(57)【要約】      （修正有）【課題】母材鋼板の表面に耐物理特性を備えた金属層を精度よく且つ、低コストで形成することができる肉盛構造を提供する。【解決手段】母材鋼板１の表面に配設され、複数の貫通孔３を有する耐物理特性を有する平板状の被覆材２とを備え、前記貫通孔を介して前記母材鋼板と前記被覆材とをレーザ溶接する。前記被覆材の前記貫通孔は、板厚が薄い場合には前記貫通孔の配設数を疎にし、板厚が厚い場合には前記貫通孔の配設数を密にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接部材である母材鋼板と、
前記母材鋼板の表面に配設され、複数の貫通孔を有する耐物理特性を有する平板状の被覆材とを備え、
前記貫通孔を介して前記母材鋼板と前記被覆材とをレーザ溶接させることを特徴とする肉盛溶接構造。
【請求項２】
前記補強鋼材の前記貫通孔は、板厚が薄い場合には前記貫通孔の配設数を疎にし、板厚が厚い場合には前記貫通孔の配設数を密にしたことを特徴とする請求項１記載の肉盛溶接構造。
【請求項３】
前記被覆材の板厚Ｔｂと、該被覆材の溶融後の必要肉盛厚さＴａ、前記貫通孔径Ｄｈと、前記貫通孔間距離Ｌの関係は、
１．５×Ｔａ≦Ｔｂ≦５ｍｍ
０＜Ｄｈ≦１／３×Ｔｂ
Ｄｈ≦Ｌ≦３Ｄｈ
としたことを特徴とする請求項１乃至２いずれの項に記載の肉盛溶接構造。
【請求項４】
前記被覆材はメッシュ状に編まれたメッシュ材としたことを特徴とする請求項１記載の肉盛溶接構造。
【請求項５】
前記メッシュ材はメッシュを構成する素材間の距離は必要肉盛厚さに対し、前記素材の断面積が増大するに伴い、大きくなるようにしたことを特徴とする請求項４記載の肉盛溶接構造。
【請求項６】
前記被覆材は該被覆材の端部を前記母材鋼板に固定してから前記レーザビームの照射を開始するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の肉盛溶接構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母材鋼板の表面に耐物理特性を有した部材の金属層を形成するための肉盛溶接鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体である粉体、気体等が接触する部分には粉体、気体による摩耗、腐蝕が発生することが多々ある。夫々に対応した特性を持つ金属材料を使用すればよいが、このような特性を有する金属材料はコストが高くなる。
その対応として、母材鋼板の表面に耐摩耗、又は耐腐食性の物理特性を有した材料を肉盛溶接により形成することが知られている。
【０００３】
肉盛溶接する場合、ＭＩＧ溶接（Metal  Inert  Gas  Welding）による溶接方法の場合は、消耗式電極であることから母材鋼板の表面に耐物理特性を有した溶接材料を送給装置によって自動的に送給されるので、物理特性を有した金属層の厚さ調整が難しい。
【０００４】
また、第１の従来例として、母材鋼板（被溶接材）の表面に耐物理特性を有した薄板状の被覆材を配置してレーザビーム溶接で溶接した金属層を形成する方法が開示されている。
その一例として、図８に示すように、板厚が３ｍｍのＳＵＳ材の母材鋼板に、３０μｍのＳＵＳ材の被覆材を配置し、半導体レーザ溶接機（出力；５００Ｗ、溶接速度３５ｍ／ｍｉｎ）で溶接した場合は、被覆部材の途中で切断する不具合が発生している。
これは、被覆部材は熱を十分に受けて溶融するが、被覆部材が母材鋼板へのレーザビームを妨げ、母材鋼板の溶け込みが不十分であったと考えられる。
【０００５】
また、第２の従来例として、図９に示すように、板厚が１．２ｍｍのアルミ材の母材（被溶接材）に、１．２ｍｍのアルミ材の被覆材を配置し、半導体レーザ溶接機（出力；４ｋＷ、溶接速度０．８ｍ／ｍｉｎ）で溶接した場合は、被覆材に熱変形が生じて浮き上がりが生じる不具合が発生している。
【０００６】
