焼結された成形体の溶接方法
残留気孔率を持ちかつ後になって生じる溶接継ぎ目（３）の範囲をレーザ光線（４）により溶融される焼結された成形体（１）の溶接方法が説明される。密な溶接継ぎ目を得るため、成形体（１）の溶融中に成形体（１）の気孔からの空気の酸素が、溶接継ぎ目の範囲において脱酸剤により少なくとも充分に結合され、微細に分散する感化物の形で溶接継ぎ目（３）へ埋込まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結されて残留気孔率を持つ成形体が、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲でレーザ光線により溶融される、成形体の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば焼結鋼から成る成形体は、原則的に他の鋼部材と溶接により接合され、しかもこれらの部材も同様に粉末冶金で製造されたか否かに関係なく、接合される。しかしレーザ光線による焼結材料の溶融の際得られる溶接継ぎ目は、比較的高い気孔率を持ち、従って強度の要求には充分でないことがわかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って本発明の基礎になっている課題は、少なくとも一方が焼結体を持つ２つの溶接可能な部材を接合する際、強度に関して焼結されない部材間の溶接継ぎ目に比較可能な溶接継ぎ目が得られるように、最初にあげた種類のレーザ光線による、焼結されて残留気孔率を持つ成形体の溶接方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、成形体の溶融中に、溶接継ぎ目範囲にある成形体の気孔から、空気の酸素が脱酸剤により少なくとも充分に結合され、微細に分散する酸化物の形で溶接継ぎ目へ埋込まれることによって、与えられた課題を解決する。
【０００５】
焼結された成形体の気孔にある空気の酸素が、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲にある成形体の溶融の際、溶融物の泡立ちに結び付く反応を生じるので、この空気の酸素の結合により泡立ち反応が阻止され、充分密な溶接継ぎ目が得られる、という知見が本発明の基礎になっている。この理由から脱酸剤が使用されて、成形体の溶融中に成形体の気孔からの空気の酸素を結合して酸化物が微細に分散して溶接継ぎ目に埋込まれて、溶接継ぎ目の強度に不利な影響を及ぼさない。
【０００６】
焼結された成形体の気孔からの空気の酸素を脱酸剤により結合するため、脱酸剤が、粉末の形で保護ガスにより溶接継ぎ目の溶融物へ吹込まれる。そこでレーザ光線のプラズマの高い温度のため溶融し、溶融物の運動により溶接継ぎ目の深い所へ連行されて、過剰な空気の酸素を微細に分散する酸化物の形で結合する。
【０００７】
溶接継ぎ目範囲の溶融中に脱酸剤を、焼結された成形体の気孔から空気の酸素の結合のために準備する別の可能性によれば、脱酸剤が、焼結前に、少なくとも後になって生じる溶接継ぎ目の範囲で、成形体へ微細に分散して入れられるので、焼結された成形体の溶融の際、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲に既に入れられている脱酸剤が、前述したように作用することができる。最後に脱酸剤は、後になって生じる溶接継ぎ目範囲の被覆の形で、溶接すべき成形体上に塗布されることができ、それにより同様に、溶接すべき部材の接合後、溶融物の泡立ちを阻止するために充分な量の脱酸剤が、溶融範囲において利用可能である。
【０００８】
脱酸剤を選択する際注意すべきことは、酸素に対する結合エネルギが焼結された成形体の合金元素に対する結合エネルギより大きいことである。更に形成される酸化物を溶接継ぎ目へ入れることにより、溶接継ぎ目の性質に対し不利な影響が現われないようにする、鋼の焼結材料に関連して、脱酸剤として珪素及び／又はチタン又はその化合物が使用されると、これらの条件を有利に満たすことができる。特に珪素は溶接継ぎ目の脆化を妨げ、焼結鋼の高い炭素含有量の方へ溶接可能性を拡大する。
【０００９】
焦点をずらされるレーザ光線により成形体が溶接されると、焼結材料が大きい幅で溶融される結果、溶融物が溶接継ぎ目の縁範囲から深い所へ流れることができ、それにより要求される溶接深さにわたる良好な溶接結合が可能になる。これに関連して考慮すべきことは、焼結された成形体の残留気孔率のため、溶融した焼結材料の凝固後、溶接継ぎ目の範囲に体積減少が生じることである。
【００１０】
