(57)【要約】【課題】肉盛溶接によって形成されたビードの会合部における欠陥の発生が抑制された金属部材を提供する。【解決手段】金属部材１００は、金属からなるベース部材２と、ベース部材２の表面の少なくとも一部を覆うように配置され、金属からなる肉盛層５とを備える。上記肉盛層５は、幅方向に互いに第１の間隙部３１を形成する複数の第１ビード１１を含む第１ビード群５１と、第１の間隙部３１の幅方向両端側に位置する一対の第１ビード１１それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部３１に配置され、幅方向に互いに第２の間隙部３２を形成する複数の第２ビード１２を含む第２ビード群５２とを含む。そして、第２ビード１２において、ベース部材２に面する側の領域である第２ビード底面領域１２ｃの止端部１２ａ，１２ｂから離れた領域には、ベース部材２に向けて突出する第２ビード突出領域１２ｄが形成される。【選択図】図１
2016030283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなるベース部材と、
前記ベース部材の表面の少なくとも一部を覆うように配置され、金属からなる肉盛層と、を備え、
前記肉盛層は、
幅方向に互いに第１の間隙部を形成する複数の第１ビードを含む第１ビード群と、
前記第１の間隙部の幅方向両端側に位置する一対の前記第１ビードそれぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように前記第１の間隙部に配置され、幅方向に互いに第２の間隙部を形成する複数の第２ビードを含む第２ビード群と、を含み、
前記第２ビードにおいて、前記ベース部材に面する側の領域である第２ビード底面領域の止端部から離れた領域には、前記ベース部材に向けて突出する第２ビード突出領域が形成される、
金属部材。
【請求項２】
前記第２ビード突出領域は、前記第２ビードの幅方向中央部を含むように形成される、
請求項１に記載の金属部材。
【請求項３】
前記肉盛層は、
前記第２の間隙部の幅方向両端側に位置する一対の前記第２ビードそれぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように前記第２の間隙部に配置され、幅方向に互いに第３の間隙部を形成する複数の第３ビードを含む第３ビード群をさらに含み、
前記第３ビードにおいて、前記ベース部材に面する側の領域である第３ビード底面領域の止端部から離れた領域には、前記ベース部材に向けて突出する第３ビード突出領域が形成される、
請求項１または２に記載の金属部材。
【請求項４】
前記第３ビード突出領域は、前記第３ビードの幅方向中央部を含むように形成される、
請求項３に記載の金属部材。
【請求項５】
金属からなるベース部材を準備する工程と、
前記ベース部材上に金属からなる肉盛層を形成する工程と、を備え、
前記肉盛層を形成する工程は、
幅方向に互いに第１の間隙部を設けるように複数の第１ビードを含む第１ビード群を形成する工程と、
前記第１の間隙部の幅方向両端側に位置する一対の前記第１ビードそれぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように前記第１の間隙部に配置され、幅方向に互いに第２の間隙部を形成する複数の第２ビードを含む第２ビード群を形成する工程と、を含み、
前記第１ビード群を形成する工程および前記第２ビード群を形成する工程では、前記ベース部材と電極との間に形成されるアークの熱によって溶融した肉盛材が供給されつつ、前記第１ビードおよび前記第２ビードが形成され、
第２ビード群を形成する工程では、前記ベース部材に面する側の領域である第２ビード底面領域の幅方向両端から離れた領域に、前記ベース部材に向けて突出する第２ビード突出領域を含むように前記第２ビードが形成される、
金属部材の製造方法。
【請求項６】
前記第１ビード群を形成する工程および前記第２ビード群を形成する工程では、ビードの形成方向から見て、前記第１ビードおよび前記第２ビードの形成方向に対して交差する方向に交互に往復させつつ、前記第１ビードおよび前記第２ビードの形成方向に沿って前記電極を進行させることによって、前記第１ビードおよび前記第２ビードが形成される、
請求項５に記載の金属部材の製造方法。
【請求項７】
前記第２ビードの中央軸を含む領域である第１中央領域における前記電極の進行速さは、前記第１中央領域以外の領域における前記電極の進行速さよりも小さくなるように、前記電極の進行速さが制御される、
請求項６に記載の金属部材の製造方法。
【請求項８】
前記電極が前記第２ビードの中央軸上に位置する時に、前記電極の移動が停止される、
請求項７に記載の金属部材の製造方法。
【請求項９】
前記第２ビードの中央軸を含む領域である第２中央領域における前記電極と前記ベース部材との間に流れる電流値は、前記第２中央領域以外の領域における前記電流値よりも大きくなるように、前記電流値が制御される、
請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の金属部材の製造方法。
【請求項１０】
前記電極が前記第２ビードの中央軸上に位置する時に、前記電流値を増加させる、
請求項９に記載の金属部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から金属部材の表面の摩耗、硫黄分や高温酸化等による腐食、割れの発生の予防、または、摩耗等が発生した部分の補修を目的として肉盛溶接が行われている。この肉盛溶接では、母材表面に目的に応じた金属特性の溶接ビードが互いに隣接するように配置されることで、母材上に肉盛層が形成される。
【０００３】
肉盛溶接においては、肉盛層内の欠陥の発生を防止することが望まれる。一般的に、アーク溶接による肉盛溶接は、多パス溶接で施工され、隣り合うビード止端部がそれぞれ重なり合うように施工される。しかし、ビード止端部近傍の溶け込みは、ビード中央部に比較して浅く、多パス肉盛溶接部の各ビード重なり部は、止端部が重畳するため、スラグ巻込みや融合不良などの溶接欠陥が形成され易い。
