JP2013126668A - 肉盛溶接方法および肉盛溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】肉盛部の硬度を確保するとともに溶接欠陥を防止しつつ容易に肉盛溶接を行うこと。
【解決手段】母材５０の被肉盛面Ｐに対して肉盛溶接を行う肉盛溶接方法において、被肉盛面Ｐを周面５１ａとした有底の凹部５１を形成する準備工程と、次に、凹部５１の底面５１ｂに向けて溶加材を供給するとともに、溶加材が供給される凹部５１の底面５１ｂに熱源となるレーザビームを照射し、溶融した溶加材によって凹部５１の底面５１ｂを埋めつつ被肉盛面Ｐに至る肉盛部Ｗを形成する肉盛工程とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、母材の面に肉盛溶接を行う肉盛溶接方法および肉盛溶接装置に関するものである。

耐摩耗性が要求される部品には、当該部品をなす母材に対して硬度の高い材料が肉盛溶接される。肉盛部の硬度は、溶接に伴って溶融する母材による溶加材の希釈の影響を受ける。具体的には、希釈が少なければ硬度が高く、希釈が大きければ硬度が低くなる。希釈量は、一般に溶接入熱が高ければ大きくなる傾向を示す。従って、肉盛溶接においては、母材への溶接入熱について考慮する必要がある。また、連続的に溶加材に熱量が投入された場合、母材との希釈が少ない場合でも結晶粒が大きく成長し、要求硬度を確保できない場合がある。従って、肉盛溶接においては、溶加材への溶接入熱についても考慮する必要がある。また、肉盛溶接では、溶接施工に伴う欠陥（ポロシティ・ブローホールや、母材と溶加材との膨張差による割れなど）を防止する必要もあり、この欠陥発生も溶接入熱などのパラメータと密接に関係している。このような肉盛部の硬度を確保する施工と溶接欠陥を防止する施工との両立は、母材となる対象部品の形状によっては困難な場合があり、特に、比較的小径の穴の内面に肉盛溶接を行う作業は難易度が高く、安定した施工方法が求められている。

従来、例えば、特許文献１に記載の円筒内面の金属肉盛方法では、垂直に配置した円筒の上部開口側より、金属粉末を不活性ガスによって吹き付けると同時に高エネルギー密度を有するレーザ光を照射して内面上に肉盛する方法であって、円筒内面の被肉盛部に相当する部位に、レーザ光を照射している。

特開平１−９１９８７号公報

上述した特許文献１では、被肉盛部に相当する部位にレーザ光を照射しているため、上述のように母材への溶接入熱が高くなるので、希釈が大きければ硬度が低くなるおそれがある。

ところで、現状では、比較的小径の穴の内面に肉盛溶接を行う場合、難易度が高く自動化が困難であることから、専門の溶接士などの作業者による手動のＴＩＧ溶接にて施工されることが多い。このような人手による施工は、作業者の力量により品質がばらつくとともに、同一作業者でも品質にばらつきが生じることがある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、肉盛部の硬度を確保するとともに溶接欠陥を防止しつつ容易に肉盛溶接を行うことのできる肉盛溶接方法および肉盛溶接装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の肉盛溶接方法は、母材の被肉盛面に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接方法において、前記被肉盛面を周面とした有底の凹部を形成する準備工程と、次に、前記凹部の底面に向けて溶加材を供給するとともに、当該溶加材が供給される前記凹部の底面に熱源となるレーザビームを照射し、溶融した前記溶加材によって前記凹部の底面を埋めつつ前記被肉盛面に至る肉盛部を形成する肉盛工程と、を含むことを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材が被肉盛面に接触することにより、当該被肉盛面が溶加材の熱によって溶融することになる。すなわち、被肉盛面には、レーザビームの熱が直接加わることなく、溶融した溶加材の熱が間接的に加わる。このため、母材への入熱が抑えられ、母材の溶融を最小限に抑制することができる。この結果、溶融した溶加材への母材の希釈を少なくすることができ、肉盛部の硬度を高くすることができる。しかも、母材への入熱が抑えることができることから、溶接欠陥（ポロシティ・ブローホールや、母材と溶加材との膨張差による割れなど）を防止することができる。さらに、溶融した溶加材によって凹部の底面を埋めることは、難易度が高くなく容易に肉盛溶接を行うことができる。また、被肉盛面の位置に沿って螺旋状に肉盛溶接した場合、中央部に窪みができやすく、その箇所を基点とした割れが発生しやすいが、本発明の肉盛溶接方法のように、凹部の底面を埋めるように肉盛溶接すれば、肉盛部が層状に形成されるので窪みが発生せず、割れを回避することができる。

また、第２の発明の肉盛溶接方法は、第１の発明の前記肉盛工程において、形成された前記肉盛部の上に新たな肉盛部をさらに積層することを特徴とする。

連続的に溶加材に熱量が投入された場合、溶融した母材との希釈が少ない場合でも結晶粒が大きく成長し、要求硬度を確保できない場合がある。本発明の肉盛溶接方法によれば、肉盛部を断続的に積層することで、結晶粒粗大化を防止し、硬度を確保することができる。

また、第３の発明の肉盛溶接方法は、第１または第２の発明の前記肉盛工程において、前記溶加材を加熱して供給することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、溶加材が溶融しやすくなるため、レーザビームの出力の低減化を図ることができ、母材への入熱をより抑制することができる。

また、第４の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第３のいずれか一つの発明の前記肉盛工程において、前記肉盛部を形成する前に前記母材を予熱処理し、前記肉盛部を形成した後に前記母材を後熱処理することを特徴とする。

母材の形状によっては、肉盛部への拘束に伴う引張応力が大きく肉盛部に割れが発生するおそれがある。本発明の肉盛溶接方法によれば、予熱処理と後熱処理とを併用することで、母材による肉盛部への拘束に伴う引張応力を抑えるため、肉盛部の割れを防止することができる。

また、第５の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第４のいずれか一つの発明の前記肉盛工程において、前記溶加材の供給および当該溶加材を溶融させるレーザビームの照射を複数とすることを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、肉盛溶接の能率を向上することができる。

また、第６の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第５のいずれか一つの発明の前記準備工程において、前記凹部の周面と前記凹部の底面とが繋がる角部を円弧状に形成することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材の角部での流れが良好となるので、母材と溶加材との融合不良を防止することができる。

また、第７の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第６のいずれか一つの発明の前記準備工程において、前記凹部の底面を平坦もしくは開き角の大きな凹型に形成することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した該当箇所の溶加材が凹部の底面によって平坦化されるので、母材への溶加材の溶け込みを安定化させることができる。

また、第８の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第７のいずれか一つの発明において、前記肉盛工程の後、前記凹部の底面に到達する新たな凹部を前記母材に形成する再準備工程と、当該新たな凹部に対して前記肉盛工程と同じく肉盛溶接を行う再肉盛工程と、を含むことを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、母材の厚さが厚い場合（凹部の深さが深い場合）、凹部の深さを浅くして肉盛溶接を容易に行うことができる。

また、第９の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第８のいずれか一つの発明において、前記肉盛工程または前記再肉盛工程の後、前記凹部の中心線に沿って前記母材に貫通穴を形成する加工工程を含むことを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、母材に形成された貫通穴の開口部分の内周面に肉盛部を施す、または母材に形成された貫通穴の内周面に肉盛部を施すことができる。

