スプレー溶接とは何ですか？-プロセスと技術
スプレー溶接とは何ですか？
溶射溶接とは、溶射の形でのいくつかの溶接プロセスを指します。これは、粉末またはワイヤーを圧縮ガスで高速に噴霧し、金属表面に噴霧する産業活動です。
スプレー溶接には、工業用プラズマ、火炎、デトネーションガン、アークスプレー、および高速酸素燃焼の使用が含まれます。スパッタ溶接によって発生するかなりの熱のため、人や環境への害を避けるために、手順と規制に注意深く一貫して従う必要があります。
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スプレー溶接はどのように機能しますか？
サーマルスプレーは、複数のコーティングプロセスを表す一般的な用語です。溶接全体では、さまざまなエネルギー源によって溶融されるロッド、粉末、ワイヤーなどのコーティング材料を使用します。
簡単に言えば、それは、熱源と、高速で噴霧される液滴に溶融したコーティング材料からなる工業用コーティングプロセスとして定義することができます。噴霧は、噴霧ジェットまたはガスによって基板に向かって推進されます。
溶射は非常に用途の広いプロセスであり、非常に効率的であることが知られています。これは、熱または窒化物処理プロセス、クロム、ニッケルメッキ、陽極酸化などのいくつかの表面処理の優れた代替手段となる可能性があります。
コーティングの厚さは、個々の好みによって異なります。コーティングは、摩耗したコンポーネントと基本的な機械部品を修復します。また、要素のパフォーマンスと耐久性を向上させるために適用することもできます。適切に処理すれば、これは最大70％長く続く可能性があります。
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1。スプレーアーク溶接
スプレーアーク溶接は、電極またはワイヤから溶接部に金属を移送するために使用されるプロセスの1つです。溶融金属の小さな液滴がアークを通って、作業中の母材または接合部に移動します。
スプレートランスファーは、突合せ溶接またはすみ肉溶接用のより厚い金属での使用に最適です。飛散する金属滴や重力が溶接機や溶接作業に理想的な状況を作り出さないため、位置決め溶接作業には適していません。
技術的には、スプレーアーク溶接は、オリフィスが制限されたガーデンホースから水が逃げるのと同じように、アークを横切って移動する溶融金属のスプレーです。スプレーアーク溶接は、溶接スパッタを減らし、より細かい溶接シームを作成します。
このプロセスには、高電流および高電圧レベルが含まれます。ワイヤを母材に近づけると、金属に接触する前に電流が発生します。電流はワイヤーを非常に速く加熱し、それを溶かします。溶融金属は、生成されたアークを横切って小さな液滴の形で移動し、スプレーアーク溶接と呼ばれます。
スプレーアーク溶接は、シールドガス、金属、およびワイヤゲージと接触から先端までの距離の理想的な組み合わせを備えている場合、高い金属溶着速度を達成できます。すべてを完璧に組み合わせることで、プロセスは非常に高い過渡電流を生成できます。このプロセスは、アキシャルスプレーとも呼ばれます。
このプロセスで使用される電流レベルは、過渡電流よりも高くなければなりません。そうして初めて、金属はただ溶けるだけでなく、滴の形で移されます。このプロセスでは、スパッタのない溶接を保証するために、十分な電圧レベルの大電流レベルを使用する必要があります。
スプレーアーク溶接は非常に効率的なプロセスです。このプロセスによって提供される重要な利点のいくつかは次のとおりです。
- 高い金属堆積率
- 優れた金属の融合と浸透
- 優れた溶接ビードの外観
- より大きな直径の電極ワイヤーを使用する機能
- スパッタの発生はほとんどありません
このような広範な利点があるにもかかわらず、スプレーアーク転写法にはかなりの制限があります。
スプレーアーク転送の制限には、次のものが含まれますが、これらに限定されません。
