JP2000301366A - 穴部の肉盛り方法および肉盛り装置 - Google Patents

穴部の肉盛り方法および肉盛り装置

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幸二 徳永
Kiyokazu Mikanagi
清和 御巫
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武 柏木
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    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 穴部の肉盛り方法および肉盛り装置におい
て、熱による変形や強度低下を抑えて穴部に肉盛りを行
う。 【解決手段】 穴部3aに溶接材で形成されたスリーブ
4を挿入する工程と、そのスリーブの内径よりも少なく
とも一部の外径が大きく、あるいは、さらに、外径が先
端に向って漸次小さく形成さるか、又は、外周面に凹凸
部が形成されている摩擦棒1を回転させながら前記穴部
に圧入する工程と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩耗やクラック修
理のため等に母材の穴部に肉盛りを行う穴部の肉盛り方
法および肉盛り装置に関する。
【0002】
【従来の技術】機械部品等の穴部の摩耗やクラック修理
のために、穴部の内側に肉盛りを行う場合があるが、母
材がアルミ合金等においても他の金属と同様に、従来
は、TIG溶接法(タングステン電極を用いる不活性ガ
スアーク溶接法)等の溶融溶接により当該穴部の肉盛り
を行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
肉盛り手段では、以下のような課題が残されている。す
なわち、アルミ合金等の軽金属の穴部の修理の際、TI
G溶接等の溶融溶接による肉盛りを実施すると、かなり
の高温になるため、熱によって部品の変形や材料の機械
強度低下が発生してしまい、肉盛り不良が生じる場合が
あった。
【0004】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、熱による変形や強度低下を抑えて穴部に肉盛りを
行うことができる穴部の肉盛り方法および肉盛り装置を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の構成を採用した。すなわち、請求項
1記載の穴部の肉盛り方法では、穴部に溶接材で形成さ
れたスリーブを挿入する工程と、そのスリーブの内径よ
りも少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒を回転させな
がら前記穴部に圧入する工程と、を備えた技術が採用さ
れる。
【0006】また、請求項2記載の穴部の肉盛り装置で
は、穴部に挿入されるスリーブの内径より少なくとも一
部の外径が大きい摩擦棒と、摩擦棒を回転させるととも
に穴部に圧入する駆動手段と、を備えた技術が採用され
る。
【0007】これらの穴部の肉盛り方法および肉盛り装
置では、スリーブの内径より少なくとも一部の外径が大
きい摩擦棒を回転させながら穴部内に圧入させるので、
スリーブと摩擦棒との接触面で摩擦により発熱し、この
スリーブと摩擦棒との間に生じる摩擦熱でスリーブを塑
性化させるとともに摩擦棒の運動(回転および圧入)に
よって塑性化成分を流動させてスリーブと母材とを混合
させる。このとき、母材の融点まで温度を上昇させない
ため、変形や強度低下が抑えられ、穴部の良好な肉盛り
が可能となる。
【0008】請求項3記載の穴部の肉盛り装置では、請
求項2記載の穴部の肉盛り装置において、前記摩擦棒
は、外径が先端に向かって漸次小さく形成されている技
術が採用される。
【0009】この穴部の肉盛り装置では、摩擦棒の外径
が先端に向かって漸次小さく形成されているので、スリ
ーブの内周面に対して摩擦棒の外周面が傾斜したテーパ
状となり、圧入の際の接触面が増加して広い範囲で塑性
流動および高い発熱が得られる。
【0010】請求項4記載の穴部の肉盛り装置では、請
求項2記載の穴部の肉盛り装置において、前記摩擦棒
は、先端の外径が前記スリーブの内径よりも大きく形成
されている技術が採用される。
【0011】この穴部の肉盛り装置では、摩擦棒の先端
の外径がスリーブの内径より大きいので、摩擦棒の先端
面も一部がスリーブに接触して外周面より高い接触圧が
加わることにより、先端面で高い摩擦熱が発生し、塑性
流動性を高めることができる。
【0012】請求項5記載の穴部の肉盛り装置では、請
求項2記載の穴部の肉盛り装置において、前記摩擦棒
は、外周面に凹凸部が形成されている技術が採用され
る。
【0013】この穴部の肉盛り装置では、摩擦棒の外周
面に凹凸部が形成されているので、該凹凸部によってス
リーブとの接触面積が増加し、さらに塑性流動性が高く
なる。
【0014】請求項6記載の穴部の肉盛り装置では、請
求項5記載の穴部の肉盛り装置において、前記凹凸部
は、前記摩擦棒の回転方向に対して逆ねじ方向に形成さ
れた螺旋状の突条部である技術が採用される。
【0015】この穴部の肉盛り装置では、凹凸部が、摩
擦棒の外周面に回転方向に対して逆ねじ方向に形成され
