DE69921541T2

DE69921541T2 - Verfahren zum Plattieren durch Schweissen

Info

Publication number: DE69921541T2
Application number: DE69921541T
Authority: DE
Inventors: Akio Toyota-shi Sato; Minoru Toyota-shi Kawasaki; Chikatoshi Toyota-shi Maeda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1999-05-05
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2019-05-06
Also published as: EP0960682A2; US6329630B1; JP3518723B2; DE69921541D1; JPH11333574A; EP0960682A3; EP0960682B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schweißplattieren, welches bei der Unterdrückung von Plattierfehlern von Vorteil ist.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Das japanische Dokument JP-A-6257505 offenbart ein herkömmliches Verfahren. Unter Nutzung eines aus einer Aluminiumlegierung ausgebildeten Zylinderkopfs, der einen zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt zur Bildung eines Ventilsitzes hat, wird bei diesem herkömmlichen Verfahren der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt mit einem Laserstrahl bestrahlt, um die gesamte Fläche des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts wieder einzuschmelzen und wieder zu verfestigen. Danach wird bei diesem herkömmlichen Verfahren der wieder verfestigte Abschnitt mit einer Plattierschicht beschichtet. Selbst wenn in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt Gas enthalten ist, kann bei diesem herkömmlichen Verfahren Gas gelöst und beseitigt werden, damit vor dem Plattieren weniger Gas in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt verbleibt. Demgemäß kann bei diesem herkömmlichen Verfahren die Ausdehnung von beim Plattieren des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts durch Schweißen unterdrückt werden.
Das japanische Dokument JP-A-1062282 offenbart ein anderes herkömmliches Verfahren. Bei diesem anderen herkömmlichen Verfahren wird durch Hochfrequenzschweißen eine Schicht aus aufgetragenem Material ausgebildet, um ein nahtgeschweißtes Eisenrohr zu erzeugen. Bei diesem Verfahren wird die Schicht aus aufgetragenem Material direkt nach dem Schweißen mit einem Laserstrahl bestrahlt, um die in der Schicht aus aufgetragenem Material verbleibenden Schweißfehler wieder einzuschmelzen und zu beseitigen. In diesem Fall wird die Schicht aus aufgetragenem Material mit dem Laserstrahl auf eine solche Weise bestrahlt, dass die Schicht aus aufgetragenem Material wenig oder kein geschmolzenes Metall verursacht. Dieses Verfahren offenbart auch eine Technik, bei welcher bei der Beseitigung der Schweißfehler erzeugtes Plasmalicht erfasst wird, um das Vorhandensein von Schweißfehlern in der Schicht aus aufgetragenem Material zu prüfen.
Das japanische Dokument JP-A-6088120 offenbart noch ein anderes herkömmliches Verfahren hinsichtlich Vorrichtungen, die bei hohen Temperaturen zu verwenden sind, wie zum Beispiel Boiler oder Turbinen. Bei diesem Verfahren wird durch Schweißen eine Schicht aus aufgetragenem Material ausgebildet und wird dann eine durch Wärme beeinflusste Zone in der Nähe der geschweißten Schicht aus aufgetragenem Material mit einem Laserstrahl oder einem Elektronenstrahl bestrahlt, um einen Beseitigungsschritt zur Beseitigung der Kriech-Gaseinschlüsse durchzuführen, die in der durch Wärme beeinflussten Zone verbleiben.
Gemäß dem Dokument JP-A-6257505 bildet fast der gesamte zum Plattieren vorgesehene Abschnitt einen bestrahlten normalen Bereich, der eine normale Oberfläche hat: der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt hat sehr wenige Abschnitte, die Gas enthalten. Trotzdem wird bei dieser Technik gemäß Veröffentlichung die gesamte Oberfläche des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts wieder eingeschmolzen, um auf der gesamten Oberfläche geschmolzenes Metall zu erzeugen. Demgemäß verursacht diese Technik gemäß Veröffentlichung aufgrund von solchem geschmolzenen Metall und der resultierenden Verfestigung ein Problem derart, dass auf der gesamten Oberfläche des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts eine Rauhigkeit erzeugt wird, wodurch ein Problem derart verursacht wird, dass die Plattierschicht in der Dicke ungleichmäßig ist. Ferner wird bei der erneuten Einschmelzung der gesamten Oberfläche des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts gemäß dieser veröffentlichten Technik das das Werkstück bildende Basismaterial allgemein durch Wärme beeinflusst, wodurch ein Problem derart entsteht, dass die Ausgeglichenheit in der Festigkeit des Werkstücks vermindert wird.
Außerdem haben manche Werkstücke eine solche Beschaffenheit, dass der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt derart eingeschränkt ist, dass er eine geringe Dicke hat. Bei solchen Werkstücken kann diese Technik gemäß Veröffentlichung bei der erneuten Einschmelzung der Oberfläche des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts ein Problem derart verursachen, dass in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt unerwarteterweise einige Löcher ausgebildet werden. Der Grund besteht darin, dass eine Steuerung des erneuten Einschmelzens als Produktionstechnologie nicht unbedingt einfach ist.
Da gemäß dem vorhergehend genannten Dokument JP-A-1062282 die gesamte Oberfläche der Schicht aus aufgeschweißtem Material mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, nachdem die Schicht aus aufgeschweißtem Material erzeugt ist, die eine Plattierschicht bildet, verursacht diese Technik gemäß Veröffentlichung manchmal ein Problem derart, dass die Metallstruktur auf der gesamten Oberfläche der Schicht aus aufgeschweißtem Material transformiert oder verschlechtert wird.
Da außerdem gemäß dem vorhergehend genannten Dokument JP-A-6088120 der Beseitigungsschritt nach der Ausbildung der Schicht aus aufgeschweißtem Material durchgeführt wird, verursacht diese Technik gemäß Veröffentlichung manchmal ein Problem derart, dass die Metallstruktur auf der gesamten Schicht aus aufgeschweißtem Material transformiert oder verschlechtert wird.
Ferner zeigt das Dokument JP-A-61 289 986 eine Herstellung einer Plattierplatte gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein Al-Blech wird unter Nutzung einer Kaltpressschweißrolle an ein Ni-Fe-Legierungs-Blech gefügt. Vor dem Kaltpressen wird die äußerste Oberflächenschicht des Ni-Fe-Legierungs-Blechs mittels eines Laserstrahls bestrahlt und dadurch geschmolzen und verfestigt, wodurch Ablagerungen, Fette und Öle und Feuchtigkeit von der Oberfläche entfernt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in Hinsicht auf die vorhergehend genannten Umstände entwickelt worden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens des Schweißplattierens, welches in Bezug auf lokale Fremdsubstanzen nicht empfindlich reagiert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren des Schweißplattierens gelöst, das die Merkmale von Anspruch 1 hat.
Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Verfahren zum Schweißplattieren gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Schritte auf:
(1) Vorbereitung eines Werkstücks, das einen zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt hat, der einen Bereich hat, wobei der Bereich eine Fläche hat, die eine Möglichkeit beinhaltet, dass ein Fremdsubstanz-Abschnitt vorhanden ist, und dass der Fremdsubstanz-Abschnitt einen Fehler in der Plattierung ausbildet; (2) Bestrahlung des Bereichs des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts des Werkstücks mit einem hochdichten Energiestrahl, wobei der hochdichte Energiestrahl geeignet ist, den Fremdsubstanz-Abschnitt zu beseitigen oder zu vermindern, im wesentlichen ohne den Bereich des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts zu schmelzen, und (3) Beschichtung des Bereichs des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts des Werkstücks mit einer Plattierschicht.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der in dem zum Schweißplattieren vorgesehenen Abschnitt des Werkstücks vorhandene Fremdkörper-Abschnitt durch Bestrahlung des Bereichs des zum Schweißplattieren vorgesehenen Abschnitts mit dem hochdichten Energiestrahl beseitigt. Danach wird gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung der zum Schweißplattieren vorgesehene Abschnitt des Werkstücks mit der Plattierschicht bedeckt. Deshalb wird, wenn das Schweißplattieren durchgeführt wird, der Fremdsubstanz-Abschnitt in dem zum Schweißplattieren vorgesehenen Abschnitt zwecks Reinigung beseitigt oder vermindert. Demgemäß kann der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Fehler in der Plattierung unterdrücken, wodurch eine geeignete Plattierschicht ausgebildet wird, was für die Sicherung der Festigkeit von Vorteil ist, welche die Plattierschicht ursprünglich hat.
Ferner kann gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Schmelzen des Bereichs unterdrückt werden, der eine normale Oberfläche hat, welcher den größeren Teil des zum Schweißplattieren vorgesehenen Abschnitts einnimmt. Demgemäß kann der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung die Rauhigkeit in der Oberfläche, die den zum Schweißplattieren vorgesehenen Abschnitt bildet, unterdrücken, wodurch die Dispersion der Dicke der Plattierschicht verglichen mit der herkömmlichen Technik unterdrückt wird, bei welcher die gesamte Oberfläche des Bereichs wieder eingeschmolzen wird und welche in den vorhergehend angeführten ungeprüften Patentveröffentlichungen offenbart ist.
Überdies kann gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Transformation oder die Verschlechterung des Bereichs des zur Schweißplattierung vorgesehenen Abschnitts unterdrückt werden, wodurch auf vorteilhafte Weise die Ausgeglichenheit der Festigkeit des Werkstücks gesichert wird. Außerdem kann gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verhindert werden, dass unerwarteterweise in dem zum Schweißplattieren vorgesehenen Abschnitt Löcher ausgebildet werden, selbst wenn der zum Schweißplattieren vorgesehene Abschnitt derart eingeschränkt ist, dass er dünn in der Dicke ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt der Bestrahlungsschritt bei der Beseitigung oder Verminderung des Fremdsubstanz-Abschnitts einen Schall und/oder ein Licht, und der Bestrahlungsschritt weist einen Erfassungsvorgang zur Erfassung eines Grades auf, in welchem der Fremdsubstanz-Abschnitt beseitigt oder vermindert ist. So kann gemäß dem zweiten Aspekt das Vorhandensein des Fremdsubstanzabschnitts, und zwar von dessen Rest erfasst werden, ohne das Werkstück zu zerstören. Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist von Vorteil für die Sicherung der Qualität des Werkstücks, vorausgesetzt, dass die Information über das Vorhandensein des Fremdsubstanz-Abschnitts mit Rückkopplung zu den Produktionsbedingungen zur Herstellung von Werkstücken zugeführt wird.
Bevorzugter Modus
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Werkstück genutzt, das einen zum Schweißplattieren vorgesehenen Abschnitt hat, auf welchem eine Plattierschicht zu platzieren ist. Das Werkstück ist hinsichtlich des Materials nicht beschränkt; so kann das Werkstück aus einem bekannten Metall wie zum Beispiel aus der Gruppe der Aluminiumlegierungen, der Gruppe der Eisenlegierungen oder der Gruppe der Titanlegierungen ausgebildet sein. Die Legierung der Aluminiumgruppe kann eine Gusslegierung oder eine Expansivlegierung sein. Die Legierung kann mindestens ein Element enthalten, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Mg, Ni und Fe besteht, wie durch AC2A, AC4B, AC4D, AC5A oder AC1A in den japanischen Industriestandards (JIS) veranschaulicht ist. Wenn das Werkstück aus einer Legierung der Aluminiumgruppe ausgebildet ist, kann das Werkstück Material nach der Wärmebehandlung sein. Die Wärmebehandlung kann eine Behandlung, die aus einer Gruppe von T2-Behandlung bis T9-Behandlung ausgewählt ist – insbesondere eine T6-Behandlung sein. Das Werkstück kann aus Gusserzeugnissen, geschmiedeten Erzeugnisse und bearbeiteten Erzeugnissen hervorgehen.
Der hochdichte Energiestrahl betreffend die vorliegende Erfindung ist durch einen Laserstrahl – manchmal einen Elektronenstrahl repräsentiert, wenn es die Gelegenheit erfordert. Der Laserstrahl kann ein Co₂-Laserstrahl, ein YAG-Laserstrahl, ein Rubin-Laserstrahl und dergleichen sein.
Der hochdichte Energiestrahl betreffend die vorliegende Erfindung hat eine solche Energiestärke, dass ein Strahl den Fremdsubstanz-Abschnitt beseitigen oder vermindern kann, der in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt vorhanden ist, im wesentlichen ohne dass der Bereich des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts geschmolzen wird. Das Werkstück hat im allgemeinen eine größere Reflexionsrate, was den hochdichten Energiestrahl anbelangte der Fremdsubstanz-Abschnitt hat, was den hochdichten Energiestrahl betrifft, eine höhere Absorptionsgrad-Rate als das Werkstück. Demgemäß ist es zu bevorzugen, dass bei der vorliegenden Erfindung die Energiestärke des Hoch-Energiestrahls unter Berücksichtigung einer Reflexionsrate und einer Absorptionsgrad-Rate bezüglich des hochdichten Energiestrahls ausgewählt wird.
Der Fremdsubstanz-Abschnitt kann Einschlüsse wie zum Beispiel nichtmetallische Einschlüsse enthalten, welche in dem Werkstück erzeugt oder entwickelt werden, wenn das Werkstück selbst oder Material zur Bildung des Werkstücks durch Gießen von geschmolzenem Metall hergestellt wird. Der Einschluss wird durch Oxide, die eine Basismaterialkomponente des Werkstücks enthalten, oder Oxide repräsentiert, die andere Komponenten enthalten.
