JPH0825017B2 - 高硬度金属の多層肉盛溶接方法 - Google Patents
高硬度金属の多層肉盛溶接方法Info
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- JPH0825017B2 JPH0825017B2 JP3181758A JP18175891A JPH0825017B2 JP H0825017 B2 JPH0825017 B2 JP H0825017B2 JP 3181758 A JP3181758 A JP 3181758A JP 18175891 A JP18175891 A JP 18175891A JP H0825017 B2 JPH0825017 B2 JP H0825017B2
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- hardness metal
- high hardness
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
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- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
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- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550°C
- B23K35/327—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550°C comprising refractory compounds, e.g. carbides
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は母材の表面上へ高硬度金
属の肉盛溶接を行ない優れた耐摩耗材を製造する技術に
係る。
属の肉盛溶接を行ない優れた耐摩耗材を製造する技術に
係る。
【０００２】
【従来の技術】産業上、多数の機械や装置において多数
の耐摩耗材が使用されている。ここで提供しようとする
技術は、例えば火力発電用ボイラー向けの石炭粉砕や、
セメントクリンカー，高炉スラグの粉砕用にそれぞれ使
用する竪型ミルに装着するローラ，ローラタイヤ，テー
ブルセグメント，ホッパー，シュートライナなど各原料
との接触によって自らの表面も激しく摩耗を受ける部分
に使用する全ての部材に共通するものである。これらの
部材は全ての部分で耐摩耗性が要求される訳ではなく、
原料と接触する一面だけが高い耐摩耗性を具えていれば
足りる。従って、必要な耐摩耗面だけへ高硬度金属の多
層肉盛りを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新しく肉盛溶接をこの上から施工
して新品同様の耐摩耗材を再生することもできる。一般
に耐摩耗性を必要とする使用面の面積は相当大きいか
ら、最初の肉盛りにしろ、摩耗後の再生肉盛りにしろ溶
接を能率的に行なうことが工業的な採算性から求められ
る。従って一般的には、 ＣＯ2溶接法、ミグ（ＭＩＧ）
溶接法、サブマージドアーク溶接法、バンドアーク溶接
法など全自動溶接法が広く採用され各地において盛んに
施工されている。
の耐摩耗材が使用されている。ここで提供しようとする
技術は、例えば火力発電用ボイラー向けの石炭粉砕や、
セメントクリンカー，高炉スラグの粉砕用にそれぞれ使
用する竪型ミルに装着するローラ，ローラタイヤ，テー
ブルセグメント，ホッパー，シュートライナなど各原料
との接触によって自らの表面も激しく摩耗を受ける部分
に使用する全ての部材に共通するものである。これらの
部材は全ての部分で耐摩耗性が要求される訳ではなく、
原料と接触する一面だけが高い耐摩耗性を具えていれば
足りる。従って、必要な耐摩耗面だけへ高硬度金属の多
層肉盛りを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新しく肉盛溶接をこの上から施工
して新品同様の耐摩耗材を再生することもできる。一般
に耐摩耗性を必要とする使用面の面積は相当大きいか
ら、最初の肉盛りにしろ、摩耗後の再生肉盛りにしろ溶
接を能率的に行なうことが工業的な採算性から求められ
る。従って一般的には、 ＣＯ2溶接法、ミグ（ＭＩＧ）
溶接法、サブマージドアーク溶接法、バンドアーク溶接
法など全自動溶接法が広く採用され各地において盛んに
施工されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】肉盛溶接によって耐摩
耗面を形成するには、硬度が高い溶着金属ほど耐摩耗性
も高くなることは当然である。ところが、周知のとおり
高硬度の溶着金属ほど靱性が乏しく、多層盛り溶接時の
収縮応力に耐えられず簡単にビード下クラックが発生し
てしまうことが最大の障害となる。この点は一般に溶接
性の好ましくないとされている材料（母材）において特
に顕著である。ビード下クラックが発生し、折角の肉盛
層が剥離脱落してしまう危険性は溶着金属の硬度が高く
なるほど増大するため、従来は耐摩耗性が多少不満足で
あっても、溶着後の肉盛層の硬度をＨｖで６００以下に
制限せざるを得なかった。また、全肉盛層の厚さについ
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。
