JPH04210886A - レーザクラッディング方法 - Google Patents
レーザクラッディング方法Info
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- JPH04210886A JPH04210886A JP2207210A JP20721090A JPH04210886A JP H04210886 A JPH04210886 A JP H04210886A JP 2207210 A JP2207210 A JP 2207210A JP 20721090 A JP20721090 A JP 20721090A JP H04210886 A JPH04210886 A JP H04210886A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は母材上にクラツディング用粉末を供給すると
同時にレーザ光を照射することによりこの粉末を溶融さ
せてクラッド層を形成するレーザクラツディング方法に
関し、特にレーザ光により母材が蒙る影響を効果的に排
除することができる方法に関するものである。
同時にレーザ光を照射することによりこの粉末を溶融さ
せてクラッド層を形成するレーザクラツディング方法に
関し、特にレーザ光により母材が蒙る影響を効果的に排
除することができる方法に関するものである。
種種の機械部品等の製造において、母材の表面に母材と
異なる金属の層を形成してその部品の使用目的に適合し
た機械的特性をその形成表面層に付与する方法の１つに
レーザクラツディングがある。
異なる金属の層を形成してその部品の使用目的に適合し
た機械的特性をその形成表面層に付与する方法の１つに
レーザクラツディングがある。
この方法では、表面層を形成しようとする母材上にあっ
て、その母材表面に臨むツズルから金属粉末を供給する
と同時にレーザ光を照射することによって供給金属粉末
を溶融させる。この金属粉末が溶融している部分を溶融
池という。
て、その母材表面に臨むツズルから金属粉末を供給する
と同時にレーザ光を照射することによって供給金属粉末
を溶融させる。この金属粉末が溶融している部分を溶融
池という。
母材が移動すると共に順次溶融池が形成される個所が移
動し、レーザ光が通過後溶融池は冷却固化して一連のク
ラッド層となる。
動し、レーザ光が通過後溶融池は冷却固化して一連のク
ラッド層となる。
鋳鉄の融点は約１２００’Ｃであり通常の鋼などと比べ
て低いため、母材が鋳物である場合に従来のレーザ光を
照射して行う、いわゆるレーザクラツディング方法では
レーザ光の照射と共に供給する粉末のみならず母材まで
溶融してしまう事例があった。かかる事例にみるように
、鋳鉄がレーザ光によって溶融した場合には冷却速度が
大きいためその溶融部分がチル化してしまうという現象
を生じた。このチル化によって形成されるチル層はＨ’
ｖ ９００以上と硬いため、クラッド層に研削または切
削工程が施されることによって外部応力が付加されると
チル層に亀裂が生じてそれが伝播し、ついにはクラッド
層が剥離するに至るという問題点を生じた。第３図と第
４図に示される金属組織の写真は従来の方法でクラツデ
ィングを行なった場合の鋳物とクラッド層との境界付近
の断面を撮影したものである。第３図からクラッド層と
鋳物との間にチル層ができている様子がわかり、第４図
の写真では明らかにチル層とクラッド層との間に亀裂が
走っているのが認められる。
て低いため、母材が鋳物である場合に従来のレーザ光を
照射して行う、いわゆるレーザクラツディング方法では
レーザ光の照射と共に供給する粉末のみならず母材まで
溶融してしまう事例があった。かかる事例にみるように
、鋳鉄がレーザ光によって溶融した場合には冷却速度が
大きいためその溶融部分がチル化してしまうという現象
を生じた。このチル化によって形成されるチル層はＨ’
ｖ ９００以上と硬いため、クラッド層に研削または切
削工程が施されることによって外部応力が付加されると
チル層に亀裂が生じてそれが伝播し、ついにはクラッド
層が剥離するに至るという問題点を生じた。第３図と第
４図に示される金属組織の写真は従来の方法でクラツデ
ィングを行なった場合の鋳物とクラッド層との境界付近
の断面を撮影したものである。第３図からクラッド層と
鋳物との間にチル層ができている様子がわかり、第４図
の写真では明らかにチル層とクラッド層との間に亀裂が
走っているのが認められる。
クラツディングを行う際に母材がレーザ光によって溶融
される原因としては次の３つが挙げられる。
される原因としては次の３つが挙げられる。
（１）母材表面が酸化物等により汚染されていると母材
に対する溶融池のぬれ性が悪いためぬれ角度が大きくな
り換言すれば溶融池が立ち上がった形状となりレーザ光
