专利名称：金属制品及其制造方法、金属部件连接方法及连接结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属制品的制造方法、金属制品、金属制品的连接方法以及连接结构体。
背景技术：
在制造气缸等金属制品的一系列工序中以及在将一对分别具有坡口部的金属部件连接的一系列工序中，分别包含有形成堆焊的工序。也就是说，在制造所述金属制品时，首先，例如通过铸造来成形为制品主体，这时，由于成形，在所述制品主体的被处理面上产生气孔等缺陷。然后，通过磨削加工将包含所述缺陷的缺陷周边部分除去，在所述的制品主体的所述被处理面上形成凹部。随后，通过焊接在包含了所述凹部的凹部周边上形成堆焊层。
另外，在连接所述的一对金属制品时，首先，将所述的一对金属制品对接，由一方金属部件的坡口部分和另一方金属部件的坡口部分形成凹部。然后，通过焊接在包含了所述凹部的凹部周边形成堆焊层。
发明内容
由于所述的堆焊层是通过焊接而形成，换言之，由于高温状态的所述堆焊层是在所述凹部的周边瞬间或者短时间内形成，在所述金属制品的制造或者所述一对金属部件的连接时，所述凹部周边的温度急剧升高。因此，所述凹部周边的热变形增大，导致所述金属制品的制造缺陷或者所述一对金属部件的连接缺陷的问题。
为了解决上述问题，本发明的第1方面是用于制造金属制品的方法，该方法具有成形制品主体的成形工序；在所述成形工序完成后，将包含由于成形在所述制品主体的被处理面上产生的缺陷的缺陷周边除去，在所述制品主体的所述被处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，使用由金属粉末成形的成形体或者经过加热处理的所述成形体构成的成形电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使包含所述凹部的凹部周边和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电的能量，使所述成形电极的材料或者该材料的反应物质在所述凹部周边沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在所述凹部周边形成堆焊层的堆焊工序。
本发明的第2方面是将一对金属部件连接的方法，该方法具有通过将所述的一对金属制品对接，由一个金属部件的坡口部分和另一金属部件的坡口部分形成凹部的对接工序；以及，所述对接工序完成后，使用由金属粉末成形的成形体或者经过加热处理后的所述成形体构成的成形电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使包含所述凹部的凹部周边和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电的能量，使所述成形电极的材料或者该材料的反应物质在所述凹部周边沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在所述凹部周边形成堆焊层的堆焊工序。
图1是表示第1实施方式中的放电加工机的图。
图2是第1实施方式中的气缸的局部剖面图。
图3是第1实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图4是第1实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图5是第1实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图6是第1实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图7是第1实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图8是第2实施方式中的气缸的局部剖面图。
图9是第2实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图10是第2实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图11是第2实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图12是第2实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图13是第2实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图14是第3实施方式中的气缸的局部剖面图。
图15是第3实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图16是第3实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图17是第3实施方式中的金属制品的制造方法的说明图。
图18是表示第4实施方式中的连接结构体的图。
图19是第4实施方式中的金属制品的连接方法的说明图。
图20是第4实施方式中的金属制品的连接方法的说明图。
图21是第4实施方式中的金属制品的连接方法的说明图。
具体实施例方式
以下，为了进一步详细说明本发明，对于本发明的各种实施方式，适当参照附图进行说明。其中，将“左右方向”称为X轴方向，将“前后方向”称为Y轴方向，将“上下方向”称为Z方向。
第1实施方式首先，参照图1，对于在第1实施方式中的金属制品的制造方法中使用的放电加工机1进行说明。
