專利名稱：金屬制品及其制造方法、金屬部件連接方法及連接結構體的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬制品的制造方法、金屬制品、金屬制品的連接方法以及連接結構體。
背景技術：
在制造氣缸等金屬制品的一系列工序中以及在將一對分別具有坡口部的金屬部件連接的一系列工序中，分別包含有形成堆焊的工序。也就是說，在制造所述金屬制品時，首先，例如通過鑄造來成形為制品主體，這時，由于成形，在所述制品主體的被處理面上產生氣孔等缺陷。然后，通過磨削加工將包含所述缺陷的缺陷周邊部分除去，在所述的制品主體的所述被處理面上形成凹部。隨后，通過焊接在包含了所述凹部的凹部周邊上形成堆焊層。
另外，在連接所述的一對金屬制品時，首先，將所述的一對金屬制品對接，由一方金屬部件的坡口部分和另一方金屬部件的坡口部分形成凹部。然后，通過焊接在包含了所述凹部的凹部周邊形成堆焊層。

發明內容
由于所述的堆焊層是通過焊接而形成，換言之，由于高溫狀態的所述堆焊層是在所述凹部的周邊瞬間或者短時間內形成，在所述金屬制品的制造或者所述一對金屬部件的連接時，所述凹部周邊的溫度急劇升高。因此，所述凹部周邊的熱變形增大，導致所述金屬制品的制造缺陷或者所述一對金屬部件的連接缺陷的問題。
為了解決上述問題，本發明的第1方面是用于制造金屬制品的方法，該方法具有成形制品主體的成形工序；在所述成形工序完成后，將包含由于成形在所述制品主體的被處理面上產生的缺陷的缺陷周邊除去，在所述制品主體的所述被處理面上形成凹部的缺陷除去工序；以及在所述缺陷除去工序完成后，使用由金屬粉末成形的成形體或者經過加熱處理的所述成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使包含所述凹部的凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電的能量，使所述成形電極的材料或者該材料的反應物質在所述凹部周邊沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在所述凹部周邊形成堆焊層的堆焊工序。
本發明的第2方面是將一對金屬部件連接的方法，該方法具有通過將所述的一對金屬制品對接，由一個金屬部件的坡口部分和另一金屬部件的坡口部分形成凹部的對接工序；以及，所述對接工序完成后，使用由金屬粉末成形的成形體或者經過加熱處理后的所述成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使包含所述凹部的凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電的能量，使所述成形電極的材料或者該材料的反應物質在所述凹部周邊沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在所述凹部周邊形成堆焊層的堆焊工序。


圖1是表示第1實施方式中的放電加工機的圖。
圖2是第1實施方式中的氣缸的局部剖面圖。
圖3是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖4是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖5是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖6是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖7是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖8是第2實施方式中的氣缸的局部剖面圖。
圖9是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖10是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖11是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖12是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖13是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖14是第3實施方式中的氣缸的局部剖面圖。
圖15是第3實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖16是第3實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖17是第3實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。
圖18是表示第4實施方式中的連接結構體的圖。
圖19是第4實施方式中的金屬制品的連接方法的說明圖。
圖20是第4實施方式中的金屬制品的連接方法的說明圖。
圖21是第4實施方式中的金屬制品的連接方法的說明圖。
具體實施例方式
以下，為了進一步詳細說明本發明，對于本發明的各種實施方式，適當參照附圖進行說明。其中，將“左右方向”稱為X軸方向，將“前后方向”稱為Y軸方向，將“上下方向”稱為Z方向。
第1實施方式首先，參照圖1，對于在第1實施方式中的金屬制品的制造方法中使用的放電加工機1進行說明。
