(57)【要約】【課題】金属部材に酸化物が形成されてしまうことが殆どなく、美麗な微細溶接を簡易かつ確実に行うことができる溶接方法、及びそれに用いる溶接装置を提供する。【解決手段】補修対象である金属部材３に、短時間通電して金属部材３を予備加熱し、この予備加熱された金属部材３に、少なくとも一部を溶融した溶接材２を点着して仮付けし、更に金属部材３に仮付けした溶接材２を、アーク放電により完全に溶融して、金属部材３の補修箇所を本溶接する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補修対象である金属部材に、短時間通電して該金属部材を予備加熱し、
該予備加熱された金属部材に、少なくとも一部を溶融した溶接材を点着して仮付けし、
該金属部材に仮付けした溶接材を、アーク放電により完全に溶融して、該金属部材の補修箇所を本溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記溶接材を電極本体に着脱可能、かつその先端を突出した状態で嵌入してなる一次電極、及び二次電極を、該金属部材に電気的に接続して、前記予備加熱を行い、
次いで、該一次電極を該金属部材から引き離してアークを発生させて、該溶接材の先端を溶融し、該溶融した溶接材の先端を該金属部材に押し付けて前記仮付けを行う請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記予備加熱及び前記仮付けを、０．１〜１０００Ａの電流を０．１〜５．０秒間パルス状に通電して行う請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記予備加熱により、前記金属部材及び前記溶接材を、２０〜１０００℃まで昇温する請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記金属部材が、金型用鋼、鋳鋼、アルミニウム、銅、マグネシウム、金、銀、若しくはプラチナの何れか１種、又はこれら金属の少なくとも１種を含む合金、酸化物、炭化物、若しくは窒化物からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記本溶接を、０．１〜１０００Ａの電流を０．００１〜１．０秒間パルス状に通電して行う請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記溶接材が、金型用鋼、鋳鋼、アルミニウム、銅、マグネシウム、金、銀、プラチナ、若しくは亜鉛の何れか１種、又はこれら金属の少なくとも１種を含む合金、酸化物、炭化物、若しくは窒化物からなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項８】
溶接材が、電極本体に、着脱可能かつその先端を突出した状態で嵌入してなる一次電極、金属部材に電気的に接続される二次電極、及びこれら電極間に、０．１〜１０００Ａの電流を０．１〜５．０秒間パルス状に通電する電源を有する予備加熱／仮付け部と、
金属部材に近接される一次電極、金属部材に電気的に接続される二次電極、及びこれら一対の電極間に０．１〜１０００Ａの電流を０．００１〜１．０秒間パルス状に通電する電源を有し、アーク放電により仮付けされた溶接材を完全に溶融して金属部材の補修箇所を溶接する本溶接部とを備えることを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細欠損の補修に適する溶接方法、及び溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、成形金型、プレス金型、冶工具等の金属部材に、キズ、クラック等の欠損が発生した場合には、現場で欠損の生じた金属部材を取り外し、工場に搬送して修理、補修を行っていたが、現場作業の中断を最小限にして、作業効率を向上させるために、微小な欠損部に対しては現場での溶接による補修作業を行うことが要請されている。
【０００３】また、従来、ゴルフクラブ等の日用品、又は貴金属からなる宝飾品等に、微細なキズ、クラック等の欠損を生じた際には、ろう付け等により修理、補修を行っていたところ、より簡単かつ確実に、美麗な補修をすることができる手段が要望されている。
