WO2019054423A1 - 積層造形物及び積層造形物の製造方法 - Google Patents

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伸志 佐藤
山田　岳史
雄幹 山崎
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Definitions

  • the present invention relates to a laminate-molded article and a method of manufacturing the laminate-shaped article, and more particularly, relates to a laminate-molded article and a laminate-molded article produced by melting and solidifying a mild steel using an arc.
  • a metal filler is provided one by one on a welding path of a rotating substrate while rotating the rotating substrate using a cold metal transfer welding apparatus equipped with a welding torch.
  • a method of manufacturing to deposit and form a rotatable article is known (see, for example, US Pat. No. 5,958,015).
  • the invention also includes a welding torch that melts a metal wire by arc discharge, a moving mechanism that moves the welding torch, and a control unit that controls the welding torch and the moving mechanism, and the amount of droplets formed by melting the metal wire.
  • a forming apparatus and a manufacturing method for forming a layered product by stacking the upper layer bead obliquely to the lower layer bead by controlling the drawing speed of the metal wire drawn by the welding torch and the moving speed of the welding torch See, for example, Patent Document 2).
  • the area ratio of ferrite phase is 80% or more, the average crystal grain size of ferrite phase is 6 ⁇ m or less, and the precipitation amount of carbide containing Ti is 0
  • a steel having a steel sheet structure having an average particle diameter of 10 nm or less and being 22% by mass or more has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
  • a low-yield-ratio steel material for construction it has a chemical composition containing Sn, the proportion of the ferrite phase is 40% or more, and the average grain size of the ferrite phase is more than 3 ⁇ m and not more than 20 ⁇ m
  • Patent Document 4 discloses one having the following microstructure.
  • the shaped object formed by the additive manufacturing method using arc welding has a plurality of structures (for example, in the case of mild steel) due to the difference in cooling rate between welding bead layers when the molten metal solidifies. It becomes a shaped article having ferrite, perlite, and bainite. In this case, variations in mechanical strength (tensile strength, fatigue strength, toughness) occur due to differences in structure, making it difficult to obtain substantially uniform strength.
  • Patent Documents 3 and 4 are both techniques relating to a rolled steel sheet, and are different from laminate-molded articles obtained by melting and solidifying a filler material using an arc.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to make a laminated molded article having a substantially uniform strength by making uniform the structure of the laminated molded article by the laminate molding method using arc welding and laminating. It is in providing the manufacturing method of a modeling thing.
  • a laminated shaped article formed by laminating a welding bead layer obtained by melting and solidifying a mild steel filler material What is claimed is: 1.
  • a laminate-molded article comprising a plurality of the welding bead layers having a ferrite phase having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less excluding a surface oxide film.
  • the layered object according to (1), wherein the Vickers hardness of the plurality of welding bead layers having a ferrite phase having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less is 130 Hv or more and 178 Hv or less.
  • At least one of the lower layer and the upper layer of the plurality of welding bead layers having a ferrite phase having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less has another welding bead layer different from the crystal structure of the welding bead layer
  • the laminate molded article according to (3), wherein the other weld bead layer located under the plurality of weld bead layers has a mixed structure mainly comprising bainite.
  • a method for producing a laminate-shaped article wherein the welding bead layer of the next layer is repeatedly laminated and formed on a welding bead layer formed of welding beads obtained by melting and solidifying a mild steel filler material using an arc.
  • Manufacturing of a laminate-molded article characterized in that the welding bead layer of the next layer is laminated when the temperature of the surface layer of the welding bead layer is in the range of 200 ° C. to 550 ° C. by controlling the interlayer time and heat input.
  • Method (7) The method for producing a laminate-molded article according to (6), wherein the respective welding bead layers are laminated with the interlayer time and the heat input amount fixed.
  • the plurality of welding bead layers having a ferrite phase having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less excluding the surface oxide film is provided, so that the plurality of welding bead layers become uniform.
  • a layered product having substantially uniform strength is obtained.
  • the welding bead layer of the next layer when the temperature of the surface layer of the welding bead layer is in the range of 200 ° C. to 550 ° C. by controlling the interlayer time and heat input, the welding bead layer of the next layer As a result, the weld bead layer has a uniform structure having a ferrite phase with an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less excluding the surface oxide film, and substantially uniform strength is obtained.
  • FIG. No. It is a schematic diagram which shows the structure of the manufacturing system of the laminate-molded article which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a perspective view which shows the cylindrical laminate-molded article manufactured by the manufacturing system of the laminate-molded article shown in FIG. No. It is a graph which shows the temperature change in the top layer of the laminate-molded article laminated
  • FIG. 6B is a photomicrograph showing the tissue of VIB of FIG. 6A.
  • FIG. 6B is a photomicrograph showing the tissue of the VIC of FIG. 6A.
  • FIG. 6B is a photomicrograph showing the organization of the VID of FIG. 6A.
  • FIG. 6B is a photomicrograph showing the organization of the VIE of FIG. 6A.
  • FIG. 6B is a photomicrograph showing the organization of the VIF of FIG. 6A.
  • It is a perspective view showing a U-shaped layered object manufactured by a manufacturing system of a layered object. It is a schematic diagram which shows the structure of the manufacturing system of the laminate-molded article which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • the manufacturing system 10 of the layered object according to this embodiment includes a welding robot 20, a temperature sensor 30, a control device 50, a CAD / CAM device 51, a trajectory planning means 52, and a memory 53. And. That is, in the present embodiment, the existing welding robot 20 is used as a stacking device.
  • the laminated molded object manufacturing system 10 represents the shapes of the layers L1 to Lk of the laminated molded object 11, while melting the welding material (wire) W made of mild steel by the welding robot 20.
  • the welding torch 22 is moved based on the layer shape data to laminate the welding bead layer 61 over the plurality of layers L1.
  • a mild steel filler is specified as a carbon steel with a carbon content of 0.3% by mass or less, and as a solid wire, JIS Z3312 YGW12, Z3312 YGW15, Z3312 YGW18, Z3312 YGW19, etc. Can be mentioned.
  • the laminate-molded article 11 shown in FIG. 1 and FIG. 2 laminates the welding bead layer 61 continuously in a spiral shape (that is, the end portion of the welding bead layer 61 of the front layer and the welding bead layer 61 of the next layer).
