JP4253947B2

JP4253947B2 - 穴部の肉盛り方法および肉盛り装置

Info

Publication number: JP4253947B2
Application number: JP25364899A
Authority: JP
Inventors: 幸二徳永; 清和御巫; 武柏木
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: JP2001071153A

Description

【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】
アルミ合金等の軽金属の穴部の修理の際、ＴＩＧ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。
この対策として、例えば、図３の（ａ）に示すように、アルミ合金で形成された母材３に空けられた比較的小さな穴部３ａの内側を肉盛りして修理する手段として、母材３の下面側において穴部３ａの開口端を閉塞するように当て板５を当てがい、穴部３ａ内に溶接材４を入れた状態で、モータ等の駆動手段２で摩擦棒１を回転させるとともに、図３に（ｂ）に示すように、穴部３ａ内に圧入させる手段が提案されている。
【０００４】
この手段によれば、高速回転する摩擦棒１と溶接材４との間、もしくは溶接材４と当て板５との間で瞬間的に大きな摩擦熱を発生させるので、塑性化された溶接材４は、摩擦棒１によって塑性流動し、摩擦棒１と母材３との隙間に押し出されて該隙間を埋めるとともに、溶接材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。
このような穴部の肉盛り手段では、母材３の融点まで温度を上昇させず、瞬時に溶接材４を塑性流動させるため、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ものである。
【０００５】
【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、穴部の底における塑性流動が小規模なため、底近傍で母材と溶接材との間に接合不良が発生するおそれがあった。また、溶接材が摩擦棒によって押し出される際に、穴部の底で径方向への流れが発生し、この部分で穴部の変形が生じるおそれがあった。さらに、溶接材の流動部と母材とが擦れることによる酸化被膜除去効果が小さくなってしまい、酸化被膜の残留により接合不良等が発生するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、穴部の底近傍での接合不良および変形等を防止するとともに、酸化被膜の残留を防いで良好な接合を得る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。
【０００７】
【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、母材を貫通した穴部の肉盛り方法であって、前記穴部の一方を当て部材で塞いで底を形成する工程と、前記穴部の底に溶接材を設置する工程と、穴部の穴径よりも外径が小さい摩擦棒を回転させながら穴部に圧入する工程と、を備え、前記穴部とほぼ同径の貫通孔が設けられた板状スペーサを、前記母材と前記当て部材との間に前記貫通孔を穴部に一致させて挟み込む技術が採用される。
【０００８】
また、請求項２記載の穴部の肉盛り装置では、母材を貫通した穴部の肉盛り装置であって、前記穴部の一方を塞ぐ当て部材と、該当て部材と前記母材との間に挟み込まれる板状スペーサと、穴部の穴径よりも外径が小さい摩擦棒と、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、前記板状スペーサは、前記穴部とほぼ同径で肉盛り時に前記穴部に一致させる貫通孔が設けられている技術が採用される。
【０００９】
これらの穴部の肉盛り方法および穴部の肉盛り装置では、穴部とほぼ同径の貫通孔が設けられた板状スペーサを、母材と当て部材との間に貫通孔を穴部に一致させて挟み込むことにより、塑性流動した溶接材の流れを貫通孔の内側面で穴部の軸方向に向けることができ、穴部の底近傍における接合不良および変形等を防ぐことができる。また、穴部の底近傍においても、母材と流動部とがスムーズに擦れ合うことにより、酸化皮膜除去効果も向上させることができる。
【００１０】
【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一実施形態を、図１を参照しながら説明する。
この図において、符号１は摩擦棒、２は駆動手段、３は母材、４はスリーブ、５は当て板、６は穴付き板である。
【００１１】
本実施形態の肉盛り方法に用いる肉盛り装置は、図１の（ａ）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、母材３の下面側において穴部３ａの開口端を閉塞するように当てがう当て板（当て部材）５と、当て板５と母材３との間に挟み込まれる穴付き板（板状スペーサ）６とを備えている。
また、穴付き板６には、穴部３ａとほぼ同径で肉盛り時に穴部３ａに一致させる貫通孔６ａが設けられている。
【００１２】
この肉盛り装置を用いた穴部３ａの肉盛り方法を、以下に説明する。
まず、母材３の下面側において穴部３ａの開口端を閉塞するように当て板５を当てがう。この際、穴付き板６を、母材３と当て板５との間に貫通孔６ａを穴部３ａに一致させて挟み込ませる。
さらに、穴部３ａ内にその内径より僅かに小さい外径のスリーブ（溶接材）４を挿入する。
【００１３】
なお、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、当て板５および穴付き板６は、いずれも母材３と異なる材料（例えば、鉄ベースの合金）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。
【００１４】
