JP3518723B2 - 肉盛方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は肉盛欠陥を抑えるの
に有利な肉盛方法に関する。
に有利な肉盛方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平６−２５７５０５号公報（１９９
４年公開）には、バルブシートを形成するための肉盛予
定部をもつアルミニウム合金製シリンダヘッドを用い、
肉盛予定部にレーザビームを照射し、肉盛予定部の全域
を再溶融し、その後に、再溶融した後に凝固した部分に
肉盛層を被覆する方法が開示されている。この方法によ
れば、肉盛予定部の内部にガスが含まれている場合であ
っても、ガスが再溶融によって飛散して除去されるた
め、肉盛前の肉盛予定部におけるガスが少ないものとな
り、従って肉盛予定部に肉盛層を被覆したとき、ガスの
膨張を抑え得る。
４年公開）には、バルブシートを形成するための肉盛予
定部をもつアルミニウム合金製シリンダヘッドを用い、
肉盛予定部にレーザビームを照射し、肉盛予定部の全域
を再溶融し、その後に、再溶融した後に凝固した部分に
肉盛層を被覆する方法が開示されている。この方法によ
れば、肉盛予定部の内部にガスが含まれている場合であ
っても、ガスが再溶融によって飛散して除去されるた
め、肉盛前の肉盛予定部におけるガスが少ないものとな
り、従って肉盛予定部に肉盛層を被覆したとき、ガスの
膨張を抑え得る。
【０００３】特開昭６４−６２２８２号公報（１９８９
年公開）には、高周波溶接により溶接して溶接ビード層
を形成して電縫鋼管を製造した直後に、電縫鋼管の鉄系
の溶接ビード層にレーザビームを照射し、溶接ビード層
の表面層に存在する溶接欠陥を溶融除去する除去工程を
実行する方法が開示されている。この公報には、溶接ビ
ード層をわずかに溶融させるか溶融しない範囲内で、レ
ーザビームを溶接ビード層に照射する旨が開示されてい
る。更にこの公報には、溶接欠陥を溶融除去する際に発
生するプラズマ光を検出し、これに基づいて溶接欠陥の
有無を検知する旨が開示されている。
年公開）には、高周波溶接により溶接して溶接ビード層
を形成して電縫鋼管を製造した直後に、電縫鋼管の鉄系
の溶接ビード層にレーザビームを照射し、溶接ビード層
の表面層に存在する溶接欠陥を溶融除去する除去工程を
実行する方法が開示されている。この公報には、溶接ビ
ード層をわずかに溶融させるか溶融しない範囲内で、レ
ーザビームを溶接ビード層に照射する旨が開示されてい
る。更にこの公報には、溶接欠陥を溶融除去する際に発
生するプラズマ光を検出し、これに基づいて溶接欠陥の
有無を検知する旨が開示されている。
【０００４】特開平６−８８１２０号公報（１９９４年
公開）には、ボイラやタービンなどのように高温で使用
される機器において、溶接ビード層を形成した後に、溶
接ビード層の近傍の溶接熱影響部にレーザビームや電子
ビームを照射し、溶接熱影響部におけるクリープボイド
を除去する除去工程を行う方法が開示されている。
公開）には、ボイラやタービンなどのように高温で使用
される機器において、溶接ビード層を形成した後に、溶
接ビード層の近傍の溶接熱影響部にレーザビームや電子
ビームを照射し、溶接熱影響部におけるクリープボイド
を除去する除去工程を行う方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した特開平６−２
５７５０５号公報に係る方法によれば、肉盛予定部のう
ち、ほとんどが健全表出面領域であり、ガスが含まれて
いるのはほんの僅かの部位であるにもかかわらず、肉盛
予定部の全域を再溶融する。そのため、再溶融、続いて
起きる再凝固により、肉盛予定部の全域の表面が荒れ
る。故に、その上に肉盛すると、肉盛層の厚みが不均一
となるおそれがある。更に、肉盛予定部の全域を再溶融
するため、ワークの母材への熱影響が大きすぎ、ワーク
の強度バランスが崩れるおそれがある。更には、ワーク
の種類によっては、肉盛予定部の肉厚が制約されている
場合もあり、このように肉厚が制約されている場合に
は、肉盛予定部の全域を再溶融する方式では、溶融のコ
ントロールが生産技術上必ずしも容易ではないため、肉
盛予定部に予想外の穴があいてしまうおそれもある。
５７５０５号公報に係る方法によれば、肉盛予定部のう
ち、ほとんどが健全表出面領域であり、ガスが含まれて
いるのはほんの僅かの部位であるにもかかわらず、肉盛
予定部の全域を再溶融する。そのため、再溶融、続いて
起きる再凝固により、肉盛予定部の全域の表面が荒れ
る。故に、その上に肉盛すると、肉盛層の厚みが不均一
となるおそれがある。更に、肉盛予定部の全域を再溶融
するため、ワークの母材への熱影響が大きすぎ、ワーク
の強度バランスが崩れるおそれがある。更には、ワーク
の種類によっては、肉盛予定部の肉厚が制約されている
場合もあり、このように肉厚が制約されている場合に
は、肉盛予定部の全域を再溶融する方式では、溶融のコ
ントロールが生産技術上必ずしも容易ではないため、肉
盛予定部に予想外の穴があいてしまうおそれもある。
【０００６】また上記した特開昭６４−６２２８２号公
報に係る方法によれば、肉盛層である溶接ビード層を形
成した後に、溶接ビード層の全域にレーザビームを照射
するため、溶接ビード層の全域の組織が改質または変質
するおそれがある。また特開平６−８８１２０号公報に
係る方法によれば、肉盛層である溶接ビード層を形成し
た後に除去工程を行うため、溶接ビード層の全域の組織
が除去工程のときに改質または変質するおそれがある。
報に係る方法によれば、肉盛層である溶接ビード層を形
成した後に、溶接ビード層の全域にレーザビームを照射
するため、溶接ビード層の全域の組織が改質または変質
するおそれがある。また特開平６−８８１２０号公報に
係る方法によれば、肉盛層である溶接ビード層を形成し
た後に除去工程を行うため、溶接ビード層の全域の組織
が除去工程のときに改質または変質するおそれがある。
【０００７】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、肉盛層を形成する前に除去工程を行う方式、除
去工程の際に肉盛予定部の健全表出面領域を実質的に溶
融しない方式を採用することにより、肉盛欠陥となり得
る異物部を除去しつつ、肉盛予定部に肉盛された肉盛層
の改質または変質を抑えるのに有利な肉盛方法を提供す
ることを課題とする。
であり、肉盛層を形成する前に除去工程を行う方式、除
去工程の際に肉盛予定部の健全表出面領域を実質的に溶
融しない方式を採用することにより、肉盛欠陥となり得
る異物部を除去しつつ、肉盛予定部に肉盛された肉盛層
の改質または変質を抑えるのに有利な肉盛方法を提供す
ることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の肉盛方法は、健
全表出面領域を備えると共に異物部が存在する肉盛予定
部をもつ鋳造品で形成されたワークを用意し、肉盛層を
形成する前に、ワークの肉盛予定部の健全表出面領域を
実質的に溶融せず、且つ、ワークの肉盛予定部に存在し
ていると共に肉盛欠陥となり得る異物部を除去できるエ
ネルギ強度で、高密度エネルギビームを前記ワークの肉
盛予定部に照射して異物部を除去または低減する除去工
程と、除去工程の後に、除去工程により異物部が除去ま
たは低減されたワークの肉盛予定部に肉盛層を被覆する
被覆工程とを含むことを特徴とするものである。
全表出面領域を備えると共に異物部が存在する肉盛予定
部をもつ鋳造品で形成されたワークを用意し、肉盛層を
形成する前に、ワークの肉盛予定部の健全表出面領域を
実質的に溶融せず、且つ、ワークの肉盛予定部に存在し
ていると共に肉盛欠陥となり得る異物部を除去できるエ
ネルギ強度で、高密度エネルギビームを前記ワークの肉
盛予定部に照射して異物部を除去または低減する除去工
程と、除去工程の後に、除去工程により異物部が除去ま
たは低減されたワークの肉盛予定部に肉盛層を被覆する
被覆工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００９】本発明の肉盛方法の好ましい態様によれ
ば、除去工程において、ワークの肉盛予定部における異
物部が除去または低減される際に発生する物理量を検知
し、物理量に基づいて、異物部の除去または低減の程度
を検知する。
ば、除去工程において、ワークの肉盛予定部における異
物部が除去または低減される際に発生する物理量を検知
し、物理量に基づいて、異物部の除去または低減の程度