た螺旋状の突条部であるので、該螺旋状の突条部によっ
て広い範囲で発熱が得られ、逆ねじ方向に形成されてい
ることから、穴部の底方向への流れが強制的に生じて、
高い塑性流動性を得ることができ、より一層接合強度を
向上させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る穴部の肉盛り
方法および肉盛り装置の第1実施形態を、図1および図
2を参照しながら説明する。これらの図において、符号
1は摩擦棒、2は駆動手段、3は母材、4はスリーブで
ある。
【0017】本実施形態の肉盛り方法に用いる肉盛り装
置は、図1に示すように、例えば、アルミ合金で形成さ
れた母材3(本実施形態では、厚さが均一な板状のも
の)に空けられた比較的小さな穴部3a(例えば、ピン
用の穴部)の内側を肉盛りして修理する装置であって、
工具鋼で形成され回転可能なプラグである摩擦棒1と、
該摩擦棒1を所定の回転数で回転駆動するとともに軸方
向に進退させる駆動手段2とを備えている。
【0018】この肉盛り装置による穴部3aの肉盛り方
法を、以下に説明する。まず、穴部3a内にその内径よ
り僅かに小さい外径のスリーブ4を挿入し、母材3の下
面側に当て板5を当てがってスリーブ4が脱落しないよ
うにしておく。なお、前記スリーブ4は、溶接材として
母材3と同じ材料であるアルミ合金で形成されている。
また、摩擦棒1は、円柱状に形成されその外径がスリー
ブ4の内径より大きく、かつ穴部3aの内径より小さく
設定されている。
【0019】次に、この状態で、摩擦棒1を駆動手段2
によって、所定の回転数で回転させるとともに、図2に
示すように、スリーブ4内に圧入させる。このとき、主
に摩擦棒1の先端面1aの外縁部がスリーブ4に接触し
て摩擦熱を発生させる。そして、スリーブ4および母材
3は、この摩擦熱によってスリーブ4および母材3を形
成するアルミ合金の融点より低い温度で、かつ塑性流動
させるのに十分な温度まで加熱される。
【0020】さらに、摩擦棒1が圧入されることによっ
て、先端面1aでスリーブ4の塑性化成分を流動させて
スリーブ4と母材3とが混合、接合し、穴部3aの内側
が肉盛りされる。このように、本実施形態の穴部の肉盛
り方法では、母材3の融点まで温度を上昇させないた
め、変形や強度低下が抑えられ、穴部3aの良好な肉盛
りが可能となる。
【0021】次に、本発明に係る穴部の肉盛り方法およ
び肉盛り装置の第2実施形態を、図3および図4を参照
しながら説明する。
【0022】第2実施形態と第1実施形態との異なる点
は、第1実施形態では円柱状の摩擦棒1を回転圧入させ
るのに対し、第2実施形態では、図3および図4に示す
ように、外径が先端に向かって漸次小さくなっている摩
擦棒11を回転させて穴部3aに圧入する点で異なる。
【0023】すなわち、第1実施形態では、発熱する部
分が摩擦棒1の先端面1aの一部に限定されるため、発
熱部分が局所的になって塑性流動が小規模となるのに対
し、第2実施形態では、スリーブ4の内周面に対して摩
擦棒11の外周面11bが傾斜したテーパ状となり、圧
入の際の接触面が増加して広い範囲で高い発熱が得られ
る。したがって、本実施形態では、塑性流動を大規模に
することにより、挿入部全域で発熱することができ、肉
盛りに要する時間を短縮化することができるとともに、
機械的強度(接合強度)をより一層向上させることがで
きる。
【0024】また、本実施形態では、摩擦棒11の先端
の外径がスリーブ4の内径より大きいので、第1実施形
態と同様に、摩擦棒11の先端面11aも一部がスリー
ブ4に接触して摩擦熱が発生する。したがって、本実施
形態では、先端面11aおよび外周面11bの両面がス
リーブ4に接触するので、単に先端面のみが接触する場
合や外周面のみが接触する場合に比べて、より塑性流動
性を高めることができる。
【0025】次に、本発明に係る穴部の肉盛り方法およ
び肉盛り装置の第3実施形態を、図5および図6を参照
しながら説明する。
【0026】第3実施形態と第1実施形態との異なる点
は、第1実施形態では摩擦棒1の外周面は平坦な曲面で
あるのに対し、第3実施形態では、図5および図6に示
すように、摩擦棒21の外周面に、回転方向に対して逆
ねじ方向に螺旋状の突条部(凹凸部)21aが形成され
ている点である。すなわち、第3実施形態では、逆ねじ
形状の突条部21aによって広い範囲で発熱が得られる
とともに、穴部3aの底方向(圧入方向)への流れが強
制的に生じて、高い塑性流動性を得ることができ、より
一層接合強度を向上させることができる。
【0027】本発明は、次のような実施形態をも含むも
のである。 (1)上記各実施形態では、母材3と同じ材料のスリー
ブ4を用いたが、溶接材として肉盛りに適用可能な材料
であれば、他の材料でスリーブを形成しても構わない。
【0028】(2)第3実施形態では、逆ねじ形状の螺
旋状突条部21aを摩擦棒21の外周面に形成したが、
逆ねじ形状でなくても外周面に別の形状の凹凸部を形成
しても、スリーブとの接触面積が増え、塑性流動性を向
上させる効果が得られる。しかしながら、第3実施形態
において述べたように、逆ねじ形状とすれば、摩擦棒の
回転によって圧入方向に強制的に塑性流動を生じさせる
ことができる。
【0029】(3)第3実施形態では、略円柱状の摩擦
棒21に螺旋状の突条部21aを形成したが、第2実施