  • a spiral shape that is, the end portion of the welding bead layer 61 of the front layer and the welding bead layer 61 of the next layer.
  • the welding robot 20 is an articulated robot, and includes a welding torch 22 at the tip of a tip arm 21.
  • the tip arm 21 is movable in a three-dimensional manner, and the welding torch 22 can be moved to any position in any position by controlling the position and the position of the tip arm 21 with the control device 50. .
  • Welding torch 22 includes a substantially cylindrical shield nozzle (not shown) to which a shield gas is supplied, a contact tip disposed inside the shield nozzle, and a filler metal W held by the contact tip and supplied with a melting current. And.
  • the welding torch 22 feeds the filler material W, generates an arc while flowing the shield gas, melts and solidifies the mild steel filler material W, and laminates the welding bead layer 61 on the base 60.
  • the molded laminate 11 is molded.
  • the welding torch 22 may be of a non-electrode type, which supplies a filler material from the outside.
  • the temperature sensor 30 measures the temperature of the surface layer of the welding bead layer 61 laminated immediately before, and although a contact-type measurement sensor can be used, the welding bead layer 61 laminated has a high temperature. Non-contact measurement sensors such as a thermoviewer and an infrared temperature sensor are desirable. In the present embodiment, the temperature sensor 30 measures the temperature at the shaping start end of each layer.
  • the control device 50 controls the welding robot 20 and the temperature sensor 30 to laminate the plurality of welding bead layers 61, and forms the laminate-molded article 11.
  • the CAD / CAM device 51 divides it into a plurality of layers (see FIG. 2) and generates layer shape data representing the shapes of the respective layers L1. In the case where the substantially cylindrical laminate-molded article 11 as shown in FIG. 2 is formed, it is divided in the horizontal direction into the shapes of the respective layers L1.
  • the trajectory planning means 52 based on the layer shape data, the movement trajectory of the welding torch 22 in each layer L1 ... Lk, the planned height of the weld bead layer 61 on which the weld bead layer 61 of each layer L1 ... Lk is stacked, etc. A concrete lamination plan of the welding bead layer 61 is created.
  • the memory 53 stores the generated layer shape data, the movement trajectory of the welding torch 22, the inter-pass temperature Tp, and the like.
  • the control device 50 controls the layer shape data stored in the memory 53, the movement trajectory of the welding torch 22, the interpass temperature Tp, the temperature of the surface layer of the welding bead layer 61 stacked immediately before measured by the temperature sensor 30, etc. Control the movement of the welding robot 20, including welding current, arc voltage and welding speed. Further, the control device 50 incorporates a timer 54 for measuring a cooling time until the temperature of the welding bead layer 61 of each layer is cooled to the allowable inter-pass temperature Tp from the temperature at the start of shaping.
  • the welding robot 20 moves the welding torch 22 along the planned movement trajectory to base the welding bead layer 61.
  • the temperature sensor 30 measures the temperature of the surface layer of the deposited welding bead layer 61.
  • shaping of the welding bead layer 61 of the next layer is started when the temperature of the surface layer of the welding bead layer 61 of the front layer is within the allowable range of the inter-pass temperature Tp set in advance.
  • the interlaminar time and heat input are controlled to be constant so that the interpass temperature Tp falls within the allowable range of 200 ° C. to 550 ° C., and the weld bead of the next layer is controlled.
  • the layer 61 is formed.
  • the inter-pass temperature Tp is controlled in controlling the interlayer time and heat input. It can not be within the allowable range and falls below the lower limit temperature of the allowable range.
  • the welding bead layer 61 of the next layer is formed with the said fixed interlayer time and heat gain.
  • the temperature of the surface layer of the welding bead layer 61 of the front layer is monitored in the same manner as above until the all layers Lk, and when the interpass temperature Tp is within the allowable temperature range, the welding bead layer of the next layer
  • the lamination molding 61 is repeated to form the laminate-molded product 11.
  • the welding bead layer 61 when the welding bead layer 61 is laminated, if the molten mild steel filler material W is quenched, it becomes a mixed structure mainly made of bainite. Further, when the molten mild steel filler material W spontaneously solidifies, it becomes a structure including coarse ferrite, pearlite and bainite. On the other hand, in the present embodiment, since these structures are heated beyond the transformation point of ferrite by laminating the welding bead layer 61 of the subsequent layer and subsequent layers, pearlite and bainite are transformed into ferrite and coarse ferrite Is a miniaturized tissue.
  • the weld bead layer 61 of the next layer is laminated while controlling the interlayer time and the heat input so that the interpass temperature Tp falls within the range of 200 ° C. to 550 ° C.
  • the welding bead layer 61 after the layer is laminated.
  • the welding bead layer 61 is heated above the transformation point of ferrite, and a uniform structure of fine ferrite phase with an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less is obtained.
  • the welding bead layer 61 is heated by the lamination of the welding bead layer 61 of the next layer, causing the welding bead layer 61 to be flattened or sagging to form a predetermined shape. It can not be stacked.
  • the weld bead layer 61 having a fine ferrite phase with an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less has a Vickers hardness of 130 Hv or more and 178 Hv or less, good mechanical strength, and substantially uniform hardness with little variation. There is.
  • the welding bead layer 61 of the next layer is not laminated
  • another welding bead layer different from the crystal structure of the welding bead layer 61 is It is formed.
  • Table 1 shows No. 1 to No.
  • the lamination condition of the welding bead layer 61 in four examples of 4, and the average crystal grain size of the molded laminate-molded product 11 (welding bead layer 61 in the middle stage of shaping) are shown.
  • FIG. FIG. 4 is a graph showing the temperature change of the surface layer of the uppermost layer of the laminate-molded product 11 of Example 1; It is a graph which extracts the 20th weld bead layer 61 in one Example, and shows the temperature change.
  • FIG. 6 is a graph showing the Vickers hardness of each part in the laminate-molded product of Example 4; It is a figure of the microscope picture of the laminate-molded article of one Example.
  • FIG. 3 since the surface temperature of the welding bead layer 61 was measured using a thermoviewer, the temperature close to the arc is not measured by the intense arc light and is not actually measured. The melting temperature is reached.
  • FIG. 4 is a temperature history prediction result by numerical simulation, and when it measures with a thermoviewer, it is forecasting to the latest temperature of the arc which was obstructed by intense arc light and was not measured.
