JPH02147184A - レーザクラッディング方法及び装置 - Google Patents

レーザクラッディング方法及び装置

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JPH02147184A
JPH02147184A JP63299897A JP29989788A JPH02147184A JP H02147184 A JPH02147184 A JP H02147184A JP 63299897 A JP63299897 A JP 63299897A JP 29989788 A JP29989788 A JP 29989788A JP H02147184 A JPH02147184 A JP H02147184A
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JP
Japan
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powder
laser beam
mirror
laser
work
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JP63299897A
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English (en)
Inventor
Hideo Hisada
久田 秀夫
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/22Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B05B7/228Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using electromagnetic radiation, e.g. laser
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining

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  • Electromagnetism (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 C産業上の利用分野) 本発明は母材上に粉末を供給しながら肉盛t) bn工
を施すレーザクラツディング方法及び装置に関し、特に
レーザクラツディングの方向性をなくし高品質なりラッ
ド層を得ることを■的とするレーザクラツディング方法
及び装置に関するものである。
(従来の技術) 従来この種レーザクラツディング方法及び装置に於ては
第6図に示すごとく母材28に垂直に照射されたレーザ
ビーム27の部分に粉末24を供給し母材28及び粉末
24を溶融して肉盛り加工している9また前記肉盛り加
工の方向性を改善するため第7図に示すように照射する
レーザビーム27の光路中に粉末24を供給し、該粉末
24を母材28に到着するまでに溶融させて母材の最表
面部に肉盛り層29を生成させ第6図に比べて母材希釈
の少ないクラツデイング方法が行ノ)れている。
(発明が解決しようとする課題) 前記第6図に示す°従来の技術に於ては母材希釈が多く
なると共に母材溶融池への粉末溶融時間が必要なため処
理速度が遅く、1回でのコーティング厚さも0.6〜0
.8mmが限芥であった。又第7図は前記1足来の方法
を改良したものであるが粉末をレーザビームと同軸に落
下させるために粉末供給の際の入射角、キャリヤガス流
量、圧力、給粉ノズルの形状などの諸条件を非常に厳密
に管理しなければならない。特に最大の欠点は粉末の種
類及び粒度分布が変わったり給粉量を変えたりすると粉
末の落下軌跡が変わり同軸が保てなくなるためその都度
給粉ノズルの位置をwL:A整する必要がある。
(課題を解決するための手段) 本発明は前記従来の技術に於ける課題を解決するために
成されたもので、C1)の請求項ではレーザクラツディ
ング用粉末を給粉ノズルから垂直に落下させ、該ワーク
上の落下部にレーザビームを照射しワーク表面及び粉末
を溶融させ、肉盛りするようにしたレーザクラツディン
グ方法により、第(2)の請求項では前記第(1)の請
求項に於て給粉ノズルよりガス流と共に粉末を落下させ
粉末の広がりを小さくさせるレーザクラップfングの給
粉方法により、第(3)の請求項では前記第(1)の請
求項に於てレーザビームの集光ミラーを兼1またビーム
ベンダミラーの中央部に肉盛り用給粉ノズルを設け、該
給粉ノズルから粉末を垂直に落下させることによりレー
ザビームと粉末の落下軌跡が同軸となるようにしたこと
