JP2002048718A - レーザクラッド加工におけるクラッド層の品質判定方法 - Google Patents

レーザクラッド加工におけるクラッド層の品質判定方法

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JP2002048718A
JP2002048718A JP2000230589A JP2000230589A JP2002048718A JP 2002048718 A JP2002048718 A JP 2002048718A JP 2000230589 A JP2000230589 A JP 2000230589A JP 2000230589 A JP2000230589 A JP 2000230589A JP 2002048718 A JP2002048718 A JP 2002048718A
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quality
clad layer
molten pool
measurement
laser
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Shinji Nishino
野 眞 司 西
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザクラッド加工点での溶融池の変化が僅
かであったとしても、クラッド層の品質の良否を判定す
ることができるようにする。 【解決手段】 アルミニウム合金1の肉盛り領域に沿
って連続供給される粉末状の銅2にレーザビーム3を照
射することによってアルミニウム合金1上に形成される
クラッド層4の品質を判定するに際して、輝度計10の
受光部13をクラッド層4の溶融池5に向け、溶融池5
の所定位置に設定した所定径の計測スポットSで計測し
た輝度に基づいて得られる計測信号の変化からクラッド
層4の品質の良否を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、母材、例えば、ア
ルミニウム合金の肉盛り領域に沿って連続供給される粉
末状の肉盛り材料、例えば、銅にレーザビームを照射す
ることによって、アルミニウム合金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、
加工点での粉末供給量やレーザ出力の変化に影響を受け
るクラッド層の品質を管理するのに用いられるレーザク
ラッド加工におけるクラッド層の品質判定方法に関する
ものである。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】クラッド層の品質を管
理する手段には、主だったものとして輝度計測,放射温
度計測および画像処理による形状計測があるが、計測信
号のばらつきが大きいために計測精度が悪く、割れなど
の欠陥の発生要因となる希釈や未溶着が加工点での溶融
池に際立って生じない限り、クラッド層の品質を把握す
ることが困難であるという問題があり、この問題を解決
することが従来の課題となっていた。
【0003】
【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、レーザクラッド加工点の溶融池に生
じる希釈や未溶着などといった不具合が顕著でない場合
であったとしても、すなわち、レーザクラッド加工点で
の溶融池の変化が僅かであったとしても、クラッド層の
品質の良否を判定することができ、その結果、クラッド
層の品質を確実に管理することが可能であるレーザクラ
ッド加工におけるクラッド層の品質判定方法を提供する
ことを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係わ
るレーザクラッド加工におけるクラッド層の品質判定方
法は、母材の肉盛り領域に沿って連続供給される肉盛り
材料にレーザビームを照射することによって母材上に形
成されるクラッド層の品質を判定するに際して、輝度計
の受光部をクラッド層の溶融池に向け、溶融池の所定位
置に設定した所定径の計測スポットで計測した輝度に基
づいて得られる計測信号の変化からクラッド層の品質の
良否を判定する構成としており、このレーザクラッド加
工におけるクラッド層の品質判定方法の構成を従来の課
題を解決するための手段としている。
【0005】本発明の請求項2に係わるレーザクラッド
加工におけるクラッド層の品質判定方法は、溶融池の幅
寸法をW、計測スポットのスポット径をdとした場合、
d<Wの関係を満たすべく計測スポットのスポット径d
を設定する構成とし、 本発明の請求項3に係わるレー
ザクラッド加工におけるクラッド層の品質判定方法は、
溶融池の長さ寸法をLとした場合、計測スポットを溶融
池の長さ方向の端に略接する位置ないし長さ方向の端か
ら略L/4の距離をおいた位置に設定する構成としてい
る。
【0006】本発明に係わるレーザクラッド加工におけ
るクラッド層の品質判定方法において、計測スポットと
は、輝度計の受光部による計測範囲を所定の面積に絞っ
た計測点のことを指し、この所定の面積を有する計測ス
ポットを溶融池内の所定位置に設定して輝度を計測す
る。
【0007】この計測中において、クラッド層にクラッ
クやポアなどの不具合をもたらす入熱過多や肉盛り材料
の不足や油分付着が発生すると、正常な計測信号とは明
らかに異なる突飛な計測信号が現れることから、本発明
に係わるレーザクラッド加工におけるクラッド層の品質