焼結された成形体の溶接による接合は、溶接継ぎ目の範囲に油脂のない乾いた工作物を生じる。溶接結合部を準備するため成形体を浄化する際、浄化された表面の気孔内で酸素が濃厚になるのをおそれる必要がないようにするため、焼結された成形体が、熱処理による溶接前に、還元性保護ガス雰囲気又は酸素の少ない雰囲気中で浄化される。還元性保護ガス中での焼鈍又は空気の欠乏中での表面乾燥により、余分な空気の酸素を浄化された気泡を入れることなく、焼結された成形体の油脂のない表面が得られる。
【００１１】
本発明による方法が図面により説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図示した実施例によれば、焼結された成形体１の材料と焼結されない部材２の材料が、後になって生じる溶接継ぎ目３の範囲で、図１に示すように、レーザヘッド５のなるべく焦点をずらされたレーザ光線４により溶融されることによって、それぞれ１つの焼結された成形体１が焼結されない部材２と溶接により接合される。成形体１の焼結材料の溶融の際、成形体１の気孔からの空気の酸素が溶融物を泡立たせるので、溶融物の泡立ちを防止するため特別な予防措置を講じないと、多孔性の溶接継ぎ目が得られる。この目的のため脱酸剤が使用され、焼結材料の溶融の際脱酸剤が成形体１の気孔からの空気の酸素と反応して酸化物を形成し、溶接継ぎ目３の強度を低下することなく、この酸化物が溶接継ぎ目３内へ微細に分散して入る。従って適当な脱酸剤の使用により、強度に関して焼結されない２つの部材の間の溶接継ぎ目と全く比較可能な密な溶接継ぎ目が得られる。
【００１３】
図１によれば、脱酸剤例えば珪素が、レーザ光線の範囲内において粉末の形で溶融物へ吹付けられ、しかも余分な空気の酸素が入るのを阻止するため、保護ガスにより吹付けられる。溶融物の粉末状脱酸剤を吹込むため、ノズル６が設けられ、このノズル６へ一方では導管７を介して脱酸剤の粉末が供給され、他方ではこのノズル６が保護ガスの圧力導管８に接続されているので、保護ガスにより粉末状脱酸剤を溶融物へ吹込むことができる。脱酸剤は、溶融物内でレーザ光線のプラズマの高い温度のため溶融され、溶融物の運動により溶接継ぎ目の深い所へ連行され、そこで気孔からの酸素と結合して酸化物になり、この酸化物が溶接継ぎ目へ微細に分散して入れられる。脱酸剤が浸入する深さは、溶接深さ、溶接速度及び溶接継ぎ目の形状に関係し、これらのパラメータを介して設定可能である。
【００１４】
脱酸剤が焼結材料の溶融範囲にわたって均一に分散されるのを確実にするため、焼結粉末と脱酸剤の粉末との適当な混合により、成形体１へ脱酸剤を微細に分散して入れることができる。微細に分散される脱酸剤は、図２に点９により示されている。成形体の焼結中に焼結粉末と脱酸剤との望ましくない反応を避けるため、適当な脱酸剤を選ばねばならない。更に脱酸剤の計量の際、焼結過程中に脱酸剤と焼結粉末との万一の反応を考慮して、レーザ光線による焼結材料の溶融の際、気孔からの酸素の結合のための脱酸剤の充分な量を利用可能にせねばならない。酸素の結合のために必要な脱酸剤の量は、もちろん残留気孔率従って結合すべき空気の酸素の量に関係している。
【００１５】
図３によれば、焼結された成形体１における脱酸剤の分散９の範囲は、溶接継ぎ目３を含む縁区域に限定されているので、成形体１の焼結の際脱酸剤と焼結粉末との万一の反応はこの縁区域に限定される。
【００１６】
図４によれば、脱酸剤は被覆１０の形で成形体１に塗布されている。この被覆１０により、焼結材料の溶融の際、焼結材料の気孔からの空気の酸素を結合して溶融した材料の泡立ちを防止するため、充分な脱酸剤が利用可能である。
【００１７】
実施例では、焼結された成形体１と焼結されない部材２との溶接結合のみが示されているけれども、本発明による方法は、焼結された構造部品と焼結されない構造部品との接合に限定されない。２つの焼結された成形体を上述したように溶接により互いに結合できることも自明である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】 焼結された成形体の溶接装置を概略図で示す。
【図２】 焼結されない部材と焼結された成形体との間に本発明の方法により形成される溶接継ぎ目を示し、脱酸剤が焼結された成形体に微細に分散されて入れられている。
【図３】 図２に相当する溶接継ぎ目の図を示し、焼結された成形体の溶接継ぎ目を受入れる縁区域に脱酸剤が埋込まれている。