【０００４】
肉盛溶接におけるビードの止端部が会合する部分の欠陥の発生を防止する従来技術として、隣り合うビードの重なり部分に発生するスラグ巻き込み、アンダーカット等の欠陥を防止する肉盛溶接方法が開示されている。この従来技術においては、母材表面を０〜２°の上り勾配としてビードを一定の間隔をあけて形成し、次に母材表面を０〜２°の下り勾配に設定して先に上り勾配で形成したビード間に新たにビードを形成する（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、上り角度でビードの形成を行うことによって、ビード両端のぬれ角が大きくなり、次のビードの形成を行うときにビードの止端部と母材との境界を十分に溶かし、境界部のスラグ巻き込みによる欠陥を防止するとともに、下り角度でビードの形成を行うことによって、溶接金属が両端に引っ張られ、重ね目のアンダーカットが発生しにくく外観の良好な肉盛溶接部が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３９５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように肉盛溶接においては、ビードの止端部が会合する部分における欠陥の抑制が重要な課題の一つである。
【０００７】
本発明はこのような課題に対応するためになされたものであって、その目的は、肉盛溶接によって形成された肉盛層のビードの会合部の欠陥の発生が抑制された金属部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従った金属部材は、金属からなるベース部材と、ベース部材の表面の少なくとも一部を覆うように配置され、金属からなる肉盛層とを備える。上記肉盛層は、幅方向に互いに第１の間隙部を形成する複数の第１ビードを含む第１ビード群と、第１の間隙部の幅方向両端側に位置する一対の第１ビードそれぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部に配置され、幅方向に互いに第２の間隙部を形成する複数の第２ビードを含む第２ビード群とを含む。そして、上記第２ビードにおいて、ベース部材に面する側の領域である第２ビード底面領域の止端部から離れた領域には、ベース部材に向けて突出する第２ビード突出領域が形成される。
【０００９】
本発明者らは、肉盛溶接において、スラグ巻き込みや融合不良に起因する欠陥の発生を抑制する方策について検討を行った。その結果、以下のような知見が得られた。金属部材の肉盛層において、複数の第１ビードを幅方向に離間させて形成し、第１ビード間に形成される第１の間隙部に第２ビードを配置するように形成することによって、隣り合うビードの止端部が直接会合することを回避できる。また、第１の間隙部の幅方向両端側に位置する第１ビードそれぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部に配置される第２ビードの、底面領域の止端部から離れた領域に第２ビード突出領域が形成されることによって、両側に位置する第１ビード止端部の十分な溶け込みを確保することが可能となる。その結果、ビード会合部におけるスラグ巻き込みや融合不良に起因する欠陥の発生を抑制できることを見出した。
【００１０】
本発明に従った金属部材においては、第２ビードの底面領域の止端部から離れた領域に、ベース部材に向けて突出する第２ビード突出領域が形成される。その結果、第１の間隙部両側に位置する第１ビードの止端部の十分な溶け込みを確保することができる。このような本発明に従った金属部材によれば、肉盛溶接によって形成された肉盛層のビードの会合部の欠陥の発生が抑制された金属部材を提供することができる。なお、本願においてビードの止端部とは、ビードの幅方向の端部を意味する。
【００１１】
上記金属部材においては、第２ビード突出領域は、第２ビードの幅方向中央部を含むように形成されてもよい。これにより、第２ビードの底面の幅方向中央部周辺に深い溶け込みを得ることができる。その結果、両側に位置する第１ビードの止端部の十分な溶け込みを確保することが可能となり、ビード会合部におけるスラグ巻き込みや融合不良に起因する欠陥の発生を抑制することができる。
【００１２】
上記金属部材においては、上記肉盛層は、第２の間隙部の幅方向両端側に位置する一対の第２ビードそれぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第２の間隙部に配置され、幅方向に互いに第３の間隙部を形成する複数の第３ビードを含む第３ビード群をさらに含んでもよい。上記第３ビードにおいて、ベース部材に面する側の領域である第３ビード底面領域の止端部から離れた領域には、ベース部材に向けて突出する第３ビード突出領域が形成されてもよい。これにより、ビード会合部におけるスラグ巻き込みや融合不良に起因する欠陥の発生を抑制しつつ、より厚みの大きい肉盛層を形成することができる。
【００１３】
上記金属部材においては、第３ビード突出領域は、第３ビードの幅方向中央部を含むように形成されてもよい。これにより、第３ビードの幅方向中央部周辺に深い溶け込みを得ることができる。その結果、両側に位置する第２ビードの止端部の十分な溶け込みを確保することが可能となり、ビード会合部におけるスラグ巻き込みや融合不良に起因する欠陥の発生を抑制することができる
【００１４】