判定方法では、この突飛な計測信号の出現、すなわち、
輝度に基づいて得られる計測信号の変化からクラッド層
の品質の良否を判定するようにしている。
【0008】この際、計測スポットのスポット径が溶融
池の幅寸法と等しかったり大きかったりすると、溶融し
ていないすでに固まってしまった部分の輝度をも計測し
てノイズとして出力することとなってしまう。つまり、
計測信号のばらつきが多くなって、比較的小さな計測信
号の変化を見落としてしまう可能性があることから、計
測スポットのスポット径を小さく設定することが望まし
く、本発明の請求項2に係わるレーザクラッド加工にお
けるクラッド層の品質判定方法において、計測スポット
のスポット径が溶融池の幅寸法よりも小さくなるように
設定している。
【0009】また、母材(例えばアルミニウム材)の肉盛
り領域に沿って肉盛り材料(例えば銅)を肉盛りするにあ
たって、落下供給される銅の粉末を計測スポットが捕ら
えると、本来の溶融池の輝度を捕らえることができずに
ノイズとして拾ってしまうことから、これを避けるため
に計測スポットを溶融池の長さ方向の端にほぼ接する位
置ないしその近傍に計測スポットを設定することが好ま
しく、本発明の請求項3に係わるレーザクラッド加工に
おけるクラッド層の品質判定方法では、溶融池の長さ寸
法をLとした場合において、溶融池の長さ方向の端にほ
ぼ接する位置ないし長さ方向の端からほぼL/4の距離
をおいた位置に計測スポットを設定している。
【0010】
【発明の作用】本発明の請求項1に係わるレーザクラッ
ド加工におけるクラッド層の品質判定方法では、輝度計
の受光部をクラッド層の溶融池に向けて、溶融池の所定
位置に所定径の計測スポットを設定するようにしている
ので、溶融していない部分や母材上に落下供給される肉
盛り材料での輝度を計測してしまうようなことがほとん
どなくなって、計測した輝度に基づいて得られる計測信
号のばらつきが少なくなり、その結果、レーザクラッド
加工点における溶融池に生じる変化が顕でない場合であ
ったとしても、僅かな変化からクラッド層の品質の良否
を判定し得ることとなる。
【0011】本発明の請求項2に係わるレーザクラッド
加工におけるクラッド層の品質判定方法において、上記
した構成としているので、計測した輝度に基づいて得ら
れる計測信号のばらつきがより一層少なく抑えられるこ
ととなり、本発明の請求項3に係わるレーザクラッド加
工におけるクラッド層の品質判定方法において、上記し
た構成としていることから、極めて僅かな変化をも見逃
すことなくクラッド層の品質の良否判定を行い得ること
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
ド加工におけるクラッド層の品質判定方法では、上記し
た構成としているので、計測した輝度に基づいて得られ
る計測信号のばらつきを少なく抑えることができ、した
がって、レーザクラッド加工点における溶融池に生じる
僅かな変化をも認識することが可能であり、クラッド層
の品質の良否を確実に判定することができるという非常
に優れた効果がもたらされる。
【0013】本発明の請求項2に係わるレーザクラッド
加工におけるクラッド層の品質判定方法において、上記
した構成としていることから、計測信号のばらつきをよ
り一層少なく抑えることができ、本発明の請求項3に係
わるレーザクラッド加工におけるクラッド層の品質判定
方法では、上記した構成としたため、極めて微少な変化
をも認めることができ、その結果、クラッド層の品質の
良否判定をより一層確実に行う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】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0015】図1および図2は本発明に係わるレーザク
ラッド加工におけるクラッド層の品質判定方法の一実施
例を示している。
【0016】図1に示すように、アルミニウム合金(母
材)1の肉盛り領域に沿って連続供給される粉末状の銅
(肉盛り材料)2にレーザビーム3を照射することによっ
て、アルミニウム合金1上に耐摩耗層としてのクラッド
層4を形成するレーザクラッド加工において、クラッド
層4の品質を判定する場合には、計測器11と、光ファ
イバー12を介して接続する受光部13を備えた輝度計
10の受光部13をクラッド層4の溶融池5に向け、こ
の受光部13による計測範囲を所定の面積に絞ってなる
所定径の計測スポットSを溶融池5の所定位置に設定し
て輝度を計測し、これに基づいて得られる計測信号の変
化から、すなわち、クラッド層4にクラックやポアなど
の不具合をもたらす入熱過多や粉末状の銅2の不足や油
分付着が発生した際に現れる突飛な計測信号から、クラ
ッド層4の品質を認識するようにしている。
【0017】この実施例において、図2に示すように、
溶融池5の幅寸法をW、計測スポットSのスポット径を
dとしたときに、両者間にd<Wの関係が成り立つよう
にして計測スポットSのスポット径dを設定しており、
また、溶融池5の長さ寸法をLとしたときに、計測スポ
ットSを溶融池5の長さ方向の端5aにほぼ接する位置な
いし長さ方向の端5aからL/4の距離をおいた位置に設
定している。
【0018】そこで、計測スポットSのスポット径dを
1mm、溶融池5の幅寸法Wを2mm、溶融池5の長さ寸法
Lを6mm、計測スポットSを溶融池5の長さ方向の端5
aから1mmの距離をおいた位置に設定して、クラッド層
