JP2518126B2

JP2518126B2 - 分割型環状体の高硬度金属による多層肉盛り溶接方法

Info

Publication number: JP2518126B2
Application number: JP4181765A
Authority: JP
Inventors: 寿夫吉田; 繁昭杉岡
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1996-07-24
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: KR100254031B1; AU2451292A; AU655500B2; JPH0679455A; KR940000200A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大型の竪型ロールミルな
どに使用する分割型のテーブルまたはロールの摩耗面の
多層肉盛り溶接方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば火力発電所向けのボイラに燃料
として使用する微粉炭を調整するためや、セメントクリ
ンカーの粉砕用として用いる竪型ロールミルは、大型で
あればテーブルやロールの直径が５メートルに及ぶもの
もあるが、このような大きな部材を一体の環状体として
鋳造することは大掛かりな設備が必要であり、また組み
立てや摩耗後の取り替えのときでも大掛かりな設備と作
業が前提となるので、幾つかの部材に分割してこれらを
所定の直径の環状体となるように並べて使用する場合が
多い。たとえば図６（Ａ）（Ｂ）は分割型のテーブルを
示し、図７（Ａ）（Ｂ）は分割型ロールを示す。この分
割型のロール、テーブル、またはテーブルライナなどは
激しい摩耗環境の下で使用されるから、材質としては耐
摩耗性の高い金属材料、たとえば２７％Ｃｒ鋳鉄などで
鋳造することが多いが、これらの部材はその全ての部分
で耐摩耗性が要求される訳ではなく、原料と接触し擦過
を受ける一面だけが高い耐摩耗性を具えておれば足り
る。したがって必要な摩耗面だけへ高硬度金属の多層肉
盛り溶接を施工すれば十分目的を達するし、使用中にこ
の部分が摩耗してしまえばこの上から新たに多層肉盛り
溶接を施して、再度新品と同様な状態に復元して使用を
続けることもできる。

【０００３】新品として使用する前に比較的鋳造の容易
な材質で分割品を製作し、個別にその摩耗面へ高硬度の
金属による多層肉盛り溶接を施すことは従来からよく行
なわれてきた。この場合には個々の部材の上から個々に
溶接をしていく方式であるから、特に溶接の方法に決っ
た手順がある必要がなく、一般的なサブマージドアーク
溶接法、炭酸ガスアーク溶接法、不活性ガスアーク溶接
法などのいずれを採用しても大差はなく、溶接の完了し
た各部材を装置の本体上に並べて組合わせ、一体環状の
テーブルやロールとして出荷していることが多い。ま
た、ミルの使用後、摩耗退入した表面へ高硬度金属によ
る多層肉盛り溶接を施工することも従来からよく行なわ
れてきたが、施工に関する状況は同様である。

【０００４】また、新品、再生を問わず、より能率よく
多層肉盛り溶接を実施するために、個々の部材、たとえ
ば分割したテーブルを組み立て後の環状体と同じ形態と
なるように基盤上に並べ、この環状の摩耗面上へ連続的
に多層肉盛り溶接を施工することも考えられる。このと
きにはテーブルを並べた基盤を溶接速度に適合するよう
に緩慢に回転し、１セットの自動溶接機のトーチから丁
度レコードの回転面へレコード針を接するように連続的
に溶接ビードを置いていく方式であり、肉盛りの方式と
しては能率のよい結果が期待できる従来技術である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】分割型の部材摩耗面上
へ多層肉盛り溶接する方法は、それが個々に一つづつ施
工する場合でも、環状体に並べて連続的に施工する場合
でも、硬度の高い溶着金属ほど耐摩耗性がよくなること
は当然である。ところが周知のとおり高硬度の金属ほど
靱性が乏しく、多層肉盛り溶接時の収縮応力に耐え切れ
ず簡単にビード下クラックが発生することが最大の障害
となる。ビード下クラックが発生し、折角の肉盛り層が
剥離脱落してしまう危険性は溶着金属の硬度が高いほど
増大するため、従来は耐摩耗性が多少不満足であって
も、溶着後の肉盛り層の硬度をＨｖ６００以下に制限せ
ざるを得なかった。また、全肉盛り層の厚さについても
２〜３層（６〜１０mm）程度に制限せざるを得ず、耐摩
耗性を具えた範囲が薄い肉厚に留まるという課題があっ
た。

