JP3663628B2 - Laser cladding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を照射することによって、母材上に耐摩耗層としてのクラッド層を形成するレーザクラッド加工において、クラッド層を形成するのに好適なクラッド材およびこれを用いたレーザクラッディング方法に関するものである。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
上記したレーザクラッド加工において用いられるワイヤ状をなすクラッド材は、断面形状が円形状あるいは矩形状をなしていることから、レーザクラッド加工を行うに際して、母材上に置いたクラッド材に対してレーザ光を照射すると、クラッド材のレーザ照射表面から徐々に溶融が始まって、幅方向の両側部から溶け落ちることとなり、一方、母材との境界面における幅方向中央部では、入熱量が相対的に不足して溶融し難いものとなり、その結果、不均一な溶融状態となってしまう可能性がある。
【0003】
つまり、クラッド材の幅方向の両側部において良好な溶着状態が得られたとしても、母材との境界面における幅方向中央部では溶着不良が発生する可能性があり(図6参照)、これを避けるために、この部分への入熱を十分に多くすると、入熱過多となる幅方向の両側部のクラッド材に母材が溶け込むことでクラッド材に希釈が生じてしまい、溶着力不足やクラックなどといった欠陥が発生する恐れがあり、これらの不具合が生じたクラッド層は検査工程ではねられてしまう。したがって、従来において、母材との境界面全体で一様な溶着力を有するクラッド層を形成することは容易であるとは言えないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、母材との境界面全体で一様な溶着力のクラッド層を簡単に形成することが可能であるクラッド材およびレーザクラッディング方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係わる発明は、断面形状における幅方向中央部の肉厚を幅方向両側部の肉厚よりも薄くしたクラッド材を母材上に載置し、この状態でクラッド材に対してレーザ光を照射する構成としたことを特徴としており、このレーザクラッディング方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【0006】
本発明の請求項2に係わるレーザクラッディング方法は、母材上に載置した状態において、断面形状における幅方向中央部の高さが幅方向両側部の高さよりも低くいクラッド材を用いる構成としている。
【0007】
本発明の請求項3に係わるレーザクラッディング方法は、断面形状が凹形状をなすクラッド材を用い、このクラッド材の窪んだ部分を上方に向けて母材上に載置する構成としている。
【0008】
本発明の請求項4に係わるレーザクラッディング方法は、母材上の連続した被クラッディング部の形状に合わせて成形したクラッド材を母材上の被クラッディング部に載置し、この状態でクラッド材に対してレーザ光を照射する構成としている。
【0009】
【発明の作用】
本発明の請求項1に係わるレーザクラッディング方法では、レーザクラッド加工を行うに際して、母材上に置いてレーザ光を照射すると、クラッド材のレーザ照射表面から徐々に溶融が始まって、クラッド材の断面形状における幅方向にわたってほぼ均一に溶融することから、母材との境界面における幅方向の両側部だけでなく幅方向中央部でも良好な溶着状態が得られることとなり、したがって、幅方向中央部の溶着不良を避けるために入熱量を増す必要がなく、幅方向の両側部に入熱過多にるクラックなどの欠陥が生じるのを回避し得ることとなる。
【0010】
本発明の請求項2および3に係わるレーザクラッディング方法では、レーザクラッド加工を行うに際して、母材上に置いてレーザ光を照射すると、クラッド材のレーザ照射表面から徐々に溶融が始まるが、クラッド材の断面形状において、母材に対する幅方向中央部の高さを幅方向両側部の高さよりも低くしてあるので(請求項3のレーザクラッディング方法では、クラッド材の断面形状が凹形状をなしているので)、母材との境界面における幅方向の両側部だけでなく幅方向中央部でも溶融に必要な入熱量が得られてほぼ均一な溶融状態となり、したがって、溶着力不足やクラックなどといった不具合なく、母材との境界面全体で一様な溶着力を有するクラッド層の形成がなされることとなる。
【0011】
本発明の請求項4に係わるレーザクラッディング方法では、母材上の連続した被クラッディング部の形状に合わせて成形したクラッド材を母材上に直に置いた状態でレーザ光を照射するようにしているので、クラッド材の供給タイミングおよび供給量を制御可能なクラッド材供給装置が不要となる分だけ、システムの簡素化が図られると共に、クラッド材の供給制御が不要になるのに加えてレーザ光の照射タイミングをクラッド材の供給に同期させる必要もなくなり、クラッド加工中には、レーザ出力のみをコントロールすればよく、したがって、品質のばらつきが生じる要因が大幅に減ることとなる。
【0012】
【発明の効果】
本発明の請求項1に係わるレーザクラッディング方法では、上記した構成としたから、レーザクラッド加工を行うに際して、クラッド材の母材との境界面における幅方向の両側部だけでなく幅方向中央部でも良好な溶着状態とすることができ、したがって、溶着力不足やクラックなどといった不具合なく、母材との境界面全体で一様な溶着力を有するクラッド層を形成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0013】