4の品質の判定を試みた際の計測信号を図3の下段左側
(D)に示す。
【0019】この際、図3上段には、溶融池5のほぼ中
央に設定した計測スポットSのスポット径dと溶融池5
の幅寸法Wとの関係がd<Wである場合(A)と、d=W
である場合(B)と、d>Wである場合(C)の各計測信号を
示し、図3下段の中央および右側には、上記実施例と同
じ径(d=1)の計測スポットSを溶融池5の長さ方向の
端5aから約L/4の距離をおいて設定した場合(E)およ
び溶融池5のほぼ中央に設定した場合(F)の各計測信号
を示す。
【0020】図3に示すように、d=Wの場合(B)や、
d>Wの場合(C)には、溶融していないすでに固まって
しまった部分の輝度をも計測してノイズN1として出力
されており((B)から(C)に計測スポットSのスポット径
dを変化させるのにしたがってノイズN1が多くなって
おり)、その結果、計測信号のばらつきが多くなって、
小さな計測信号の変化を見落としてしまう可能性がある
ことが判る。
【0021】また、図3に示すように、計測スポットS
を溶融池5のほぼ中央に設定した場合(F)には、落下供
給される粉末状の銅2を計測スポットSが捕らえてノイ
ズN2として拾っており(計測スポットS(D)から(F)に
移動させるにしたがってノイズN2が多くなってお
り)、本来の溶融池5の輝度を捕らえることができない
ことが判る。
【0022】したがって、図3の結果から、この実施例
に係わるレーザクラッド加工におけるクラッド層の品質
判定方法では、計測信号のばらつきが少なく抑えられる
ことが実証できた。
【0023】また、上記実施例と同じ条件でクラッド層
4の品質の判定を試みるに際して、レーザビーム3の出
力値を故意に変化させた場合の計測信号およびレーザ出
力擬似波形を図4に示す。
【0024】図4の結果から、レーザビーム3の出力値
が増加した時点X(欠陥が生じる時点)で計測信号に顕著
な変化Xaが認められることが判り、したがって、この実
施例に係わるレーザクラッド加工におけるクラッド層の
品質判定方法において、精度良く計測信号が得られるこ
とが立証できた。
【0025】次に、アルミニウム合金1上に油を塗布し
て故意にクラッド層4の品質を変化させた場合の欠陥発
生状況を図5に示し、この状態でクラッド層4の品質の
判定を試みた際の計測信号Yを図6に示す。
【0026】図6の結果から、油塗布部6において計測
信号Yに顕著な変化Xbが認められることが判り、したが
って、この実施例に係わるレーザクラッド加工における
クラッド層の品質判定方法では、精度良くしかも確実に
クラッド層4の品質を判定し得ることが立証できた。
【0027】本発明に係わるレーザクラッド加工におけ
るクラッド層の品質判定方法の詳細な構成は、上記した
実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるレーザクラッド加工におけるク
ラッド層の品質判定方法の一実施例を示す計測状況説明
図である。
【図2】図1におけるクラッド層の拡大平面説明図であ
る。
【図3】本発明に係わるレーザクラッド加工におけるク
ラッド層の品質判定方法において計測スポットのスポッ
ト径を変化させた場合および計測スポット位置を変化さ
せた場合の各計測信号を比較する説明図である。
【図4】本発明の一実施例によるレーザクラッド加工に
おけるクラッド層の品質判定方法でクラッド層の品質を
判定する際に故意にレーザ出力を変化させた場合の計測
信号の変化を示す説明図である。
【図5】本発明の一実施例によるレーザクラッド加工に
おけるクラッド層の品質判定方法でクラッド層の品質を
判定する際に母材に油を塗布して故意にクラッド層に変
化を生じさせた場合の欠陥発生状況説明図である。
【図6】図5の油塗布部での計測信号の変化を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 アルミニウム合金(母材) 2 粉末状の銅(肉盛り材料) 3 レーザビーム 4 クラッド層 5 溶融池 10 輝度計 13 受光部 d 計測スポットのスポット径 L 溶融池の長さ寸法 S 計測スポット W 溶融池の幅寸法

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材の肉盛り領域に沿って連続供給され
    る肉盛り材料にレーザビームを照射することによって母
    材上に形成されるクラッド層の品質を判定するに際し
    て、輝度計の受光部をクラッド層の溶融池に向け、溶融
    池の所定位置に設定した所定径の計測スポットで計測し
    た輝度に基づいて得られる計測信号の変化からクラッド
    層の品質の良否を判定することを特徴とするレーザクラ
    ッド加工におけるクラッド層の品質判定方法。
  2. 【請求項2】 溶融池の幅寸法をW、計測スポットのス
    ポット径をdとした場合、d<Wの関係を満たすべく計
    測スポットのスポット径dを設定する請求項1に記載の
    レーザクラッド加工におけるクラッド層の品質判定方
    法。
  3. 【請求項3】 溶融池の長さ寸法をLとした場合、計測
    スポットを溶融池の長さ方向の端に略接する位置ないし
    長さ方向の端から略L/4の距離をおいた位置に設定す
    る請求項1または2に記載のレーザクラッド加工におけ
    るクラッド層の品質判定方法。
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