耗面を形成するには、硬度が高い溶着金属ほど耐摩耗性
も高くなることは当然である。ところが、周知のとおり
高硬度の溶着金属ほど靱性が乏しく、多層盛り溶接時の
収縮応力に耐えられず簡単にビード下クラックが発生し
てしまうことが最大の障害となる。この点は一般に溶接
性の好ましくないとされている材料（母材）において特
に顕著である。ビード下クラックが発生し、折角の肉盛
層が剥離脱落してしまう危険性は溶着金属の硬度が高く
なるほど増大するため、従来は耐摩耗性が多少不満足で
あっても、溶着後の肉盛層の硬度をＨｖで６００以下に
制限せざるを得なかった。また、全肉盛層の厚さについ
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。
【０００４】この課題を克服するために、従来から種々
の改善が加えられてきた。例えば、剥離脱落を防ぐため
に施工前に２５０〜６００℃の予熱を行ない、なお施工
中も高温の層間温度を保って乏しい靱性を少しでもカバ
ーするとか、溶接後直ちに６００〜７００℃の炉内へ装
入して溶接応力を除去する焼鈍を行なったりする。しか
し、実際の作業において高温の予熱や高温下の溶接がい
かに困難であるかは言うまでもないし、高温の焼鈍によ
って応力が取り除かれても、折角の肉盛層の高硬度もま
た低下するという不都合がある。その他、この割れの問
題を解決するために、高硬度が得られる材料による溶接
と靱性に優れた材料による溶接を交互に繰り返した、い
わばサンドウィッチ方式の溶接方法（特開昭５６−７１
５７８号公報）や、溶接条件を一定時間周期で変化させ
て溶接ビード幅の大小を交互に繰り返し変化させること
によって、溶接ビード幅の小さい部分に積極的に溶接割
れを発生させる溶接方法（特開昭６０−１２１０７０号
公報）、または母材の表面に多数の溝を形成しこれらの
溝と交差する方向に硬化肉盛を多層重ね、ビードが溝と
溝の凸部を横断する部分へ意図的に割れを発生させる溶
接方法（特開昭６０−１７４２６６号公報）なども見出
すことができる。
の改善が加えられてきた。例えば、剥離脱落を防ぐため
に施工前に２５０〜６００℃の予熱を行ない、なお施工
中も高温の層間温度を保って乏しい靱性を少しでもカバ
ーするとか、溶接後直ちに６００〜７００℃の炉内へ装
入して溶接応力を除去する焼鈍を行なったりする。しか
し、実際の作業において高温の予熱や高温下の溶接がい
かに困難であるかは言うまでもないし、高温の焼鈍によ
って応力が取り除かれても、折角の肉盛層の高硬度もま
た低下するという不都合がある。その他、この割れの問
題を解決するために、高硬度が得られる材料による溶接
と靱性に優れた材料による溶接を交互に繰り返した、い
わばサンドウィッチ方式の溶接方法（特開昭５６−７１
５７８号公報）や、溶接条件を一定時間周期で変化させ
て溶接ビード幅の大小を交互に繰り返し変化させること
によって、溶接ビード幅の小さい部分に積極的に溶接割
れを発生させる溶接方法（特開昭６０−１２１０７０号
公報）、または母材の表面に多数の溝を形成しこれらの
溝と交差する方向に硬化肉盛を多層重ね、ビードが溝と
溝の凸部を横断する部分へ意図的に割れを発生させる溶
接方法（特開昭６０−１７４２６６号公報）なども見出
すことができる。
【０００５】何れの発明も課題解決に一応効果があるこ
とは認められるが、尚それぞれに課題が残っている。す
なわち、最初に引用した従来技術は、耐摩耗性に優れた
層と優れていない層とが交互に累積しているのであるか
ら、当然、全ての層が耐摩耗性に優れた層を累積した場
合に比べて耐摩耗性が低い。二番目に引用した技術は、
理論的には注目できる発明であるが、実際的には現在の
溶接技術では溶接ビードの幅を大きくしたり小さくした
りするピッチが問題であって、一つの割れ（ビード幅の
小さい部分）から次の割れ（次のビード幅の小さい部
分）までの距離を短くして、小さい割れを分散させるこ
とは難しい。例えば５mmピッチで割れを分散させるのが
理想としても、現実にこの理想を実行することは困難で
あり、ピッチが大きいためにそれぞれの割れの開口が大
きく、なおかつピッチ内のビードに溶接応力が残留する
危険性が高く、結局ビードの部分的剥離脱落の防止作用
が不十分となり勝ちになると考えられる。最後に引用し
た従来技術は、広い面積をもつライナなどの表面に多数
の細かい凹溝を刻設しなければならない。この事が大き
な負担となるうえ、使用後の再肉盛りに同じ手順を繰り
返して耐摩耗性を回復することは殆ど不可能と言ってよ
い。
とは認められるが、尚それぞれに課題が残っている。す
なわち、最初に引用した従来技術は、耐摩耗性に優れた
層と優れていない層とが交互に累積しているのであるか
ら、当然、全ての層が耐摩耗性に優れた層を累積した場
合に比べて耐摩耗性が低い。二番目に引用した技術は、
理論的には注目できる発明であるが、実際的には現在の
溶接技術では溶接ビードの幅を大きくしたり小さくした
りするピッチが問題であって、一つの割れ（ビード幅の
小さい部分）から次の割れ（次のビード幅の小さい部
分）までの距離を短くして、小さい割れを分散させるこ
とは難しい。例えば５mmピッチで割れを分散させるのが
理想としても、現実にこの理想を実行することは困難で
あり、ピッチが大きいためにそれぞれの割れの開口が大
きく、なおかつピッチ内のビードに溶接応力が残留する
危険性が高く、結局ビードの部分的剥離脱落の防止作用
が不十分となり勝ちになると考えられる。最後に引用し
た従来技術は、広い面積をもつライナなどの表面に多数
の細かい凹溝を刻設しなければならない。この事が大き
な負担となるうえ、使用後の再肉盛りに同じ手順を繰り
