JPH0535711B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属の溶接作業時に使用するアーク
溶接用トーチノズル（以下、トーチノズルと言
う）に関する。 〔従来の技術〕 一般に金属は融接と言われる方法で接合される
が、融接部の酸化を防止するために不活性ガスに
よるシールを行う。 本発明は融接に使用するトーチ先端にガスシー
ルを行うための機能をそなえたノズルに係る。 従来、ノズルは銅もしくは銅合金を基材とした
もの、鉄もしくは鉄合金を基材としたもの、ある
いはアルミ合金を基材としたもののように金属を
基材とするものと、酸化アルミ系を基材とする
（特開昭62−68682）ものあるいは窒化ケイ素を基
材とする（特開昭62−38772）もののようにセラ
ミツクスを基材としたものがある。金属を基材と
するノズルは金属溶加材および溶融金属部から発
生するスパツタにより、ノズル先端部が閉塞し、
溶接部のガスシールが不完全となり、加えてアー
クの安定性および溶接ワイヤの円滑な送り出しが
阻害される等の欠点がある。又、スパツタとアー
クの熱によつて、ノズル先端部が溶損することも
しばしば生じている。 一方、酸化アルミ系を基材としたセラミツクス
ノズルは、耐熱性に優れるものの、高温で２価ま
たは３価の金属酸化物に接すると、スピネル構造
の化合物を形成しやすく、ノズルに付着したスパ
ツタが剥離し難いという欠点を有する。窒化ケイ
素を基材としたセラミツクスノズルは付着スパツ
タの剥離性、耐熱性のいずれもがほぼ満足できる
もであるが、窒化ケイ素そのものが人工原料であ
ること、難焼結材であるために、1700℃以上の温
度で加圧窒素雰囲気中で焼結するか、ホツトプレ
ス等を用いて熱間圧縮を行わねばならず、ノズル
の価格が従来品の10倍以上と高価である欠点があ
る。 なお、同一出願人は上記、問題点を解決するた
めに特願昭62−330050で「アーク溶接用トーチノ
ズル」を出願した。これはトーチノズル表面に合
金メツキまたは合金＋セラミツクス（六方晶系の
窒化ホウ素）からなるコンポジツトメツキを行う
ことを特徴としている。その後、長期にわたり、
このノズルを使用していると、ノズルに付着する
スパツタによつて、メツキ層表面の性状がわずか
ずつ変化し、当初の性能が失われることが明らか
となつた。本願はこの点を改良するために、酸化
物系無機材料を結合相とし、六方晶系の窒化ホウ
素を含むコーテイング材を発明するに至つた。 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は安価で、従来のノズルより耐久性に富
み、ノズル先端部の溶損防止、付着スパツタ量の
減少、付着スパツタの剥離性の改善をはかつたト
ーチノズルを提供するものである。 〔課題を解決するための手段〕 トーチノズルは液相出現温度が、1400℃以上の
酸化アルミ化合物または炭化ケイ素および窒化ケ
イ素のいずれの材料を用いることができるが、価
格の点から酸化アルミ化合物を用いることが好ま
しい。これらのトーチノズルは焼結、熱間静水圧
および熱間圧縮等の方法でノズル形状に固化する
か、固化後、加工により指定形状に仕上げた後、
表面にセラミツクスコーテイングを行うことを特
徴とする。 コーテイング材は融鉄並びに酸化鉄のいずれと
も反応しない材料で、熱伝導度が大きく、耐酸化
性に優れ、かつ潤滑性を有する六方晶系の窒化ホ
ウ素を有している。 窒化ホウ素は難焼結材であり、それ自体だけで
固化させることは困難である。 この問題に対し、種々検討した結果、窒化ホウ
素をリン酸アルミニウムのポリマーと共存させる
か、ケイ酸ガラスと共存させることによつて、セ
ラミツクス基材との密着力に優れたコーテイング
が可能となり、これらは耐久性に富み、トーチノ
ズル先端部の溶損防止、付着スパツタ量の減少、
付着スパツタの剥離性の改善がはかれることを見
いだした。 以下、組成並びに製造方法の限定理由について
述べる。 (1) 六方晶系の窒化ホウ素は融鉄と酸化鉄のいず
れとも反応しない、熱伝導度が大きい。耐酸化
性を有する。固体潤滑剤であることの性質を利
用するものであつて、５〜98重量％（以下、％
と言う）を必要とする。また基材との密着力お
よびコーテイング材を耐久性の面から考える
と、25〜85％であることがより好ましい。 リン酸アルミニウムは六方晶系の窒化ホウ素
粉とトーチノズル基材もしくは窒化ホウ素同志
の結合剤として用いるものであつて、その量は
２％未満であると十分な結合力が得られず、96
％以上になると、六方晶系の窒化ホウ素の量が
不足するために、付着スパツタの剥離性に十分
な効果が現れない。よつてリン酸アルミニウム
の量は２〜95％とした。 上記組成のコーテイング剤は、リン酸アルミ
ニウムをPH３以下の酸性溶液にして、その内に
六方晶系の窒化ホウ素粉を混合、撹拌、場合に
よつてはミルによる混練を実施したのち、トー
チノズルにハケぬり、スプレー、浸漬等の方法
で塗布し、大気中で500〜1200℃で30〜60分程
度の焼付けを行うことにより得ることができ
る。 なお、リン酸アルミニウムをPH３以下の酸性
溶液にして、その内に六方晶系の窒化ホウ素粉
を混合する場合に、酸化ケイ素粉を５％以下で