を特徴とするレーザクラ・ンディング装置により、第(
4)の1り求項では前記第(3)の請求項に於てレーザ
ビームをリングモードとすることにより、該リングモー
ドの非照射部に給粉ノズルを設けて該給粉ノズルへのレ
ーザビームの照射を避けるようにしたことを特徴とする
レーザクラツディング装置により、又第(5)の請求項
では前記第(3)の請求項に於てレーザビームの行程中
央に分光ミラーを設け、該分光ミラーによる反射光とビ
ームベンダミラーによる反射光とを母材上で一致させる
ことにより給粉ノズル部へのレーザビームの照射・を避
けるようにしたことを特徴とするレーザクラツディング
装置により目的を達成した。
(作用) 前記構成に於て第(1>の請求項では粉末が給粉ノズル
から垂直に落下するのでワーク上のレーザビーム照射範
囲内に入る量を増加させることができる。従って粉末を
効率よく溶融させることができる。第(2)の請求項に
よるときは粉末をガス流と共に落下させるようにしたの
で粉末がガス流に導かれて広がりを小さく抑えることが
でき更に効率のよい粉末の溶融が可能となる。第(3)
の請求項によるときは給粉ノズルをビームベンダミラー
の中央部に設けるようにしたので粉末の落下軌跡がレー
ザビームの照射方向と同軸となり第(1)の請求項と同
様に粉末を効率よく溶融させることができる。第(4)
の請求項によるときは給粉ノズルをレーザビームのリン
グモード非照射部に設けるようにしたので給粉ノズルが
溶融される等の事故を防止できる。又第(5)の1n求
項では分光ミラーによるレーザビーム反射光とビームベ
ンダミラーによる反射とを母材上で一致させるようにし
たので給粉ノズルがレーザビームによって溶融されるこ
とを防止すると共に全レーザビームを有効に利用できる
−(実施例) 以下に本発明の実施例を添11図面を参照して詳述する
。第1図は本発明の@i実施例を示す図でlは給粉ノズ
ル、2はキャリヤガス通路、3はホッパー 4は粉末、
5はキャリヤガスとしてのArガス、6はペンダミラー
としての焦点距離f = 500mmの凹面鏡、7はレ
ーザビーム、8はワーク、9は肉盛り層である。次に作
用について説明する。凹面鏡6に照射されたレーザ出力
3kvのレーザビーム7は前記凹面鏡6によって反射さ
れワーク8の表面にビーム径=約6a+mのレーザビー
ム照射部Aを形成する。一方ホツバー3内の粉末4は重
力とキャリヤガス通路2より供給されるArガス5によ
って給粉ノズルlから前記ワーク8の表面に形成された
レーザビーム照射部Aに供給されるため、該粉末4とワ
ーク8の表面が前記レーザビーム7によって溶融され、
ワー28の表面に肉盛り層9が形成される。第2図(A
)は不安定共振機からでたリングモードレーザビームを
用いた本発明の第2実施例を示す因で、lは給粉ノズル
、2はキャリヤガス通路、3はホッパー 4は粉末、5
はキャリヤガスとしてのArガス、16はペンダミラー
としての凹面鏡、16aは前記凹面鏡16を保持するた
めのミラーホルダ、 16bはミラー取付は体で、2本
のR整ねじ16cと1本の固定ビン16d及び3本のば
ね16eと共に前記ミラーホルダ16aの傾きを調整す
るためのミラー角5Flv機構を構成する。17はリン
グモードのレーザビーム。
8はワーク、9は肉盛り層である。次に作用について説
明する。凹面鏡16に照射されたリングモードのレーザ
ビーム17は前記凹面鏡16により反射されワーク8の
表面に内径部B、外径部への環状照射部を形成する。一
方ホツバー3内の粉末4は重力とキャリヤガス通路2か
ら供給されるArガス5によって給粉ノズル1から前記
ワーク8の表面に形成された環状照射部に供給されるた
め該粉末4とワーク8の表面が溶融されて肉盛り層9を
形成する  第2図(B)は前記第2図(A)に於ける
ミラー角度調整機構のV矢視図であり、ワーク表面上に
於ける給粉位置に対するレーザビームの照射位置を前記
ミラー角度調節機構により行うことができる。又。
粉末の落下地点に所定ビーム径が当るようワークとミラ
ー間の距離を変更してビーム径を1i11節している。
第2図(C)は前記リングモードのレーザビームに関す
る位置と強度の関係を示す図である。第3図は本発明の
第3実施例であり前記第2実施例と共通する構成要素に
ついては説明を省略する。凹面鏡16に向かって照射さ
れたレーザビーム7のうち給粉ノズルlに照射される部
分は分光ミラーlOによって反射されワーク8の表面上
に照射される。又前記レーザビーム7の残りの部分は凹
面鏡16によって反射されワーク8の表面に環状照射部
を形成する。レーザビームが安定型共振機から出た場合
、ビームは円形であり、この時は第3図に示すように粉
末供給ノズルlを充分カバーし、且つ分光ミラー10の
反射光によるワーク8上の照射部が凹面鏡16の反射光