また、第１０の発明の肉盛溶接方法は、請求項１〜７のいずれか一つの発明の前記準備工程において、前記母材自体に形成した貫通穴の周面を前記被肉盛面とし、前記貫通穴の一方の開口部を、前記溶加材と同じ材料または前記母材と同じ材料で形成された閉塞部材によって閉塞して前記凹部の底面を形成することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、凹部を両側から形成する必要がなく、片側加工で済むことから能率を向上することができる。しかも、各凹部の位置合わせを行わなくてもよいことから、母材の加工における位置精度を向上することができる。なお、閉塞部材を溶加材と同じ材料で形成することで、底面に形成される１層目（１パス目）の肉盛部の硬度を確保することができる。一方、閉塞部材を、母材と同じ材料で形成することで、溶加材で形成した場合と比較して閉塞部材の製造コストを低減することができるとともに、材料の調達性を向上することができる。

また、第１１の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第１０のいずれか一つの発明の前記肉盛工程において、前記凹部の中心線から外れるように前記溶加材の供給および前記レーザビームの照射を行い、前記溶加材の供給位置および前記レーザビームの照射位置を前記凹部の底面から上方に遠ざけるとともに、前記母材を前記凹部の中心線回りに回転させて前記肉盛部を形成することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材を被肉盛面に接触させ、溶加材の熱によって被肉盛面を溶融させる肉盛溶接を再現性良く行うことができ、自動化が可能である。

また、第１２の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第７のいずれか一つの発明の前記準備工程において、前記母材自体に形成した有底の環状溝を、その外周側の周面を前記被肉盛面とした前記凹部とすることを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、この肉盛溶接方法であっても、肉盛部の硬度を確保するとともに溶接欠陥を防止しつつ容易に肉盛溶接を行うことができる。

また、第１３の発明の肉盛溶接方法は、第１２の発明において、前記環状溝からなる前記凹部の内周側の周面を、底面に向けて漸次溝幅を狭くするテーパ面とすることを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、テーパ面によって溶融した溶加材が被肉盛面である凹部の外周側の周面に向けて流動し易くなるため、母材と溶加材との融合不良を防止することができる。また、テーパ面によって開先となる凹部の開口部側が広くなるので、溶接をより容易に行うことができる。

また、第１４の発明の肉盛溶接方法は、第１２または第１３の発明において、前記肉盛工程の後、前記環状溝の内周側を切削して前記母材を貫通する貫通穴を形成する加工工程を含むことを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、母材に形成された貫通穴の開口部分の内周面に肉盛部を施すことができる。

また、第１５の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第７のいずれか一つの発明の前記準備工程において、前記母材自体に形成した貫通穴における開口部分の周面を削って段部を設け、当該段部の周面を前記被肉盛面とし、前記溶加材と同じ材料または前記母材と同じ材料によって前記貫通穴の周面に当接する外周面を有して形成された挿入部材を前記貫通穴に挿入することで、前記段部および前記挿入部材によって環状溝となる前記凹部を形成することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、母材に形成された貫通穴の開口部分の内周面に肉盛部を施すことができる。なお、挿入部材を、溶加材と同じ材料で形成することで、肉盛部の硬度を確保することができる。一方、挿入部材を、母材と同じ材料で形成することで、溶加材で形成した場合と比較して挿入部材の製造コストを低減することができるとともに、材料の調達性を向上することができる。

また、第１６の発明の肉盛溶接方法は、第１５の発明において、前記挿入部材を分割して形成することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、分割した挿入部材によって肉盛部の１層（１パス）分だけ凹部を形成できるため、狭い開先への肉盛溶接とならず、凹部の底面に溶加材を供給したりレーザビームを照射したりするアクセス性を向上することができる。

また、第１７の発明の肉盛溶接方法は、第１５の発明において、前記挿入部材を冷却することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、冷却される挿入部材は、肉盛部から剥離することができるため、繰り返し肉盛溶接に使用することができる。また、冷却される挿入部材は、溶融した溶加材も冷却するため、被肉盛面への入熱を抑えることができ、高硬度の肉盛部を得ることができる。

また、第１８の発明の肉盛溶接方法は、第１〜第７、第１２〜第１７のいずれか一つの発明の前記準備工程において、前記凹部を円形状の環状溝として形成し、前記肉盛工程において、前記凹部の底面に向けて前記溶加材の供給および前記レーザビームの照射を行い、前記溶加材の供給位置および前記レーザビームの照射位置を前記凹部の底面から上方に遠ざけるとともに、前記母材を前記凹部における円形状の環状溝の中心線回りに回転させて前記肉盛部を形成することを特徴とする。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材Ｆを被肉盛面Ｐに接触させ、溶加材Ｆの熱によって被肉盛面Ｐを溶融させる肉盛溶接を再現性良く行うことができ、自動化が可能である。

上述の目的を達成するために、第１９の発明の肉盛溶接装置は、母材に対して有底の凹部が設けられており、前記凹部の前記周面を被肉盛面として肉盛溶接を行う肉盛溶接装置であって、溶加材を供給する溶加材供給部と、前記溶加材を溶融させる熱源となるレーザビームを照射するビーム照射部と、レーザビームにより溶加材を溶融させる雰囲気中にシールドガスを供給するシールドガス供給部と、前記母材を前記凹部の中心線回りに回転させる回転部と、前記溶加材供給部による溶加材の供給位置および前記ビーム照射部によるレーザビームの照射位置が、前記凹部の中心線から外れつつ前記凹部の底面に至るように前記溶加材供給部および前記ビーム照射部を支持するとともに、前記凹部の中心線に沿って溶加材の供給位置およびレーザビームの照射位置を移動させる移動部と、を備えることを特徴とする。

この肉盛溶接装置によれば、凹部の中心線Ｓから外れるように凹部の底面に溶加材の供給およびレーザビームの照射を行い、溶加材の供給位置およびレーザビームの照射位置を凹部の底面から上方に遠ざけるとともに、母材を凹部の中心線回りに回転させて肉盛部を形成する肉盛工程を行うことが可能である。従って、溶融した溶加材への母材の希釈を少なくすることができ、肉盛部の硬度を高くすることができる。しかも、母材への入熱が抑えることができることから、溶接欠陥（ポロシティ・ブローホールや、母材と溶加材との膨張差による割れなど）を防止することができる。さらに、溶融した溶加材によって凹部の底面を埋めることは、難易度が高くなく容易に肉盛溶接を行うことができ、自動化が可能である。

上述の目的を達成するために、第２０の発明の肉盛溶接装置は、母材に対して円形状の環状溝からなる凹部が設けられており、前記凹部を開先として肉盛溶接を行う肉盛溶接装置であって、溶加材を供給する溶加材供給部と、前記溶加材を溶融させる熱源となるレーザビームを照射するビーム照射部と、レーザビームにより溶加材を溶融させる雰囲気中にシールドガスを供給するシールドガス供給部と、前記母材を前記凹部における円形状の環状溝の中心線回りに回転させる回転部と、前記溶加材供給部による溶加材の供給位置および前記ビーム照射部によるレーザビームの照射位置が、前記凹部の底面に至るように前記溶加材供給部および前記ビーム照射部を支持するとともに、前記凹部における円形状の環状溝の中心線回りに溶加材の供給位置およびレーザビームの照射位置を移動させる移動部と、を備えることを特徴とする。