返して耐摩耗性を回復することは殆ど不可能と言ってよ
い。
【０００６】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、高硬度金属の多層肉盛溶接を施工するに際し、肉盛
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
を防止するのが第一の目的である。次に、この肉盛層の
金属が従来の事実上の制限であるＨｖ６００を大きく超
える硬度の高い材料からなり、かつ従来の事実上の制限
である肉盛層の数が２〜３層であったのを無制限とし、
任意の肉厚を形成することを目的とする。さらに、この
肉盛溶接に当って高温度の予熱や溶接中の高温の層間温
度の保持や、溶接後の高温の応力除去焼鈍の何れもが不
必要であることを別の目的とする。最後に、この溶接方
法が特殊な加工や、特殊な技能や複雑な溶接制御手段を
前提とせず、一般に普及している溶接機の一部改良程度
でも十分実施できる程度の汎用性を具えたものであるこ
とを目的とする。
に、高硬度金属の多層肉盛溶接を施工するに際し、肉盛
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
を防止するのが第一の目的である。次に、この肉盛層の
金属が従来の事実上の制限であるＨｖ６００を大きく超
える硬度の高い材料からなり、かつ従来の事実上の制限
である肉盛層の数が２〜３層であったのを無制限とし、
任意の肉厚を形成することを目的とする。さらに、この
肉盛溶接に当って高温度の予熱や溶接中の高温の層間温
度の保持や、溶接後の高温の応力除去焼鈍の何れもが不
必要であることを別の目的とする。最後に、この溶接方
法が特殊な加工や、特殊な技能や複雑な溶接制御手段を
前提とせず、一般に普及している溶接機の一部改良程度
でも十分実施できる程度の汎用性を具えたものであるこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高硬度金属
の多層肉盛溶接方法は、母材の表面上へ高硬度金属の多
層肉盛溶接を施工するときに、
の多層肉盛溶接方法は、母材の表面上へ高硬度金属の多
層肉盛溶接を施工するときに、
【数２】 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
生させることによって前記の課題を解決した。また、具
体的な溶接型式としては使用する溶接機がオープンアー
ク全自動溶接機であること、この溶接機で使用するワイ
ヤがフラックスコアドワイヤであること、またこのとき
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が極めて望ましい。さ
らに、肉盛りする高硬度金属に関しては具体的に、硬度
は少なくともＨｖが６００を超え、肉盛層の数は特に制
限なく任意の厚さまで多層盛りすることを要件とし、こ
れを実現するには高硬度金属がＣ：３．０〜７．０％
（重量％ 以下同じ），Ｓｉ：０．５〜２．０％，Ｍ
ｎ：０．５〜４．０％，Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、
残りＦｅ、またはこれにＭｏ，Ｗ，Ｖ，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％まで添加したものや、Ｃ：３．０〜
７．０％，Ｓｉ：０．５〜２．０％，Ｍｎ：０．５〜
４．０％，Ｖ：１０．０〜２０．０％，Ｗ：３．０〜１
０．０％、残りＦｅ、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％まで添加したものがきわめて望まし
い態様である。
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
生させることによって前記の課題を解決した。また、具
体的な溶接型式としては使用する溶接機がオープンアー
ク全自動溶接機であること、この溶接機で使用するワイ
ヤがフラックスコアドワイヤであること、またこのとき
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が極めて望ましい。さ
らに、肉盛りする高硬度金属に関しては具体的に、硬度
は少なくともＨｖが６００を超え、肉盛層の数は特に制
限なく任意の厚さまで多層盛りすることを要件とし、こ
れを実現するには高硬度金属がＣ：３．０〜７．０％
（重量％ 以下同じ），Ｓｉ：０．５〜２．０％，Ｍ
ｎ：０．５〜４．０％，Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、
残りＦｅ、またはこれにＭｏ，Ｗ，Ｖ，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％まで添加したものや、Ｃ：３．０〜
７．０％，Ｓｉ：０．５〜２．０％，Ｍｎ：０．５〜
４．０％，Ｖ：１０．０〜２０．０％，Ｗ：３．０〜１
０．０％、残りＦｅ、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％まで添加したものがきわめて望まし
い態様である。
【０００８】
【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にまで減少するこ
とにある。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共に収縮
応力が生じるが、硬化肉盛溶接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
