JPH10286684A - Build-up method with laser beam - Google Patents
Build-up method with laser beamInfo
- Publication number
- JPH10286684A JPH10286684A JP9097411A JP9741197A JPH10286684A JP H10286684 A JPH10286684 A JP H10286684A JP 9097411 A JP9097411 A JP 9097411A JP 9741197 A JP9741197 A JP 9741197A JP H10286684 A JPH10286684 A JP H10286684A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- build
- base material
- laser beam
- layer
- metal base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、金属母材表面に
他金属材料を投入しつつレーザビームを照射し、前記他
金属材料を溶融させて肉盛り層を形成するレーザビーム
による肉盛り方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cladding method using a laser beam for irradiating a laser beam while pouring another metal material onto the surface of a metal base material and melting the other metal material to form a cladding layer. .
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザビームを照射して他金属材料によ
る肉盛り層を金属母材上に形成する技術は、例えば自動
車用エンジンのシリンダヘッドにおけるバルブシート部
に適用されている。図3は、シリンダヘッド101にお
けるバルブシート部103周辺の断面図で、吸気(排
気)ポート105の燃焼室側に開口する開口端105a
は、吸気(排気)バルブ107によって開閉され、この
吸気(排気)バルブ107の傘部107aがバルブシー
ト部103におけるシート面103aに密接可能であ
る。2. Description of the Related Art A technique of irradiating a laser beam to form a build-up layer of another metal material on a metal base material is applied to, for example, a valve seat portion of a cylinder head of an automobile engine. FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of the valve seat portion 103 in the cylinder head 101, and an opening end 105a of the intake (exhaust) port 105 that opens to the combustion chamber side.
Is opened and closed by an intake (exhaust) valve 107, and an umbrella portion 107 a of the intake (exhaust) valve 107 can be in close contact with a seat surface 103 a of the valve seat portion 103.
【0003】バルブシート部は、エンジン稼働中に、バ
ルブが繰り返し当接したり、高温にさらされるなど、苛
酷な条件下にあることから、上記シリンダヘッドを、軽
量化などの観点からアルミニウム合金とした場合には、
摩耗や溶損が発生する恐れがあり、このため耐熱性及び
耐摩耗性の高い他の金属材料による肉盛り層を形成する
ことで、上記した問題が解消される。なお、肉盛り層形
成後は、機械加工によってバルブシート面を形成する。Since the valve seat portion is under severe conditions such as repeated contact of the valve and exposure to high temperature during operation of the engine, the cylinder head is made of an aluminum alloy from the viewpoint of weight reduction. in case of,
There is a possibility that abrasion or erosion may occur. Therefore, the above-mentioned problem is solved by forming a build-up layer of another metal material having high heat resistance and abrasion resistance. After the build-up layer is formed, the valve seat surface is formed by machining.
【0004】他の金属材料を肉盛りする技術は、従来か
ら行われている、バルブシート部に形成した凹部に鋳鉄
や鉄系焼結材からなるバルブシート材を圧入する技術に
比べ、シリンダヘッド本体(金属母材)とバルブシート
材となる肉盛り層との間の密着度が高いことから、両者
間の熱伝導性が良好であり、このため、バルブシート部
やバルブの熱負荷が低減されて、耐久性の向上及び、エ
ンジンの出力性能向上を達成することが可能となる。[0004] The technique of overlaying other metal materials is different from the conventional technique of press-fitting a valve seat material made of cast iron or iron-based sintered material into a recess formed in a valve seat portion. Since the degree of adhesion between the main body (metal base material) and the build-up layer serving as the valve seat material is high, the thermal conductivity between the two is good, and the thermal load on the valve seat and the valve is reduced. As a result, it is possible to improve the durability and the output performance of the engine.