Es gibt den Fall, dass das Werkstück Behandlungen wie zum Beispiel Schneidbehandlungen unter Nutzung von Schmiermitteln oder Reinigungsbehandlungen unter Nutzung von Reinigungsmitteln oder Wasser unterzogen wird. In einem solchen Fall gelangt das Werkstück mit den Schmiermittel, den Reinigungsmitteln oder dem Wasser in Kontakt.
Wenn das Werkstück demgemäß konkave Defekte wie zum Beispiel Schwindungshohlräume, Nadelstichporen, Gasblasen oder Nähte hat, können die Schmiermittel, die Reinigungsmittel oder das Wasser in die vorhergehend bezeichneten konkaven Defekte als ein Fremdsubstanz-Abschnitt eintreten. Deshalb ist der Fremdsubstanz-Abschnitt durch Schmiermittel, Reinigungsmittel oder Wasser repräsentiert, welche/welches in die vorhergehend bezeichneten konkaven Defekte eintritt.
Solche Fremdsubstanz-Abschnitte, die eine größere Absorptionsrate bezüglich des hochdichten Energiestrahls haben, absorbieren im Allgemeinen einen Laserstrahl als das Werkstück. Wenn deshalb der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt in dem Beseitigungsschritt mit dem hochdichten Energiestrahl bestrahlt wird, kann der vorliegende zu bevorzugende Modus den Fremdsubstanz-Abschnitt schmelzen oder lösen, wodurch der Fremdsubstanz-Abschnitt beseitigt oder vermindert wird, oder wodurch der Fremdsubstanz-Abschnitt abgedichtet wird, welcher nicht nach außen freiliegt, aber bleibt. Der vorliegende zu bevorzugende Modus schmilzt dann im Wesentlichen nicht den Bereich des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts.
Der zu bevorzugende Modus bedeckt nach dem Beseitigungsschritt zur Beseitigung oder Verminderung des Fremdsubstanz-Abschnitts den Bereich des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts des Werkstücks mit einer Plattierschicht. Die Plattierschicht hat eine Schicht zur Folge, mit welcher das Werkstück überzogen ist. Die Plattierschicht kann eine durch Schweißen aufgetragene Schicht und eine durch Flammspritzen platzierte Schicht zeigen. Deshalb wird der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt mittels eines Laserstrahl-Schweißverfahrens mit der Plattierschicht bedeckt. Außerdem gestattet der zu bevorzugende Modus manchmal ein normalerweise angewandtes Lichtbogenschweißverfahren, ein WIG-Lichtbogenschweißverfahren oder ein MIG-Lichtbogenschweißverfahren.
Wenn der Fremdsubstanz-Abschnitt in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt vorhanden ist, wird der Fremdsubstanz-Abschnitt beim Schweißen durch Wärme geschmolzen oder gelöst, wobei er in die Plattierschicht eindringt, wodurch Fehler beim Plattieren erzeugt werden. Die vorhergehend genannte vorliegende Erfindung beseitigt oder vermindert den Fremdsubstanz-Abschnitt, der fähig ist Plattierfehler auszubilden. Demgemäß verhindert die vorhergehend genannte vorliegende Erfindung, dass beim Plattieren Fehler in der Plattierschicht auftreten. So unterscheidet sich die vorliegende Erfindung im Grunde von den herkömmlichen Verfahren, bei welchen der Fehler nach dem Plattieren repariert wird.
Obgleich die reparierte geschweißte Schicht, welche die Plattierschicht bildet, ein gutes Erscheinungsbild hat, hat sie ungünstigerweise eine Diskontinuität ihrer metallischen Struktur und eine Wärmeverformung aufgrund von lokaler Wärme oder lokalem Schmelzen. Inzwischen führt ein zu bevorzugender Modus der vorliegenden Erfindung keine Reparatur der Plattierschicht nach dem Plattieren aus, aber der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt wird vor dem Plattieren zur Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts vorbehandelt. So kann der bevorzugte Modus der vorliegenden Erfindung einen Zustand erlangen, in welchem die Plattierschicht den ursprünglichen Zustand hat.
Beim Schweißplattieren gibt es den Fall, dass bei der Beseitigung oder Verminderung des Fremdsubstanz-Abschnitts ein Schall und/oder Licht erzeugt wird. Der zu bevorzugende Modus erfasst den Schall und/oder das Licht, um einen Grad zu prüfen, in welchem der Fremdsubstanz-Abschnitt beseitigt oder vermindert ist, und zwar um den Rest des Fremdsubstanz-Abschnitts zu prüfen. Vorausgesetzt, dass die Information über Beseitigung oder Verminderung des Fremdsubstanz-Abschnitts mit Rückkopplung zu einem Werkstück-Herstellungsverfahren zugeführt wird, kann der Fremdsubstanz-Abschnitt in vorteilhafter Weise reduziert werden.
Wenn die physikalische Größe des Schalls oder Lichts größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, kann der Fremdsubstanz-Abschnitt beträchtlich groß sein und ein Teil des Fremdsubstanz-Abschnitts kann übrig bleiben. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, dass das Werkstück erneut geprüft wird.