るために既に述べたような多くの試みがあったが、本発
明は溶接中の層間温度を３００℃以下に抑制するという
こと、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。
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にまで減少するこ
とにある。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共に収縮
応力が生じるが、硬化肉盛溶接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
るために既に述べたような多くの試みがあったが、本発
明は溶接中の層間温度を３００℃以下に抑制するという
こと、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。
【０００９】溶接中の層間温度に関しては従来はクラッ
クの発生を抑えるため靭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通則は
クの発生を抑えるため靭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通則は
【数３】 で算出される入熱量は表１に例示するように溶接方法の
違いによって相当な相違はあるが、何れにしても本発明
の要件（２０００〜６０００Ｊ／ｃｍ）とは著しく隔た
った数値を通常とする。
違いによって相当な相違はあるが、何れにしても本発明
の要件（２０００〜６０００Ｊ／ｃｍ）とは著しく隔た
った数値を通常とする。
【表１】 出典は「現代溶接技術大系 第１５巻６７頁」（産報出
版刊行）による。
版刊行）による。
【００１０】本発明で入熱量を２０００Ｊ／cm以上に限
定したのは、もし入熱量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溶接が不可能と
なることによる。また、入熱量が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ヶ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易いので、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℃を上限とした。
定したのは、もし入熱量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溶接が不可能と
なることによる。また、入熱量が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ヶ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易いので、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℃を上限とした。
【００１１】従来の溶接技術の概念と基本的に異なる溶
接方法を具体的に実施するためには次の溶接機材を適用
するのが最も望ましい。まず、溶接機としてはオープン
アーク式の全自動溶接機を選択する。その理由は主とし
て施工面での簡便さであり、シールドガス，フラックス
の添加の必要がない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。従って、耐摩耗材の再肉盛り
による再生作業を交通不便な現地へ出張して行なう場合
には大きな利点となる。次に、オープンアーク式の全自
動溶接に使用する芯線はフラックスコードワイヤを使用
するのが好ましい。このワイヤは帯状の薄鋼板をパイプ
状に形成し、その中空内へ粉末状の合金成分および脱酸
剤，発ガス成分などを複合してワイヤ化したものでワイ
ヤの外周鋼板部の電流密度はソリッドワイヤに比べて極
めて大きく溶融速度が極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
置の送給速度を、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
速ワイヤ送給装置とする型式を採用するのが望ましい。
接方法を具体的に実施するためには次の溶接機材を適用
するのが最も望ましい。まず、溶接機としてはオープン
アーク式の全自動溶接機を選択する。その理由は主とし
て施工面での簡便さであり、シールドガス，フラックス
の添加の必要がない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。従って、耐摩耗材の再肉盛り
による再生作業を交通不便な現地へ出張して行なう場合
には大きな利点となる。次に、オープンアーク式の全自
動溶接に使用する芯線はフラックスコードワイヤを使用
するのが好ましい。このワイヤは帯状の薄鋼板をパイプ
状に形成し、その中空内へ粉末状の合金成分および脱酸
剤，発ガス成分などを複合してワイヤ化したものでワイ
ヤの外周鋼板部の電流密度はソリッドワイヤに比べて極
めて大きく溶融速度が極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
置の送給速度を、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
速ワイヤ送給装置とする型式を採用するのが望ましい。
【００１２】硬化肉盛りの成分はフラックスコアードワ