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１の（ｂ）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。
【００１５】
そして、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。
さらに、塑性化された溶接材４は、摩擦棒１の回転、圧入に伴って、貫通孔６ａの内側面で穴部３ａの軸方向上方に流れが向けられ、穴部３ａの底近傍での接合不良および変形等を防ぐことができる。また、穴部３ａの底近傍においても、母材３ａと流動する溶接材４とがスムーズに擦れ合うことにより、酸化皮膜の除去が良好に行われる。
【００１６】
次に、上記実施形態の他の例を、図２を参照して説明する。
【００１７】
上記実施形態では、先端面１ａが平らな摩擦棒１と表面が平らな当て板５とを用いたが、他の例として、図２に示すように、先端面１１ａが先端側に向けて凸状（テーパ状）に形成された摩擦棒１１と、先端面１１ａの形状に応じた凹状の有底穴１３ａを穴部３ａに当てる位置に有する当て板１３とを採用しても構わない。なお、有底穴１３は、穴部３ａとほぼ同じ内径に形成されている。
また、上記実施形態では、円筒状の溶接材としてスリーブ４を用いたが、他の例として、図２の（ａ）に示すように、穴部３ａの内径より小さい外径に成形された円柱状（ペレット状）の溶接材１４を採用しても構わない。
【００１８】
この例では、溶接材１４を有底穴１３ａの底面に載置し、この状態で、摩擦棒１１を駆動手段２によって回転させるとともに、図２の（ｂ）に示すように、穴部３ａ内に圧入させる。
このとき、高速回転する摩擦棒１１の先端面１１ａが溶接材４に接触して、摩擦棒１１と溶接材４との間、もしくは溶接材４と当て板１３の有底穴１３ａとの間で瞬間的に大きな摩擦熱を発生させる。
【００１９】
そして、塑性化された溶接材４は、図２の（ｂ）に示すように、摩擦棒１１の回転、圧入に伴って、有底穴１３ａの中で径方向に流動するとともに、有底穴１３ａの内側面および穴付き板６の貫通孔６ａの内側面によって穴部３ａの軸方向上方に流れが向けられる。この後、溶接材４は、母材３と摩擦棒１１との間の隙間に流動させられて該隙間を埋める。この際、溶接材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。
【００２０】
したがって、この例では、穴付き板６を挟み込んで行うことによる溶接材の整流効果に加えて、以下のような効果が得られる。すなわち、摩擦棒１１の先端面１１ａが圧入方向に向けて凸状に形成されているとともに、有底穴１３ａが摩擦棒１１の先端面１１ａの形状に応じた凹状に形成されているので、塑性化した溶接材４が摩擦棒１１の先端面１１ａおよび有底穴１３ａの底面に沿って流動することにより、径方向の流れをスムーズに軸方向へ変えることができる。
【００２１】
本発明は、次のような実施形態をも含むものである。
上記実施形態では、母材３と同じ材料の溶接材を用いたが、溶接材料として肉盛りに適用可能な材料であれば、他の材料で溶接材を形成しても構わない。
溶接材の形状は円筒状または円柱状にしたが、これに限るものではなく、他の形状のものを採用しても構わない。例えば、十分な摩擦熱が得られるものであれば、粒状の溶接材を適用してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
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、穴部とほぼ同径の貫通孔が設けられた板状スペーサを、母材と当て部材との間に貫通孔を穴部に一致させて挟み込むことにより、穴部の底近傍において溶接材を穴部の軸方向に流動させ、底近傍での接合不良および変形等の防止および酸化皮膜除去効果の向上を図ることができ、接合強度を向上させて良好な接合が可能になる。
【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一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および圧入時の状態を示す要部の断面図である。
【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一実施形態における他の例について、圧入前の状態を示す要部を破断した斜視図および圧入時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従来例における圧入前の状態を示す要部を破断した斜視図および圧入時の状態を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
１、１１摩擦棒
１ａ、１１ａ摩擦棒の先端面
２駆動手段
３母材
３ａ穴部
４スリーブ（溶接材）
５当て板（当て部材）
６穴付き板（板状スペーサ）
６ａ貫通孔
１４溶接材

Claims

母材（３）を貫通した穴部（３ａ）の肉盛り方法であって、
前記穴部の一方を当て部材（５）で塞いで底を形成する工程と、前記穴部の底に溶接材（４、１４）を設置する工程と、穴部の穴径よりも外径が小さい摩擦棒（１、１１）を回転させながら穴部に圧入する工程と、を備え、
前記穴部とほぼ同径の貫通孔（６ａ）が設けられた板状スペーサ（６）を、前記母材と前記当て部材との間に前記貫通孔を穴部に一致させて挟み込むことを特徴とする穴部の肉盛り方法。
母材（３）を貫通した穴部（３ａ）の肉盛り装置であって、
前記穴部の一方を塞ぐ当て部材（５）と、該当て部材と前記母材との間に挟み込まれる板状スペーサ（６）と、穴部の穴径よりも外径が小さい摩擦棒（１、１１）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（２）と、を備え、
前記板状スペーサは、前記穴部とほぼ同径で肉盛り時に前記穴部に一致させる貫通孔（６ａ）が設けられていることを特徴とする穴部の肉盛り装置。