本発明に従った金属部材の製造方法は、金属からなるベース部材を準備する工程と、ベース部材上に金属からなる肉盛層を形成する工程とを備える。上記肉盛層を形成する工程は、幅方向に互いに第１の間隙部を設けるように複数の第１ビードを含む第１ビード群を形成する工程と、第１の間隙部の幅方向両端側に位置する一対の第１ビードそれぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部に配置され、幅方向に互いに第２の間隙部を形成する複数の第２ビードを含む第２ビード群を形成する工程とを含む。上記第１ビード群を形成する工程および第２ビード群を形成する工程では、ベース部材と電極との間に形成されるアークの熱によって溶融した肉盛材が供給されつつ、第１ビードおよび第２ビードが形成される。上記第２ビード群を形成する工程では、ベース部材に面する側の領域である第２ビード底面領域の幅方向両端から離れた領域に、ベース部材に向けて突出する第２ビード突出領域を含むように第２ビードが形成される。
【００１５】
本発明に従った金属部材の製造方法によれば、金属部材の肉盛層において、複数の第１ビードを幅方向に離間させて形成し、第１ビード間に形成される第１の間隙部に、第２ビードが形成される。これにより、隣り合うビードの止端部が直接会合することを回避できる。また、第１の間隙部の幅方向両端側に位置する第１ビードそれぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部に配置される第２ビードの、底面領域の止端部から離れた領域に第２ビード突出領域が形成されることによって、両側に位置する第１ビードの止端部の十分な溶け込みを確保することが可能となる。その結果、ビード会合部におけるスラグ巻き込みや融合不良に起因する欠陥の発生を抑制することが可能となる。
【００１６】
上記金属部材の製造方法においては、第１ビード群を形成する工程および第２ビード群を形成する工程では、ビードの形成方向（ビードの延在方向に沿った方向）から見て、第１ビードおよび第２ビードの形成方向に対して交差する方向に交互に往復させつつ、第１ビードおよび第２ビードの形成方向に沿って電極を進行させることによって、第１ビードおよび第２ビードが形成されてもよい。このようにすることにより、各ビードにおいて深い溶け込みを形成する位置を容易に調整することが可能となる。
【００１７】
上記金属部材の製造方法においては、第２ビードの中央軸を含む領域である第１中央領域における電極の進行速さは、前記第１中央領域以外の領域における電極の進行速さよりも小さくなるように、電極の進行速さが制御されてもよい。これにより、上記第２ビードの中央軸を含む領域に、深い溶け込みを容易に形成することが可能となる。
【００１８】
上記金属部材の製造方法においては、電極が第２ビードの中央軸上に位置する時に、電極の移動が停止されてもよい。これにより、上記第２ビードの中央軸を含む領域に、深い溶け込みを容易に形成することが可能となる。
【００１９】
上記金属部材の製造方法においては、第２ビードの中央軸を含む領域である第２中央領域における電極とベース部材との間に流れる電流値は、第２中央領域以外の領域における電流値よりも大きくなるように、電流値が制御されてもよい。これにより、第２ビードの中央軸を含む領域に、深い溶け込みを容易に形成することが可能となる。
【００２０】
上記金属部材の製造方法においては、電極が第２ビードの中央軸上に位置する時に、電流値を増加させてもよい。これにより、上記第２ビードの中央軸を含む領域に、深い溶け込みを容易に形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明から明らかなように、本発明の金属部材およびその製造方法によれば、肉盛溶接によって形成された肉盛層のビードの会合部の欠陥の発生が抑制された金属部材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１の金属部材の構成を示す概略断面図である。
【図２】金属部材の製造の手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】ＧＭＡ溶接装置の構成を示す概略図である。
【図４】実施の形態１の第１ビード群の形成状態を示す概略断面図である。
【図５】実施の形態１の第２ビード群の形成状態を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態１の第３ビード群の形成状態を示す概略断面図である。
【図７】実施の形態１の第４ビード群の形成状態を示す概略断面図である。
【図８】実施の形態１の第５ビード群の形成状態を示す概略断面図である。
【図９】実施の形態１の第２ビード群形成工程における電極の進行状態を説明するための図である。
【図１０】実施の形態２の第１ビード群の形成状態を示す概略断面図である。
【図１１】実施の形態２の第２ビード群の形成状態を示す概略断面図である。
【図１２】実施の形態２の第３ビード群の形成状態を示す概略断面図である。
【図１３】実施の形態２の金属部材の構成を示す概略断面図である。
【図１４】実施の形態３の金属部材の構成を示す概略断面図である。
【図１５】金属部材の断面の光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２４】
＜実施の形態１＞
１．本実施の形態の金属部材の構成
図１は、実施の形態１の金属部材１００の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、金属部材１００は、金属からなるベース部材２と、ベース部材２の表面の少なくとも一部を覆うように配置され、金属からなる肉盛層５とを備える。また、図１を参照して、第１ビード群５１は、複数の第１ビード１１を含み、第２ビード群５２は、複数の第２ビード１２を含み、第３ビード群５３は、複数の第３ビード１３を含み、第４ビード群５４は、複数の第４ビード１４を含み、第５ビード群５５は、複数の第５ビード１５を含み、第６ビード群５６は、複数の第６ビード１６を含む。
【００２５】
