JP2535652B2 - レ―ザクラッディング・アロイング法 - Google Patents
レ―ザクラッディング・アロイング法Info
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- JP2535652B2 JP2535652B2 JP2195960A JP19596090A JP2535652B2 JP 2535652 B2 JP2535652 B2 JP 2535652B2 JP 2195960 A JP2195960 A JP 2195960A JP 19596090 A JP19596090 A JP 19596090A JP 2535652 B2 JP2535652 B2 JP 2535652B2
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- powder
- melting point
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- powders
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザクラッディング・アロイング法に関
し、より詳しくはレーザ光の照射により母材の表面に硬
化、耐食、補修、再生等の目的に応じた所要の化学組
成、組織および寸法の金属または合金をその母材の表面
と融合混合混和させて溶着させるレーザクラッディング
・アロイング法に関するものである。
し、より詳しくはレーザ光の照射により母材の表面に硬
化、耐食、補修、再生等の目的に応じた所要の化学組
成、組織および寸法の金属または合金をその母材の表面
と融合混合混和させて溶着させるレーザクラッディング
・アロイング法に関するものである。
この種のレーザクラッディング・アロイング法におけ
る給粉タイプについて、第１図を参照しつつ説明する。
る給粉タイプについて、第１図を参照しつつ説明する。
図示されていないキャリヤー上に載置されて矢印方向
に移動させられる母材１上に設けられて、この母材１の
表面に肉盛層２を形成するクラッディング装置Ａは、母
材１の表面に対して垂直に配されるパイプ３を有してい
る。このパイプ３内には、母材１の表面にレーザ光４を
照射にするようにそのレーザ光４をフォカッシングする
集光レンズ５が設けられている。
に移動させられる母材１上に設けられて、この母材１の
表面に肉盛層２を形成するクラッディング装置Ａは、母
材１の表面に対して垂直に配されるパイプ３を有してい
る。このパイプ３内には、母材１の表面にレーザ光４を
照射にするようにそのレーザ光４をフォカッシングする
集光レンズ５が設けられている。
また、パイプ３の壁部には、肉盛用粉末６を供給する
給粉口７が、またパイプ３内を非酸化雰囲気に保つ不活
性ガスの一種であるアルゴンガスを圧送送給するガス供
給口８が相対向するように配置されて傾斜状態で貫設さ
れている。
給粉口７が、またパイプ３内を非酸化雰囲気に保つ不活
性ガスの一種であるアルゴンガスを圧送送給するガス供
給口８が相対向するように配置されて傾斜状態で貫設さ
れている。
こうして、母材１の表面にレーザ光４の照射によって
生成される溶融池９に肉盛用粉末６が上方から直接に給
粉される。なお、母材１は前述のように矢印方向に移動
されていることから、溶融池９の位置は母材１の移動と
ともに矢印方向とは反対方向に相対的に移動することに
なって順次に新しく溶融池９が生成されていくととも
に、レーザ光４の照射域を通過して外れた溶融池９は冷
却固化し、肉盛層２が形成される。
生成される溶融池９に肉盛用粉末６が上方から直接に給
粉される。なお、母材１は前述のように矢印方向に移動
されていることから、溶融池９の位置は母材１の移動と
ともに矢印方向とは反対方向に相対的に移動することに
なって順次に新しく溶融池９が生成されていくととも
に、レーザ光４の照射域を通過して外れた溶融池９は冷
却固化し、肉盛層２が形成される。
ところで、このレーザクラッディング・アロイング法
に、従来において用いられている肉盛用粉末６は、通
常、金属および合金の粉末のうちから選択される１種類
の粉末にもとづく他の金属および合金の粉末を含まない
無混合粉末か、または金属および合金の粉末のうちから
選択される近似した２種類以上の粉末の混合にもとづく
混合粉末かである。