【０００６】このような溶接に伴う本質的な課題がある
上、分割型の部材を環状に並べて一度に連続溶接を施工
し、施工後再び分割して一つづつ環状に並び換えて組み
立てる方式の場合には、さらに別の課題が派生する。す
なわち、分割型の上に共通して形成された多層肉盛り溶
接層を各部材の境界に沿って分断するためには、機械的
な外力を加えるか、または熱的に局部溶融して切り離す
かの何れかによらなければならない。機械的とは油圧や
エアーシリンダによる静圧、動圧を境界面に与えること
であり、溶融とはエアーアーク、ガウジング、プラズマ
切断などの方法による。しかし溶融による場合は境界面
へ瞬間的な急熱を加えることとなり、組織の変化とクラ
ックの成長という懸念が余りに大き過ぎるし、その破断
部には図８に図示するようなＶ型の断面が生じ、分割型
の部材を環状に並べたときに陥没した接続部となって摩
耗がこのＶ形の凹溝へ集中的に作用する恐れが大きい。
その他、装置の準備や適用が大掛かりとなる欠点も見逃
せない。さらに煩瑣なのは、前記のとおり高硬度の多層
肉盛り溶接層には大きなビード下クラックが不規則に発
生する可能性が大きいのに、その発生箇所に特定の傾向
が予知できず、また重なった内層にだけ発生しておれば
外観上、これを発見するとができないことが多いまま
で、一体的に溶接した肉盛り面を含め、全体を分割部材
毎に分断しようとして部材同士の境界面へ急熱や外力を
加えなければならない点である。すなわち多層肉盛り溶
接層は下方の母材境界面に沿わずに各溶接層に発生して
いるビード下クラックに沿って不規則に破断面が延び、
自由な方向へ破断する傾向の方が遥かに強く、破断した
後の各分割型の境界面は、ほぼ平滑な母材の上に不規則
に進退する鋭角的に尖ったジグザクの肉盛り層の端部が
残り、境界面より飛出した箇所はグラインダーなどで削
り落とさなければならない。一方、境界面から内部上面
へ食込んで破断した肉盛り層は、初めから摩耗面より退
入して破砕作用に無効な表面を形成したことに等しいか
ら、多層肉盛り溶接層として欠陥商品であるという謗り
を免れ得なず、このときに新たに発生したクラックも含
め、この周辺を溶接手直ししなければ剥離脱落の危険が
残るという課題によく直面する。

【０００７】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に分割型の環状部材の摩耗面へ多層肉盛り溶接を施工す
るに当り、肉盛り層の一部がビード下クラックによって
剥離脱落することを防止すること、この肉盛り層の金属
について従来事実上課せられていた硬度の制限（Ｈｖ６
００）を大きく超えた硬度を実現すること、また従来肉
盛り層の数が２〜３であった事実上の制限を超えて任意
の多層肉盛り溶接層を得ること、そして分割型の部材を
環状に並べて一度に連続溶接を実施した後、各分割型の
部材を再度分割するとき、ほぼ部材の母材の端面に沿っ
た平滑な境界面を形成した分断ができること、の諸条件
を満たす溶接方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る分割型環状
体の多層肉盛り溶接法は分割した個々の被溶接体を１〜
１０ｍｍの間隙を隔てて環状に並べ、該間隙上を含め母
材面上へ

【数２】入熱量（Ｊ）＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖＪ：入熱量（Ｊ／cm）Ｅ：アーク電圧（Ｖ）Ｉ：溶接電流（Ａ）ｖ：溶接速度（cm/min）で算出される入熱量Ｊを２０００〜６０００Ｊ／cmの範
囲に制限し、かつ溶接中の層間温度を常に３００℃以下
に制限することにより溶着金属のビードにビード方向と
直交する微細なクラックを均等かつ多数分散して発生せ
しめ、前記間隙間へ荷重を加えて個々の部材をほぼ間隙
面に沿って分断することによって前記の課題を解決し
た。