【0005】レーザビームによる肉盛り法は、バルブシ
ート材を構成する肉盛り層に欠陥がなく、特に肉盛り層
と金属母材との界面に欠陥がなく両者が完全に溶着して
いることが望ましいが、上記シリンダヘッド材のような
実用金属では、上記した欠陥を完全に解消することは極
めて困難であって、界面に若干の未溶着部分が存在する
ことは避け得ないのが実状である。これは、通常の量産
工法であるLPDC(ロープレッシャダイキャスト)法
で製造されたシリンダヘッド材は、金属母材内に若干の
空孔が存在しており、この空孔が界面に存在することか
ら発生するものとなる。また、この金属母材内の空孔
は、レーザビームの照射により溶融した他金属材料の熱
を受けた金属母材が再溶融した際に、溶融状態の肉盛り
層内に入り込み、これがバルブシート面となる肉盛り層
の表面に達した時点で、肉盛り層が凝固することで露出
して不良品となる不具合も発生する。In the cladding method using a laser beam, there is no defect in the cladding layer constituting the valve seat material, and particularly, there is no defect in the interface between the cladding layer and the metal base material, and both are completely welded. Although it is desirable, in practical metals such as the cylinder head material described above, it is extremely difficult to completely eliminate the above-mentioned defects, and in fact, it is unavoidable that some unwelded portion exists at the interface. . This is because the cylinder head material manufactured by the LPDC (Low Pressure Die Casting) method, which is a normal mass production method, has some holes in the metal base material, and these holes exist at the interface. It is generated from. In addition, the holes in the metal base material enter into the build-up layer in a molten state when the metal base material heated by the other metal material melted by the laser beam irradiation is re-melted, and this enters the valve seat. When reaching the surface of the build-up layer which becomes a surface, a problem that the build-up layer is exposed by solidification and becomes a defective product also occurs.
【0006】このため従来では、圧延ロールなどによっ
て金属母材表面の空孔などの欠陥をあらかじめ押し潰し
て、ほぼ欠陥のない状態にしたり(特開平2−1961
17号公報参照)、金属母材中の空孔自体をより少なく
すべく金属母材の鋳造方法を他の方法に変更するなどに
より対応している。For this reason, conventionally, defects such as vacancies on the surface of the metal base material have been crushed in advance by a rolling roll or the like to make them substantially free of defects (Japanese Patent Laid-Open No. 2-1961).
No. 17), and the method of casting the metal base material is changed to another method in order to reduce the number of holes in the metal base material.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たいずれの方法も、前者においては圧延ロールによるロ
ール掛けが必要であり、一方後者においても、作業工程
の増加を招き、特に量産化する上ではコスト高を招いて
実用化には不向きとなっている。また、レーザビームに
よる肉盛り法では、レーザビームの照射により金属母材
の溶融量が過大になると、金属母材が溶融状態の肉盛り
層内に入り込んで、凝固後の肉盛り層におけるクラック
発生の原因となる。However, in any of the above methods, the former requires rolling with a rolling roll, while the latter requires an increase in the number of working steps, and is particularly costly in mass production. It is not suitable for practical use due to high cost. In the overlay method using a laser beam, when the amount of melting of the metal base material becomes excessive due to the irradiation of the laser beam, the metal base material enters the molten build-up layer and cracks occur in the solidified build-up layer. Cause.
【0008】そこで、この発明は、量産化に最適とした
上で、肉盛り層の欠陥及び、肉盛り層と金属母材との界
面の欠陥を解消させて両者相互の溶着状態を良好なもの
とするとともに、肉盛り層におけるクラック発生を防止
することを目的としている。[0008] In view of the above, the present invention is intended to improve the welded state of both layers by eliminating defects of the build-up layer and defects at the interface between the build-up layer and the metal base material, while being optimized for mass production. It is intended to prevent the occurrence of cracks in the build-up layer.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第1に、金属母材表面に他金属材料を
投入しつつレーザビームを照射し、前記他金属材料を溶
融させて肉盛り層を形成するレーザビームによる肉盛り
方法において、前記レーザビームの金属母材に対する相
対的移動速度S[m/min]を、0.4≦S≦3.0とし
て肉盛り作業を行うものとしてある。Means for Solving the Problems To achieve the above object, the present invention firstly irradiates a laser beam while charging another metal material onto the surface of a metal base material to melt the other metal material. In the cladding method using a laser beam for forming a cladding layer, a cladding operation is performed by setting a relative moving speed S [m / min] of the laser beam to the metal base material as 0.4 ≦ S ≦ 3.0. There are things.