また、別の第３の従来例として、図１０に示すように、板厚が５．５ｍｍの析出強化型Ｎｉ基精密鋳造合金の母材鋼板表面に、板厚が１．５ｍｍのＮｉ基超合金の被覆材を配置し、半導体レーザ溶接機（出力；３ｋＷ、溶接速度；６５ｍｍ／ｓｅｃ）で溶接した場合は、母材との攪拌が少ないルート部に亀裂が発生していることが判った。
【０００７】
また、母材鋼板に耐物理特性を有した金属層を形成する方法として、特開２００２−１３７０５９号公報（特許文献１）が開示されている。
特許文献１によると、母材鋼板の表面に多数の貫通孔を有した打ち抜き鋼板を溶接接合する。打ち抜き鋼板の各貫通孔に耐摩耗性金属を溶接肉盛して、母材鋼板の表面に多数の肉盛部を形成している。
多数の肉盛部は打ち抜き鋼板のリブ部と溶融して合体し、母材鋼板の表面に耐摩耗性の硬化金属層を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３７０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、第１、第２及び大３の従来例においては、レーザビームが被覆材からの熱によって母材鋼板を溶融させる構造なので、被覆材に熱が入りすぎて亀裂を生じる場合（第１従来例）、同一板厚で母材鋼板より多く被覆材に熱が入りすぎて変形する場合（第２従来例）及び、母材鋼板に十分に熱が伝わらなくて、溶融部に亀裂が生じる不具合がある。
また、特許文献１の開示技術は、耐摩耗性を有した溶接材をＭＩＧ溶接等の自動送給装置によって送給される方法なので、肉盛材の必要肉盛厚さの調整が難しく、厚さ精度及び、材料費のコスト高になる。
更に、打ち抜き鋼板を母材鋼板に溶接して、打ち抜き孔に耐摩耗性金属（溶接材）を溶融充填し、打ち抜き鋼板のリブ部と溶融して溶接させるので、溶接材が異なる溶接作業を２度行うもので、設備の移動に伴う工数等が増加する不具合を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、母材鋼板の表面に耐物理特性を備えた金属層を精度よく且つ、低コストで形成することを目的とする。
【００１１】
本発明はかかる課題を解決するため、被溶接部材である母材鋼板と、
前記母材鋼板の表面に配設され、複数の貫通孔を有する耐物理特性を有する平板状の被覆材とを備え、前記貫通孔を介して前記母材鋼板と前記被覆材とをレーザ溶接させることを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、被覆材の貫通孔に沿ってレーザビームを照射するので、母材鋼板及び、被覆材ともに溶融が確実になされ、相互の溶着が確実になると共に、貫通孔の周辺からの溶接だれにより貫通孔を閉塞し、全面に耐物理特性金属層が形成される。
また、平板状の被覆材としたので、耐物理特性金属層の成形厚さを要望通りに製作しやすく、材料費低減による低コストが可能となる。
【００１３】
また、本発明において好ましくは、前記被覆鋼材の前記貫通孔は、板厚が薄い場合には前記貫通孔の配設数を疎にし、板厚が厚い場合には前記貫通孔の配設数を密にするとよい。
【００１４】
かかる発明によれば、被覆材に配設する貫通孔数を、板厚が薄い場合には貫通孔の配設数を疎にし、板厚が厚い場合には貫通孔の配設数を密にすることにより、厚さが薄い場合は溶接熱が入りすぎて溶融材が弾かれ、又は溶けすぎて耐物理特性金属層の形成が薄くなるのを防止する。
一方、板厚が厚い場合は被覆材への熱が十分でなくなり、溶融不足による耐物理特性金属層の形成が薄くなると共に、母材鋼板との溶着（溶け込み）が不足するのを防止する。
【００１５】
また、本発明において好ましくは、前記被覆材の板厚Ｔｂと、該被覆材の溶融後の必要肉盛厚さＴａ、前記貫通孔径Ｄｈと、前記貫通孔間距離Ｌの関係は、
１．５×Ｔａ≦Ｔｂ≦５ｍｍ
０＜Ｄｈ≦１／３×Ｔｂ
Ｄｈ≦Ｌ≦３Ｄｈ
とするとよい。
【００１６】
かかる発明によれば、被覆材の板厚Ｔｂと、該被覆材の溶融後の必要肉盛厚さＴａ、貫通孔径Ｄｈと、貫通孔間距離Ｌの関係をきめることにより、母材鋼板と被覆材の溶着が確実になると共に、必要肉盛厚さＴａの確保も容易となり、品質が安定する。  
【００１７】