  • a plurality of welding bead layers 61 are stacked under the condition that the welding current 112A, the arc voltage 16.3 V, the welding speed 40 cm / min, and the interpass time is changed to 60, 90, 120 sec. 11 was molded. Therefore, the inter-pass temperature Tp in the middle stage of shaping decreases as the inter-pass time increases, and becomes 540 ° C., 380 ° C., and 290 ° C., respectively.
  • Example 4 a plurality of welding bead layers 61 were laminated under the conditions of welding current 168A, arc voltage 18.1 V, welding speed 40 cm / min, and interpass time 90 seconds to form a laminate-molded article 11.
  • the inter-pass temperature Tp in the fourth embodiment is 550 ° C. because the amount of heat input is large.
  • the average grain size of the finely divided ferrite structure of the weld bead layer 61 in the middle stage of shaping is 9.2 ⁇ m, 9.1 ⁇ m, 11.0 ⁇ m, and 9.3 ⁇ m.
  • the interpass temperature Tp to be in the range of 200 ° C. to 550 ° C.
  • the inter-pass temperature Tp is less than 200 ° C. in the height direction of the welding bead layer 61, and the welding bead layer 61 in the initial stage of shaping which is a mixed structure mainly comprising bainite Divided into five equal parts excluding the weld bead layer 61 in the post-modeling stage, which is a structure containing various ferrites, pearlite and bainite, and in the width direction of the weld bead layer 61, the part other than the surface oxide film is third grade
  • the grain size was divided according to the standard of JIS G0551 in a field of view of about 5 mm square of each part, and these were averaged to obtain.
  • the cross section of the weld bead layer 61 is observed with an optical microscope for a mixed structure mainly composed of bainite, a finely divided ferrite structure, and a structure including coarse ferrite, pearlite and bainite. It was determined (see FIG. 6A).
  • the surface oxide film was a region from the surface to a depth of 0.3 mm.
  • the welding bead layer 61 in the initial stage of shaping (the first to sixth layers in the embodiment shown in FIG. 3) which is melted and laminated on the base 60 is
  • the temperature of the surface layer of the welding bead layer 61 of the layer is lower than the lower limit (200 ° C.) of the allowable range of the inter-pass temperature Tp. For this reason, even if the welding bead layer 61 after the next layer is laminated, the transformation point of ferrite can not be exceeded, and a mixed structure mainly made of bainite is obtained (see FIG. 6 (B)).
  • the welding bead layer 61 in the middle stage of shaping (the seventh to 49th layers in the embodiment shown in FIG. 3)
  • the welding bead when the welding bead layer 61 of the subsequent layer (the eighth to 50th layers) is laminated
  • the temperature of the surface layer of the layer 61 is within the allowable range (200 ° C. to 550 ° C.) of the inter-pass temperature Tp, as shown in FIG.
  • the inter-pass temperature Tp when the 21st weld bead layer 61 is stacked is controlled by controlling the interlayer time and heat input of the 20th weld bead layer 61. It is within an allowable range (point T (approximately 400 ° C.) shown in FIG. 3). Further, the temperature of the 20th weld bead layer 61 is repeatedly raised and cooled along with the lamination of the weld bead layers 61 after the next layer, and converges to about 400 ° C. while the temperature amplitude is gradually decreased. The temperature of the surface layer of the uppermost layer at this time converges to about 540 ° C., as shown in FIG.
  • the welding bead layer 61 is heated to a temperature exceeding the transformation point by laminating the welding bead layer 61 of the next layer and subsequent layers, and pearlite and bainite are transformed to ferrite in the welding bead layer 61 in the middle stage of shaping
  • coarse ferrites are refined to form a substantially uniform structure in which ferrite phases having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less are continuous (see FIGS. 6C to 6E).
  • the temperature of the surface of the top layer during modeling gradually rises as the welding bead layer 61 from the next layer onward is laminated, and the interpass temperature stabilizes at about 540 ° C.
  • the welding bead layer 61 of the modeling late stage (the 50th layer in the Example shown in FIG. 3), the welding bead layer 61 of the next layer is not laminated
  • the weld bead layer 61 in the middle stage of shaping in which a fine ferrite phase having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less continues in any of the examples has a Vickers hardness of 130 Hv or more and 178 Hv or less. There is almost uniform hardness with less variation.
  • the structure of the welding bead layer 61 in the later stage of shaping is a structure containing coarse ferrite, pearlite and bainite, so the Vickers hardness is slightly high. Further, since the weld bead layer 61 in the initial stage of shaping is a mixed structure mainly comprising bainite, it has a Vickers hardness as high as about 200 Hv or more, but has a structure with low toughness.
  • the welding bead layer 61 in the initial stage of formation consisting of a mixed structure mainly consisting of bainite and the welding bead layer 61 in the latter stage of formation as required are deleted. It is also possible to use only a uniformed structure in which a finely divided ferrite phase having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less is continuous.
  • the shaping time per layer of the welding bead layer 61 is set to the cooling time until it is cooled to the allowable inter-pass temperature Tp from the temperature at the beginning of shaping when shaping of the layered model 11 is set, It is possible to continuously laminate the welding bead layer 61 in the shortest time without stopping the arc temporarily, and the production efficiency is improved.
  • the setting of the shaping time per layer of the welding bead layer 61 is such that the heat input during the shaping process is constant per unit length of the welding bead layer 61, and at least the welding current, arc voltage and welding speed during the shaping process. You may adjust by changing one welding condition.
  • the setting of the shaping time per layer of the welding bead layer 61 is at least a welding current, an arc voltage, and a welding speed in the shaping step so that the cross-sectional area of the welding bead layer 61 in the shaping step becomes constant. You may adjust by changing one welding condition. Thereby, high modeling efficiency is maintained, and stable modeling is possible while securing modeling accuracy.
  • At least one welding bead layer 61 has a ferrite phase with an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less except for the surface oxide film. 11.
  • the structure of 11 is homogenized and has substantially uniform strength, and a laminate-molded article 11 having excellent mechanical properties is obtained.
  • the Vickers hardness of the welding bead layer 61 having a ferrite phase having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less is 130 Hv or more and 178 Hv or less, the laminate-molded article 11 having a structure having appropriate toughness and hardness is obtained.
