(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方がオーステンパ球状黒鉛鋳鉄からなる２つの部材を突合せ、そこにレーザを照射して前記両部材を溶接するに際して、前記両部材の突合せ面の間にインサート材を挿入してレーザを照射し、前記両部材の突合せ面近傍部分と前記インサート材とを共に溶融、凝固させ前記両部材を溶接するとともに、前記インサート材は、前記両部材の突合せ面近傍部分と前記インサート材とが溶融、凝固した溶融凝固部の組織が、オーステナイト相を主とする組織となるような金属からなり、該金属が、ニッケル及びクロムを合金成分として含有する鋼であることを特徴とするオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法。
【請求項２】
前記鋼がＳＵＳ３１０Ｓであることを特徴とする請求項１に記載のオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーステンパ球状黒鉛鋳鉄（以降はＡＤＩと記すこともある）は、球状黒鉛鋳鉄をオーステンパ処理して得られるものである。このＡＤＩは機械的性質が大変優れており鋳鉄の中でも最も高強度であるため、自動車部品や構造部材の材料として有用であり、ＡＤＩの利用によって部材の薄肉化，軽量化が可能である。
【特許文献１】特開平１１−１０４８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、球状黒鉛鋳鉄の溶接方法は知られているものの（特許文献１を参照）、ＡＤＩを溶接する方法は現在までほとんど研究されておらず、ＡＤＩを欠陥なく溶接する方法は知られていない。すなわち、ＡＤＩは溶接が著しく困難で、ＡＤＩを溶接すると溶接割れ（クラック），気孔（ポロシティ）等の溶接欠陥が生じるため、満足な溶接を行うことができないという難点を有していた。このようなＡＤＩの性質は、ＡＤＩを利用する上で大きな制約となっている。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、溶接割れ，気孔等の溶接欠陥が生じにくいオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法は、少なくとも一方がオーステンパ球状黒鉛鋳鉄からなる２つの部材を突合せ、そこにレーザを照射して前記両部材を溶接するに際して、前記両部材の突合せ面の間にインサート材を挿入してレーザを照射し、前記両部材の突合せ面近傍部分と前記インサート材とを共に溶融、凝固させ前記両部材を溶接するとともに、前記インサート材は、前記両部材の突合せ面近傍部分と前記インサート材とが溶融、凝固した溶融凝固部の組織が、オーステナイト相を主とする組織となるような金属からなり、該金属が、ニッケル及びクロムを合金成分として含有する鋼であることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明に係る請求項２のオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法は、請求項１に記載のオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法において、前記鋼がＳＵＳ３１０Ｓであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法によれば、溶接割れ等の溶接欠陥をほとんど生じることなくオーステンパ球状黒鉛鋳鉄を溶接することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係るオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１，２は、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法を説明する図であり、図１は斜視図、図２は一部を破断した側面図である。
板状のＡＤＩ製試験片（縦１００ｍｍ，横１００ｍｍ，厚さ６ｍｍ）を用意して、アセトン中で超音波洗浄した。洗浄した２枚のＡＤＩ製試験片１，１を溶接台１０に載置し、互いの側面１ａ，１ａを突合せた。その際には、突合せた両側面（突合せ面）１ａ，１ａの間に、ニッケル（ただし、不可避の不純物を含有している）製のインサート材３を挿入した。
【０００８】
そして、両試験片１，１の側面１ａ，１ａの近傍部分及びインサート材３にレーザを照射して溶接を行った。レーザ溶接の条件は、溶接速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、焦点位置−２ｍｍである。また、このレーザ溶接はシールドガス法により行い、シールドガスとしてヘリウムとアルゴンを用いた。図１，２に示すように、ヘリウムは流量３０Ｌ／ｍｉｎでレーザを照射している部分及びその周辺部に試験片１の上方から吹き付け、アルゴンは流量１０Ｌ／ｍｉｎで試験片１の下側に流した。