この肉盛溶接装置によれば、凹部の底面に溶加材の供給およびレーザビームの照射を行い、溶加材の供給位置およびレーザビームの照射位置を凹部の底面から上方に遠ざけるとともに、母材を凹部における円形状の環状溝の中心線回りに回転させて肉盛部を形成する肉盛工程を行うことが可能である。従って、溶融した溶加材への母材の希釈を少なくすることができ、肉盛部の硬度を高くすることができる。しかも、母材への入熱が抑えることができることから、溶接欠陥（ポロシティ・ブローホールや、母材と溶加材との膨張差による割れなど）を防止することができる。さらに、溶融した溶加材によって凹部の底面を埋めることは、難易度が高くなく容易に肉盛溶接を行うことができ、自動化が可能である。

本発明によれば、肉盛部の硬度を確保するとともに溶接欠陥を防止しつつ容易に肉盛溶接を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る肉盛溶接装置の概略図である。 図２は、肉盛溶接される母材の平面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る肉盛溶接方法の工程図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る肉盛溶接方法の工程図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る肉盛溶接装置の概略図である。 図７は、肉盛溶接される母材の平面図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る肉盛溶接方法の工程図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。 図１１は、本発明の実施の形態２に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。 図１２は、本発明の実施の形態２に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る肉盛溶接装置の概略図であり、図２は、肉盛溶接される母材の平面図である。

本実施の形態の肉盛溶接装置１は、図１および図２に示すように、母材５０に対して周面５１ａが円形状で有底の凹部５１が設けられており、この母材５０における凹部５１の周面５１ａを被肉盛面Ｐとし、当該被肉盛面Ｐに肉盛溶接を行う。ここで、母材５０は、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４）を材料として形成されている。

肉盛溶接装置１は、図１に示すように、溶加材供給部２と、ビーム照射部３と、シールドガス供給部４と、回転部５と、移動部６と、温度計測部７と、制御部８を有している。

溶加材供給部２は、溶加材Ｆを供給するものである。本実施の形態では、溶加材供給部２は、ワイヤ形状とした溶加材Ｆを巻装するローラ２ａと、当該ローラ２ａを回転させて溶加材Ｆを送り出すモータ２ｂとを有している。ローラ２ａおよびモータ２ｂは、フレーム９に設けられている。溶加材Ｆは、母材５０よりも硬い材料であって、例えば、コバルト基合金が用いられる。なお、溶加材供給部２は、図には明示しないが、パウダー状とした溶加材を供給するものであってもよく、この場合、パウダー状とした溶加材を定量供給するホッパと、当該ホッパを駆動するモータとを有する。また、溶加材供給部２は、溶加材Ｆを加熱する加熱部１０を有している。加熱部１０は、溶加材Ｆを溶融させるほどの入熱はしないもので、例えば、ローラ２ａや不図示のホッパに設けられる。

ビーム照射部３は、溶加材Ｆを溶融させる熱源となるレーザビームＢを照射するものである。本実施の形態では、ビーム照射部３は、レーザビームＢを発生させるレーザ発生源３ａを有し、発生したレーザビームＢを光ファイバ３ｂで送り、出射器３ｃによって出射する。出射器３ｃは、フレーム９に対して設けられている。なお、ビーム照射部３は、レーザビームＢを光ファイバ３ｂで送る構成に限らない。例えば、図には明示しないが、発生したレーザビームＢをミラーで伝送する構成や、レーザ発生源３ａで発生したレーザビームＢを直接出射する構成であってもよい。

シールドガス供給部４は、レーザビームＢにより溶加材Ｆを溶融させる雰囲気中に供給管４ａを通じてシールドガスを供給するものである。

回転部５は、母材５０を凹部５１の中心線Ｓ回りに回転させるものである。本実施の形態では、回転部５は、母材５０を、凹部５１の開口部を上方に向けた状態で配置する配置部材５ａと、配置部材５ａを回転可能に支持する回転支持部材５ｂと、回転支持部材５ｂを回転させる回転機構５ｃと、回転機構５ｃの駆動源となるモータ５ｄとを有している。回転機構５ｃは、例えば、回転支持部材５ｂに取り付けられて配置部材５ａに配置された母材５０における凹部５１の中心線Ｓに対して回転中心が一致するローラと、モータ５ｄの出力軸に取り付けられたローラと、各ローラに掛け回された環状のベルトとからなる。なお、図には明示しないが、回転部５は、凹部５１の中心線Ｓ回りに凹部５１と各供給位置とが相対的に回転移動するよう設けられていればよく、溶加材供給部２およびビーム照射部３が取り付けられたフレーム９を回転するように構成されていてもよい。

移動部６は、溶加材供給部２による溶加材Ｆの供給位置、およびビーム照射部３によるレーザビームＢの照射位置を上下に移動させるものである。本実施の形態では、移動部６は、上下方向に延在するように肉盛溶接装置１の装置フレーム（図示せず）に固定されたレール６ａと、当該レール６ａに沿って上下方向に移動可能に設けられており上記フレーム９が取り付けられたスライダ６ｂと、スライダ６ｂをレール６ａに沿って移動させる移動機構（図示せず）の駆動源となるモータ６ｃとを有している。また、移動部６は、溶加材供給部２による溶加材Ｆの供給位置、およびビーム照射部３によるレーザビームＢの照射位置を水平方向に移動させる機構、すなわち、図には明示しないが、肉盛溶接装置１の装置フレームに対してレール６ａを水平方向に移動可能に支持するために、レールとスライダと水平方向の移動機構の駆動源となるモータとを有している。

なお、溶加材供給部２による溶加材Ｆの供給位置とは、母材５０における凹部５１の底面であって、凹部５１の中心線Ｓから外れた位置である。この溶加材Ｆの供給位置は、例えば、凹部５１の穴径をφ１６ｍｍとした場合、中心線Ｓから２ｍｍ離れた位置とする。溶加材供給部２による溶加材Ｆの供給は、中心線Ｓに沿って行う。また、ビーム照射部３によるレーザビームＢの照射位置は、母材５０における凹部５１の底面であって、凹部５１の中心線Ｓから外れ、かつ溶加材Ｆが供給される供給位置にて当該溶加材Ｆを溶融させる位置である。このレーザビームＢの照射位置は、例えば、凹部５１の穴径をφ１６ｍｍとした場合、中心線Ｓから３ｍｍ離れた位置、すなわち溶加材Ｆの供給位置から１ｍｍ離れた位置とする。ビーム照射部３によるレーザビームＢの照射は、中心線Ｓに対して所定角度（例えば、１０度）傾斜させて行う。凹部５１の内径、凹部５１の深さ、母材５０の大きさ、母材５０の材料に応じ、溶加材供給部２によって供給する溶加材Ｆにおける中心線Ｓに対する距離や角度、およびビーム照射部３によって照射するレーザビームＢにおける中心線Ｓに対する距離や角度を調整する。

温度計測部７は、レーザビームＢによって溶加材Ｆが溶融された肉盛部（他図にて符号Ｗを付す）の温度を計測するものである。本実施の形態では、温度計測部７は、例えば、熱電対や放射温度計が適用される。