本発明の請求項2および3に係わるレーザクラッディング方法では、上記した構成としているので、レーザクラッド加工を行うに際して、クラッド材を母材上に置いてレーザ光を照射すると、クラッド材の母材との境界面における全体でほぼ均一な溶融状態となり、したがって、溶着力不足やクラックなどといった欠陥を生じさせることなく、母材との境界面全体で一様な溶着力を有するクラッド層を形成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0014】
本発明の請求項4に係わるレーザクラッディング方法では、上記した構成としたから、システムを簡略なものとすることができると共に、品質の向上を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0015】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0016】
図1〜図3は、本発明に係わるレーザクラッディング方法の一実施例を示している。
【0017】
図1に示すように、このクラッド材1は、銅合金(Cu-14Ni-3Si-1.5Fe-2Cr-1Al-2V-0.5P)からなる棒状をなすものであって、このクラッド材1の断面形状における幅方向中央部2および幅方向両側部3の各々の境界面4からの高さを互いに違えて、幅方向中央部2よりも幅方向両側部3を高くした、すなわち、断面の形状を凹形状とした構成をなしている。
【0018】
この場合、幅方向中央部2の境界面4からの高さを2aとしているのに対して幅方向両側部3の境界面4からの高さを3aとし、幅方向中央部2の幅を全幅4aの半分の2aとしている。
【0019】
そこで、図2に示すように、母材としてのアルミニウム圧延平板5上に上記クラッド材1を置いて固定し、このクラッド材1に対して図外の熱源ダイレクトダイオードレーザから出力2.5kWで照射された1辺1.9mmの矩形ビームスポットのレーザ光Lを当てて、加工速度0.4〜1.6m/min.で図示矢印方向に走査させた。この際、比較のため、断面が略正方形状をなすクラッド材(10)に対して上記と同一条件のレーザクラッド加工を行った。
【0020】
このレーザクラッド加工によって得られたクラッド層C(C10)の断面形状を図3および図6に示す。これらの図3および図6において、溶融前のクラッド材1,(10)の断面形状をいずれも仮想線で示してある。
【0021】
図3に示すように、この実施例に係わるクラッド材1では、アルミニウム圧延平板5との境界面4における幅方向の両側部3だけでなく幅方向中央部2でも良好な溶着状態が得られているのに対して、図6に示すように、断面が略正方形状をなすクラッド材10では、その幅方向の両側部13において良好な溶着状態が得られているものの、アルミニウム圧延平板5との境界面14における幅方向中央部12では溶着不良が発生しており、したがって、この実施例に係わるクラッド材1によれば、溶着力不足やクラックなどといった不具合を生じることなく、境界面4の全体で一様な溶着力を有するクラッド層Cの形成が簡単になされることが実証できた。
【0022】
上記した実施例では、クラッド材1の断面形状における幅方向中央部2および幅方向両側部3の各々の境界面4からの高さを互いに違えて、断面形状を凹形状とした場合を示したが、クラッド材の断面形状は、断面の幅方向にわたって均一に溶融可能とするべく幅方向中央部2の肉厚を幅方向両側部3の肉厚よりも薄くしてあればよく、例えば、図4(a)に示すクラッド材1Aのように、幅方向両側部3Aの間に位置する幅方向中央部2Aのへこみを三角形状としたり、図4(b)に示すクラッド材1Bのように、幅方向両側部3Bの間に位置する幅方向中央部2Bのへこみを円弧状としたりすることが可能である。また、連続するクラッド材1を横切る断面における幅方向中央部2,2A,2Bは、境界面4に接触している必要はなく、図4(c)に示すクラッド材1Cのように、円形状をなす幅方向側部3C,3C同士の接合部分、すなわち、境界面4から離れた部位に位置する幅方向側部3C,3C同士の接合部分を幅方向中央部2Cとすることも可能である。
【0023】
図5は、本発明に係わるレーザクラッディング方法の他の実施例を示しており、この実施例では、本発明に係わるレーザクラッディング方法をエンジンのバルブシートに対するレーザクラッド加工に採用した場合を示す。
【0024】
図5に示すように、この実施例のクラッド材21は、バルブシート(母材)25にボーリング加工によって形成したリング嵌合部(被クラッディング部)26の形状に合わせて鋳造成形やプレス成形あるいは焼結によりリング状に成形されていて、上記した実施例におけるクラッド材1と同じ断面形状を有しており、このレーザクラッディング方法では、リング状に成形したクラッド材21をバルブシート25のリング嵌合部26に嵌め込んだ状態でレーザ光Lを照射するようにしている。
【0025】
このレーザクラッディング方法では、クラッド材21の供給タイミングおよび供給量を制御可能なクラッド材供給装置が不要となり、その分だけ、システムの簡素化が図られると共に、クラッド材21の供給制御が不要になるのに加えてレーザ光Lの照射タイミングをクラッド材21の供給に同期させる必要もなく、クラッド加工中において、レーザ出力のみをコントロールしていればよく、その結果、品質のばらつきが生じる要因が大幅に減ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わるレーザクラッディング方法の一実施例を示すクラッド材の断面説明図である。