【図４】 溶接継ぎ目の別の図を示し、焼結された成形体が脱酸剤を被覆として持っている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結されて残留気孔率を持つ成形体が、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲でレーザ光線により溶融される、成形体の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば焼結鋼から成る成形体は、原則的に他の鋼部材と溶接により接合され、しかもこれらの部材も同様に粉末冶金で製造されたか否かに関係なく、接合される。しかしレーザ光線による焼結材料の溶融の際得られる溶接継ぎ目は、比較的高い気孔率を持ち、従って強度の要求には充分でないことがわかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って本発明の基礎になっている課題は、少なくとも一方が焼結体を持つ２つの溶接可能な部材を接合する際、強度に関して焼結されない部材間の溶接継ぎ目に比較可能な溶接継ぎ目が得られるように、最初にあげた種類のレーザ光線による、焼結されて残留気孔率を持つ成形体の溶接方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、成形体の溶融中に、溶接継ぎ目範囲にある成形体の気孔から、空気の酸素が脱酸剤により少なくとも充分に結合され、微細に分散する酸化物の形で溶接継ぎ目へ埋込まれることによって、与えられた課題を解決する。
【０００５】
焼結された成形体の気孔にある空気の酸素が、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲にある成形体の溶融の際、溶融物の泡立ちに結び付く反応を生じるので、この空気の酸素の結合により泡立ち反応が阻止され、充分密な溶接継ぎ目が得られる、という知見が本発明の基礎になっている。この理由から脱酸剤が使用されて、成形体の溶融中に成形体の気孔からの空気の酸素を結合して酸化物が微細に分散して溶接継ぎ目に埋込まれて、溶接継ぎ目の強度に不利な影響を及ぼさない。
【０００６】
焼結された成形体の気孔からの空気の酸素を脱酸剤により結合するため、脱酸剤が、粉末の形で保護ガスにより溶接継ぎ目の溶融物へ吹込まれる。そこでレーザ光線のプラズマの高い温度のため溶融し、溶融物の運動により溶接継ぎ目の深い所へ連行されて、過剰な空気の酸素を微細に分散する酸化物の形で結合する。
【０００７】
溶接継ぎ目範囲の溶融中に脱酸剤を、焼結された成形体の気孔から空気の酸素の結合のために準備する別の可能性によれば、脱酸剤が、焼結前に、少なくとも後になって生じる溶接継ぎ目の範囲で、成形体へ微細に分散して入れられるので、焼結された成形体の溶融の際、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲に既に入れられている脱酸剤が、前述したように作用することができる。最後に脱酸剤は、後になって生じる溶接継ぎ目範囲の被覆の形で、溶接すべき成形体上に塗布されることができ、それにより同様に、溶接すべき部材の接合後、溶融物の泡立ちを阻止するために充分な量の脱酸剤が、溶融範囲において利用可能である。
【０００８】
脱酸剤を選択する際注意すべきことは、酸素に対する結合エネルギが焼結された成形体の合金元素に対する結合エネルギより大きいことである。更に形成される酸化物を溶接継ぎ目へ入れることにより、溶接継ぎ目の性質に対し不利な影響が現われないようにする、鋼の焼結材料に関連して、脱酸剤として珪素及び／又はチタン又はその化合物が使用されると、これらの条件を有利に満たすことができる。特に珪素は溶接継ぎ目の脆化を妨げ、焼結鋼の高い炭素含有量の方へ溶接可能性を拡大する。
【０００９】
焦点をずらされるレーザ光線により成形体が溶接されると、焼結材料が大きい幅で溶融される結果、溶融物が溶接継ぎ目の縁範囲から深い所へ流れることができ、それにより要求される溶接深さにわたる良好な溶接結合が可能になる。これに関連して考慮すべきことは、焼結された成形体の残留気孔率のため、溶融した焼結材料の凝固後、溶接継ぎ目の範囲に体積減少が生じることである。
【００１０】
焼結された成形体の溶接による接合は、溶接継ぎ目の範囲に油脂のない乾いた工作物を生じる。溶接結合部を準備するため成形体を浄化する際、浄化された表面の気孔内で酸素が濃厚になるのをおそれる必要がないようにするため、焼結された成形体が、熱処理による溶接前に、還元性保護ガス雰囲気又は酸素の少ない雰囲気中で浄化される。還元性保護ガス中での焼鈍又は空気の欠乏中での表面乾燥により、余分な空気の酸素を浄化された気泡を入れることなく、焼結された成形体の油脂のない表面が得られる。
【００１１】