Der bei der Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts erzeugte Schall und/oder das dabei erzeugte Licht sind/ist durch einen hörbaren Schall, ein sichtbares Licht, einen nicht hörbaren Schall und ein nicht sichtbares Licht repräsentiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Sowohl die genaue Beschaffenheit der vorliegenden Erfindung als auch deren andere Aufgaben und Vorteile werden ohne weiteres aus der Betrachtung der folgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, in welchen:
1 eine schematische Darstellung zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher ein zum Plattieren vorgesehener Abschnitt eines Werkstücks mit einem Laserstrahl bestrahlt wird;
2(A) eine schematische Darstellung zeigt, die einen Beseitigungsschritt veranschaulicht, in welchem der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt mit dem Laserstrahl bestrahlt wird und in welchem ein Fremdsubstanz-Abschnitt nicht mit dem Laserstrahl bestrahlt wird;
2(B) eine schematische Darstellung zeigt, die einen Beseitigungsschritt veranschaulicht, in welchem der Fremdsubstanz-Abschnitt mit dem Laserstrahl bestrahlt wird;
2(C) eine schematische Darstellung zeigt, die den Beseitigungsschritt veranschaulicht, in welchem der Fremdsubstanz-Abschnitt mit dem Laserstrahl vermindert wird und in welchem ein übriger Fremdsubstanz-Abschnitt mit einem erneut verfestigtem Abschnitt abgedichtet ist;
3 eine schematische Darstellung zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt eines Werkstücks nach dem Beseitigungsschritt mit einer Plattierschicht abgedeckt ist;
4 eine schematische Darstellung zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt des Werkstücks vor dem Beseitigungsschritt mit einer Plattierschicht abgedeckt ist;
5(A) eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines erneut geschmolzenen/erneut verfestigten Zustands zeigt, der einen Schlüsselloch-Effekt hat;
5(B) eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines normal geschmolzenen/verfestigten Zustands zeigt;
6 eine grafische Darstellung zeigt, die eine Beziehung zwischen einer relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks und einer Bestrahlungsenergiestärke aufzeigt;
7 eine grafische Darstellung zeigt, die eine Beziehung zwischen einer Eingangswärme und einer Fehlerrate bei der Plattierung aufzeigt;
8 eine grafische Darstellung zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher ein zum Plattieren vorgesehener Abschnitt mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, der aus einer Laserabgabevorrichtung abgegeben wird;
9(A) eine schematische Darstellung zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher ein innerer Rand des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts, der eine Ringform hat, spiralförmig mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, der aus der Laserabgabevorrichtung abgegeben wird;
9(B) eine schematische Darstellung zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher der mittlere Abschnitt des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts, der die Ringform hat, spiralförmig mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, der aus der Laserabgabevorrichtung abgegeben wird;
9(C) eine schematische Darstellung zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher ein äußerer Rand des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts, der die Ringform hat, spiralförmig mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, der aus der Laserabgabevorrichtung abgegeben wird;
10 eine perspektivische Ansicht zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher ein zum Plattieren vorgesehener Abschnitt eines Werkstücks mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, der aus einer Laserabgabeeinrichtung abgegeben wird;
11 ein Blockdiagramm zeigt, das Komponenten veranschaulicht, die eine Erfassungsvorrichtung bilden;
12 eine vergrößerte perspektivische Ansicht zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, der aus der Laserabgabevorrichtung abgegeben wird, um den Fremdsubstanz-Abschnitt zu beseitigen; und
13 eine vergrößerte perspektivische Ansicht zeigt, die eine Situation veranschaulicht, in welcher die Plattierschicht unter Nutzung des aus der Laserabgabevorrichtung abgegebenen Laserstrahls auf den zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt aufgetragen wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Nun wird im Folgenden ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung mittels Bezugszeichnungen beschrieben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Werkstück 1 verwendet, das den zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 hat, der nach außen freiliegt. Der gesamte zum Plattie ren vorgesehene Abschnitt 10 bildet einen freiliegenden normalen Bereich 10a, der eine normale Fläche 10c hat – das Werkstück 1 hat eine hohe Qualität. So gibt es nur bei sehr wenigen Teilen des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10 die Möglichkeit, dass ein Fremdsubstanz-Abschnitt 2 vorhanden ist.
Der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 besteht manchmal aus Einschlüssen, welche beim Gießen des Werkstücks 1 erzeugt oder verursacht werden und welche nach außen freiliegen. Auch ist der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 manchmal durch Reinigungsmittel, Schmiermittel und Wasser ausgebildet, die/das in Schwindungshohlräume, Nadelstichporen oder Nähte eingedrungen sind/ist, die in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 des Werkstücks 1 erzeugt werden. Das vorliegende Ausführungsbeispiel beseitigt den Fremdsubstanz-Abschnitt 2 des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts vor dem Schweißplattieren, um die Qualität des Werkstücks 1 noch weiter zu verbessern.
Das Werkstück 1 ist ein Gussprodukt, das aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist, die Cu und Si enthält, um eine gute Gießbarkeit aufzuzeigen. Diese Aluminiumlegierung ist JIS AC2C – Gusserzeugnisse, die unter Anwendung einer Sandform oder unter Anwendung einer Metallform hergestellt werden.
Wie in 1 gezeigt ist, ist das Werkstück 1 auf einem beweglichen Tisch 3, einem NC-Tisch platziert, um zweidimensional oder dreidimensional bewegt zu werden. Ein Beseitigungsschritt wird durchgeführt. Bei dem Beseitigungsschritt wird der bewegliche Tisch 3 angetrieben, um das Werkstück 1 zu bewegen. Außerdem wird ein Laserstrahl 41, der als ein hochdichter Energiestrahl wirkt, mittels eines Spiegels 40c von einer Laserabgabevorrichtung 40, einer CO₂-Laserabgabevorrichtung zu dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 des Werkstücks 1 abgegeben. Der Laser strahl 41 hat eine Wellenlänge der fernen Infrarotstrahlung, 10,6 μm. Der Laserstrahl 41 hat eine Energiestärke, welche den Fremdsubstanzabschnitt 2 beseitigt, welcher an dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 des Werkstücks 1 freiliegt, und welcher im Wesentlichen nicht an dem freiliegenden normalen Bereich 10a des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10 des Werkstücks 1 schmilzt.
Wie auf schematische Weise in 2(A) gezeigt ist, schmilzt, selbst wenn der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 an dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 des Werkstücks 1 freiliegt, der freiliegende normale Bereich 10a des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 1 im Wesentlichen nicht, bis der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 mit dem Laserstrahl 41 bestrahlt wird. Der Grund besteht darin, dass das Werkstück 1 eine geringere Absorptionsrate des Laserstrahls hat, um den Laserstrahl zu reflektieren.
Wie auf schematische Weise in 2(B) gezeigt ist, absorbiert der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 den Laserstrahl 41, wenn der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 mit dem Laserstrahl 41 bestrahlt wird, da der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 eine höhere Absorptionsrate des Laserstrahls hat – Der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 wird geschmolzen oder als Gas gelöst, um beseitigt zu werden.
Wenn die Wärmemenge groß ist, kann eine Umgebung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 erneut geschmolzen und erneut verfestigt werden, um lokal einen erneut geschmolzenen/erneut verfestigten Abschnitt 2c zu erzeugen. Selbst wenn ein Teil 2k des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 übrig bleibt, wird ein solcher übrig gebliebener Teil 2k auf einfache Weise durch den erneut geschmolzenen/erneut verfestigten Abschnitt 2c abgedichtet und abgedeckt, wie in 2(C) gezeigt ist. Folglich wird verhindert, dass ein übrig gebliebener Teil 2k nach außen freiliegt.
Die chemische Analyse – EDX-Analyse – der Umgebung des erneut geschmolzenen/erneut verfestigten Abschnitts 2c zeigte neben Bestandteilen des Werkstücks 1 Bestandteile von Schmiermitteln und Bestandteile von Reinigungsmitteln.
Der erneut geschmolzene/erneut verfestigte Abschnitt 2c wird in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 nur lokal erzeugt; so ist der erneut geschmolzene/erneut verfestigte Abschnitt 2c der Fläche nach viel kleiner als der freiliegende normale Bereiche 10a.