また、肉盛溶接装置１は、母材５０を予熱する予熱部１１、および母材５０を冷却して後熱させる後熱部１２が設けられていてもよい。予熱部１１や後熱部１２は、母材５０の外周に装着されるか、または、回転部５の配置部材５ａに設置される。なお、図１（図６）において、予熱部１１および後熱部１２は、母材５０の周囲に取り付ける形態として示しているが、肉盛溶接装置１の構成として別置きの炉やバーナーとして構成されていてもよい。

制御部８は、マイコンなどで構成され、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部（図示せず）に、上述した溶加材供給部２、ビーム照射部３、シールドガス供給部４、回転部５、移動部６、加熱部１０、予熱部１１、および後熱部１２を制御するためのプログラムやデータが格納されている。具体的に、制御部８は、溶加材Ｆを供給するために溶加材供給部２のモータ２ｂを制御する。また、制御部８は、レーザビームＢを照射するためにビーム照射部３のレーザ発生源３ａを制御する。また、制御部８は、シールドガスを供給するためにシールドガス供給部４を制御する。また、制御部８は、溶加材Ｆの供給およびレーザビームＢの照射を各供給位置とし、かつ溶加材ＦおよびレーザビームＢの供給位置を上下に移動させるように移動部６を制御する。また、制御部８は、母材５０を回転させ、凹部５１の中心線Ｓ回りに凹部５１と各供給位置とが相対的に回転移動するように回転部５を制御する。また、制御部８は、温度計測部７にて計測された温度を取得し、当該温度に基づいて、溶加材Ｆを供給する溶加材供給部２のモータ２ｂの制御、およびレーザビームＢを照射するビーム照射部３のレーザ発生源３ａの制御を行う。また、制御部８は、溶加材Ｆを加熱するために加熱部１０を制御する。また、制御部８は、母材５０を予熱するために予熱部１１を制御する。また、制御部８は、母材５０を後熱するために後熱部１２を制御する。

上述した肉盛溶接装置１の制御であって、本実施の形態の肉盛溶接方法について説明する。図３および図４は、本実施の形態に係る肉盛溶接方法の工程図である。

まず、肉盛溶接を行う前の準備工程として、被肉盛面Ｐを周面５１ａとして底面５１ｂを有する凹部５１を形成する。凹部５１の周面５１ａは、図２に示したように円形状であることが好ましいが、多角形状であってもよい。

次に、肉盛工程を行う。肉盛工程は、図１に示すように、凹部５１の底面５１ｂに向けて溶加材Ｆを供給するとともに、当該溶加材Ｆが供給される凹部５１の底面５１ｂに熱源となるレーザビームＢを照射し、図３（ａ）に示すように、溶融した溶加材Ｆによって凹部５１の底面５１ｂを埋めつつ被肉盛面Ｐ（周面５１ａ）に至る肉盛部Ｗを形成する。

この肉盛工程は、上述した肉盛溶接装置１によって、図１に示すように、シールドガス供給部４によりシールドガスを供給しつつ、溶加材供給部２およびビーム照射部３により、凹部５１の中心線Ｓから外れるように底面５１ｂに向けて溶加材Ｆの供給およびレーザビームＢの照射を行い、移動部６により、溶加材Ｆの供給位置およびレーザビームＢの照射位置を凹部５１の底面５１ｂから上方に遠ざけるとともに、回転部５により、母材５０を凹部５１の中心線Ｓ回りに回転させることで、肉盛部Ｗを形成する。このとき、供給する溶加材Ｆを加熱部１０によって加熱する。また、肉盛部Ｗを形成する前には、予熱部１１によって母材５０を予熱し、肉盛部Ｗが形成した後には、後熱部１２によって母材５０の熱を徐冷する。

さらに、肉盛工程において、図３（ｂ）に示すように、形成された肉盛部Ｗの上に新たな肉盛部Ｗをさらに積層する。これを、図３（ｃ）に示すように、凹部５１が完全に埋まり、全ての被肉盛面Ｐ（周面５１ａ）に肉盛溶接がなされるまで行う。なお、肉盛工程は、１層（１パス）で形成される肉盛部Ｗによって凹部５１が完全に埋まり、全ての被肉盛面Ｐ（周面５１ａ）に肉盛溶接がなされれば、肉盛部Ｗを複数層（複数パス）としなくてもよい。この新たな肉盛部Ｗをさらに積層する場合、肉盛溶接装置１は、先に形成された肉盛部Ｗの温度を温度計測部７によって測定し、この測定された温度が所定範囲となった場合、新たな肉盛部Ｗを形成する。

さらに、上記肉盛工程の後は、図４（ａ）に示すように、再準備工程として、母材５０を上下反転させ、凹部５１の底面５１ｂに到達する新たな凹部５２を母材５０に形成する。新たな凹部５２は、被肉盛面Ｐを周面５２ａとして、先に形成された肉盛部Ｗを底面５２ｂとして有する。次に、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、再肉盛工程として、新たな凹部５２に対して上記肉盛工程と同じく肉盛溶接を行う。次に、加工工程として、図４（ｄ）に示すように、肉盛部Ｗが周面となるように、凹部５１，５２の中心線Ｓに沿う貫通穴５３を母材５０に形成する。この加工工程により、母材５０に形成された貫通穴５３の内周面に肉盛部Ｗが施される。この貫通穴５３は、周面に硬質の肉盛部Ｗが設けられていることから、耐摩耗性を有することになる。なお、上記肉盛工程の後、凹部５１の中心線Ｓに沿う貫通穴５３を母材５０に形成すれば、母材５０に形成された貫通穴５３の開口部分の内周面に肉盛部Ｗが施されることになる。

このように、本実施の形態の肉盛溶接方法は、被肉盛面Ｐを周面５１ａ（５２ａ）とし底面５１ｂ（５２ｂ）を有する凹部５１（５２）を形成する準備工程と、次に、凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）に向けて溶加材Ｆを供給するとともに、溶加材Ｆが供給される凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）に熱源となるレーザビームＢを照射し、溶融した溶加材Ｆによって凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）を埋めつつ被肉盛面Ｐに至る肉盛部Ｗを形成する肉盛工程とを含む。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材Ｆが被肉盛面Ｐに接触することにより、当該被肉盛面Ｐが溶加材Ｆの熱によって溶融することになる。すなわち、被肉盛面Ｐには、レーザビームＢの熱が直接加わることなく、溶融した溶加材Ｆの熱が間接的に加わる。このため、母材５０への入熱が抑えられ、母材５０の溶融を最小限に抑制することが可能になる。この結果、溶融した溶加材Ｆへの母材５０の希釈を少なくすることができ、肉盛部Ｗの硬度を高くすることが可能になる。しかも、母材５０への入熱が抑えることができることから、溶接欠陥（ポロシティ・ブローホールや、母材５０と溶加材Ｆとの膨張差による割れなど）を防止することが可能になる。さらに、溶融した溶加材Ｆによって凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）を埋めることは、難易度が高くなく容易に肉盛溶接を行うことが可能である。また、被肉盛面Ｐの位置に沿って螺旋状に肉盛溶接した場合、中央部に窪みができやすく、その箇所を基点とした割れが発生しやすいが、本実施の形態の肉盛溶接方法のように、凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）を埋めるように肉盛溶接すれば、肉盛部Ｗが層状に形成されるので窪みが発生せず、割れを回避することが可能である。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、形成された肉盛部Ｗの上に新たな肉盛部Ｗをさらに積層する。

