JPH0776718A - レーザ熱処理方法 - Google Patents
レーザ熱処理方法Info
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- JPH0776718A JPH0776718A JP5223273A JP22327393A JPH0776718A JP H0776718 A JPH0776718 A JP H0776718A JP 5223273 A JP5223273 A JP 5223273A JP 22327393 A JP22327393 A JP 22327393A JP H0776718 A JPH0776718 A JP H0776718A
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- laser
- heat treatment
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- laser beam
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Abstract
(57)【要約】
【構成】レーザ光による材料表面の熱処理方法におい
て、レーザの焦点位置を材料表面と垂直方向に時間的に
変化させることを特徴とするレーザ熱処理方法。 【効果】本発明によれば、材料がレーザ光の軸に対し、
相対的に垂直方向等に移動しながら熱処理を連続的に行
う場合において、材料の表面に凹凸があっても、距離測
定機構なしに、均一な条件でレーザが照射される。ま
た、スポット的に複数箇所，複数材料に照射する場合に
も精密な位置制御装置なしで、均一な条件の施工ができ
る。
て、レーザの焦点位置を材料表面と垂直方向に時間的に
変化させることを特徴とするレーザ熱処理方法。 【効果】本発明によれば、材料がレーザ光の軸に対し、
相対的に垂直方向等に移動しながら熱処理を連続的に行
う場合において、材料の表面に凹凸があっても、距離測
定機構なしに、均一な条件でレーザが照射される。ま
た、スポット的に複数箇所，複数材料に照射する場合に
も精密な位置制御装置なしで、均一な条件の施工ができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザにより材料，部材
の溶融凝固，溶接，固溶化熱処理，焼き入れ、その他熱
を加えるすべての分野の施工性向上，信頼性向上，品質
向上に関する。
の溶融凝固，溶接，固溶化熱処理，焼き入れ、その他熱
を加えるすべての分野の施工性向上，信頼性向上，品質
向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザは、材料と材料の溶接，切断，材
料表面の溶融，融点以下の温度での熱処理等の用途に広
い分野で用いられている。
料表面の溶融，融点以下の温度での熱処理等の用途に広
い分野で用いられている。
【０００３】これらの使用例では、レーザ出射端と被照
射部の距離を機構的、または距離センサを組み込んだシ
ステムで一定に保ち、その位置にレーザ光の焦点が合う
ようにレーザ出射端または被照射部の位置を制御して施
工している。レーザ光を用いた材料特性の改善の例とし
ては、特開昭63−53210 号（図２）に示されているよう
に、材料溶接部近傍にレーザを当てて耐食性を向上させ
るものがある。
射部の距離を機構的、または距離センサを組み込んだシ
ステムで一定に保ち、その位置にレーザ光の焦点が合う
ようにレーザ出射端または被照射部の位置を制御して施
工している。レーザ光を用いた材料特性の改善の例とし
ては、特開昭63−53210 号（図２）に示されているよう
に、材料溶接部近傍にレーザを当てて耐食性を向上させ
るものがある。
【０００４】また、レーザを使用した補修方法、装置と
しては、特開平3−169494号（図３）に示されているよ
うなものがある。
しては、特開平3−169494号（図３）に示されているよ
うなものがある。
【０００５】この例では、溶接部５にできたき裂１０を
補修するために、ファイバー１を通ってきたレーザを出
射端２からき裂１０に当て、溶融凝固させてき裂を消し
ている。
補修するために、ファイバー１を通ってきたレーザを出
射端２からき裂１０に当て、溶融凝固させてき裂を消し
ている。
【０００６】レーザ装置の位置は、出射端２の近くに設
けたカメラ６からの映像を見ながら制御している。
けたカメラ６からの映像を見ながら制御している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
出射端と被照射部の距離の調整をするためには、下記の
方法によらなければならなかった。
出射端と被照射部の距離の調整をするためには、下記の
方法によらなければならなかった。
【０００８】（１）相対距離を機械的に固定する。
