JP7188164B2 - レーザクラッド層形成方法及びレーザクラッド装置 - Google Patents
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Description
(1.第1実施形態)
(1-1.レーザクラッド装置1の全体構成)
第1実施形態のレーザクラッド装置1の構成について、図1を参照しつつ説明する。図1は、第1実施形態に係るレーザクラッド装置1の構成及び母材Wとの位置関係を示す全体構成図である。図2は、レーザクラッド装置1のレーザトーチ30先端部を拡大して示す側面図である。
次に、レーザクラッド装置1を用いたレーザクラッド層形成方法について、図3乃至図5を参照しつつ説明する。図3は、レーザクラッド層形成方法の流れを示すフローチャートであり、図4は、母材Wの内周面にレーザクラッド層形成方法を施す様子を模式的に示す説明図であり、母材Wの一部を斜視にて示している。図5は、母材Wの内周面におけるビードの造形経路を示す斜視図である。
上述したように、融点が500℃以下である金属の溶融池は徐々に広がってビードのダレが発生しやすくなるが、本実施形態のレーザクラッド装置1によれば、レーザ光を照射することにより形成される溶融池の大きさを制御しつつビードの造形を行うことにより、溶融池の拡大に起因するビードのダレを防止しつつレーザクラッド層を連続的に形成することができるレーザクラッド層形成方法を確実に実施できるという効果を奏する。
次に、本発明の第2実施形態について図6~図8を参照しつつ説明する。図6は、第2実施形態に係るレーザクラッド装置1の構成及び母材Wとの位置関係を示す全体構成図である。図7は、第2実施形態において母材Wの外周面にビードを造形する様子を模式的に示す斜視図である。図8は、第2実施形態において母材Wの外周面におけるビードの造形経路を示す斜視図である。
次に、本発明の第3実施形態について図9、図10を参照しつつ説明する。図9は、第2実施形態に係るレーザトーチ30先端部を示す拡大図である。上記実施形態では、ホワイトメタルの溶融池の大きさを制御するために、ビードの造形における制御パラメータの一つであるレーザ出力を可変するようにしたが、本実施形態では、別の制御パラメータである母材Wに対する冷却力を可変するようにしたものである。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変更を施すことが可能である。上記実施形態では、研削盤等の軸を回転可能に支承する軸受金を母材Wとした例を示したが、これには限られず、船舶や自動車のエンジン、タービン、発電機などにおいてすべり軸受で支承する部分の軸受金に適用してもよい。要するに、中心軸周りに周面を有する如何なる母材の加工にも本発明のレーザクラッド層形成方法を適用することが可能である。また、融点が500℃以下である金属としてホワイトメタルを用いてレーザクラッド層を形成する例を示したが、ホワイトメタル以外のスズ系合金でもよく、融点が500℃以下であるスズ系合金以外の金属を用いてもよい。
Claims (14)
- 母材の中心軸周りの周面に対して融点が500℃以下である金属の粉末を供給しつつ前記粉末にレーザ照射部よりレーザ光を照射し、前記粉末を溶融させて前記母材の周面上に前記金属のレーザクラッド層を形成する方法であって、
前記母材周面における前記レーザクラッド層の形成予定部に対して、前記粉末を供給しつつ前記粉末にレーザ光を照射し、前記粉末を溶融させてビードを造形する造形工程と、
前記造形工程の最中に、前記レーザ光の照射により形成される溶融池の大きさを制御する制御工程と、
を有するレーザクラッド層形成方法。 - 前記制御工程は、前記溶融池の大きさが所定範囲となるように、前記造形工程における制御パラメータを調整する、請求項1に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 前記制御工程は、前記造形工程の最中に、前記レーザ照射部における前記レーザ光の出力を可変することにより前記溶融池の大きさを制御する、請求項2に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 前記制御工程は、前記造形工程の最中に、少なくとも前記溶融池の周辺を冷却することにより前記溶融池の大きさを制御する、請求項2又は3に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 前記制御工程は、冷却力を可変することにより前記溶融池の大きさを制御する、請求項4に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 前記制御工程は、前記溶融池の大きさを検知する検知工程を有し、その検知結果に基づいて前記溶融池の大きさを制御する、請求項1乃至5の何れか一項に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 前記造形工程は、前記母材を軸方向が水平となるように保持し、前記母材周面における前記ビードの造形予定位置の法線方向が鉛直上向きとなるよう前記母材を回転させると同時に、前記母材と前記レーザ照射部とを相対的に軸方向移動させながら、前記粉末を供給しつつレーザ光を照射し、前記粉末を溶融させて前記母材周面に前記ビードを螺旋状に造形する、請求項1乃至6の何れか一項に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 前記造形工程は、前記母材を軸方向が水平となるように保持し、前記母材周面における前記ビードの造形予定位置の法線方向が鉛直上向きとなるよう前記母材を回転させながら、前記粉末を供給しつつレーザ光を照射し、前記粉末を溶融させて前記母材周面に前記ビードを環状に造形する工程と、前記母材と前記レーザ照射部とを前記ビードの幅分だけ相対的に軸方向移動させる工程とを繰り返す、請求項1乃至6の何れか一項に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 前記母材周面における前記形成予定部を、各々が周方向に90度以下となる複数の領域に区画する区画工程と、
前記母材を軸方向が水平となるように保持し、前記複数の領域のうち一領域内の前記母材周面の法線方向が、鉛直上向きを基準に所定角度範囲内となるように前記母材を位相決めする位相決め工程と、
を有し、
前記造形工程は、前記母材が位相決めされた状態で、前記一領域に対して前記粉末を供給しつつレーザ光を照射し、前記粉末を溶融させてビードを造形するものであり、
前記各領域に対して前記位相決め工程と前記造形工程とを繰り返し、前記形成予定部の全体に前記ビードを造形することにより前記レーザクラッド層を形成する、請求項1乃至6の何れか一項に記載のレーザクラッド層形成方法。 - 前記母材は円筒状部材であり、その内周面に前記レーザクラッド層の形成予定部が設定され、
前記造形工程は、前記母材を軸方向が水平となるように保持し、前記ビードの造形予定位置が前記内周面において鉛直最下方となるように前記母材を位相決めした状態で行われる、請求項1乃至9の何れか一項に記載のレーザクラッド層形成方法。 - 前記母材は円筒状又は円柱状部材であり、その外周面に前記レーザクラッド層の形成予定部が設定され、
前記造形工程は、前記母材を軸方向が水平となるように保持し、前記ビードの造形予定位置が前記外周面において鉛直最上方となるように前記母材を位相決めした状態で行われる、請求項1乃至9の何れか一項に記載のレーザクラッド層形成方法。 - 前記ビードが周面に造形された前記母材を再加熱する再加熱工程を有する、請求項1乃至11の何れか一項に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 前記金属は、スズ系合金である、請求項1乃至12の何れか一項に記載のレーザクラッド層形成方法。
- 融点が500℃以下である金属の粉末を供給しつつレーザ光を照射するレーザトーチと、
前記レーザトーチと母材とを相対的に移動させる移動機構と、
前記母材の中心軸周りの周面におけるレーザクラッド層の形成予定部に対して、前記移動機構を介して前記レーザトーチと前記母材とを相対的に移動させつつ、前記レーザトーチより前記粉末を供給しつつレーザ光を照射し、前記粉末を溶融させてビードを造形すると共に、その造形の最中に、前記レーザ光の照射により形成される溶融池の大きさを制御する制御部と、
を備える、レーザクラッド装置。
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