- 厚い材料（約1/8インチ（3 mm）以上）での使用にのみ適しています
- フラットおよび水平のすみ肉溶接位置に制限されます
- オープンルート機能はありません
2。火炎溶射プロセス
オキシ/アセチレン燃焼溶射としても知られる火炎溶射は、約100年前に開発された独自の溶射技術です。溶接トーチの基本原理を使用し、高速の気流を追加して、溶融粒子を基板上に推進します。
コーティング材料は、ワイヤーまたは粉末のいずれかの形態にすることができます。火炎溶射コーティングは、接着性とコーティング密度を向上させるために、塗布後に溶けることがよくあります。
利点
- 高率の沈着
- 低表面加熱
- 用途が広い
- プロセスはシンプルでユーザーフレンドリーです
短所
- 比較的低い付着力
- 加熱効率の向上
- 融点が2,800°Cを超える金属とは互換性がありません
3。高速酸素燃焼（HVOF）
HVOF（High-Velocity Oxy-Fuel）プロセスは、酸素と、プロパン、プロピレン、水素などの可燃性ガスの選択されたグループを燃焼させます。 HVOFシステムは燃焼の基本原理を使用していますが、スプレーガンは標準の酸素燃料スプレーガンとは設計が異なります。
HVOFガンの違いにより、火炎温度と速度が高くなります。その結果、より完全に溶融した粉末と、コーティング材料の溶融粒子を「平坦化」するために利用できるより多くの運動エネルギーが得られます。 HVOFプロセスは、優れた接着強度とコーティング密度を実現します。
HVOFプロセスは、炭化タングステン、炭化クロムなどの高融点金属および金属合金を堆積するために最も一般的に使用されます。
利点
- 厚いコーティングを高度にサポートします
- 低気孔率レベル
- 高い接着レベル
- 火炎溶射またはプラズマと比較して、より多くの炭化物が保持されます
- 最大130dBのノイズレベルで比較的大きな音
- 低い堆積速度
- やや高価
4。プラズマ溶射プロセス（PTA）
プラズマスプレープロセス（非転写アーク）は、電極を通過して供給される不活性ガスを使用して、ガスの「プラズマ」状態を誘発します。ガスがガン装置のノズルを出て通常の状態に戻ると、大量の熱が放出されます。
粉末コーティング材料がプラズマの「火炎」に注入され、基板上に推進されます。
セラミックコーティングは、溶融温度が高いため、ほとんどの場合プラズマスプレーを使用して塗布されます。 （多くの場合> 3500 F）。プラズマスプレーを使用して、いくつかのタイプのセラミックコーティングを適用できます。
利点
- 簡単に適用できます
- サーメット粒子のサイズが大きい
- 耐摩耗性
- 気孔率が非常に低いかゼロ
- 厚いコーティング
- GTAWと比較して低い基板加熱
短所
- スプレーされた材料の高酸化
- 1mm以下の薄層を作るのは難しい
5。デトネーションスプレー
デトネーション溶射は、材料の表面特性を変更するために、超音速で保護コーティングを材料に適用するために使用される多くの形態の溶射技術の1つです。これは主に、コンポーネントの耐久性を向上させるためです。
1955年にH.B.によって最初に発明されました。サージェント、R.M。 Poorman、およびH. Lampreyは、特別に設計された爆発銃（D-gun）を使用してコンポーネントに適用されます。強力に接着されたデトネーションスプレーコーティングを実現するには、スプレーするコンポーネントをすべての表面オイル、グリース、破片を取り除き、表面を粗くすることによって正しく準備する必要があります。
このプロセスには、他のすべての形態の溶射技術と比較して、コーティング材料の最高速度（コーティング材料を推進する約3500 m / sの衝撃波）と温度（約4000°C）が含まれます。
これは、デトネーションスプレーが低多孔性（1％未満）および低酸素含有量（0.1〜0.5％）の保護コーティングを適用できることを意味し、低負荷での腐食、摩耗、および付着から保護します。
