を含む場合、例えば、中心線２１の組成はＰｂ：６０〜９９％、Ｓｎ：１〜４０％であり、外周線２２の組成はＣｕ：８７〜９８％、Ｓｎ：２〜１３％である。
【００３２】
肉盛ビード１１を鉛青銅で構成する場合、中心線２１および外周線２２の少なくとも一方には、Ｐ、Ａｌ、Ｓｉなどを添加剤として含めてもよい。Ｐ、Ａｌ、Ｓｉは、酸素との親和力が強く、肉盛中に脱酸剤として働く。このため、Ｐ、Ａｌ、Ｓｉは、肉盛ビード１１の酸化物由来の気泡欠陥を抑制するために添加される。
【００３３】
肉盛ビード１１をアルミ青銅で構成する場合、例えば、中心線２１の組成および外周線２２の組成は、撚り線２全体としての組成が、Ｃｕ：８０〜９９％、Ａｌ：１〜２０％となるように調整される。この場合、中心線２１は主成分としてＡｌを含み、外周線２２は主成分としてＣｕを含む。
【００３４】
肉盛ビード１１を青銅で構成する場合、例えば、中心線２１の組成および外周線２２の組成は、撚り線２全体としての組成が、Ｃｕ：８０〜９９％、Ｓｎ：１〜２０％となるように調整される。この場合、中心線２１は主成分としてＳｎを含み、外周線２２は主成分としてＣｕを含む。
【００３５】
肉盛ビード１１を黄銅で構成する場合、例えば、中心線２１の組成および外周線２２の組成は、撚り線２全体としての組成が、Ｃｕ：６０〜９９％、Ｚｎ：１〜４０％となるように調整される。この場合、中心線２１は主成分としてＺｎを含み、外周線２２は主成分としてＣｕを含む。
【００３６】
肉盛ビード１１をニッケルアルミ合金で構成する場合、例えば、中心線２１の組成および外周線２２の組成は、撚り線２全体としての組成が、Ｎｉ：９０〜９９％、Ａｌ：１〜５％となるように調整される。この場合、中心線２１は主成分としてＡｌを含み、外周線２２は主成分としてＮｉを含む。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の撚り線２では、電圧が印加される外周線２２の融点が中心線２１の融点よりも３００℃以上高く設定されているので、ジュール熱による外周線２２の溶融を防止することができる。しかも、外周線２２と中心線２１の間に介在する空気層２３は、外周線２２が中心線２１の融点よりも高い温度となっても外周線２２の熱が中心線２１へ伝導することを抑制する。このため、中心線２１が熱伝導によって溶融することも防止される。また、その空気層２３は外周線２２から中心線２１への電気伝導を阻害するため、撚り線２の通電時に中心線２１に発生するジュール熱を小さく抑えることができる。これにより、ジュール熱による中心線２１の溶融も防止することができる。
【００３８】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００３９】
例えば、中心線２１が被覆材により被覆され、この被覆材と外周線２２との間に空気層２３が形成されてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
２    肉盛溶接用撚り線
２１  中心線
２２  外周線
２３  空気層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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