放电加工机1具有在X轴方向和Y轴方向上延伸的底座3，在该底座3上设置了在Z轴方向延伸的支架5。另外，在底座3上设置工作台7，该工作台7可以由X轴伺服电机9驱动在X轴方向上移动，由Y轴伺服电机11驱动在Y轴方向上移动。
工作台7上设置有贮存油等具有电绝缘性的液体S的加工槽13，在该加共槽13内设置有支承板15。该支承板15上设置有可以安装后述的金属制品等的夹具17。另外，夹具17通过支承板15与电源19电连接，夹具17的具体结构可以根据金属制品适当改变。
在支架5上设置加工头21，该加工头21可以由Z轴伺服电机23驱动沿着Z轴方向移动。当通过X轴伺服电机9的驱动使工作台7在X轴方向移动时，可以使得加工头21在X轴方向上相对于工作台7移动。另外，当通过Y轴伺服电机11的驱动使工作台7在Y轴方向移动时，可以使加工头21在Y轴方向上相对于工作台7移动。
而且，加工头21上设置有保持成形电极25或成形电极27的第1保持器29，在加工头21上的第1保持器29附近，设置有保持具有耐消耗性的硬质电极31的第2保持器33。第1保持器29和第2保持器33与电源19电连接。成形电极25、27的具体结构在下文中说明。
参照图2，对于作为第1实施方式的金属制品制造方法的对象的金属制品——气缸35进行简单说明。
作为第1实施方式中的金属部件的气缸35，是燃气轮机的构成要素之一，具有作为制品主体的气缸主体37。在气缸主体37的外周面上，通过放电能量形成凹部39，在包括了该凹部39的凹部周边39’中，通过放电能量形成堆焊层41。凹部39和堆焊层41将在下文中详述。
然后，参照图1～7，对第1实施方式中的金属制品的制造方法进行说明。
第1实施方式中的金属制品的制造方法，是制造作为金属制品的气缸35的方法，使用所述的放电加工机1、成形电极25、硬质电极31以及如图7所示的热处理炉43。
这里的成形电极25，是由具有与气缸主体37的母材相同组成的材料的粉末，或者具有与气缸主体37的母材类似组成的材料的粉末，或者具有与气缸主体37的母材的热膨胀率相近的热膨胀率的材料的粉末，通过挤压进行压缩而成形的成形体或者通过真空炉等的加热处理的所述成形体所构成。
在气缸主体37的母材例如是AMS(Aerospace Material Specifications)No.5662的合金的场合，成形电极为具有类似组成的各种镍合金材料，具有近似的热膨胀率的钴或钴合金材料。另外，代替通过压缩成形，电极25还可以采用泥浆浇注、MIM(Metal Injection Molding)、喷镀等方法成形。
此外，硬质电极31由石墨、钨合金或者铜合金的固形物所制成。
第1实施方式中的金属制品的制造方法，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)热处理工序。
(1-1)成形工序使用铸模(图中省略)，通过铸造成形为作为制品主体的气缸主体37。如图3所示，由于气缸主体37的成形，在作为气缸主体37的被处理面的外周面上形成缺陷——气孔D。
(1-2)缺陷除去工序在完成上述(1-1)成形工序之后，将气缸主体37安装到夹具17上。然后，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，将工作台7在X轴方向和Y轴方向移动来进行气缸主体37的定位，使得作为包括了气孔D的缺陷周边的气孔周边D’与硬质电极31相对。有时候，仅使工作台7在X轴或Y轴中的某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使气孔周边D’和硬质电极31之间产生脉冲状放电。由此，如图3B所示，通过放电能量除去气孔P，在气缸主体37的外周面上可以形成凹部39。在产生脉冲状放电时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使硬质电极31与加工头21一体地在Z轴方向上以微小的移动量进行往复运动。
(1-3)堆焊工序在完成了上述(1-2)缺陷除去工序之后，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，使工作台7在X轴和Y轴方向移动，将气缸主体37定位，使得凹部周边39’与成形电极25相对。有时候，仅使工作台7在X轴方向或Y轴方向中的某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使凹部周边39’和成形电极25之间产生脉冲状放电。由此，如图5所示，通过放电能量，使成形电极25的材料或者该材料的反应物质在凹部周边39’上沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在凹部周边39’上形成堆焊层41。其中，在产生脉冲状放电时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使成形电极25与加工头21一体地在Z轴方向上以微小的移动量进行往复运动。
另外，所述的“沉积、扩散和/或熔敷”，包括了“沉积”、“扩散”、“熔敷”、“沉积和扩散二者的混合现象”、“沉积和熔敷二者的混合现象”、“扩散和熔敷二者的混合现象”以及“沉积和扩散和熔敷三者的混合现象”中的任何一种。
上述(1-3)工序中形成的堆焊层41的大小，比凹部39的尺寸要大。具体而言，堆焊层41的外缘要比凹部39的外缘向外侧扩展0.5mm以上；堆焊层41的厚度，要比能填满凹部39所需要的厚度还要厚0.3mm以上。这样，可以使堆焊层41内部的粒子间产生扩散结合。