連続的に溶加材Ｆに熱量が投入された場合、溶融した母材５０との希釈が少ない場合でも結晶粒が大きく成長し、要求硬度を確保できない場合がある。この肉盛溶接方法によれば、肉盛部Ｗを断続的に積層することで、結晶粒粗大化を防止し、硬度を確保することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、溶加材Ｆを加熱して供給する。

この肉盛溶接方法によれば、溶加材Ｆが溶融しやすくなるため、レーザビームＢの出力の低減化を図ることができ、母材５０への入熱をより抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、肉盛部Ｗを形成する前に母材５０を予熱処理し、肉盛部Ｗを形成した後に母材５０を後熱処理する。

母材５０の形状によっては、肉盛部Ｗへの拘束に伴う引張応力が大きく肉盛部Ｗに割れが発生するおそれがある。この肉盛溶接方法によれば、予熱処理と後熱処理とを併用することで、母材５０による肉盛部Ｗへの拘束に伴う引張応力を抑えるため、肉盛部Ｗの割れを防止することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、溶加材Ｆの供給（溶加材供給部２）および溶加材Ｆを溶融させるレーザビームＢの照射（ビーム照射部３）を複数とする。

この肉盛溶接方法によれば、肉盛溶接の能率を向上することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、準備工程において、図１または図４に示すように、凹部５１（５２）の周面５１ａ（５２ａ）と凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）とが繋がる角部５１ｃ（５２ｃ）を円弧状に形成する。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材Ｆの角部５１ｃ（５２ｃ）での流れが良好となるので、母材５０と溶加材Ｆとの融合不良を防止することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、準備工程において、凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）を平坦もしくは開き角の大きな凹型に形成する。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した該当箇所の溶加材Ｆが凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）によって平坦化されるので、母材５０への溶加材Ｆの溶け込みを安定化させることが可能になる。なお、凹部５１（５２）を形成する切削工具の刃先が、平坦に近い開き角の大きな形状（例えば、１２０°以上）に形成されている場合は、凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）を平坦としなくても問題はない。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程の後、凹部５１の底面５１ｂに到達する新たな凹部５２を母材５０に形成する再準備工程と、当該新たな凹部５２に対して前記肉盛工程と同じく肉盛溶接を行う再肉盛工程とを含む。

この肉盛溶接方法によれば、母材５０の厚さが厚い場合（凹部の深さが深い場合）、凹部５１，５２の深さを浅くして肉盛溶接を容易に行うことが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程または再肉盛工程の後、凹部５１（５２）の中心線Ｓに沿って母材５０に貫通穴５３を形成する加工工程を含む。

この肉盛溶接方法によれば、母材５０に形成された貫通穴５３の開口部分の内周面に肉盛部Ｗを施す、または母材５０に形成された貫通穴５３の内周面に肉盛部Ｗを施すことが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、凹部５１（５２）の中心線Ｓから外れるように溶加材Ｆの供給およびレーザビームＢの照射を行い、溶加材Ｆの供給位置およびレーザビームＢの照射位置を凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）から上方に遠ざけるとともに、母材５０を凹部５１（５２）の中心線Ｓ回りに回転させて肉盛部Ｗを形成する。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材Ｆを被肉盛面Ｐに接触させ、溶加材Ｆの熱によって被肉盛面Ｐを溶融させる肉盛溶接を再現性良く行うことができ、自動化が可能である。

図５は、本実施の形態に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。図５（ａ）に示すように、この肉盛溶接方法は、準備工程において、母材５０自体に形成した貫通穴５４の周面５４ａを被肉盛面Ｐとする。そして、貫通穴５４の一方の開口部を、溶加材Ｆと同じ材料または母材５０と同じ材料で形成された閉塞部材５５によって閉塞して底面５４ｂを形成する。その後は、図５（ｂ）に示すように、上述した肉盛工程を行う。その後、図５（ｃ）に示すように、上述した加工工程を行う。なお、閉塞部材５５は、図５（ａ）に示したように貫通穴５４の一方の開口部に突き当たる板材に限らず、図には明示しないが、貫通穴５４の一方の開口部に貫入される棒材であってもよい。

この肉盛溶接方法によれば、上述の凹部５２を形成する必要がなくなる。このため、片側加工で済むことから能率を向上することが可能になる。しかも、凹部５１と凹部５２との位置合わせを行わなくてもよいことから、母材５０の加工における位置精度を向上することが可能になる。また、閉塞部材５５を、溶加材Ｆと同じ材料で形成することで、底面５４ｂに形成される１層目（１パス目）の肉盛部Ｗの硬度を確保することが可能になる。一方、閉塞部材５５を、母材５０と同じ材料で形成することで、溶加材Ｆで形成した場合と比較して閉塞部材５５の製造コストを低減することが可能になるとともに、材料の調達性を向上することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接装置１は、母材５０に対して有底の凹部５１（５２）が設けられており、凹部５１（５２）の周面５１ａ（５２ａ）を被肉盛面Ｐとして肉盛溶接を行うもので、溶加材Ｆを供給する溶加材供給部２と、溶加材Ｆを溶融させる熱源となるレーザビームＢを照射するビーム照射部３と、レーザビームＢにより溶加材Ｆを溶融させる雰囲気中にシールドガスを供給するシールドガス供給部４と、母材５０を凹部５１（５２）の中心線Ｓ回りに回転させる回転部５と、溶加材供給部２による溶加材Ｆの供給位置およびビーム照射部３によるレーザビームＢの照射位置が、凹部５１（５２）の中心線Ｓから外れつつ凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）に至るように溶加材供給部２およびビーム照射部３を支持するとともに、凹部５１（５２）の中心線Ｓに沿って溶加材Ｆの供給位置およびレーザビームＢの照射位置を移動させる移動部６とを備える。

この肉盛溶接装置によれば、凹部５１（５２）の中心線Ｓから外れるように凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）に溶加材Ｆの供給およびレーザビームＢの照射を行い、溶加材Ｆの供給位置およびレーザビームＢの照射位置を凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）から上方に遠ざけるとともに、母材５０を凹部５１（５２）の中心線Ｓ回りに回転させて肉盛部Ｗを形成する肉盛工程を行うことが可能である。従って、溶融した溶加材Ｆへの母材５０の希釈を少なくすることができ、肉盛部Ｗの硬度を高くすることが可能になる。しかも、母材５０への入熱が抑えることができることから、溶接欠陥（ポロシティ・ブローホールや、母材５０と溶加材Ｆとの膨張差による割れなど）を防止することが可能になる。さらに、溶融した溶加材Ｆによって凹部５１（５２）の底面５１ｂ（５２ｂ）を埋めることは、難易度が高くなく容易に肉盛溶接を行うことができ、自動化が可能である。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態に係る肉盛溶接装置の概略図であり、図７は、肉盛溶接される母材の平面図である。

本実施の形態の肉盛溶接装置１’は、図６および図７に示すように、上述した実施の形態１に係る肉盛溶接装置１に対し、肉盛溶接を行う対象である母材６０が相違する。すなわち、肉盛溶接装置１’は、母材６０に対して円形状の環状溝からなる凹部６１が設けられており、凹部６１を開先として肉盛溶接を行う。そして、肉盛溶接装置１’は、上述した実施の形態１に係る肉盛溶接装置１に対して基本となる構成が同様であるため、図において同一の符号を付し、その説明を省略する。異なる点としては、回転部５は、母材６０を、凹部６１における円形状の環状溝の中心線Ｓ回りに回転させることである。