形態のように、テーパ状に形成された摩擦棒の外周面に
同様の螺旋状の突条部を形成しても構わない。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。 (1)請求項1記載の穴部の肉盛り方法および請求項2
記載の穴部の肉盛り装置によれば、スリーブの内径より
少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒を回転させながら
穴部内に圧入させるので、母材の融点まで温度を上昇さ
せずに摩擦熱でスリーブを塑性化させ、摩擦棒の運動で
塑性流動させることにより、部品の変形や機械強度低下
を抑制することができる。したがって、従来の穴部に対
する溶融溶接による肉盛り方法に比べて、劣化が格段に
小さく、高い接合強度有する良好な肉盛りが可能とな
る。
【0031】(2)請求項3記載の穴部の肉盛り装置に
よれば、摩擦棒の外径が先端に向かって漸次小さくなっ
ているので、テーパ形状の外周面によって接触面が増加
し、広い範囲で高い発熱が得られ、肉盛りに要する時間
を短縮化することができるとともに、広い範囲で塑性流
動を起こすことができ、機械的強度をより一層向上させ
ることができる。
【0032】(3)請求項4記載の穴部の肉盛り装置に
よれば、摩擦棒の先端の外径がスリーブの内径より大き
いので、摩擦棒の先端面もスリーブに接触して発熱する
ことにより、外周面と先端面との両面の効果で、さらに
塑性流動性を高めることができる。
【0033】(4)請求項5記載の穴部の肉盛り装置に
よれば、摩擦棒の外周面に凹凸部が形成されているの
で、該凹凸部によってスリーブとの接触面積が増加し、
さらに塑性流動性が高くなる。
【0034】(5)請求項6記載の穴部の肉盛り装置に
よれば、凹凸部が、摩擦棒の外周面に回転方向に対して
逆ねじ方向に形成された螺旋状の突条部であるので、広
い範囲で発熱が得られるとともに、圧入方向に強制的に
塑性流動を起こさせて、より一層接合強度を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り
装置の第1実施形態における圧入前の状態を示す要部を
破断した斜視図である。
【図2】 本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り
装置の第1実施形態における圧入後の状態を示す要部の
断面図である。
【図3】 本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り
装置の第2実施形態における圧入前の状態を示す要部を
破断した斜視図である。
【図4】 本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り
装置の第2実施形態における圧入後の状態を示す要部の
断面図である。
【図5】 本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り
装置の第3実施形態における圧入前の状態を示す要部を
破断した斜視図である。
【図6】 本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り
装置の第3実施形態における圧入後の状態を示す要部の
断面図である。
【符号の説明】
1、11、21 摩擦棒 1a、11a 摩擦棒の先端面 11b 摩擦棒の外周面 2 駆動手段 3 母材 3a 穴部 4 スリーブ 21a 突条部(凹凸部)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏木 武 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内 Fターム(参考) 4E067 AA05 BG00

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 穴部に溶接材で形成されたスリーブを挿
    入する工程と、そのスリーブの内径よりも少なくとも一
    部の外径が大きい摩擦棒を回転させながら前記穴部に圧
    入する工程と、を備えたことを特徴とする穴部の肉盛り
    方法。
  2. 【請求項2】 穴部に挿入されるスリーブの内径より少
    なくとも一部の外径が大きい摩擦棒と、摩擦棒を回転さ
    せるとともに穴部に圧入する駆動手段と、を備えたこと
    を特徴とする穴部の肉盛り装置。
  3. 【請求項3】 前記摩擦棒は、外径が先端に向かって漸
    次小さく形成されている、ことを特徴とする請求項2に
    記載の穴部の肉盛り装置。
  4. 【請求項4】 前記摩擦棒は、先端の外径が前記スリー
    ブの内径よりも大きく形成されている、ことを特徴とす
    る請求項2に記載の穴部の肉盛り装置。
  5. 【請求項5】 前記摩擦棒は、外周面に凹凸部が形成さ
    れている、ことを特徴とする請求項2に記載の穴部の肉
    盛り装置。
  6. 【請求項6】 前記凹凸部は、前記摩擦棒の回転方向に
    対して逆ねじ方向に形成された螺旋状の突条部であるこ
    とを特徴とする請求項5に記載の穴部の肉盛り装置。
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