此外，堆焊层41的一部分，从凹部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，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，使工作台7在X轴和Y轴方向移动，进行气缸主体37的定位，使得堆焊层41与硬质电极31相对。有时候，仅使工作台7在X轴或Y轴中某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使堆焊层41和硬质电极31之间产生脉冲状放电。由此，如图6所示，通过放电能量，形成由高密度组织构成的薄膜41a，同时可以将余料41f除去。另外，在产生脉冲状放电时，使硬质电极31在X轴方向上相对于气缸主体37移动，同时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使硬质电极31与加工头21一体地在Z轴方向上以微小的移动量进行往复运动。
(1-5)热处理工序在上述(1-4)余料除去工序结束后，从夹具17上取下气缸主体37，安放到热处理炉43的规定定位置上。如图7所示，由热处理炉43将气缸主体37和堆焊层41一起在真空中或者大气中进行高温保温。通过这样对堆焊层41进行热处理，使得堆焊层41内部的粒子间进行扩散接合，完成作为金属制品的气缸35的制造。
热处理的温度和时间，例如在堆焊层41由镍合金或者钴合金构成的场合，在1050℃的高温下保温20分钟，然后在760℃的高温中保温4小时。
此外，上述的第1实施方式中的金属制品的制造方法，还可以进行如下的实施方式的变更。
即，在第1实施方式中的金属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)热处理工序，或者可以改变所述的(1-4)余料除去工序和所述的(1-5)热处理工序工艺顺序。
还有，代替在具有电绝缘性的液体S中产生脉冲状放电，也可以在具有电绝缘性的气体中产生脉冲状放电。
另外，代替放电加工机1，也可以使用磨床将铸造气孔周边D’除去，或者将余料41f除去。
此外，代替除去铸件气孔周边D’，也可以除去包含裂纹等缺陷的缺陷周边。
以下，对第1实施方式的作用进行说明。
由于放电能量作用于极小部位上的局部区域，堆焊层41是通过使成形电极25的材料等在凹部39上沉积、扩散和/或熔敷而渐渐形成，因此，在制造气缸35时，气缸主体37的凹部周边39’的温度不会急剧上升。
还有，由于堆焊层41通过放电能量形成，在堆焊层41和气缸主体37的母材的界面部分形成组成比倾斜的结构，可以使堆焊层41与气缸主体37牢固地结合。
此外，由于堆焊层41内部的粒子间产生扩散接合，可以提高堆焊层41的拉伸强度。
还有，在上述(1-3)堆焊工序中形成的堆焊层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，堆层41的表面没有残存多孔的组织。
如上所述，根据第1实施方式，在制造气缸35时，由于气缸主体37上的凹部周边39’的温度不会急剧上升，可以充分抑制气缸主体37上的凹部周边39’的热变形，气缸35几乎没有制造缺陷。
还有，由于可以使得堆焊层41与气缸主体37牢固结合，堆焊层41不容易从气缸主体37的母材上剥离，可以使气缸35的品质稳定。
此外，由于提高了堆焊层41的拉伸强度，可以提高气缸主体37上的凹部周边39’的机械强度。
另外，由于堆焊层41具有由高密度的组织构成的薄膜41a，可以抑制来自气缸35内的流体的浸透。
第2实施方式参照图8，对作为第2实施方式中的金属制品制造方法的对象的金属部件——气缸45进行简单说明。
作为第2实施方式中的金属部件的气缸45，与第1实施方式中的气缸35同样，具有作为制品主体的气缸主体37，在气缸主体37的外周面上通过放电能量形成凹部39。而且，在包括了凹部39的凹部周边39’上，通过放电能量形成由两层堆焊层47构成的堆焊群49。对堆焊群49在下文中进行详述。
接下来，参照图1、图3、图4以及图9～13，对第2实施方式中的金属制品的制造方法进行说明。
第2实施方式中的金属制品的制造方法，是用于制造作为金属部件的气缸45的方法，使用上述的放电加工机1、成形电极25、硬质电极31和热处理炉43。
第2实施方式中的金属制品的制造方法，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)热处理工序。
(2-1)成形工序与上述(1-1)成形工序同样进行(参照图3)。
(2-2)缺陷除去工序与上述(1-2)缺陷除去工序同样进行(参照图4)。
(2-3)第1堆焊工序在完成上述(2-2)缺陷除去工序之后，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，使工作台7在X轴和Y轴方向上移动，进行气缸主体37的定位，使得凹部周边39’与成形电极25相对。有时候，仅使工作台7在X轴和Y轴中的某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使凹部周边39’与成形电极25之间产生脉冲状放电。由此，如图9所示，通过放电能量，使成形电极25的材料或者该材料的反应物质在凹部周边39’上沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在凹部周边39’形成堆焊层47。其中，在产生脉冲状放电时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使成形电极25与加工头21一体地在Z轴方向上以微小的移动量进行往复运动。