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。従来は硬化肉盛層の硬度は最高Ｈｖ
６００、肉盛層も２〜３層で最高でも６〜１０ｍｍ低度
しか施工できなかったが、本発明では前記の溶接条件を
前記の溶接機材を使って実施することにより、Ｈｖ６０
０〜１０００の高硬度の肉盛層を所望の厚さまで形成す
ることを可能とした。代表的な肉盛溶接部の成分として
は、Ｃ：３．０〜７．０％，Ｓｉ：０．５〜２．０％，
Ｍｎ：０．５〜４．０％，Ｃｒ：２０．０〜３５ ０
％，残りＦｅの高Ｃｒ炭化物系の材料、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％、残りＦｅの高Ｖ炭化物系の材料が挙げられ
る。なお、これら両材料に適宜Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔ
ｉ，Ｂ，Ｎｂ，Ｃｄ，Ｃｏ，Ａｌなどの中から１つ以
上、最高２．０％までの添加成分を選ぶことも摩耗条件
によっては一層望ましい結果をもたらす。一般に硬化肉
盛りに供される溶接材料は炭化物をつくり易い合金元素
を中心に組立て、これら各元素によってつくられる炭化
物は何れも極めて高い硬度をもち、肉盛溶接によって得
られるデポジットの硬度はこれら炭化物の総量とほぼ比
例するとされている。また、これら合金元素を含むデポ
ジットの硬度は一般には添加される炭素量とほぼ比例す
る関係にあるから、Ｃ：３．０〜７．０％という多量の
含有炭素が高硬度の肉盛層を形成する主な作用を務める
要因である。
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。従来は硬化肉盛層の硬度は最高Ｈｖ
６００、肉盛層も２〜３層で最高でも６〜１０ｍｍ低度
しか施工できなかったが、本発明では前記の溶接条件を
前記の溶接機材を使って実施することにより、Ｈｖ６０
０〜１０００の高硬度の肉盛層を所望の厚さまで形成す
ることを可能とした。代表的な肉盛溶接部の成分として
は、Ｃ：３．０〜７．０％，Ｓｉ：０．５〜２．０％，
Ｍｎ：０．５〜４．０％，Ｃｒ：２０．０〜３５ ０
％，残りＦｅの高Ｃｒ炭化物系の材料、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％、残りＦｅの高Ｖ炭化物系の材料が挙げられ
る。なお、これら両材料に適宜Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔ
ｉ，Ｂ，Ｎｂ，Ｃｄ，Ｃｏ，Ａｌなどの中から１つ以
上、最高２．０％までの添加成分を選ぶことも摩耗条件
によっては一層望ましい結果をもたらす。一般に硬化肉
盛りに供される溶接材料は炭化物をつくり易い合金元素
を中心に組立て、これら各元素によってつくられる炭化
物は何れも極めて高い硬度をもち、肉盛溶接によって得
られるデポジットの硬度はこれら炭化物の総量とほぼ比
例するとされている。また、これら合金元素を含むデポ
ジットの硬度は一般には添加される炭素量とほぼ比例す
る関係にあるから、Ｃ：３．０〜７．０％という多量の
含有炭素が高硬度の肉盛層を形成する主な作用を務める
要因である。
【００１３】ここに述べたような高炭素，高合金の溶接
材料は割れ感受性が高く凝固速度に比例して割れ発生の
ピッチが高くなり、徐冷するに従って割れの発生数は減
少し大きな割れが少数発生する結果となる。本発明は溶
接中の入熱量Ｊを極端に低く制限し、低い層間温度下で
高速溶接する結果、デポジットの凝固速度が極端に速く
なり、多数のクラックが均等に分散し、肉盛層全体に内
在する残留応力を殆ど解放して一部が剥離脱落するよう
な大きなクラックを防止する作用を基本とするものであ
る。
材料は割れ感受性が高く凝固速度に比例して割れ発生の
ピッチが高くなり、徐冷するに従って割れの発生数は減
少し大きな割れが少数発生する結果となる。本発明は溶
接中の入熱量Ｊを極端に低く制限し、低い層間温度下で
高速溶接する結果、デポジットの凝固速度が極端に速く
なり、多数のクラックが均等に分散し、肉盛層全体に内
在する残留応力を殆ど解放して一部が剥離脱落するよう
な大きなクラックを防止する作用を基本とするものであ
る。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例は、Ｃ：６．０％，Ｃｒ：２
７％，その他を含むＦｅをベースとする高Ｃｒ炭化物系
のフラックスコアードワイヤで直径３．２mmのものを、
次の溶接条件によるオープンアーク自動溶接機により、
高Ｃｒ炭化物系耐摩耗鋳造材で製造した直径９００mmの
円筒上へ厚さ３０mmの肉盛溶接を施工した。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 ３７００Ｊ／cm (6) シールドガスおよび予熱，後熱なし 比較例１は前記実施例の母材に使用した高Ｃｒ炭化物系
耐摩耗鋳造材（Ｃ：２．７％，Ｃｒ：２７％）であり、
比較例２は硬度がＨｖ６００程度の従来技術の一つであ
る被覆アーク溶接法によって硬化肉盛りした試験材であ
る。前記実施例と比較例１，２について同一条件でラバ
ーホイル摩耗試験法（ＲＷＡＴ）で試験を行なった。表
２は試験の条件を示し、表３は試験の結果を示す。
７％，その他を含むＦｅをベースとする高Ｃｒ炭化物系
のフラックスコアードワイヤで直径３．２mmのものを、
次の溶接条件によるオープンアーク自動溶接機により、
高Ｃｒ炭化物系耐摩耗鋳造材で製造した直径９００mmの