上述した肉盛溶接装置１の制御であって、本実施の形態の肉盛溶接方法について説明する。図８は、本実施の形態に係る肉盛溶接方法の工程図である。

まず、肉盛溶接を行う前の準備工程として、母材６０自体に対し有底の環状溝である凹部６１を形成し、環状溝の外周側の周面６１ａを被肉盛面Ｐとする。

次に、肉盛工程を行う。肉盛工程は、図６に示すように、凹部６１の底面６１ｂに向けて溶加材Ｆを供給するとともに、当該溶加材Ｆが供給される凹部６１の底面６１ｂに熱源となるレーザビームＢを照射し、図８（ａ）に示すように、溶融した溶加材Ｆによって凹部６１の底面６１ｂを埋めつつ被肉盛面Ｐ（周面６１ａ）に至る肉盛部Ｗを形成する。

この肉盛工程は、上述した肉盛溶接装置１’によって、図６に示すように、シールドガス供給部４によりシールドガスを供給しつつ、溶加材供給部２およびビーム照射部３により、底面６１ｂに向けて溶加材Ｆの供給およびレーザビームＢの照射を行い、移動部６により、溶加材Ｆの供給位置およびレーザビームＢの照射位置を凹部６１の底面６１ｂから上方に遠ざけるとともに、回転部５により、母材６０を、凹部６１における円形状の環状溝の中心線Ｓ回りに回転させることで、肉盛部Ｗを形成する。このとき、供給する溶加材Ｆを加熱部１０によって加熱する。また、肉盛部Ｗを形成する前には、予熱部１１によって母材５０を予熱し、肉盛部Ｗが形成した後には、後熱部１２によって母材５０の熱を徐冷する。

さらに、肉盛工程において、図８（ｂ）に示すように、形成された肉盛部Ｗの上に新たな肉盛部Ｗをさらに積層する。これを、凹部６１が完全に埋まり、全ての被肉盛面Ｐ（周面６１ａ）に肉盛溶接がなされるまで行う。なお、肉盛工程は、１層（１パス）で形成される肉盛部Ｗによって凹部６１が完全に埋まり、全ての被肉盛面Ｐ（周面６１ａ）に肉盛溶接がなされれば、肉盛部Ｗを複数層（複数パス）としなくてもよい。この新たな肉盛部Ｗをさらに積層する場合、肉盛溶接装置１’は、先に形成された肉盛部Ｗの温度を温度計測部７によって測定し、この測定された温度が所定範囲となった場合、新たな肉盛部Ｗを形成する。

次に、加工工程として、図８（ｃ）に示すように、肉盛部Ｗが周面となるように、凹部６１の中心線Ｓに沿って環状溝の内周側を切削して貫通穴６３を母材６０に形成する。この加工工程により、母材６０に形成された貫通穴６３の開口部分の内周面に肉盛部Ｗが施される。この貫通穴６３は、周面に硬質の肉盛部Ｗが設けられていることから、耐摩耗性を有することになる。

このように、本実施の形態の肉盛溶接方法は、被肉盛面Ｐを周面６１ａとし底面６１ｂを有する凹部６１を形成する準備工程と、次に、凹部６１の底面６１ｂに向けて溶加材Ｆを供給するとともに、溶加材Ｆが供給される凹部６１の底面６１ｂに熱源となるレーザビームＢを照射し、溶融した溶加材Ｆによって凹部６１の底面６１ｂを埋めつつ被肉盛面Ｐに至る肉盛部Ｗを形成する肉盛工程とを含む。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材Ｆが被肉盛面Ｐに接触することにより、当該被肉盛面Ｐが溶加材Ｆの熱によって溶融することになる。すなわち、被肉盛面Ｐには、レーザビームＢの熱が直接加わることなく、溶融した溶加材Ｆの熱が間接的に加わる。このため、母材６０への入熱が抑えられ、母材６０の溶融を最小限に抑制することが可能になる。この結果、溶融した溶加材Ｆへの母材６０の希釈を少なくすることができ、肉盛部Ｗの硬度を高くすることが可能になる。しかも、母材６０への入熱が抑えることができることから、溶接欠陥（ポロシティ・ブローホールや、母材６０と溶加材Ｆとの膨張差による割れなど）を防止することが可能になる。さらに、溶融した溶加材Ｆによって凹部６１の底面６１ｂを埋めることは、難易度が高くなく容易に肉盛溶接を行うことが可能である。また、被肉盛面Ｐの位置に沿って螺旋状に肉盛溶接した場合、中央部に窪みができやすく、その箇所を基点とした割れが発生しやすいが、本実施の形態の肉盛溶接方法のように、凹部６１の底面６１ｂを埋めるように肉盛溶接すれば、肉盛部Ｗが層状に形成されるので窪みが発生せず、割れを回避することが可能である。

特に、本実施の形態の肉盛溶接方法は、準備工程において、母材６０自体に形成した有底の環状溝を、その外周側の周面６１ａを被肉盛面Ｐとした凹部６１を開先としている。この肉盛溶接方法であっても、肉盛部Ｗの硬度を確保するとともに溶接欠陥を防止しつつ容易に肉盛溶接を行うことが可能である。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、形成された肉盛部Ｗの上に新たな肉盛部Ｗをさらに積層する。

連続的に溶加材Ｆに熱量が投入された場合、溶融した母材６０との希釈が少ない場合でも結晶粒が大きく成長し、要求硬度を確保できない場合がある。この肉盛溶接方法によれば、肉盛部Ｗを断続的に積層することで、結晶粒粗大化を防止し、硬度を確保することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、溶加材Ｆを加熱して供給する。

この肉盛溶接方法によれば、溶加材Ｆが溶融しやすくなるため、レーザビームＢの出力の低減化を図ることができ、母材６０への入熱をより抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、肉盛部Ｗを形成する前に母材６０を予熱処理し、肉盛部Ｗを形成した後に母材６０を後熱処理する。

母材６０の形状によっては、肉盛部Ｗへの拘束に伴う引張応力が大きく肉盛部Ｗに割れが発生するおそれがある。この肉盛溶接方法によれば、予熱処理と後熱処理とを併用することで、母材６０による肉盛部Ｗへの拘束に伴う引張応力を抑えるため、肉盛部Ｗの割れを防止することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程において、溶加材Ｆの供給（溶加材供給部２）および溶加材Ｆを溶融させるレーザビームＢの照射（ビーム照射部３）を複数とする。この場合、複数とする溶加材供給部２およびビーム照射部３は、環状溝の円形状の周方向での複数位置に設ける。

この肉盛溶接方法によれば、肉盛溶接の能率を向上することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、準備工程において、図６または図８に示すように、凹部６１の周面６１ａと底面６１ｂとが繋がる角部６１ｃを円弧状に形成する。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材Ｆの角部６１ｃでの流れが良好となるので、母材６０と溶加材Ｆとの融合不良を防止することが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、準備工程において、凹部６１の底面６１ｂ（５２ｂ）を平坦もしくは開き角の大きな凹型に形成する。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した該当箇所の溶加材Ｆが凹部６１の底面６１ｂによって平坦化されるので、母材６０への溶加材Ｆの溶け込みを安定化させることが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、肉盛工程の後、環状溝の内周側を切削して母材６０を貫通する貫通穴６３を形成する加工工程を含む。