を検知する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明方法で用いるワークは、肉
盛層を被覆するための肉盛予定部をもつものである。ワ
ークの材質は、アルミニウム系、鉄系、チタン系などの
公知の金属を採用でき、特に限定されるものではない。
アルミニウム系としてはＣｕ，Ｓｉ,Ｍｇ，Ｎｉ,Ｆｅの
少なくとも１種を含む鋳物用合金があげられ、例えば、
ＪＩＳ規格におけるＡＣ２Ａ，ＡＣ４Ｂ，ＡＣ４Ｄ，Ａ
Ｃ５Ａ,ＡＣ１Ａなどがあげられる。アルミニウム系の
ワークの場合には、Ｔ２処理〜Ｔ９処理、殊にＴ６処理
などの熱処理されたものを用いることができる。
盛層を被覆するための肉盛予定部をもつものである。ワ
ークの材質は、アルミニウム系、鉄系、チタン系などの
公知の金属を採用でき、特に限定されるものではない。
アルミニウム系としてはＣｕ，Ｓｉ,Ｍｇ，Ｎｉ,Ｆｅの
少なくとも１種を含む鋳物用合金があげられ、例えば、
ＪＩＳ規格におけるＡＣ２Ａ，ＡＣ４Ｂ，ＡＣ４Ｄ，Ａ
Ｃ５Ａ,ＡＣ１Ａなどがあげられる。アルミニウム系の
ワークの場合には、Ｔ２処理〜Ｔ９処理、殊にＴ６処理
などの熱処理されたものを用いることができる。
【００１１】本発明方法で用いる高密度エネルギビーム
としては、レーザビームが代表的なものであり、場合に
よっては電子ビームでも良い。レーザビームとしては、
ＣＯ 2レーザビーム、ＹＡＧのレーザビーム、ルビーレ
ーザビームなどを採用できる。また他のレーザビームで
も良い。本発明方法の除去工程では、高密度エネルギビ
ームは、ワークの肉盛予定部の健全表出面領域を実質的
に溶融せず、且つ、ワークの肉盛予定部に存在している
異物が除去される程度のエネルギ強度とする。一般的に
は、高密度エネルギビームを反射する反射率は、ワーク
では高い。従って、高密度エネルギビームを吸収する吸
収率は、ワークよりも異物部の方が高い。故に、反射率
や吸収率を考慮して、前記した高密度エネルギビームの
エネルギ強度を選択することが好ましい。
としては、レーザビームが代表的なものであり、場合に
よっては電子ビームでも良い。レーザビームとしては、
ＣＯ 2レーザビーム、ＹＡＧのレーザビーム、ルビーレ
ーザビームなどを採用できる。また他のレーザビームで
も良い。本発明方法の除去工程では、高密度エネルギビ
ームは、ワークの肉盛予定部の健全表出面領域を実質的
に溶融せず、且つ、ワークの肉盛予定部に存在している
異物が除去される程度のエネルギ強度とする。一般的に
は、高密度エネルギビームを反射する反射率は、ワーク
では高い。従って、高密度エネルギビームを吸収する吸
収率は、ワークよりも異物部の方が高い。故に、反射率
や吸収率を考慮して、前記した高密度エネルギビームの
エネルギ強度を選択することが好ましい。
【００１２】肉盛予定部に存在している肉盛欠陥となり
得る異物部としては、金属溶湯を鋳造してワーク、また
は、ワークとなる素材を製造するときに発生したりまた
は巻き込んだりする非金属介在物等の介在物があげられ
る。代表的な介在物としては、ワークの母材成分の酸化
物、または、他の成分の酸化物等があげられる。また潤
滑剤を使用する切削処理や洗浄液を使用する洗浄処理等
の処理をワークに施す場合がある。この場合には、潤滑
剤、洗浄液、水分などがワークに接触する。そのため、
ワークの肉盛予定部に引け巣やピンホールやブローホー
ルや湯じわ等の空隙状欠陥が存在するときには、これら
の空隙状欠陥に潤滑剤、洗浄液、水分などが異物として
進入することがある。従って、肉盛欠陥となり得る異物
部としては、空隙状欠陥に進入した潤滑剤、洗浄液、水
分があげられる。
得る異物部としては、金属溶湯を鋳造してワーク、また
は、ワークとなる素材を製造するときに発生したりまた
は巻き込んだりする非金属介在物等の介在物があげられ
る。代表的な介在物としては、ワークの母材成分の酸化
物、または、他の成分の酸化物等があげられる。また潤
滑剤を使用する切削処理や洗浄液を使用する洗浄処理等
の処理をワークに施す場合がある。この場合には、潤滑
剤、洗浄液、水分などがワークに接触する。そのため、
ワークの肉盛予定部に引け巣やピンホールやブローホー
ルや湯じわ等の空隙状欠陥が存在するときには、これら
の空隙状欠陥に潤滑剤、洗浄液、水分などが異物として
進入することがある。従って、肉盛欠陥となり得る異物
部としては、空隙状欠陥に進入した潤滑剤、洗浄液、水
分があげられる。
【００１３】これらの異物部は、一般的には、高密度エ
ネルギビームの吸収率がワークよりも高いため、レーザ
ビームを吸収し易い。そのため、除去工程で高密度エネ
ルギビームをワークの肉盛予定部に照射すると、肉盛予
定部の健全表出面領域を実質的に溶融させることなく、
異物部の溶融、蒸散等の形態を利用して、異物部を除去
したり、異物部を封孔して異物部の表面露出を抑えたり
できる。
ネルギビームの吸収率がワークよりも高いため、レーザ
ビームを吸収し易い。そのため、除去工程で高密度エネ
ルギビームをワークの肉盛予定部に照射すると、肉盛予
定部の健全表出面領域を実質的に溶融させることなく、
異物部の溶融、蒸散等の形態を利用して、異物部を除去
したり、異物部を封孔して異物部の表面露出を抑えたり
できる。
【００１４】本発明方法によれば、除去工程を実行した
後、ワークの肉盛予定部に肉盛層を被覆する。肉盛層と
は、ワークに積層された部位を意味し、溶接ビーム層、
溶射層を含む。従って、レーザビームの照射を利用して
肉盛層を肉盛予定部に形成しても良い。また、通常のア
ーク溶接、ＴＩＧアーク溶接、ＭＩＧアーク溶接を利用
して肉盛層を肉盛予定部に形成しても良い。
後、ワークの肉盛予定部に肉盛層を被覆する。肉盛層と
は、ワークに積層された部位を意味し、溶接ビーム層、
溶射層を含む。従って、レーザビームの照射を利用して
肉盛層を肉盛予定部に形成しても良い。また、通常のア
ーク溶接、ＴＩＧアーク溶接、ＭＩＧアーク溶接を利用
して肉盛層を肉盛予定部に形成しても良い。
【００１５】ワークの肉盛予定部に異物部が存在する
と、その後の肉盛時の熱により異物部が溶融したり、蒸
散したりし、それが肉盛層中に入り込むことで肉盛欠陥
を生じさせる。本発明方法は、肉盛欠陥の原因となり得
る異物部を予め除去または低減することで、その後の肉
盛特に発生する肉盛欠陥を未然に防止することができる
のであり、溶接後に生じた溶接欠陥を補修するものとは
根本的に異なる。即ち、補修された溶接部は、見かけは
健全であっても、局部的な加熱・溶融により、金属組織
が不連続であってり、熱歪みがあったりする。それに対
し、本発明では、肉盛後に補修するのではなく、ワーク
の肉盛予定部を処理することで、最初から健全な肉盛層
を形成するのであるから、肉盛層本来の優れた特性が得
られる。
と、その後の肉盛時の熱により異物部が溶融したり、蒸
散したりし、それが肉盛層中に入り込むことで肉盛欠陥
を生じさせる。本発明方法は、肉盛欠陥の原因となり得
る異物部を予め除去または低減することで、その後の肉
盛特に発生する肉盛欠陥を未然に防止することができる
のであり、溶接後に生じた溶接欠陥を補修するものとは
根本的に異なる。即ち、補修された溶接部は、見かけは
健全であっても、局部的な加熱・溶融により、金属組織
が不連続であってり、熱歪みがあったりする。それに対
し、本発明では、肉盛後に補修するのではなく、ワーク
の肉盛予定部を処理することで、最初から健全な肉盛層
を形成するのであるから、肉盛層本来の優れた特性が得
られる。
【００１６】本発明方法の好ましい態様によれば、前述
したように、除去工程において、ワークの肉盛予定部の
異物部が除去または低減される際に発生する物理量を検
知し、物理量に基づいて、異物部の除去または低減の程
度を検知する。検知された異物部の除去または低減に関
する情報を次回のワークの製造工程にフィードバックす
れば、ワークの製造時にワークに発生する異物部の低減
に有利である。また物理量がしきい値よりも大き過ぎる
ときには、異物部がかなり大きいと考えられ、異物部の
一部が残留している可能性があるため、ワークに対して
再検査を施すことも好ましい。
したように、除去工程において、ワークの肉盛予定部の
異物部が除去または低減される際に発生する物理量を検
知し、物理量に基づいて、異物部の除去または低減の程
度を検知する。検知された異物部の除去または低減に関
する情報を次回のワークの製造工程にフィードバックす
れば、ワークの製造時にワークに発生する異物部の低減
に有利である。また物理量がしきい値よりも大き過ぎる
ときには、異物部がかなり大きいと考えられ、異物部の