【０００９】また、具体的な溶接型式として使用する溶
接機はオープンアーク全自動溶接機であり、使用するワ
イヤはフラックスコードワイヤであることが最も望まし
く、この場合のワイヤの送給は最高３０００cm/minまで
可能な高速ワイヤ送給装置を使用することが最高の実施
態様である。肉盛りする高硬度金属の硬度は、少なくと
もＨｖが６００を超え、肉盛り層の数は特に制限なく任
意の厚さまで多層盛することが可能となる大きな特徴が
得られ、これを実現する肉盛り用の高硬度金属としては
その成分がＣ：３．０〜７．０％、Ｓｉ：０．５〜２．
０％、Ｍｎ：０．５〜４．０％、Ｃｒ：２０．０〜３
５．０％、またはこれにＭｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎ
ｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ａｌの中より選ばれた１以上の成分を
最高２．０％まで添加したものであるか、またはＣ：
３．０〜７．０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：
０．５〜４．０％、Ｖ：１０．０〜２０．０％、Ｗ：
３．０〜１０．０％、またはこれにＭｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、
Ｂ、Ｎｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ａｌの中より選ばれた１以上の
成分を最高２．０％まで添加したものであることがきわ
めて好ましい実施例である。

【００１０】

【作用】本発明の基本的な作用は、デポジットへ微細な
クラックを溶接応力と直角方向へ多数均等に分散させる
ことによって、クラック周辺の応力を解消し、全ビード
上の残留応力を事実上無視できる範囲まで減少すること
である。次にこの微細なクラックが一定の方向性を保っ
ていることを利用して、分割型の部材を環状に並べて連
続溶接し、個々の部材毎に平滑な縦側面を形成するよう
に分断することである。従来、溶接応力がなぜ大きな問
題となるかと言えば、溶接部のデポジットはその冷却凝
固とともに収縮応力が生じるが、硬化肉盛り層ではデポ
ジットと母材との材料的な性質（例えば、強度、硬度、
靱性など）の差が著しく大きいため、両者の境界部に応
力が集中し剥離脱落の原因となる大きなクラックを生じ
るからである。これに対して意図的に微細なクラックを
均等に分散させるために、本発明では溶接中の層間温度
を３００℃以下に抑制することと、入熱量Ｊを２０００
〜６０００Ｊ／cmの範囲に抑制するという全く従来の溶
接技術からは常識を逸脱した新しい技術的着想によっ
て、この作用を実現するのに成功したのである。

【００１１】溶接中の層間温度に関して従来は、クラッ
クの発生を抑えるために靱性の不足を補うという意味で
高温であるほど有利であると考えるのが通則であり、そ
のために高温の予熱や溶接中の高温保持のために困難な
手順を強いられてきたものであり、その点でまさに逆転
の発想と言うべきである。また、溶接中の入熱量Ｊにつ
いても一般の常識とされる数値は以下に例示するように
本発明の特徴である２０００〜６０００Ｊ／cmとは顕著
に隔たったものである。すなわち、被覆溶接棒による手
溶接では１８０００（Ｊ／cm 以下同じ）、ソリッドワ
イヤによる半自動溶接では１５０００、サブマージドア
ーク溶接法では３００００，帯状電極では６７０００と
いうような数値が提示されている。（「現在溶接技術大
系」第１５巻６７ページ産報出版刊行）

【００１２】本発明で入熱量Ｊを２０００Ｊ／cm以上に
限定したのは、もし入熱量Ｊがそれ以下であるとアーク
による金属の溶融が不十分となり、実質上肉盛り溶接が
不可能となることによる。また、入熱量Ｊが６０００Ｊ
／cmを超えると肉盛りした１ビードごとの厚さが大きく
なって溶接ビード面に生じるクラックとクラック間の間
隔が広がるので、１ケ所のクラックは大きくて深いう
え、クラック間のビード内に残留応力が増大しクラック
が成長して剥離脱落の原因となりやすいので、この数値
を上限とした。層間温度が３００℃を超えると溶着金属
のプールの凝固する速度が遅くなり溶接ビード面のクラ
ックは大きく深くなり、クラック数が減少するためクラ
ック間の残留応力は増大するので３００℃が上限とな
る。

