JPH0783947B2 - レーザクラッディング用給粉装置 - Google Patents
レーザクラッディング用給粉装置Info
- Publication number
- JPH0783947B2 JPH0783947B2 JP2202683A JP20268390A JPH0783947B2 JP H0783947 B2 JPH0783947 B2 JP H0783947B2 JP 2202683 A JP2202683 A JP 2202683A JP 20268390 A JP20268390 A JP 20268390A JP H0783947 B2 JPH0783947 B2 JP H0783947B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザビームが照射される母材上にクラッデ
ィング用粉末を供給するレーザクラッディング用給粉装
置に関する。
ィング用粉末を供給するレーザクラッディング用給粉装
置に関する。
従来、レーザクラッディングを行なう際に肉盛速度を大
きくする方法としては、単にレーザ出力を上げるか、或
いは母材の予熱を行なうかのいずれかの技術を実施して
いた。
きくする方法としては、単にレーザ出力を上げるか、或
いは母材の予熱を行なうかのいずれかの技術を実施して
いた。
しかしながら、レーザ出力を上げることによって肉盛速
度を向上させるには限界があった。すなわち、レーザ出
力はレーザ発振器の容量に上限は決まるが、通常、汎用
されているレーザ発振器では出力は最大5kw程度であ
る。したがって、この現用されているレーザ発振器の出
力において得られる肉盛速度がその上限となっていて、
それ以上の肉盛速度を得ることは装置面から困難であっ
た。同時にレーザ出力を上げると母材の溶融まで誘発し
てしまうため、肉盛成分が母材の成分により希釈されて
しまうという問題点があった。
度を向上させるには限界があった。すなわち、レーザ出
力はレーザ発振器の容量に上限は決まるが、通常、汎用
されているレーザ発振器では出力は最大5kw程度であ
る。したがって、この現用されているレーザ発振器の出
力において得られる肉盛速度がその上限となっていて、
それ以上の肉盛速度を得ることは装置面から困難であっ
た。同時にレーザ出力を上げると母材の溶融まで誘発し
てしまうため、肉盛成分が母材の成分により希釈されて
しまうという問題点があった。
また、母材の予熱を行なう方法では、大がかりな予熱炉
装置を必要とし、設備費のアップにつながる。しかも、
母材の予熱は母材の溶融を促進させることにもなるか
ら、前記したレーザ出力の増大化と同様の問題点を有し
ていた。
装置を必要とし、設備費のアップにつながる。しかも、
母材の予熱は母材の溶融を促進させることにもなるか
ら、前記したレーザ出力の増大化と同様の問題点を有し
ていた。
本発明は前述したような問題点を解消し、レーザ出力を
上げなくても肉盛速度を向上させることができるレーザ
クラッディング用給粉装置を提供するものである。
上げなくても肉盛速度を向上させることができるレーザ
クラッディング用給粉装置を提供するものである。
このような課題を解決するためには、予め粉末を加熱し
ておくことが効果的であることが、本発明者の実験によ
ってわかった。しかも、この加熱の方法としては、熱効
率の点から給粉装置の所定部に加熱手段を取り付けて給
粉過程でクラッディング用粉末を予熱することが良いこ
とがわかった。
ておくことが効果的であることが、本発明者の実験によ
ってわかった。しかも、この加熱の方法としては、熱効
率の点から給粉装置の所定部に加熱手段を取り付けて給
粉過程でクラッディング用粉末を予熱することが良いこ
とがわかった。
したがって本発明のレーザクラッディング用給粉装置
は、少なくとも、 ａ）クラッディング用粉末を貯蔵しかつ供出する貯蔵
部、 ｂ）前記貯蔵部から供出されるクラッディング用粉末が
誘導される流動路、 ｃ）この流動路から導入されたクラッディング用粉末
を、レーザビームが照射される母材上に向けて排出する
排出部、 ｄ）前記貯蔵部、流動路および排出部のうちの少なくと
も１つに取り付けられて粉末を加熱する加熱手段、 ｅ）前記排出部の排出口側に設けられ、排出されるクラ
ッディング用粉末の温度を検知する温度検知手段および ｆ）この温度検知手段からの検知手段に基いて前記加熱
手段の加熱温度を予め設定された所定値に制御する温度
制御手段 を備えることを特徴としている。
は、少なくとも、 ａ）クラッディング用粉末を貯蔵しかつ供出する貯蔵
部、 ｂ）前記貯蔵部から供出されるクラッディング用粉末が
誘導される流動路、 ｃ）この流動路から導入されたクラッディング用粉末
を、レーザビームが照射される母材上に向けて排出する
排出部、 ｄ）前記貯蔵部、流動路および排出部のうちの少なくと