また、金属部材１００は、幅方向に互いに第１の間隙部３１を形成する複数の第１ビード１１を含む第１ビード群５１と、第１の間隙部３１の幅方向両端側に位置する一対の第１ビード１１それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部３１に配置され、幅方向に互いに第２の間隙部３２を形成する複数の第２ビード１２を含む第２ビード群５２とを含む。そして、第２ビード１２において、ベース部材２に面する側の領域である第２ビード底面領域１２ｃの止端部１２ａ，１２ｂから離れた領域には、ベース部材２に向けて突出する第２ビード突出領域１２ｄが形成される。
【００２６】
２．本実施の形態の金属部材の製造方法
次に、図１〜図９を参照して、本発明の実施の形態１における金属部材１００の製造方法について説明する。図２は、金属部材１００の製造の手順の一例を示すフローチャートである。本実施の形態１における金属部材１００の製造方法は、金属からなるベース部材２を準備する工程（Ｓ１０）と、ベース部材２上に金属からなる肉盛層５を形成する工程（Ｓ２０〜Ｓ８０）とを備える。図１を参照して、肉盛層５は、ベース部材２上に、第１ビード群５１、第２ビード群５２、第３ビード群５３、第４ビード群５４、第５ビード群５５および第６ビード群５６が、順に積層して形成される。本実施形態においては、ＧＭＡ（Ｇａｓ  Ｍｅｔａｌ  Ａｒｃ）溶接の手法を用いて、ベース部材２と電極との間に形成されるアークの熱によって溶融した肉盛材が供給されつつ、肉盛層５の第１ビード１１〜第６ビード１６が形成される。
【００２７】
（１）ベース部材準備工程（Ｓ１０）
図２を参照して、本実施の形態における金属部材の製造方法では、初めに、ベース部材準備工程（Ｓ１０）が実施される。本工程（Ｓ１０）では、金属からなるベース部材２が準備される。ベース部材２は、たとえば炭素鋼からなっている。
【００２８】
（２）第１ビード群形成工程（Ｓ２０）
次に、第１ビード群形成工程（Ｓ２０）が実施される。本工程（Ｓ２０）では、幅方向に互いに第１の間隙部３１を設けるようにベース部材２の表面に接触する複数の第１ビード１１を含む第１ビード群５１を形成する。
【００２９】
図３は、本実施形態の金属部材の製造方法に用いるＧＭＡ溶接装置（消耗電極アーク溶接装置）８０の構成を示す概略図である。図３を参照して、ＧＭＡ溶接装置８０においては、肉盛材である溶接ワイヤ８１が電極となる。また、図示しない制御装置が、アーク溶接を行うための電圧及び電流を制御すると共に、溶接ワイヤの送給速度を制御する。トーチノズル８５は、溶接ワイヤ８１を保持するコンタクトチップ８６を備える。溶接ワイヤ８１としては、たとえば、ステンレス鋼であるＭＩＧ溶接用のソリッド溶接ワイヤを採用することができる。送給器８２にセットされた溶接ワイヤ８１は、図示しない溶接ワイヤ送給モータに接続される送給ローラ８３の回転によって、トーチノズル８５を通って予め定めた送給速度で送給される。
【００３０】
溶接ワイヤ８１は、図示しない溶接電源装置のプラス側電極に接続されている。一方、ベース部材２は、図示しない溶接電源装置のマイナス側電極に接続されている。そして、このプラス側電極とマイナス側電極との間に電圧が負荷されることにより、肉盛材である溶接ワイヤ８１とベース部材２との間にアーク８７が形成される。
【００３１】
このとき、たとえばアルゴン等のシールドガスがトーチノズル８５内に供給されて、コンタクトチップ８６の外周面とトーチノズル８５の内周面との間の空間を流れる。そして、トーチノズル８５の出口から矢印Ｇに沿って吐出され、アーク８７と外気とが遮断される。電極である溶接ワイヤ８１は、アーク８７の熱によって溶融し、溶滴を形成してベース部材２へ移行する。本工程（Ｓ２０）では、このアーク８７の熱により溶接ワイヤ８１およびベース部材２の一部が溶融し、第１ビード１１が形成される。
【００３２】
本実施形態においては、電極である溶接ワイヤ８１を各ビード（第１ビード１１〜第６ビード１６）の形成方向（図４〜図８において、紙面に垂直な方向）から見て、各ビードの形成方向に対して交差する方向に交互に往復させる。換言すれば、溶接トーチ８８（つまり、電極である溶接ワイヤ８１）を各ビードの形成方向に対してほぼ直角に交互に動かすウィービングを行いながら、各ビードの形成方向に沿って溶接トーチ８８をベース部材２に対して相対的に進行させることによって、各ビードが形成される。
【００３３】
図４は、第１ビード群５１の形成状態を示す概略断面図である。そして、本工程（Ｓ２０）では、ベース部材２の表面２ａに幅方向に互いに第１の間隙部３１を設けるように複数の第１ビード１１を含む第１ビード群５１を形成する。
【００３４】
（３）第２ビード群形成工程（Ｓ３０）
次に、第２ビード群形成工程（Ｓ３０）が実施される。図５は、第２ビード群５２の形成状態を示す概略断面図である。本工程（Ｓ３０）では、幅方向に互いに第２の間隙部３２が設けられた複数の第２ビード１２を含む第２ビード群５２を形成する。複数の第２ビード１２は、複数の第１ビード１１の間の第１の間隙部３１に配置されるように形成される。また、複数の第２ビード１２は、第１の間隙部３１の幅方向両端側に位置する一対の第１ビード１１それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部３１に配置されている。なお、図５に示す破線は、ベース部材肉盛側表面ライン並びに各ビードの形成時における輪郭であって、後の工程において溶融した領域を示している。図５〜図８および図１１〜１４のその他の図面においても同様である。
【００３５】
第２ビード群５２を形成する工程では、第１ビード群形成工程（Ｓ２０）と同様、ベース部材２と電極である溶接ワイヤ８１との間に形成されるアーク８７の熱によって溶融した溶接ワイヤ８１が肉盛材として供給されつつ、第２ビード１２が形成される。第２ビード群５２を形成する工程では、ベース部材２に面する側の領域である第２ビード底面領域１２ｃの止端部１２ａ，１２ｂから離れた領域に、ベース部材２に向けて突出する第２ビード突出領域１２ｄを含むように第２ビード１２が形成される。第２ビード突出領域１２ｄは、第２ビード１２の幅方向中央部を含むように形成される。これにより、本工程（Ｓ２０）において第１ビード１１の止端部１１ａ，１１ｂを含む領域が第２ビード１２に溶け込み、当該領域のスラグが、第２ビード１２の上面１２ｆへと浮上する。その結果、第１ビード１１と第２ビード１２との間におけるスラグ巻き込みが抑制される。また、同部の融合不良も抑制される。