一部が残留している可能性があるため、ワークに対して
再検査を施すことも好ましい。
【００１７】異物部が除去される際に発生する代表的な
物理量としては、音、光があげられる。この場合には、
可聴音、可視光、または、非可聴音、非可視光を利用で
きる。
物理量としては、音、光があげられる。この場合には、
可聴音、可視光、または、非可聴音、非可視光を利用で
きる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例を図面を参照して説明する。本
実施例方法によれば、表出された肉盛予定部１０をもつ
ワーク１を用意する。肉盛予定部１０のうちほとんどが
表面欠陥をもたない健全表出面領域１０ａであり、従っ
てワーク１は高品質である。ワーク１の肉盛予定部１０
のうち、異物部２が存在する可能性がある部位は、ほん
の一部である。
実施例方法によれば、表出された肉盛予定部１０をもつ
ワーク１を用意する。肉盛予定部１０のうちほとんどが
表面欠陥をもたない健全表出面領域１０ａであり、従っ
てワーク１は高品質である。ワーク１の肉盛予定部１０
のうち、異物部２が存在する可能性がある部位は、ほん
の一部である。
【００１９】異物部２としては、前述したようにワーク
１の鋳造時に生成または巻き込まれて肉盛予定部１０に
表出した介在物があげられる。あるいは、異物部２とし
ては、ワーク１の肉盛予定部１０に発生したひけ巣、ピ
ンホール、湯じわ等の空隙状欠陥に鋳造後の後処理によ
り進入した洗浄液、潤滑剤、水分などがあげられる。本
実施例では、一層の高品質化を図るため、肉盛層を肉盛
するに先立ち、肉盛予定部１０の異物部２を除去するも
のである。
１の鋳造時に生成または巻き込まれて肉盛予定部１０に
表出した介在物があげられる。あるいは、異物部２とし
ては、ワーク１の肉盛予定部１０に発生したひけ巣、ピ
ンホール、湯じわ等の空隙状欠陥に鋳造後の後処理によ
り進入した洗浄液、潤滑剤、水分などがあげられる。本
実施例では、一層の高品質化を図るため、肉盛層を肉盛
するに先立ち、肉盛予定部１０の異物部２を除去するも
のである。
【００２０】本実施例で用いるワーク１は鋳造品（砂型
鋳造品または金型鋳造品）であり、鋳造性が良好なアル
ミ合金（ＪＩＳ−ＡＣ２Ｃ：Ｃｕ，Ｓｉを含む）の溶湯
を凝固させて形成されている。まず図１に示すように、
２次元的または３次元的に移動可能な可動テーブル３
（ＮＣテーブル）に、ワーク１を搭載する。
鋳造品または金型鋳造品）であり、鋳造性が良好なアル
ミ合金（ＪＩＳ−ＡＣ２Ｃ：Ｃｕ，Ｓｉを含む）の溶湯
を凝固させて形成されている。まず図１に示すように、
２次元的または３次元的に移動可能な可動テーブル３
（ＮＣテーブル）に、ワーク１を搭載する。
【００２１】この状態で除去工程を実行する。除去工程
では、可動テーブル３を駆動させてワーク１を移動させ
るとともに、高密度エネルギ源として機能するレーザ発
振機４０（ＣＯ2レーザ）から、高密度エネルギビーム
としてのレーザビーム４１を、ミラー４０ｃを介してワ
ーク１の肉盛予定部１０に照射する。レーザビーム４１
は、遠赤外波長領域（波長：１０．６μｍ）のものとし
た。レーザビーム４１のエネルギ強度は、ワーク１の肉
盛予定部１０の健全表出面領域１０ａを実質的に溶融せ
ず、且つ、ワーク１の肉盛予定部１０に露出している異
物部２が除去される程度とする。
では、可動テーブル３を駆動させてワーク１を移動させ
るとともに、高密度エネルギ源として機能するレーザ発
振機４０（ＣＯ2レーザ）から、高密度エネルギビーム
としてのレーザビーム４１を、ミラー４０ｃを介してワ
ーク１の肉盛予定部１０に照射する。レーザビーム４１
は、遠赤外波長領域（波長：１０．６μｍ）のものとし
た。レーザビーム４１のエネルギ強度は、ワーク１の肉
盛予定部１０の健全表出面領域１０ａを実質的に溶融せ
ず、且つ、ワーク１の肉盛予定部１０に露出している異
物部２が除去される程度とする。
【００２２】図２（Ａ）に模式的に示すように、ワーク
１の肉盛予定部１０に異物部２が露出して存在する場合
であっても、異物部２がレーザビーム４１に照射される
までは、ワーク１の肉盛予定部１０の健全表出面領域１
０ａは実質的に溶融しない。ワーク１のレーザビーム吸
収率が低いからである。図２（Ｂ）に模式的に示すよう
に、異物部２がレーザビーム４１に照射されると、異物
部２はレーザビーム吸収率が高いため、異物部２にレー
ザビーム４１は吸収される。そのため異物部２は溶融し
たり蒸散したりして、異物部２が除去される。
１の肉盛予定部１０に異物部２が露出して存在する場合
であっても、異物部２がレーザビーム４１に照射される
までは、ワーク１の肉盛予定部１０の健全表出面領域１
０ａは実質的に溶融しない。ワーク１のレーザビーム吸
収率が低いからである。図２（Ｂ）に模式的に示すよう
に、異物部２がレーザビーム４１に照射されると、異物
部２はレーザビーム吸収率が高いため、異物部２にレー
ザビーム４１は吸収される。そのため異物部２は溶融し
たり蒸散したりして、異物部２が除去される。
【００２３】本実施例によれば、発生する熱量が大きい
場合には、異物部２の周りが溶融、再凝固し、図２
（Ｃ）に示すように、局部的な再溶融凝固部２ｃが発生
することがある。異物部２の一部２ｋが残留する場合で
あっても、この再溶融凝固部２ｃにより、残留した一部
２ｋが封孔され易くなるため、残留した一部２ｋの露出
が抑えられる。なお、再溶融凝固部２ｃ付近を分析（Ｅ
ＤＸ分析）したところ、ワーク１の母材成分のほかに、
潤滑剤や洗浄液の成分が検出された。
場合には、異物部２の周りが溶融、再凝固し、図２
（Ｃ）に示すように、局部的な再溶融凝固部２ｃが発生
することがある。異物部２の一部２ｋが残留する場合で
あっても、この再溶融凝固部２ｃにより、残留した一部
２ｋが封孔され易くなるため、残留した一部２ｋの露出
が抑えられる。なお、再溶融凝固部２ｃ付近を分析（Ｅ
ＤＸ分析）したところ、ワーク１の母材成分のほかに、
潤滑剤や洗浄液の成分が検出された。
【００２４】再溶融凝固部２ｃは肉盛予定部１０のうち
局部的に生成されるだけである。従って、再溶融凝固部
２ｃの面積は、溶融しなかった健全表出面領域１０ａの
面積に比較してかなり小さい。上記したように異物部２
を除去したら、被覆工程を実行する。即ち、被覆工程で
は、図３に模式的に示すように、肉盛予定部１０に肉盛
材料を積層して肉盛層１５を被覆する。この場合には、
肉盛予定部１０に供給されたまたは供給する肉盛材料に
レーザビーム４１を照射して行っても良いし、あるい
は、通常のアーク溶接で肉盛を行っても良いし、ＴＩＧ
アーク溶接で肉盛を行っても良い。
局部的に生成されるだけである。従って、再溶融凝固部
２ｃの面積は、溶融しなかった健全表出面領域１０ａの
面積に比較してかなり小さい。上記したように異物部２
を除去したら、被覆工程を実行する。即ち、被覆工程で
は、図３に模式的に示すように、肉盛予定部１０に肉盛
材料を積層して肉盛層１５を被覆する。この場合には、
肉盛予定部１０に供給されたまたは供給する肉盛材料に
レーザビーム４１を照射して行っても良いし、あるい
は、通常のアーク溶接で肉盛を行っても良いし、ＴＩＧ
アーク溶接で肉盛を行っても良い。
【００２５】万一、肉盛予定部１０に表出した異物部２
が残留している場合には、肉盛時の熱により異物部２が
ガス化し、図４に示す模式的に示すように、ガスを発生
させ、ピンホールなどの肉盛欠陥１５ｆを発生させるお
それがある。ところで、本実施例の除去工程ではワーク
１の肉盛予定部１０の健全表出面領域１０ａを実質的に
溶融しないため、除去工程において投入する単位時間及
び単位面積当たりのエネルギは、被覆工程において投入
する単位時間及び単位面積当たりのエネルギよりも小さ
くて済む。故に、除去工程においてレーザビーム４１の
出力をＰ１、単位時間及び単位面積あたりのレーザビー
ム４１の照射エネルギ強度をＱ１とし、ワーク１とレー
ザビーム４１との間における相対移動速度をＶ１とす
る。被覆工程においてレーザビーム４１の出力をＰ２、
単位時間及び単位面積あたりのレーザビーム４１の照射
エネルギ強度をＱ２とし、ワーク１とレーザビーム４１
との間におけるワーク１の相対移動速度をＶ２とする
と、次の（１）〜（３）の少なくとも一つの条件を満足
することが好ましい。
が残留している場合には、肉盛時の熱により異物部２が
ガス化し、図４に示す模式的に示すように、ガスを発生
させ、ピンホールなどの肉盛欠陥１５ｆを発生させるお
それがある。ところで、本実施例の除去工程ではワーク
１の肉盛予定部１０の健全表出面領域１０ａを実質的に