に、従来において用いられている肉盛用粉末６は、通
常、金属および合金の粉末のうちから選択される１種類
の粉末にもとづく他の金属および合金の粉末を含まない
無混合粉末か、または金属および合金の粉末のうちから
選択される近似した２種類以上の粉末の混合にもとづく
混合粉末かである。
しかしながら、肉盛用粉末６がレーザ光４に照射され
加熱され、融点に達して始めて肉盛用粉末６の溶融が起
こるとともに、レーザ光４の照射域におけるエネルギー
分布は中心部に近いほど大きく外周部に寄るほど小さく
なる。このために、前述の肉盛用粉末６によればレーザ
光４の照射域における外周部において入熱量の不足によ
り溶融が起こらない部分ができることがあった。このこ
とを説明するために第２図に溶融池９付近の拡大図を示
し、更に第３図に第２図のIII−III線断面図を示す。こ
れら第２図および第３図に示されるように、溶融池９の
範囲はレーザ光４の照射域の範囲内に入っており、レー
ザ光４の照射域の範囲よりもかなり小さい。このため
に、溶融池９に上方から直接に給粉しても、溶融池９に
補足される肉盛用粉末６の量は全供給量に比べて少な
く、結果として得られる肉盛の厚みに限界を生じるとい
う問題点があった。
加熱され、融点に達して始めて肉盛用粉末６の溶融が起
こるとともに、レーザ光４の照射域におけるエネルギー
分布は中心部に近いほど大きく外周部に寄るほど小さく
なる。このために、前述の肉盛用粉末６によればレーザ
光４の照射域における外周部において入熱量の不足によ
り溶融が起こらない部分ができることがあった。このこ
とを説明するために第２図に溶融池９付近の拡大図を示
し、更に第３図に第２図のIII−III線断面図を示す。こ
れら第２図および第３図に示されるように、溶融池９の
範囲はレーザ光４の照射域の範囲内に入っており、レー
ザ光４の照射域の範囲よりもかなり小さい。このため
に、溶融池９に上方から直接に給粉しても、溶融池９に
補足される肉盛用粉末６の量は全供給量に比べて少な
く、結果として得られる肉盛の厚みに限界を生じるとい
う問題点があった。
本発明は、このような問題点を解消することを目的と
して、所望の肉盛を効率良く得ることができるレーザク
ラッディング・アロイング法を提供することである。
して、所望の肉盛を効率良く得ることができるレーザク
ラッディング・アロイング法を提供することである。
本発明によるレーザクラッディング・アロイング法
は、前述された目的を達成するために、 金属および合金の粉末のうちから選択される２種類以
上の粉末の混合にもとづくかつ少なくとも１種類の粉末
が他の粉末より100℃以上の融点差を有する混合粉末を
含む肉盛用粉末を、レーザ光の照射により生成される溶
融池に直接的に給粉するとを特徴とするものである。ま
たは、 金属および合金の粉末のうちから選択される２種類以
上の粉末の混合にもとづくか少なくとも１種類の粉末が
他の粉末より100℃以上の融点差を有する混合粉末を含
む肉盛用粉末を、鋳物母材の表面にレーザ光の照射によ
り生成される溶融池に直接的に給粉することを特徴とす
るものである。
は、前述された目的を達成するために、 金属および合金の粉末のうちから選択される２種類以
上の粉末の混合にもとづくかつ少なくとも１種類の粉末
が他の粉末より100℃以上の融点差を有する混合粉末を
含む肉盛用粉末を、レーザ光の照射により生成される溶
融池に直接的に給粉するとを特徴とするものである。ま
たは、 金属および合金の粉末のうちから選択される２種類以
上の粉末の混合にもとづくか少なくとも１種類の粉末が
他の粉末より100℃以上の融点差を有する混合粉末を含
む肉盛用粉末を、鋳物母材の表面にレーザ光の照射によ
り生成される溶融池に直接的に給粉することを特徴とす
るものである。
したがって、混合粉末における低融点側の粉末が溶融
しやすいために、第２図および第３図に破線で示される
ように、エネルギー量の少ないレーザ光４の照射域の外
周部10まで速やかに溶融池９′が生成され、溶融池６′
が広範囲に生成される。また、このように溶融池９′が
いったん生成されると、レーザ光４のエネルギーの吸収
が良くなって高融点側の粉末の溶融も促進される。
しやすいために、第２図および第３図に破線で示される
ように、エネルギー量の少ないレーザ光４の照射域の外
周部10まで速やかに溶融池９′が生成され、溶融池６′
が広範囲に生成される。また、このように溶融池９′が
