(57)【要約】【課題】アルミニウム合金製鋳造品１の表面欠陥を肉盛り溶接によって補修した後の熱処理を不要にする。【解決手段】鋳造品１の表面に表面欠陥を除くべく凹部４を形成し、この凹部４にアルミニウム合金製溶加材９を送給しつつ、パルスＴＩＧ溶接機５にて入熱することにより、溶加材９を凹部４に溶着させ且つ溶着物が上記鋳造品の表面から盛り上がった状態になるように肉盛り溶接し、しかる後に、溶着物の鋳造品１の表面から盛り上がった部分を切削する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金製鋳造品の機械加工された面に存在する表面欠陥を補修する方法であって、
上記表面欠陥を除くべく上記鋳造品の表面に機械加工によって凹部を形成するステップと、
上記凹部にアルミニウム合金製溶加材を送給しつつ、パルスＴＩＧ溶接機にて入熱することにより、上記溶加材を上記凹部に溶着させ且つその溶着物が上記鋳造品の表面から盛り上がった状態になるように肉盛り溶接するステップと、
上記溶着物の上記鋳造品の表面から盛り上がった部分を切削するステップとを備えていることを特徴とするアルミニウム合金製鋳造品の補修方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記パルスＴＩＧ溶接機による肉盛り溶接は、電流値を９０Ａ以上１２０Ａ以下とし、パルス通電時間を８０msec以上１４０msec以下とすることを特徴とするアルミニウム合金製鋳造品の補修方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
上記溶加材として、直径が０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の溶接棒を用い、上記パルスＴＩＧ溶接機の電極の先端角度を２０゜以上４０゜以下とすることを特徴とするアルミニウム合金製鋳造品の補修方法。
【請求項４】
アルミニウム合金製鋳造品の機械加工された面に存在する表面欠陥を補修する方法であって、
上記表面欠陥を除くべく上記鋳造品の表面に機械加工によって凹部を形成するステップと、
上記凹部に直径が０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である棒状のアルミニウム合金製溶加材を送給しつつ、電極の先端角度が２０゜以上４０゜以下であるパルスＴＩＧ溶接機にて入熱することにより、上記溶加材を上記凹部に溶着させ且つその溶着物が上記鋳造品の表面から盛り上がった状態になるように肉盛り溶接するステップと、
上記溶着物の上記鋳造品の表面から盛り上がった部分を切削するステップとを備え、
上記パルスＴＩＧ溶接機による肉盛り溶接は、電流値を９０Ａ以上１２０Ａ以下とし、パルス通電時間を８０msec以上１４０msec以下とし、肉盛り溶接後の熱処理をしないことを特徴とするアルミニウム合金製鋳造品の補修方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
上記鋳造品が、シリンダヘッド、シリンダブロック又はミッションケースであることを特徴とするアルミニウム合金製鋳造品の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルミニウム合金製鋳造品の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワートレーンを構成するエンジンのシリンダヘッドやシリンダブロック、或いはミッションケース等をアルミニウム合金で鋳造したとき、鋳巣が表面欠陥として残る場合があることが知られている。このような鋳造欠陥の補修に関し、特許文献１には、鋳造品母材を予熱してから、大電流ＴＩＧ入熱によって鋳造欠陥部周囲を局部的に溶融させ、欠陥を浮上除去することが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、アルミニウム合金製鋳造品の表面に現出した欠陥部及びその周辺をＹＡＧレーザービームの照射によって溶融しながら、溶融池に高圧ガスを噴射して、内部欠陥が抑制された健全層を内面に有する凹部を形成し、さらに、その凹部にＹＡＧレーザービームを照射すると共に粉末材を添加することによって、凹部内に肉盛り層を形成すること、肉盛り工程時には、凹部内面を前記健全層の厚さの範囲内で溶融させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１８８４６６号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１，２に記載された補修方法では、鋳造品の欠陥部を除去することはできても、その後の肉盛り溶接を行なった際に欠陥部周辺の母材が高温に加熱されてその機械的性質が低下しやすい。従って、欠陥部の補修後に鋳造品に熱処理（均質化処理）を施すことが必要になる。
【０００６】