に干渉しない位置に分光ミラー10を設置し、その角度
は凹面鏡16によるワーク8上の環状照射部の中心に位
置するような角度になるようにミラーホルダ16aに保
持される。
尚、第3図の装置はリングモードのレーザビームにも適
用できる。第4図は前記第1実施例及び第・3実施例に
使用したレーザビームの種類で(A)はシングルモード
、(B)は準シングルモード、(C)はマルチモードで
あり、それぞれについて位置に対する強度の関係を示す
図である。第5図はワーク8の表面上に於ける粉末とレ
ーザビームの関係を示す図で(A)はレーザビーム照射
部の中心部に粉末が供給される場合、(B)はレーザビ
ーム照射部に対し粉末fjt給部が肉盛り方向に先行す
る場合、(C)はレーザビーム照射部に村して粉末供給
部が遅れる場合を示す。第5図(A)は肉盛り方向を定
めない場合のビーム照射部と粉末供給部の関係を示す図
であり、レーザビーム照射部の直径が粉末供給部の直径
の1.5〜2倍の時に最適な肉盛り層を得ることができ
た。第5[(B)は肉盛り方向が渦巻き状等一方向のと
きは少し手前にくるようにする場合で良好な肉盛り層が
得られたが、第5図(C)に於ては粉末4及びワーク8
が充分溶融されないため良好な肉盛り層が得られなかっ
た。
(発明の効果) 以上詳述した如く本発明によるときは次の効果を奏する
+1)粉末が垂直に落下しノズルから離れた後の広がり
が少ないためレーザビームの照射面へ入る比率が増し、
高価な粉末の肉盛り歩留まりが向、ヒする。
(2)粉末の種類が変化しても給粉ガスの流量等の給粉
条件を変えろ必要がない。
(3)ノズルとワークの距離を短くとれると共に前記(
1)項の効果と相俟って粉末をレーザビーム照射内に確
実に入れることが可能となり未溶融粉末等による肉盛り
層内の欠陥を防止することができる。
(4)第2実施例及び第3実施例によるときはレーザビ
ームと粉末が全く同一軸となるため粉末がワークに到達
する前から溶融されるので粉末の溶融効果が上体し母材
希釈が少なく接合強度の向上及びブローホール等の欠陥
を防止することができる。
(5)レーザビームと粉末が全く同一軸となっているた
め肉盛り方向による肉盛り品質のバラツキがなくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す図、第2図は本発明
の第2実施例を示す図、第3r!lは本発明の第3″l
&施例を示す図。第4図は本発明の第1及び第3実施例
に使用したレーザビームのパターンを示す図、第5図は
本発明の各実施例に於ける粉末の供給部とレーザビーム
の照射部との位置関係を示す図であり、第6図及び第7
図は従来の技術を示す図である。 l・・・給粉ノズル 3・・・ホッパー 5・・・Arガス 16a・・・ミラーホルダ 16c・・・調整ねじ 16e・ ・ ・ば ノコ 8・・・ワーク 10・・・分光ミラー 2・・・キャリヤガス通路 4・・・粉末 6.16・・・凹面鏡 16I)・・・ミラー取付は体 16d・・・固定ビン 7.17・・・レーザビーム 9・・・肉盛り層 ]Oa・・・ホルダ 第2凶 第3図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レーザクラッディング用粉末を給粉ノズルから垂
    直に落下させ、ワーク上の落下部にレーザビームを照射
    しワーク表面及び粉末を溶融させ、肉盛りするようにし
    たレーザクラッディング方法。
  2. (2)前記第(1)の請求項に於て給粉ノズルよりガス
    流と共に粉末を落下させ粉末の広がりを小さくさせるレ
    ーザクラッディングの給粉方法。
  3. (3)前記第(1)の請求項に於てレーザビームの集光
    ミラーを兼ねたビームベンダミラーの中央部に肉盛り用
    給粉ノズルを設け、該給粉ノズルから粉末を垂直に落下
    させることによりレーザビームと粉末の落下軌跡が同軸
    となるようにしたことを特徴とするレーザクラッディン
    グ装置。
  4. (4)前記第(3)の請求項に於てレーザビームをリン
    グモードとすることにより、該リングモードによる集光
    ミラーの非照射部に給粉ノズルを設けてレーザビームの
    照射を避けるようにしたことを特徴とするレーザクラッ
    ディング装置。
  5. (5)前記第(3)の請求項に於てレーザビームの行程
    中央に分光ミラーを設け、該分光ミラーによる反射光と
    ビームベンダミラーによる反射光とを母材上で一致させ
    ることにより給粉ノズル部へのレーザビームの照射を避
    けるようにしたことを特徴とするレーザクラッデイング
    装置。
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