【０００９】（２）カメラを設置して、大体の距離を人
間が調整する。
間が調整する。
【００１０】（３）レーザを当てる場所の位置、または
レーザ装置との相対距離をまず測定し、レーザ光の焦点
が材料表面にくるように相対距離を調整する。
レーザ装置との相対距離をまず測定し、レーザ光の焦点
が材料表面にくるように相対距離を調整する。
【００１１】（４）レーザが当たっている場所の近傍の
位置、またはレーザ装置との相対距離を測定し、レーザ
光の焦点が材料表面にくるように相対距離を調整する。
位置、またはレーザ装置との相対距離を測定し、レーザ
光の焦点が材料表面にくるように相対距離を調整する。
【００１２】前記（１）の相対距離を機械的に固定する
方法においては、一箇所への施工の場合は良いが、表面
に凹凸のある部材での連続的な照射の場合には、焦点が
材料表面に合わない場所ができることとなり、施工が場
所により不均一となる。
方法においては、一箇所への施工の場合は良いが、表面
に凹凸のある部材での連続的な照射の場合には、焦点が
材料表面に合わない場所ができることとなり、施工が場
所により不均一となる。
【００１３】前記（２）のカメラを利用して人間が相対
距離調整をする方法は、ＹＡＧレーザではレーザ光が見
えないことから、正確性にかけるため、施工が場所によ
り不均一になる。
距離調整をする方法は、ＹＡＧレーザではレーザ光が見
えないことから、正確性にかけるため、施工が場所によ
り不均一になる。
【００１４】前記（３），(４）の方法では、位置測定
装置および測定結果をフィードバックして相対位置を調
整する大がかりなシステムが必要となる。また、施工精
度はそのシステムに依存し、施工時間も大幅に増加す
る。
装置および測定結果をフィードバックして相対位置を調
整する大がかりなシステムが必要となる。また、施工精
度はそのシステムに依存し、施工時間も大幅に増加す
る。
【００１５】連続的に施工する場合には、厳密にはレー
ザが照射されている点での距離測定はプルームが障害と
なってできず、また、材料表面にある溶接ビードや、表
面仕上げによる微妙な凹凸までは、制御は困難である。
レーザによる切断の場合においては、比較的問題とはな
らないが、溶融や熱処理に用いる場合には、処理がおよ
ぶ深さや、材料表面が受けるエネルギー密度のばらつき
により、材料の熱履歴にばらつきが発生する。
ザが照射されている点での距離測定はプルームが障害と
なってできず、また、材料表面にある溶接ビードや、表
面仕上げによる微妙な凹凸までは、制御は困難である。
レーザによる切断の場合においては、比較的問題とはな
らないが、溶融や熱処理に用いる場合には、処理がおよ
ぶ深さや、材料表面が受けるエネルギー密度のばらつき
により、材料の熱履歴にばらつきが発生する。
【００１６】従って、本発明の目的は、施工性向上，信
頼性向上，品質の向上をはかるためには、出射端と被照
射部の距離を制御しなくても、均一な施工ができる施工
方法を提供することにある。
頼性向上，品質の向上をはかるためには、出射端と被照
射部の距離を制御しなくても、均一な施工ができる施工
方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、レーザ光による材料表面の熱処
理方法において、レーザの焦点位置を材料表面と垂直方
向に時間的に変化させることを特徴とするレーザ熱処理
方法を採用している。
に、本発明においては、レーザ光による材料表面の熱処
理方法において、レーザの焦点位置を材料表面と垂直方
向に時間的に変化させることを特徴とするレーザ熱処理
方法を採用している。
【００１８】
【作用】本発明によれば、材料がレーザ光の軸に対し、
相対的に垂直方向等に移動しながら熱処理を連続的に行
う場合において、焦点距離を照射場所の移動速度に比べ
早く連続的，断続的に変化させることにより、材料の表
面に凹凸があっても、距離測定機構なしに、均一な条件
でレーザが照射される。
相対的に垂直方向等に移動しながら熱処理を連続的に行
う場合において、焦点距離を照射場所の移動速度に比べ
早く連続的，断続的に変化させることにより、材料の表
面に凹凸があっても、距離測定機構なしに、均一な条件
でレーザが照射される。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１（ａ）
（ｂ）（ｃ）により説明する。
（ｂ）（ｃ）により説明する。
【００２０】材料４にレーザビーム３を照射し、表面を
熱処理している例を示す。
熱処理している例を示す。
【００２１】レーザ光はファイバー１を伝わり、ビーム
の焦点距離を連続的に変化させる機能を持つ出射端２よ
り照射される。
の焦点距離を連続的に変化させる機能を持つ出射端２よ
り照射される。
【００２２】照射されたビームの焦点は、焦点１と焦点
２の間で規則的に変化する。
２の間で規則的に変化する。
【００２３】材料の表面には凹凸があり、出射端２は、