そこで、本発明は、鋳造品の表面欠陥を肉盛り溶接によって補修した後の熱処理が不要になる補修方法を提供し、補修に要する時間の短縮を図ること、そして、補修に伴うコスト増大を抑えることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、鋳造品の表面欠陥の補修にパルスＴＩＧ溶接を採用した。
【０００８】
ここに開示するアルミニウム合金製鋳造品の補修方法は、アルミニウム合金製鋳造品の機械加工された面に存在する表面欠陥を補修する方法であって、
上記表面欠陥を除くべく上記鋳造品の表面に機械加工によって凹部を形成するステップと、
上記凹部にアルミニウム合金製溶加材を送給しつつ、パルスＴＩＧ溶接機にて入熱することにより、上記溶加材を上記凹部に溶着させ且つその溶着物が上記鋳造品の表面から盛り上がった状態になるように肉盛り溶接するステップと、
上記溶着物の上記鋳造品の表面から盛り上がった部分を切削するステップとを備えていることを特徴とする。
【０００９】
ここに、代表的な表面欠陥は、鋳巣、その他の鋳造欠陥や、機械加工等によって生ずる傷である。
【００１０】
上記補修方法によれば、上記表面欠陥を除くべく鋳造品の表面に凹部を形成するから、表面欠陥が残らない。その凹部に溶着物が鋳造品の表面から盛り上がった状態になるように肉盛り溶接をした後に、その盛り上がった部分を切削するから、補修跡が目立たない所期の表面性状の補修鋳造品が得られる。
【００１１】
そうして、上記肉盛り溶接にパルスＴＩＧ溶接を用いるから、パルス電流が流れている時間に溶加材及び鋳造品の凹部内面が溶融し、ベース電流が流れている時間にその溶融池が母材（鋳造品）側に熱を奪われて冷却凝固する。すなわち、溶加材と母材が一度に溶融して冷却凝固するのではなく、溶加材の送給に伴って溶融部が周期的にできて肉盛り溶接が進む。そのため、母材側が広範囲に高温に加熱されることが避けられる。つまり、鋳造品の機械的性質が大きく変化することが避けられる。よって、肉盛り溶接後に鋳造品の均質化熱処理をすることは必須ではなくなる。
【００１２】
ところで、パルスＴＩＧ溶接機による肉盛り溶接においては、電流値を小さくすると、或いはパルス通電時間を短くすると、溶接入熱が小さくなる。その場合、母材への熱影響が小さくなり、その機械的性質の低下防止には有利になるが、溶加材と母材の溶融や融合が進みにくくなる。そのため、溶接時間が長くなるとともに、溶接の難易度が高くなる。一方、電流値を大きくすると、或いはパルス通電時間を長くすると、肉盛り溶接に要する時間は短くなるものの、溶接入熱が大きいことにより、気泡が発生し易くなり、また、溶融範囲が拡大し易く、母材の受ける熱影響も大きくなり、鋳造品の機械的性質が低下し易くなる。
【００１３】
かかる観点から、好ましいのは、パルスＴＩＧ溶接機による肉盛り溶接を、電流値９０Ａ以上１２０Ａ以下、パルス通電時間８０msec以上１４０msec以下の条件で行なうことである。
【００１４】
また、上記肉盛り溶接では、母材が受ける熱影響を最小限に抑える、すなわち、過大な入熱を避ける観点から、パルスＴＩＧ溶接機には低電流値用の電極を用いること、例えば、電極の直径は１．６ｍｍ以上２．４ｍｍ以下程度することが好ましい。
【００１５】
また、上記電極の先端角度が小さくなると、アークが広くなって入熱箇所が溶加材から外れやすくなるため、その先端角度は２０゜以上とすることが好ましい。一方、上記電極の先端角度が大きくなると、アークが集中し易くなって溶加材の送給など溶接作業が難しくなるため、その先端角度は４０゜以下であることが好ましい。
【００１６】
また、上記溶加材としては、母材が受ける熱影響を最小限に抑える観点から、直径が０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の溶接棒を用いることが好ましい。上記凹部の大きさは、表面欠陥の大きさないしは深さで異なるが、母材が受ける熱影響を最小限に抑える観点から、凹部の直径は最大でも３．５ｍｍ程度、深さは２ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１７】
以上の説明から明らかなように、アルミニウム合金製鋳造品の機械加工された面に存在する表面欠陥の補修において、好ましいのは、
上記表面欠陥を除くべく上記鋳造品の表面に機械加工によって凹部を形成し、該凹部にアルミニウム合金製溶加材を送給しつつ、パルスＴＩＧ溶接機にて入熱することにより、上記溶加材を上記凹部に溶着させ且つその溶着物が上記鋳造品の表面から盛り上がった状態になるように肉盛り溶接し、この溶着物の上記鋳造品の表面から盛り上がった部分を切削するようにし、
上記溶加材として直径が０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である溶接棒を採用し、上記パルスＴＩＧ溶接機の電極の先端角度を２０゜以上４０゜以下とし、電流値を９０Ａ以上１２０Ａ以下とし、パルス通電時間を８０msec以上１４０msec以下とし、肉盛り溶接後の熱処理をしないことである。