放電加工機1具有在X軸方向和Y軸方向上延伸的底座3，在該底座3上設置了在Z軸方向延伸的支架5。另外，在底座3上設置工作臺7，該工作臺7可以由X軸伺服電機9驅動在X軸方向上移動，由Y軸伺服電機11驅動在Y軸方向上移動。
工作臺7上設置有貯存油等具有電絕緣性的液體S的加工槽13，在該加共槽13內設置有支承板15。該支承板15上設置有可以安裝后述的金屬制品等的夾具17。另外，夾具17通過支承板15與電源19電連接，夾具17的具體結構可以根據金屬制品適當改變。
在支架5上設置加工頭21，該加工頭21可以由Z軸伺服電機23驅動沿著Z軸方向移動。當通過X軸伺服電機9的驅動使工作臺7在X軸方向移動時，可以使得加工頭21在X軸方向上相對于工作臺7移動。另外，當通過Y軸伺服電機11的驅動使工作臺7在Y軸方向移動時，可以使加工頭21在Y軸方向上相對于工作臺7移動。
而且，加工頭21上設置有保持成形電極25或成形電極27的第1保持器29，在加工頭21上的第1保持器29附近，設置有保持具有耐消耗性的硬質電極31的第2保持器33。第1保持器29和第2保持器33與電源19電連接。成形電極25、27的具體結構在下文中說明。
參照圖2，對于作為第1實施方式的金屬制品制造方法的對象的金屬制品——氣缸35進行簡單說明。
作為第1實施方式中的金屬部件的氣缸35，是燃氣輪機的構成要素之一，具有作為制品主體的氣缸主體37。在氣缸主體37的外周面上，通過放電能量形成凹部39，在包括了該凹部39的凹部周邊39’中，通過放電能量形成堆焊層41。凹部39和堆焊層41將在下文中詳述。
然后，參照圖1～7，對第1實施方式中的金屬制品的制造方法進行說明。
第1實施方式中的金屬制品的制造方法，是制造作為金屬制品的氣缸35的方法，使用所述的放電加工機1、成形電極25、硬質電極31以及如圖7所示的熱處理爐43。
這里的成形電極25，是由具有與氣缸主體37的母材相同組成的材料的粉末，或者具有與氣缸主體37的母材類似組成的材料的粉末，或者具有與氣缸主體37的母材的熱膨脹率相近的熱膨脹率的材料的粉末，通過擠壓進行壓縮而成形的成形體或者通過真空爐等的加熱處理的所述成形體所構成。
在氣缸主體37的母材例如是AMS(Aerospace Material Specifications)No.5662的合金的場合，成形電極為具有類似組成的各種鎳合金材料，具有近似的熱膨脹率的鈷或鈷合金材料。另外，代替通過壓縮成形，電極25還可以采用泥漿澆注、MIM(Metal Injection Molding)、噴鍍等方法成形。
此外，硬質電極31由石墨、鎢合金或者銅合金的固形物所制成。
第1實施方式中的金屬制品的制造方法，具有如下所述的(1-1)成形工序、(1-2)缺陷除去工序、(1-3)堆焊工序、(1-4)余料除去工序和(1-5)熱處理工序。
(1-1)成形工序使用鑄模(圖中省略)，通過鑄造成形為作為制品主體的氣缸主體37。如圖3所示，由于氣缸主體37的成形，在作為氣缸主體37的被處理面的外周面上形成缺陷——氣孔D。
(1-2)缺陷除去工序在完成上述(1-1)成形工序之后，將氣缸主體37安裝到夾具17上。然后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，將工作臺7在X軸方向和Y軸方向移動來進行氣缸主體37的定位，使得作為包括了氣孔D的缺陷周邊的氣孔周邊D’與硬質電極31相對。有時候，僅使工作臺7在X軸或Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使氣孔周邊D’和硬質電極31之間產生脈沖狀放電。由此，如圖3B所示，通過放電能量除去氣孔P，在氣缸主體37的外周面上可以形成凹部39。在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21一體地在Z軸方向上以微小的移動量進行往復運動。
(1-3)堆焊工序在完成了上述(1-2)缺陷除去工序之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向移動，將氣缸主體37定位，使得凹部周邊39’與成形電極25相對。有時候，僅使工作臺7在X軸方向或Y軸方向中的某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使凹部周邊39’和成形電極25之間產生脈沖狀放電。由此，如圖5所示，通過放電能量，使成形電極25的材料或者該材料的反應物質在凹部周邊39’上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在凹部周邊39’上形成堆焊層41。其中，在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使成形電極25與加工頭21一體地在Z軸方向上以微小的移動量進行往復運動。
另外，所述的“沉積、擴散和/或熔敷”，包括了“沉積”、“擴散”、“熔敷”、“沉積和擴散二者的混合現象”、“沉積和熔敷二者的混合現象”、“擴散和熔敷二者的混合現象”以及“沉積和擴散和熔敷三者的混合現象”中的任何一種。
上述(1-3)工序中形成的堆焊層41的大小，比凹部39的尺寸要大。具體而言，堆焊層41的外緣要比凹部39的外緣向外側擴展0.5mm以上；堆焊層41的厚度，要比能填滿凹部39所需要的厚度還要厚0.3mm以上。這樣，可以使堆焊層41內部的粒子間產生擴散結合。
此外，堆焊層41的一部分，從凹部39溢出，形成余料。