(2-4)薄膜工序在完成上述(2-3)成形工序之后，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，使工作台7在X轴和Y轴方向上移动，进行气缸主体37的定位，使得堆焊层47与硬质电极31相对。有时候，仅使工作台7在X轴和Y轴中的某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使堆焊层47与硬质电极31之间产生脉冲状放电。由此，如图10所示，通过放电能量，将堆焊层47的表面熔融，可以在堆焊层47的表面形成由高密度的组织构成的薄膜47a。其中，在产生脉冲状放电时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使硬质电极31与加工头21一体地在Z轴方向上仅以微小的移动量进行往复运动。
(2-5)第2堆焊工序在前述(2-4)缺陷除去工序完成之后，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，使工作台7在X轴和Y轴方向上移动，进行气缸主体37的定位，使得堆焊层47的薄膜47a与成形电极25相对。有时候，仅使工作7在X轴和Y轴中的某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使堆焊层47的薄膜47a和成形电极25之间产生脉冲状放电。由此，如图11所示，通过放电能量，使成形电极25的材料或者该材料的反应物质在堆焊层47的薄膜47a上沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在凹部39上形成由2层堆焊层47构成的堆焊群49。其中，在产生脉冲状放电时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使成形电极25与加工头21一体地在Z轴方向上仅以微小的移动量进行往复运动。
这时，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。具体而言，堆焊群49的外缘比凹部39的外缘还要向外侧扩展0.5mm以上，堆焊群49的厚度要比完全填满凹部39所需要的厚度还要厚0.3mm以上。此外，堆焊群49的一部分形成从凹部39溢出的余料49。这样，在堆焊群49的内部的粒子间可以形成扩散结合。
(2-6)余料除去工序在上述(2-5)第2堆焊工序结束之后，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，使工作台7在X轴和Y轴方向移动，进行气缸主体37的定位，使得堆焊群49与硬质电极31相对。有时候，仅使工作台7在X轴和Y轴中的某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使堆焊群49和硬质电极31之间产生脉冲状放电。由此，如图12所示，通过放电能量，形成由高密度组织构成的薄膜49a，同时可以将余料49f除去。其中，在产生脉冲状放电时，使硬质电极31在X轴方向上相对于气缸主体37移动，同时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使硬质电极31与加工头21一体地在Z轴方向上仅以微小的移动量进行往复运动。
(2-7)热处理工序在上述(2-5)余料除去工序结束后，从夹具17上取下气缸主体37，安放到热处理炉43的规定位置上。然后，如图13所示，用热处理炉43将堆焊群49与气缸主体37一起在真空中或者大气中进行高温保温。通过这样可以对堆焊群49进行热处理，进行堆焊群49内部的粒子间的扩散结合，完成作为金属制品的气缸45的制造。
热处理的温度和时间，例如在堆焊群49由镍合金或者钴合金构成的场合，是在1050℃的高温下保温20分钟，然后在760℃的高温中保温4小时。
此外，上述的第2实施方式中的金属制品的制造方法，还可以按如下所述进行实施方式的变更。
即，在第2实施方式的金属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)热处理工序，或者改变所述(2-6)余料除去工序和(2-7)热处理工序的工序顺序。
还有，代替在具有绝缘性的液体S中产生脉冲状放电，也可以在具有绝缘性的气体中产生脉冲状放电。
另外，代替放电加工机1，也可以使用磨床将铸造气孔D’除去，或者将余料49f除去。
另外，代替除去铸件气孔周边区域D’，也可以除去包含裂纹等缺陷的缺陷周边区域。
以下，对第2实施方式的作用进行说明。
由于放电能量作用于极小部位上的局部区域，堆焊群49是通过成形电极25的材料等在凹部39上沉积、扩散和/或熔敷而渐渐形成的，因此，在制造气缸45时，气缸主体37的凹部周边区域39’的温度不会急剧上升。
还有，由于堆焊群49是通过放电能量所形成，所以在堆焊群49和气缸主体37的母材的界面部分形成组成比倾斜的结构，可以使堆焊群49与气缸主体37牢固地结合。
此外，由于堆焊群49内部的粒子间形成扩散接合，可以提高堆焊群49的拉伸强度。
如上所述，根据第2实施方式，在制造气缸45时，由于气缸主体37上的凹部周边39’的温度不会急剧上升，可以充分抑制气缸主体37上的凹部周边39’的热变形，几乎不会产生气缸45的制造缺陷。
还有，由于可以使得堆焊群49与气缸主体37牢固结合，堆焊群49不容易从气缸主体37的母材上剥离，可以使气缸45的品质稳定。