  • the average crystal grain size can stably form a weld bead layer 61 having a finely divided ferrite phase of 11 ⁇ m or less.
  • each welding bead layer 61 has the same shape in top view, the welding bead layers 61 of each layer are laminated under substantially the same conditions, and a substantially uniform structure can be obtained.
  • the welding bead layer 61 when the temperature of the surface layer of the welding bead layer 61 is in the range of 200 ° C. to 550 ° C. by controlling the interlayer time and the heat input Since the bead layer 61 is laminated, the welding bead layer 61 has a uniform structure having a ferrite phase having an average crystal grain size of 11 ⁇ m or less excluding the surface oxide film, and substantially uniform strength can be obtained.
  • each welding bead layer 61 is laminated
  • FIG. 7 shows a case of manufacturing a laminate-molded article 11 of a modified example in which the start position P1 and the end position P2 of the weld bead of each layer to be stacked are different. Also in this case, the shaping of the welding bead layer 61 of the next layer is started when the temperature of the welding bead layer 61 of the front layer becomes within the range of the allowable inter-pass temperature Tp.
  • the shaping time per layer of the welding bead layer 61 may be set to be equal to or longer than the cooling time, but the shaping time per layer of the welding bead layer 61 and the moving time of the welding torch 22 The production efficiency can be further improved by setting the sum to be equal to or longer than the cooling time.
  • the formation time per layer of the welding bead layer 61 formed using one welding torch 22 is very long compared to the cooling time, a plurality of welding torches 22 are used.
  • the production efficiency is improved by simultaneously laminating the welding bead layers 61.
  • the number of welding torches 22 when forming the welding bead layer 61 to an integral value of the quotient obtained by dividing the forming time per layer of the welding bead layer 61 formed by using one welding torch 22 by the cooling time For example, as shown in FIG. 8, when the integer value of the quotient obtained by dividing the shaping time per layer of the welding bead layer 61 by one welding torch 22 by the cooling time is 2, two weldings are performed. The formation is performed using the torch 22.
  • the cooling time is measured from the temperature at the start of shaping to the allowable inter-pass temperature, and the welding of the next layer is performed.
  • the number of welding torches 22 is determined.
  • the welding bead layer 61 of all layers is cooled from the temperature at the start of formation to the temperature between the acceptable passes
  • the cooling time up to may be measured, and the longest one may be taken as the cooling time, and the number of welding torches 22 at the time of manufacturing the second and subsequent shaped objects may be set based on the cooling time.
  • the other configurations and actions are similar to those of the first embodiment.

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Abstract

軟鋼製の溶加材Ｗを溶融及び凝固させた溶着ビード層（６１）が積層されて形成される積層造形物（１１）であって、少なくとも一つの溶着ビード層（６１）は、表面酸化膜を除き、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する。これにより、アーク溶接を用いた積層造形法による積層造形物の組織を均一化して、略均一な強度を有する積層造形物および積層造形物の製造方法を提供する。

Description