【００３６】
次に、第２ビード突出領域１２ｄの形成方法について説明する。第２ビード１２も、第１ビードと同様にウィービングを行いながら、第２ビード１２の形成方向に沿って溶接トーチ８８をベース部材２に対して相対的に進行させることによって形成される。図９は、第２ビード群形成工程（Ｓ３０）における電極の進行状態を説明するための図である。図９を参照して、第２ビード１２は、方向Ｆに沿って形成される。また、溶接トーチ８８は、溶接経路１０１に沿ってベース部材２上を方向Ｆと交差する方向に移動する。本工程（Ｓ３０）では、溶接トーチ８８が、第２ビード１２の中央軸１０２上に位置する時に、溶接トーチ８８の移動が停止される。このため、第２ビード１２の中央軸１０２上では、溶接ワイヤ８１とベース部材２との間に流れる電流が経路上の他の地点よりも、長い時間流れることによって、第２ビード１２の幅方向中央部に第２ビード突出領域１２ｄが形成される。
【００３７】
第２ビード突出領域１２ｄの形成においては、溶接トーチ８８の移動を停止することに代えて、または停止することに加えて、溶接トーチ８８の進行速さを減速する領域として第２ビード１２の中央軸１０２を含む領域である第１中央領域１０３を設定して、第１中央領域１０３における電極の進行速さを第１中央領域１０３以外の領域における電極の進行速さよりも小さくなるように、溶接トーチ８８の進行速さを制御してもよい。
【００３８】
また、第２ビード突出領域１２ｄの形成においては、電流値を増加させる領域として第２ビード１２の中央軸１０２を含む領域である第２中央領域１０４を設定して、第２中央領域１０４における電流値を第２中央領域１０４以外の領域における電流値よりも大きくなるように、電流値を制御することによって第２ビード突出領域１２ｄを形成してもよい。さらに、第２中央領域における電流値を増加させることに代えて、またはこれに加えて、溶接ワイヤ８１が第２ビード１２の中央軸１０２上に位置する時に電流値を増加させることによって、第２ビード突出領域１２ｄを形成してもよい。なお、図９に示すように、本実施の形態においては、第１中央領域１０３と第２中央領域１０４とが一致しているが、異なるようにしてもよい。また、上記電極が、進行速さの制御と電流値の制御とを組み合わせて実施してもよい。
【００３９】
（４）第３ビード群形成工程（Ｓ４０）
次に、第３ビード群形成工程（Ｓ４０）が実施される。図６は、第３ビード群５３の形成状態を示す概略断面図である。本工程（Ｓ４０）では、第２の間隙部３２の幅方向両端側に位置する一対の第２ビード１２それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第２の間隙部３２に配置され、幅方向に互いに第３の間隙部３３を形成する複数の第３ビード１３を含む第３ビード群５３が形成される。第３ビード１３においても、ベース部材２に面する側の領域である第３ビード底面領域１３ｃの止端部１３ａ，１３ｂから離れた領域には、ベース部材２に向けて突出する第３ビード突出領域１３ｄが形成される。第３ビード突出領域１３ｄは、第３ビード１３の幅方向中央部を含むように形成される。これにより、第２ビード群形成工程（Ｓ３０）と同様、本工程（Ｓ４０）において第２ビード１２の止端部を含む領域が第３ビード１３に溶け込み、当該領域のスラグが、第３ビード１３の上面へと浮上する。その結果、第２ビード１２と第３ビード１３との間におけるスラグ巻き込みや融合不良が抑制される。
【００４０】
（５）第４ビード群形成工程（Ｓ５０）
次に、第４ビード群形成工程（Ｓ５０）が実施される。図７は、第４ビード群５４の形成状態を示す概略断面図である。図７を参照して、本工程では、第３の間隙部３３の幅方向両端側に位置する一対の第３ビード１３それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第３の間隙部３３に配置され、幅方向に互いに第４の間隙部３４を形成する複数の第４ビード１４を含む第４ビード群５４が形成される。第４ビード１４においても、第４ビード底面領域には、ベース部材２に向けて突出する第４ビード突出領域１４ｄが第４ビード１４の幅方向中央部を含むように形成される。これにより、第２ビード群形成工程（Ｓ３０）と同様、本工程（Ｓ５０）において第３ビード１３の止端部を含む領域が第４ビード１４に溶け込み、当該領域のスラグが、第４ビード１４の上面へと浮上する。その結果、第３ビード１３と第４ビード１４との間におけるスラグ巻き込みや融合不良が抑制される。
【００４１】
（６）第５ビード群形成工程（Ｓ６０）
次に、第５ビード群形成工程（Ｓ６０）が実施される。図８は、第５ビード群５５の形成状態を示す概略断面図である。図８を参照して、本工程（Ｓ６０）では、第３ビード群形成工程（Ｓ３０）同様、第４の間隙部３４の幅方向両端側に位置する一対の第４ビード１４それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第４の間隙部３４に配置され、幅方向に互いに第５の間隙部３５を形成する複数の第５ビード１５を含む第５ビード群５５が形成される。第５ビード１５においても、第５ビード底面領域には、ベース部材２に向けて突出する第５ビード突出領域１５ｄが第５ビード１５の幅方向中央部を含むように形成される。これにより、第２ビード群形成工程（Ｓ３０）と同様、本工程（Ｓ６０）において第４ビード１４の止端部を含む領域が第５ビード１５に溶け込み、当該領域のスラグが、第５ビード１５の上面へと浮上する。その結果、第４ビード１４と第５ビード１５との間におけるスラグ巻き込みや融合不良が抑制される。