此外，由于可以提高堆焊群49的拉伸强度，可以提高气缸主体37上的凹部周边39’的机械强度。
另外，由于堆焊群49具有由高密度的组织构成的薄膜47a、49a，可以抑制来自气缸45内的流体的浸透。
第3实施方式参照图14，对作为第3实施方式中的金属制品的制造方法的对象的金属部件——气缸51进行简单说明。
作为第3实施方式中的金属部件的气缸51，与第1实施方式中的气缸35和第2实施方式中的气缸45同样，具有作为制品主体的气缸主体37，在气缸主体37的外周面上利用放电能量形成凹部39。然后，在包括了凹部39的凹部周边39’上，通过放电能量形成由多层堆焊层47构成的堆焊群53。堆焊群53的详细情况将在下文中详述。
接下来，参照图1、图3、图4、图9、图10和图15～17，对第3实施方式中的金属制品的制造方法进行说明。
第3实施方式中的金属制品的制造方法，是用于制造作为金属部件的气缸51的方法，使用上述的放电加工机1、成形电极25、硬质电极31和热处理炉43。
第3实施方式中的金属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)反复工序、(3-6)余料除去工序和(3-7)热处理工序。
(3-1)成形工序与上述(1-1)成形工序同样进行(参照图3)。
(3-2)缺陷除去工序与上述(1-2)缺陷除去工序同样进行(参照图4)。
(3-3)堆焊工序与上述(2-3)第1堆焊工序同样进行(参照图9)。
(3-4)薄膜工序进行与上述(2-4)薄膜工序同样的内容(参照图10)。
(3-5)反复工序在上述(3-4)薄膜工序完成之后，交替地重复进行上述(3-3)堆焊工序和上述(3-4)工序。这样，如图15所示，利用放电能量在各堆焊层47的表面上形成薄膜47a，同时，渐渐地在凹部39上形成由多层堆层47构成的堆焊群53。
这时，在上述(3-5)反复工序中所形成的堆焊群53的尺寸要比凹部39的尺寸大。具体而言，堆焊群53的外缘比凹部39的外缘向外侧扩展0.5mm以上，堆焊群53的厚度比填满凹部39所需要的厚度还要厚0.3mm以上。因此，在堆焊群53内部的粒子间可以形成扩散结合。
此外，堆焊群53的一部分形成从凹部39溢出的余料53f。
(3-6)余料除去工序在上述(3-5)反复工序结束之后，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，使工作台7在X轴和Y轴方向移动，进行气缸主体37的定位，使得堆焊群53与硬质电极31相对。有时候，仅使工作台7在X轴或Y轴中的某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使硬质电极31和堆焊群53之间产生脉冲状放电。由此，如图16所示，通过放电能量形成由高密度组织构成的薄膜53a，同时可以将余料53f除去。其中，在产生脉冲状放电时，使硬质电极31在X轴方向上相对于气缸主体37移动，同时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使硬质电极31与加工头21一体地在Z轴方向上仅以微小的移动量进行往复运动。
(3-7)热处理工序在上述(3-5)余料除去工序结束后，从夹具17上取下气缸主体37，安放到热处理炉43的规定位置上。然后，如图17所示，由热处理炉43将堆焊群49与气缸主体37一起在真空中或者大气中进行高温保温。通过这样对堆焊群53进行热处理，使堆焊群53内部的粒子间进行扩散结合，完成作为金属制品的气缸51的制造。
热处理的温度和时间，例如在堆焊群49由镍合金或者钴合金构成的场合，是在1050℃的高温下保温20分钟，然后在760℃的高温中保温4小时。
此外，上述的第3实施方式中的金属制品的制造方法，还可以按如下所述进行实施方式的变更。
即，在第3实施方式的金属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)热处理工序，或者可以改变上述(3-6)余料除去工序和(3-7)热处理工序的工艺顺序。
还有，代替在具有绝缘性的液体S中产生脉冲状放电，也可以在具有绝缘性的气体中产生脉冲状放电。
另外，代替使用放电加工机1，也可以使用磨床除去铸件气孔周边区域D’或者除去余料53f。
还有，代替除去铸件气孔周边D’，也可以除去含有裂纹等缺陷的缺陷周边。
以下，对第3实施方式的作用进行说明。
由于放电能量作用于极小部位上的局部地区域，堆焊群53是通过成形电极25的材料等在凹部39上沉积、扩散和/或熔敷而渐渐形成的，因此，在制造气缸51时，气缸主体37的凹部周边39’的温度不会急剧上升。
还有，由于堆焊群53是通过放电能量所形成，因此，在堆焊群53和气缸主体37的母材的界面部分形成组成比倾斜的结构，可以使堆焊群53与气缸主体37牢固地结合。
此外，由于在堆焊群53内部的粒子间形成扩散接合，可以提高堆焊群53的拉伸强度。
如上所述，根据第3实施方式，在制造气缸51时，由于气缸主体37上的凹部周边39’的温度不会急剧上升，可以充分抑制气缸主体37上的凹部周边39’的热变形，几乎不会产生气缸51的制造缺陷。
还有，由于可以使得堆焊群53与气缸主体37牢固结合，堆焊群53不容易从气缸主体37的母材上剥离，可以使气缸51的品质稳定。
此外，由于可以提高堆焊群53的拉伸强度，可以提高气缸主体37上的凹部周边39’的机械强度。
另外，由于堆焊群53具有由高密度的组织构成的薄膜41a、53a，可以抑制来自气缸51内的流体的浸透。
第4实施方式参照图18，对第4实施方式中的连接结构体55进行说明。