【００１８】
また、上記補修方法は、上記鋳造品としての、パワートレーンを構成するエンジンのシリンダヘッド、シリンダブロック又はミッションケースに採用することが好ましい。
【００１９】
上記溶加材としては、上記鋳造品と同じくアルミニウム合金製であればよく、その組成を鋳造品と同じにする必要はない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アルミニウム合金製鋳造品の表面に表面欠陥を除くべく凹部を形成し、該凹部にアルミニウム合金製溶加材を送給しつつ、パルスＴＩＧ溶接機にて入熱することにより、溶着物が鋳造品の表面から盛り上がった状態になるように肉盛り溶接し、該溶着物の盛り上がった部分を切削するようにしたから、補修跡が目立たない所期の表面性状の補修鋳造品が得られるとともに、肉盛り溶接によって鋳造品の機械的性質が大きく変化することが避けられ、肉盛り溶接後に鋳造品の均質化熱処理をすることは不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】鋳造品に表面欠陥を除くべくドリル加工する状態を示す断面図。
【図２】ドリル加工による鋳造品の凹部に肉盛り溶接をする状態を示す断面図。
【図３】鋳造品の肉盛り溶接した部分の断面図。
【図４】鋳造品表面の盛り上がった部分を切削した状態の断面図。
【図５】電流値及びパルス通電時間が相違する各肉盛り溶接部の断面の顕微鏡写真。
【図６】鋳造品の肉盛り溶接した部分の硬度測定箇所を示す顕微鏡写真。
【図７】鋳造品各箇所の硬度を示すグラフ図。
【図８】鋳造品としてのシリンダヘッドの平面図。
【図９】鋳造品の引張強度及び伸びを示すグラフ図。
【図１０】鋳造品の残留応力を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態はアルミニウム合金製鋳造品１の機械加工（切削）された表面に表面欠陥として鋳巣２が現れているケースである。以下、表面欠陥の補修方法を具体的に説明する。
【００２４】
上記鋳巣２を除くべく鋳造品１の表面に機械加工によって凹部を形成する。本例では、図１に示すように機械加工用の工具として座ぐり用ドリル３を使用し、図２に示すように円錐形の皿状凹部４を形成している。
【００２５】
次に、図２に示すように、パルスＴＩＧ溶接機５を用いて凹部４に肉盛り溶接を行なう。同図において、６はコレット、７はコレット６に通されたタングステン電極、８はコレット６に取付けられたノズル、９はアルミニウム合金製溶加材としての溶接棒（溶加棒）である。
【００２６】
ノズル８からシールドガス（アルゴン）１１を噴出させながら、電極７と鋳造品１との間にアーク１２を発生させ、そのアーク熱によって溶接棒９及び鋳造品１の凹部４の内面を溶融させることにより、溶接棒９を凹部４に溶着させる。溶接棒９は、その先端部を少し曲げて凹部４に差し入れ、この溶接棒９を凹部４に送給していくことにより、図３に示すように、溶着物１３が鋳造品１の表面から盛り上がった状態になるように、肉盛り溶接する。
【００２７】
続いて、溶着物１３の鋳造品１の表面から盛り上がった部分をグラインダ等による機械加工によって切削して、図４に示すように、溶着物１３の表面と鋳造品１の表面を面一にする。肉盛り溶接後の熱処理（均一化処理）は実施しない。
【００２８】
[溶接条件について]
電極７の先端角度θを変えたときのアークの安定性に及ぼす影響を調べた。電極７の直径は２．０ｍｍとし、パルスＴＩＧ溶接機５の電流値は１０５Ａとした。その結果を表１に示す。同表によれば、電極７の先端角度θは２０゜以上４０゜以下であることが好ましい。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
パルスＴＩＧ溶接機５の電流値、パルス通電時間及び溶接棒９の直径を変えたときの肉盛り溶接の安定性に及ぼす影響を調べた。電極７の直径は２．０ｍｍ、先端角度θは３０゜とした。結果を表２に示す。
【００３１】
表２によれば、電流値が増大するに従って溶接の安定性が低下する傾向が見られる。電流値は定格値（最大値３５０Ａ）の３０％前後、すなわち、９０Ａ以上１２０Ａ以下が好ましい。
【００３２】
また、表２によれば、溶接棒９が太くなるに従って溶接の安定性が低下する傾向が見られる。溶接棒９の直径は０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