(1-4)余料除去工序在完成上述(1-3)堆焊工序后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊層41與硬質電極31相對。有時候，僅使工作臺7在X軸或Y軸中某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使堆焊層41和硬質電極31之間產生脈沖狀放電。由此，如圖6所示，通過放電能量，形成由高密度組織構成的薄膜41a，同時可以將余料41f除去。另外，在產生脈沖狀放電時，使硬質電極31在X軸方向上相對于氣缸主體37移動，同時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21一體地在Z軸方向上以微小的移動量進行往復運動。
(1-5)熱處理工序在上述(1-4)余料除去工序結束后，從夾具17上取下氣缸主體37，安放到熱處理爐43的規定定位置上。如圖7所示，由熱處理爐43將氣缸主體37和堆焊層41一起在真空中或者大氣中進行高溫保溫。通過這樣對堆焊層41進行熱處理，使得堆焊層41內部的粒子間進行擴散接合，完成作為金屬制品的氣缸35的制造。
熱處理的溫度和時間，例如在堆焊層41由鎳合金或者鈷合金構成的場合，在1050℃的高溫下保溫20分鐘，然后在760℃的高溫中保溫4小時。
此外，上述的第1實施方式中的金屬制品的制造方法，還可以進行如下的實施方式的變更。
即，在第1實施方式中的金屬制品的制造方法的一系列工序中，可以省略所述的(1-4)余料除去工序或所述的(1-5)熱處理工序，或者可以改變所述的(1-4)余料除去工序和所述的(1-5)熱處理工序工藝順序。
還有，代替在具有電絕緣性的液體S中產生脈沖狀放電，也可以在具有電絕緣性的氣體中產生脈沖狀放電。
另外，代替放電加工機1，也可以使用磨床將鑄造氣孔周邊D’除去，或者將余料41f除去。
此外，代替除去鑄件氣孔周邊D’，也可以除去包含裂紋等缺陷的缺陷周邊。
以下，對第1實施方式的作用進行說明。
由于放電能量作用于極小部位上的局部區域，堆焊層41是通過使成形電極25的材料等在凹部39上沉積、擴散和/或熔敷而漸漸形成，因此，在制造氣缸35時，氣缸主體37的凹部周邊39’的溫度不會急劇上升。
還有，由于堆焊層41通過放電能量形成，在堆焊層41和氣缸主體37的母材的界面部分形成組成比傾斜的結構，可以使堆焊層41與氣缸主體37牢固地結合。
此外，由于堆焊層41內部的粒子間產生擴散接合，可以提高堆焊層41的拉伸強度。
還有，在上述(1-3)堆焊工序中形成的堆焊層41的大小比凹部39的尺寸大，因此，在所述的(1-4)余料除去工序后，堆層41的表面沒有殘存多孔的組織。
如上所述，根據第1實施方式，在制造氣缸35時，由于氣缸主體37上的凹部周邊39’的溫度不會急劇上升，可以充分抑制氣缸主體37上的凹部周邊39’的熱變形，氣缸35幾乎沒有制造缺陷。
還有，由于可以使得堆焊層41與氣缸主體37牢固結合，堆焊層41不容易從氣缸主體37的母材上剝離，可以使氣缸35的品質穩定。
此外，由于提高了堆焊層41的拉伸強度，可以提高氣缸主體37上的凹部周邊39’的機械強度。
另外，由于堆焊層41具有由高密度的組織構成的薄膜41a，可以抑制來自氣缸35內的流體的浸透。
第2實施方式參照圖8，對作為第2實施方式中的金屬制品制造方法的對象的金屬部件——氣缸45進行簡單說明。
作為第2實施方式中的金屬部件的氣缸45，與第1實施方式中的氣缸35同樣，具有作為制品主體的氣缸主體37，在氣缸主體37的外周面上通過放電能量形成凹部39。而且，在包括了凹部39的凹部周邊39’上，通過放電能量形成由兩層堆焊層47構成的堆焊群49。對堆焊群49在下文中進行詳述。
接下來，參照圖1、圖3、圖4以及圖9～13，對第2實施方式中的金屬制品的制造方法進行說明。
第2實施方式中的金屬制品的制造方法，是用于制造作為金屬部件的氣缸45的方法，使用上述的放電加工機1、成形電極25、硬質電極31和熱處理爐43。
第2實施方式中的金屬制品的制造方法，具有如下所述的工序(2-1)成形工序、(2-2)缺陷除去工序、(2-3)第1堆焊工序、(2-4)薄膜工序、(2-5)第2堆焊工序、(2-6)余料除去工序和(2-7)熱處理工序。
(2-1)成形工序與上述(1-1)成形工序同樣進行(參照圖3)。
(2-2)缺陷除去工序與上述(1-2)缺陷除去工序同樣進行(參照圖4)。
(2-3)第1堆焊工序在完成上述(2-2)缺陷除去工序之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向上移動，進行氣缸主體37的定位，使得凹部周邊39’與成形電極25相對。有時候，僅使工作臺7在X軸和Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使凹部周邊39’與成形電極25之間產生脈沖狀放電。由此，如圖9所示，通過放電能量，使成形電極25的材料或者該材料的反應物質在凹部周邊39’上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在凹部周邊39’形成堆焊層47。其中，在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使成形電極25與加工頭21一體地在Z軸方向上以微小的移動量進行往復運動。