连接结构体55具有以对接状态连接的一对金属部件57和59，这一对金属部件57和59分别具有坡口部57a、57b。由其中一个金属部件57的坡口部57a和另一金属部件59的坡口部59a形成凹部61，在包括了该凹部61的凹部周边61’上通过放电能量形成堆焊层63。然后，使用如图1所示的成形电极27，在具有电绝缘性的液体或者气体中，使包括了凹部61的凹部周边61’和成形电极27之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，使成形电极27的材料或者该材料的反应物质在凹部周边61’上沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地形成堆焊层63。
成形电极27，是由具有与金属部件57、59的母材相同组成的材料的粉末、具有与金属部件57、59的母材类似组成的材料的粉末、或者具有与金属部件57、59的母材的热膨胀率接近的热膨胀率的材料的粉末经过挤压压缩成形的成形体或者经过真空炉等加热处理的上述成形体构成。
其中，在金属部件57、59的母材例如是铁中含有18％铬和8％镍的不锈钢的场合，则成形电极27为含量不同的其他不锈钢等类似组成的材料，或者钴或钴合金等具有近似的热膨胀率的材料。另外，代替压缩成形，成形电极27还可以通过泥浆浇注、MIM(Metal Injection Molding)、喷镀等进行成形。
接下来，参照图1和图19～21，对第4实施方式中的金属部件的连接方法进行说明。
第4实施方式中的金属部件的连接方法，是将一对金属制品57和59连接的方法，使用前述的放电加工机1、成形电极27和热处理炉43。而且，第4实施方式中的金属部件的连接方法，具有如下详述的(4-1)对接工序、(4-2)堆焊工序和(4-3)热处理工序。
(4-1)对接工序将一对金属部件57和59固定在夹具17上，使得这对金属部件57和59相对接。这样，如图19所示，由其中一个金属部件57的坡口部57a和另一金属部件59的坡口部59a形成凹部61。
(4-2)堆焊工序在上述(4-1)的对接工序完成后，通过X轴伺服电机9和Y轴伺服电机11的驱动，使工作台7在X轴和Y轴方向上移动，将该对金属部件57和59定位，使得凹部周边61’与成形电极27相对。有时候，仅使工作台7在X轴或Y轴中的某一个方向上移动就足够了。
接下来，在具有电绝缘性的液体S中，使凹部周边61’和成形电极27之间产生脉冲状放电。由此，如图20所示，通过放电能量，使成形电极27的材料或者该材料的反应物质在在凹部周边61’上沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在凹部周边61’上形成堆焊层63。其中，在产生脉冲状放电时，通过Z轴伺服电机23的驱动，使成形电极27与加工头21一体地在Z轴方向上仅以微小的移动量进行往复运动。
这时，在上述(4-2)堆焊工序中所形成的堆焊层63的尺寸要比凹部61的尺寸大。具体而言，堆焊层63的外缘比凹部61的外缘还要向外侧扩展0.5mm以上，堆焊层63的厚度要比填满凹部61所需要的厚度还要厚0.3mm以上。这样，在堆焊层63内部的粒子间可以形成扩散结合。
(4-3)热处理工序在上述(4-2)堆焊工序结束后，从夹具17上取下成对的金属部件57、59，安放到热处理炉43的规定位置上。然后，用热处理炉43将堆焊层63与成对的金属部件57和59一起在真空中或者大气中进行高温保温。这样，对堆焊层63进行热处理，使堆焊层63内部的粒子间进行扩散结合，完成对成对的金属部件57、59的连接。
热处理的温度和时间，例如在堆焊层63由镍合金或者钴合金构成的场合，是在1050℃的高温下保温20分钟，然后在760℃的高温中保温4小时。
此外，上述第4实施方式中的金属部件的连接方法，还可以按如下所述进行实施方式的变更。
即，在第4实施方式的金属部件的连接方法的一系列工序中，可以将所述(4-3)热处理工序省略。
还有，还可以在上述(4-2)堆焊工序和上述(4-3)热处理工序之间，将堆焊层63的余料除去。
另外，代替在具有电绝缘性的液体S中产生脉冲状放电，也可以在具有电绝缘性的气体中产生脉冲状放电。
以下，对第4实施方式的作用进行说明。
由于放电能量作用于极小部位上的局部区域，堆焊层63是由成形电极27的材料等在凹部61上沉积、扩散和/或熔敷而渐渐形成的，因此，在连接成对的金属部件57、59时，金属部件57、59的凹部周边61’的温度不会急剧上升。
还有，由于堆焊层63是利用放电能量所形成，所以在堆层63和金属部件57、59的母材的界面部分形成组成比倾斜的结构，可以使堆焊层63与金属部件57、59牢固地结合。
此外，由于在堆焊层63内部的粒子间形成扩散接合，可以提高堆焊群63的拉伸强度。
如上所述，根据第4实施方式，在连接成对的金属部件57、59时，由于金属部件57、59上的凹部周边61’的温度不会急剧上升，可以充分抑制金属部件57、59上的凹部周边61’的热变形，几乎不会产生成对金属部件57、59的连接缺陷。
还有，由于使堆焊层63与金属部件57、59牢固结合，同时堆焊层63的拉伸强度提高，因此，成对的金属部件57、59的连接状态稳固，换言之，可以提高连接结构体55的机械强度。
以上通过几个优选的实施方式对本发明进行了说明，但本发明所包括的权利范围并不限定于这些实施方式。
还有，2003年6月11日向日本特许厅提出的申请2003-167025号的内容，以及2003年6月11日向日本特许厅提出的申请2003-167074号的内容，在本申请中作为参考得以引用。
权利要求