溶融しないため、除去工程において投入する単位時間及
び単位面積当たりのエネルギは、被覆工程において投入
する単位時間及び単位面積当たりのエネルギよりも小さ
くて済む。故に、除去工程においてレーザビーム４１の
出力をＰ１、単位時間及び単位面積あたりのレーザビー
ム４１の照射エネルギ強度をＱ１とし、ワーク１とレー
ザビーム４１との間における相対移動速度をＶ１とす
る。被覆工程においてレーザビーム４１の出力をＰ２、
単位時間及び単位面積あたりのレーザビーム４１の照射
エネルギ強度をＱ２とし、ワーク１とレーザビーム４１
との間におけるワーク１の相対移動速度をＶ２とする
と、次の（１）〜（３）の少なくとも一つの条件を満足
することが好ましい。
【００２６】（１）……Ｐ１＜Ｐ２
（２）……Ｑ１＜Ｑ２
（３）……Ｖ２＞Ｖ１
なお、空隙状の欠陥の深部までレーザビーム４１は到達
し易い。そのため、空隙状の欠陥の奥部に進入していた
異物部２が蒸散等で除去され、再溶融凝固部２ｃが生成
される場合には、図５（Ａ）に示すように、再溶融凝固
部２ｃが深い形状となり易い（キーホール効果）と考え
られる。これに対してレーザビームではなく、アークの
熱で異物部２を除去する場合には、図５（Ｂ）に示すよ
うに偏平状の再溶融凝固部２ｄが得られ易い。
し易い。そのため、空隙状の欠陥の奥部に進入していた
異物部２が蒸散等で除去され、再溶融凝固部２ｃが生成
される場合には、図５（Ａ）に示すように、再溶融凝固
部２ｃが深い形状となり易い（キーホール効果）と考え
られる。これに対してレーザビームではなく、アークの
熱で異物部２を除去する場合には、図５（Ｂ）に示すよ
うに偏平状の再溶融凝固部２ｄが得られ易い。
【００２７】以上の説明から理解できるように本実施例
によれば、ワーク１の肉盛予定部１０に表出して存在し
ている異物部２を、レーザビーム４１の照射によって除
去した後に、その肉盛予定部１０に肉盛層１５を被覆す
る。そのため、肉盛の際には、肉盛予定部１０は清浄化
されている。従って、肉盛の際に肉盛欠陥が発生するこ
とを抑え得る。よって肉盛層１５の適正化を図り得、肉
盛層１５の強度確保に有利である。
によれば、ワーク１の肉盛予定部１０に表出して存在し
ている異物部２を、レーザビーム４１の照射によって除
去した後に、その肉盛予定部１０に肉盛層１５を被覆す
る。そのため、肉盛の際には、肉盛予定部１０は清浄化
されている。従って、肉盛の際に肉盛欠陥が発生するこ
とを抑え得る。よって肉盛層１５の適正化を図り得、肉
盛層１５の強度確保に有利である。
【００２８】また本実施例によれば、レーザビーム４１
をワーク１の肉盛予定部１０に照射しても、肉盛予定部
１０のうちの大部分を占める健全表出面領域１０ａを実
質的に溶融させない。そのため、ワーク１の肉盛予定部
１０の全域が溶融、続いて起きる再凝固を経る場合に比
較して、肉盛予定部１０の表面荒れを抑え得、肉盛層１
５の厚みのバラツキ低減に有利である。更にワーク１の
肉盛予定部１０の全域が溶融する場合に比較して、肉盛
予定部１０の改質または変質を抑制するのに有利であ
り、よって全面溶融に起因するワーク１の強度バランス
の崩れを抑えのに有利である。
をワーク１の肉盛予定部１０に照射しても、肉盛予定部
１０のうちの大部分を占める健全表出面領域１０ａを実
質的に溶融させない。そのため、ワーク１の肉盛予定部
１０の全域が溶融、続いて起きる再凝固を経る場合に比
較して、肉盛予定部１０の表面荒れを抑え得、肉盛層１
５の厚みのバラツキ低減に有利である。更にワーク１の
肉盛予定部１０の全域が溶融する場合に比較して、肉盛
予定部１０の改質または変質を抑制するのに有利であ
り、よって全面溶融に起因するワーク１の強度バランス
の崩れを抑えのに有利である。
【００２９】（検討）図６の特性線Ａ１に示すように、
ワーク１の相対移動速度が小さくなるにつれて、単位時
間及び単位面積当たりのレーザビーム４１の照射エネル
ギ強度は増加し、また、ワーク１の相対移動速度が大き
くなるにつれて、単位時間及び単位面積当たりのレーザ
ビーム４１の照射エネルギ強度は低下する傾向がある。
本発明者は、ワーク１の肉盛予定部１０の健全表出面領
域１０ａを実質的に溶融することなく、肉盛予定部１０
に表出している異物部２を除去するためのレーザビーム
４１のエネルギ強度について検討した。レーザビーム４
１のビーム径を絞った集光ビームをオシレートする方式
（オシレート幅：６ｍｍ）、レーザビーム４１のビーム
径を拡大した方式（ビーム径：６ｍｍ）について検討し
た。検討した結果によれば、ワーク１の材質及びレーザ
発振機４０が上記したものであり、レーザ出力が３ｋｗ
のときには、単位時間及び単位面積当たりの照射エネル
ギ強度が１Ｊ／ｍｍ2を越えておれば、肉盛予定部１０
に表出している大部分の異物部２を効果的に除去できる
ことが把握された。図６から理解できるように、ワーク
１の相対移動速度を高速化したときには、単位時間及び
単位面積当たりのレーザビーム４１の照射エネルギ強度
が低下するため、異物部２を除去する能力に関しては、
あまり効果がなかった。
ワーク１の相対移動速度が小さくなるにつれて、単位時
間及び単位面積当たりのレーザビーム４１の照射エネル
ギ強度は増加し、また、ワーク１の相対移動速度が大き
くなるにつれて、単位時間及び単位面積当たりのレーザ
ビーム４１の照射エネルギ強度は低下する傾向がある。
本発明者は、ワーク１の肉盛予定部１０の健全表出面領
域１０ａを実質的に溶融することなく、肉盛予定部１０
に表出している異物部２を除去するためのレーザビーム
４１のエネルギ強度について検討した。レーザビーム４
１のビーム径を絞った集光ビームをオシレートする方式
（オシレート幅：６ｍｍ）、レーザビーム４１のビーム
径を拡大した方式（ビーム径：６ｍｍ）について検討し
た。検討した結果によれば、ワーク１の材質及びレーザ
発振機４０が上記したものであり、レーザ出力が３ｋｗ
のときには、単位時間及び単位面積当たりの照射エネル
ギ強度が１Ｊ／ｍｍ2を越えておれば、肉盛予定部１０
に表出している大部分の異物部２を効果的に除去できる
ことが把握された。図６から理解できるように、ワーク
１の相対移動速度を高速化したときには、単位時間及び
単位面積当たりのレーザビーム４１の照射エネルギ強度
が低下するため、異物部２を除去する能力に関しては、
あまり効果がなかった。
【００３０】肉盛層における不良率の低減について検討
した結果を図７に示す。図７において○印は、集光した
レーザビーム４１をオシレートする場合（オシレート
幅：６ｍｍ）を意味し、●印は、デフォーカスしてビー
ム径を拡大したレーザビーム４１を用いた場合を意味す
る（ビーム幅：６ｍｍ）。本実施例に係る除去工程を実
行せずに肉盛した場合には、図７に示すように、肉盛層
における不良率がα１であった。しかし本実施例に係る
除去工程を実行した後に肉盛した場合には、肉盛層にお
ける不良率がα２（α２=α１×（０．２５〜０．６
７）以下と大幅に低減していた。
した結果を図７に示す。図７において○印は、集光した
レーザビーム４１をオシレートする場合（オシレート
幅：６ｍｍ）を意味し、●印は、デフォーカスしてビー
ム径を拡大したレーザビーム４１を用いた場合を意味す
る（ビーム幅：６ｍｍ）。本実施例に係る除去工程を実
行せずに肉盛した場合には、図７に示すように、肉盛層
における不良率がα１であった。しかし本実施例に係る
除去工程を実行した後に肉盛した場合には、肉盛層にお
ける不良率がα２（α２=α１×（０．２５〜０．６
７）以下と大幅に低減していた。
【００３１】検討した結果によれば、図７の特性線Ａ２
に示すように、肉盛予定部１０に対する単位時間及び単
位面積あたりのエネルギ強度つまり入熱量を１Ｊ／ｍｍ
2以上とすれば、不良率がかなり低減する。上記した肉
盛予定部１０に対する入熱量が増加するにつれて、不良
率はさらに低減する。しかし入熱量が増加し過ぎると、
異物部２の除去性は増加するものの、肉盛予定部１０の
健全表出面領域１０ａが溶融するおそれがあるため、過
剰の入熱量の投入は避ける必要がある。
に示すように、肉盛予定部１０に対する単位時間及び単
位面積あたりのエネルギ強度つまり入熱量を１Ｊ／ｍｍ
2以上とすれば、不良率がかなり低減する。上記した肉
盛予定部１０に対する入熱量が増加するにつれて、不良
率はさらに低減する。しかし入熱量が増加し過ぎると、
異物部２の除去性は増加するものの、肉盛予定部１０の
健全表出面領域１０ａが溶融するおそれがあるため、過
剰の入熱量の投入は避ける必要がある。
【００３２】上記した検討によれば、異物部２の除去性