積層造形物及び積層造形物の製造方法
　本発明は、積層造形物および積層造形物の製造方法に関し、より詳細には、アークを用いて軟鋼を溶融及び凝固してなる積層造形物及び積層造形物の製造方法に関する。
　近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザやアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。
　従来、溶融金属を積層して造形物を造形する技術としては、溶接トーチを備える冷間金属移行溶接装置を用いて、回転基板を回転させながら、回転基板の溶接経路上に金属フィラーを一層ずつ堆積させて、回転式物品を形成する製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、金属ワイヤをアーク放電により溶融する溶接トーチと、該溶接トーチを移動させる移動機構と、溶接トーチおよび移動機構を制御する制御部と、を備え、金属ワイヤを溶融した溶滴の溶滴量、溶接トーチが引き込む金属ワイヤの引込速度、および溶接トーチの移動速度を制御して、下層のビードに対して上層のビードを斜め方向に積み上げて積層造形物を造形する造形装置及び製造方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
　また、強度と打抜性の向上を図った熱延鋼板としては、フェライト相の面積率が８０％以上、フェライト相の平均結晶粒径が６μｍ以下であり、Ｔｉを含む炭化物の析出量が０．２２質量％以上であり、炭化物の平均粒子径が１０ｎｍ以下の鋼板組織を有するものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。さらに、建築用の低降伏比鋼材としては、Ｓｎを含有する化学組成を有し、フェライト相の割合が４０％以上であり、かつ、該フェライト相の平均結晶粒径が３μｍを超えて２０μｍ以下のミクロ組織を有するものが開示されている（例えば、特許文献４参照）。
日本国特表２０１６－５０４１９４号公報 日本国特開２０１５－１６０２１７号公報 日本国特開２０１４－２０８８７６号公報 日本国特開２０１２－１１７１３２号公報
　アーク溶接を用いた積層造形法により造形された造形物は、溶融した金属が凝固する際、溶着ビード層ごとに冷却速度が異なることに起因して、複数の組織(例えば、軟鋼の場合は、フェライト、パーライト、ベイナイトを含む)を持つ造形物となる。この場合、組織の違いにより機械的強度(引張り強度・疲労強度・靭性)にばらつきが生じ、略均一な強度を得ることが困難となる。
　特許文献１及び２に記載の製造方法では、具体的な溶接条件について記載されているが、造形物の組織を考慮したものではなく、また、造形物の組織については言及されていない。
　特許文献３及び４は、いずれも圧延鋼板に関する技術であり、アークを用いて溶加材を溶融及び凝固してなる積層造形物とは異なる。
　本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アーク溶接を用いた積層造形法による積層造形物の組織を均一化して、略均一な強度を有する積層造形物及び積層造形物の製造方法を提供することにある。
　本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）　軟鋼製の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビード層が積層されて形成される積層造形物であって、
　表面酸化膜を除き、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する複数の前記溶着ビード層を備えることを特徴とする積層造形物。
（２）　前記平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する前記複数の溶着ビード層のビッカース硬度は１３０Ｈｖ以上、１７８Ｈｖ以下であることを特徴とする（１）に記載の積層造形物。
（３）　前記平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する前記複数の溶着ビード層の下層及び上層の少なくとも一方には、該溶着ビード層の結晶構造と異なる他の溶着ビード層を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の積層造形物。
（４）　前記複数の溶着ビード層の下層に位置する前記他の溶着ビード層は、ベイナイトを主とする混合組織を有することを特徴とする（３）に記載の積層造形物。
（５）　前記各溶着ビード層は、上面視で同一形状を有することを特徴とする（１）～（４）のいずれかに記載の積層造形物。
（６）　アークを用いて軟鋼製の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードで形成した溶着ビード層に、次層の前記溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造方法であって、
　層間時間及び入熱量を制御して、前記溶着ビード層の表層の温度が２００℃～５５０℃の範囲にあるとき、前記次層の溶着ビード層を積層することを特徴とする積層造形物の製造方法。
（７）　前記各溶着ビード層は、前記層間時間及び前記入熱量を一定として積層されることを特徴とする（６）に記載の積層造形物の製造方法。
（８）　前記各溶着ビード層は、上面視で同一形状を有して積層されることを特徴とする（６）又は（７）に記載の積層造形物の製造方法。
（９）　所定数の溶着ビード層を積層した後、前記層間時間及び前記入熱量を制御して、前記溶着ビード層の表層の温度が２００℃～５５０℃の範囲にあるとき、前記次層の溶着ビード層を積層することを特徴とする（６）に記載の積層造形物の製造方法。
　本発明の積層造形物によれば、表面酸化膜を除き、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する複数の溶着ビード層を備えるので、複数の溶着ビード層が均一化された組織となり、略均一な強度を有する積層造形物が得られる。
　また、本発明の積層造形物の製造方法によれば、層間時間及び入熱量を制御して、溶着ビード層の表層の温度が２００℃～５５０℃の範囲にあるとき、次層の溶着ビード層を積層するので、溶着ビード層は、表面酸化膜を除いて平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する均一化された組織となり、略均一な強度が得られる。
本発明の第1実施形態に係る積層造形物の製造システムの構成を示す模式図である。 図１に示す積層造形物の製造システムにより製作される円筒形の積層造形物を示す斜視図である。 Ｎｏ．１の実施例で積層される積層造形物の最上層における温度変化を示すグラフである。 Ｎｏ．１の実施例で積層される積層造形物の特定の層における温度変化を示すグラフである。 各実施例で複数の溶着ビード層が積層された積層造形物の各部のビッカース硬度を示すグラフである。 Ｎｏ．１の実施例の積層造形物の断面写真の図である。 図６ＡのＶＩＢの組織を示す顕微鏡写真の図である。 図６ＡのＶＩＣの組織を示す顕微鏡写真の図である。 図６ＡのＶＩＤの組織を示す顕微鏡写真の図である。 図６ＡのＶＩＥの組織を示す顕微鏡写真の図である。 図６ＡのＶＩＦの組織を示す顕微鏡写真の図である。 積層造形物の製造システムにより製作されるコの字形の積層造形物を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る積層造形物の製造システムの構成を示す模式図である。