いったん生成されると、レーザ光４のエネルギーの吸収
が良くなって高融点側の粉末の溶融も促進される。
こうして、広範囲に生成される溶融池９′に直接的に
給粉されることから、肉盛用粉末６の捕捉が高まってそ
の肉盛用粉末６の給粉効率が向上、更には肉盛層２の厚
みを大きくできて所望の肉盛層２を効率良く得ることが
できる。
給粉されることから、肉盛用粉末６の捕捉が高まってそ
の肉盛用粉末６の給粉効率が向上、更には肉盛層２の厚
みを大きくできて所望の肉盛層２を効率良く得ることが
できる。
さらに、溶融池９′中における肉盛用粉末６の溶融量
が増えることにより、溶融池９′の温度の変動が、入熱
量変化および給粉量変化に対して小さく抑えられること
から、溶融池９′の温度管理がしやすくなり、母材１の
溶融を最小限に抑えつつ母材１と肉盛層２との接合強度
の増大を図ることができる。
が増えることにより、溶融池９′の温度の変動が、入熱
量変化および給粉量変化に対して小さく抑えられること
から、溶融池９′の温度管理がしやすくなり、母材１の
溶融を最小限に抑えつつ母材１と肉盛層２との接合強度
の増大を図ることができる。
なお、母材１が鋳物母材である場合には、溶融池９′
の温度管理がしやすいことから、レーザ光４の照射域の
外周部および溶融池９′の直下の母材１内部での母材１
の溶融が抑止され、母材１のチル化、ひいては割れの発
生を防止でき、後加工が困難になることが避けられる。
の温度管理がしやすいことから、レーザ光４の照射域の
外周部および溶融池９′の直下の母材１内部での母材１
の溶融が抑止され、母材１のチル化、ひいては割れの発
生を防止でき、後加工が困難になることが避けられる。
ところで、金属および合金の粉末のうちから選択され
る２種類以上の混合にもとづくかつ少なくとも１種類の
粉末が他の粉末より100℃以上の融点差を有する混合粉
末６はその組み合わせの種類および配合割合は母材１の
表面に形成しようとする肉盛層２の成分に応じて決めら
れる。
る２種類以上の混合にもとづくかつ少なくとも１種類の
粉末が他の粉末より100℃以上の融点差を有する混合粉
末６はその組み合わせの種類および配合割合は母材１の
表面に形成しようとする肉盛層２の成分に応じて決めら
れる。
また、母材１の表面に形成しようとする肉盛層２およ
び母材１の種類としては、それぞれ銅系、鉄系、コバル
ト系、ニッケル系等が通常よく用いられるが、アロイン
グの場合には母材１が肉盛層２の成分の一部となってい
ることから、これら銅系等の他に、特にアルミニウム系
も多用されている。さらに、低融点側の粉末を構成する
場合に、主成分の金属または合金に対して、融点を効果
させる作用を有するリン、ケイ素、チタン、ホウ素等の
元素を１種類以上添加することが好ましい。なお、低融
点側の粉末中におけるそれらの元素の好適な組成比（wt
％）および組成例は、次の通りである。
び母材１の種類としては、それぞれ銅系、鉄系、コバル
ト系、ニッケル系等が通常よく用いられるが、アロイン
グの場合には母材１が肉盛層２の成分の一部となってい
ることから、これら銅系等の他に、特にアルミニウム系
も多用されている。さらに、低融点側の粉末を構成する
場合に、主成分の金属または合金に対して、融点を効果
させる作用を有するリン、ケイ素、チタン、ホウ素等の
元素を１種類以上添加することが好ましい。なお、低融
点側の粉末中におけるそれらの元素の好適な組成比（wt
％）および組成例は、次の通りである。
ａ）主成分がCuである場合： P;10％以下、望ましくは２〜４％ Si;10％以下、望ましくは３〜５％ Ti;20％以下、望ましくは0.3％程度 B;3％以下、望ましくは1.5〜2.5％ 組成例;3.17％Ｐ−4.55％Si−Bal.Cu （融点；約830℃） ｂ）主成分がNiである場合； Si;11％以下、望ましくは３〜５％ B;8％以下、望ましくは１〜４％ Ti;20％以下、望ましくは１％以下 組成例;4％Si−３％Ｂ−Bal.Ni （融点；約1050℃） ｃ）主成分がCoである場合： Si;15％以下、望ましくは１〜６％ B;4％以下、望ましくは２〜3.5％ Ti;20％以下、望ましくは１％以下 組成例;5％Si−３％Ｂ−Bal.Co 例示したような融点降下作用を有する元素は添加量が
多すぎると融点降下作用がなくなって逆効果である。ま
た、チタンについては多すぎると粉末製造時に湯流の流