また、本発明において好ましくは、前記被覆材はメッシュ状に編まれたメッシュ材とするとよい。
【００１８】
かかる発明によれば、被覆材をメッシュ状に編まれた板材とすることで、レーザビームの照射が被覆材及び、母材鋼板にきめこまかくいきわたり全域での溶着が確実となり、被覆材と母材鋼板との間に空気層が発生し難くなり、品質が安定する。
【００１９】
また、本発明において好ましくは、前記メッシュ材はメッシュを構成する素材間の距離は必要肉盛厚さに対し、前記素材の断面積が増大するに伴い、大きくなるようにするとよい。
【００２０】
かかる発明によれば、メッシュを構成する素材間の距離は必要肉盛厚さに対し、前記素材の断面積が増大するに伴い、大きくなるようにすることで、耐物理特性金属層の必要肉盛厚さの精度が向上し、材料コストの低減が可能となる。
【００２１】
また、本発明において好ましくは、前記被覆材は該被覆材の端部を前記母材鋼板に固定してから前記レーザビームの照射を開始するようにするとよい。
【００２２】
かかる発明によれば、被覆材の端部を母材鋼板に固定することにより、レーザビームの照射により溶融した部分が凝固する際に収縮し、端部の被覆材位置がずれるとともに、必要肉盛厚さが設定厚さより厚くなるのを防止でき、材料費の削減効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
被覆材の貫通孔を介して被覆材の貫通孔周辺と母材鋼板とをレーザ溶接することで、母材鋼板及び、被覆材ともに溶融が確実になされ、相互の溶着が確実になると共に、貫通孔の周辺からの溶接だれにより貫通孔を閉塞し、全面に耐物理特性保有金属層が形成される。
また、平板状の被覆材としたので、耐物理特性保有金属層の成形厚さを要望通りに製作しやすく、材料費低減による低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の構成の概略平面図を示す。
【図２】図1のＡ−Ａ矢視図を示す。
【図３】図２の溶接後のＢ部拡大図を示す。
【図４】本発明に係る第１実施形態の施工実施条件を示す。
【図５】本発明に係る第２実施形態の構成の概略平面図を示す。
【図６】本発明に係る第２実施形態の必要肉盛厚さＴａ=1の場合のメッシュワイヤ径に対するメッシュ間距離の関係を表に示す。
【図７】図6におけるメッシュワイヤ断面積とメッシュ間距離の関係図を示す。
【図８】第１の従来例を示す。
【図９】第２の従来例を示す。
【図１０】第３の従来例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施形態を図面に沿って説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る第１実施形態の構成の概略平面図を示す。
1は被溶接部材である母材鋼板であり、該母材鋼板１の表面には耐物理特性を有した平板状の被覆材２が固定されている。
図２に示すように、母材鋼板１の表面固定された被覆材２の上方にレーザ溶接ヘッド６が右方向へ（図２において）移動可能にセットされる。
被覆材２は母材鋼板１の表面に肉盛される材料となる。
耐物理特性とは、耐蝕性、耐摩耗性、耐熱性等の使用目的に優れた物理的特性を有した金属部材であり、耐蝕性に優れた部材としてはＳＵＳ、強靭性に優れた部材としてはチタン、耐蝕性、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性および耐クリープ性に優れた部材としてＮｉ基超合金等のことを示す。
被覆材２は全体に多数の円形状の貫通孔３が配設されている。
【００２７】
図４に基づいて被覆材２の形状について説明する。
母材鋼板１の表面に形成する耐物理特性金属層の必要肉盛厚さＴａは要求仕様によって決まる。本実施形態においては必要肉盛厚さＴａ＝１ｍｍとした。
被覆材２は耐蝕性を有したステンレス（ＳＵＳ）を使用して、被覆材２の厚さＴｂ、貫通孔径Ｄｈ、貫通孔間距離Ｌの関係を次のようにした。
肉盛厚さ    ；Ｔａ＝１ｍｍ
被覆材厚さＴｂ；Ｔｂ＝１．５×Ｔａ＝１．５ｍｍ
貫通孔径Ｄｈ  ；Ｄｈ＝１／３×Ｔｂ＝０．５ｍｍ