【００１３】溶接前に並べる各分割部材間の間隙は１〜
１０mmの範囲に限定される。間隙が１mm以下の場合には
多層肉盛り溶接後、この境界線に沿って外力を加えて
も、この外力が溶接層に働かず、分断に過大な荷重を必
要とするからである。しかし、この間隙が１０mmを超え
ると溶接時にアークが途切れて均等かつ微細な多数のク
ラックが層内に発生せず分断時に必要な要件から外れる
から１０mmが限界となる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を以下に述べる。まず、溶接
機としてはオープンアーク全自動溶接機が最も望まし
い。なぜならば施工が簡便であり、シールドガス、フラ
ックスの添加が不必要であるから、装置が単純化し補助
治具（マニプレータ、ポジショナ、他）を含めた装置全
体の構築が容易で可搬性も得られる。オープンアーク全
自動溶接に使用する芯線はフラックスコードワイヤが最
も好ましい。このワイヤは帯状の薄鋼板をパイプ状に形
成し、その中空部内へ粉末状の合金成分、脱酸剤、発ガ
ス成分などを複合してワイヤ化したもので、ワイヤ外周
鋼板部の電流密度はソリッドワイヤに比べて遥かに大き
く、溶融速度がきわめて速いという特徴がある。さらに
この特徴に適合するように溶接機のワイヤ送給装置の速
度を従来の最高１分間当り６００cm程度であったものを
最高３０００cmまで可能な四輪駆動式の高速ワイヤ送給
装置を採用することが最も望ましい。

【００１５】多層肉盛り溶接の成分はフラックスコード
ワイヤを選択することによって合金元素の選択範囲が広
く、必要に応じて最も摩耗条件に適合した成分、硬度を
得ることができる。従来は多層肉盛り溶接の硬度は最高
Ｈｖ６００、肉盛り層の数も２〜３層で最高でも６〜１
０mm程度しか施工できなかったが、本発明ではＨｖ６０
０〜１０００という高硬度の多層肉盛り溶接層を必要な
厚さまで形成することが可能である。代表的な多層肉盛
り溶接成分としてはＣ：３．０〜７．０％、Ｓｉ：０．
５〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜４．０％、Ｃｒ：２０．
０〜３５．０％、またはこれにＭｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔｉ、
Ｂ、Ｎｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ａｌの中より選ばれた１以上の
成分を最高２．０％まで添加したものであるか、または
Ｃ：３．０〜７．０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍ
ｎ：０．５〜４．０％、Ｖ：１０．０〜２０．０％、
Ｗ：３．０〜１０．０％、またはこれにＭｏ、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ａｌの中より選ばれた１以
上の成分を最高２．０％まで添加したものが挙げられ
る。

【００１６】図１（Ａ）（Ｂ）は以上に述べた要件に基
いて実施した多層肉盛り溶接法の結果であり、下方が分
割部材、上方が多層肉盛り溶接層部で、一層毎に５〜１
０mmピッチで微細なクラックがビード方向と直角の方向
に多数発生していて、あたかもモザイクを累積したよう
な状態を呈している。また、図２はこの金属組織を示す
マクロ写真であり、微細なクラックが各ビードの幅一杯
に跨がってそれぞれ発生している状態を明示している。
なお、この写真の実施例の諸元を列記すると以下の通り
である。フラックスコードワイヤの成分；Ｃ：６．０％、Ｃｒ２
７％その他を含むＦｅベース。溶接条件；（１）溶接電流：４００Amp （２）溶接電圧：２８Ｖ（３）走行速度：１８０cm／min （４）層間温度：最高３００℃ （５）入熱量Ｊ：３７００Ｊ／cm （６）シールドガスおよび予熱、後熱なし。