円筒上へ厚さ３０mmの肉盛溶接を施工した。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 ３７００Ｊ／cm (6) シールドガスおよび予熱，後熱なし 比較例１は前記実施例の母材に使用した高Ｃｒ炭化物系
耐摩耗鋳造材（Ｃ：２．７％，Ｃｒ：２７％）であり、
比較例２は硬度がＨｖ６００程度の従来技術の一つであ
る被覆アーク溶接法によって硬化肉盛りした試験材であ
る。前記実施例と比較例１，２について同一条件でラバ
ーホイル摩耗試験法（ＲＷＡＴ）で試験を行なった。表
２は試験の条件を示し、表３は試験の結果を示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】表３に見られるように、本発明の実施例は
従来技術における硬化肉盛層に比べほぼ２倍以上の耐摩
耗性を具えていることを例示する。図１はこの実施例の
ミクロおよびマクロの組織を示すための位置を図示した
ものであり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面のミクロ写
真で針状の炭化物が同一方向に向って成長している。ま
た図３は図１におけるＢ−Ｂ断面のミクロ写真で針状の
炭化物が高密度に成長している。図４は別の実施例の金
属組織のマクロ写真であり竪型ローラにおよそ３０mmの
厚さで肉盛りして実用に供したもので表面に間隔約５mm
を置いて細かいクラックがほぼ均等に分散して発生して
いる。
従来技術における硬化肉盛層に比べほぼ２倍以上の耐摩
耗性を具えていることを例示する。図１はこの実施例の
ミクロおよびマクロの組織を示すための位置を図示した
ものであり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面のミクロ写
真で針状の炭化物が同一方向に向って成長している。ま
た図３は図１におけるＢ−Ｂ断面のミクロ写真で針状の
炭化物が高密度に成長している。図４は別の実施例の金
属組織のマクロ写真であり竪型ローラにおよそ３０mmの
厚さで肉盛りして実用に供したもので表面に間隔約５mm
を置いて細かいクラックがほぼ均等に分散して発生して
いる。
【００１８】
【発明の効果】本発明に係る高硬度金属の多層肉盛溶接
方法によって、従来、同じ目的のために施工した肉盛溶
接方法によるよりも硬度が高く、かつ厚肉の肉盛層を得
ることができ、耐摩耗性とその耐用期間が飛躍的に向上
する。しかも、施工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、出張による再生工事を容易に実施できる。さらに、
この溶接方法は高硬度の溶着金属の上に更に何層もの高
硬度の溶着金属を重ねて行く方法であるから、この技術
を適用すれば肉盛りすべき母材は溶接性の良好な軟鋼材
である必要はなく、例えば、耐摩耗用材料として一般に
使用されている高炭化物系鋳造材料（例えばニハード鋳
鉄）などに対しても容易に硬化肉盛溶接による再生復元
が可能となる。
方法によって、従来、同じ目的のために施工した肉盛溶
接方法によるよりも硬度が高く、かつ厚肉の肉盛層を得
ることができ、耐摩耗性とその耐用期間が飛躍的に向上
する。しかも、施工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、出張による再生工事を容易に実施できる。さらに、
この溶接方法は高硬度の溶着金属の上に更に何層もの高
硬度の溶着金属を重ねて行く方法であるから、この技術
を適用すれば肉盛りすべき母材は溶接性の良好な軟鋼材
である必要はなく、例えば、耐摩耗用材料として一般に
使用されている高炭化物系鋳造材料（例えばニハード鋳
鉄）などに対しても容易に硬化肉盛溶接による再生復元
が可能となる。
【図１】本発明の実施例における金属組織の顕微鏡写真
を撮影した位置を示す正面図である。
を撮影した位置を示す正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面の金属組織を示す顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面の金属組織を示す顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
【図４】別の実施例の金属組織を示すマクロ写真であ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 103:02
Claims (9)
- 【請求項１】 母材の表面上へ高硬度金属の多層肉盛溶
接を施工する方法において、 【数１】 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−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
させることを特徴とする高硬度金属の多層肉盛溶接方
法。 - 【請求項２】 請求項１において、オープンアーク全自
動溶接法であることを特徴とする高硬度金属の多層肉盛
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
ラックスコアドワイヤであることを特徴とする高硬度金
属の多層肉盛溶接方法。 - 【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高硬度金属の多層肉盛溶接方
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