【０００４】本発明者らは、近年のこの様な要請に鑑み、「金属部材の補修箇所の上に微粒粉末状の溶接パウダーを適量載せるか又は薄板状の溶接材を当てがい、溶着機の一次電極を前記溶接パウダー又は溶着材へ局部的に押し付けて３００〜１５００Ａの大電流を１／１０００〜４／１０００秒の短時間内にパルス状に通電し金属部材上に点状の溶着金属を形成すると共に、この溶着金属を多数連続させ又は重複させることによって補修箇所の必要な範囲に必要な厚さの点状又は線状又は面状の肉盛り溶接を行なう段階と、前記のようにして金属部材の補修箇所に形成された肉盛り溶接部を不活性ガス雰囲気中に置き、アーク溶融機の一次電極を肉盛り溶接部へ接近させてアークを短時間放射し溶着金属を再溶融する段階と、前記肉盛り溶接部が凝固した後に余肉を削除し、その跡を研磨して仕上げることを特徴とする、金属部材の溶接補修方法。」を提案している（特許文献１）。
【０００５】しかし、この溶接方法では、室温状態にある金属部材や溶接材に対してアーク放電を行うものであったことから、溶接材を完全に溶融するには比較的、高電流を長時間印可してアークを放射する必要があった。このため、この溶接方法では、金属部材の補修箇所近傍に、高熱の影響による酸化物が発生したり、溶接材による溶着範囲が大きくなり易いという問題があり、特に宝飾品等の分野では、仕上りがより美麗な溶接方法が求められていたことからその解決が望まれていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−５７４４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、溶接の際の熱による悪影響を抑制して、微細な欠損部分を美麗な仕上りで補修できる溶接方法、及び溶接装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究したところ、補修対象である金属部材と溶接材を予め加熱してから、溶接材の仮付けや、アーク放電による本溶接を行ったところ、従来の方法に比べ電流量や通電時間を大幅に低減した条件で、所望の仮付けや本溶接を行い得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】即ち、本発明は、補修対象である金属部材に、短時間通電して金属部材を予備加熱し、この予備加熱された金属部材に、少なくとも一部を溶融した溶接材を点着して仮付けし、この金属部材に仮付けした溶接材を、アーク放電により完全に溶融して、金属部材の補修箇所を本溶接することを特徴とする溶接方法を提供するものである。
【００１０】本発明においては、溶接材を電極本体に着脱可能、かつその先端を突出した状態で嵌入してなる一次電極、及び通常の二次電極を、金属部材に電気的に接続して、予備加熱を行い、次いで、一次電極を金属部材から引き離してアークを発生させて、溶接材の先端を溶融し、溶融した溶接材の先端を金属部材に押し付けて仮付けを行うことが好ましい。
【００１１】また、本発明において予備加熱は、０．１〜１０００Ａの電流を０．１〜５．０秒間パルス状に通電して行うことが好ましく、予備加熱により、金属部材、更には溶接材をも、２０〜１０００℃まで昇温することが好ましい。
【００１２】また、本発明においては、例えば、金属部材が、金型用鋼、鋳鋼、アルミニウム、銅、マグネシウム、金、銀、若しくはプラチナの何れか１種、又はこれら金属の少なくとも１種を含む合金、酸化物、炭化物、若しくは窒化物からなるもの等に適用することができ、中でも、金属部材が、アルミニウム、銅、亜鉛、又はこれらの合金、若しくは酸化物からなるもの等、熱拡散性の大きなものに、好ましく適用することができる。
【００１３】また、溶接材は、金属部材と同材料又は易融合性の金属材料からなるものが好ましく、例えば、溶接材が、金型用鋼、鋳鋼、アルミニウム、銅、マグネシウム、金、銀、プラチナ、若しくは亜鉛の何れか１種、又はこれら金属の少なくとも１種を含む合金、酸化物、炭化物、若しくは窒化物からなるものが好ましい。
【００１４】また、アーク放電による本溶接では、電極を金属部材に対して０．１〜０．５ｍｍの位置に近接して、０．１〜１０００Ａの電流を０．００１〜１．０秒間パルス状に通電して行うことが好ましい。
【００１５】また、本発明は、このような溶接方法に好適な溶接装置として、溶接材が、電極本体に、着脱可能かつその先端を突出した状態で嵌入してなる一次電極、金属部材に電気的に接続される二次電極、及びこれら電極間に、０．１〜１０００Ａの電流を０．１〜５．０秒間パルス状に通電する電源を有する予備加熱／仮付け部と、金属部材に近接される一次電極、金属部材に電気的に接続される二次電極、及びこれら一対の電極間に０．１〜１０００Ａの電流を０．００１〜１．０秒間パルス状に通電する電源を有し、アーク放電により仮付けされた溶接材を完全に溶融して金属部材の補修箇所を溶接する本溶接部とを備えることを特徴とする溶接装置を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明の溶接方法における一の実施形態を模式的に示す工程図である。