1.金属制品的制造方法，该方法是用于制造金属制品的方法，其特征在于，所述方法具有成形制品主体的成形工序；在所述成形工序完成后，将包含了由于成形而在所述制品主体的被处理面上产生的缺陷的缺陷周边除去，在所述制品主体的上述被处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，使用由金属粉末成形的成形体或者经过加热处理的所述成形体构成的成形电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使包含所述凹部的凹部周边和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，使所述成形电极的材料或该材料的反应物质在所述凹部周边上沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在所述凹部周边上形成堆焊层的堆焊工序。
2.根据权利要求1所述的金属制品的制造方法，其特征在于，在所述堆焊工序完成后，具有将所述堆焊层的从所述凹部溢出的余料除去的余料除去工序。
3.根据权利要求2所述的金属制品的制造方法，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质电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使所述堆焊层和所述硬质电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，形成由高密度的组织构成的薄膜，同时除去所述的余料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属制品的制造方法，其特征在于，在所述堆焊工序完成后具有热处理工序，即，用热处理炉将所述堆焊层与所述制品主体一起于真空中或者大气中在高温下保温，对所述堆焊层进行热处理，使所述堆焊层内部的粒子间进行扩散结合。
5.金属制品的制造方法，该方法是用于制造金属制品的方法，其特征在于，所述制造方法具有成形制品主体的成形工序；在所述成形工序完成后，将包含由于成形而在所述制品主体的被处理面上产生的缺陷的缺陷周边除去，在所述制品主体的所述被处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，使用由金属粉末成形的成形体或经过加热处理的所述成形体构成的成形电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使包含所述凹部的凹部周边和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，使所述成形电极的材料或者该材料的反应物质在所述凹部周边沉积、扩散和/或熔敷，形成堆焊层的第1堆焊工序；在所述第1堆焊工序完成后，使用所述成形电极或者具有耐消耗性的硬质电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使所述堆焊层和所述成形电极或所述硬质电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，将所述堆焊层的表面熔融，在所述堆焊层的表面形成由高密度的组织构成的薄膜的薄膜工序；以及在所述薄膜工序完成后，在具有电绝缘性的液体或气体中，使所述堆焊层的所述薄膜和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，使所述成形电极的材料或者该材料的反应物质在所述堆焊层的所述薄膜上沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在所述凹部周边形成由2层堆焊层构成的堆焊群的第2堆焊工序。
6.根据权利要求5所述的金属制品的制造方法，其特征在于，在所述第2堆焊工序完成后，具有将所述堆焊群的从所述凹部溢出的余料除去的余料除去工序。
7.根据权利要求5或6所述的金属制品的制造方法，其特征在于，在所述第2堆焊工序完成后具有热处理工序，即，用热处理炉将所述堆焊群与所述制品主体一起于真空中或者大气中在高温下保温，对所述堆焊群进行热处理，使所述堆焊群内部的粒子间进行扩散结合。
8.金属制品的制造方法，该方法是用于制造金属制品的金属制品制造方法，其特征在于，所述制造方法具有成形制品主体的成形工序；在所述成形工序完成后，将包含由于成形而在所述制品主体的被处理面上产生的缺陷的缺陷周边除去，在所述制品主体的所述被处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，使用由金属粉末成形的成形体或者经过加热处理的所述成形体构成的成形电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使包含所述凹部的凹部周边和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，使所述成形电极的材料或者该材料的反应物质在所述凹部周边沉积、扩散和/或熔敷，形成堆焊层的堆焊工序；在所述薄膜工序完成后，使用所述成形电极或者具有耐消耗性的硬质电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使所述堆焊层和所述成形电极或所述硬质电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，将所述堆焊层的表面熔融，在所述堆焊层的表面一侧形成由高密度的组织构成的薄膜的薄膜工序；以及在所述薄膜工序完成后，通过重复进行所述堆焊工序和所述薄膜工序，在各层堆焊层的表面上形成所述薄膜，同时，渐渐地在所述凹部周边形成由多层堆焊层构成的堆焊群的反复工序。