この肉盛溶接方法によれば、母材６０に形成された貫通穴６３の開口部分の内周面に肉盛部Ｗを施すことが可能になる。なお、環状溝の外周側であって母材６０の外周を切削すれば、柱状の母材６０の先端部分の外周面に肉盛部Ｗを施すことが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接方法は、準備工程において、凹部６１を円形状の環状溝として形成し、肉盛工程において、凹部６１の底面６１ｂに向けて溶加材Ｆの供給およびレーザビームＢの照射を行い、溶加材Ｆの供給位置およびレーザビームＢの照射位置を凹部６１の底面６１ｂから上方に遠ざけるとともに、母材６０を凹部６１における円形状の環状溝の中心線Ｓ回りに回転させて肉盛部Ｗを形成する。

この肉盛溶接方法によれば、溶融した溶加材Ｆを被肉盛面Ｐに接触させ、溶加材Ｆの熱によって被肉盛面Ｐを溶融させる肉盛溶接を再現性良く行うことができ、自動化が可能である。

図９は、本実施の形態に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。図９（ａ）に示すように、この肉盛溶接方法は、準備工程において、環状溝からなる凹部６１の内周側の周面を、底面６１ｂに向けて漸次溝幅を狭くするテーパ面６１ｄとする。その後は、図９（ｂ）に示すように、上述した肉盛工程を行う。その後、図９（ｃ）に示すように、上述した加工工程を行う。

この肉盛溶接方法によれば、テーパ面６１ｄによって溶融した溶加材Ｆが被肉盛面Ｐである凹部６１の外周側の周面６１ａに向けて流動し易くなるため、母材６０と溶加材Ｆとの融合不良を防止することが可能になる。また、テーパ面６１ｄによって開先となる凹部６１の開口部側が広くなるので、溶接をより容易に行うことが可能になる。

図１０は、本実施の形態に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。図１０（ａ）に示すように、この肉盛溶接方法は、準備工程において、母材６０自体に形成した貫通穴６４における開口部分の周面を削って段部６４ａを設け、当該段部６４ａの周面を被肉盛面Ｐとし、溶加材Ｆと同じ材料または母材６０と同じ材料によって貫通穴６４の周面に当接する外周面を有して形成された挿入部材６５を貫通穴６４に挿入することで、段部６４ａおよび挿入部材６５によって環状溝となる凹部６１を形成する。その後は、図１０（ｂ）に示すように、上述した肉盛工程を行う。その後、図１０（ｃ）に示すように、挿入部材６５を貫通穴６４から取り除く。なお、挿入部材６５は、貫通穴６４の周面に当接する外周面を有して形成されていればよく、図１０（ａ）に示す棒材に限らず、図には明示しないが、管材であってもよい。

この肉盛溶接方法によれば、母材６０に形成された貫通穴６３の開口部分の内周面に肉盛部Ｗを施すことが可能になる。また、挿入部材６５を、溶加材Ｆと同じ材料で形成することで、肉盛部Ｗの硬度を確保することが可能になる。一方、挿入部材６５を、母材６０と同じ材料で形成することで、溶加材Ｆで形成した場合と比較して挿入部材６５の製造コストを低減することが可能になるとともに、材料の調達性を向上することが可能になる。

図１１は、本実施の形態に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。図１１（ａ）に示すように、この肉盛溶接方法は、上述した挿入部材６５を分割して形成する。そして、分割した挿入部材６５によって、肉盛部Ｗの１層（１パス）分だけ凹部６１を形成する。その後、図１１（ｂ）に示すように、次の層（パス）分の凹部６１を形成するように、順次挿入部材６５を積み重ねつつ、肉盛溶接を行って肉盛部Ｗを順次形成する。その後、図１１（ｃ）に示すように、挿入部材６５を貫通穴６４から取り除く。なお、分割した挿入部材６５は、貫通穴６４の周面に当接する外周面を有して形成されていればよく、図１１（ａ）に示す棒材に限らず、図には明示しないが、管材であってもよい。

この肉盛溶接方法によれば、図１０（ａ）に示す一塊の挿入部材６５を用いた場合と比較して、分割した挿入部材６５によって肉盛部Ｗの１層（１パス）分だけ凹部６１を形成できるため、狭い開先への肉盛溶接とならず、凹部６１の底面６１ｂに溶加材Ｆを供給したりレーザビームＢを照射したりするアクセス性を向上することが可能になる。

図１２は、本実施の形態に係る他の肉盛溶接方法の工程図である。図１２（ａ）に示すように、この肉盛溶接方法は、上述した挿入部材６５を冷却する。挿入部材６５を冷却する場合、例えば、挿入部材６５を熱伝導性の高い材料（例えば、銅）や、耐熱性（融点）の高い材料（例えば、タングステン）で形成して内部に通水路（図示せず）を設け、この通水路に冷却水を通す。挿入部材６５を冷却すると、その外周面には、溶融した溶加材Ｆが融合しないので、肉盛部Ｗから剥離することが可能になる。従って、図１２（ａ）に示すように、挿入部材６５によって肉盛部Ｗの１層（１パス）分だけ凹部６１を形成する。その後、図１２（ｂ）に示すように、次の層（パス）分の凹部６１を形成するように、順次挿入部材６５を移動させつつ、肉盛溶接を行って肉盛部Ｗを順次形成する。その後、図１２（ｃ）に示すように、挿入部材６５を貫通穴６４から取り除く。

この肉盛溶接方法によれば、冷却される挿入部材６５は、図１０および図１１に示す挿入部材６５とは異なり、肉盛部Ｗから剥離することができるため、繰り返し肉盛溶接に使用することが可能になる。また、冷却される挿入部材６５は、溶融した溶加材Ｆも冷却するため、被肉盛面Ｐへの入熱を抑えることができ、高硬度の肉盛部Ｗを得ることが可能になる。

また、本実施の形態の肉盛溶接装置１’は、母材６０に対して円形状の環状溝からなる凹部６１が設けられており、凹部６１を開先として肉盛溶接を行う肉盛溶接装置であって、溶加材Ｆを供給する溶加材供給部２と、溶加材Ｆを溶融させる熱源となるレーザビームＢを照射するビーム照射部３と、レーザビームＢにより溶加材Ｆを溶融させる雰囲気中にシールドガスを供給するシールドガス供給部４と、母材６０を凹部６１における円形状の環状溝の中心線Ｓ回りに回転させる回転部５と、溶加材供給部２による溶加材Ｆの供給位置およびビーム照射部３によるレーザビームＢの照射位置が、凹部６１の底面６１ｂに至るように溶加材供給部２およびビーム照射部３を支持するとともに、凹部６１における円形状の環状溝の中心線Ｓ回りに溶加材Ｆの供給位置およびレーザビームＢの照射位置を移動させる移動部６とを備える。