本発明による方法が図面により説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図示した実施例によれば、焼結された成形体１の材料と焼結されない部材２の材料が、後になって生じる溶接継ぎ目３の範囲で、図１に示すように、レーザヘッド５のなるべく焦点をずらされたレーザ光線４により溶融されることによって、それぞれ１つの焼結された成形体１が焼結されない部材２と溶接により接合される。成形体１の焼結材料の溶融の際、成形体１の気孔からの空気の酸素が溶融物を泡立たせるので、溶融物の泡立ちを防止するため特別な予防措置を講じないと、多孔性の溶接継ぎ目が得られる。この目的のため脱酸剤が使用され、焼結材料の溶融の際脱酸剤が成形体１の気孔からの空気の酸素と反応して酸化物を形成し、溶接継ぎ目３の強度を低下することなく、この酸化物が溶接継ぎ目３内へ微細に分散して入る。従って適当な脱酸剤の使用により、強度に関して焼結されない２つの部材の間の溶接継ぎ目と全く比較可能な密な溶接継ぎ目が得られる。
【００１３】
図１によれば、脱酸剤例えば珪素が、レーザ光線の範囲内において粉末の形で溶融物へ吹付けられ、しかも余分な空気の酸素が入るのを阻止するため、保護ガスにより吹付けられる。溶融物の粉末状脱酸剤を吹込むため、ノズル６が設けられ、このノズル６へ一方では導管７を介して脱酸剤の粉末が供給され、他方ではこのノズル６が保護ガスの圧力導管８に接続されているので、保護ガスにより粉末状脱酸剤を溶融物へ吹込むことができる。脱酸剤は、溶融物内でレーザ光線のプラズマの高い温度のため溶融され、溶融物の運動により溶接継ぎ目の深い所へ連行され、そこで気孔からの酸素と結合して酸化物になり、この酸化物が溶接継ぎ目へ微細に分散して入れられる。脱酸剤が浸入する深さは、溶接深さ、溶接速度及び溶接継ぎ目の形状に関係し、これらのパラメータを介して設定可能である。
【００１４】
脱酸剤が焼結材料の溶融範囲にわたって均一に分散されるのを確実にするため、焼結粉末と脱酸剤の粉末との適当な混合により、成形体１へ脱酸剤を微細に分散して入れることができる。微細に分散される脱酸剤は、図２に点９により示されている。成形体の焼結中に焼結粉末と脱酸剤との望ましくない反応を避けるため、適当な脱酸剤を選ばねばならない。更に脱酸剤の計量の際、焼結過程中に脱酸剤と焼結粉末との万一の反応を考慮して、レーザ光線による焼結材料の溶融の際、気孔からの酸素の結合のための脱酸剤の充分な量を利用可能にせねばならない。酸素の結合のために必要な脱酸剤の量は、もちろん残留気孔率従って結合すべき空気の酸素の量に関係している。
【００１５】
図３によれば、焼結された成形体１における脱酸剤の分散９の範囲は、溶接継ぎ目３を含む縁区域に限定されているので、成形体１の焼結の際脱酸剤と焼結粉末との万一の反応はこの縁区域に限定される。
【００１６】
図４によれば、脱酸剤は被覆１０の形で成形体１に塗布されている。この被覆１０により、焼結材料の溶融の際、焼結材料の気孔からの空気の酸素を結合して溶融した材料の泡立ちを防止するため、充分な脱酸剤が利用可能である。
【００１７】
実施例では、焼結された成形体１と焼結されない部材２との溶接結合のみが示されているけれども、本発明による方法は、焼結された構造部品と焼結されない構造部品との接合に限定されない。２つの焼結された成形体を上述したように溶接により互いに結合できることも自明である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】 焼結された成形体の溶接装置を概略図で示す。
【図２】 焼結されない部材と焼結された成形体との間に本発明の方法により形成される溶接継ぎ目を示し、脱酸剤が焼結された成形体に微細に分散されて入れられている。
【図３】 図２に相当する溶接継ぎ目の図を示し、焼結された成形体の溶接継ぎ目を受入れる縁区域に脱酸剤が埋込まれている。
【図４】 溶接継ぎ目の別の図を示し、焼結された成形体が脱酸剤を被覆として持っている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結されて残留気孔率を持つ成形体が、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲でレーザ光線により溶融される、成形体の溶接方法において、成形体の溶融中に、溶接継ぎ目範囲にある成形体の気孔から、空気の酸素が脱酸剤により少なくとも充分に結合され、微細に分散する酸化物の形で溶接継ぎ目へ埋込まれることを特徴とする方法。
【請求項２】