とする高硬度金属の多層肉盛溶接方法。 - 【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％（重量％ 以下同じ），Ｓ
ｉ：０．５〜２．０％，Ｍｎ：０．５〜４．０％，Ｃ
ｒ：２０．０〜３５．０％、残りＦｅであることを特徴
とする高硬度金属の多層肉盛溶接方法。 - 【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％（重量％ 以下同じ），Ｓ
ｉ：０．５〜２．０％，Ｍｎ：０．５〜４．０％，Ｖ：
１０．０〜２０．０％，Ｗ：３．０〜１０．０％、残り
Ｆｅであることを特徴とする高硬度金属の多層肉盛溶接
方法。 - 【請求項８】 請求項６において、前記成分へさらにＭ
ｏ，Ｗ，Ｖ，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重量％まで
添加したことを特徴とする高硬度金属の多層肉盛溶接方
法。 - 【請求項９】 請求項７において、前記成分へさらにＭ
ｏ，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重量％まで添加する
ことを特徴とする高硬度金属の多層肉盛溶接方法。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181758A JPH0825017B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 高硬度金属の多層肉盛溶接方法 |
| AU87877/91A AU649745B2 (en) | 1991-06-25 | 1991-11-14 | Multi-layer welding process with high hard metal |
| KR1019910020656A KR100200394B1 (ko) | 1991-06-25 | 1991-11-20 | 고경도 금속의 다층 육성 용접 방법 |
| MYPI91002162A MY107653A (en) | 1991-06-25 | 1991-11-22 | Multi-layer welding process with high hard metal |
| GB9126503A GB2257075B (en) | 1991-06-25 | 1991-12-13 | A welding process |
| PH43688A PH30821A (en) | 1991-06-25 | 1991-12-20 | Multi-layer welding process with high hard metal. |
| CN92100401A CN1031384C (zh) | 1991-06-25 | 1992-01-22 | 高硬度材料堆焊方法 |
| SG22195A SG22195G (en) | 1991-06-25 | 1995-02-10 | A welding process |
| HK53295A HK53295A (en) | 1991-06-25 | 1995-04-06 | A welding process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181758A JPH0825017B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 高硬度金属の多層肉盛溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0550237A JPH0550237A (ja) | 1993-03-02 |
| JPH0825017B2 true JPH0825017B2 (ja) | 1996-03-13 |
Family
ID=16106377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3181758A Expired - Lifetime JPH0825017B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 高硬度金属の多層肉盛溶接方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0825017B2 (ja) |
| KR (1) | KR100200394B1 (ja) |
| CN (1) | CN1031384C (ja) |
| AU (1) | AU649745B2 (ja) |
| GB (1) | GB2257075B (ja) |
| HK (1) | HK53295A (ja) |
| MY (1) | MY107653A (ja) |
| PH (1) | PH30821A (ja) |
| SG (1) | SG22195G (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU661910B2 (en) * | 1992-07-09 | 1995-08-10 | Farmland Pty Ltd | Improvements in and relating to hard facing of earth engaging agricultural implements |
| JPH11309596A (ja) * | 1998-04-23 | 1999-11-09 | Kurimoto Ltd | 竪型ロールミルの消耗部材の再生方法 |
| SE9903726D0 (sv) * | 1999-10-18 | 1999-10-18 | Steinar Gustavsen | Svetsning med hårdmetall |