この肉盛溶接装置１’によれば、凹部６１の底面６１ｂに溶加材Ｆの供給およびレーザビームＢの照射を行い、溶加材Ｆの供給位置およびレーザビームＢの照射位置を凹部６１の底面６１ｂから上方に遠ざけるとともに、母材６０を凹部６１における円形状の環状溝の中心線Ｓ回りに回転させて肉盛部Ｗを形成する肉盛工程を行うことが可能である。従って、溶融した溶加材Ｆへの母材６０の希釈を少なくすることができ、肉盛部Ｗの硬度を高くすることが可能になる。しかも、母材６０への入熱が抑えることができることから、溶接欠陥（ポロシティ・ブローホールや、母材６０と溶加材Ｆとの膨張差による割れなど）を防止することが可能になる。さらに、溶融した溶加材Ｆによって凹部６１の底面６１ｂを埋めることは、難易度が高くなく容易に肉盛溶接を行うことができ、自動化が可能である。

１，１’ 肉盛溶接装置
２ 溶加材供給部
３ ビーム照射部
４ シールドガス供給部
５ 回転部
６ 移動部
７ 温度計測部
８ 制御部
１０ 加熱部
１１ 予熱部
１２ 後熱部
５０ 母材
５１ 凹部
５１ａ 周面
５１ｂ 底面
５１ｃ 角部
５２ 凹部
５２ａ 周面
５２ｂ 底面
５３ 貫通穴
５４ 貫通穴
５４ａ 周面
５４ｂ 底面
５５ 閉塞部材
６０ 母材
６１ 凹部
６１ａ 周面
６１ｂ 底面
６１ｃ 角部
６１ｄ テーパ面
６３ 貫通穴
６４ 貫通穴
６４ａ 段部
６５ 挿入部材
Ｂ レーザビーム
Ｆ 溶加材
Ｐ 被肉盛面
Ｓ 中心線
Ｗ 肉盛部

Claims (20)

1. 母材の被肉盛面に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接方法において、
   前記被肉盛面を周面とした有底の凹部を形成する準備工程と、
   次に、前記凹部の底面に向けて溶加材を供給するとともに、当該溶加材が供給される前記凹部の底面に熱源となるレーザビームを照射し、溶融した前記溶加材によって前記凹部の底面を埋めつつ前記被肉盛面に至る肉盛部を形成する肉盛工程と、
   を含むことを特徴とする肉盛溶接方法。
2. 前記肉盛工程において、形成された前記肉盛部の上に新たな肉盛部をさらに積層することを特徴とする請求項１に記載の肉盛溶接方法。
3. 前記肉盛工程において、前記溶加材を加熱して供給することを特徴とする請求項１または２に記載の肉盛溶接方法。
4. 前記肉盛工程において、前記肉盛部を形成する前に前記母材を予熱処理し、前記肉盛部を形成した後に前記母材を後熱処理することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
5. 前記肉盛工程において、前記溶加材の供給および当該溶加材を溶融させるレーザビームの照射を複数とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
6. 前記準備工程において、前記凹部の周面と前記凹部の底面とが繋がる角部を円弧状に形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
7. 前記準備工程において、前記凹部の底面を平坦もしくは開き角の大きな凹型に形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
8. 前記肉盛工程の後、前記凹部の底面に到達する新たな凹部を前記母材に形成する再準備工程と、
   当該新たな凹部に対して前記肉盛工程と同じく肉盛溶接を行う再肉盛工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
9. 前記肉盛工程または前記再肉盛工程の後、前記凹部の中心線に沿って前記母材に貫通穴を形成する加工工程を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
10. 前記準備工程において、前記母材自体に形成した貫通穴の周面を前記被肉盛面とし、前記貫通穴の一方の開口部を、前記溶加材と同じ材料または前記母材と同じ材料で形成された閉塞部材によって閉塞して前記凹部の底面を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
11. 前記肉盛工程において、前記凹部の中心線から外れるように前記溶加材の供給および前記レーザビームの照射を行い、前記溶加材の供給位置および前記レーザビームの照射位置を前記凹部の底面から上方に遠ざけるとともに、前記母材を前記凹部の中心線回りに回転させて前記肉盛部を形成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
12. 前記準備工程において、前記母材自体に形成した有底の環状溝を、その外周側の周面を前記被肉盛面とした前記凹部とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
13. 前記環状溝からなる前記凹部の内周側の周面を、底面に向けて漸次溝幅を狭くするテーパ面とすることを特徴とする請求項１２に記載の肉盛溶接方法。
14. 前記肉盛工程の後、前記環状溝の内周側を切削して前記母材を貫通する貫通穴を形成する加工工程を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の肉盛溶接方法。
15. 前記準備工程において、前記母材自体に形成した貫通穴における開口部分の周面を削って段部を設け、当該段部の周面を前記被肉盛面とし、前記溶加材と同じ材料または前記母材と同じ材料によって前記貫通穴の周面に当接する外周面を有して形成された挿入部材を前記貫通穴に挿入することで、前記段部および前記挿入部材によって環状溝となる前記凹部を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
16. 前記挿入部材を分割して形成することを特徴とする請求項１５に記載の肉盛溶接方法。
17. 前記挿入部材を冷却することを特徴とする請求項１５に記載の肉盛溶接方法。
18. 前記準備工程において、前記凹部を円形状の環状溝として形成し、
    前記肉盛工程において、前記凹部の底面に向けて前記溶加材の供給および前記レーザビームの照射を行い、前記溶加材の供給位置および前記レーザビームの照射位置を前記凹部の底面から上方に遠ざけるとともに、前記母材を前記凹部における円形状の環状溝の中心線回りに回転させて前記肉盛部を形成することを特徴とする請求項１〜７、１２〜１７のいずれか一つに記載の肉盛溶接方法。
19. 母材に対して有底の凹部が設けられており、前記凹部の前記周面を被肉盛面として肉盛溶接を行う肉盛溶接装置であって、
    溶加材を供給する溶加材供給部と、
    前記溶加材を溶融させる熱源となるレーザビームを照射するビーム照射部と、
    レーザビームにより溶加材を溶融させる雰囲気中にシールドガスを供給するシールドガス供給部と、
    前記母材を前記凹部の中心線回りに回転させる回転部と、
    前記溶加材供給部による溶加材の供給位置および前記ビーム照射部によるレーザビームの照射位置が、前記凹部の中心線から外れつつ前記凹部の底面に至るように前記溶加材供給部および前記ビーム照射部を支持するとともに、前記凹部の中心線に沿って溶加材の供給位置およびレーザビームの照射位置を移動させる移動部と、
    を備えることを特徴とする肉盛溶接装置。
20. 母材に対して円形状の環状溝からなる凹部が設けられており、前記凹部を開先として肉盛溶接を行う肉盛溶接装置であって、
    溶加材を供給する溶加材供給部と、
    前記溶加材を溶融させる熱源となるレーザビームを照射するビーム照射部と、
    レーザビームにより溶加材を溶融させる雰囲気中にシールドガスを供給するシールドガス供給部と、
    前記母材を前記凹部における円形状の環状溝の中心線回りに回転させる回転部と、
    前記溶加材供給部による溶加材の供給位置および前記ビーム照射部によるレーザビームの照射位置が、前記凹部の底面に至るように前記溶加材供給部および前記ビーム照射部を支持するとともに、前記凹部における円形状の環状溝の中心線回りに溶加材の供給位置およびレーザビームの照射位置を移動させる移動部と、
    を備えることを特徴とする肉盛溶接装置。

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