【００４２】
（７）第６ビード群形成工程（Ｓ７０）
次に、第６ビード群形成工程（Ｓ７０）が実施される。図１を参照して、本工程（Ｓ７０）では、第４ビード群形成工程（Ｓ５０）と同様、第５の間隙部３５の幅方向両端側に位置する一対の第５ビード１５それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第５の間隙部３５に配置され、幅方向に互いに第６の間隙部３６を形成する複数の第６ビード１６を含む第６ビード群５６が形成される。第６ビード１６においても、第６ビード底面領域には、ベース部材２に向けて突出する第６ビード突出領域１６ｄが第６ビード１６の幅方向中央部を含むように形成される。これにより、第２ビード群形成工程（Ｓ３０）と同様、本工程（Ｓ７０）において第５ビード１５の止端部を含む領域が第６ビード１６に溶け込み、当該領域のスラグが、第６ビード１６の上面へと浮上する。その結果、第５ビード１５と第６ビード１６との間におけるスラグ巻き込みや融合不良が抑制される。
【００４３】
（８）仕上げ工程（Ｓ８０）
最後に、仕上げ工程（Ｓ８０）が実施される。本工程（Ｓ８０）では、最上層の第６ビード群５６が形成された後に肉盛層５の最上面に、研磨または塗装などの仕上げ処理を行う。以上の手順により、本実施の形態の金属部材１００の製造が完了する。なお、上記実施の形態においては、第１ビード群５１がベース部材２の表面に接触して形成される場合について説明したが、本発明の金属部材およびその製造方法はこれに限られず、たとえば突出領域を有さない通常のビードが積層されたベース層が形成された後、当該ベース層上に第１ビード５１群が形成されてもよい。このような構造および製造方法は、耐食性が重視される肉盛層が形成される場合に有効である。すなわち、突出領域を有する第２ビード１２がベース部材２の表面に接触して形成されることにより、突出領域を有さない通常のビードが形成される場合に比べて、ベース部材２を構成する金属の成分がより多く第２ビード１２中に侵入する。そして、当該成分は、第２ビード１２を介してその後に形成されるビードへと拡散する。その結果、肉盛層５がベース部材２よりも耐食性の優れた金属である場合、肉盛層５に期待される耐食性が十分に得られないおそれがある。これに対し、このような構造を採用することにより、高い耐食性をより確実に得ることができる。一方、強度が重視される肉盛層が形成される場合、スラグの巻き込みや融合不良に起因した欠陥をより確実に抑制可能な上記実施の形態における構造および製造方法が採用されることが好ましい。
【００４４】
本実施形態の金属部材１００およびその製造方法によれば、第１の間隙部３１の幅方向両端側に位置する第１ビード１１それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部３１に配置される第２ビード１２の底面領域１２ｃの止端部１２ａ，１２ｂから離れた領域に、ベース部材２に向けて突出する第２ビード突出領域１２ｄが形成される。その結果、両側に位置する第１ビードの止端部１１ａ，１１ｂの十分な溶け込みを確保することができる。また、第３ビード１３〜第６ビード１６についてもベース部材２に向けて突出する第３ビード突出領域１３ｄ〜１６ｄが形成される。そのため、各ビードにおけるスラグ巻き込みや融合不良が抑制される。したがって、肉盛溶接によって形成された肉盛層５のビードの会合部における欠陥の発生を抑制することが可能となる。
【００４５】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図１３は、実施の形態２の金属部材２００の構成を示す概略断面図である。実施の形態２の金属部材２００は、基本的には実施の形態１の金属部材１００と同様の方法によって製造されて同様の構成を有し、同様の効果を有する。しかし、第３ビード群〜第６ビード群の形成順序において、実施の形態２の金属部材２００は、実施の形態１の場合と異なっている。その結果、実施の形態２の金属部材２００は、実施の形態１の金属部材１００の場合とは、以下のような構造の違いを有する。
【００４６】
１．本実施の形態の金属部材の構成
図１３を参照して、金属部材２００は、金属からなるベース部材２と、ベース部材２の表面の少なくとも一部を覆うように配置され、金属からなる肉盛層６とを備える。また、図１３を参照して、第１ビード群６１は、複数の第１ビード２１を含み、第２ビード群６２は、複数の第２ビード２２を含み、第３ビード群６３は、複数の第３ビード２３を含み、第４ビード群６４は、複数の第４ビード２４を含む。図１に示す上述の実施の形態１の金属部材１００においては、肉盛層５の厚み方向に対してから見て、第１ビード２１の直上に第３ビード１３が形成され、第１ビード１１と第３ビード１３との間に第２ビード１２の一部が挟まり、第２ビード１２と第４ビード１４との間に第３ビード１３の一部が挟まる構成を有する。一方、図１３に示す本実施形態の金属部材２００は、肉盛層６の厚み方向に対して、第１ビード２１の直上に第４ビード２４が形成され、第１ビード２１と第４ビード２４との間に第２ビード２２および第３ビード２３の一部が挟まる構成を有する。
【００４７】
２．本実施の形態の金属部材の製造方法
次に、図１０〜図１３を参照して、本発明の実施の形態２における金属部材２００の製造方法について説明する。金属部材２００の製造の手順は、図２に示す金属部材１００の製造の手順と同様に実施することができる。
【００４８】
（１）ベース部材準備工程および第１ビード群形成工程
図１０は、第１ビード群６１の形成状態を示す概略断面図である。本実施の形態における金属部材の製造方法では、初めに、ベース部材準備工程が実施され、次に、第１ビード群形成工程が実施される。第１ビード群形成工程では、幅方向に互いに第１の間隙部４１を設けるようにベース部材２の表面２ａに接触する複数の第１ビード２１を含む第１ビード群６１を形成する。
【００４９】
（２）第２ビード群形成工程
次に、第２ビード群形成工程が実施される。図１１は、第２ビード群６２の形成状態を示す概略断面図である。本工程では、幅方向に互いに第２の間隙部４２を含む複数の第２ビード２２を含む第２ビード群６２を形成する。また、複数の第２ビード２２は、第１の間隙部４１の幅方向両端側に位置する一対の第１ビード２１それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第１の間隙部４１に配置されている。第２ビード２２においては、ベース部材２に向けて突出する第２ビード突出領域２２ｄが形成される。これにより、本工程において第１ビード２１の止端部２１ａ，２１ｂを含む領域が第２ビード２２に溶け込み、当該領域のスラグが、第２ビード２２の上面２２ｆへと浮上する。その結果、第１ビード２１と第２ビード２２との間におけるスラグ巻き込みや融合不良が抑制される。
【００５０】
（３）第３ビード群形成工程
次に、第３ビード群形成工程が実施される。図１２は、第３ビード群６３の形成状態を示す概略断面図である。本工程では、実施の形態１と異なり、第２ビード２２の直上に、幅方向に互いに第３の間隙部４３を形成する複数の第３ビード２３を含む第３ビード群６３が形成される。第３ビード２３においても、ベース部材２に向けて突出する第３ビード突出領域が形成される。第３ビード突出領域２３ｄは、第３ビード２３の幅方向中央部を含むように形成される。なお、第３ビード２３においては、第３ビード突出領域が形成されなくてもよい。
【００５１】
（４）第４ビード群形成工程
次に、第４ビード群形成工程が実施される。図１３は、第４ビード群６４の形成状態を示す概略断面図である。図１３を参照して、本工程では、第２ビード群形成工程と同様に、第３の間隙部４３の幅方向両端側に位置する一対の第３ビード２３それぞれの少なくとも一部に、厚み方向において重なるように第３の間隙部４３に配置され、幅方向に互いに第４の間隙部４４を形成する複数の第４ビード２４を含む第４ビード群６４が形成される。第４ビード２４においても、第４ビード底面領域には、ベース部材２に向けて突出する第４ビード突出領域２４ｄが第４ビード２４の幅方向中央部を含むように形成される。これにより、本工程において第２ビード２２の止端部２２ａ，２２ｂおよび第３ビード２３の止端部２３ａ，２３ｂを含む領域が第４ビード２４に溶け込み、当該領域のスラグが、第４ビード２４の上面２４ｆへと浮上する。その結果、第２ビード２２と第４ビード２４との間におけるスラグ巻き込みや融合不良および第３ビード２３と第４ビード２４との間におけるスラグ巻き込みや融合不良が抑制される。なお、本実施形態の金属部材２００においては、上記工程を繰り返して肉盛層の厚みを増大ざせてもよい。
【００５２】
（５）仕上げ工程
最後に、実施の形態１と同様、最上層の表面に仕上げ工程が実施される。以上の手順により、本実施の形態の金属部材２００の製造が完了する。
【００５３】
実施の形態２においては、実施の形態１と同様の効果が得られるだけでなく、ビード形成工程の順番を変えることによって、肉盛層６表面の平坦化を図ることが可能となる。
【００５４】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図１４は、実施の形態３の金属部材３００の構成を示す概略断面図である。実施の形態３において、ベース部材２に向けて突出する各ビードの突出領域がビード底面領域に２つ形成される。実施の形態３においては、ビードの突出領域が２つ形成される以外は実施の形態１と同じである。従って、本実施の形態の構成については、前述の図１と対応する構成には説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
【００５５】
図１４を参照して、金属部材３００は、金属からなるベース部材２と、ベース部材２の表面の少なくとも一部を覆うように配置され、金属からなる層が積層されている肉盛層７とを備える。また、図１４を参照して、第１ビード群７１は、複数の第１ビード９１を含み、第２ビード群７２は、複数の第２ビード９２を含み、第３ビード群７３は、複数の第３ビード９３を含み、第４ビード群７４は、複数の第４ビード９４を含み、第５ビード群７５は、複数の第５ビード９５を含み、第６ビード群７６は、複数の第１ビード９６を含む。
【００５６】
金属部材３００の第１ビード群７１〜第６ビード群７６の各ビードにおいては、ベース部材２に向けて突出する第２ビード突出領域９２ｄ，９２ｅがビード底面領域に複数個所（ここでは２か所）形成される。図１４を参照して、第２ビード９２を例として説明する。第２ビード９２は、ベース部材２に面する側の領域である第２ビード底面領域９２ｃの止端部９２ａ，９２ｂから離れた領域に、より具体的には、幅方向一止端部９２ａと中央部との間、および幅方向他止端部９２ｂと中央部と間の二か所において第２ビード突出領域９２ｄ，９２ｅが形成される。図１４に示されるように、本実施の形態においては、第２ビード９２は、厚み方向において第１ビード９１の止端部９１ａ，９１ｂに対応する領域を含むように、第２ビード突出領域９２ｄ，９２ｅが形成される。
【００５７】
次に、第２ビード突出領域９２ｄ，９２ｅの形成方法について説明する。本実施形態の第２ビード９２においても、ウィービングを行いつつ、第２ビード９２の形成方向に沿って溶接トーチ８８を進行させることによって形成される。本工程では、電極である溶接ワイヤ８１が、第２ビード９２の第２ビード突出領域９２ｄ，９２ｅに対応する場所に位置する時に、溶接トーチ８８の移動が停止される。
【００５８】
なお、第２ビード突出領域９２ｄ，９２ｅの形成においては、溶接トーチ８８の移動を停止することに代えて、または停止することに加えて、溶接ワイヤ８１が、第２ビード９２の第２ビード突出領域９２ｄ，９２ｅに対応する場所に位置する時に、電流値を増加させることによって、第２ビード突出領域９２ｄ，９２ｅを形成してもよい。