れが悪くなるという点からも好ましくない。
多すぎると融点降下作用がなくなって逆効果である。ま
た、チタンについては多すぎると粉末製造時に湯流の流
れが悪くなるという点からも好ましくない。
低融点側の粉末とともに肉盛用粉末６を構成する他の
端末は、前述したような融点降下元素を含まないか、著
しく融点が降下しない程度に微量に含む金属または合金
の粉末であり得る。そして、その組成および低融点との
混合比は、母材１の表面に形成しようとする肉盛層２と
の対応において選択される。
端末は、前述したような融点降下元素を含まないか、著
しく融点が降下しない程度に微量に含む金属または合金
の粉末であり得る。そして、その組成および低融点との
混合比は、母材１の表面に形成しようとする肉盛層２と
の対応において選択される。
次に、本発明によるレーザクラッディング・アロイン
グ法の具体的な一実施例を図面を参照しつつ説明する。
グ法の具体的な一実施例を図面を参照しつつ説明する。
鋳物母材の表面に、表１に示す成分からなる合金層を
肉盛形成するために、おなじく表１に示す成分からなる
粉末（Ａ）（Ｂ）を重量比で9:1の混合比で用いて肉盛
用粉末を作成した。
肉盛形成するために、おなじく表１に示す成分からなる
粉末（Ａ）（Ｂ）を重量比で9:1の混合比で用いて肉盛
用粉末を作成した。
なお、粉末（Ｂ）は前述した低融点側の粉末であり、
粉末（Ａ）はその粉末（Ｂ）よりも融点が約160℃高
い。この肉盛用粉末により鋳物母材（融点1250℃）の表
面に前述した溶融池に直接的に粉給するレーザクラッデ
ィングにより合金肉盛層を形成した。
粉末（Ａ）はその粉末（Ｂ）よりも融点が約160℃高
い。この肉盛用粉末により鋳物母材（融点1250℃）の表
面に前述した溶融池に直接的に粉給するレーザクラッデ
ィングにより合金肉盛層を形成した。
また、これら粉末（Ａ）（Ｂ）の混合比を変えて、同
一レーザ光の照射条件および同一給粉速度のもとに、得
られる合金肉盛層の厚みを調べた。この厚さを粉末
（Ｂ）を含まない場合を１として各混合比ごとに比率で
表したグラフを第４図に示す。この合金肉盛層の厚さ比
率を肉盛効率とすると低融点側である粉末（Ｂ）の混合
比が大きいほど肉盛効率が上がることがわかる。
一レーザ光の照射条件および同一給粉速度のもとに、得
られる合金肉盛層の厚みを調べた。この厚さを粉末
（Ｂ）を含まない場合を１として各混合比ごとに比率で
表したグラフを第４図に示す。この合金肉盛層の厚さ比
率を肉盛効率とすると低融点側である粉末（Ｂ）の混合
比が大きいほど肉盛効率が上がることがわかる。
他の実施例として鋳物以外のFe−Ni−Co、Fe−Cr等の
鋼（融点1500℃）以上の金属材料を母材とし、粉末
（Ａ）および粉末（Ｂ）を含む肉盛用粉末を用いて同様
の溶融池に直接的に給粉するレーザクラッディング・ア
ロイング法による肉盛層を形成した。この結果は前記実
施例同様優れた効率が得られた。
鋼（融点1500℃）以上の金属材料を母材とし、粉末
（Ａ）および粉末（Ｂ）を含む肉盛用粉末を用いて同様
の溶融池に直接的に給粉するレーザクラッディング・ア
ロイング法による肉盛層を形成した。この結果は前記実
施例同様優れた効率が得られた。
第１図乃至第３図はレーザクラッディング・アロイング
法を説明するためのものであって、 第１図は断面図、第２図は第１図の部分拡大図、第３図
は第２図のIII−III線断面図であり、また第４図は実施
例を説明するためのものであって低融点側の粉末の混合
比と合金層（肉盛）の厚さ比率との関係を表す肉盛効率
の一例を示す図である。 １……母材 ２……肉盛層 ３……パイプ ４……レーザ光 ５……集光レンズ ６……肉盛用粉末 ７……給粉口 ８……ガス供給口 9,9′……溶融池 10……溶融池以外の外周部
法を説明するためのものであって、 第１図は断面図、第２図は第１図の部分拡大図、第３図
は第２図のIII−III線断面図であり、また第４図は実施
例を説明するためのものであって低融点側の粉末の混合
比と合金層（肉盛）の厚さ比率との関係を表す肉盛効率
の一例を示す図である。 １……母材 ２……肉盛層 ３……パイプ ４……レーザ光 ５……集光レンズ ６……肉盛用粉末 ７……給粉口 ８……ガス供給口 9,9′……溶融池 10……溶融池以外の外周部
Claims (2)
- 【請求項１】金属および合金の粉末のうちから選択され
る２種類以上の粉末の混合にもとづくかつ少なくとも１