【００１７】分割部材の摩耗面の上へ多層肉盛り溶接層
を形成した後、これを分断する外力としては、特に限定
するものではないが、実施例として好ましい幾つかを例
示すると、図３は環状体の内部中空間に油圧ポンプ１を
嵌入し、油圧を掛けて静的に押圧して破断する場合を示
し、図４は鋼製のバーを分割型の境界に当る多層肉盛り
溶接層の横部へ直角に当てがい、エアーハンマなどの動
的な衝撃力をビードへ直角に加えて破断する例を示して
いる。また、図５は分割型の境界に跨がって両側にスペ
ーサ４をそれぞれ介入して中空に支え、境界の直上に当
る多層肉盛り溶接層へ油圧プレス３を作動して間隔に剪
断力加えて破断する例を表わしている。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る分割型環状体の高硬度金属
による多層肉盛り溶接方法は、従来、同じ目的のために
施工した肉盛り溶接方法によるよりも肉盛り層の硬度が
遥かに高く、かつ厚肉の肉盛り層を得ることができ、耐
摩耗性およびその耐用期間が飛躍的に向上する。しか
も、施工に当っては溶着速度が極めて大きいから作業能
率も抜群であり、溶接機も単純化されて可搬性を具え出
張による再生事業を容易に実施できる。さらに、分割の
各部材上に共通する多層肉盛り溶接層を施工した後、こ
れを各部材毎に再び分断するときには、比較的軽荷重で
部材の縦側面にほぼ一致した破断面を形成して分離し、
殆ど僅かな手仕上げ程度で製品として満足できる外観に
達し得るという利点が現われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断正面図（Ａ）と縦断
側面図（Ｂ）である。

【図２】同じ実施例の金属組織を示すマクロ写真であ
る。

【図３】分断の実施例を示す平面図であるる

【図４】別の実施例を示す平面図である。

【図５】さらに別の実施例を示す正面図である

【図６】分割型のテーブルを示す平面図（Ａ）と縦断正
面図（Ｂ）である。

【図７】分割型のロールを示す平面図（Ａ）と縦断正面
図（Ｂ）である。

【図８】従来技術の課題の一つを示す縦断正面図であ
る。

【符号の説明】

１油圧ポンプ２バー３油圧プレス４スペーサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】竪型ロールのテーブルまたはロールなど
分割型環状体の摩耗面上へ高硬度金属を多層肉盛り溶接
する方法において、分割した個々の被溶接体を１〜１０
ｍｍの間隙を隔てて環状に並べ、該間隙上を含め母材面
上へ【数１】入熱量（Ｊ）＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖＪ：入熱量（Ｊ／cm）Ｅ：アーク電圧（Ｖ）Ｉ：溶接電流（Ａ）ｖ：溶接速度（cm/min）で算出される入熱量Ｊを２０００〜６０００Ｊ／cmの範
囲に制限し、かつ溶接中の層間温度を常に３００℃以下
に制限することにより溶着金属のビードにビード方向と
直交する微細なクラックを均等かつ多数分散して発生せ
しめ、次に前記間隙間へ荷重を加えて個々の部材をほぼ
間隙面に沿って分断することを特徴とする分割型環状体
の高硬度金属による多層肉盛り溶接方法。
【請求項２】請求項１において、溶接法がオープンア
ーク全自動溶接法であることを特徴とする分割型環状体
の高硬度金属による多層肉盛り溶接方法。
【請求項３】請求項２において、使用するワイヤがフ
ラックスコードワイヤであることを特徴とする分割型環
状体の高硬度金属による多層肉盛り溶接方法。
【請求項４】請求項３において、ワイヤの送給が最高
３０００cm/minまで可能な高速ワイヤ送給装置を使用す
ることを特徴とする分割型環状体の高硬度金属による多
層肉盛り溶接方法。
【請求項５】請求項１において，肉盛りする高硬度金
属の硬度は少なくともＨｖが６００を超え、肉盛り層の
数は特に制限なく任意の厚さまで多層盛りすることを特
徴とする分割型環状体の高硬度金属による多層肉盛り溶
接方法。
【請求項６】請求項５において、肉盛りする高硬度金
属がＣ：３．０〜７．０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：０．５〜４．０％、Ｃｒ：２０．０〜３５．０
％、またはこれにＭｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃ
ｄ、Ｃｏ、Ａｌの中より選ばれた１以上の成分を最高
２．０％まで添加したことを特徴とする分割型環状体の
高硬度金属による多層肉盛り溶接方法。
【請求項７】請求項５において、肉盛りする高硬度金
属がＣ：３．０〜７．０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：０．５〜４．０％、Ｖ：１０．０〜２０．０％、
Ｗ：３．０〜１０．０％、またはこれにＭｏ、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ａｌの中より選ばれた１以
上の成分を最高２．０％まで添加したことを特徴とする
分割型環状体の高硬度金属による多層肉盛り溶接方法。