JP2017119309A - 光学的に透過性のスラグによる材料処理法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、概して材料技術の分野、特に、供給材料を溶融させるためにエネルギビームを使用する付加的な方法、1つの実施の形態においては、レーザ熱源を使用して金属を堆積させる方法に関する。
エレクトロスラグ溶接(ESW)は慣用の方法である。ESWは、溶融した導電性スラグを通じて基板表面へ1つ又は複数の供給金属ワイヤを通じて電流を連続的に流すことにより、溶融合金池を生ぜしめる。この方法において、アークは存在しないが、スラグ及び金属における電気抵抗が熱を発生し、供給金属を連続的に溶融させ、これにより、溶融金属池に加わる。溶融池の深さが増大するにつれて、溶融池の底部の金属が冷却され、鉛直方向に固化し、これにより、基板に新たに鋳造された材料を加える。このタイプの方法はしばしば、橋又はオイル貯蔵タンク用などの極めて厚い板を接合するために用いられる。これらの用途では、接合される板のエッジは、溶融池の2つの側を含んでおり、他方の2つの側を含むために、水冷式銅製シューが用いられる。
図1は、本発明の態様により作動する装置20を示している。装置は、型22を有する。型22は、例えば、水冷式の銅製の型、又は冷却及び/又は加熱を行う又は行わない耐火金属又はセラミックの型であってよい。合金基板24は、型22において堆積及び構築されている。合金基板24は、溶融スラグ層30の下側において金属合金溶融池28が固化しながら、一軸方向26に成長する。供給装置34によって合金粉末32がスラグ層30上に堆積又はスラグ層30内へ噴射されてよい。合金粉末32は、溶融スラグ層30の表面張力を介して噴射されるか、又は溶融の前又は溶融の間にその重量により沈み込まされてよい。レーザビーム36は、1つ又は複数のパス38に沿って方向付けられ、所望の溶融領域を生ぜしめるために、後述のようにスキャン及びラスタされてよい。
1.合金の融点よりも低い温度での溶融(例えば1260℃未満)。これは、下側にある溶融した金属の熱が、スラグの表面を溶融状態に保つ場合に、有益である。
なお、William J.O’Sullivan,“Variable−Transparency Wall Regulates Temperatures of Structures”,June 1964,NASA Technical Brief,63−10528は、複数のガラスシートの間のパラフィン層を含む可変透明性壁を記載している。強い光に曝されると、そうでないときは不透明又は半透明のパラフィンは溶融し、光学的に透過性となり、これにより、壁自体がその温度を調節することができる。
Claims (20)
- スラグ層の下側の基板への固化及び堆積のためにフィード材料を溶融させるためにエネルギビームに対して少なくとも部分的に透過性の溶融したスラグ層を通過するように前記エネルギビームを方向付けることを含むことを特徴とする、方法。
- 前記フィード材料及びフラックス材料を粉末として前記基板上へ堆積させ、
前記エネルギビームを、前記粉末を横切って横断させて、溶融したスラグ層及び溶融したフィード材料を形成し、
該溶融したフィード材料を、横断するエネルギビームの後ろにおいて前記スラグ層の下側の前記基板上へ固化させることをさらに含む、請求項1記載の方法。 - 前記エネルギビームは、レーザビームを含み、前記スラグ層は、リン酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカ、サファイア、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、ケイ素、ゲルマニウム及びZBLANガラスのグループのうちの少なくとも1つを含む、請求項1記載の方法。
- 前記フィード材料を前記溶融したスラグ層へ粉末、ワイヤ又はストリップとして提供することをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記フィード材料を前記溶融したスラグ層へ、粉末状の合金材料が充填されたコア付きワイヤとして提供することをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記基板の表面をるつぼ内で成長させるために前記るつぼ内へ前記フィード材料及びエネルギビームを方向付けることをさらに含み、前記溶融したフィード材料が前記基板の表面に定着し、固化するときに、前記溶融したスラグ層は、前記基板の成長する表面の上方に浮遊している、請求項1記載の方法。
- 前記エネルギビームを前記るつぼ内へレーザビームとして方向付け、
前記基板を鉛直方向で指向的に固化させるために前記るつぼの底部を能動的に冷却することをさらに含む、請求項6記載の方法。 - 前記るつぼの前記底部を能動的に冷却するステップの間、前記るつぼの側部を断熱又は能動的に加熱することをさらに含む、請求項7記載の方法。
- 前記溶融したスラグ層の近くの前記るつぼの側部を断熱又は能動的に加熱し、
前記基板の表面の近くの前記るつぼの側部を能動的に冷却することをさらに含む、請求項7記載の方法。 - 前記基板を鉛直方向で指向的に固化させるために前記るつぼの底部を能動的に冷却しながら粉末状のフィード材料を前記るつぼ内へ連続的に供給し、
次第に粉末状のフィード材料の組成を変化させ、これにより、厚さにわたって段階的な組成を含む指向的に固化された基板を形成することをさらに含む、請求項6記載の方法。 - 連続的に供給するステップの間、前記粉末状のフィード材料におけるアルミニウムのパーセンテージを変化させることをさらに含む、請求項10記載の方法。
- 連続的に供給するステップの間、前記粉末状のフィード材料におけるクロムのパーセンテージを変化させることをさらに含む、請求項10記載の方法。
- 前記粉末状のフィード材料及びエネルギビームをるつぼ内へ連続的に方向付け、
前記るつぼの底部を介した熱伝達により前記溶融したフィード材料を冷却し及び固化させ、これにより、単結晶基板材料を成長させ、
前記粉末状のフィード材料を連続的に方向付けるステップの間、前記粉末状のフィード材料の組成を変化させ、これにより、前記単結晶基板材料の厚さを横切って段階的な組成を生ぜしめることをさらに含む、請求項1記載の方法。 - その深さを横切って変化する横断面形状を有するるつぼ内に、該るつぼ内に対応する形状を有する基板を成長させるために、前記フィード材料及び前記エネルギビームを方向付けることをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記基板が成長するときに選択的に組み立てられるセクションから前記るつぼを形成することをさらに含む、請求項14記載の方法。
- 粉末状合金材料の供給物をるつぼ内へ導入し、
溶融したスラグ材料の層の下側で前記粉末状合金材料を溶融させるために前記るつぼ内へエネルギビームを方向付け、
前記るつぼの底部を介した熱伝達により、溶融した合金材料を冷却し及び固化させ、前記合金材料の指向的に固化した基板を、前記溶融したスラグ材料の下側で所望の厚さに成長させ、
前記基板の組成を該基板の厚さにわたって段階的にするために前記合金材料を導入するステップの間に前記粉末状合金材料の供給物の組成を変化させる、方法によって形成された製品。 - 機能的に段階的な単結晶基板材料を成長させるために前記るつぼの底部を介した熱伝達により前記溶融した合金材料を冷却し及び固化させることをさらに含む、請求項16記載の方法によって形成された製品。
- 導入のステップの間に粉末状の材料の供給物におけるアルミニウム及びクロムのうちの少なくとも一方のパーセンテージを変化させることをさらに含む、請求項16記載の方法によって形成された製品。
- 前記粉末状の合金材料の供給物の組成を変化させるのと同時に、溶融したスラグの層の組成を変化させることをさらに含む、請求項16記載の方法によって形成された製品。
- 固化軸線を有する指向的に固化した材料を含む装置であって、改良点が、前記材料の前記固化軸線に沿って変化する該材料の化学的組成を含むことを特徴とする、装置。
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