Nachdem der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 beseitigt ist, wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Beschichtungsschritt durchgeführt. Bei dem Beschichtungsschritt wird, wie in 3 gezeigt ist, ein Plattiermaterial auf dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 aufgetragen, um eine Plattierschicht 15 auszubilden. Der Beschichtungsschritt gestattet, dass das Beschichtungsmaterial mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, nachdem oder bevor das Beschichtungsmaterial auf den zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 gebracht wird. In dem Beschichtungsschritt kann es außerdem gestattet sein, dass ein allgemein verwendetes Schweißverfahren und ein TIG-Schweißverfahren anstelle des Laserstrahls angewandt werden.
Wenn der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 übrig bleibt, der in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 nach außen freiliegt, wie in 4 schematisch gezeigt ist, kann der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 aufgrund von Wärme beim Plattieren Gas erzeugen, wodurch gashaltige Fehler 15f wie zum Beispiel Nadelstichporen erzeugt werden.
Im Übrigen wird in dem Beseitigungsschritt hinsichtlich des vorliegenden Ausführungsbeispiels der freiliegende normale Bereich 10a nicht wesentlich geschmolzen. Deshalb ist der Beseitigungsschritt in der Eingangsenergie pro Zeiteinheit und Flächeneinheit kleiner als der Beschichtungsschritt. In dem Beseitigungsschritt zeigt demgemäß „P1" die Ausgangsleistung des Laserstrahls 41, zeigt „Q1" die Bestrahlungsenergiestärke des Laserstrahls 41 pro Zeiteinheit und Flächeneinheit, und zeigt „V1" eine relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück 1 und dem Laserstrahl 41.
In dem Beschichtungsschritt zeigt „P2" die Ausgangsleistung des Laserstrahls 41, zeigt „Q2" die Bestrahlungsenergiestärke des Laserstrahls 41 pro Zeiteinheit und Flächeneinheit, und zeigt „V2" eine relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück 1 und dem Laserstrahl 41. Es ist zu bevorzugen, dass das vorliegende Ausführungsbeispiel mindestens eine der folgenden Bedingungen (1)–(3) erfüllt

(1) P1 < P2
(2) Q1 < Q2
(3) V2 > V1

Der Laserstrahl 41 kann auf einfache Weise einen tiefen Abschnitt des hohlraumförmigen Fehlers erreichen. So kann der Laserstrahl 41 den Fremdsubstanz-Abschnitt 2 beseitigen, wobei er in den tiefen Abschnitt des hohlraumförmigen Fehlers eintritt, um den erneut geschmolzenen/erneut verfestigten Abschnitt 2c zu erzeugen. Wie in 5(A) gezeigt ist, bildet in diesem Fall der erneut geschmolzene/erneut verfestigte Abschnitt 2c im Allgemeinen einen tiefe Form aus, die einen Schlüsselloch-Effekt hat. Wenn bei der Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 Lichtbogenwärme anstelle des Laserstrahls genutzt wird, wird ein erneut geschmolzener/erneut verfestigter Abschnitt 2d ausgebildet, der eine flache Form hat, wie in 5(B) gezeigt ist.
Wie aus der vorhergehend erwähnten Beschreibung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verständlich wird, wird der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt 10 mit der Plattierschicht 15 beschichtet, nachdem der auf dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 nach außen freiliegende Fremdsubstanz-Abschnitt 2 mittels des Laserstrahls beseitigt ist. Deshalb wird der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt 10 vor dem Plattieren gereinigt, was verhindert, dass beim Plattieren Fehler erzeugt werden. Folglich ist das vorliegende Ausführungsbeispiel von Vorteil bei der richtigen Herstellung der Plattierschicht 15 und bei der Sicherung der Festigkeit der Plattierschicht 15.
Selbst wenn der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt 10 des Werkstücks 1 mit dem Laserstrahl 41 bestrahlt wird, schmilzt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Laserstrahl 41 im Wesentlichen nicht die normale Oberfläche 10c des freiliegenden normalen Bereichs 10a, welche den Hauptanteil des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10 einnimmt. So unterdrückt das Vorgehen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Rauhigkeit in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10, und verhindert die Dispersion der Dicke in der Plattierschicht 15 im Unterschied zu dem Fall, in welchem die gesamte Oberfläche des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10 mit nachfolgender erneuter Verfestigung schmilzt. Demgemäß verhindert das Vorgehen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt 10 transformiert und verschlechtert wird, und es verhindert, dass die Ausgeglichenheit der Festigkeit des Werkstücks 1a vermindert wird.
UNTERSUCHUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten eine Untersuchung über Bestrahlung durch. 6 zeigt eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer relativen Bewegungsgeschwindigkeit und einer Eingangswärme aufzeigt, welche die Bestrahlungsenergiestärke in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 zeigt. In einem solchen Fall führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Überstreichungssystem aus, welches einen im Durchmesser verengten Laserstrahl in Schwingung versetzte, um eine Schwingung von 6 [mm] – ein fokussiertes Schwingungssystem – zu realisieren. Außerdem führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein anderes Überstreichungssystem aus, welches einen Laserstrahldurchmesser mit Defokussierung vergrößerte, um einen Strahldurchmesser von 6 [mm] – ein defokussiertes System – zu realisieren.
Wie mit einer Kennlinie „A1" in 6 gezeigt ist, war, da die relative Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks 1 kleiner war, die Bestrahlungsenergiestärke pro Zeiteinheit und einer Flächeneinheit größer. Außerdem war die Bestrahlungsenergiestärke pro Zeiteinheit und einer Flächeneinheit kleiner, wenn die relative Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks 1 größer war.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung stellte Untersuchungen über eine adäquate Energiestärke des Laserstrahls 41 zur Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 an, der an dem der zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 nach außen freiliegt, ohne den freiliegenden normalen Bereich 10a des der zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10 zu schmelzen. In einem solchen Fall führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Überstreichungssystem aus, welches einen im Durchmesser verengten Laserstrahl in Schwingung versetzte, um eine Schwingung von 6 [mm] – ein fokussiertes Schwingungssystem – zu realisieren. Außerdem führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein anderes Überstreichungssystem aus, welches einen Laserstrahldurchmesser mit Defokussierung vergrößerte, um einen Strahldurchmesser von 6 [mm] – ein defokussiertes System – zu realisieren.
Die Untersuchungsergebnisse waren wie folgt:
Was die Bestrahlungsenergiestärke auf den zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 pro Zeiteinheit und Flächeneinheit anbetrifft, so beseitigte das Überschreiten von 1 [J/mm²] auf wirksame Weise den Hauptteil des Fremdsubstanz-Abschnitts 2, der an dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 freilag, wenn die Laserausgangsleistung 3[kw] aufzeigt. Die Einheit [J] kann in eine Einheit [w·s] umgewandelt werden.