【００１７】図１に示すように、本発明の溶接方法では、まず、補修対象である金属部材３に、短時間通電して当該金属部材３を予備加熱する。これにより、後述する本溶接の際の電流及び溶接時間を効果的に低減できるため、酸化物の形成を防止することができる。
【００１８】本発明において当該予備加熱は、金属部材３、更には溶接材２を、１０〜１５００℃まで昇温して行うことが好ましく、２０〜１０００℃まで昇温して行うことがより好ましい。
【００１９】金属部材３、更には溶接材２が、この温度範囲まで昇温すれば、後述する点着溶接の際の電流及び溶接時間を効果的に低減できるとともに、予備加熱の際においても酸化物の形成といった問題を生じることがない。
【００２０】本発明において当該予備加熱の際に通電する電流は、金属部材３（及び溶接材２）を、上記所望の温度に短時間で昇温して、酸化物の形成といった問題を回避できる範囲が好ましく、具体的には、０．１〜１０００Ａの電流を通電することが好ましく、１．０〜８００Ａの電流を通電することがより好ましく、５．０〜７００Ａの電流を通電することが特に好ましい。
【００２１】また、当該電流の通電時間は、同様の観点から、０．１〜５．０秒間が好ましく、０．２〜４．５秒間がより好ましく、０．３〜４．０秒間が特に好ましい。
【００２２】また、通電する電流及び通電時間は、通電させる金属部材の材質に対応させて好適な範囲を選択することが好ましく、例えば、アルミニウム、銅、亜鉛、又はこれらの合金、若しくは酸化物からなるもの等、熱拡散性の大きなもの場合には、１０．０〜１０００Ａの電流を０．５〜５．０秒間通電して行うことが好ましく、２０．０〜９００Ａの電流を１．０〜４．５秒間通電して行うことがより好ましい。
【００２３】図１に示すように、本発明の溶接方法では、次に、少なくとも一部を溶融した溶接材２を、金属部材３に点着して仮付けする。
【００２４】本発明において金属部材３に溶接材２を仮付けする方法としては、例えば、▲１▼溶接材と金属部材との摩擦熱を利用して溶接材の一部を溶融し、当該溶融部分を金属部材に溶着する方法（図示せず）、▲２▼溶接材を予め金属部材上に配設しておき、金属部材及び溶接材に通電して抵抗熱により溶接材を溶融し、金属部材に溶着する方法（図示せず）、又は▲３▼図１に示すように、溶接材２を着脱可能、かつその先端で金属部材に接触可能な状態で一次電極１１に嵌入しておき、この溶接材２を嵌入した電極４を、金属部材３に近接してアークを放出させることにより溶接材２の先端２ａを溶融し、溶融した先端２ａを金属部材に圧着する方法等を挙げることができる。
【００２５】中でも、溶接材としてパウダー状のものや、棒状のもの等種々の態様のものを用いることができ、必要な範囲に必要な量の溶接材を仮付けすることが容易な点で抵抗熱による仮付け方法が好ましい。また、溶接材２を金属部材３に押圧して金属部材３に点着することが可能なるため、金属部材３の材料が、熱伝導性の大きなアルミナ等の場合でも容易に仮付けでき、しかも、微細な溶接材２から比較的大きな溶接材２まで、ピンポイントに簡易かつ確実に仮付けができる点ではアークによる仮付け方法が好ましい。
【００２６】また、上記アークにより仮付けを行う場合には、予備加熱の工程と仮付けの工程を連続的に行うことができ作業性が極めて高い点で、図１に示すように、一次電極４の電極本体に、溶接材２を着脱可能かつその先端を突出させて金属部材に接触可能な状態で嵌入しておき、予備加熱を、当該一次電極４、及び二次電極５を、金属部材３に電気的に接続して行い、そのまま連続して、当該一次電極４（溶接材２）を金属部材３から離してアークを発生させることで、溶接材２の先端を溶融し、当該溶融した溶接材２を金属部材３に押し付けて仮付けを行うことが好ましい。
【００２７】本発明においては、溶接材２の仮付けを行う前に、予め、金属部材３の補修箇所１０付近を、油分、ゴミ等を除去するため、アセトン等で洗浄しておくことが好ましい。
【００２８】また、本発明で用いられる溶接材２としては、溶接後の補修箇所を強固にするために、後述する金属部材３と、同材料又は易融合性の金属材料からなるものが好ましく、例えば、金型用鋼、鋳鋼、アルミニウム、銅、マグネシウム、金、銀、プラチナ、若しくは亜鉛の何れか１種、又はこれら金属の少なくとも１種を含む合金、酸化物、炭化物、若しくは窒化物からなるものを挙げることができる。