【０００９】
レーザを照射すると、試験片１，１の側面１ａ，１ａの近傍部分とインサート材３とが共に溶融される。そして、レーザの照射を停止すると、溶融している部分が凝固して両試験片１，１が溶接される。
ＡＤＩは炭素や黒鉛を多量に含有しているため、インサート材３を用いずに溶接すると、溶融、凝固した部分（以降は溶融凝固部と記す）が白銑化して硬化し、溶接割れや気孔が発生した。そのため、一応接合はしたものの、接合部の強度は極めて低く、実用に耐え得るものではなかった。溶接割れの発生は、急熱，急冷による熱サイクルを受けて、溶融凝固部が著しく硬化したことが一因であると考えられる。
【００１０】
一方、インサート材３を用いて溶接した場合は、ＡＤＩとニッケルとが共に溶融して混合されるため、溶融凝固部の組織はオーステナイト相を主とする組織となる。そのため、溶融凝固部の硬さが低くなって、溶接割れが抑制されたと考えられ、接合部の強度は、インサート材３を用いずに溶接した場合と比べて格段に高かった。
ＡＤＩ製試験片１に用いたＡＤＩ及びインサート材３に用いたニッケルの化学組成を表１に示す。また、溶融凝固部の化学組成を表２に示す。なお、シェフラー組織図による溶融凝固部のニッケル当量は３７．４であり、クロム当量は０．０２であった。
【００１１】
【表１】
0005099543.tif 000002
【００１２】
【表２】
0005099543.tif 000003
【００１３】
図３に、溶融凝固部の周辺部分の硬さ分布を示す。硬さの測定位置は、表面から１ｍｍ内部とした。インサート材３を用いずに溶接した場合の結果は、白丸印でプロットしてあるが、溶融凝固部（図３にはＦ．Ｚ．と記してある）の平均硬さは８２４Ｈｖで、熱影響部（図３にはＨ．Ａ．Ｚ．と記してある）の最高硬さは１１９２Ｈｖであり、５００Ｈｖ以下である元のＡＤＩの硬さよりも著しく硬化していることが分かる。これに対して、インサート材３を用いて溶接した場合は、黒丸印でプロットしてあるが、溶融凝固部の平均硬さは３９５Ｈｖで、熱影響部の最高硬さは１０４７Ｈｖであり、溶融凝固部の硬さは元のＡＤＩの硬さとほぼ同程度であることが分かる。
【００１４】
なお、インサート材３の素材はニッケルに限定されるものではなく、インサート材３を形成する金属がＡＤＩに混合されることにより溶融凝固部の組織が、オーステナイト相を主とする組織となるならば、他種の金属でも差し支えない。例えば、ニッケルを合金成分として含有する合金でもよいし、ニッケル及びクロムを合金成分として含有する合金でもよい。この合金においては、ニッケルが主成分であってもよいし、ニッケル以外の金属が主成分であってもよい。ニッケル以外の金属が主成分である合金としては、例えば鋼があげられる。このような鋼の具体例としては、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓがあげられる。
また、本実施形態においては、インサート材３の厚さを１．０ｍｍとしたが、溶融凝固部の組織がオーステナイト相を主とする組織となるならば、この厚さに限定されるものではない。
【００１５】
さらに、本実施形態においては、ＡＤＩ製の部材同士を溶接する方法について説明したが、２つの部材のうち一方の部材がＡＤＩ製であれば、他方の部材は他種の金属（例えば球状黒鉛鋳鉄）製であっても、本発明の溶接方法を適用することができる。すなわち、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄からなる部材と、他種の金属材料からなる部材とを突合せ、突合せ面の間にインサート材を挿入して前述のようにレーザ溶接を行えば、溶接割れ等の溶接欠陥をほとんど生じることなく両部材を溶接することができる。
以上説明したように、本発明のオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法によれば、溶接割れ等の溶接欠陥をほとんど生じることなくオーステンパ球状黒鉛鋳鉄を溶接することができる。よって、低強度の鋳鉄に代えて、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄を自動車部品や構造部材の材料として適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法の一実施形態を説明する斜視図である。
【図２】本発明に係るオーステンパ球状黒鉛鋳鉄の溶接方法の一実施形態を説明する側面図である。
【図３】溶融凝固部の周辺部分の硬さ分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１７】
１      ＡＤＩ製試験片
１ａ    側面（突合せ面）
３      インサート材
【図１】
0005099543.tif 000004
【図２】
0005099543.tif 000005
【図３】
0005099543.tif 000006