(2-4)薄膜工序在完成上述(2-3)成形工序之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向上移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊層47與硬質電極31相對。有時候，僅使工作臺7在X軸和Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使堆焊層47與硬質電極31之間產生脈沖狀放電。由此，如圖10所示，通過放電能量，將堆焊層47的表面熔融，可以在堆焊層47的表面形成由高密度的組織構成的薄膜47a。其中，在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21一體地在Z軸方向上僅以微小的移動量進行往復運動。
(2-5)第2堆焊工序在前述(2-4)缺陷除去工序完成之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向上移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊層47的薄膜47a與成形電極25相對。有時候，僅使工作7在X軸和Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使堆焊層47的薄膜47a和成形電極25之間產生脈沖狀放電。由此，如圖11所示，通過放電能量，使成形電極25的材料或者該材料的反應物質在堆焊層47的薄膜47a上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在凹部39上形成由2層堆焊層47構成的堆焊群49。其中，在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使成形電極25與加工頭21一體地在Z軸方向上僅以微小的移動量進行往復運動。
這時，在上述(2-5)第2堆焊工序中所形成的堆焊群49的尺寸比凹部39的尺寸要大。具體而言，堆焊群49的外緣比凹部39的外緣還要向外側擴展0.5mm以上，堆焊群49的厚度要比完全填滿凹部39所需要的厚度還要厚0.3mm以上。此外，堆焊群49的一部分形成從凹部39溢出的余料49。這樣，在堆焊群49的內部的粒子間可以形成擴散結合。
(2-6)余料除去工序在上述(2-5)第2堆焊工序結束之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊群49與硬質電極31相對。有時候，僅使工作臺7在X軸和Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使堆焊群49和硬質電極31之間產生脈沖狀放電。由此，如圖12所示，通過放電能量，形成由高密度組織構成的薄膜49a，同時可以將余料49f除去。其中，在產生脈沖狀放電時，使硬質電極31在X軸方向上相對于氣缸主體37移動，同時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21一體地在Z軸方向上僅以微小的移動量進行往復運動。
(2-7)熱處理工序在上述(2-5)余料除去工序結束后，從夾具17上取下氣缸主體37，安放到熱處理爐43的規定位置上。然后，如圖13所示，用熱處理爐43將堆焊群49與氣缸主體37一起在真空中或者大氣中進行高溫保溫。通過這樣可以對堆焊群49進行熱處理，進行堆焊群49內部的粒子間的擴散結合，完成作為金屬制品的氣缸45的制造。
熱處理的溫度和時間，例如在堆焊群49由鎳合金或者鈷合金構成的場合，是在1050℃的高溫下保溫20分鐘，然后在760℃的高溫中保溫4小時。
此外，上述的第2實施方式中的金屬制品的制造方法，還可以按如下所述進行實施方式的變更。
即，在第2實施方式的金屬制品的制造方法的一系列工序中，可以省略所述(2-6)余料除去工序或者所述(2-7)熱處理工序，或者改變所述(2-6)余料除去工序和(2-7)熱處理工序的工序順序。
還有，代替在具有絕緣性的液體S中產生脈沖狀放電，也可以在具有絕緣性的氣體中產生脈沖狀放電。
另外，代替放電加工機1，也可以使用磨床將鑄造氣孔D’除去，或者將余料49f除去。
另外，代替除去鑄件氣孔周邊區域D’，也可以除去包含裂紋等缺陷的缺陷周邊區域。
以下，對第2實施方式的作用進行說明。
由于放電能量作用于極小部位上的局部區域，堆焊群49是通過成形電極25的材料等在凹部39上沉積、擴散和/或熔敷而漸漸形成的，因此，在制造氣缸45時，氣缸主體37的凹部周邊區域39’的溫度不會急劇上升。
還有，由于堆焊群49是通過放電能量所形成，所以在堆焊群49和氣缸主體37的母材的界面部分形成組成比傾斜的結構，可以使堆焊群49與氣缸主體37牢固地結合。
此外，由于堆焊群49內部的粒子間形成擴散接合，可以提高堆焊群49的拉伸強度。
如上所述，根據第2實施方式，在制造氣缸45時，由于氣缸主體37上的凹部周邊39’的溫度不會急劇上升，可以充分抑制氣缸主體37上的凹部周邊39’的熱變形，幾乎不會產生氣缸45的制造缺陷。
還有，由于可以使得堆焊群49與氣缸主體37牢固結合，堆焊群49不容易從氣缸主體37的母材上剝離，可以使氣缸45的品質穩定。
此外，由于可以提高堆焊群49的拉伸強度，可以提高氣缸主體37上的凹部周邊39’的機械強度。
另外，由于堆焊群49具有由高密度的組織構成的薄膜47a、49a，可以抑制來自氣缸45內的流體的浸透。
第3實施方式參照圖14，對作為第3實施方式中的金屬制品的制造方法的對象的金屬部件——氣缸51進行簡單說明。