脱酸剤が、粉末の形で保護ガスにより溶接継ぎ目の溶融物へ吹込まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
脱酸剤が、焼結前に、少なくとも後になって生じる溶接継ぎ目の範囲で、成形体へ微細に分散して入れられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
脱酸剤が、焼結前に、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲で、成形体上へ被覆として塗布されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
脱酸剤として珪素及び／又はチタン又はその化合物が使用されることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の方法。
【請求項６】
焦点をずらされるレーザ光線により成形体が溶融されることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の方法。
【請求項７】
焼結された成形体が、熱処理による溶接前に、還元性保護ガス雰囲気又は酸素の少ない雰囲気中で浄化されることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の方法。
【請求項１】
焼結されて残留気孔率を持つ成形体が、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲でレーザ光線により溶融される、成形体の溶接方法において、成形体の溶融中に、溶接継ぎ目範囲にある成形体の気孔から、空気の酸素が脱酸剤により少なくとも充分に結合され、微細に分散する酸化物の形で溶接継ぎ目へ埋込まれることを特徴とする方法。
【請求項２】
脱酸剤が、粉末の形で保護ガスにより溶接継ぎ目の溶融物へ吹込まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
脱酸剤が、焼結前に、少なくとも後になって生じる溶接継ぎ目の範囲で、成形体へ微細に分散して入れられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
脱酸剤が、焼結前に、後になって生じる溶接継ぎ目の範囲で、成形体上へ被覆として塗布されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
脱酸剤として珪素及び／又はチタン又はその化合物が使用されることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の方法。
【請求項６】
焦点をずらされるレーザ光線により成形体が溶融されることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の方法。
【請求項７】
焼結された成形体が、熱処理による溶接前に、還元性保護ガス雰囲気又は酸素の少ない雰囲気中で浄化されることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００８−５００１８５（Ｐ２００８−５００１８５Ａ）
【公表日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１５７２６（Ｐ２００７−５１５７２６）
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００５／０００１２５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１５６７７
【国際公開日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願人】（５９４０１９３３４）ミバ・ジンテル・オーストリア・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００５／０００１２５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１５６７７
【国際公開日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願人】（５９４０１９３３４）ミバ・ジンテル・オーストリア・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング (9)
【Ｆターム（参考）】
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