| KR100384625B1 (ko) * | 2000-12-21 | 2003-05-22 | 주식회사 포스코 | 표면균열을 방지할 수 있는 육성용접방법 |
| FR2931714B1 (fr) * | 2008-05-30 | 2010-06-25 | Snecma | Construction d'une partie d'une piece metallique par le procede mig avec courant et fil pulses |
| CN101804709A (zh) * | 2010-03-08 | 2010-08-18 | 安徽海螺川崎装备制造有限公司 | 耐磨件的耐磨结构及其修复加工工艺 |
| CN102312153B (zh) * | 2010-07-02 | 2013-02-13 | 北京中煤大田耐磨材料有限公司 | 一种含锆高铬铸铁型耐磨合金 |
| US9126287B2 (en) * | 2012-03-12 | 2015-09-08 | Siemens Energy, Inc. | Advanced pass progression for build-up welding |
| CN102990194A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-27 | 金钧 | 整体焊接采用全自动明弧堆焊施工方法 |
| CN105195925A (zh) * | 2014-06-11 | 2015-12-30 | 上海司迈尔特种合金材料有限公司 | 高合金含量的1.6mm细直径二氧化碳气体保护焊焊丝 |
| CN105215510A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-01-06 | 攀枝花钢城集团协力有限公司 | 修复冷轧平整支撑辊的堆焊方法 |
| EP3572175A1 (de) * | 2018-05-23 | 2019-11-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Fertigungs- und reparaturschweissen von gusseisen mit kugelgraphit |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1203846A (en) * | 1968-08-08 | 1970-09-03 | Roman F Arnoldby | Abrasion resistant plates |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP3181758A patent/JPH0825017B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-11-14 AU AU87877/91A patent/AU649745B2/en not_active Ceased
- 1991-11-20 KR KR1019910020656A patent/KR100200394B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1991-11-22 MY MYPI91002162A patent/MY107653A/en unknown
- 1991-12-13 GB GB9126503A patent/GB2257075B/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-20 PH PH43688A patent/PH30821A/en unknown
-
1992
- 1992-01-22 CN CN92100401A patent/CN1031384C/zh not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-02-10 SG SG22195A patent/SG22195G/en unknown
- 1995-04-06 HK HK53295A patent/HK53295A/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| GB2257075A (en) | 1993-01-06 |
| CN1031384C (zh) | 1996-03-27 |
| AU8787791A (en) | 1993-01-21 |
| AU649745B2 (en) | 1994-06-02 |
| CN1068057A (zh) | 1993-01-20 |
| SG22195G (en) | 1995-06-16 |
| GB2257075B (en) | 1994-08-03 |
| PH30821A (en) | 1997-10-17 |
| GB9126503D0 (en) | 1992-02-12 |
| KR930000195A (ko) | 1993-01-15 |
| KR100200394B1 (ko) | 1999-06-15 |
| MY107653A (en) | 1996-05-30 |
| JPH0550237A (ja) | 1993-03-02 |
| HK53295A (en) | 1995-04-13 |
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