このプロセスにより、耐摩耗性コーティングとして有用な非常に硬くて緻密な表面コーティングの塗布が可能になります。このため、デトネーションスプレーは、航空機エンジン、プラグおよびリングゲージ、刃先（スカイブナイフ）、管状ドリル、ローターおよびステーターブレード、ガイドレール、またはその他の摩耗の激しい金属材料の保護コーティングに一般的に使用されます。と涙。
一般に、爆発噴霧中にコンポーネントに噴霧される材料は、金属の粉末、金属合金、およびサーメットです。酸化物（アルミニウム、銅、鉄など）も同様です。
デトネーションスプレーは工業プロセスであり、正しく安全な環境で実行しないと危険な場合があります。そのため、この溶射技術を使用する際に遵守しなければならない多くの安全上の注意事項があります。
6。コールドスプレープロセス
コールドスプレー（CS）はコーティング蒸着法です。固体粉末（直径1〜50マイクロメートル）は、超音速ガスジェットで最大約2倍の速度まで加速されます。 1200 m / s基板との衝突中に、粒子は塑性変形し、表面に付着します。
均一な厚さを実現するために、スプレーノズルは基板に沿ってスキャンされます。金属、ポリマー、セラミック、複合材料、およびナノ結晶粉末は、コールドスプレーを使用して堆積できます。
ガスの膨張によって供給される粒子の運動エネルギーは、結合中に塑性変形エネルギーに変換されます。プラズマ溶射、アーク溶射、火炎溶射、高速酸素燃料（HVOF）などの溶射技術とは異なり、溶射プロセス中に粉末が溶けることはありません。
スプレー溶接の利点
- 滑らかな溶接ビード
- 高い浸透率（3/16インチ以上の金属で使用）
- 高い溶接デポジット率
- 最小限のスパッタ
- 低コスト：スプレーは低コストの材料を強化するために使用されます
- 低入熱：コーティングは母材に浸透しません
- 用途が広い：ほとんどの金属、プラスチック、セラミックはスプレーできます
- 広い厚さの範囲で動作します：.001〜.1インチ、厚さは1インチを超える場合があります
- 高速処理速度：スプレーは3〜60ポンド/時間で進行します（使用するプロセスによって異なります）
スプレー溶接のデメリット
- 溶接工のトレーニングが必要です
- アルゴンレベルが高い（> 85％）ため、ガスコストが高くなる可能性があります
- フラットポジションおよび水平フィレットにのみ推奨
- 高熱は溶接機に不快感を与える可能性があります
- 特に溶接の上端でアンダーカットが発生する可能性があります
- コーティングの接着は機械的であり、冶金学的ではありません
- 視線プロセス
- 特定の負荷に対するコーティングの耐性が低い
溶射溶接は、溶射の形でいくつかの溶接手順を分類するために使用される用語です。これは、粉末またはワイヤーを噴霧し、圧縮ガスを使用して金属表面に高速で噴霧することを含む産業活動です。
スプレーアーク溶接は、電極またはワイヤから溶接部に金属を移送するために使用されるプロセスの1つです。金属の微細な溶融液滴は、アークを経由して母材または作業中の接合部に移動します。スプレートランスファーは、バットまたはフィレットジョイントの厚い金属での使用に最適です。
生産速度を上げるには、スプレートランスファーを使用します。 80％を超えるアルゴン混合により、電圧を23〜4ボルトに設定して開始します。アンペア数を約300〜400インチのワイヤ送給速度に設定します。 150アンペアに達するまで、ワイヤの送り速度を再度増減します。
溶射は、電気めっき、物理的および化学的蒸着などの他のコーティングプロセスと比較して、高い堆積速度で広い領域に厚いコーティング（プロセスと原料に応じて約20ミクロンから数mm）を提供できます。 。
高速酸素燃焼スプレー溶接。ガスは超音速を達成すると同時に、粉末が炎に注入されます。このプロセスにより、気孔率が1％未満の高密度溶射コーティングが提供されます。その結果、高い接着強度とスプレーされたままの微細な表面仕上げが得られます。
産業技術