種類の粉末が他の粉末より100℃以上の融点差を有する
混合粉末を含む肉盛用粉末を、レーザ光の照射により生
成される溶融池に直接的に給粉するとを特徴とするレー
ザクラッディング・アロイング法。 - 【請求項２】金属および合金の粉末のうちから選択され
る２種類以上の粉末の混合にもとづくかつ少なくとも１
種類の粉末が他の粉末より100℃以上の融点差を有する
混合粉末を含む肉盛用粉末を、鋳物母材の表面にレーザ
光の照射により生成される溶融池に直接的に給粉するこ
とを特徴とするレーザクラッディング・アロイング法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2195960A JP2535652B2 (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | レ―ザクラッディング・アロイング法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2195960A JP2535652B2 (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | レ―ザクラッディング・アロイング法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04210892A JPH04210892A (ja) | 1992-07-31 |
| JP2535652B2 true JP2535652B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=16349849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2195960A Expired - Fee Related JP2535652B2 (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | レ―ザクラッディング・アロイング法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2535652B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5959849B2 (ja) * | 2011-12-22 | 2016-08-02 | 三菱重工業株式会社 | レーザ肉盛溶接方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2210153A1 (de) * | 1972-03-03 | 1973-09-27 | Basf Ag | Verfahren zur herstellung feinteiliger zumindest teilweise vernetzter ungesaettigter polyesterharze |
| US4381944A (en) * | 1982-05-28 | 1983-05-03 | General Electric Company | Superalloy article repair method and alloy powder mixture |
| JPS61276774A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-06 | Toyota Motor Corp | 自動車用エンジンバルブの肉盛方法 |
| JPS61276773A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-06 | Toyota Motor Corp | 自動車用エンジンバルブの肉盛方法 |
| JP2678804B2 (ja) * | 1990-04-06 | 1997-11-19 | トヨタ自動車株式会社 | 鉄合金基材上に純Ｃｕ肉盛層を形成する方法 |
-
1990
- 1990-07-24 JP JP2195960A patent/JP2535652B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04210892A (ja) | 1992-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |