JP3752811B2 - アルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム製ワークの表面層を局部的に改質して耐熱亀裂性を高める再溶融処理を行うに際し用いて好適な処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、低圧鋳造法で製造したアルミニウム製品においては、形状内部にポロシティーが散在しかつ内部組織が粗大であることから、疲労強度が低い傾向がある。それゆえ、例えば自動車用高出力ディーゼルエンジンを構成するアルミニウム製シリンダーヘッドのポート間領域等の、低圧鋳造法で製造したアルミニウム製品の特に耐熱疲労性が要求される部位では、亀裂発生を抑える対策が必要とされる。
【0003】
そこで、上述の如きアルミニウム製品を形成するためのワークを鋳造成形した後、そのワークの、製品において耐熱疲労強度が要求される部位に、TIGアークやレーザービーム等の高密度熱エネルギーを照射して、その部位の表面を再溶融させ、それに引き続いて生ずる急冷凝固によって、ポロシティー等の内部欠陥を除去し、かつ結晶組織を微細化させる再溶融処理方法が、従来から提案されている。
【0004】
ところで、この再溶融処理方法では、高密度熱エネルギーによって作られる溶湯プールが凝固する際に、凝固収縮作用によって、周囲の溶湯が引き寄せられるため、再溶融処理終了位置では溶湯が不足し、クレーターと呼ばれる凹み形状欠陥が発生する。
【0005】
特開昭64-218号公報には、かかる再溶融処理におけるクレーターの発生を防止する方法が記載されており、その概要を図5にて説明する。この方法では、図5(a)に断面にて示すように、ワーク1の再溶融処理を行う部分の処理終端部にあらかじめ突起1aを形成しておき、高密度加熱装置として、例えばTIG(タングステン・イナートガス)溶接トーチ2を使用して、照射開始位置Sから矢印方向へそのTIG溶接トーチ2を移動させながらワーク1の表面にアーク3を照射する。アーク3で加熱されたワーク1の表面層は、溶解されて破線で示す溶湯プール4を作り、その表面は、周りの凝固収縮部分に溶湯が引き寄せられて凹部5を形成しながら再溶融処理層6を形成してゆく。
【0006】
TIG溶接トーチ2が照射終了位置の突起1aに近づくと、TIG溶接トーチ2の先端が突起1aに衝突しないよう、図5(b)に示すように、TIG溶接トーチ2を矢印方向へ上昇させて突起1aにアーク3を照射する。照射終了位置Eでは、突起1aの溶解した溶湯が凹部5を埋めるので、クレーターが発生しない。突起1aの残留部分は、この再溶融処理後に、二点鎖線で示す製品寸法加工面7の位置まで加工を施して、除去する。図5(c)は、上記製品寸法面7の位置まで加工した後の、再溶融処理層6の断面を示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のクレーター処理方法は、ワークに鋳造成形によってあらかじめ突起を設けておかなければならないため、ワークの取り扱いが不便になり、加えて材料コストの上昇にもつながるので、抜本的解決策としては不十分であった。
【0008】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は上記課題を有利に解決した処理方法を提供することを目的とするものであり、この発明のアルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法は、アルミニウム製ワークの表面に高密度熱エネルギーを照射してその表面を再溶融させ、それに続く急冷凝固よって耐熱亀裂性を高める再溶融処理方法において、前記高密度熱エネルギーの照射の開始位置と終了位置とを必要再溶融処理範囲から外れた位置に設定し、前記開始位置と終了位置とを重ね合わせるとともに、前記開始位置からの往きと前記終了位置への戻りとで照射軌跡が重なり合う領域を設定し、かつ、前記照射軌跡が重なり合う領域における前記終了位置への戻りの際に、前記終了位置の手前から前記高密度熱エネルギーの照射量を除々に低下させつつ、前記開始位置からの往きの際にワーク表面に形成された凸部を溶解し、前記凸部が溶解した溶湯によって、前記終了位置への戻りの際にワーク表面に形成される溶湯プールの凹部を埋めることを特徴としている。
【0009】
かかるこの発明の方法によれば、高密度熱エネルギーの照射の開始位置からの往きと終了位置への戻りとで照射軌跡が重なり合う領域において、高密度熱エネルギーの照射開始位置からの往きの際に凝固収縮でできた凸部が照射終了位置への戻りの際に溶解され、しかもその戻りの際には高密度熱エネルギーの照射量が低下していて浅い溶湯プールが作られるので、その浅い溶湯プールを照射開始位置からの往きの際の凸部が溶解した溶湯が埋めることになり、それゆえ、クレーターの発生しない再溶融処理を行うことができる。
【0010】
従って、この発明の方法によれば、ワークに鋳造成形によってあらかじめ突起を設けておく必要がないので、ワークの取り扱いが容易になり、しかも、材料コストの上昇を招くことも回避することができる。
【0011】
しかもこの発明においては、必要再溶融処理範囲から外れた位置に前記開始位置および前記終了位置を設定することから、二度の再溶融処理を行う部位を必要再溶融処理範囲から外すことができるので、必要再溶融処理範囲について安定した再溶融処理品質を得ることができる。
【0012】