を考慮すれば、ワーク１がアルミ系、レーザビーム４１
がＣＯ2レーザであるときには、現状では、肉盛予定部
１０の単位時間及び単位面積当たりのレーザビーム４１
のエネルギ強度は８５ｗ／ｍｍ2以上、単位時間及び単
位面積当たりの入熱量は１Ｊ／ｍｍ2以上が良いとされ
る。
を考慮すれば、ワーク１がアルミ系、レーザビーム４１
がＣＯ2レーザであるときには、現状では、肉盛予定部
１０の単位時間及び単位面積当たりのレーザビーム４１
のエネルギ強度は８５ｗ／ｍｍ2以上、単位時間及び単
位面積当たりの入熱量は１Ｊ／ｍｍ2以上が良いとされ
る。
【００３３】（適用例１）適用例１を図８及び図９に示
す。本適用例では、ワーク１は、アルミ合金の鋳造品
（例えば内燃機関のシリンダブロック）である。このワ
ーク１は、アルミ溶湯を凝固させて鋳造品を得る鋳造工
程、水や薬剤を含む洗浄液で鋳造品を洗浄する洗浄工
程、鋳造品の機械加工部位を潤滑剤で潤滑しつつ切削具
で切削する切削工程を経たものである。
す。本適用例では、ワーク１は、アルミ合金の鋳造品
（例えば内燃機関のシリンダブロック）である。このワ
ーク１は、アルミ溶湯を凝固させて鋳造品を得る鋳造工
程、水や薬剤を含む洗浄液で鋳造品を洗浄する洗浄工
程、鋳造品の機械加工部位を潤滑剤で潤滑しつつ切削具
で切削する切削工程を経たものである。
【００３４】このワーク１は、不純物量が低くく、且
つ、ピンホールなどの気孔率も極めて小さく、高品質の
ものである。本実施例では、さらなる高品質化のため、
肉盛層を形成する前の肉盛予定部１０に対して、異物部
２を除去するための除去技術を施す。即ち、図８に示す
ようにレーザビーム４１を発振するレーザ発振機４０
（ＣＯ 2レーザ）、ビームスキャン装置４３をもつ設備
を用い、レーザ発振機４０で発振されたレーザビーム４
１をビームスキャン装置４３によりワーク１のリング状
の肉盛予定部１０（径方向の幅Ｄ１：約１０ｍｍ）に照
射する。レーザビーム４１の焦点距離は１０インチ程度
とした。レーザ発振機４０のレーザ出力は３ｋｗ程度と
した。
つ、ピンホールなどの気孔率も極めて小さく、高品質の
ものである。本実施例では、さらなる高品質化のため、
肉盛層を形成する前の肉盛予定部１０に対して、異物部
２を除去するための除去技術を施す。即ち、図８に示す
ようにレーザビーム４１を発振するレーザ発振機４０
（ＣＯ 2レーザ）、ビームスキャン装置４３をもつ設備
を用い、レーザ発振機４０で発振されたレーザビーム４
１をビームスキャン装置４３によりワーク１のリング状
の肉盛予定部１０（径方向の幅Ｄ１：約１０ｍｍ）に照
射する。レーザビーム４１の焦点距離は１０インチ程度
とした。レーザ発振機４０のレーザ出力は３ｋｗ程度と
した。
【００３５】この場合、１個の肉盛予定部１０について
照射する際に、ビームスキャン装置４３の作動により、
レーザビーム４１を１秒間あたり１００回転、つまり１
００ｒｐｓ程度で渦巻き状にスキャン照射した。レーザ
ビーム４１によるスキャン円の直径としては、肉盛予定
部１０の内縁１０ｉ側を照射する初期では１５ｍｍに設
定し、肉盛予定部１０の外縁１０ｏ側を照射する終期で
は、３５ｍｍ程度とした。リング状の肉盛予定部１０に
照射されたほとんどのレーザビーム４１は、肉盛予定部
１０で反射された。酸化防止用のシールドガスは不要で
あった。
照射する際に、ビームスキャン装置４３の作動により、
レーザビーム４１を１秒間あたり１００回転、つまり１
００ｒｐｓ程度で渦巻き状にスキャン照射した。レーザ
ビーム４１によるスキャン円の直径としては、肉盛予定
部１０の内縁１０ｉ側を照射する初期では１５ｍｍに設
定し、肉盛予定部１０の外縁１０ｏ側を照射する終期で
は、３５ｍｍ程度とした。リング状の肉盛予定部１０に
照射されたほとんどのレーザビーム４１は、肉盛予定部
１０で反射された。酸化防止用のシールドガスは不要で
あった。
【００３６】上記したようにレーザビーム４１をリング
状の肉盛予定部１０に渦巻き状にスキャン照射する場合
には、図９（Ａ）に示すように、リング状の肉盛予定部
１０の内縁１０ｉ側にレーザビーム４１をスキャン照射
する。続いて、図９（Ｂ）に示すように、リング状の肉
盛予定部１０の中央側に向けてレーザビーム４１を渦巻
き状にスキャン照射する。続いて、図９（Ｃ）に示すよ
うに、リング状の肉盛予定部１０の外縁１０ｏ側に向け
てレーザビーム４１を渦巻き状にスキャン照射する。図
９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示す渦巻き状にスキャン照射す
る上記操作を、１秒以内に完了する。
状の肉盛予定部１０に渦巻き状にスキャン照射する場合
には、図９（Ａ）に示すように、リング状の肉盛予定部
１０の内縁１０ｉ側にレーザビーム４１をスキャン照射
する。続いて、図９（Ｂ）に示すように、リング状の肉
盛予定部１０の中央側に向けてレーザビーム４１を渦巻
き状にスキャン照射する。続いて、図９（Ｃ）に示すよ
うに、リング状の肉盛予定部１０の外縁１０ｏ側に向け
てレーザビーム４１を渦巻き状にスキャン照射する。図
９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示す渦巻き状にスキャン照射す
る上記操作を、１秒以内に完了する。
【００３７】上記した場合には、リング状の肉盛予定部
１０の内縁１０ｉ側から外縁１０ｏ側にかけてレーザビ
ーム４１を渦巻き状にスキャン照射しているが、これに
限らず、リング状の肉盛予定部１０の外縁１０ｏ側から
内縁１０ｉ側にかけてレーザビーム４１をスキャン照射
することにしても良い。 （適用例２）本適用例は、ワーク１として、車両用シリ
ンダヘッドを用い、ワーク１の肉盛予定部１０であるリ
ング状のバルブシート部に、肉盛層を形成する例であ
る。このワーク１は、アルミ溶湯を用いて低圧鋳造で鋳
造したアルミ合金製の鋳造品（ＪＩＳ−ＡＣ２Ｃ）であ
り、水や薬剤を含む洗浄液で鋳造品を洗浄する洗浄工
程、鋳造品の機械加工部位を潤滑剤で潤滑しつつ切削具
で切削する切削工程を経たものである。
１０の内縁１０ｉ側から外縁１０ｏ側にかけてレーザビ
ーム４１を渦巻き状にスキャン照射しているが、これに
限らず、リング状の肉盛予定部１０の外縁１０ｏ側から
内縁１０ｉ側にかけてレーザビーム４１をスキャン照射
することにしても良い。 （適用例２）本適用例は、ワーク１として、車両用シリ
ンダヘッドを用い、ワーク１の肉盛予定部１０であるリ
ング状のバルブシート部に、肉盛層を形成する例であ
る。このワーク１は、アルミ溶湯を用いて低圧鋳造で鋳
造したアルミ合金製の鋳造品（ＪＩＳ−ＡＣ２Ｃ）であ
り、水や薬剤を含む洗浄液で鋳造品を洗浄する洗浄工
程、鋳造品の機械加工部位を潤滑剤で潤滑しつつ切削具
で切削する切削工程を経たものである。
【００３８】このワーク１は、歪み取りや組織の安定化
等のため、Ｔ６処理されている。このシリンダヘッドで
あるワーク１は、不純物量が低くく、且つ、ピンホール
などの気孔率も小さい。しかしさらなる高品質化のた
め、肉盛層を形成する前の肉盛予定部１０であるリング
状のバルブシート部に対して、除去技術を施す。この適
用例では、図１０に示すように、基台５０には、設置テ
ーブル５１ｃをもつ可動テーブル５１が設けられてい
る。可動テーブル５１の設置テーブル５１ｃにはワーク
１が着脱可能に搭載されている。設置テーブル５１ｃ
は、Ｙ軸モータ５３によりＹ方向に移動でき、Ｘ軸モー
タ５４によりＸ方向に移動でき、θ軸モータ５５により
θ方向に旋回でき、複数のバルブシート部を仮想的に結
ぶ仮想線を旋回中心とする。
等のため、Ｔ６処理されている。このシリンダヘッドで
あるワーク１は、不純物量が低くく、且つ、ピンホール
などの気孔率も小さい。しかしさらなる高品質化のた
め、肉盛層を形成する前の肉盛予定部１０であるリング
状のバルブシート部に対して、除去技術を施す。この適
用例では、図１０に示すように、基台５０には、設置テ
ーブル５１ｃをもつ可動テーブル５１が設けられてい
る。可動テーブル５１の設置テーブル５１ｃにはワーク
１が着脱可能に搭載されている。設置テーブル５１ｃ
は、Ｙ軸モータ５３によりＹ方向に移動でき、Ｘ軸モー
タ５４によりＸ方向に移動でき、θ軸モータ５５により
θ方向に旋回でき、複数のバルブシート部を仮想的に結
ぶ仮想線を旋回中心とする。
【００３９】レーザ発振機４０（ＣＯ2レーザ）から発
振されたレーザビーム４１は、ビーム径を調整するレン
ズ５７、ビームオシレータ５８を介して、ワーク１であ
るシリンダヘッドのうち肉盛予定部１０である各バルブ
シート部に照射される（図１２参照）。除去工程におけ