材料４の表面にほぼ並行に移動する。
材料４の表面にほぼ並行に移動する。
【００２４】このとき、材料表面近傍の位置ａ，ｃでの
照射エネルギー密度は、図１（ｃ）に示すように時間と
ともに変化するが，位置ａ，ｂ，ｃでの照射エネルギー
密度の時間的な平均値は同等となる。
照射エネルギー密度は、図１（ｃ）に示すように時間と
ともに変化するが，位置ａ，ｂ，ｃでの照射エネルギー
密度の時間的な平均値は同等となる。
【００２５】従って、ビーム焦点の変化速度を出射端２
の移動速度より十分速くすれば、表面の位置が焦点１と
焦点２の間にある以上、凹凸があっても各表面位置にお
ける平均エネルギー密度は同等となる。
の移動速度より十分速くすれば、表面の位置が焦点１と
焦点２の間にある以上、凹凸があっても各表面位置にお
ける平均エネルギー密度は同等となる。
【００２６】この例では、材料の表面を連続的に施工す
る場合を示したが、スポット的にいくつもの場所を施工
する場合も同様である。
る場合を示したが、スポット的にいくつもの場所を施工
する場合も同様である。
【００２７】図４，図５は、円筒状の部材にレーザを当
てて補修する第２実施例の場合を示す。
てて補修する第２実施例の場合を示す。
【００２８】この場合、表面の凹凸だけではなく、円筒
部材の歪み，円筒部材とレーザ回転装置の芯のずれ等に
より、部材表面とレーザ出射端の距離は、位置によりば
らつく。
部材の歪み，円筒部材とレーザ回転装置の芯のずれ等に
より、部材表面とレーザ出射端の距離は、位置によりば
らつく。
【００２９】従って、従来のレーザ装置では、円筒部材
の表面でのレーザ照射エネルギー密度もばらつくため、
距離制御システムが必要となる。しかし、本発明によれ
ば、ばらつきのほぼ平均値に距離を設定すれば、あと
は、位置制御なしに均一な施工が可能である。
の表面でのレーザ照射エネルギー密度もばらつくため、
距離制御システムが必要となる。しかし、本発明によれ
ば、ばらつきのほぼ平均値に距離を設定すれば、あと
は、位置制御なしに均一な施工が可能である。
【００３０】ファイバーを通ってきたレーザ光はレーザ
出射端２からレーザビーム３として出射され、材料４の
表面に当てられる。レーザビーム３はその焦点位置を速
い速度で変化させられる。
出射端２からレーザビーム３として出射され、材料４の
表面に当てられる。レーザビーム３はその焦点位置を速
い速度で変化させられる。
【００３１】図６，図７，図８は原子炉圧力容器内の構
造物の保全に本発明を適用した第３実施例である。
造物の保全に本発明を適用した第３実施例である。
【００３２】原子炉圧力容器内の炉水に接するオーステ
ナイト系ステンレス鋼、またはニッケル基合金製構造物
の溶接熱影響部等では、粒界近傍にクロム欠乏層ができ
て耐食性が低くなることがあるが、これの対策の一つと
して、レーザによる溶融凝固または固溶化熱処理があ
る。
ナイト系ステンレス鋼、またはニッケル基合金製構造物
の溶接熱影響部等では、粒界近傍にクロム欠乏層ができ
て耐食性が低くなることがあるが、これの対策の一つと
して、レーザによる溶融凝固または固溶化熱処理があ
る。
【００３３】図６では、炉内構造物の例として、図７の
様にシュラウドと図８の様にＣＲＤハウジングについて
レーザによる表面熱処理を示した。
様にシュラウドと図８の様にＣＲＤハウジングについて
レーザによる表面熱処理を示した。
【００３４】これらの例では、部材の歪は小さいもの
の、レーザ出射端の固定，遠隔操作が容易ではなく、位
置の制御が通常の施工に比べ難しい。
の、レーザ出射端の固定，遠隔操作が容易ではなく、位
置の制御が通常の施工に比べ難しい。
【００３５】従って、従来のレーザ装置では、表面位置
によりレーザのエネルギー密度がばらつくこととなる。
によりレーザのエネルギー密度がばらつくこととなる。
【００３６】これに対し、本発明によれば安定な信頼性
の高い施工が、複雑な位置制御装置なしに可能である。
の高い施工が、複雑な位置制御装置なしに可能である。
【００３７】第４実施例として、図９に焦点位置を変化
させる装置の例を示す。
させる装置の例を示す。
【００３８】レンズを組み込んだレーザトーチ１１を振
動させる機能を持った出射端２部の装置に取付ける。
動させる機能を持った出射端２部の装置に取付ける。
【００３９】レーザを照射しながら、トーチを矢印の方
向に移動，振動させ、焦点位置を変化させる。
向に移動，振動させ、焦点位置を変化させる。
【００４０】振動速度はレーザ照射位置の移動速度より
十分速ければ良く、例としては、１cm／秒の移動速度に
対し、１０Ｈｚ以上の振動速度があげられる。
十分速ければ良く、例としては、１cm／秒の移動速度に
対し、１０Ｈｚ以上の振動速度があげられる。
【００４１】但し、施工条件によっては、これ以下の速
度でも可である。
度でも可である。
【００４２】第５実施例として、図１０，図１１に焦点