Wie aus der Kennlinie „A1" gemäß 6 verständlich wird, war, wenn eine relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück 10 und dem Laserstrahl größer war, eine Bestrahlungsenergiestärke pro Zeiteinheit und Flächeneinheit kleiner, was eine geringe Fähigkeit zur Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 anzeigt.
7 zeigt die Untersuchungsergebnisse in Hinsicht auf eine Fehlerrate in der Plattierschicht. Die Markierungen "
" in 7 zeigen ein Überstreichungssystem, welches einen fokussierten Laserstrahl 41 mit einer Schwingungsbreite von 6 [mm] in Schwingung versetzt. Die Markierungen "
" in 7 zeigen ein Überstreichungssystem, welches einen defokussierten Laserstrahl 41 nutzt, der einen vergrößerten Durchmesser besitzt, der eine Strahlbreite von 6 [mm] hat.
Wenn das Plattieren ohne einen Beseitigungsschritt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeführt wurde, lag die mit „α 1" in 7 bezeichnete Fehlerrate der Plattierschicht vor. Wenn das Plattieren nach einem Beseitigungsschritt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeführt wurde, lag die mit „α 2" oder weniger in 7 bezeichnete Fehlerrate der Plattierschicht vor, und wurde wie folgt beträchtlich reduziert: α 2 = α 1 × (0,25–0,67)
Gemäß den Untersuchungsergebnissen bezeichnete die Kennlinie „A2" in 7 einen beträchtlichen Abfall in der Fehlerrate, wenn die Eingangswärmemenge an dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 1 [J/mm²] oder mehr pro Zeiteinheit und Fläche war. Wie mit der Kennlinie „A2" in 7 gezeigt ist, war die Fehlerrate in der Plattierschicht kleiner, wenn die Eingangswärmemenge größer war. Der Überschuss der Eingangswärmemenge verbesserte eine Fähigkeit zur Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2; er verursachte jedoch manchmal das Schmelzen in dem freiliegenden normalen Bereich 10a des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10. Daher ist es zu bevorzugen, dass eine übermäßige Zunahme der Eingangswärmemenge vermieden wird.
Gemäß der vorhergehend gezeigten Untersuchung war es nach Beurteilung einer Fähigkeit zur Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2, wenn die Werkstücke 1 aus einer Aluminiumlegierung 1 ausgebildet waren und wenn der Laserstrahl 41 der CO₂-Laserstrahl war, ausreichend, dass die Energiestärke des Laserstrahls 41 pro Zeiteinheit und Fläche 85 [w/mm²) oder mehr war, und es war ausreichend, dass die Eingangswärmemenge pro Zeiteinheit und Fläche 1 [J/mm2] oder mehr war.
Beispiel 1
8 und 9 zeigen Beispiel 1, bei welchem ein Werkstück 1 genutzt wird, welches aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist, die einen Zylinderblock eines Motors bildet. Zur Herstellung des Werkstücks 10 wird im Beispiel 1 ein Gussschritt zur Verfestigung von geschmolzenem Aluminiummetall, um ein Gusserzeugnis zu erzielen, ein Reinigungsschritt zur Reinigung des Gusserzeugnisses mittels einer Reinigungsflüssigkeit, die Wasser und Reinigungsmittel enthält, und ein Schneideschritt zum Schneiden von Abschnitten des Gusserzeugnisses mittels Werkzeugen ausgeführt, während das Gusserzeugnis geschmiert wird.
Das Werkstück 10 zeigt eine hohe Qualität auf, hat wenige Verunreinigungen, wenige Nadelstichporen und eine viel geringere Porositätsrate. Zur Erzielung einer noch höheren Qualität wird in Beispiel 1 vor der Erzeugung der Plattierschicht ein Beseitigungsschritt in Bezug auf den zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 ausgeführt.
Wie in 8 gezeigt ist, werden im Beispiel 1 Geräte verwendet, die eine Laserabgabevorrichtung 40 beinhalten, welche durch einen CO₂-Laser zur Abgabe eines Laserstrahls 41 gebildet ist, und welche eine Strahl-Überstreichungsvorrichtung 43 enthält. Im Beispiel 1 gibt die Strahl-Überstreichungseinrichtung 43 den Laserstrahl 41 aus der Laserabgabevorrichtung 40 zu allen zum Plattieren vorgesehenen Abschnitten 10 an.
Die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgeführten Bedingungen waren im Beispiel 1 wie folgt: Der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt 10 hatte eine Ringform mit einer Breite „D1" in einer Radiusrichtung von ungefähr 10 [mm]. Der Laserstrahl 41 war auf ungefähr 10 Zoll in Fokusdistanz eingestellt, und die Laserausgangsleistung war auf ungefähr 3 [kw] eingestellt. Die Strahl-Überstreichungsvorrichtung 43 gab den Laserstrahl 41 auf eine solche Weise spiralenförmig ab, dass der Laserstrahl 41 mit 100 Umdrehungen pro Sekunde – 100 Umdrehungen/s gedreht wurde. Der Spiraldurchmesser war in einer Anfangsstufe für einen inneren Rand 10i des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10 auf 15 [mm] eingestellt, und er war in einer Abschlussstufe für einen äußeren Rand 10o des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10 auf 35 [mm] eingestellt. Wenn der der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt 10 mit dem Laserstrahl 41 bestrahlt wurde, wurde fast der gesamte Laserstrahl 41 an dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 reflektiert. Das Abdichtgas war nicht notwendig, um Oxidation zu verhindern.
Der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt 10 wurde wie folgt mit dem Laserstrahl 41 bestrahlt: zuerst traf der Laserstrahl 41, wie in 9(A) gezeigt ist, spiralförmig den inneren Rand 10i des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10; zweitens traf der Laserstrahl 41, wie in 9(B) gezeigt ist, spiralförmig eine Mitte des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10; in ununterbrochener Weise traf der Laserstrahl 41, wie in 9(C) gezeigt ist, spiralförmig den äußeren Rand 10o des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts 10. Ein solcher in 9(A) bis 9(C) gezeigter spiralförmiger Überstreichungsvorgang wurde innerhalb einer Sekunde vollendet.
Wie vorhergehend betrachtet, wird im Beispiel 1 ein Modus ausgeführt, in welchem der Laserstrahl 41 eine spiralförmige Überstreichung von dem inneren Rand 10i zu dem äußeren Rand 10i vornimmt. In umgekehrter Weise gestattet das Beispiel 1 einen anderen Modus, in welchem der Laserstrahl 41 eine spiralförmige Überstreichung von dem äußeren Rand 10o zu dem inneren Rand 10i vornimmt.