作為第3實施方式中的金屬部件的氣缸51，與第1實施方式中的氣缸35和第2實施方式中的氣缸45同樣，具有作為制品主體的氣缸主體37，在氣缸主體37的外周面上利用放電能量形成凹部39。然后，在包括了凹部39的凹部周邊39’上，通過放電能量形成由多層堆焊層47構成的堆焊群53。堆焊群53的詳細情況將在下文中詳述。
接下來，參照圖1、圖3、圖4、圖9、圖10和圖15～17，對第3實施方式中的金屬制品的制造方法進行說明。
第3實施方式中的金屬制品的制造方法，是用于制造作為金屬部件的氣缸51的方法，使用上述的放電加工機1、成形電極25、硬質電極31和熱處理爐43。
第3實施方式中的金屬制品的制造方法具有如下所述的工序(3-1)成形工序、(3-2)缺陷除去工序、(3-3)堆焊工序、(3-4)薄膜工序、(3-5)反復工序、(3-6)余料除去工序和(3-7)熱處理工序。
(3-1)成形工序與上述(1-1)成形工序同樣進行(參照圖3)。
(3-2)缺陷除去工序與上述(1-2)缺陷除去工序同樣進行(參照圖4)。
(3-3)堆焊工序與上述(2-3)第1堆焊工序同樣進行(參照圖9)。
(3-4)薄膜工序進行與上述(2-4)薄膜工序同樣的內容(參照圖10)。
(3-5)反復工序在上述(3-4)薄膜工序完成之后，交替地重復進行上述(3-3)堆焊工序和上述(3-4)工序。這樣，如圖15所示，利用放電能量在各堆焊層47的表面上形成薄膜47a，同時，漸漸地在凹部39上形成由多層堆層47構成的堆焊群53。
這時，在上述(3-5)反復工序中所形成的堆焊群53的尺寸要比凹部39的尺寸大。具體而言，堆焊群53的外緣比凹部39的外緣向外側擴展0.5mm以上，堆焊群53的厚度比填滿凹部39所需要的厚度還要厚0.3mm以上。因此，在堆焊群53內部的粒子間可以形成擴散結合。
此外，堆焊群53的一部分形成從凹部39溢出的余料53f。
(3-6)余料除去工序在上述(3-5)反復工序結束之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊群53與硬質電極31相對。有時候，僅使工作臺7在X軸或Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使硬質電極31和堆焊群53之間產生脈沖狀放電。由此，如圖16所示，通過放電能量形成由高密度組織構成的薄膜53a，同時可以將余料53f除去。其中，在產生脈沖狀放電時，使硬質電極31在X軸方向上相對于氣缸主體37移動，同時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21一體地在Z軸方向上僅以微小的移動量進行往復運動。
(3-7)熱處理工序在上述(3-5)余料除去工序結束后，從夾具17上取下氣缸主體37，安放到熱處理爐43的規定位置上。然后，如圖17所示，由熱處理爐43將堆焊群49與氣缸主體37一起在真空中或者大氣中進行高溫保溫。通過這樣對堆焊群53進行熱處理，使堆焊群53內部的粒子間進行擴散結合，完成作為金屬制品的氣缸51的制造。
熱處理的溫度和時間，例如在堆焊群49由鎳合金或者鈷合金構成的場合，是在1050℃的高溫下保溫20分鐘，然后在760℃的高溫中保溫4小時。
此外，上述的第3實施方式中的金屬制品的制造方法，還可以按如下所述進行實施方式的變更。
即，在第3實施方式的金屬制品的制造方法中的一系列工序中，可以省略上述(3-6)余料除去工序或者(3-7)熱處理工序，或者可以改變上述(3-6)余料除去工序和(3-7)熱處理工序的工藝順序。
還有，代替在具有絕緣性的液體S中產生脈沖狀放電，也可以在具有絕緣性的氣體中產生脈沖狀放電。
另外，代替使用放電加工機1，也可以使用磨床除去鑄件氣孔周邊區域D’或者除去余料53f。
還有，代替除去鑄件氣孔周邊D’，也可以除去含有裂紋等缺陷的缺陷周邊。
以下，對第3實施方式的作用進行說明。
由于放電能量作用于極小部位上的局部地區域，堆焊群53是通過成形電極25的材料等在凹部39上沉積、擴散和/或熔敷而漸漸形成的，因此，在制造氣缸51時，氣缸主體37的凹部周邊39’的溫度不會急劇上升。
還有，由于堆焊群53是通過放電能量所形成，因此，在堆焊群53和氣缸主體37的母材的界面部分形成組成比傾斜的結構，可以使堆焊群53與氣缸主體37牢固地結合。
此外，由于在堆焊群53內部的粒子間形成擴散接合，可以提高堆焊群53的拉伸強度。
如上所述，根據第3實施方式，在制造氣缸51時，由于氣缸主體37上的凹部周邊39’的溫度不會急劇上升，可以充分抑制氣缸主體37上的凹部周邊39’的熱變形，幾乎不會產生氣缸51的制造缺陷。
還有，由于可以使得堆焊群53與氣缸主體37牢固結合，堆焊群53不容易從氣缸主體37的母材上剝離，可以使氣缸51的品質穩定。
此外，由于可以提高堆焊群53的拉伸強度，可以提高氣缸主體37上的凹部周邊39’的機械強度。
另外，由于堆焊群53具有由高密度的組織構成的薄膜41a、53a，可以抑制來自氣缸51內的流體的浸透。
第4實施方式參照圖18，對第4實施方式中的連接結構體55進行說明。
連接結構體55具有以對接狀態連接的一對金屬部件57和59，這一對金屬部件57和59分別具有坡口部57a、57b。由其中一個金屬部件57的坡口部57a和另一金屬部件59的坡口部59a形成凹部61，在包括了該凹部61的凹部周邊61’上通過放電能量形成堆焊層63。然后，使用如圖1所示的成形電極27，在具有電絕緣性的液體或者氣體中，使包括了凹部61的凹部周邊61’和成形電極27之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使成形電極27的材料或者該材料的反應物質在凹部周邊61’上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地形成堆焊層63。