【図2】 図1におけるクラッド材を用いてレーザクラッド加工を行う状況を示す斜視説明図である。
【図3】 図1におけるクラッド材を用いたレーザクラッド加工により得られたクラッド層の断面説明図である。
【図4】 本発明に係わるレーザクラッディング方法の他の実施例を示すクラッド材の断面説明図(a),(b),(c)である。
【図5】 本発明のさらに他の実施例によるレーザクラッディング方法によりレーザクラッド加工を行う状況を示す斜視説明図である。
【図6】 比較例のクラッド材を用いたレーザクラッド加工により得られたクラッド層の断面説明図である。
【符号の説明】
1,1A,1B,1C,21 クラッド材
2,2A,2B,2C 幅方向中央部
3,3A,3B,3C 幅方向側部
4 境界面
5,25 アルミニウム圧延平板(母材)
26 リング嵌合部(被クラッディング部)
L レーザ光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a clad material suitable for forming a clad layer and laser cladding using the same in laser clad processing for forming a clad layer as a wear-resistant layer on a base material by irradiating a laser beam. It is about the method.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
Since the cross-sectional shape of the wire-shaped clad material used in the above-mentioned laser clad processing is circular or rectangular, a laser is applied to the clad material placed on the base material when performing laser clad processing. When light is irradiated, melting starts gradually from the laser irradiation surface of the clad material, and melts from both sides in the width direction. On the other hand, the amount of heat input is relative at the center in the width direction at the boundary surface with the base material. It may become difficult to melt due to insufficient, and as a result, there is a possibility that a non-uniform molten state.
[0003]
That is, even if a good welding state is obtained at both sides in the width direction of the clad material, there is a possibility that a welding failure may occur at the center in the width direction at the boundary surface with the base material (see FIG. 6). In order to avoid this, if the heat input to this part is increased sufficiently, the base material melts into the clad material on both sides in the width direction, which causes excessive heat input, resulting in dilution of the clad material and insufficient welding power. Defects such as cracks may occur, and the clad layer in which these defects occur is rejected in the inspection process. Therefore, in the past, there has been a problem that it is not easy to form a clad layer having a uniform welding force over the entire boundary surface with the base material. It was an issue.