【００２９】また、溶接材２は、溶接する金属部材３の補修箇所１０の大きさや形状に応じて、適切なものを用いればよく、例えば、パウダー状のもの、線状のもの、又は棒状のもの等を挙げることができる。なお、線状の溶接材２を微細溶接に適用する場合には、直径を０．１〜５．０ｍｍとすることが好ましい。
【００３０】また、図１に示すアークを利用した仮付け方法では、全体の発熱量を抑えて、酸化物の形成等といった金属部材３に対する熱の影響を小さくするとともに、連続作業を容易にするため、前記予備加熱で記載した通電電流及び通電時間と同様の条件で仮付けを行うことが好ましい。
【００３１】本発明においてアークによる仮付け方法では、溶接材２からなる電極１１を、補修対象である金属部材３に、０．３〜０．７ｍｍ程度に近接して、アーク１を放出させることが好ましい。
【００３２】また、溶接材６は、溶接する金属部材３の補修箇所１０の大きさに応じて、適切な大きさのものを用いればよいが、例えば、アークによる仮付け方法で特に好適な微細溶接の場合であれば、後述する本溶接の際に、短時間の通電により溶接ができるように、長さ０．１〜５．０ｍｍのものを用いることが好ましい。
【００３３】また、抵抗熱を利用した仮付け方法においては、二次電極を、金属部材に接触させるとともに、パウダー状や棒状の溶接材に一次電極を押し付け、上記パルス電流を通電することにより溶接材を金属部材に溶着させればよい。
この際、一次電極としては、先細り形状等、溶接材を局部的に押え付けることが可能な形状が好ましい。また、パウダー状の溶接材を用いる場合には、磁石を内臓する等した磁力を有する第一次電極を用いることも好ましい（図示せず。）。
【００３４】図１に示すように、本発明の溶接方法では、次に、金属部材３に仮付けした溶接材６を、アーク放電１により溶融して、金属部材３の補修箇所を本溶接する。
【００３５】これにより、電極１１と溶接材２が隔離された状態で溶接材２が溶融するため、電極１１に溶接材２が付着することがなく、金属部材３の材料に拠らず、ピンポイントで溶接することができる。また、仮付けした溶接材６を、アーク放電８により瞬時に完全に溶融することができるため、酸化物を形成することなく１００％合金化した溶着金属１３を金属部材と完全に密着させて溶着金属の剥がれのない補修を行うことができる。
【００３６】本発明の溶接方法では、溶接材６及び金属部材３の変質を抑制するためには、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス、又は炭酸ガス等からなる保護ガス７を、２リットル／分以上の流量で、金属部材３上の溶接材２に放出しながらアーク放電を行うことが好ましい。
【００３７】また、本溶接で用いる一次電極１１は、アーク放電により溶融しないものが好ましく、例えば、タングステン又はタングステン合金等からなるものが好ましい。
【００３８】また、本発明における本溶接は、溶接材２を完全に溶融させながらも、金属部材３に酸化物等を形成させないように、一次電極を金属部材に対して０．１〜０．５ｍｍの位置に近接して、０．１〜１０００Ａの電流を通電して行うことが好ましく、２０．０〜９００Ａの電流で行うことがより好ましく、１００〜９００Ａの電流で行うことが特に好ましい。
【００３９】また、本発明における本溶接は、全体の発熱量を抑えて、酸化物の形成等の金属部材３に対する熱の影響を小さくするために、０．００１〜１．０秒間パルス状に通電して行うことが好ましく、０．０１〜０．５秒間パルス状に通電して行うことがより好ましく、０．０３〜０．３秒間パルス状に通電して行うことが特に好ましい。
【００４０】なお、本発明においては、予め、金属部材３及び溶接材２を予備加熱していることから、所望の本溶接が、従来の方法に比べより低電流かつ短時間のパルス放電により可能となっている。
【００４１】また、本発明においては、以上の工程で補修を完了してもよいが、過剰に付着した溶着金属を除去するために、補修部付近を研磨することが好ましい。
【００４２】次に、このような溶接方法に好適な溶接装置について説明する。
本発明の溶接方法に好適な溶接装置としては、金属部材に通電して金属部材に抵抗熱を発生させるとともに、溶接材の一部を溶融して予備加熱された金属部材に溶着する予備加熱／仮付け部（「予備加熱及び仮付けに関与する部」という意味である。以下、同様とする。）と、仮付けされた溶接材を完全に溶融する本溶接部とを備えるものを挙げることができる。
【００４３】また、本発明における予備加熱／仮付け部は、溶接材が、電極本体に、着脱可能かつその先端が突出した状態で嵌入されている一次電極、金属部材に電気的に接続される二次電極、及びこれら電極間に０．１〜１０００Ａの電流を０．１〜５．０秒間パルス状に通電する電源を有するものが好ましい。