貫通孔間距離Ｌ；Ｌ≧Ｄｈ＝０．５ｍｍ
とした。
被覆材厚さＴｂはレーザ溶接により溶融した被覆材２が貫通孔３に流入する分と、溶融した金属が再凝固する際に生起する引け量を見込む必要がある。
貫通孔径Ｄｈと貫通孔間距離Ｌは、被覆材厚さＴｂによっても異なるが、レーザビーム６１が貫通孔３周辺を溶かし且つ、母材鋼板１も溶かし、被覆材２の溶融と母材鋼板１の溶融とが融合して、確実な溶接が実行されることと、必要肉盛厚さＴａが確保されるように設定されることが必要である。
【００２８】
即ち、耐物理特性を有した被覆材２に貫通孔３を設けることにより、貫通孔３の周辺を溶融させると共に、レーザビーム６１が貫通孔３を通って母材鋼板１に直接照射されて、確実な溶融を行わせるようになっている。
従って、母材鋼板１と被覆材２とは直接溶着する構造なので、被覆材としての信頼性が高くなる。
【００２９】
また、被覆材２の外周端縁全周に略等間隔で半円形状の固定用切欠き５が複数個配設されている。
この固定用切欠き５は、貫通孔３を介して被覆材２を母材鋼板１にレーザ溶接する前に、該被覆材２の端部を母材鋼板１に固定するためのものである。
被覆材２の端部を母材鋼板に固定することにより、レーザ溶接により被覆材２の溶融した部分が凝固する際に収縮し、端部の被覆材被覆位置がずれることを防止して、必要肉盛厚さＴａが設定厚さより厚くなるのを防止して、材料費の削減効果を得ると共に品質の安定性を確保し易くすることができる。
【００３０】
従って、上記の被覆材２の厚さＴｂ、貫通孔径Ｄｈ、貫通孔間距離Ｌの関係にこだわることなく、被覆材２の貫通孔３は、板厚Ｔｂが薄い場合には貫通孔３の配設数を疎にし、板厚Ｔｂが厚い場合には貫通３孔の配設数を密にすることにより、母材鋼板１も溶かし、被覆材２の溶融と母材鋼板１の溶融とが融合して、確実な溶接が実行される。
【００３１】
図３は図２のＢ部拡大図を示し、レーザ溶接ヘッド６で貫通孔３と母材鋼板１とを溶融した部分である。被覆材２は貫通孔３の周辺が溶接ダレして、貫通孔３に流れ込んで、必要肉盛厚さＴａを形成している。
そして、母材鋼板１には、母材鋼板１と被覆材２との融合部Ｍが形成され、貫通孔中心部が一番深く溶け込んでおり、貫通孔中心部から外周に向かって円錐形状に浅くなっていることが判る。
【００３２】
上記の実験結果から、被覆材２の板厚Ｔｂと、該被覆材２の溶融後の必要肉盛厚さＴａ、貫通孔径Ｄｈと、貫通孔間距離Ｌの関係は、
１．５×Ｔａ≦Ｔｂ≦５ｍｍ
０＜Ｄｈ≦１／３×Ｔｂ
Ｄｈ≦Ｌ≦３Ｄｈ
とした。
即ち、板厚Ｔｂ≦５ｍｍとしたのは、肉盛量が多すぎて被覆材と母材鋼板１との溶け込みが十分に行われない場合が発生する。一方、板厚Ｔｂ≧１．５×必要肉盛厚さＴａとしたのは貫通孔に溶融した被覆材が充填された時の必要肉盛厚Ｔａを確実に確保するためである。
更に、貫通孔径Ｄｈは大きすぎると、上述の通り必要肉盛厚さＴａが確保し難くなり、貫通孔がない（貫通孔径Ｄｈ＝０）場合、母材鋼板にレーザビームが直接照射されないので、母材鋼板１と被覆材２の溶融接合が十分に行われない。
貫通孔間距離Ｌについても、板厚Ｔｂ、貫通孔径Ｄｈとの関係から、貫通孔間距離Ｌが大き過ぎると、必要肉盛厚さＴａが厚くなり、材料の無駄が発生しコストが高くなり、小さ過ぎると必要肉盛厚さＴａの確保が難しくなる。
貫通孔間距離Ｌを、Ｄｈ≦貫通孔間距離Ｌ≦３Ｄｈとしたのは、貫通孔間距離Ｌが小さいと必要肉盛厚さＴａが確保し難くなる。
一方、貫通孔距離Ｌが大きいと、母材鋼板１と被覆材２との溶着不具合発生の可能性が高くなる。
しかし、母材鋼板１と被覆材２との密着を確実にするためには貫通孔間距離Ｌは短くする必要がある。
従って、貫通孔間距離Ｌは、Ｄｈは最小０．５ｍｍ以上で、最大が３Ｄｈの範囲とした。
【００３３】
このような構造（方法）で溶接することにより、被覆材２の貫通孔３を介してレーザビーム６１を照射するので、母材鋼板１及び、被覆材２ともに溶融が確実になされ、相互の溶着が確実になると共に、貫通孔３周辺からの溶接だれにより貫通孔３を閉塞し、全面に耐物理特性保有金属層が形成される。