成形電極27，是由具有與金屬部件57、59的母材相同組成的材料的粉末、具有與金屬部件57、59的母材類似組成的材料的粉末、或者具有與金屬部件57、59的母材的熱膨脹率接近的熱膨脹率的材料的粉末經過擠壓壓縮成形的成形體或者經過真空爐等加熱處理的上述成形體構成。
其中，在金屬部件57、59的母材例如是鐵中含有18％鉻和8％鎳的不銹鋼的場合，則成形電極27為含量不同的其他不銹鋼等類似組成的材料，或者鈷或鈷合金等具有近似的熱膨脹率的材料。另外，代替壓縮成形，成形電極27還可以通過泥漿澆注、MIM(Metal Injection Molding)、噴鍍等進行成形。
接下來，參照圖1和圖19～21，對第4實施方式中的金屬部件的連接方法進行說明。
第4實施方式中的金屬部件的連接方法，是將一對金屬制品57和59連接的方法，使用前述的放電加工機1、成形電極27和熱處理爐43。而且，第4實施方式中的金屬部件的連接方法，具有如下詳述的(4-1)對接工序、(4-2)堆焊工序和(4-3)熱處理工序。
(4-1)對接工序將一對金屬部件57和59固定在夾具17上，使得這對金屬部件57和59相對接。這樣，如圖19所示，由其中一個金屬部件57的坡口部57a和另一金屬部件59的坡口部59a形成凹部61。
(4-2)堆焊工序在上述(4-1)的對接工序完成后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向上移動，將該對金屬部件57和59定位，使得凹部周邊61’與成形電極27相對。有時候，僅使工作臺7在X軸或Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。
接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使凹部周邊61’和成形電極27之間產生脈沖狀放電。由此，如圖20所示，通過放電能量，使成形電極27的材料或者該材料的反應物質在在凹部周邊61’上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在凹部周邊61’上形成堆焊層63。其中，在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使成形電極27與加工頭21一體地在Z軸方向上僅以微小的移動量進行往復運動。
這時，在上述(4-2)堆焊工序中所形成的堆焊層63的尺寸要比凹部61的尺寸大。具體而言，堆焊層63的外緣比凹部61的外緣還要向外側擴展0.5mm以上，堆焊層63的厚度要比填滿凹部61所需要的厚度還要厚0.3mm以上。這樣，在堆焊層63內部的粒子間可以形成擴散結合。
(4-3)熱處理工序在上述(4-2)堆焊工序結束后，從夾具17上取下成對的金屬部件57、59，安放到熱處理爐43的規定位置上。然后，用熱處理爐43將堆焊層63與成對的金屬部件57和59一起在真空中或者大氣中進行高溫保溫。這樣，對堆焊層63進行熱處理，使堆焊層63內部的粒子間進行擴散結合，完成對成對的金屬部件57、59的連接。
熱處理的溫度和時間，例如在堆焊層63由鎳合金或者鈷合金構成的場合，是在1050℃的高溫下保溫20分鐘，然后在760℃的高溫中保溫4小時。
此外，上述第4實施方式中的金屬部件的連接方法，還可以按如下所述進行實施方式的變更。
即，在第4實施方式的金屬部件的連接方法的一系列工序中，可以將所述(4-3)熱處理工序省略。
還有，還可以在上述(4-2)堆焊工序和上述(4-3)熱處理工序之間，將堆焊層63的余料除去。
另外，代替在具有電絕緣性的液體S中產生脈沖狀放電，也可以在具有電絕緣性的氣體中產生脈沖狀放電。
以下，對第4實施方式的作用進行說明。
由于放電能量作用于極小部位上的局部區域，堆焊層63是由成形電極27的材料等在凹部61上沉積、擴散和/或熔敷而漸漸形成的，因此，在連接成對的金屬部件57、59時，金屬部件57、59的凹部周邊61’的溫度不會急劇上升。
還有，由于堆焊層63是利用放電能量所形成，所以在堆層63和金屬部件57、59的母材的界面部分形成組成比傾斜的結構，可以使堆焊層63與金屬部件57、59牢固地結合。
此外，由于在堆焊層63內部的粒子間形成擴散接合，可以提高堆焊群63的拉伸強度。
如上所述，根據第4實施方式，在連接成對的金屬部件57、59時，由于金屬部件57、59上的凹部周邊61’的溫度不會急劇上升，可以充分抑制金屬部件57、59上的凹部周邊61’的熱變形，幾乎不會產生成對金屬部件57、59的連接缺陷。
還有，由于使堆焊層63與金屬部件57、59牢固結合，同時堆焊層63的拉伸強度提高，因此，成對的金屬部件57、59的連接狀態穩固，換言之，可以提高連接結構體55的機械強度。
以上通過幾個優選的實施方式對本發明進行了說明，但本發明所包括的權利范圍并不限定于這些實施方式。
還有，2003年6月11日向日本特許廳提出的申請號的內容，以及2003年6月11日向日本特許廳提出的申請號的內容，在本申請中作為參考得以引用。
權利要求