【００４４】また、本溶接部としては、金属部材に近接される一次電極、金属部材に電気的に接続される二次電極、及これら一対の電極間に０．１〜１０００Ａの電流を０．００１〜１．０秒間パルス状に通電する電源を有するものが好ましい。
【００４５】また、予備加熱／仮付け部の電源としては、例えば、図２に示すような、ＡＣ／ＤＣ変換機３１、放電時間制御部３３、及び電流制御部３２を備えるものを挙げることができる。また、溶接装置に用いる電源としては、仮付け部に用いる電源の構成に加え、図３に示すような、パワー部３４と、放電時間制御部３３と、電流制御部３２とを備えるものを挙げることができる。
【００４６】また、アーク放電による本溶接部においては、電源２２に電気的に接続してアークを放電する電極に加え、ガス源に連通し補修箇所に向けて保護ガスを放出するガス放出手段を有するものが好ましい。
【００４７】また、本発明の溶接装置では、予備加熱／仮付け部、及び本溶接部の各電源がスイッチで切り替え可能なものが好ましく、予備加熱／仮付け部、及び本溶接部の各電極が取り外しにより交換可能なものが好ましい。
【００４８】また、本発明の溶接装置は、ガス源を装置内に具備するものでも、保護ガスを外部のガス源（図示せず）から保護ガス導入口（図示せず）を介して導入し、ガス源を装置内に具備しないものでもよい。
【００４９】なお、溶接装置の各部の設定条件等、その他の点については、前述した本発明の溶接方法で述べたものと同様であり、ここでは、その説明を省略する。
【００５０】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明するが、本発明は、以下に示す実施例により何ら制限されるものではない。
【００５１】
（実施例１）
【００５２】まず、一部に亀裂を有するアルミナからなる金属部材の表面を温水で洗浄した後、アルミニウムからなる直径０．５ｍｍ、長さ３．０ｍｍの線材を嵌入した一次電極と、通常の二次電極とを、亀裂部分の両側の位置で、金属部材に接触させ、１００Ａの電流を０．３秒間パルス状に通電して金属部材を２００℃まで加熱した。
【００５３】次いで、そのまま一次電極を、金属部材から０．５ｍｍ程度まで引き離してアークを発生させ、その直後、アークによりその先端が溶融した溶接材を、金属部材に点着して仮付けした。
【００５４】次いで、電源を本溶接用の電源に切り替えるとともに、一次電極をタングステン製のアーク放電用電極に交換して金属部材から０．５ｍｍ程度に位置させ、１５０Ａの電流を１．０秒間パルス状に通電して、金属部材に点着した溶接材に向けてアークを放電して本溶接を行った。また、当該本溶接は、アルゴンガスを流しながら行った。
【００５５】補修完了後の溶接部分周辺を拡大鏡で確認したところ、酸化物の形成はなく、美麗な仕上りが確認された。また、溶接部分の材質を拡大鏡で確認したところ１００％合金化していることが確認された。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶接方法及び溶接装置によれば、金属部材や溶接材を、予め所定温度まで昇温させることで、その後の本溶接を、従来適用されていた条件に比べ、非常に低電流かつ短時間で行うことが可能となる。このため、溶接材の仮付けやその後の本溶接の際、補修対象である金属部材に酸化物が形成されてしまうことが殆どなく、微細な損傷を有する金属部材に対して美麗な仕上りの補修が可能となる。
【００５７】従って、成形金型、プレス金型、冶工具等の補修に好適であることは勿論であるが、特に補修後の仕上りが問題となる日用品や宝飾品等の補修に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接方法における一の実施形態を模式的に示す工程図である。
【図２】本発明の溶接装置において、予備加熱／仮付け部を構成する電源の一例を模式的に示す回路図である。
【図３】本発明の溶接装置において、溶接部を構成する電源の一例を模式的に示す一部回路図である。
【符号の説明】
２…溶接材、２ａ…先端部、３…金属部材、４…一次電極（抵抗溶接用）、５…二次電極、６…溶接材（不完全溶融によって仮付けされたもの）、７…保護ガス、９…溶接部位、１０…補修箇所、１１…一次電極、１３…溶着金属、１４…アーク溶接用トーチ（タングステン電極）、１８，１９…溶接装置、３１…ＡＣ／ＤＣ変換機、３２…電流制御部、３３…放電時間制御部、３４…パワー部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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