【0010】レーザビームの金属母材に対する相対的移
動速度S[m/min]が、S<0.4では、金属母材への
入熱が大きくなりすぎて金属母材の溶融量が増大し、溶
融状態の他金属材料内に金属母材が多量に混入して凝固
時に肉盛り層にクラックが発生する。一方、3.0<S
では、金属母材への入熱が不足し、他金属材料を溶融で
きなくなって肉盛り作業自体ができないものとなる。こ
のため、上記速度Sを、0.4≦S≦3.0とすること
で、クラックの発生を防止しつつ肉盛り作業を所望に行
うことが可能となる。When the relative moving speed S [m / min] of the laser beam with respect to the metal base material is S <0.4, the heat input to the metal base material becomes too large and the melting amount of the metal base material increases. In addition, a large amount of the metal base material is mixed into the other metal material in the molten state, and cracks occur in the build-up layer during solidification. On the other hand, 3.0 <S
In such a case, the heat input to the metal base material is insufficient, so that other metal materials cannot be melted and the overlaying operation itself cannot be performed. For this reason, by setting the speed S to 0.4 ≦ S ≦ 3.0, it is possible to perform the overlaying work as desired while preventing the occurrence of cracks.
【0011】第2に、金属母材表面に他金属材料を投入
しつつレーザビームを照射し、前記他金属材料を溶融さ
せて肉盛り層を形成するレーザビームによる肉盛り方法
において、前記レーザビームの金属母材に対する相対的
移動速度S[m/min]を、0.3≦S≦0.9として肉
盛り作業を行うものとしてある。Secondly, in the cladding method using a laser beam for irradiating a laser beam while pouring another metal material onto the surface of the metal base material and melting the other metal material to form a cladding layer, And the relative moving speed S [m / min] with respect to the metal base material is set to 0.3 ≦ S ≦ 0.9 to perform the overlaying operation.
【0012】レーザビームの金属母材に対する相対的移
動速度S[m/min]が、S<0.3では、金属母材への
入熱が過大となって金属母材の溶融部分が大きくなり、
金属母材内に存在する空孔の溶融状態の肉盛り層内への
移動量が増大して金属母材と肉盛り層との間の界面に存
在する空孔の量も多くなって未溶着部が発生する。一
方、0.9<Sでは、金属母材内の空孔が溶融状態の肉
盛り層内を通り抜ける前に、肉盛り層の凝固が終了して
しまい、空孔が肉盛り層内にトラップされて肉盛り層の
表面に露出する空孔も発生し、品質低下を引き起こす。
このため、上記速度Sを0.3≦S≦0.9とすること
で、金属母材内から肉盛り層側へ移動する空孔の量を減
少させ、かつ金属母材内から発生した空孔が、肉盛り層
の凝固前に肉盛り層を通り抜けるものとなり、肉盛り層
の欠陥及び、肉盛り層と金属母材との界面の欠陥が解消
される。When the relative moving speed S [m / min] of the laser beam with respect to the metal base material is S <0.3, the heat input to the metal base material becomes excessive and the molten portion of the metal base material becomes large. ,
The amount of vacancies existing in the metal base material moving into the build-up layer in the molten state increases, and the amount of vacancies present at the interface between the metal base material and the build-up layer also increases, resulting in unwelding. Part occurs. On the other hand, when 0.9 <S, solidification of the build-up layer ends before the holes in the metal base material pass through the molten build-up layer, and the holes are trapped in the build-up layer. Voids are also exposed on the surface of the build-up layer, causing quality deterioration.
For this reason, by setting the speed S to 0.3 ≦ S ≦ 0.9, the amount of holes moving from the inside of the metal base material to the build-up layer side is reduced, and the space generated from inside the metal base material is reduced. The holes pass through the build-up layer before solidification of the build-up layer, thereby eliminating defects in the build-up layer and defects at the interface between the build-up layer and the metal base material.
【0013】第3に、金属母材表面に他金属材料を投入
しつつレーザビームを照射し、前記他金属材料を溶融さ
せて肉盛り層を形成するレーザビームによる肉盛り方法
において、前記レーザビームの金属母材に対する相対的
移動速度S[m/min]を、0.4≦S≦0.9として肉
盛り作業を行うものとしてある。[0013] Third, in a cladding method using a laser beam for irradiating a laser beam while pouring another metal material onto the surface of the metal base material and melting the other metal material to form a cladding layer, And the relative moving speed S [m / min] with respect to the metal base material is set to 0.4 ≦ S ≦ 0.9 to perform the overlaying operation.
【0014】上記した肉盛り方法によれば、金属母材へ
の入熱過大による肉盛り層におけるクラック発生及び、
金属母材内から発生する空孔の多量化を回避できるとと
もに、入熱不足による肉盛り作業不能及び、金属母材内
で発生した空孔の肉盛り層内での残留が回避される。According to the above-mentioned overlay method, cracks are generated in the overlay layer due to excessive heat input to the metal base material, and
It is possible to avoid an increase in the number of holes generated from inside the metal base material, and to prevent the build-up operation due to insufficient heat input and to prevent the holes generated in the metal base material from remaining in the build-up layer.
【0015】第4に、レーザ出力を3.0〜4.5kW、
他金属材料の供給量を30〜45g/minとして肉盛り作
業を行うものとしてある。Fourth, a laser output of 3.0 to 4.5 kW,
The buildup operation is performed with the supply amount of the other metal material being 30 to 45 g / min.
【0016】図1は、レーザ出力を4.0kW、他金属材
料である銅合金の供給量を40g/minとしたときのレー
ザビームの相対的移動速度Sに対し、肉盛り層における
クラックの発生状況(10個のワークに対し、クラック
が発生したワークが一つでもあるケースを「×」、それ
以外を「○」としてある)と、10個のワークのうち、
直径0.3mm以上の空孔が一つでも肉盛り層の表面に発
生したワークの数とを表にして示したものである。FIG. 1 shows the relative movement speed S of the laser beam when the laser output is 4.0 kW and the supply amount of the copper alloy as another metal material is 40 g / min. Situation (for 10 workpieces, the case where at least one workpiece has cracked is indicated by "x", other cases are indicated by "o") and, among the 10 workpieces,
The table shows the number of workpieces generated on the surface of the build-up layer even if at least one hole having a diameter of 0.3 mm or more is provided.
【0017】これによれば、移動速度Sが0.2以下で
はクラックが発生したワークが存在し、0.3以上では
全てのワークにクラックの発生がない。また、移動速度
Sが0.1〜0.8の範囲では、空孔が一つでも発生し
たワークの数が「0」で、0.9では空孔の発生したワ
ーク数が「1」、以下1.0では「2」、1.1では
「5」、1.2では「6」となっている。According to this, when the moving speed S is 0.2 or less, a cracked work exists, and when the moving speed S is 0.3 or more, no crack occurs in all the works. Further, when the moving speed S is in the range of 0.1 to 0.8, the number of workpieces having even one void is “0”, and at 0.9, the number of workpieces having voids is “1”. In the following, 1.0 is "2", 1.1 is "5", and 1.2 is "6".
【0018】クラックについては、発生したものは使用
不可となるので、移動速度Sの下限を余裕を持って0.
4とし、一方空孔については、製造後の検査段階で空孔
が肉盛り層の表面に発生したものを振り落とすというこ
とにし、移動速度Sの上限を空孔発生個数が最小の
「1」となっている0.9とする。これにより、肉盛り
層におけるクラックの発生を回避すると同時に、肉盛り
層表面の空孔の発生をも回避することが可能となる。As for the cracks, those that have occurred cannot be used, so that the lower limit of the moving speed S is set at 0.
In the meantime, as for the pores, the pores generated on the surface of the build-up layer in the inspection stage after the production are shaken off, and the upper limit of the moving speed S is set to “1” where the number of generated pores is the minimum. 0.9. This makes it possible to avoid the occurrence of cracks in the build-up layer and also to prevent the formation of voids on the surface of the build-up layer.
【0019】レーザ出力の上限及び下限を3.0kW及び
4.5kWとし、また他金属材料の供給量の上限及び下限
を30g/min及び45g/minとしたのは、レーザ出力を
4.0kW、他金属材料の供給量を40g/minとした上記
図1での結果より、レーザ出力及び他金属材料の供給量
を上記範囲から外れた数値とした場合には、入熱量の過
不足や、他金属材料の溶融不良が発生する恐れがあり、
クラック発生や、肉盛り層内に残留する空孔の量の増大
などを引き起こすからである。The upper and lower limits of the laser output are set to 3.0 kW and 4.5 kW, and the upper and lower limits of the supply amount of the other metal material are set to 30 g / min and 45 g / min, respectively. From the results in FIG. 1 described above in which the supply amount of the other metal material was set to 40 g / min, when the laser output and the supply amount of the other metal material were set to values outside the above ranges, the excess and deficiency of the heat input amount and other factors Poor melting of metal material may occur,
This is because cracks are generated and the amount of pores remaining in the buildup layer is increased.