パルスＴＩＧ溶接機５の電流値及びパルス通電時間が肉盛り溶接部の状態に及ぼす影響を調べた。鋳造品１の材質はＡＣ４Ｂ（ＪＩＳ）であり、溶接棒９としては、直径０．６ｍｍのＡ４０４７材（ＪＩＳ））を使用した。凹部４は、直径２．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍ弱の円錐状皿穴とした。電極７の直径は２．０ｍｍ、先端角度θは３０゜である。電流値を１０５Ａに固定してパルス放電時間を６０msec、１００msec及び２００msecにした３ケース、並びにパルス通電時間を１００msecに固定して電流値を７０Ａ及び１６０Ａに変えた２ケースについて、肉盛り溶接部の断面を顕微鏡で観察した。結果を図５に示す。なお、いずれのケースも肉盛り溶接後は熱処理を行なっていない。
【００３５】
電流値１０５Ａ、パルス通電時間６０msecのケース（同図中央下）では、母材と溶加材の境界面が明りょうに残っており、両者の融合不足になっていることがわかる。パルス通電時間が短いため、溶接入熱の不足が原因になっていると認められる。パルス通電時間を２００msecに延ばしたケース（同図中央上）では、母材と溶加材は融合しているが、気泡が見られる。パルス通電時間が長くなったことにより、溶接入力が過大になり、その結果、気泡が発生したと認められる。
【００３６】
電流値７０Ａ、パルス通電時間１００msecのケース（同図左）では、母材と溶加材が融合していないことがわかる。電流値が小さいことから、溶接入熱の不足が原因になっていると認められる。電流値を１６０Ａにしたケース（同図右）では、母材と溶加材は融合しているが、気泡が見られる。電流値が大きくなったことにより、溶接入力が過大になったために、気泡が発生したと認められる。
【００３７】
以上の４ケースに対して、電流値１０５Ａ、パルス通電時間１００msecのケース（同図中央）では、母材と溶加材の融合しており、且つ気泡は見られず、溶接状態が良好であることがわかる。
【００３８】
以上の結果を考慮すると、上記肉盛り溶接においては、電流値を９０Ａ以上１２０Ａ以下とし、パルス通電時間を８０msec以上１４０msec以下とすることが好ましい。
【００３９】
[補修後の鋳造品の機械的性質について]
−硬度−
図６は表３に示す条件で肉盛り溶接を行なった部分の断面を示す。
【００４０】
【表３】
2016117083.tif 000005
【００４１】
図６に示す×点の硬度を測定した。結果を図７に示す。界面（処理部側）、すなわち、溶加材側の界面に近い部位において硬度が少し低くなっている程度であり、母材側は界面に近い箇所を含めて硬度の低下は見られない。
【００４２】
−引張強度・伸び−
図８に示すシリンダヘッド（鋳造品）２１の吸気口２２よりも外側部分にドリルで試験的に凹部２３を形成し、肉盛り溶接を行なった。その後、同図に破線で示すテストピース２４を切り取り、引張強度及び伸びを測定した。肉盛り溶接の条件は硬度測定の場合と同じである（表３）。また、肉盛り溶接なしのテストピースについても引張強度及び伸びを測定した。
【００４３】
結果を図９に示す。引張強度は、肉盛り溶接を行なっても（テストピースＴＰ１及びＴＰ２）、肉盛り溶接なしのケースと大差はない。伸びは、肉盛り溶接によって少し低下しているケースがあるが、大きな低下ではない。
【００４４】
−残留応力−
図８に示すシリンダヘッド２１の吸気口２２及び排気口２５の周りの３箇所にドリルで試験的に凹部２６〜２８を形成し、肉盛り溶接を行なった後、当該各部の残留応力を測定した。併せて、肉盛り溶接していない箇所２９についても残留応力を測定した。肉盛り溶接の条件は硬度測定の場合と同じである（表３）。
【００４５】
結果を図１０に示す。残留応力は、最大主応力（引張側）及び最小主応力（圧縮側）のいずれも、溶接ありと溶接なしで大差はない。
【００４６】
以上の硬度、引張強度・伸び及び残留応力の測定結果から、本発明に係る補修方法によれば、肉盛り溶接後の均一化熱処理が不要であることがわかる。
【００４７】
[他の実施形態]
上記実施形態では、鋳造品の表面に円錐形の皿状凹部を形成したが、球面状の凹部や深皿状の凹部であってもよく、或いは底面が平坦で側面が垂直に立ち上がった凹部であってもよく、その形状は問わない。
【００４８】
上記実施形態の補修方法は鋳造品表面の鋳巣の補修に関するが、本発明は、鋳造品表面の傷など他の表面欠陥の補修にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１    鋳造品
２    鋳巣（表面欠陥）
３    ドリル（凹部加工用工具）
４    凹部
５    パルスＴＩＧ溶接機
７    電極
９    溶接棒（溶加材）
１３    溶着物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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５】
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【図６】
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