【００５９】
なお、上述の実施形態１〜実施形態３は、適宜組み合わせてもよい。
【００６０】
＜実施例＞
実施の形態１に基づいて金属部材を製造し、本発明の効果を確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。
【００６１】
ベース部材２として、軟鋼を準備し、ＭＩＧ−パルス溶接法によって、上記実施の形態１の場合と同様に、ベース部材２の表面に第１ビード群〜第６ビード群を形成した。溶接ワイヤ８１には、ソリッドワイヤであるＪＩＳ規格ＹＳ３０９ＬＳｉ（オーステナイト系ステンレス）を採用した。シールドガスとして、アルゴンガスに酸素ガス２体積％添加した混合ガスをトーチノズルの吐出口から毎分２５Ｌの流量で吐出させた。設定電流を２５０Ａとし、電流をパラメータとして、溶接ワイヤ送給速度およびアーク電圧が一義的に決定されるような制御である一元制御を用いてビードを形成した。ＭＩＧ−パルス溶接の速度は、毎分２０ｃｍとした。ウィービング条件として、ウィービングの振幅は、２０ｍｍ（片振り幅１０ｍｍ）とし、ビードの中央軸上において電極を一旦停止させつつ、ウィービングを実施した。また、同一ビード群における各ビード間の間隙部の幅は、３ｍｍとした。
【００６２】
次に、実験結果について説明する。図１５は、金属部材の断面マクロ写真である。図１５においては、スケールの１メモリは１ｍｍを示している。図１５を参照して、全てのビードにおいて、ビード底面の幅方向中央部周辺に深い溶け込みを形成することができた。そして、各ビードにおけるスラグ巻き込みや融合不良が無いことを確認することができた。
【００６３】
以上の実験結果から、本発明の金属部材およびその製造方法によれば、第２ビード〜第６ビードの底面の幅方向中央部周辺に突出領域が形成されることによって、各ビードが配置される間隙部の幅方向両端側に位置するビードの止端部の十分な溶け込みを確保することが可能となり、スラグ巻き込みや融合不良によるビードの会合部の欠陥の発生を抑制できることが確認された。
【００６４】
＜変形例＞
上記実施の形態における肉盛溶接方法においては、溶接ワイヤを電極として用いるＧＭＡ溶接機を利用した方法を例示しているが、アーク溶接方法として、セルフシールドアーク溶接、直流または交流のＴＩＧ溶接、プラズマアーク溶接等も使用することができる。
【００６５】
なお、上記の実施形態および実施例では、ベース部材を構成する金属の一例として機械構造用炭素鋼（ＪＩＳＧ４０５１参照）および軟鋼（ＪＩＳＧ３１３１参照）を取り上げたが、ベース部材を構成する金属はこれらに限られない。ベース部材を構成する金属として、例えば、機械構造用合金鋼（ＪＩＳＧ４０５３参照）、ステンレス鋼（ＪＩＳＧ４３０３参照）、冷間圧延鋼板（ＪＩＳＧ３１４１参照）、一般構造用圧延鋼板（ＪＩＳＧ３１０１参照）等の鉄系材料、または銅、銅合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金に代表される非鉄系材料など他の金属を使用してもよい。また、肉盛層（肉盛溶接ワイヤなどの肉盛材）を構成する金属として、例えば、機械構造用炭素鋼（ＪＩＳＧ４０５１参照）、機械構造用合金鋼（ＪＩＳＧ４０５３参照）、ステンレス鋼（ＪＩＳＧ４３０３参照）、各種硬化肉盛用合金等の鉄系材料、または銅、銅合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金に代表される非鉄系材料など他の金属を使用してもよい。
【００６６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６７】
２  ベース部材、２ａ  表面、５，６，７  肉盛層、１１，２１，９１  第１ビード、１２，２２，９２  第２ビード、１３，２３，９３  第３ビード、１４，２４，９４  第４ビード、１５，２５，９５  第５ビード、１６，２６，９６  第６ビード、１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，９１ａ，９１ｂ  止端部、１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，９２ａ，９２ｂ  止端部、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ  止端部、１２ｃ，９２ｃ  第２ビード底面領域、１２ｆ  第２ビード上面、１３ｃ  第３ビード底面領域、１２ｄ，２２ｄ，９２ｄ，９２ｅ  第２ビード突出領域、１３ｄ，２３ｄ  第３ビード突出領域、１４ｄ，２４ｄ  第４ビード突出領域、１５ｄ  第５ビード突出領域、１６ｄ  第６ビード突出領域、２２ｆ  第２ビード上面、２４ｆ  第４ビード上面、３１，４１  第１の間隙部、３２，４２  第２の間隙部、３３，４３  第３の間隙部、３４，４４  第４の間隙部、３５，４５  第５の間隙部、３６，４６  第６の間隙部、５１，６１，７１  第１ビード群、５２，６２，７２  第２ビード群、５３，６３，７３  第３ビード群、５４，６４，７４  第４ビード群、５５，７５  第５ビード群、５６，７６  第６ビード群、８０  ＧＭＡ溶接装置、８１  溶接ワイヤ、８２  溶接ワイヤ送給器、８３  送給ローラ、８４  溶接電源装置、８５  トーチノズル、８６  コンタクトチップ、８７  アーク、８８  溶接トーチ、１０２  中央軸、１０３  第１中央領域、１０４  第２中央領域、１００，２００，３００  金属部材
【図１】
2016030283.tif 000003
【図２】
2016030283.tif 000004
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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