【0020】したがって、移動速度Sを0.3≦S≦
0.9とした上で、レーザ出力を3.0〜4.5kW、他
金属材料の供給量を30〜40g/minの範囲に設定する
ことで、クラック防止や、肉盛り層内における空孔の残
留量低減などが確実になされて、肉盛り層の欠陥及び、
肉盛り層と金属母材との界面の欠陥が確実に解消される
ものとなる。これにより、金属母材と肉盛り層との溶着
状態も良好となる。Therefore, the moving speed S is set to 0.3 ≦ S ≦
By setting 0.9, the laser output is set to 3.0 to 4.5 kW, and the supply amount of other metal materials is set to 30 to 40 g / min, thereby preventing cracks and forming holes in the overlay. The residual amount of the metal is reliably reduced, and the
Defects at the interface between the build-up layer and the metal base material are reliably eliminated. Thereby, the welded state between the metal base material and the build-up layer is also improved.
【0021】第5に、金属母材がエンジンのシリンダヘ
ッドにおけるバルブシート部を構成するアルミニウム系
合金としてある。Fifth, the metal base material is an aluminum alloy that constitutes a valve seat portion in a cylinder head of an engine.
【0022】アルミニウム合金により軽量化したシリン
ダヘッドのバルブシート部に、耐熱性及び耐摩耗性の高
い銅合金で、クラックや欠陥がなく、かつ金属母材に対
する溶着状態も良好となる高品質な肉盛り層が形成さ
れ、エンジン稼働時において、バルブシート面を構成す
る肉盛り層の熱がシリンダヘッド本体側に伝達しやすく
なり、バルブシート部やバルブの熱負荷が軽減されて耐
久性の向上及び、エンジンの出力性能向上が期待でき
る。The valve seat portion of the cylinder head lightened by an aluminum alloy is made of a copper alloy having high heat resistance and abrasion resistance, which is free from cracks and defects and has a good welded state to a metal base material. When the engine is in operation, the build-up layer is formed, and the heat of the build-up layer constituting the valve seat surface is easily transmitted to the cylinder head body side, and the heat load on the valve seat portion and the valve is reduced, and the durability is improved. It is expected that the output performance of the engine will be improved.
【0023】[0023]
【発明の効果】第1の発明によれば、金属母材上に投入
された他金属材料に照射するレーザビームの金属母材に
対する相対的移動速度S[m/min]を、0.4≦S≦
3.0に設定するという、量産に適した方法により、肉
盛り層におけるクラックの発生を防止しつつ肉盛り作業
を所望に行うことができる。According to the first aspect of the present invention, the relative movement speed S [m / min] of the laser beam for irradiating the other metal material put on the metal base material with respect to the metal base material is set to 0.4 ≦ S ≦
By setting the value to 3.0, which is suitable for mass production, it is possible to perform the build-up work as desired while preventing the occurrence of cracks in the build-up layer.
【0024】第2の発明によれば、金属母材上に投入さ
れた他金属材料に照射するレーザビームの金属母材に対
する相対的移動速度S[m/min]を、0.3≦S≦0.
9に設定するという、量産に適した方法により、金属母
材内から発生して溶融状態の肉盛り層側に移動する空孔
の量が減少し、かつ金属母材内から発生した空孔が、肉
盛り層の凝固前に溶融状態の肉盛り層を通り抜けるもの
となり、肉盛り層の欠陥及び、肉盛り層と金属母材との
界面の欠陥を解消でき、未溶着部の発生を防止すること
ができる。According to the second aspect of the present invention, the relative movement speed S [m / min] of the laser beam for irradiating the other metal material injected onto the metal base material with respect to the metal base material is set to 0.3 ≦ S ≦ 0.
9, the amount of vacancies generated from inside the metal base material and moving toward the build-up layer in the molten state is reduced, and the vacancies generated from within the metal base material are reduced by the method suitable for mass production. Before the solidification of the build-up layer, it passes through the build-up layer in the molten state, thereby eliminating defects in the build-up layer and defects at the interface between the build-up layer and the metal base material and preventing the occurrence of unwelded portions. be able to.
【0025】第3の発明によれば、金属母材上に投入さ
れた他金属材料に照射するレーザビームの金属母材に対
する相対的移動速度S[m/min]を、0.4≦S≦0.
9に設定するという、量産に適した方法により、金属母
材への入熱過大による肉盛り層におけるクラック発生及
び、金属母材内から発生する空孔の多量化を回避できる
とともに、入熱不足による肉盛り作業不能及び、金属母
材内で発生した空孔の肉盛り層内での残留を回避するこ
とができる。According to the third invention, the relative movement speed S [m / min] of the laser beam for irradiating the other metal material put on the metal base material with respect to the metal base material is set to 0.4 ≦ S ≦ 0.
With a method suitable for mass production, which is set to 9, it is possible to avoid the occurrence of cracks in the build-up layer due to excessive heat input to the metal base material and the increase in the number of vacancies generated from within the metal base material, and the insufficient heat input. This makes it possible to prevent the build-up operation from being performed and the voids generated in the metal base material from remaining in the build-up layer.
【0026】第4の発明によれば、レーザ出力を3.0
〜4.5kW、他金属材料の供給量を30〜45g/minと
するという、量産に適した方法により、クラック防止
や、肉盛り層内における空孔の残留量低減などが確実に
なされて、肉盛り層の欠陥及び、肉盛り層と金属母材と
の界面の欠陥を確実に解消できるものとなり、金属母材
と肉盛り層との溶着状態も良好となる。According to the fourth aspect, the laser output is set to 3.0.
Up to 4.5 kW, the supply amount of other metal materials is 30 to 45 g / min, and a method suitable for mass production ensures prevention of cracks and reduction of the residual amount of pores in the overlay. Defects in the build-up layer and defects at the interface between the build-up layer and the metal base material can be reliably eliminated, and the welded state between the metal base material and the build-up layer can be improved.
【0027】第5の発明によれば、アルミニウム合金に
より軽量化したシリンダヘッドのバルブシート部に、耐
熱性及び耐摩耗性の高い銅合金で、クラックや欠陥がな
く、かつ金属母材に対する溶着状態も良好となる高品質
な肉盛り層が形成され、エンジン稼働時において、バル
ブシート面を構成する肉盛り層の熱がシリンダヘッド本
体側に伝達しやすくなり、バルブシート部やバルブの熱
負荷が軽減されて耐久性の向上及び、エンジンの出力性
能向上が期待できる。According to the fifth aspect of the present invention, the valve seat portion of the cylinder head lightened by the aluminum alloy is made of a copper alloy having high heat resistance and abrasion resistance, has no cracks or defects, and is welded to the metal base material. A high quality build-up layer is also formed, and when the engine is running, the heat of the build-up layer forming the valve seat surface is easily transmitted to the cylinder head body side, and the heat load of the valve seat portion and the valve is reduced. It is expected that the durability will be improved and the output performance of the engine will be improved.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0029】図2は、この発明の実施の一形態に係わる
レーザビームによる肉盛り方法を示している。ここで
は、金属母材1となるエンジンのシリンダヘッドにおけ
るバルブシート部に、肉盛り層3を形成するものとす
る。シリンダヘッドは、前述したLPDC法で製造され
たアルミニウム系合金(JIS:AC2A材)であり、
肉盛り層3を構成する他金属材料としては、銅合金(N
i:15.5%,Co:14.1%,Al:0.91
%,V:1.58%,Nb−1.84%,Si:2.7
8%,残部Cu)の粉末とする。FIG. 2 shows a method for building up with a laser beam according to an embodiment of the present invention. Here, it is assumed that the build-up layer 3 is formed on the valve seat portion of the cylinder head of the engine which is the metal base material 1. The cylinder head is an aluminum-based alloy (JIS: AC2A material) manufactured by the above-described LPDC method,
As another metal material constituting the cladding layer 3, a copper alloy (N
i: 15.5%, Co: 14.1%, Al: 0.91
%, V: 1.58%, Nb-1.84%, Si: 2.7
8%, with the balance being Cu).
【0030】金属母材1上に粉末供給ノズル5から上記
した銅合金の粉末7を供給し、供給した金属母材1上の
銅合金粉末に対してレーザビーム9を照射する。これに
より、銅合金粉末が溶融して液相部3aとなり、この液
相部3aが凝固して肉盛り層3が形成されることにな
る。レーザビーム照射時には、レーザビーム9と粉末供
給ノズル5は、移動せず固定された状態であり、シリン
ダヘッド自体をバルブシートの中心軸線を中心として回
転させることで、バルブシートの全周にわたり肉盛り層
が形成されるものとなる。The above-mentioned copper alloy powder 7 is supplied onto the metal base material 1 from the powder supply nozzle 5 and the supplied copper alloy powder on the metal base material 1 is irradiated with a laser beam 9. As a result, the copper alloy powder is melted to form the liquid phase portion 3a, and the liquid phase portion 3a solidifies to form the build-up layer 3. At the time of laser beam irradiation, the laser beam 9 and the powder supply nozzle 5 are fixed without moving, and the cylinder head itself is rotated around the central axis of the valve seat to build up the entire circumference of the valve seat. A layer will be formed.
【0031】加工条件は次の通りである。The processing conditions are as follows.
【0032】レーザビームモード:リングモード レーザ出力:4.0kW レーザビームの金属母材に対する相対移動速度:0.6
m/min 銅合金粉末の供給量:40g/min 粉末供給ノズルの金属母材表面に対する傾斜角度θ:7
0度 粉末供給ノズルのノズル内径(直径):3mm スタンドオフ(L):10mm 以上の条件で肉盛り加工を行ったところ、金属母材1へ
の入熱過大による、肉盛り層3のクラック発生及び金属
母材1内から発生して肉盛り層3側へ移動する空孔の多
量化が回避されるとともに、入熱不足による、肉盛り作
業不能及び金属母材1内で発生した空孔の肉盛り層3内
での残留が回避され、肉盛り層3の欠陥及び、肉盛り層
3と金属母材1との界面の欠陥が確実に解消された。こ
の結果、金属母材1と肉盛り層3との溶着状態も良好と
なって、バルブシート面を構成する肉盛り層3の熱が金
属母材1であるシリンダヘッド本体側に伝達しやすくな
り、バルブシート部やバルブの熱負荷が軽減されて耐久
性の向上及び、エンジンの出力向上が期待できる。Laser beam mode: ring mode Laser output: 4.0 kW Relative moving speed of laser beam with respect to metal base material: 0.6
m / min Copper alloy powder supply: 40 g / min Inclination angle θ of powder supply nozzle with respect to metal base material surface: 7
0 ° Inner diameter (diameter) of the powder supply nozzle: 3 mm Standoff (L): 10 mm When the overlaying was performed under the conditions of 10 mm or more, cracks occurred in the overlay 3 due to excessive heat input to the metal base material 1. In addition to increasing the number of holes generated from inside the metal base material 1 and moving to the build-up layer 3 side, the build-up work becomes impossible due to insufficient heat input and the holes generated in the metal base material 1 Residuals in the build-up layer 3 were avoided, and defects in the build-up layer 3 and defects at the interface between the build-up layer 3 and the metal base material 1 were reliably eliminated. As a result, the welded state between the metal base material 1 and the build-up layer 3 is also improved, and the heat of the build-up layer 3 forming the valve seat surface is easily transmitted to the cylinder head main body side, which is the metal base material 1. In addition, the heat load on the valve seat portion and the valve is reduced, so that the durability and the output of the engine can be improved.
【0033】上記した金属母材1を構成するシリンダヘ
ッドは、量産化に適したLPDC法で製造されたもので
あることから、複雑な作業工程の発生もなく、また従来
のように金属母材表面をロール掛けするというような作
業工程の増加もなく、量産化に最適な工法といえる。Since the cylinder head constituting the above-mentioned metal base material 1 is manufactured by the LPDC method suitable for mass production, no complicated work process is required, and the metal base material is different from the conventional metal base material. There is no increase in the number of working steps such as rolling the surface, and it can be said that this is the most suitable method for mass production.
【図1】この発明のレーザビームによる肉盛り方法にお
けるレーザビームの相対移動速度に対するクラックの発
生状況及び空孔発生ワーク数を表にして示した説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram showing, in a table, the state of occurrence of cracks and the number of vacancy-generated works with respect to the relative moving speed of a laser beam in the laser beam overlay method of the present invention.
【図2】この発明のレーザビームによる肉盛り方法の具
体的な作業形態を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a specific working form of the laser beam overlay method of the present invention.
【図3】シリンダヘッドにおけるバルブシート部周辺の
断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of a valve seat in a cylinder head.
1 金属母材 3 肉盛り層 7 銅合金粉末(他金属材料) 9 レーザビーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal base material 3 Overlay layer 7 Copper alloy powder (other metal materials) 9 Laser beam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02F 1/24 F02F 1/24 S ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02F 1/24 F02F 1/24 S
Claims (5)
レーザビームを照射し、前記他金属材料を溶融させて肉
盛り層を形成するレーザビームによる肉盛り方法におい
て、前記レーザビームの金属母材に対する相対的移動速
度S[m/min]を、0.4≦S≦3.0として肉盛り作
業を行うことを特徴とするレーザビームによる肉盛り方
法。1. A cladding method using a laser beam for irradiating a laser beam while pouring another metal material onto the surface of a metal base material and melting the other metal material to form a cladding layer. A cladding method using a laser beam, wherein a cladding operation is performed by setting a relative moving speed S [m / min] with respect to a base material to 0.4 ≦ S ≦ 3.0.