　以下、本発明に係る積層造形物及び積層造形物の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術範囲を限定するものではない。
（第１実施形態）
　先ず、本実施形態の積層造形物及びその製造方法を実施するのに好適な製造システムについて図１を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の積層造形物の製造システム１０は、溶接ロボット２０と、温度センサ３０と、制御装置５０と、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５１と、軌道計画手段５２と、メモリー５３と、を備える。即ち、本実施形態では、積層装置として既存の溶接ロボット２０が用いられている。
　図２も参照して、積層造形物の製造システム１０は、溶接ロボット２０により軟鋼製の溶加材（ワイヤ）Ｗを溶融しながら、積層造形物１１の各層Ｌ１・・・Ｌｋの形状を表す層形状データに基づいて溶接トーチ２２を移動させて、溶着ビード層６１を複数層Ｌ１・・・Ｌｋに亘って積層することで積層造形物１１を成形する。なお、軟鋼製の溶加材とは、炭素含有量が０．３質量％以下の炭素鋼のものとして規定され、ソリッドワイヤとしては、ＪＩＳ規格のＺ３３１２　ＹＧＷ１２、Ｚ３３１２　ＹＧＷ１５、Ｚ３３１２　ＹＧＷ１８、Ｚ３３１２　ＹＧＷ１９などが挙げられる。
　なお、図１及び図２に示す積層造形物１１は、溶着ビード層６１を螺旋状に連続して積層する（即ち、前層の溶着ビード層６１の終端部と次層の溶着ビード層６１の始端部とが連続する）ことで、略円筒形状に成形する一例を示しているが、積層造形物１１は、任意の形状に設定可能である。
　溶接ロボット２０は、多関節ロボットであり、先端アーム２１の先端部に溶接トーチ２２を備える。先端アーム２１は、３次元的に移動可能であり、先端アーム２１の姿勢及び位置を制御装置５０で制御することにより、溶接トーチ２２は、任意の姿勢で、任意の位置に移動することができる。
　溶接トーチ２２は、シールドガスが供給される不図示の略筒状のシールドノズルと、シールドノズルの内部に配置されたコンタクトチップと、コンタクトチップに保持されて溶融電流が給電される溶加材Ｗと、を備える。溶接トーチ２２は、溶加材Ｗを送給しつつ、シールドガスを流しながらアークを発生させて軟鋼製の溶加材Ｗを溶融及び凝固し、基台６０上に溶着ビード層６１を積層して積層造形物１１を成形する。なお、溶接トーチ２２は、外部から溶加材を供給する非溶極式であってもよい。
　温度センサ３０は、直前に積層された溶着ビード層６１の表層の温度を測定するものであり、接触式の測定センサも使用可能ではあるが、積層された溶着ビード層６１は高温であることから、サーモビュアや赤外線温度センサなどの非接触式の測定センサが望ましい。
　なお、本実施形態では、温度センサ３０は、各層の造形始端位置の温度を測定している。
　制御装置５０は、溶接ロボット２０、及び温度センサ３０を制御して複数の溶着ビード層６１を積層し、積層造形物１１を成形する。
　ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５１は、形成する積層造形物１１の形状データを作成した後、複数の層に分割して（図２参照）各層Ｌ１・・・Ｌｋの形状を表す層形状データを生成する。図２に示すような略円筒形の積層造形物１１を成形する場合には、水平方向に各層Ｌ１・・・Ｌｋの形状に分割し、垂直方向に積層する。軌道計画手段５２は、層形状データに基づいて、各層Ｌ１…Ｌｋにおける溶接トーチ２２の移動軌跡や、各層Ｌ１…Ｌｋの溶着ビード層６１が積層された溶着ビード層６１の計画高さ、などの具体的な溶着ビード層６１の積層計画を作成する。メモリー５３は、生成された層形状データ、溶接トーチ２２の移動軌跡、パス間温度Ｔｐなどを記憶する。
　制御装置５０は、メモリー５３に記憶された層形状データ、溶接トーチ２２の移動軌跡、及びパス間温度Ｔｐや、温度センサ３０で測定された直前に積層された溶着ビード層６１の表層の温度などに基づいて、溶接電流、アーク電圧、溶接速度を含めた、溶接ロボット２０の動きを制御する。また、制御装置５０は、各層の溶着ビード層６１の温度が、造形開始時点の温度から、許容されるパス間温度Ｔｐに冷却されるまでの冷却時間を計測するタイマー５４を内蔵している。
　このような積層造形物の製造システム１０を用いることで、図２に示すように、溶接ロボット２０は、計画された移動軌跡に沿って溶接トーチ２２を移動させて、溶着ビード層６１を基台６０上、又は、前層の溶着ビード層６１上に造形し、同時に、温度センサ３０は、積層された溶着ビード層６１の表層の温度を測定する。
　ここで、次層の溶着ビード層６１の造形は、前層の溶着ビード層６１の表層の温度が、予め設定されているパス間温度Ｔｐの許容範囲内にあるときに開始される。具体的には、パス間温度Ｔｐが２００℃～５５０℃の許容範囲内に納まるように、層間時間及び入熱量（溶接電流、アーク電圧、溶接速度）を一定に制御して次層の溶着ビード層６１を形成する。
　ただし、積層造形物１１の造形初期における数層の溶着ビード層６１においては、基台６０による抜熱により溶着ビード層６１が冷却されるので、層間時間及び入熱量の制御ではパス間温度Ｔｐを許容範囲内に収めることができず、許容範囲の下限温度を下回ってしまう。このような造形初期における数層の溶着ビード層６１については、上記一定の層間時間及び入熱量のまま、次層の溶着ビード層６１を形成する。
　以後、全ての層Ｌｋに至るまで、上記と同様に、前層の溶着ビード層６１の表層の温度を監視し、そのパス間温度Ｔｐが許容温度範囲内にあるときに次層の溶着ビード層６１を積層することを繰り返して積層造形物１１が成形される。
　ここで、溶着ビード層６１が積層される際、溶融した軟鋼製の溶加材Ｗが急冷されると、ベイナイトを主とする混合組織となる。また、溶融した軟鋼製の溶加材Ｗが自然凝固すると、粗大なフェライト、パーライト、ベイナイトを含む組織となる。一方、本実施形態では、これらの組織は、次層以降の溶着ビード層６１が積層されることによりフェライトの変態点を超えて加熱されるため、パーライト及びベイナイトはフェライトに変態し、粗大なフェライトは微細化した組織となる。
　即ち、積層造形物１１は、パス間温度Ｔｐが２００℃～５５０℃の範囲内に納まるように、層間時間及び入熱量を制御しながら次層の溶着ビード層６１を積層し、同様に、次層以降の溶着ビード層６１を積層する。これにより、溶着ビード層６１がフェライトの変態点を超えて加熱され、平均結晶粒径が１１μｍ以下となる微細なフェライト相からなる均一化された組織が得られる。
　次層の溶着ビード層６１を積層する際に、パス間温度Ｔｐが２００℃未満だと、次層以降の溶着ビード層６１を積層することで溶着ビード層６１が加熱されても、フェライトの変態点を超えることができず、微細なフェライト相からなる均一化された組織が得られない。上述したように、造形初期では、次層の溶着ビード層６１を積層する際のパス間温度Ｔｐが２００℃未満となるため、ベイナイトを主とする混合組織となる。また、パス間温度Ｔｐが５５０℃を超えると、次層の溶着ビード層６１の積層により溶着ビード層６１が加熱されて、溶着ビード層６１の扁平化や垂れ落ちが発生して所定の形状に積層できなくなる。
　また、平均結晶粒径が１１μｍ以下となる微細なフェライト相を有する溶着ビード層６１は、ビッカース硬度が１３０Ｈｖ以上、１７８Ｈｖ以下となり、機械的強度が良好な、ばらつきが少ない略均一な硬度となっている。
　なお、造形後期（積層造形物の最上層）の溶着ビード層６１は、次層の溶着ビード層６１が積層されず、加熱されることがないので、溶融した溶加材Ｗが自然凝固した状態、即ち、粗大なフェライト、パーライト、及びベイナイトを含む組織のままとなる。