[0004]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and a clad material and a laser cladding capable of easily forming a clad layer having a uniform welding force over the entire boundary surface with the base material. It aims to provide a method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the invention according to
[0006]
Laser cladding how involved to claim 2 of the present invention, in a state being placed on the base material, a low pile clad material than the height of the high Sagahaba direction both side portions of the widthwise central portion of the cross section The configuration is used .
[0007]
Laser cladding how involved in
[0008]
Laser cladding method according to claim 4 of the present invention, a clad material in which formed shape in accordance with the continuous shape of the cladding was in the base material placed on the cladding on the preform, It has a configuration for irradiating a laser beam to the clad material in this state.
[0009]
[Effects of the Invention]
The laser cladding method that involved in
[0010]
The laser cladding method that involved to claim 2 and 3 of the present invention, when performing laser cladding processing, when placed on the base material is irradiated with laser light, gradually starts melting from the laser irradiation surface of the clad material but Oite the cross-sectional shape of the clad material, since the height of the widthwise central portion with respect to the base material are lower than the height of the widthwise side portion (in the laser cladding method according to
[0011]
In the laser cladding method according to claim 4 of the present invention, the laser beam is irradiated in a state where the clad material formed in accordance with the shape of the continuous cladding portion on the base material is placed directly on the base material. As a result, the system can be simplified and the supply control of the clad material becomes unnecessary, as the clad material supply device that can control the supply timing and supply amount of the clad material is unnecessary. There is no need to synchronize the laser beam irradiation timing with the supply of the clad material, and only the laser output needs to be controlled during the clad processing, and therefore, the cause of the quality variation is greatly reduced.
[0012]
【The invention's effect】
Width The laser cladding method that involved in
[0013]
The laser cladding method that involved to claim 2 and 3 of the present invention, since the configuration described above, when performing laser cladding processing is irradiated with laser light at a clad material on a base material, a cladding material becomes substantially uniform molten state throughout at the boundary surface between the base material, and thus, without causing defective such as welding lack or crack, the cladding layer having a uniform welding strength across the interface between the base material This produces a very good effect that it is possible to form
[0014]
In the laser cladding method according to claim 4 of the present invention, since it has the above-described configuration, it is possible to simplify the system and achieve a very excellent effect that it is possible to realize an improvement in quality. Is brought about.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
1 to 3 show an embodiment of a laser cladding process that involved in the present invention.
[0017]
As shown in FIG. 1, the
[0018]
In this case, the height from the boundary surface 4 of the width direction
[0019]
Therefore, as shown in FIG. 2, the
[0020]
The cross-sectional shape of the clad layer C (C10) obtained by this laser clad processing is shown in FIGS. In these FIG. 3 and FIG. 6, the cross-sectional shape of the
[0021]
As shown in FIG. 3, in the
[0022]
In the above embodiment, it Chigae heights from each boundary surface 4 of the widthwise
[0023]
Figure 5 shows another embodiment of Relais chromatography The cladding how involved in the present invention, in this embodiment, the laser cladding method according to the present invention the laser cladding processing relative to the valve seat of an engine The case where it is adopted is shown.
[0024]
As shown in FIG. 5, the
[0025]
This laser cladding method eliminates the need for a clad material supply device that can control the supply timing and supply amount of the
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-section illustration of an embodiment shown to the cladding material of the laser cladding process that involved in the present invention.
FIG. 2 is an explanatory perspective view showing a situation where laser cladding processing is performed using the cladding material in FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory diagram of a clad layer obtained by laser clad processing using the clad material in FIG.
[4] cross section illustrating an embodiment of shown to clad material other laser cladding how involved in the present invention (a), (b), is (c).
Figure 5 is a perspective explanatory view showing a situation of performing laser cladding processing by laser cladding method according to another real施例of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional explanatory diagram of a clad layer obtained by laser clad processing using a clad material of a comparative example.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B, 1C, 21
26 Ring fitting part (cladding part)
L Laser light
Claims (4)
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