位置を変化させる装置の別の例を示す。
位置を変化させる装置の別の例を示す。
【００４３】焦点距離の異なるレンズ１５を数枚を組み
込んだ円盤１４を回転装置１３によって回す。
込んだ円盤１４を回転装置１３によって回す。
【００４４】ファイバー１およびレンズ１２を組み込ん
だレーザトーチ１１から出たレーザビームは、この円盤
を通る際に焦点距離を変化させながら、材料に当たる。
だレーザトーチ１１から出たレーザビームは、この円盤
を通る際に焦点距離を変化させながら、材料に当たる。
【００４５】第６実施例として、図１２，図１３に焦点
位置を変化させる装置の別の例を示す。
位置を変化させる装置の別の例を示す。
【００４６】断面によって焦点距離の異なるレンズ１７
を出射端２部装置に付けた回転装置１６により回転させ
る。
を出射端２部装置に付けた回転装置１６により回転させ
る。
【００４７】ファイバー１およびレンズ１２を組み込ん
だレーザトーチ１１から出たレーザビームはこのレンズ
１７を通る際に焦点距離を変化させながら、材料に当た
る。
だレーザトーチ１１から出たレーザビームはこのレンズ
１７を通る際に焦点距離を変化させながら、材料に当た
る。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、材料がレーザ光の軸に
対し、相対的に垂直方向等に移動しながら熱処理を連続
的に行う場合において、材料の表面に凹凸があっても、
距離測定機構なしに、均一な条件でレーザが照射され
る。
対し、相対的に垂直方向等に移動しながら熱処理を連続
的に行う場合において、材料の表面に凹凸があっても、
距離測定機構なしに、均一な条件でレーザが照射され
る。
【００４９】また、スポット的に複数箇所，複数材料に
照射する場合にも精密な位置制御装置なしで、均一な条
件の施工ができる。
照射する場合にも精密な位置制御装置なしで、均一な条
件の施工ができる。
【図１】（ａ）図は本発明の第１実施例による熱処理部
の立面図であり、（ｂ）図は（ａ）図の熱処理部へのレ
ーザ焦点距離と時間経過との関係を示すグラフ図であ
り、（ｃ）図は（ａ）図の熱処理部へのレーザ照射エネ
ルギー密度と時間経過との関係を示すグラフ図である。
の立面図であり、（ｂ）図は（ａ）図の熱処理部へのレ
ーザ焦点距離と時間経過との関係を示すグラフ図であ
り、（ｃ）図は（ａ）図の熱処理部へのレーザ照射エネ
ルギー密度と時間経過との関係を示すグラフ図である。
【図２】従来技術による熱処理部の斜視図である。
【図３】他の従来技術による熱処理部の斜視図である。
【図４】本発明の第２実施例による熱処理部の斜視図で
ある。
ある。
【図５】図４のＣ部拡大図である。
【図６】本発明の第３実施例による熱処理作業状態を示
す原子炉圧力容器の縦断面図である。
す原子炉圧力容器の縦断面図である。
【図７】図６のＡ矢印要部の斜視図である。
【図８】図６のＢ矢印部での熱処理作業を示す斜視図で
ある。
ある。
【図９】本発明の第４実施例によるレーザ出射端装置の
縦断面図である。
縦断面図である。
【図１０】本発明の第５実施例によるレーザ出射端装置
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【図１１】図１０の円盤部の正面図である。
【図１２】本発明の第６実施例によるレーザ出射端装置
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【図１３】図１２の中のレンズのＡ−Ａ断面図である。
１…ファイバー、２…レーザ出射端、３…レーザビー
ム、４…材料、５…溶接ビード、６…カメラ、７…シュ
ラウド、８…ＣＲＤハウジング、９…ＣＲＤスタブチュ
ーブ、１０…き裂、１１…レーザトーチ、１２…レン
ズ、１３…回転装置、１４…円盤、１５…焦点の異なる
レンズ、１６…レンズ回転装置、１７…断面により焦点
距離の異なるレンズ。
ム、４…材料、５…溶接ビード、６…カメラ、７…シュ
ラウド、８…ＣＲＤハウジング、９…ＣＲＤスタブチュ
ーブ、１０…き裂、１１…レーザトーチ、１２…レン
ズ、１３…回転装置、１４…円盤、１５…焦点の異なる
レンズ、１６…レンズ回転装置、１７…断面により焦点
距離の異なるレンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦城 慶一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 松本 俊美 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 玉井 康方 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (2)
- 【請求項１】レーザ光による材料表面の熱処理方法にお
いて、レーザの焦点位置を材料表面と垂直方向に時間的