る条件は次のようである。レーザの種類がＣＯ2レー
ザ、ビーム幅が６ｍｍのデフォーカスビーム、レーザ出
力が３ｋｗ、ワーク１の移動速度が４０００ｍｍ／ｍｉ
ｎとした。
振されたレーザビーム４１は、ビーム径を調整するレン
ズ５７、ビームオシレータ５８を介して、ワーク１であ
るシリンダヘッドのうち肉盛予定部１０である各バルブ
シート部に照射される（図１２参照）。除去工程におけ
る条件は次のようである。レーザの種類がＣＯ2レー
ザ、ビーム幅が６ｍｍのデフォーカスビーム、レーザ出
力が３ｋｗ、ワーク１の移動速度が４０００ｍｍ／ｍｉ
ｎとした。
【００４０】レーザビーム４１の照射により異物部２が
除去されたときには、一般的には、物理量である光（例
えば可視光）、音圧（例えば可聴音）が発生する。これ
に対処すべく本例では、第１検知装置７１及び第２検知
装置９１がシリンダヘッドのバルブシート部に接近して
配置されている。図１１に示すように、第１検知装置７
１は、レーザビーム４１の照射により異物部２が除去さ
れたときに発生する物理量である光（可視光）に基づい
て、異物部２の除去の程度を検知するものであり、集光
レンズ７２と、集光レンズ７２を経た光を受光して電気
信号である受光信号として変換する受光素子７３と、受
光信号を増幅するアンプ回路７４と、受光信号の歪みを
補正する補正回路７５と、ノイズを除去するフィルタ回
路７６と、受光信号を２値化信号に変換する２値化回路
７７と、２値化信号に基づく受光面積信号としきい値電
圧とを比較する比較手段７８と、判定手段７９と、報知
手段８０とを備えている。判定手段７９は、２値化信号
に基づく受光面積信号がしきい値電圧未満のときには、
異物部２が解消されたと推定するとともに、２値化信号
に基づく受光面積信号がしきい値電圧以上のときには、
除去工程を実行しても異物部２の一部が残留していると
推定する。判定手段７９による判定に基づいて、異物部
２の一部がまだ残留していると推定されたときに、報知
手段８０は警告を報知する。
除去されたときには、一般的には、物理量である光（例
えば可視光）、音圧（例えば可聴音）が発生する。これ
に対処すべく本例では、第１検知装置７１及び第２検知
装置９１がシリンダヘッドのバルブシート部に接近して
配置されている。図１１に示すように、第１検知装置７
１は、レーザビーム４１の照射により異物部２が除去さ
れたときに発生する物理量である光（可視光）に基づい
て、異物部２の除去の程度を検知するものであり、集光
レンズ７２と、集光レンズ７２を経た光を受光して電気
信号である受光信号として変換する受光素子７３と、受
光信号を増幅するアンプ回路７４と、受光信号の歪みを
補正する補正回路７５と、ノイズを除去するフィルタ回
路７６と、受光信号を２値化信号に変換する２値化回路
７７と、２値化信号に基づく受光面積信号としきい値電
圧とを比較する比較手段７８と、判定手段７９と、報知
手段８０とを備えている。判定手段７９は、２値化信号
に基づく受光面積信号がしきい値電圧未満のときには、
異物部２が解消されたと推定するとともに、２値化信号
に基づく受光面積信号がしきい値電圧以上のときには、
除去工程を実行しても異物部２の一部が残留していると
推定する。判定手段７９による判定に基づいて、異物部
２の一部がまだ残留していると推定されたときに、報知
手段８０は警告を報知する。
【００４１】第２検知装置９１は、異物部２が除去され
たときに発生する物理量である音圧（可聴音）に基づい
て、つまり、アコースティック・エミッションに基づい
て、異物部２の除去の程度を検知するものであり、音圧
を電気信号に変換するＡＥ変換子９２と、ＡＥ変換子９
２からの音圧信号を増幅するアンプ回路９３と、音圧信
号の歪みを補正する補正回路９４と、ノイズを除去する
フィルタ回路９５と、音圧信号としきい値電圧とを比較
する比較手段９６と、判定手段９７とをもつ。判定手段
９７は、音圧信号がしきい値電圧未満のときには、異物
部２が除去されたと推定するとともに、音圧信号がしき
い値電圧以上のときには、除去工程を実行しても異物部
２がまだ残留していると推定する。判定手段９７による
判定に基づいて、報知手段８０は警告を報知する。
たときに発生する物理量である音圧（可聴音）に基づい
て、つまり、アコースティック・エミッションに基づい
て、異物部２の除去の程度を検知するものであり、音圧
を電気信号に変換するＡＥ変換子９２と、ＡＥ変換子９
２からの音圧信号を増幅するアンプ回路９３と、音圧信
号の歪みを補正する補正回路９４と、ノイズを除去する
フィルタ回路９５と、音圧信号としきい値電圧とを比較
する比較手段９６と、判定手段９７とをもつ。判定手段
９７は、音圧信号がしきい値電圧未満のときには、異物
部２が除去されたと推定するとともに、音圧信号がしき
い値電圧以上のときには、除去工程を実行しても異物部
２がまだ残留していると推定する。判定手段９７による
判定に基づいて、報知手段８０は警告を報知する。
【００４２】従って、第１検知装置７１により警報が報
知されず、且つ、第２検知装置９１で警報が報知されな
かった場合には、除去工程が良好に実行され、ワーク１
の肉盛予定部１０における異物部２が除去されたものと
みなし得るため、次の被覆工程を実行して肉盛を行う。
また、第１検知装置７１により警報が報知されたり、第
２検知装置９１で警報が報知されたりした場合には、ワ
ーク１の肉盛予定部１０にレーザビーム４１を照射して
除去工程を実行した場合であっても、異物部２の一部が
まだ残留していると推定されるため、次の被覆工程を実
行しないようし、ワーク１の再検査またはワーク１の廃
棄を行う。
知されず、且つ、第２検知装置９１で警報が報知されな
かった場合には、除去工程が良好に実行され、ワーク１
の肉盛予定部１０における異物部２が除去されたものと
みなし得るため、次の被覆工程を実行して肉盛を行う。
また、第１検知装置７１により警報が報知されたり、第
２検知装置９１で警報が報知されたりした場合には、ワ
ーク１の肉盛予定部１０にレーザビーム４１を照射して
除去工程を実行した場合であっても、異物部２の一部が
まだ残留していると推定されるため、次の被覆工程を実
行しないようし、ワーク１の再検査またはワーク１の廃
棄を行う。
【００４３】被覆工程では、除去工程で用いたのと同様
のレーザ発振機４０を用いる。即ち、図１０に示すよう
に、レーザ発振機４０（ＣＯ2レーザ）から発振された
レーザビーム４１は、ビーム径を調整するレンズ５７、
ビームオシレータ５８を介して、ワーク１であるシリン
ダヘッドの各バルブシート部に照射される。被覆工程で
は、図１３に示すように、粉末供給ノズル１００から肉
盛粉末１００ａをバルブシート部に供給しつつ、且つ、
シールドガスノズル１０２からシールドガスをバルブシ
ート部に供給しつつ、ビームオシレータ５８によりレー
ザビーム４１をバルブシート部に照射する。これにより
バルブシート部に肉盛層１５が被覆される。
のレーザ発振機４０を用いる。即ち、図１０に示すよう
に、レーザ発振機４０（ＣＯ2レーザ）から発振された
レーザビーム４１は、ビーム径を調整するレンズ５７、
ビームオシレータ５８を介して、ワーク１であるシリン
ダヘッドの各バルブシート部に照射される。被覆工程で
は、図１３に示すように、粉末供給ノズル１００から肉
盛粉末１００ａをバルブシート部に供給しつつ、且つ、
シールドガスノズル１０２からシールドガスをバルブシ
ート部に供給しつつ、ビームオシレータ５８によりレー
ザビーム４１をバルブシート部に照射する。これにより
バルブシート部に肉盛層１５が被覆される。
【００４４】被覆工程における条件は次のようである。
レーザの種類がＣＯ2レーザ、レーザ出力が４．３ｋ
ｗ、レーザビーム４１のオシレート幅が５．５ｍｍ、ワ
ーク１の相対移動速度が１１００ｍｍ／ｍｉｎ、肉盛粉
末１００ａが銅系合金の粉末、肉盛粉末の供給量が１．
１ｇｆ／秒、シールドガスである窒素の流量が３０リッ
トル／ｍｉｎとした。
レーザの種類がＣＯ2レーザ、レーザ出力が４．３ｋ
ｗ、レーザビーム４１のオシレート幅が５．５ｍｍ、ワ
ーク１の相対移動速度が１１００ｍｍ／ｍｉｎ、肉盛粉
末１００ａが銅系合金の粉末、肉盛粉末の供給量が１．
１ｇｆ／秒、シールドガスである窒素の流量が３０リッ
トル／ｍｉｎとした。
【００４５】なお、上記した例では、光に基づいて検知
する第１検知装置７１、音に基づいて検知する第２検知
装置９１の双方を用いているが、これに限らず一方を用
いる方式でも良い。 （付記）上記した記載から次の技術的思想も把握でき
る。 ・表出した空隙状の欠陥が発生し得る健全表出面領域を