も１つに取り付けられて粉末を加熱する加熱手段、 ｅ）前記排出部の排出口側に設けられ、排出されるクラ
ッディング用粉末の温度を検知する温度検知手段および ｆ）この温度検知手段からの検知手段に基いて前記加熱
手段の加熱温度を予め設定された所定値に制御する温度
制御手段 を備えることを特徴としている。
貯蔵部、流動路および排出部の少なくとも１つに取り付
けられた加熱手段によって、クラッディング用粉末が加
熱され所定の温度となるように予熱される。予熱された
クラッティング用粉末の温度は排出部の排出口側におい
て温度検知手段によって所定温度か否かが検知される。
検知されたクラッディング用粉末の温度は検知信号とし
て取出されて温度制御手段に伝達される。温度制御手段
は伝達された検知信号を読み取って、排出給粉中のクラ
ッディング用粉末の温度が予め設定された温度よりも低
い場合には加熱手段をONさせる。逆に給粉中のクラッデ
ィング用粉末の温度が設定温度よりも高い場合には加熱
手段をOFFさせる。
けられた加熱手段によって、クラッディング用粉末が加
熱され所定の温度となるように予熱される。予熱された
クラッティング用粉末の温度は排出部の排出口側におい
て温度検知手段によって所定温度か否かが検知される。
検知されたクラッディング用粉末の温度は検知信号とし
て取出されて温度制御手段に伝達される。温度制御手段
は伝達された検知信号を読み取って、排出給粉中のクラ
ッディング用粉末の温度が予め設定された温度よりも低
い場合には加熱手段をONさせる。逆に給粉中のクラッデ
ィング用粉末の温度が設定温度よりも高い場合には加熱
手段をOFFさせる。
このように温度検知手段および温度制御手段によってク
ラッディング用粉末の温度が常に所定値に保たれる。ま
た温度制御手段は加熱手段の過熱およびこれに起因して
起こるクラッディング用粉末の溶着を防止、クラッディ
ング用粉末の流動および供給が安定した状態に維持され
ることに貢献する。
ラッディング用粉末の温度が常に所定値に保たれる。ま
た温度制御手段は加熱手段の過熱およびこれに起因して
起こるクラッディング用粉末の溶着を防止、クラッディ
ング用粉末の流動および供給が安定した状態に維持され
ることに貢献する。
したがって、レーザが照射される母材上に達した粉末は
既に予熱されているから溶融しやすく、従来と同じレー
ザ出力でも同一厚みにおいて肉盛速度が大きくなり、同
一速度において肉盛厚さが増大されることになる。
既に予熱されているから溶融しやすく、従来と同じレー
ザ出力でも同一厚みにおいて肉盛速度が大きくなり、同
一速度において肉盛厚さが増大されることになる。
次に、本発明の好適な一実施例を図面を参照しつつ説明
する。
する。
第１図に示されるように、クラッディング用粉末１は図
外のコンベア等により貯蔵部としてのホッパー２に装入
され貯蔵される。このクラッディング用粉末１としては
通常１種または２種以上の金属、セラミック、サーメッ
ト等の混合体が使用される。第１図に示される実施例で
は、キャリアガス供給装置３から流路４を通って加圧さ
れたArガス等の不活性ガスからなるキャリアがホッパー
２に導入され、クラッディング用粉末１はこのキャリア
ガスによって流動性を与えられて流動路としての粉末供
給管５に導出される。この粉末供給管５において別の流
路６からもキャリアガスが導入されて、粉末１は滞留す
ることなく給粉ノズル７に導入される。そして、クラッ
ディング用粉末１はキャリアガスとともに排出部として
の給粉ノズル７の噴出口から噴出されて、母材８上のレ
ーザ照射域９に供給される。同時に、このレーザビーム
照射域９にはCO2レーザ発振器（図示せず）からのレー
ザビームが集光レンズ10を通って照射される。
外のコンベア等により貯蔵部としてのホッパー２に装入
され貯蔵される。このクラッディング用粉末１としては
通常１種または２種以上の金属、セラミック、サーメッ
ト等の混合体が使用される。第１図に示される実施例で
は、キャリアガス供給装置３から流路４を通って加圧さ
れたArガス等の不活性ガスからなるキャリアがホッパー
２に導入され、クラッディング用粉末１はこのキャリア
ガスによって流動性を与えられて流動路としての粉末供
給管５に導出される。この粉末供給管５において別の流
路６からもキャリアガスが導入されて、粉末１は滞留す
ることなく給粉ノズル７に導入される。そして、クラッ
ディング用粉末１はキャリアガスとともに排出部として
の給粉ノズル７の噴出口から噴出されて、母材８上のレ
ーザ照射域９に供給される。同時に、このレーザビーム
照射域９にはCO2レーザ発振器（図示せず）からのレー
ザビームが集光レンズ10を通って照射される。
前記したホッパー２、粉末供給管５および給粉ノズル７
にはそれぞれフレキシブルなリボンヒータ11等の過熱手
段が巻回、周設されていて、リボンヒータ11によって加