含有させることによつて焼付け温度を500℃か
ら300℃に下げることができる。 (2) 酸化ケイ素に六方晶系の窒化ホウ素を５〜98
％を含むコーテイング材も融鉄と酸化鉄のいず
れとも反応しにくく、かつ耐酸化性に富み、さ
らに固体潤滑作用を有する。 酸化ケイ素は２％未満であると十分な結合力
が得られず、96％以上になると付着スパツタの
剥離性の点から問題がある。よつて酸化ケイ素
は２〜95％とした。なおこのスパツタ材が十分
な機能を発揮するには、25〜85％であること
が、より好ましい。 これらのコーテイング材は、六方晶系の窒化
ホウ素をPH11以上としたオルソケイ酸ソーダと
混合、撹拌、場合によつてはミルによる混練を
実施した後、トーチノズルにハケぬり、スプレ
ー、浸漬等の方法で塗布し、大気中もしくは中
性雰囲気中で500〜1200℃の温度で焼付けを行
うことにより得ることができる。 以下、本発明の実施例について説明する。 〔実施例 １〕 酸化クロム５％、残り、主に酸化アルミからな
るトーチノズルを常圧焼結により得た。寸法は外
径21mmφ、内径16mmφ、長さ73mmで、これを硫酸
で酸性にしたリン酸アルミニウム溶液に六方晶系
の窒化ホウ素粉を１：１の比率で混合、撹拌し、
場合によつては数％の有機バインダーを加えてス
ラリーを作成し、このスラリーに浸漬し、引上げ
た後、自然乾燥させた。乾燥後、大気中950℃、
60分の焼付けを行つた。 コーテイング材の厚さは約50μmで、その組成
は、六方晶系の窒化ホウ素が41％、酸化アルミが
13.8％、酸化リンが44.1％、酸化ケイ素0.06％で
残りは鉄、マグネシウム、カルシウム、ナトリウ
ムの各酸化物の合計で１％程度含有している。こ
のトーチノズルを炭酸ガス溶接機を用い、付着ス
パツタ量および剥離性の評価テストを実施した。 溶接条件は 材料；軟鋼板 電極ワイヤ；軟鋼1.2mmφ 電圧−電流；33V−300A 炭酸ガス；20L／min 材料−ノズル間距離；20mm 姿勢；下向き 溶接時間；10min／回 とし、ビードオンプレートで実施した。 結果を第１表に示す。 〔実施例 ２〕 酸化ケイ素３％、酸化ジルコニウム15％、残り
は主に酸化アルミから成るトーチノズル常圧焼結
により得た。寸法は実施例１と同様で、これにオ
ルソケイ酸ソーダと六方晶系の窒化ホウ素を30：
70の比率で混合し、水を加えてPH12に調整したも
のをスプレーで塗布した。自然乾燥後、大気中
600℃で90分焼付けた。このトーチノズルの評価
を実施例１に示す条件で実施した。 〔実施例 ３〕 シリコンナイトライド92％、酸化アルミ２％、
イツトリア５％の組成からなるトーチノズルを実
施例１に示す条件でコーテイングし、焼付けた。 このトーチノズルの評価を実施例１に示す条件
で実施した。 なお、市販の金属系ノズルとセラミツクスコー
テイング処理をしていないトーチノズルについて
も比較例として示した。

〔発明の効果〕

第１表で明らかなように、トーチノズルの表面
に六方晶の窒化ホウ素と無機系酸化物からなるコ
ーテイングを行うことによつて、スパツタ付着量
が1/2〜1/3に減少し、かつ、付着スパツタ剥離性
が良好で、かつ、くり返しの使用に対しても、こ
の剥離性は低下しない。そのため付着スパツタの
剥離作業の減少、ノズルの長寿命化に優れた効果
があり、高価な窒化ホウ素の使用量が少なくてす
むので安価なトーチノズルが供給できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツクスを基材とするアーク溶接用トー
   チノズルに六方晶系の窒化ホウ素５〜98重量％と
   該窒化ホウ素を結合させる結合剤として、酸化物
   系無機材料を２〜95重量％を含むセラミツクスで
   被覆することを特徴とするアーク溶接用トーチノ
   ズル。 ２ 酸化物系無機材料がリン酸アルミニウムであ
   る請求項第１項記載のアーク溶接用トーチノズ
   ル。 ３ 酸化物系無機材料がケイ酸である請求項第１
   項記載のアーク溶接用トーチノズル。 ４ セラミツクスを基材とするアーク溶接用トー
   チノズルに、六方晶系の窒化ホウ素粉と、酸性リ
   ン酸アルミニウム溶液の混合物を塗布した後、
   500〜1200℃で加熱処理することを特徴とするア
   ーク溶接用トーチノズルの製造方法。 ５ セラミツクスを基材とするアーク溶接用トー
   チノズルに、六方晶系の窒化ホウ素粉と酸性リン
   酸アルミニウム溶液さらに酸化ケイ素粉を含有さ
   せた混合物を塗布した後、300〜1200℃で加熱処
   理することを特徴とするアーク溶接用トーチノズ
   ルの製造方法。 ６ 六方晶系の窒化ホウ素粉と酸性リン酸アルミ
   ニウム溶液の混合物のPH値を３以下とした請求項
   第４項または第５項記載のアーク溶接用トーチノ
   ズルの製造方法。 ７ セラミツクスを基材とするアーク溶接用トー
   チノズルに、六方晶系の窒化ホウ素粉とオルソケ
   イ酸ソーダの混合物を塗布した後、500〜1200℃
   で加熱処理することを特徴とするアーク溶接用ト
   ーチノズルの製造方法。 ８ 六方晶系の窒化ホウ素粉とオルソケイ酸ソー
   ダの混合物のPH値を11以上とした請求項第７項記
   載のアーク溶接用トーチノズルの製造方法。