備えた肉盛予定部をもつワークを用意し、ワークの肉盛
予定部に潤滑剤、洗浄液、水分などの液状媒体を接触さ
せる接触工程と、ワークの肉盛予定部の健全表出面領域
を実質的に溶融せず、且つ、ワークの肉盛予定部の空隙
状の欠陥に進入した潤滑剤、洗浄液、水分などの異物部
を除去できるエネルギ強度で、高密度エネルギビームを
ワークの肉盛予定部に照射して異物部を除去または低減
する除去工程とを含むことを特徴とする欠陥の低減方法
または肉盛方法。
する第１検知装置７１、音に基づいて検知する第２検知
装置９１の双方を用いているが、これに限らず一方を用
いる方式でも良い。 （付記）上記した記載から次の技術的思想も把握でき
る。 ・表出した空隙状の欠陥が発生し得る健全表出面領域を
備えた肉盛予定部をもつワークを用意し、ワークの肉盛
予定部に潤滑剤、洗浄液、水分などの液状媒体を接触さ
せる接触工程と、ワークの肉盛予定部の健全表出面領域
を実質的に溶融せず、且つ、ワークの肉盛予定部の空隙
状の欠陥に進入した潤滑剤、洗浄液、水分などの異物部
を除去できるエネルギ強度で、高密度エネルギビームを
ワークの肉盛予定部に照射して異物部を除去または低減
する除去工程とを含むことを特徴とする欠陥の低減方法
または肉盛方法。
【００４６】
【発明の効果】本発明方法によれば、ワークの肉盛予定
部に存在している異物部を、高密度エネルギビームの照
射によって除去した後に、その肉盛予定部に肉盛層を被
覆する。そのため、肉盛処理の際には、肉盛予定部にお
ける異物は除去または減少している。従って、肉盛の際
に肉盛欠陥の発生を抑え得る。よって肉盛層の適正化を
図り得、肉盛層の本来の強度を確保するのに有利であ
る。
部に存在している異物部を、高密度エネルギビームの照
射によって除去した後に、その肉盛予定部に肉盛層を被
覆する。そのため、肉盛処理の際には、肉盛予定部にお
ける異物は除去または減少している。従って、肉盛の際
に肉盛欠陥の発生を抑え得る。よって肉盛層の適正化を
図り得、肉盛層の本来の強度を確保するのに有利であ
る。
【００４７】更に本発明方法によれば、高密度エネルギ
ビームをワークの肉盛予定部に照射しても、肉盛予定部
において大部分を占める健全表出面領域の溶融を抑え得
る。そのため、ワークの肉盛予定部の健全表出面領域を
含む全域を溶融する従来公報の方式に比較して、肉盛予
定部の表面荒れを抑え得、肉盛層の厚みのバラツキを抑
えるのに有利となる。
ビームをワークの肉盛予定部に照射しても、肉盛予定部
において大部分を占める健全表出面領域の溶融を抑え得
る。そのため、ワークの肉盛予定部の健全表出面領域を
含む全域を溶融する従来公報の方式に比較して、肉盛予
定部の表面荒れを抑え得、肉盛層の厚みのバラツキを抑
えるのに有利となる。
【００４８】更にワークの肉盛予定部の健全表出面領域
を含む全域を溶融する従来公報の方式に比較して、ワー
クの肉盛予定部の健全表出面領域の改質または変質の抑
制にも有利であり、故に、ワークの強度バランスの確保
に有利である。更に本発明方法によれば、ワークの肉盛
予定部の厚みが制約されている場合であっても、肉盛予
定部の予想外の穴あきを防止するのに有利である。
を含む全域を溶融する従来公報の方式に比較して、ワー
クの肉盛予定部の健全表出面領域の改質または変質の抑
制にも有利であり、故に、ワークの強度バランスの確保
に有利である。更に本発明方法によれば、ワークの肉盛
予定部の厚みが制約されている場合であっても、肉盛予
定部の予想外の穴あきを防止するのに有利である。
【００４９】更に本発明方法によれば、異物部が除去ま
たは低減される際に発生する物理量を検知し、物理量に
基づいて、異物部の除去または低減の程度を検知する場
合には、ワークを破壊することなく、異物部の有無を検
知できる。故に、異物部の有無に関する情報を、以降の
ワークを製造する際の製造条件にフィードバックすれ
ば、以降のワークの品質を一層高めるのに有利となる。
たは低減される際に発生する物理量を検知し、物理量に
基づいて、異物部の除去または低減の程度を検知する場
合には、ワークを破壊することなく、異物部の有無を検
知できる。故に、異物部の有無に関する情報を、以降の
ワークを製造する際の製造条件にフィードバックすれ
ば、以降のワークの品質を一層高めるのに有利となる。
【図１】除去工程においてワークの肉盛予定部にレーザ
ビームを照射している状態を示す工程図である。
ビームを照射している状態を示す工程図である。
【図２】除去工程を実行している状態を示す工程図であ
る。
る。
【図３】除去工程を実行したワークの肉盛予定部に肉盛
層を被覆した状態を模式的に示す断面図である。
層を被覆した状態を模式的に示す断面図である。
【図４】除去工程を実行していないワークの肉盛予定部
に肉盛層を被覆した状態を模式的に示す断面図である。
に肉盛層を被覆した状態を模式的に示す断面図である。
【図５】（Ａ）はキーホール効果を模式的に説明する構
成図であり、（Ｂ）は通常の溶融凝固状態を模式的に示
す構成図である。
成図であり、（Ｂ）は通常の溶融凝固状態を模式的に示
す構成図である。
【図６】ワークの相対移動速度と入熱量との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図７】入熱量と肉盛不良率との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図８】レーザ発振機からのレーザビームを肉盛予定部
に照射する形態を模式的に示す構成図である。
に照射する形態を模式的に示す構成図である。
【図９】レーザ発振機からのレーザビームをリング状の
肉盛予定部に渦巻き状にスキャン照射する形態を模式的
に示す構成図である。
肉盛予定部に渦巻き状にスキャン照射する形態を模式的
に示す構成図である。
【図１０】レーザ発振機からのレーザビームをワークの
肉盛予定部に照射する形態を模式的に示す構成図であ
る。
肉盛予定部に照射する形態を模式的に示す構成図であ
る。
【図１１】検知装置のブロック図である。
【図１２】レーザ発振機からのレーザビームをワークの
肉盛予定部に照射して異物部を除去する形態を模式的に
示す構成図である。
肉盛予定部に照射して異物部を除去する形態を模式的に
示す構成図である。
【図１３】レーザ発振機から照射されたレーザビームを
利用してワークの肉盛予定部に肉盛層を形成する形態を
模式的に拡大して示す構成図である。
利用してワークの肉盛予定部に肉盛層を形成する形態を
模式的に拡大して示す構成図である。
【符号の説明】
図中、１はワーク、１０は肉盛予定部、１０ａは健全表
出面領域、１５は肉盛層、２は異物部、４１はレーザビ
ームを示す。
出面領域、１５は肉盛層、２は異物部、４１はレーザビ
ームを示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−112683（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−289986（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 9/04
B23K 26/00 - 26/42
C23G 5/00
Claims (9)
- 【請求項１】健全表出面領域を備えると共に異物部が存
在する肉盛予定部をもつ鋳造品で形成されたワークを用
意し、肉盛層を形成する前に、 前記ワークの肉盛予定部の健全
表出面領域を実質的に溶融せず、且つ、前記ワークの肉
盛予定部に存在していると共に肉盛欠陥となり得る異物
部を除去できるエネルギ強度で、高密度エネルギビーム
を前記ワークの肉盛予定部に照射して前記異物部を除去
または低減する除去工程と、該除去工程の後に、該除去工程により前記異物部が除去
または低減された 前記ワークの肉盛予定部に肉盛層を被
覆する被覆工程とを含むことを特徴とする肉盛方法。 - 【請求項２】請求項１において、前記除去工程におい
て、前記ワークの肉盛予定部における異物部が除去また
は低減される際に発生する物理量を検知し、前記物理量
に基づいて、異物部の除去または低減の程度を検知する
ことを特徴とする肉盛方法。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記ワ
ークはアルミニウム系、鉄系、チタン系のいずれかで形
成された鋳造品であり、前記異物部は介在物、空隙状欠
陥部に進入した潤滑剤、洗浄液、水分のうちの少なくと
も１種であることを特徴とする肉盛方法。 - 【請求項４】請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項