のビーム径が溶融池の範囲をはみだして周囲の母材に直
接照射される。
に対する溶融池のぬれ性が悪いためぬれ角度が大きくな
り換言すれば溶融池が立ち上がった形状となりレーザ光
のビーム径が溶融池の範囲をはみだして周囲の母材に直
接照射される。
（２）ぬれ性を改善するためにレーザ出力を増大させて
溶融池の温度を上げるとぬれ性は良くなるが、その反面
溶融池の温度が母材の融点以上になってその熱量により
母材が溶融する。
溶融池の温度を上げるとぬれ性は良くなるが、その反面
溶融池の温度が母材の融点以上になってその熱量により
母材が溶融する。
（３）給粉量に変動があるために、給粉量が少なくなっ
た時はレーザの照射領域よりも溶融池が小さくなって母
材に直接レーザ光が照射される。
た時はレーザの照射領域よりも溶融池が小さくなって母
材に直接レーザ光が照射される。
レーザクラツディングの施行条件を、母材の溶融が最小
限に抑えられるような条件に保持管理しようとしても、
その適正条件の範囲は厳しく、例えば給粉量が数％少な
いだけですでに母材の溶融が起こり、また逆に給粉量が
多くなると入熱不足によりクラッド層の粗さが増してし
まう。そのため安定した量産は困難であるという問題点
もあった。
限に抑えられるような条件に保持管理しようとしても、
その適正条件の範囲は厳しく、例えば給粉量が数％少な
いだけですでに母材の溶融が起こり、また逆に給粉量が
多くなると入熱不足によりクラッド層の粗さが増してし
まう。そのため安定した量産は困難であるという問題点
もあった。
本発明はこのような問題を解消するものであって、母材
と溶融池とのぬれ性を改善するとともに、母材の溶融を
最小限に抑えて良好なりラッド層を安定して形成できる
方法を提供するものである。
と溶融池とのぬれ性を改善するとともに、母材の溶融を
最小限に抑えて良好なりラッド層を安定して形成できる
方法を提供するものである。
したがって本発明は、母材上にクラツディング用粉末を
供給すると同時にレーザ光を照射してこの粉末を溶融さ
せてクラッド層を形成するレーザクラツディング方法に
おいて、 クラッド層が形成される母材表面に予めフラックス層を
設ける構成を要件とするものである。
供給すると同時にレーザ光を照射してこの粉末を溶融さ
せてクラッド層を形成するレーザクラツディング方法に
おいて、 クラッド層が形成される母材表面に予めフラックス層を
設ける構成を要件とするものである。
本発明におけるフラックス層は、母材上にフラックスを
塗布するなどして形成される。このフラックスの成分は
、母材の材質と供給粉末に用いられる材料の材質との関
係において選ばれ、例えば母材が鋳鉄で粉末がＣｕ−Ｎ
１−Ｐ系等のＣｕ合金の場合には、Ｈ３Ｂ Ｏ３Ｎ ａ
２Ｂ 、＋ ０７−ＫＦ系のフラックスが好適に用い
られる。
塗布するなどして形成される。このフラックスの成分は
、母材の材質と供給粉末に用いられる材料の材質との関
係において選ばれ、例えば母材が鋳鉄で粉末がＣｕ−Ｎ
１−Ｐ系等のＣｕ合金の場合には、Ｈ３Ｂ Ｏ３Ｎ ａ
２Ｂ 、＋ ０７−ＫＦ系のフラックスが好適に用い
られる。
本発明では母材上にフラックス層を形成しておくため、
溶融池の母材に対するぬれ性が向上する。そのため溶融
池のぬれ角度が小さくなって溶融池の形状が巾広となる
のでレーザ光が溶融池の領域をはみだすことが少なくな
り直接母材に照射されることが防止可能となる。そして
、フラックス層の存在は供給粉末が溶融した状態でのぬ
れ性をよくすることがらレーザ強度を上げる必要がなく
、レーザ強度の上昇に起因して溶融池の温度が上昇しす
ぎて母材が溶融するに至るということがない。たとえ、
給′ＦＡｆが減少したりレーザ出力が上がってフラック
ス層を施した母材表面にレーザ光が直接照射されたきし
ても、フラックスがレーザ光の熱を消費して溶融し、さ
らにその一部が蒸発してレーザ光を遮る。すなわちレー
ザ光はフラックスガスに吸収されて母材表面に到達する
までに著しく減衰するために母材の溶融が防止される。
溶融池の母材に対するぬれ性が向上する。そのため溶融
池のぬれ角度が小さくなって溶融池の形状が巾広となる
のでレーザ光が溶融池の領域をはみだすことが少なくな
り直接母材に照射されることが防止可能となる。そして
、フラックス層の存在は供給粉末が溶融した状態でのぬ
れ性をよくすることがらレーザ強度を上げる必要がなく
、レーザ強度の上昇に起因して溶融池の温度が上昇しす
ぎて母材が溶融するに至るということがない。たとえ、
給′ＦＡｆが減少したりレーザ出力が上がってフラック
ス層を施した母材表面にレーザ光が直接照射されたきし
ても、フラックスがレーザ光の熱を消費して溶融し、さ
らにその一部が蒸発してレーザ光を遮る。すなわちレー
ザ光はフラックスガスに吸収されて母材表面に到達する
までに著しく減衰するために母材の溶融が防止される。
またフラックスの脱酸作用によりクラッド層と母材との
なじみが良好となり接合強度を上げることができる。
なじみが良好となり接合強度を上げることができる。
次に本発明の方法の具体的実施例につき図面を参照しつ
つ説明する。
つ説明する。
第１図において、鋳鉄等からなる母材１上にはフラック
スとなる混成物質が塗布されてフラックス層２が形成さ
れている。母材１のフラックス層２上方に、内部が二重
構造となっている給粉ノズル３の内筒部の先端から重力
により、またはキャリアガスの作用によりＣｕ合金等の
金属粉末４が供給される。またノズルの外筒部と内筒部
との間からは空気を排除して酸化を防ぐためのシールド
ガス５が噴出される。給粉と同時にレーザ光６が集光レ
ンズ７を通して照射される。この実施例ではレーザ光６
が母材の上方で焦点を結んでから金属粉末４が供給され
たｅＭＷＵにちょうど照射されるように集光レンズ７の
位置が調節される。レーザ光６が照射された金属粉末４
は熔融して溶融池８を形成する。この間母材１は矢印方
向に一定の速度で移動しているから溶融池８は順次連続
的に形成されていき、一方、レーザ光６照射領域を通過
してしまうと冷却されて固化する。こうして母材１上に
クラット層９が形成されていく。
スとなる混成物質が塗布されてフラックス層２が形成さ
れている。母材１のフラックス層２上方に、内部が二重
構造となっている給粉ノズル３の内筒部の先端から重力
により、またはキャリアガスの作用によりＣｕ合金等の
金属粉末４が供給される。またノズルの外筒部と内筒部
との間からは空気を排除して酸化を防ぐためのシールド
ガス５が噴出される。給粉と同時にレーザ光６が集光レ
ンズ７を通して照射される。この実施例ではレーザ光６
が母材の上方で焦点を結んでから金属粉末４が供給され
たｅＭＷＵにちょうど照射されるように集光レンズ７の
位置が調節される。レーザ光６が照射された金属粉末４
は熔融して溶融池８を形成する。この間母材１は矢印方
向に一定の速度で移動しているから溶融池８は順次連続
的に形成されていき、一方、レーザ光６照射領域を通過
してしまうと冷却されて固化する。こうして母材１上に
クラット層９が形成されていく。
このような方法により実際にクラツディングを行なった
。まずＦＣＶ４２材からなる鋳物を母材とし、この鋳物
の表面にＨ３Ｂ ０３−Ｎａ２Ｂ４０７−ＫＦ系のフラ
ックスを塗布した。
。まずＦＣＶ４２材からなる鋳物を母材とし、この鋳物
の表面にＨ３Ｂ ０３−Ｎａ２Ｂ４０７−ＫＦ系のフラ
ックスを塗布した。
塗布により形成されるフラックス層は０．０５〜０．２
ｍｍの範囲が望しく、平均して０．１ｍｍ程度とした。
ｍｍの範囲が望しく、平均して０．１ｍｍ程度とした。
Ｃｕ−Ｎ１−Ｐ系の合金粉末を０．４ｇ／ｓの給粉量で
鋳物上に供給すると同時に出力３．０ｋｉｖでレーザ光
を照射して厚さ１ 、４ ｍｍのクラッド層９が形成さ
れた。このクラッド層９の断面金属組織の写真は第２図
に示されるようであった。母材１の溶融部分の厚みは５
０ρ以下と少なく、チル層の形成もみられず結果は良好
であった。
鋳物上に供給すると同時に出力３．０ｋｉｖでレーザ光
を照射して厚さ１ 、４ ｍｍのクラッド層９が形成さ
れた。このクラッド層９の断面金属組織の写真は第２図
に示されるようであった。母材１の溶融部分の厚みは５
０ρ以下と少なく、チル層の形成もみられず結果は良好
であった。
〔発明の効果］
本発明の方法では母材上にフラックス層を設けてからク
ラツディングを行うため （１）溶融池の母材に対するぬれ性が良好となってレー
ザ光が直接母材に照射するのが防止できる。
ラツディングを行うため （１）溶融池の母材に対するぬれ性が良好となってレー
ザ光が直接母材に照射するのが防止できる。
（２） レーザ光が直接母材に照射した場合にも、蒸
発したフラックスガスによってレーザ光が散乱されて減
衰しレーザ光が母材面に及ぼす影響が消去する。
発したフラックスガスによってレーザ光が散乱されて減
衰しレーザ光が母材面に及ぼす影響が消去する。
その結果母材の溶融が最小限に抑えられ、量産に適した
安定したレーザクラツディングが実施可能となる。
安定したレーザクラツディングが実施可能となる。
第１図は本発明のタラッディング方法を示す断面図、
第２図は本発明の方法によるクラッド層の断面の金属組
織の顕微鏡写真であり、 第３図および第４図は従来の方法によるクラッド層の断
面の金属組織の顕微鏡写真である。 １・・・母 材 ２・・・フラックス層 ４・・・金属粉末 ６・・・レーリ！光 、 ８・・・溶融池 ９・・・クラッド層
織の顕微鏡写真であり、 第３図および第４図は従来の方法によるクラッド層の断
面の金属組織の顕微鏡写真である。 １・・・母 材 ２・・・フラックス層 ４・・・金属粉末 ６・・・レーリ！光 、 ８・・・溶融池 ９・・・クラッド層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 母材上にクラッディング用粉末を供給すると同時にレー
ザ光を照射してこの粉末を溶融させてクラッド層を形成
するレーザクラッディング方法において、 クラッド層が形成される母材表面に予めフラックス層を
設けることを特徴とするレーザクラッディング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207210A JPH04210886A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | レーザクラッディング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207210A JPH04210886A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | レーザクラッディング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04210886A true JPH04210886A (ja) | 1992-07-31 |
Family
ID=16536065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2207210A Pending JPH04210886A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | レーザクラッディング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04210886A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5486676A (en) * | 1994-11-14 | 1996-01-23 | General Electric Company | Coaxial single point powder feed nozzle |
| JP2005509523A (ja) * | 2001-11-17 | 2005-04-14 | インステク インコーポレイテッド | レーザークラッディングと直接金属造型技術において、イメージ撮影とイメージプロセッシングを利用したクラッディング層高さをリアルタイムでモニタリング及び制御するための方法及びそのシステム |
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| WO2016018805A1 (en) * | 2014-07-28 | 2016-02-04 | Siemens Energy, Inc. | Laser metalworking of reflective metals using flux |
| WO2016025543A1 (en) * | 2014-08-14 | 2016-02-18 | Siemens Energy, Inc. | Method of laser processing of volatile alloys |
| EP2540433B1 (fr) | 2011-06-30 | 2016-08-17 | Etablissements Chpolansky | Procédé de rechargement d'un moule de verrerie par rechargement laser de poudres |
| JP2017519641A (ja) * | 2014-07-03 | 2017-07-20 | オートテック エンジニアリング エー．アイ．イー． | 補強された構造部品 |
-
1990
- 1990-08-03 JP JP2207210A patent/JPH04210886A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106573340A (zh) * | 2014-07-28 | 2017-04-19 | 西门子能源有限公司 | 利用熔剂对反射性金属的激光金属加工 |
| WO2016025543A1 (en) * | 2014-08-14 | 2016-02-18 | Siemens Energy, Inc. | Method of laser processing of volatile alloys |
| CN106573349A (zh) * | 2014-08-14 | 2017-04-19 | 西门子能源有限公司 | 挥发性合金的激光处理方法 |
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