熱されたホッパー２、粉末供給管５および給粉ノズル７
の内部を通過する間にクラッディング用粉末１が間接的
に加熱される。また、第１図に示されるようにキャリア
ガス供給装置３が設けられている場合は、キャリアガス
供給装置３にも同様にリボンヒータ11が付設されてキャ
リアガスが間接的に加熱されている。この加熱されたキ
ャリアガスによって粉末１の加熱効率が高められる利点
もある。さらに、給粉ノズル７を断熱材12で包囲するこ
とにより、外部への熱の放散を防止するとともに、母材
８上から飛散して来る溶融金属等から給粉ノズル７を保
護するようにしている。クラッディング用粉末１の、少
くとも貯蔵部としてのホッパー２、流動路としての粉末
供給管５および排出部としての給粉ノズル７にそれぞれ
取り付けられている各リボンヒータ11は、第２図に示さ
れるように、温度コントローラに接続されていて、この
温度コントローラからの出力に応じて作動するようにな
っている。温度コントローラには、給粉ノズル７の噴出
口近傍に取り付けられた温度検知手段（実施例では熱電
対が用いられている。）から検知された温度が電気信号
として送られて来る。すなわち、熱電対は通過するクラ
ッディング用粉末１およびキャリアガスが用いられる時
はキャリアガスの温度を測定し、これを検知信号として
温度コントローラに伝達する。温度コントローラはこの
検知信号を受信して検知温度を判断し、この温度が予め
設定された温度より低い場合に、温度コントローラから
各リボンヒータ11に出力が送られてヒータがONする。反
対に所定値より高い場合には出力が停止されてヒータが
OFFする。
にはそれぞれフレキシブルなリボンヒータ11等の過熱手
段が巻回、周設されていて、リボンヒータ11によって加
熱されたホッパー２、粉末供給管５および給粉ノズル７
の内部を通過する間にクラッディング用粉末１が間接的
に加熱される。また、第１図に示されるようにキャリア
ガス供給装置３が設けられている場合は、キャリアガス
供給装置３にも同様にリボンヒータ11が付設されてキャ
リアガスが間接的に加熱されている。この加熱されたキ
ャリアガスによって粉末１の加熱効率が高められる利点
もある。さらに、給粉ノズル７を断熱材12で包囲するこ
とにより、外部への熱の放散を防止するとともに、母材
８上から飛散して来る溶融金属等から給粉ノズル７を保
護するようにしている。クラッディング用粉末１の、少
くとも貯蔵部としてのホッパー２、流動路としての粉末
供給管５および排出部としての給粉ノズル７にそれぞれ
取り付けられている各リボンヒータ11は、第２図に示さ
れるように、温度コントローラに接続されていて、この
温度コントローラからの出力に応じて作動するようにな
っている。温度コントローラには、給粉ノズル７の噴出
口近傍に取り付けられた温度検知手段（実施例では熱電
対が用いられている。）から検知された温度が電気信号
として送られて来る。すなわち、熱電対は通過するクラ
ッディング用粉末１およびキャリアガスが用いられる時
はキャリアガスの温度を測定し、これを検知信号として
温度コントローラに伝達する。温度コントローラはこの
検知信号を受信して検知温度を判断し、この温度が予め
設定された温度より低い場合に、温度コントローラから
各リボンヒータ11に出力が送られてヒータがONする。反
対に所定値より高い場合には出力が停止されてヒータが
OFFする。
このようにして所定温度に予熱された粉末は、前記した
ように母材上に供給されてレーザビームによって溶融
し、レーザビーム照射域９内に溶融池が生成される。母
材８が矢印方向に移動する間に、順次レーザビーム照射
域９も相対移動して常に新しい溶融池が生成される。一
方、母材８が移動し終った側では溶融池が冷却固化して
肉盛層が形成されて行く。
ように母材上に供給されてレーザビームによって溶融
し、レーザビーム照射域９内に溶融池が生成される。母
材８が矢印方向に移動する間に、順次レーザビーム照射
域９も相対移動して常に新しい溶融池が生成される。一
方、母材８が移動し終った側では溶融池が冷却固化して
肉盛層が形成されて行く。
このような構成からなる給粉装置を用い、クラッディン
グ用粉末１を予熱するに際しての設定温度を徐々に上げ
ることによって得られる肉盛の厚さの変化を測定した結
果を第３図に示す。なお、クラッディング用粉末の予熱
温度以外の測定時の条件は共通とし、クラッディング用
粉末Cu合金粉末を使用し、給粉量0.38g/Sec.、レーザ出
力3.0kw、Arガスをキャリアガスとして用い、供給量１
/min.、ガス圧1kg/cm2を条件とし採用した。
グ用粉末１を予熱するに際しての設定温度を徐々に上げ
ることによって得られる肉盛の厚さの変化を測定した結
果を第３図に示す。なお、クラッディング用粉末の予熱
温度以外の測定時の条件は共通とし、クラッディング用