において、前記高密度エネルギビームはレーザビームで
あることを特徴とする肉盛方法。 - 【請求項５】請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項
において、前記除去工程において投入する単位時間及び
単位面積当たりのエネルギは、前記被覆工程において投
入する単位時間及び単位面積当たりのエネルギよりも小
さく設定されていることを特徴とする肉盛方法。 - 【請求項６】請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項
において、前記肉盛予定部はリング形状であり、レーザ
ビームを渦巻き状にスキャン照射することを特徴とする
肉盛方法。 - 【請求項７】請求項２〜請求項６のうちのいずれか一項
において、第１検知装置が設けられており、前記第１検
知装置は、レーザビームの照射により異物部が除去され
たときに発生する物理量である光に基づいて異物部の除
去の程度を検知するものであり、 集光レンズと、前記集光レンズを経た光を受光して電気
信号である受光信号として変換する受光素子と、前記受
光信号を２値化信号に変換する２値化回路と、前記２値
化信号に基づく受光面積信号としきい値電圧とを比較す
る比較手段と、判定手段と、前記判定手段による判定に
基づいて前記異物部の一部がまだ残留していると推定さ
れたときに、警告を報知する報知手段とを備えており、 前記判定手段は、前記２値化信号に基づく受光面積信号
がしきい値電圧未満のときには、前記異物部が解消され
たと推定するとともに、前記２値化信号に基づく受光面
積信号がしきい値電圧以上のときには、前記除去工程を
実行しても前記異物部の一部が残留していると推定する
ことを特徴とする肉盛方法。 - 【請求項８】請求項２〜請求項７のうちのいずれか一項
において、第２検知装置が設けられており、前記第２検
知装置は、異物部が除去されたときに発生する物理量で
ある音圧に基づいて異物部の除去の程度を検知するもの
であり、 音圧を電気信号に変換するＡＥ変換子と、前記ＡＥ変換
子からの音圧信号を増幅するアンプ回路と、前記音圧信
号としきい値電圧とを比較する比較手段と、判定手段
と、前記判定手段による判定に基づいて警告を報知する
報知手段とをもち、 前記判定手段は、前記音圧信号がしきい値電圧未満のと
きには、前記異物部が除去されたと推定するとともに、
前記音圧信号がしきい値電圧以上のときには、前記除去
工程を実行しても前記異物部がまだ残留していると推定
することを特徴とする肉盛方法。 - 【請求項９】表出した空隙状の欠陥が発生し得る健全表
出面領域を備えた肉盛予定部をもつ鋳造品で形成された
ワークを用意し、前記ワークの肉盛予定部に潤滑剤、洗
浄液、水分の少なくとも１種からなる液状媒体を接触さ
せる接触工程と、 ワークの肉盛予定部の健全表出面領域を実質的に溶融せ
ず、且つ、ワークの肉盛予定部の空隙状の欠陥に進入し
た潤滑剤、洗浄液、水分の少なくとも１種からなる異物
部を除去できるエネルギ強度で、高密度エネルギビーム
をワークの肉盛予定部に照射して異物部を除去または低
減する除去工程とを含むことを特徴とする肉盛方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14340098A JP3518723B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 肉盛方法 |
| DE69921541T DE69921541T2 (de) | 1998-05-25 | 1999-05-05 | Verfahren zum Plattieren durch Schweissen |
| EP99108923A EP0960682B1 (en) | 1998-05-25 | 1999-05-05 | Process of cladding by welding |
| US09/316,065 US6329630B1 (en) | 1998-05-25 | 1999-05-21 | Process of cladding by welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14340098A JP3518723B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 肉盛方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11333574A JPH11333574A (ja) | 1999-12-07 |
| JP3518723B2 true JP3518723B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=15337897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14340098A Expired - Fee Related JP3518723B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 肉盛方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6329630B1 (ja) |
| EP (1) | EP0960682B1 (ja) |
| JP (1) | JP3518723B2 (ja) |
| DE (1) | DE69921541T2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100387488B1 (ko) * | 2001-04-25 | 2003-06-18 | 현대자동차주식회사 | 레이저 클래딩 공법을 이용한 밸브 시트 제조방법 |
| JP4664569B2 (ja) * | 2002-05-08 | 2011-04-06 | 株式会社東芝 | 表面欠陥の封止方法及び封止装置 |
| US7009137B2 (en) * | 2003-03-27 | 2006-03-07 | Honeywell International, Inc. | Laser powder fusion repair of Z-notches with nickel based superalloy powder |
| DE10324274A1 (de) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren zum Schweißen von Metallkörpern |
| JP4802895B2 (ja) | 2006-07-05 | 2011-10-26 | トヨタ自動車株式会社 | 鋳鉄部材の製造方法、鋳鉄部材、及び車両用エンジン |
| DE102007044696A1 (de) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Schmelzbehandelter Muldenrand einer Kolben-Brennraummulde |
| US20090038572A1 (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-12 | Caterpillar Inc. | Cam actuated roller assembly and clad roller pin for same |
| TW201009525A (en) * | 2008-08-18 | 2010-03-01 | Ind Tech Res Inst | Laser marking method and laser marking system |
| DE102009025064A1 (de) * | 2009-06-10 | 2011-04-28 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mittels induktiver Energiezufuhr und Laserbestrahlung |
| US9555503B2 (en) * | 2013-09-10 | 2017-01-31 | Caterpillar Inc. | Machine component cladding strategy |
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