なお、この発明においては、前記必要再溶融処理範囲から前記終了位置までの間で、前記高密度熱エネルギーの照射量の低下を開始させても良く、このようにすれば、必要再溶融処理範囲についてさらに安定した再溶融処理品質を得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図1は、この発明のアルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法の一実施例を、ワーク表面を上方から見た状態にて示す説明図、また図2は、その実施例を、ワーク表面層を断面にして見た状態にて示す説明図であり、図中、図5の従来例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。
【0014】
この実施例は、図1(a)に示す如き必要再溶融処理範囲Rに対して再溶融処理を行うものであり、ここでは、図1(b)および図2に示すように、高密度熱エネルギー源としてTIG溶接トーチ2を使用し、照射開始位置でありかつ照射終了位置でもある位置P1から矢印方向へそのTIG溶接トーチ2を移動させながらワーク1の表面に高密度熱エネルギーとしてアーク3を照射する。
【0015】
図2(a)に示すように、アーク3で加熱されたワーク1の表面層は溶解されてアーク3の直下に破線で示す溶湯プール4を作り、その溶湯はアーク3が通過した部分から順次凝固してゆく。このとき、凝固する部分は、凝固収縮に伴い溶湯プール4の溶湯を引き寄せるので、その凝固部分では表面が盛り上がって凸部8が形成され、これに対して溶湯プール4では溶湯が不足するため凹部5が形成される。この溶湯プール4の凹部5は、凝固収縮によって形成された凸部8に対応するものであって、これが最終的にクレーターの発生する原因となる。また、上記のようにしてできた凸部8は、照射開始位置が最も高くなり、再溶融距離が長くなると除々に低くなってゆくが、それの一方で凹部5は、再溶融距離に比例して深くなる。
【0016】
かかる性質を踏まえて、この実施例では、図1(a)に示す如き環状の必要再溶融処理範囲Rに再溶融処理を施すに際し、TIG溶接トーチ2によるアーク3の照射軌跡を、図1(b)に矢印で示すように、位置P1を開始位置として、その位置P1から、必要再溶融処理範囲Rに隣接する位置P2および、必要再溶融処理範囲Rを経由した後、再び位置P2を経て位置P1に戻り、その位置P1を終了位置とするように設定するとともに、それらの位置P1、位置P2間の領域Dでは照射軌跡が往きと戻りとで重なり合うように設定する。そして、位置P2から位置P1への戻りの際に、上記領域D内ではアーク3の照射量(熱エネルギー量)を除々に低下させるダウンスロープ処理を行うようにする。
【0017】
この結果、図2(b)に示すように、アーク3の照射を終了させる手前の領域D内では、位置P1から位置P2への往きの軌跡によって形成された凸部8に、ダウンスロープ処理によって熱エネルギー量が減らされた浅い溶湯プール4ができ、凸部8が溶解した溶湯がその溶湯プール4の凹部5を埋めるので、最終的には、図2(c)に示す如き、再溶融処理層6の表面にクレーターの発生しない再溶融処理を行うことができる。なお、符号7は製品寸法加工面を示している。
【0018】
図3は、上記実施例の方法を、自動車用高出力ディーゼルエンジンを構成するアルミニウム製シリンダーヘッドのポート間領域の処理に適用した具体例を示す説明図であり、ここに、図3(a)は、図1と同様にワーク表面を上方から見た状態にて示す説明図、また図3(b)は、図3(a)中のb−b線に沿って図2と同様にワーク表面層を断面にして見た状態にて示す説明図である。
【0019】
ここにおけるワーク1は、アルミニウム製シリンダーヘッドを形成するための素材となるものであり、このワーク1には、二つの吸入ポートVIa, VIbと、二つの排気ポートVEa, VEbとが設けられている。そしてこの具体例では、片方の排気ポートVEb の周囲が、上述した必要再溶融処理範囲Rに設定されている。
【0020】
さらに、この具体例では、TIG溶接トーチ2を図示しないロボットに支持させて、再溶融処理を行う位置、TIG溶接トーチ2の移動速度および、そのTIG溶接トーチ2に流すTIG電流をそれぞれプログラムにより制御しており、図4は、そのTIG電流を変化させる状態を時間軸(横軸)に沿って表したものである。
【0021】
すなわちこの具体例では、先ず、位置P1からTIG溶接トーチ2に150 AのTIG電流を流して再溶融を開始する。その際、安定したアーク3を得るために、位置P1でTIG溶接トーチ2を停止させて5秒間照射を行うようにする。次に、位置P3までTIG溶接トーチ2を移動させたところでTIG電流値を220 Aまで上昇させ、後は電流一定のままで、位置P2を経由して上記排気ポートVEb の周囲を再溶融処理し、再び位置P2に戻ってくる。
【0022】
そしてここでは、TIG溶接トーチ2が戻ってきた位置P2から、再溶融処理を終了する位置P1までの領域Dの長さを例えば20mmにとり、この領域Dを位置P2から位置P1まで戻る間にTIG電流値を220 Aから100 Aまで除々に低下させるダウンスロープ処理を行う。この時、再溶融処理開始位置と再溶融処理終了位置とは同じ位置P1であり、上記領域Dにおいては位置P1から位置P2へ向かう往路と位置P2から位置P1へ向かう復路とでアーク3の照射軌跡が重なり合うように、TIG溶接トーチ2を移動させる。
【0023】
この結果、図3(b)に示すように、アーク3の照射を終了する手前の領域D内では、位置P1から位置P2へ向かう往路において形成された凸部8に、ダウンスロープ処理によって熱エネルギー量が減らされた浅い溶湯プール4ができ、凸部8が溶解した溶湯がその溶湯プール4の凹部5を埋めるので、再溶融処理層6の表面にクレーターの発生しない再溶融処理が達成される。そしてその後は、ワーク1の表面を、製品寸法加工面7まで加工する。
【0024】