粉末Cu合金粉末を使用し、給粉量0.38g/Sec.、レーザ出
力3.0kw、Arガスをキャリアガスとして用い、供給量１
/min.、ガス圧1kg/cm2を条件とし採用した。
前述した実施例ではキャリアガス供給装置を付設し、キ
ャリアガスを給粉装置内に流す構成としたが、キャリア
ガスを用いない給粉装置（例えば重力落下による給粉）
ではキャリアガス供給装置３および流路４、６を除いた
構成とすることができる。また、キャリアガスを使用す
る、あるいは使用しないのいずれの場合でも、給粉ノズ
ル７を二重構造にして、外周部からAr、N2、O2等のアシ
ストガスを噴出させることによって、クラッディング用
粉末を空気から遮断し、あるいはクラッディング用粉末
の溶融を介助する等として所望の目的を得んとする場合
には、アシストガスも予熱することにより、常温のアシ
ストガスとの接触によるクラッディング用粉末の温度低
下を防止し、所期の効果を得るようにしてもよい。
ャリアガスを給粉装置内に流す構成としたが、キャリア
ガスを用いない給粉装置（例えば重力落下による給粉）
ではキャリアガス供給装置３および流路４、６を除いた
構成とすることができる。また、キャリアガスを使用す
る、あるいは使用しないのいずれの場合でも、給粉ノズ
ル７を二重構造にして、外周部からAr、N2、O2等のアシ
ストガスを噴出させることによって、クラッディング用
粉末を空気から遮断し、あるいはクラッディング用粉末
の溶融を介助する等として所望の目的を得んとする場合
には、アシストガスも予熱することにより、常温のアシ
ストガスとの接触によるクラッディング用粉末の温度低
下を防止し、所期の効果を得るようにしてもよい。
また、本実施例では給粉ノズル７を断熱材12で覆った
が、必要に応じてホッパー２、キャリアガス供給装置
３、流路４および６、粉末供給管５も断熱材で覆えば外
乱の影響が排除されて粉末の温度がさらに安定する。
が、必要に応じてホッパー２、キャリアガス供給装置
３、流路４および６、粉末供給管５も断熱材で覆えば外
乱の影響が排除されて粉末の温度がさらに安定する。
さらに、本実施例ではホッパー２、キャリアガス供給装
置３、粉末供給管５および給粉ノズル７の全部にリボン
ヒータ11を取り付けて加熱するようにしたが、必ずしも
全部に取り付ける必要はない。また、クラッディング用
粉末を間接的に加熱するようにしたが、他の実施例とし
て、シースヒータを内挿する等の手段により、接触する
クラッディング用粉末を直接加熱するようにしてもよ
い。
置３、粉末供給管５および給粉ノズル７の全部にリボン
ヒータ11を取り付けて加熱するようにしたが、必ずしも
全部に取り付ける必要はない。また、クラッディング用
粉末を間接的に加熱するようにしたが、他の実施例とし
て、シースヒータを内挿する等の手段により、接触する
クラッディング用粉末を直接加熱するようにしてもよ
い。
本発明において加熱手段を付設してクラッディング用粉
末を加熱するようにしたことによる利点は次の通りであ
る。
末を加熱するようにしたことによる利点は次の通りであ
る。
ａ）クラッディング用粉末が溶融しやすくなり、実施例
に見られるように従来のレーザ出力でも肉盛の厚さや速
度を大きくできる。
に見られるように従来のレーザ出力でも肉盛の厚さや速
度を大きくできる。
ｂ）肉盛効率が上がっても母材の溶融の程度はほとんど
変わらないから、特に鋳物のように溶融しやすい母材の
場合にも、肉盛の成分が母材の成分によって希釈されな
い。
変わらないから、特に鋳物のように溶融しやすい母材の
場合にも、肉盛の成分が母材の成分によって希釈されな
い。
ｃ）クラッディング用粉末の溶融によって生成する溶融
池の温度が上昇するため、溶融池中での成分の撹拌が促
進され、ブローホールや未溶融組織がなくなる。
池の温度が上昇するため、溶融池中での成分の撹拌が促
進され、ブローホールや未溶融組織がなくなる。
ｄ）加熱によってクラッディング用粉末の吸湿および保
湿が防止され、ブローホール等の欠陥の発生が回避され
る。
湿が防止され、ブローホール等の欠陥の発生が回避され
る。
ｅ）予熱炉等の高価な設備を必要としない。また、温度
検知手段および温度制御手段によって給粉装置から母材
上へ供給されるクラッディング用粉末の温度を所定値に
保持するようにしたから、肉盛の速度や厚みにバラつき
が生じるのを防ぎ、常に一定の肉盛速度および厚みに保
つことができる。
検知手段および温度制御手段によって給粉装置から母材
上へ供給されるクラッディング用粉末の温度を所定値に
保持するようにしたから、肉盛の速度や厚みにバラつき
が生じるのを防ぎ、常に一定の肉盛速度および厚みに保
つことができる。
このように本発明によって、高品質の肉盛を高い肉盛効
率で安価に安定して得られるようになった。
率で安価に安定して得られるようになった。