　このように、本実施形態では、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する複数の溶着ビード層６１の下層及び上層には、該溶着ビード層６１の結晶構造と異なる他の溶着ビード層が形成される。
　以下、積層条件の異なる４つの実施例を用いて、略円筒形の積層造形物を造形し、本発明の効果を確認した。表１は、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の４つの実施例における溶着ビード層６１の積層条件と、成形された積層造形物１１（造形中期の溶着ビード層６１）の平均結晶粒径を表す。図３は、Ｎｏ．１の実施例の積層造形物１１の最上層の表層の温度変化を示すグラフであり、図４は、Ｎｏ．１の実施例における２０層目の溶着ビード層６１を抜き出して、その温度変化を示すグラフである。図５は、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の実施例の積層造形物における各部のビッカース硬度を示すグラフであり、図６は、Ｎｏ．１の実施例の積層造形物の顕微鏡写真の図である。なお、図３では、溶着ビード層６１の表層温度はサーモビュアを用いて測定したため、アーク直近の温度は強烈なアーク光に阻害されて測定されておらず、実際には、グラフ上の温度より高温である溶融温度に達している。また、図４は、数値シミュレーションによる温度履歴予測結果であり、サーモビュアで測定したときに強烈なアーク光に阻害されて測定されなかったアーク直近の温度まで予測している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、Ｎｏ．１～Ｎｏ．３の実施例では、溶接電流１１２Ａ、アーク電圧１６．３Ｖ、溶接速度４０ｃｍ／ｍｉｎとし、パス間時間を６０，９０，１２０ｓｅｃに変更した条件で複数の溶着ビード層６１を積層して積層造形物１１を成形した。このため、造形中期におけるパス間温度Ｔｐは、パス間時間が長くなるに従って低下し、それぞれ５４０℃、３８０℃、２９０℃になっている。
　また、Ｎｏ．４の実施例では、溶接電流１６８Ａ、アーク電圧１８．１Ｖ、溶接速度４０ｃｍ／ｍｉｎ、パス間時間を９０ｓｅｃの条件で複数の溶着ビード層６１を積層して積層造形物１１を成形した。この場合、Ｎｏ．４の実施例におけるパス間温度Ｔｐは、入熱量が大きいため、５５０℃になっている。
　このときの造形中期の溶着ビード層６１の微細化されたフェライト組織の平均結晶粒径は、９．２μｍ、９．１μｍ、１１．０μｍ、及び９．３μｍである。このように、パス間温度Ｔｐが２００℃～５５０℃の範囲内になるように制御することで、平均結晶粒径が１１μｍ以下となる微細なフェライト相が連続する組織となり、略均一な強度が得られる。平均結晶粒径が１１μｍ以下の微細なフェライト相とすることで、靱性が低下することなく、機械的特性に優れた積層造形物１１が得られることがわかる。
　なお、平均結晶粒径の算出は、溶着ビード層６１の高さ方向では、パス間温度Ｔｐが２００℃未満であり、ベイナイトを主とする混合組織である造形初期の溶着ビード層６１、及び粗大なフェライト、パーライト、及びベイナイトを含む組織である造形後期の溶着ビード層６１を除いた部分を５等分し、また、溶着ビード層６１の幅方向では、表面酸化膜を除いた部分を３等分し、各部分の約５ｍｍ角の視野にてＪＩＳ　Ｇ０５５１の規格に従って結晶粒径を算出し、これらを平均して求めた。なお、ベイナイトを主とする混合組織、微細化されたフェライト組織、及び、粗大なフェライト、パーライト、及びベイナイトを含む組織は、溶着ビード層６１の断面を光学顕微鏡で観察し、画像の境界線から判別した（図６Ａ参照）。また、表面酸化膜は、表面から０．３ｍｍの深さまでの領域とした。
　ここで、Ｎｏ．１の実施例では、図３に示すように、溶融されて基台６０上に積層された造形初期（図３に示す実施例では１層目～６層目）の溶着ビード層６１は、前層の溶着ビード層６１の表層の温度がパス間温度Ｔｐの許容範囲の下限（２００℃）を下回っている。このため、次層以降の溶着ビード層６１が積層されても、フェライトの変態点を越えることができず、ベイナイトを主とする混合組織となる（図６（Ｂ）参照）。
　造形中期（図３に示す実施例では７層目～４９層目）の溶着ビード層６１では、次層以降（８層目～５０層目）の溶着ビード層６１が積層されるときの溶着ビード層６１の表層の温度は、図３に示すように、パス間温度Ｔｐの許容範囲（２００℃～５５０℃）内にある。
　例えば、図４に示すように、２０層目の溶着ビード層６１は、層間時間及び入熱量が制御されることにより、２１層目の溶着ビード層６１が積層される際のパス間温度Ｔｐは許容範囲内（図３に示すＴ点（略４００℃））にある。また、次層以降の溶着ビード層６１の積層にともなって、２０層目の溶着ビード層６１の温度は、昇温、冷却が繰り返され、温度振幅を次第に小さくしながら略４００℃に収斂する。このときの最上層の表層の温度は、図３に示すように、略５４０℃に収斂する。
　このため、次層以降の溶着ビード層６１が積層されることで、溶着ビード層６１は変態点を超える温度まで加熱されて、造形中期の溶着ビード層６１は、パーライト及びベイナイトがフェライトに変態すると共に粗大なフェライトが微細化して、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相が連続する略均一な組織となる（図６（Ｃ）～図６（Ｅ）参照）。なお、図３に示すように、造形中における最上層の表面の温度は、次層以降の溶着ビード層６１が積層されるに従って次第に上昇し、パス間温度は、略５４０℃で安定する。
　また、造形後期（図３に示す実施例では５０層目）の溶着ビード層６１では、次層の溶着ビード層６１が積層されない。従って加熱されることがないので、溶融した溶加材Ｗが自然凝固した状態、即ち、粗大なフェライト、パーライト、及びベイナイトを含む組織のままとなる（図６（Ｆ）参照）。
　また、図５に示すように、いずれの実施例においても、平均結晶粒径が１１μｍ以下となる微細なフェライト相が連続する造形中期の溶着ビード層６１は、ビッカース硬度が１３０Ｈｖ以上、１７８Ｈｖ以下となり、ばらつきが少ない略均一な硬度となっている。
　造形後期の溶着ビード層６１の組織は、粗大なフェライト、パーライト、及びベイナイトを含む組織であるため、ビッカース硬度が僅かに高い。また、造形初期の溶着ビード層６１は、ベイナイトを主とする混合組織であるため、ビッカース硬度が略２００Ｈｖ以上と高いが、靭性が低い組織となっている。
　このため、該積層造形物１１を用いて製品を製作する際、ベイナイトを主とする混合組織からなる造形初期の溶着ビード層６１を、また、必要に応じて造形後期の溶着ビード層６１を削除して、平均結晶粒径が１１μｍ以下となる微細化したフェライト相が連続する均一化された組織のみを使用するようにしてもよい。
　なお、積層造形物１１の造形の際、溶着ビード層６１の１層あたりの造形時間を、造形開始時点の温度から許容されるパス間温度Ｔｐに冷却されるまでの冷却時間に設定すれば、アークを一時停止させることなく、最も短時間で溶着ビード層６１を連続積層することが可能となり、生産効率が向上する。
　溶着ビード層６１の１層あたりの造形時間の設定は、造形工程時の入熱量を、溶着ビード層６１の単位長さ当たり一定として、造形工程時の溶接電流、アーク電圧、及び溶接速度の少なくとも一つの溶接条件を変更することで調整してもよい。
　或いは、溶着ビード層６１の１層あたりの造形時間の設定は、造形工程時の溶着ビード層６１の断面積が一定となるように、造形工程時の溶接電流、アーク電圧、及び溶接速度の少なくとも一つの溶接条件を変更することで調整してもよい。これにより、高い造形効率を維持し、造形精度を確保しつつ、安定した造形が可能となる。
　以上説明したように、本実施形態の積層造形物１１によれば、少なくとも一つの溶着ビード層６１は、表面酸化膜を除き、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有するので、積層造形物１１の組織が均一化されて略均一な強度を有し、機械的特性に優れた積層造形物１１が得られる。
　また、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する溶着ビード層６１のビッカース硬度は１３０Ｈｖ以上、１７８Ｈｖ以下であるので、適度の靭性と硬度を有する組織の積層造形物１１が得られる。
　また、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する溶着ビード層６１の下部、及び上部には、該溶着ビード層６１の結晶構造と異なる他の溶着ビード層６１を有するので、平均結晶粒径が１１μｍ以下の微細化されたフェライト相を有する溶着ビード層６１を安定して形成できる。
　また、各溶着ビード層６１は、上面視で同一形状を有するので、各層の溶着ビード層６１が略同じ条件で積層されて略均一な組織が得られる。
　さらに、本実施形態の積層造形物の製造方法によれば、層間時間及び入熱量を制御して、溶着ビード層６１の表層の温度が２００℃～５５０℃の範囲にあるとき、次層の溶着ビード層６１を積層するので、溶着ビード層６１は、表面酸化膜を除いて平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する均一化された組織となり、略均一な強度が得られる。
　また、各溶着ビード層６１は、層間時間及び入熱量を一定として積層されるので、生産効率良く、均一な組織が得られる。
　図７は、積層する各層の溶着ビードの始端位置Ｐ１と終端位置Ｐ２とが異なる変形例の積層造形物１１を製作する場合を示している。この場合にも、次層の溶着ビード層６１の造形は、前層の溶着ビード層６１の温度が、許容されるパス間温度Ｔｐの範囲内となった時に開始される。
　この場合、溶着ビード層６１の１層あたりの造形時間が、冷却時間以上となるように設定してもよいが、溶着ビード層６１の１層あたりの造形時間と溶接トーチ２２の移動時間との合計が、冷却時間以上となるように設定されることでより生産効率を向上できる。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係る積層造形物の製造方法及び製造システムについて図８を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
　本実施形態では、１本の溶接トーチ２２を用いて造形する溶着ビード層６１の1層あたりの造形時間が、冷却時間に比べて非常に長い場合に、複数台の溶接トーチ２２を用いて複数の溶着ビード層６１を同時に積層することで、生産効率が向上するものである。
　即ち、１本の溶接トーチ２２を用いて造形する溶着ビード層６１の１層あたりの造形時間を冷却時間で除した商の整数値に、溶着ビード層６１を造形する際の溶接トーチ２２の本数を設定する。例えば、図８に示すように、１本の溶接トーチ２２での溶着ビード層６１の１層あたりの造形時間を冷却時間で除した商の整数値が２である場合には、２本の溶接トーチ２２を用いて造形が行われている。
　なお、本実施形態では、冷却時間は、前層の溶着ビード層６１において、造形開始時点の温度から、許容されるパス間温度に冷却されるまでの冷却時間を計測して、次層の溶着ビード層６１を造形する際に、溶接トーチ２２の本数を決定している。ただし、同一の造形物を製造する場合などでは、最初の造形物を製造する際に、すべての層の溶着ビード層６１において、造形開始時点の温度から、許容されるパス間温度に冷却されるまでの冷却時間を計測し、最も長いものを冷却時間とし、この冷却時間に基づいて、２つ目以降の造形物を製造する際の溶接トーチ２２の本数を設定してもよい。
　その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
　尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
　なお、本出願は、２０１７年９月１５日出願の日本特許出願２０１７－１７７６９１及び２０１８年３月６日出願の日本特許出願２０１８－３９４４７に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１１  　積層造形物
６１  　溶着ビード層
Ｗ    　溶加材

Claims (11)

  1. 　軟鋼製の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビード層が積層されて形成される積層造形物であって、
    　表面酸化膜を除き、平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する複数の前記溶着ビード層を備えることを特徴とする積層造形物。
  2. 　前記平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する前記複数の溶着ビード層のビッカース硬度は１３０Ｈｖ以上、１７８Ｈｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の積層造形物。
  3. 　前記平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する前記複数の溶着ビード層の下層及び上層の少なくとも一方には、該溶着ビード層の結晶構造と異なる他の溶着ビード層を有することを特徴とする請求項１に記載の積層造形物。
  4. 　前記複数の溶着ビード層の下層に位置する前記他の溶着ビード層は、ベイナイトを主とする混合組織を有することを特徴とする請求項３に記載の積層造形物。
  5. 　前記平均結晶粒径が１１μｍ以下のフェライト相を有する前記複数の溶着ビード層の下層及び上層の少なくとも一方には、該溶着ビード層の結晶構造と異なる他の溶着ビード層を有することを特徴とする請求項２に記載の積層造形物。
  6. 　前記複数の溶着ビード層の下層に位置する前記他の溶着ビード層は、ベイナイトを主とする混合組織を有することを特徴とする請求項５に記載の積層造形物。
  7. 　前記各溶着ビード層は、上面視で同一形状を有することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の積層造形物。
  8. 　アークを用いて軟鋼製の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードで形成した溶着ビード層に、次層の前記溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造方法であって、
    　層間時間及び入熱量を制御して、前記溶着ビード層の表層の温度が２００℃～５５０℃の範囲にあるとき、前記次層の溶着ビード層を積層することを特徴とする積層造形物の製造方法。
  9. 　前記各溶着ビード層は、前記層間時間及び前記入熱量を一定として積層されることを特徴とする請求項８に記載の積層造形物の製造方法。
  10. 　前記各溶着ビード層は、上面視で同一形状を有して積層されることを特徴とする請求項８に記載の積層造形物の製造方法。
  11. 　所定数の前記溶着ビード層を積層した後、前記層間時間及び前記入熱量を制御して、前記溶着ビード層の表層の温度が２００℃～５５０℃の範囲にあるとき、前記次層の溶着ビード層を積層することを特徴とする請求項８に記載の積層造形物の製造方法。
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