Beispiel 2
10 bis 13 zeigen Beispiel 2, bei welchem ein Werkstück 1 genutzt wird, welches aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist und einen Zylinderkopf für ein Fahrzeug bildet. Beim Beispiel 2 wird eine Vielzahl von ringförmigen Ventilsitzen mit der Plattierschicht bedeckt. Die Ventilsitze bilden jeweils einen zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10.
Zur Herstellung des Werkstücks 10 wird im Beispiel 2 ein Gussschritt zur Verfestigung von geschmolzenem Aluminiummetall mittels eines Niederdruck-Gussverfahrens, um ein Gusserzeugnis (Material: JIS AC2C) zu erzielen, ein Reinigungsschritt zur Reinigung des Gusserzeugnisses mittels einer Reinigungsflüssigkeit, die Wasser und Reinigungsmittel enthält, und ein Schneideschritt zum Schneiden von Abschnitten des Gusserzeugnisses mittels Werkzeugen ausgeführt, während das Gusserzeugnis mit Schmiermitteln geschmiert wird.
Im Beispiel 2 wird das Werkstück 10 mittels einer T6-Wärmebehandlung behandelt. Das Werkstück 10 zeigt eine hohe Qualität auf, hat wenige Verunreinigungen, wenige Nadelstichporen und eine viel geringere Porositätsrate. Zur Erzielung einer noch höheren Qualität wird in Beispiel 2 vor der Ausbildung der Plattierschicht ein Beseitigungsschritt in Bezug auf den Ventilsitz ausgeführt, der den zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 bildet.
Wie in 10 gezeigt ist, enthält eine Basis 50 gemäß Beispiel 2 einen beweglichen Tisch 51, der einen Befestigungstisch 51c hat. An dem Befestigungstisch 51c des beweglichen Tischs 51 wird das Werkstück 1 auf abnehmbare Weise befestigt. Der Befestigungstisch 51c ist durch einen Y-Achsen-Motor 53 in eine Pfeilrichtung „Y" zu bewegen, er ist durch einen X-Achsen-Motor 54 in eine Pfeilrichtung „X" zu bewegen, und er ist durch einen θ-Achsen-Motor 55 in eine Pfeilrichtung „θ" um eine Linie zu bewegen, welche eine Vielzahl von Ventilsitzen auf imaginäre Weise verbindet.
Im Beispiel 2 gibt die durch einen CO₂-Laser gebildete Laserabgabevorrichtung 40 einen Laserstrahl 41 mit Hilfe einer Linse 57 und eines in 12 gezeigten Strahl-Oszillators 58 zu den Ventilsitzen ab, die den zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 in dem Zylinderkopf bilden, der das Werkstück 1 bildet.
Die Bedingungen des durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgeführten Beseitigungsschritts waren wie folgt:

• Ein Lasertyp war ein CO₂-Laser.
• Es wurde ein defokussierter Laserstrahl genutzt, der eine Strahlbreite von 6 [mm] hatte.
• Eine Laserausgangsleistung wurde auf 3 [kw] eingestellt.
• Eine Werkstückbewegungs-Geschwindigkeit wurde auf 4000 [mm/min] eingestellt.

Wenn der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 durch den Laserstrahl 41 beseitigt wird, wird Licht oder Schall erzeugt, das/der eine physikalische Größe wie zum Beispiel ein sichtbares Licht oder einen hörbaren Schall bildet. So sind die erste Erfassungsvorrichtung 71 und die zweite Erfassung 91 angeordnet, um den Ventilsitz des Zylinderkopfs zu erreichen. Die erste Erfassungsvorrichtung 71 dient dazu, einen Grad der Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 auf der Basis von Licht, das eine physikalische Größe wie zum Beispiel ein sichtbares Licht bildet, das bei der Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 erzeugt wird, zu erfassen. Folglich hat die erste Erfassungsvorrichtung 71 eine Fokussierlinse 72, ein Licht-empfangendes Element 73 zum Empfang von Licht, das die Fokussierlinse 72 passiert hat, und zur Übertragung des Empfangs elektrischer Signale, einen Verstärkerkreis 74 zur Verstärkung der empfangenen elektrischen Signale, einen Korrekturkreis 75 zur Korrektur einer Verzerrung der empfangenen elektrischen Signale, einen Filterkreis 75 zur Korrektur einer Verzerrung der empfangenen elektrischen Signale, einen Filterkreis 76 zur Beseitigung von Störgeräuschen, einen binären Kreis 77 zur Umwandlung der empfangenen elektrischen Signale in binarisierte Signale, eine Vergleichseinrichtung 78 zum Vergleichen des binarisierten Signals mit einer vorbestimmten Schwellenspannung, eine Beurteilungseinrichtung 79 und eine Informationseinrichtung 80. Die Beurteilungseinrichtung 79 nimmt an, dass der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 beseitigt ist, wenn das binarisierte Signal geringer als die vorbestimmte Schwellenspannung ist. Die Beurteilungseinrichtung 79 nimmt außerdem trotz der Ausführung des Beseitigungsschritts an, dass Teile des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 übrig bleiben, wenn das binarisierte Signal gleich der vorbestimmten Schwellenspannung oder mehr als die vorbestimmte Schwellenspannung ist. Die Informationseinrichtung 80 gibt eine Warnung aus, wenn die Beurteilungseinrichtung 79 annimmt, dass Teile des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 übrig sind.
Die zweite Erfassungsvorrichtung 91 dient dazu, einen Grad der Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 auf der Basis eines Schalldrucks, der eine physikalische Größe bildet, wie zum Beispiel einen Hörschalldruck zu erfassen, der bei der Beseitigung des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 erzeugt wird. Daher hat die zweite Erfassungsvorrichtung 91 einen AE-Wandler 92, ein akustisches Element, um den Schalldruck in elektrische Signale umzuwandeln, einen Verstärkerkreis 93 zur Verstärkung der elektrischen Signale von dem AE-Wandler 92, einen Korrekturkreis 94 zur Korrektur einer Verzerrung der Schallsignale, einen Filterkreis 95 zur Beseitigung von Störgeräuschen, eine Vergleichseinrichtung 96 zum Vergleichen des Schalldrucksignals mit einer vorbestimmten Schwellenspannung und eine Beurteilungseinrichtung 97.
Die Beurteilungseinrichtung 97 nimmt an, dass der Fremdsubstanz-Abschnitt 2 beseitigt ist, wenn das Schalldrucksignal geringer als die vorbestimmte Schwellenspannung ist. Die Beurteilungseinrichtung 97 nimmt außerdem trotz der Ausführung des Beseitigungsschritts an, dass Teile des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 übrig bleiben, wenn das Schalldrucksignal gleich der vorbestimmten Schwellenspannung oder mehr als die vorbestimmte Schwellenspannung ist. Die Informationseinrichtung 80 gibt eine Warnung aus, wenn die Beurteilungseinrichtung 79 annimmt, dass Teile des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 übrig sind.
