希釈率とは、溶接工程中に溶融して溶着肉盛層に混ざる母材の割合を指します。

PTA肉盛り溶接では、オーバーレイと母材との間に冶金的な結合を形成するために、基材の一部を意図的に溶融させる。この混合の程度によって希釈率が決まる。

簡単に言うと：

・高希釈= オーバーレイに混合されるベースメタルの量が多い。
•低希釈オーバーレイの組成は、元の合金粉末の化学組成により近いままです。

肉盛溶接用合金は、特定の耐摩耗性および耐腐食性特性を実現するために綿密に設計されているため、望ましい性能を達成するには、希釈率を低く抑えることがしばしば重要となる。

 

希釈率はどのように計算されますか？

希釈率は一般的に、断面金属組織分析を用いて算出される。

その式は次のとおりです。

希釈率（％）＝A ÷（A + B）× 100

どこ：

•A＝溶融したベースメタルの面積
•B＝硬化肉盛材の堆積面積

金属組織断面を作製した後、通常は画像解析ソフトウェアを用いてこれらの領域を正確に測定する。

 

各種硬化処理における典型的な希釈率

溶接および被覆技術の違いにより、希釈レベルは大きく異なる。

プロセス	標準的な希釈率
SMAW溶接による肉盛り溶接	15%～35%
MIG/GMAW肉盛溶接	10％～25％
TIG溶接による肉盛り溶接	5％～15％
PTA硬化肉盛	3％～10％
レーザークラッディング	1％～5％

PTA肉盛り溶接は、アーク溶接プロセスの中で最も希釈率が低いものの、優れた溶着効率を維持できることで広く知られています。

 

希釈率が重要な理由とは？

1. 化学組成に直接影響を与える

硬化処理用粉末は、特定の特性を実現するために、精密な化学組成で設計されています。

例としては、ステライト6、ステライト12、インコネル625、Ni60、炭化タングステン強化合金などが挙げられます。

これらの材料には、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）などの慎重にバランスのとれた元素が含まれています。

コバルト（Co）、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、炭化物

過度の希釈は、基材から不要な元素、特に鉄（Fe）を混入させ、オーバーレイの化学組成を変化させる。

結果として：

・硬度が低下する
・耐摩耗性が低下する
・耐食性が劣化する

 

2. 硬度に影響を与える

オーバーレイの硬度は、意図した合金組成を維持できるかどうかに大きく依存する。

例えば、ステライト6オーバーレイでは、以下のような効果が得られる可能性があります。40～45 HRC

しかし、希釈が過剰になると、基質からの鉄分含有量が増加するため、硬度が著しく低下する可能性がある。

硬度が低いほど、摩耗条件下での耐用年数が短くなることが多い。

 

3. 耐摩耗性が低下する

多くの硬化肉盛合金は、以下のような硬質相に依存している。

・炭化タングステン（WC）
・炭化クロム
・ホウ化物

これらの硬い相は、以下のものに対して優れた耐性を提供します。

・摩耗
・侵食摩耗
・金属同士の摩耗

希釈度が高くなると、これらの強化相の濃度が低下し、コーティング全体の耐摩耗性が低下する。

 

4．耐食性に影響を与える

バルブシール面、化学処理装置などの重要な用途向け。

海洋構造物、石油・ガスシステム

ニッケル基合金とコバルト基合金は、腐食防止のために一般的に使用される。

過度の希釈はオーバーレイ中の鉄分含有量を増加させ、以下のものに対する耐性を弱めます。

・塩化物攻撃
・酸性環境
・海水への曝露
・高温酸化

これは、過酷な動作環境下では部品の寿命を著しく短縮させる可能性があります。

 

PTA硬化処理で低希釈が実現する理由

精密な熱入力制御

PTA溶接は、高濃度プラズマアークと独立して供給される合金粉末を用いる。

従来のワイヤ送給式溶接プロセスとは異なり、熱入力を精密に制御できるため、基材の溶融を最小限に抑えることができる。

その結果、以下のようになります。

・浸透深さの減少
・熱影響部が小さい
・希釈率の低下

 

独立型粉体供給システム

粉末はプラズマアークに直接注入され、溶融池に入る前に溶融される。

堆積材料は充填材ワイヤの溶融に依存しないため、このプロセスはオーバーレイ組成をより高度に制御できる。

メリットは以下のとおりです。

・安定した化学反応
・均一な堆積物
・プロセス安定性の向上

 

高エネルギー密度

プラズマアークは10,000℃を超える温度に達することがある。

この集中したエネルギーにより、基板の不必要な溶融を最小限に抑えつつ、粉末を効率的に溶融することが可能になる。

その結果、PTA硬化肉盛溶接は以下の利点をもたらします。

・優れた冶金学的結合
・最小限の希釈
・高品質のオーバーレイ

 

PTA硬化処理における理想的な希釈率はどれくらいですか？

最適な希釈率は用途によって異なります。

耐摩耗性硬化処理

推奨希釈率：3％～8％

用途：破砕機部品、鉱山機械、スクリューコンベア、土木機械部品

 

耐腐食性オーバーレイ

推奨希釈率：2％～5％

用途：バルブ、ポンプ、化学処理装置、海洋構造物

 

寸法復元および修理

推奨希釈率：5％～10％

用途：シャフトの再構築、ロールの修理、金型の改修

 

PTA硬化処理における希釈率を低減する方法

溶接電流を最適化する

過剰な電流は浸透深さを増加させ、基板の溶融を促進する。

適切な電流レベルを維持することは、希釈を制御する最も効果的な方法の一つです。

 

安定した走行速度を維持する

溶接速度が一定でないと、溶融池のサイズや溶け込み深さにばらつきが生じる可能性があります。

自動化システムは、成分全体にわたって均一な希釈状態を維持するのに役立ちます。

 

高度なPTA機器を使用する