9.根据权利要求8所述的金属制品的制造方法，其特征在于，在所述反复工序完成后，具有将所述堆焊群的从所述凹部溢出的余料除去的余料除去工序。
10.根据权利要求8或9所述的金属制品的制造方法，其特征在于，在所述反复工序完成后具有热处理工序，即，用热处理炉将所述的堆焊群与所述制品主体一起于真空中或者大气中在高温下保温，对所述堆焊群进行热处理，使所述堆焊群内部的粒子间进行扩散结合。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的金属制品的制造方法，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质电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使所述制品主体的所述被处理面和所述硬质电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，将所述制品主体的所述被处理面上产生的所述缺陷除去。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的金属制品的制造方法，其特征在于，构成所述成形电极的金属粉末是具有与所述制品主体的母材相同组成的材料的粉末、具有与所述制品主体的母材类似的组成的材料的粉末，或者具有与所述制品主体的母材的热膨胀率接近的热传导率的材料的粉末。
13.根据权利要求3、5和8中任一项所述的金属制品的制造方法，其特征在于，所述的硬质电极是由石墨、钨合金或者铜合金的固形物构成。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的金属制品的制造方法，其特征在于，所述的成形工序是通过铸造成形制品主体的成形工序，所述缺陷为铸件气孔。
15.金属部件，其特征在于，所述金属部件是采用权利要求1至14中任一项所述的金属制品的制造方法制成。
16.金属部件的连接方法，该方法是连接金属部件的方法，其特征在于，所述的连接方法具有通过将一对金属部件对接，由一个金属部件的坡口部和另一个金属部件的坡口部形成凹部的对接工序；以及在所述对接工序完成后，使用由金属粉末成形的成形体或者经过热处理的所述成形体构成的成形电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使包含所述凹部的凹部周边和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，使所述成形电极的材料或者该材料的反应物质在所述凹部周边沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在所述凹部周边形成堆焊层的堆焊工序。
17.根据权利要求16所述的金属部件的连接方法，其特征在于，在所述反复工序完成后具有热处理工序，即，用热处理炉将所述堆焊层与所述的一对金属制品一起于真空中或者大气中在高温下保温，对所述堆焊层进行热处理，使所述堆焊层内部的粒子间进行扩散结合。
18.根据权利要求16或17所述的金属部件的连接方法，其特征在于，构成所述成形电极的金属粉末是具有与所述金属部件的母材相同组成的材料的粉末、具有与所述金属部件的母材类似组成的材料的粉末，或者具有与所述金属部件的母材的热膨胀率接近的热膨胀率的材料的粉末。
19.连接结构体，所述的连接结构体具有分别具有坡口部的、以对接状态相连接的一对金属部件；以及，在包括有由一个金属部件的坡口部和另一个金属部件的坡口部形成的凹部的凹部周边上形成的堆焊层；其特征在于所述的堆焊层是按以下所述形成的，即，使用由金属粉末成形的成形体或经过热处理的所述成形体构成的成形电极，在具有电绝缘性的液体或气体中，使所述凹部周边和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，使所述成形电极的材料或者该材料的反应物质在所述凹部周边沉积、扩散和/或熔敷，渐渐地在所述凹部周边形成所述的堆焊层。
20.根据权利要求19所述的连接结构体，其特征在于，对所述堆焊层实施热处理，使其内部的粒子间进行扩散结合。
21.根据权利要求19或20所述的连接结构体，其特征在于，构成所述成形电极的金属粉末是具有与所述金属部件的母材相同组成的材料的粉末、具有与所述金属部件的母材类似组成的材料的粉末，或者具有与所述金属部件的母材的热膨胀率接近的热膨胀率的材料的粉末。
全文摘要
本发明提供了金属制品的制造方法。在成形制品主体后，将包含了由于成形而在所述制品主体的被处理面上产生的缺陷的缺陷周边除去，在所述制品主体的被处理面上形成凹部；使用由金属粉末成形的成形体或经过热处理的所述成形体构成的成形电极，在电绝缘性的液体或气体中，使包括了所述凹部的凹部周边和所述成形电极之间产生脉冲状放电，通过该放电能量，使所述成形电极的材料产生沉积等，在所述凹部周边形成堆焊层。
文档编号B23H1/00GK1826430SQ20048002078
公开日2006年8月30日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月11日
发明者落合宏行, 渡边光敏, 卜部健人, 后藤昭弘, 秋吉雅夫 申请人:石川岛播磨重工业株式会社, 三菱电机株式会社