1.金屬制品的制造方法，該方法是用于制造金屬制品的方法，其特征在于，所述方法具有成形制品主體的成形工序；在所述成形工序完成后，將包含了由于成形而在所述制品主體的被處理面上產生的缺陷的缺陷周邊除去，在所述制品主體的上述被處理面上形成凹部的缺陷除去工序；以及在所述缺陷除去工序完成后，使用由金屬粉末成形的成形體或者經過加熱處理的所述成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使包含所述凹部的凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使所述成形電極的材料或該材料的反應物質在所述凹部周邊上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在所述凹部周邊上形成堆焊層的堆焊工序。
2.根據權利要求1所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，在所述堆焊工序完成后，具有將所述堆焊層的從所述凹部溢出的余料除去的余料除去工序。
3.根據權利要求2所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，在所述的余料除去工序中，使用具有耐消耗性的硬質電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使所述堆焊層和所述硬質電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，形成由高密度的組織構成的薄膜，同時除去所述的余料。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，在所述堆焊工序完成后具有熱處理工序，即，用熱處理爐將所述堆焊層與所述制品主體一起于真空中或者大氣中在高溫下保溫，對所述堆焊層進行熱處理，使所述堆焊層內部的粒子間進行擴散結合。
5.金屬制品的制造方法，該方法是用于制造金屬制品的方法，其特征在于，所述制造方法具有成形制品主體的成形工序；在所述成形工序完成后，將包含由于成形而在所述制品主體的被處理面上產生的缺陷的缺陷周邊除去，在所述制品主體的所述被處理面上形成凹部的缺陷除去工序；在所述缺陷除去工序完成后，使用由金屬粉末成形的成形體或經過加熱處理的所述成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使包含所述凹部的凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使所述成形電極的材料或者該材料的反應物質在所述凹部周邊沉積、擴散和/或熔敷，形成堆焊層的第1堆焊工序；在所述第1堆焊工序完成后，使用所述成形電極或者具有耐消耗性的硬質電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使所述堆焊層和所述成形電極或所述硬質電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，將所述堆焊層的表面熔融，在所述堆焊層的表面形成由高密度的組織構成的薄膜的薄膜工序；以及在所述薄膜工序完成后，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使所述堆焊層的所述薄膜和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使所述成形電極的材料或者該材料的反應物質在所述堆焊層的所述薄膜上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在所述凹部周邊形成由2層堆焊層構成的堆焊群的第2堆焊工序。
6.根據權利要求5所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，在所述第2堆焊工序完成后，具有將所述堆焊群的從所述凹部溢出的余料除去的余料除去工序。
7.根據權利要求5或6所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，在所述第2堆焊工序完成后具有熱處理工序，即，用熱處理爐將所述堆焊群與所述制品主體一起于真空中或者大氣中在高溫下保溫，對所述堆焊群進行熱處理，使所述堆焊群內部的粒子間進行擴散結合。
8.金屬制品的制造方法，該方法是用于制造金屬制品的金屬制品制造方法，其特征在于，所述制造方法具有成形制品主體的成形工序；在所述成形工序完成后，將包含由于成形而在所述制品主體的被處理面上產生的缺陷的缺陷周邊除去，在所述制品主體的所述被處理面上形成凹部的缺陷除去工序；在所述缺陷除去工序完成后，使用由金屬粉末成形的成形體或者經過加熱處理的所述成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使包含所述凹部的凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使所述成形電極的材料或者該材料的反應物質在所述凹部周邊沉積、擴散和/或熔敷，形成堆焊層的堆焊工序；在所述薄膜工序完成后，使用所述成形電極或者具有耐消耗性的硬質電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使所述堆焊層和所述成形電極或所述硬質電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，將所述堆焊層的表面熔融，在所述堆焊層的表面一側形成由高密度的組織構成的薄膜的薄膜工序；以及在所述薄膜工序完成后，通過重復進行所述堆焊工序和所述薄膜工序，在各層堆焊層的表面上形成所述薄膜，同時，漸漸地在所述凹部周邊形成由多層堆焊層構成的堆焊群的反復工序。