レーザビームを照射し、前記他金属材料を溶融させて肉
盛り層を形成するレーザビームによる肉盛り方法におい
て、前記レーザビームの金属母材に対する相対的移動速
度S[m/min]を、0.3≦S≦0.9として肉盛り作
業を行うことを特徴とするレーザビームによる肉盛り方
法。2. A cladding method using a laser beam for irradiating a laser beam while pouring another metal material onto a surface of a metal base material and fusing the other metal material to form a cladding layer. A cladding method using a laser beam, wherein a cladding operation is performed with a relative movement speed S [m / min] relative to a base material being 0.3 ≦ S ≦ 0.9.
移動速度S[m/min]を、0.4≦S≦0.9として肉
盛り作業を行うことを特徴とする請求項1または2記載
のレーザビームによる肉盛り方法。3. The cladding operation according to claim 1, wherein the relative movement speed S [m / min] of the laser beam with respect to the metal base material is set to 0.4 ≦ S ≦ 0.9. Laser beam build-up method.
材料の供給量を30〜45g/minとして肉盛り作業を行
うことを特徴とする請求項3記載のレーザビームによる
肉盛り方法。4. The method according to claim 3, wherein the laser beam output is 3.0 to 4.5 kW and the supply amount of the other metal material is 30 to 45 g / min. .
おけるバルブシート部を構成するアルミニウム系合金
で、他金属材料が銅合金であることを特徴とする請求項
1ないし4いずれか1項記載のレーザビームによる肉盛
り方法。5. The laser according to claim 1, wherein the metal base material is an aluminum-based alloy constituting a valve seat portion in a cylinder head of the engine, and the other metal material is a copper alloy. Overlay method by beam.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9097411A JPH10286684A (en) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | Build-up method with laser beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9097411A JPH10286684A (en) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | Build-up method with laser beam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10286684A true JPH10286684A (en) | 1998-10-27 |
Family
ID=14191753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9097411A Pending JPH10286684A (en) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | Build-up method with laser beam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10286684A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016502596A (en) * | 2012-11-01 | 2016-01-28 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Additive manufacturing method and apparatus |
-
1997
- 1997-04-15 JP JP9097411A patent/JPH10286684A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016502596A (en) * | 2012-11-01 | 2016-01-28 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Additive manufacturing method and apparatus |
US10124408B2 (en) | 2012-11-01 | 2018-11-13 | General Electric Company | Additive manufacturing method and apparatus |
US10821518B2 (en) | 2012-11-01 | 2020-11-03 | General Electric Company | Additive manufacturing method and apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5308409A (en) | Method of strengthening aluminum castings in a specified local part | |
JPH11285842A (en) | Joined metal member and joining method of its member | |
JPH11170034A (en) | Joining metallic members and method for joining its member | |
JP3380081B2 (en) | Valve seat | |
JP2008012564A (en) | Method for production of cast iron-made member, cast iron-made member, and engine for vehicle | |
JP3591147B2 (en) | Method of overlaying with laser beam | |
JP3409631B2 (en) | Method of overlaying with laser beam and overlaying structure | |
EP1160029B1 (en) | Surface treating method and cylinder head treated therewith | |
US20020046464A1 (en) | Machining method of part with laser-clad metal | |
US5653021A (en) | Production process of a piston | |
JPH10286684A (en) | Build-up method with laser beam | |
JPH0847787A (en) | Cladding by laser beam welding method | |
JP3724354B2 (en) | Method of overlaying with laser beam | |
JPH1190620A (en) | Method and device for connecting metal member | |
JP3060638B2 (en) | Laser cladding method | |
JPH11285846A (en) | Joining method of metallic member | |
JPH0341272B2 (en) | ||
JPH08270502A (en) | Manufacture of piston for internal combustion engine | |
JP3769912B2 (en) | Casting method for aluminum castings | |
JPH05256190A (en) | Cylinder head | |
JP3663904B2 (en) | Method of overlaying with laser beam | |
JP3191362B2 (en) | Local reinforcement method of aluminum casting parts | |
JP2792755B2 (en) | Hearth roll manufacturing method | |
JP2001259824A (en) | Method for repairing defect on aluminum cast member | |
JPH10299433A (en) | Valve guide for engine and welding device |