また、平板状の被覆材２としたので、耐物理特性保有金属層の成形厚さを要望通りに製作しやすく、品質が安定し、材料費低減による低コスト化が可能となる。
また、
【００３４】
（第２実施形態）
本実施形態を図５及び、図６に基づいて説明する。
尚、本第２実施形態は第１実施形態に対し、母材鋼板１と被覆材７との溶接方法は同じなので、溶接方法については省略し、被覆材７の形状について説明する。
また、同じ内容のものは同一符号を付して、説明は省略する。
【００３５】
図５（Ａ）は耐物理特性を有する金属素材７１（以後「ワイヤ」と称する）を平板状に編みこんだ被覆材７であり、（Ｂ）はその部分拡大図を示す。
被覆材７はワイヤ７１を格子状に編みこんであり、ワイヤ７１とワイヤ７１との間にはメッシュ間距離（隙間）Ｌｍが設けられている。図５（Ｂ）においてメッシュ間距離Ｌｍで囲まれたメッシュ空間７２は正方形状になっている。
このメッシュ空間７２を介してレーザビーム６１にて母材鋼板１とワイヤ７１とを溶接するものである。
尚、本実施形態ではメッシュ空間７２は正方形状になっているが、長方形でもよく、要するに溶融したワイヤ７１が溶け込むメッシュ空間７２の断面積によって、必要肉盛厚さＴａがきまるものである。
【００３６】
本実施形態における必要肉盛厚さＴａ＝１ｍｍを被覆する場合のワイヤ７１とメッシュ間隔Ｌｍとの関係を図６（表）に基づいて説明する。
第１実施例にて既述した通り、ワイヤ７１のワイヤ径はレーザ溶接により溶融したワイヤ７１の溶融材がメッシュ空間７２に流入する分と、溶融した金属が再凝固する際に生起する引け量を見込む必要がある。
メッシュ間隔Ｌｍ（正方形の場合）とワイヤ径φＤとの間には図６のような関係がある。
即ち、ワイヤ径φＤが大きくなるとメッシュ間距離Ｌｍは大きくなることが判る。レーザビーム６１がワイヤ７１を溶かし且つ、母材鋼板１も溶かし、ワイヤ７１の溶融と母材鋼板１の溶融とが融合して、確実な溶接が行われる。
図７にメッシュ間距離Ｌｍとワイヤ断面積ｍｍ２の関係を示したものである。
図７によるとワイヤ断面積ｍｍ２とメッシュ間距離Ｌｍとは比例した関係にあることがわかる。
【００３７】
また、本実施形態において、メッシュ状の被覆材７を母材鋼板１に固定する方法としては被覆材７の外周縁に沿ってレーザビーム６１を走査（移動）させることにより容易に可能となる。
【００３８】
このような構造にすることにより、被覆材７をメッシュ状に編まれた板材とすることで、レーザビームの照射が被覆材及び、母材鋼板にきめこまかくいきわたり全域での溶着が確実となり、被覆材と母材鋼板との間に空気層が発生し難くなり、品質が安定する。
また、メッシュを構成する素材間の距離は必要肉盛厚さに対し、前記素材の断面積が増大するに伴い、大きくなるようにすることで、耐物理特性保有金属層の必要肉盛厚さの精度が向上し、材料コストの低減が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
母材鋼板の表面に耐物理特性を有した部材の金属層を形成するための肉盛溶接鋼板として提供できる。
【符号の説明】
【００４０】
１          母材鋼板
２、７      被覆材
３          貫通孔
５          固定用切欠き
６          レーザ溶接ヘッド
７１        金属素線
７２        メッシュ空間
Ｔａ        必要肉盛厚さ
Ｔｂ        被覆材厚さ
Ｄｈ        貫通孔径
Ｌ          貫通孔間距離
Ｌｍ        メッシュ間距離
Ｍ          母材鋼板１と被覆材２との融合部
【図１】
2013158796.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013158796.tif 000009
【図８】
2013158796.tif 000010
【図９】
2013158796.tif 000011
【図１０】
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