9.根據權利要求8所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，在所述反復工序完成后，具有將所述堆焊群的從所述凹部溢出的余料除去的余料除去工序。
10.根據權利要求8或9所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，在所述反復工序完成后具有熱處理工序，即，用熱處理爐將所述的堆焊群與所述制品主體一起于真空中或者大氣中在高溫下保溫，對所述堆焊群進行熱處理，使所述堆焊群內部的粒子間進行擴散結合。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，所述的缺陷除去工序中，使用具有耐消耗性的硬質電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使所述制品主體的所述被處理面和所述硬質電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，將所述制品主體的所述被處理面上產生的所述缺陷除去。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，構成所述成形電極的金屬粉末是具有與所述制品主體的母材相同組成的材料的粉末、具有與所述制品主體的母材類似的組成的材料的粉末，或者具有與所述制品主體的母材的熱膨脹率接近的熱傳導率的材料的粉末。
13.根據權利要求3、5和8中任一項所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，所述的硬質電極是由石墨、鎢合金或者銅合金的固形物構成。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的金屬制品的制造方法，其特征在于，所述的成形工序是通過鑄造成形制品主體的成形工序，所述缺陷為鑄件氣孔。
15.金屬部件，其特征在于，所述金屬部件是采用權利要求1至14中任一項所述的金屬制品的制造方法制成。
16.金屬部件的連接方法，該方法是連接金屬部件的方法，其特征在于，所述的連接方法具有通過將一對金屬部件對接，由一個金屬部件的坡口部和另一個金屬部件的坡口部形成凹部的對接工序；以及在所述對接工序完成后，使用由金屬粉末成形的成形體或者經過熱處理的所述成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使包含所述凹部的凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使所述成形電極的材料或者該材料的反應物質在所述凹部周邊沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在所述凹部周邊形成堆焊層的堆焊工序。
17.根據權利要求16所述的金屬部件的連接方法，其特征在于，在所述反復工序完成后具有熱處理工序，即，用熱處理爐將所述堆焊層與所述的一對金屬制品一起于真空中或者大氣中在高溫下保溫，對所述堆焊層進行熱處理，使所述堆焊層內部的粒子間進行擴散結合。
18.根據權利要求16或17所述的金屬部件的連接方法，其特征在于，構成所述成形電極的金屬粉末是具有與所述金屬部件的母材相同組成的材料的粉末、具有與所述金屬部件的母材類似組成的材料的粉末，或者具有與所述金屬部件的母材的熱膨脹率接近的熱膨脹率的材料的粉末。
19.連接結構體，所述的連接結構體具有分別具有坡口部的、以對接狀態相連接的一對金屬部件；以及，在包括有由一個金屬部件的坡口部和另一個金屬部件的坡口部形成的凹部的凹部周邊上形成的堆焊層；其特征在于所述的堆焊層是按以下所述形成的，即，使用由金屬粉末成形的成形體或經過熱處理的所述成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使所述凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使所述成形電極的材料或者該材料的反應物質在所述凹部周邊沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在所述凹部周邊形成所述的堆焊層。
20.根據權利要求19所述的連接結構體，其特征在于，對所述堆焊層實施熱處理，使其內部的粒子間進行擴散結合。
21.根據權利要求19或20所述的連接結構體，其特征在于，構成所述成形電極的金屬粉末是具有與所述金屬部件的母材相同組成的材料的粉末、具有與所述金屬部件的母材類似組成的材料的粉末，或者具有與所述金屬部件的母材的熱膨脹率接近的熱膨脹率的材料的粉末。
全文摘要
本發明提供了金屬制品的制造方法。在成形制品主體后，將包含了由于成形而在所述制品主體的被處理面上產生的缺陷的缺陷周邊除去，在所述制品主體的被處理面上形成凹部；使用由金屬粉末成形的成形體或經過熱處理的所述成形體構成的成形電極，在電絕緣性的液體或氣體中，使包括了所述凹部的凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使所述成形電極的材料產生沉積等，在所述凹部周邊形成堆焊層。
文檔編號B23H1/00GK1826430SQ20048002078
公開日2006年8月30日 申請日期2004年6月11日 優先權日2003年6月11日
發明者落合宏行, 渡邊光敏, 卜部健人, 后藤昭弘, 秋吉雅夫 申請人:石川島播磨重工業株式會社, 三菱電機株式會社