かくしてこの実施例の方法によれば、高密度熱エネルギーであるアーク3の照射開始位置P1付近に凝固収縮でできた凸部8が照射終了直前に溶解され、しかもその終了直前にはアーク3の照射量が低下していて浅い溶湯プール4が作られるので、その浅い溶湯プール4を照射開始位置の凸部8が埋めることになり、それゆえ、クレーターの発生しない再溶融処理を行うことができる。
【0025】
従って、この実施例の方法によれば、ワーク1に鋳造成形によってあらかじめ突起を設けておく必要がないので、ワーク1の取り扱いが容易になり、しかも、材料コストの上昇を招くことも回避することができる。
【0026】
しかもこの実施例の方法によれば、必要再溶融処理範囲Rから外れた位置に開始位置および終了位置である位置P1を設定していることから、二度の再溶融処理を行う領域Dを必要再溶融処理範囲Rから外すことができるので、必要再溶融処理範囲Rについて安定した再溶融処理品質を得ることができる。
【0027】
さらにこの実施例の方法によれば、必要再溶融処理範囲Rから終了位置である位置P1までの間で、アーク3の照射量の低下を開始させていることから、必要再溶融処理範囲Rについてさらに安定した再溶融処理品質を得ることができる。
【0028】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、高密度熱エネルギーはTIGアーク以外のもの、例えばレーザービームとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のアルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法の一実施例を、ワーク表面を上方から見た状態にて示す説明図である。
【図2】上記実施例を、ワーク表面層を断面にして見た状態にて示す説明図である。
【図3】上記実施例の方法を、自動車用高出力ディーゼルエンジンを構成するアルミニウム製シリンダーヘッドのポート間領域の処理に適用した具体例を示す説明図である。
【図4】上記具体例においてTIG電流を変化させる状態を時間軸(横軸)に沿って表した線図である。
【図5】従来の再溶融処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ワーク
2 TIG溶接トーチ
3 アーク
4 溶湯プール
5 凹部
6 再溶融処理層
7 製品寸法加工面
8 凸部
P1 照射の開始および終了位置
P2 必要再溶融処理範囲隣接位置
R 必要再溶融処理範囲
D 位置P1, P2間の領域
Claims (2)
- アルミニウム製ワークの表面に高密度熱エネルギーを照射してその表面を再溶融させ、それに引き続く急冷凝固によって耐熱亀裂性を高める再溶融処理方法において、
前記高密度熱エネルギーの照射の開始位置と終了位置とを必要再溶融処理範囲から外れた位置に設定し、
前記開始位置と終了位置とを重ね合わせるとともに、前記開始位置からの往きと前記終了位置への戻りとで照射軌跡が重なり合う領域を設定し、
かつ、前記照射軌跡が重なり合う領域における前記終了位置への戻りの際に、前記終了位置の手前から前記高密度熱エネルギーの照射量を除々に低下させつつ、前記開始位置からの往きの際にワーク表面に形成された凸部を溶解し、
前記凸部が溶解した溶湯によって、前記終了位置への戻りの際にワーク表面に形成される溶湯プールの凹部を埋めることを特徴とする、アルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法。 - 前記必要再溶融処理範囲から前記終了位置までの間で、前記高密度熱エネルギーの照射量の低下を開始させることを特徴とする、請求項1記載のアルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法。
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JP34888897A JP3752811B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | アルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP34888897A JP3752811B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | アルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法 |
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JPH11181559A JPH11181559A (ja) | 1999-07-06 |
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Family
ID=18400070
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JP34888897A Expired - Lifetime JP3752811B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | アルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法 |
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-
1997
- 1997-12-18 JP JP34888897A patent/JP3752811B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH11181559A (ja) | 1999-07-06 |
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