Daher ist der Beschichtungsschritt auf zufriedenstellende Weise ausgeführt, wenn die erste Erfassungsvorrichtung 71 keine Warnungen ausgibt und wenn die zweite Erfassungsvorrichtung 91 keine Warnungen ausgibt. Der Grund besteht darin, dass der Beseitigungsschritt ausgeführt wird, um den Fremdsubstanz-Abschnitt 2 in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 zu beseitigen.
Wenn die erste Erfassungsvorrichtung 71 eine Warnung ausgibt oder wenn die zweite Erfassungsvorrichtung 91 eine Warnung ausgibt, ist der Beschichtungsschritt nicht zufriedenstellend. So ist es erforderlich, das Werkstück 1 erneut zu prüfen oder auszumustern. Der Grund besteht darin, dass wahrscheinlich Teile des Fremdsubstanz-Abschnitts 2 in dem zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 übrig bleiben.
In dem Beschichtungsschritt wird die Laserabgabevorrichtung 40 verwendet, welche in dem Beseitigungsschritt genutzt wird. Im Beispiel 2 gibt die durch den CO₂-Laser gebildete Laserabgabevorrichtung 40, wie in 10 gezeigt ist, den Laserstrahl 41 mit Hilfe der Linse 57 zur Justierung eines Strahldurchmessers und mit Hilfe des Strahl-Oszillators 58 zu jedem der Ventilsitze ab, die den zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt 10 in dem Zylinderkopf bilden, der das Werkstück 1 bildet.
In dem Beschichtungsschritt gemäß Beispiel 2 werden die Ventilsitze, wie in 13 gezeigt ist, mit dem Laserstrahl 41 aus dem Strahl-Oszillator 58 bestrahlt, während das Plattierpulver 100a den Ventilsitzen mittels einer Pulverzufuhrdüse 100 zugeführt wird, und während den Ventilsitzen mittels einer Abschirmgasdüse 102 ein Abschirmgas zugeführt wird. Demgemäß werden die Ventilsitze mit der Plattierschicht 15 beschichtet.
Die Bedingungen des durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgeführten Beseitigungsschritts waren wie folgt:

• Ein Lasertyp war ein CO₂-Laser.
• Eine Laserausgangsleistung wurde auf 4,3 [kw] eingestellt.
• Eine Strahl-Oszillationsbreite wurde aus 5,5 [mm] eingestellt.
• Eine Werkstückbewegungs-Geschwindigkeit wurde auf 1100 [mm/min] eingestellt.
• Ein Typ des Plattierpulvers 100a war Kupferlegierungs-Pulver.
• Eine zugeführte Menge des Plattierpulvers 100a war auf 1,1 [gf/Sekunde] eingestellt.
• Eine Abschirmgas-, Stickstoff-, Strömung war auf 30 [Liter/min] eingestellt.

Im Beispiel 2 wird sowohl die erste Erfassungsvorrichtung 71 zur Erfassung von Licht als auch die zweite Erfassungsvorrichtung 91 zur Erfassung von Schall genutzt. Bei einem anderen Beispiel kann jedoch weder die erste Erfassungsvorrichtung 71 zur Erfassung von Licht noch die zweite Erfassungsvorrichtung 91 zur Erfassung von Schall genutzt werden.

Claims

Verfahren zum Schweißplattieren, mit den Schritten Vorbereitung eines Werkstücks (1), das einen zum Plattieren vorgesehenen Abschnitt (10) einschließlich eines Bereichs (10a) hat, wobei der Bereich (10a) eine Fläche hat, die mindestens einen Fremdsubstanz-Abschnitt (2) enthält, was in einem Plattierungsfehler resultiert; Bestrahlung des Bereichs (10a) des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts (10) des Werkstücks (1) mit einem hochdichten Energiestrahl (41), Beseitigung oder Verminderung des Fremdsubstanz-Abschnitts (2) vor einem Beschichtungsschritt unter Nutzung des hochdichten Energiestrahls mit einer ersten Bestrahlungsenergie pro Zeit und Flächeneinheit (Q1), so dass der Bereich (10a) des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts höchstens lokal geschmolzen ist, Beschichtung des Bereichs (10a) des zum Plattieren vorgesehenen Abschnitts (10) des Werkstücks (1) mit einer Plattierschicht (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Beschichtung unter Nutzung des hochdichten Energiestrahls mit einer zweiten Bestrahlungsenergie pro Zeit und Flächeneinheit (Q2) vorgenommen wird, und dass die erste Bestrahlungsenergie pro Zeit und Flächeneinheit (Q1) kleiner als die zweite Bestrahlungsenergie pro Zeiteinheit und Flächeneinheit (Q2) ist.
Verfahren zum Schweißplattieren gemäß Anspruch 1, bei welchem der Bestrahlungsschritt während der Beseitigung oder Verminderung des Fremdsubstanz-Abschnitts (2) ein Geräusch und/oder ein Licht erzeugt, und dadurch einen Erfassungsvorgang ausführt, ob der Fremdsubstanz-Abschnitt (2) beseitigt oder vermindert ist.
Verfahren zum Schweißplattieren gemäß Anspruch 1, bei welchem der Bestrahlungsschritt mindestens eine der Erfassungseinrichtungen, eine erste Erfassungseinrichtung und/oder eine zweite Erfassungseinrichtung, die erste Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Licht, das während der Beseitigung oder Verminderung des Fremdsubstanz-Abschnitts (2) erzeugt wird, und die zweite Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Geräuschen nutzt, die während der Beseitigung oder Verminderung des Fremdsubstanz-Abschnitts (2) erzeugt werden.
Verfahren zum Schweißplattieren gemäß Anspruch 1, bei welchem der hochdichte Energiestrahl (41) durch mindestens ein Verfahren bereitgestellt wird, das aus einer Gruppe gewählt wird, die aus einem Laserstrahlverfahren und einem Elektronenstrahlverfahren besteht.
Verfahren zum Schweißplattieren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Werkstück ein Zylinderkopf ist, der eine Vielzahl von Ventilsitzen für einen Motor hat, und der zum Plattieren vorgesehene Abschnitt (10) mindestens einer der Ventilsitze ist.
Verfahren zum Schweißplattieren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Fremdsubstanz-Abschnitt (2) aus dem freien normalen Bereich (10a) besteht, der mit einem Medium infiltriert ist, welches aus mindestens einem Element ausgebildet ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Schmiermittel, einer Reinigungsflüssigkeits-Komponente und Wasser besteht.