に変化させることを特徴とするレーザ熱処理方法。 - 【請求項２】材料がレーザ光の軸に対し、相対的に垂直
方向等に移動しながら熱処理を連続的に行う方法におい
て、材料の表面に凹凸があっても均一な条件でレーザが
照射されるように、焦点位置を照射場所の移動速度に比
べ早く，連続的、または断続的にレーザ光の軸方向に変
化させることを特徴とするレーザ熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5223273A JPH0776718A (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | レーザ熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5223273A JPH0776718A (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | レーザ熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0776718A true JPH0776718A (ja) | 1995-03-20 |
Family
ID=16795544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5223273A Pending JPH0776718A (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | レーザ熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776718A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102380710A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-03-21 | 江苏大学 | 一种激光焦点位置快速找正装置 |
| JP2013104103A (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-30 | Univ Of Shiga Prefecture | レーザ熱処理システム |
| JP2017042790A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接方法 |
| JP2020199524A (ja) * | 2019-06-10 | 2020-12-17 | スズキ株式会社 | レーザスポット溶接方法 |
| CN113442620A (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-28 | 卡西欧计算机株式会社 | 造形装置以及造形物的制造方法 |
-
1993
- 1993-09-08 JP JP5223273A patent/JPH0776718A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102380710A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-03-21 | 江苏大学 | 一种激光焦点位置快速找正装置 |
| JP2013104103A (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-30 | Univ Of Shiga Prefecture | レーザ熱処理システム |
| JP2017042790A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接方法 |
| US10286486B2 (en) | 2015-08-26 | 2019-05-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser welding method |
| DE102016115689B4 (de) | 2015-08-26 | 2024-06-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laserschweißverfahren |
| JP2020199524A (ja) * | 2019-06-10 | 2020-12-17 | スズキ株式会社 | レーザスポット溶接方法 |
| CN113442620A (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-28 | 卡西欧计算机株式会社 | 造形装置以及造形物的制造方法 |
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