第１図乃至第３図は本発明のレーザクラッディング用給
粉装置の一実施例を説明するためのものであって、 第１図は断面図、 第２図は温度制御機構を示すブロック図、 第３図はクラッディング用粉末の予熱設定温度と肉盛厚
さとの関係を示すグラフである。 １……粉末 ２……ホッパー ５……粉末供給管 ７……給粉ノズル ８……母材 ９……レーザ照射域 11……リボンヒータ
粉装置の一実施例を説明するためのものであって、 第１図は断面図、 第２図は温度制御機構を示すブロック図、 第３図はクラッディング用粉末の予熱設定温度と肉盛厚
さとの関係を示すグラフである。 １……粉末 ２……ホッパー ５……粉末供給管 ７……給粉ノズル ８……母材 ９……レーザ照射域 11……リボンヒータ
Claims (1)
- 【請求項１】レーザビームが照射される母材上にクラッ
ディング用粉末を供給するレーザクラッディング用給粉
装置であって、少なくとも、 ａ）クラッディング用粉末を貯蔵しかつ供出する貯蔵
部、 ｂ）前記貯蔵部から供出されるクラッディング用粉末が
誘導される流動路、 ｃ）この流動路から導入されたクラッディング用粉末
を、レーザビームが照射される母材上に向けて排出する
排出部、 ｄ）前記貯蔵部、流動路および排出部のうちの少なくと
も１つに取り付けられて粉末を加熱する加熱手段、 ｅ）前記排出部の排出口側に設けられ、排出されるクラ
ッディング用粉末の温度を検知する温度検知手段および ｆ）この温度検知手段からの検知信号に基いて前記加熱
手段の加熱温度を予め設定された所定値に制御する温度
制御手段 を備えることを特徴とするレーザクラッディング用給粉
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2202683A JPH0783947B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | レーザクラッディング用給粉装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2202683A JPH0783947B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | レーザクラッディング用給粉装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0489189A JPH0489189A (ja) | 1992-03-23 |
| JPH0783947B2 true JPH0783947B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=16461427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2202683A Expired - Lifetime JPH0783947B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | レーザクラッディング用給粉装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783947B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1396556A1 (en) * | 2002-09-06 | 2004-03-10 | ALSTOM (Switzerland) Ltd | Method for controlling the microstructure of a laser metal formed hard layer |
| CN103482367B (zh) * | 2013-07-05 | 2016-01-20 | 北京工业大学 | 一种多组分粉末成分实时可变的送粉系统 |
| CN106148950B (zh) * | 2016-08-26 | 2018-07-20 | 阳江东华激光智能科技有限公司 | 五金刀剪激光熔覆工作站 |
| CN108359980B (zh) * | 2018-05-10 | 2019-12-13 | 福建工程学院 | 一种研磨辅助激光熔覆复合粉末送粉器 |
| EP3950207A4 (en) * | 2019-03-25 | 2022-11-30 | Nikon Corporation | PROCESSING SYSTEM |
-
1990
- 1990-07-30 JP JP2202683A patent/JPH0783947B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0489189A (ja) | 1992-03-23 |
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