JPS61163258A

JPS61163258A - レ−ザ溶射方法

Info

Publication number: JPS61163258A
Application number: JP272685A
Authority: JP
Inventors: Masusane Toda; 戸田　増実; Yukio Ozaki; 行雄尾崎
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 1985-01-11
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1986-07-23
Also published as: JPS6350426B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば耐火物粉体をレーザビームを用いて各
種窯炉の内面に溶射融着し、ライニング施」二あるいは
損傷部補修を行なうレーザ“溜部１方法に係り、特に被
施工体とその表面に溶射される吹イ」り材料どの接着強
度を高めることができるレーザ溶射方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

一般に、二Ｉ業窯炉の内面に耐火物粉体を溶射してライ
ニング施工あるいは損傷部補修を熱間で行なう方法どし
ては、火炎溶射、ガスプラズマ溶射。

あるいは水プラズマ溶射等が知られているが、とりねり
火炎溶射方法が多用されている。

ところが、この火炎溶射方法は、作業中に大ぎな騒音を
伴なうという欠点があり、また炉の大型化、／Ａｉ」ニ
規模の人寄ｉ化等により高圧かつ人品の可燃性ガスを必
要どし、このため、これを給送する高圧ゴムボース等が
破損するケースが多くなってぎている。そして、この可
燃性ガスが漏れた揚合はに、付近に点火源があるため爆
発のおそれがあり、現場作業の安全上太きイＺ問題とな
っている。

そこで最近では、レーザビームを用いて耐火物粉体等の
吹付ｔｅｌ材別月別内面等の被施コ［体表面に溶用施工
するレーザ溶射方法が提案されている。

そして、この溶射方法は、可燃性ガスを用いる必要がな
いので安全であるとともに、火炎溶用方法に比較して作
業中の騒音を大幅に低減さけることができ、また強力な
１ノーリ゛ビームによる融着であるＩこめ、緻密’、’
Ｋ　ＩＭ生体が得られる等種１（の利点を有している。

ところが、吹付は月別を溶射施工すべき被施工体の表面
が滑らかな場合には充分な接着強１宜が得られず、吹付
は材料の溶射融着面ど被施工体表面どの境界面から剥離
を起こし易いという問題がある。

そこで従来は、被ＦｔｉＩ体の表面にプラス１〜法にＪ
：り凹凸加工を施しＣ粗面化し、その上面に吹付け′Ｊ
ｒＡ利を溶口・１施Ｉする方法を採っているが、プラス
１〜法では最大で・も１００μ程度の凹凸しか形成する
ことができず、この程度の表面粗さでは期待した接着強
度が得られないという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明はかかる現況に鑑みなされたもので、簡単な方法
で被施二に体とその表面に溶ＩＪ４７１１！ｉ　Ｉされ
る吹付は月別との接着強度を大幅に向上さけることがで
きるレーザ溶用方法を提供することを目的とする。

Ｃ問題点を解決するだめの手段）ところで、被施工体とその表面に溶射施］−される吹（
＝ｉ　ｔ：７月判どの接着強度は、被施工体の表面粗さ
の程ｊ良と極めて密接な関係にあり、被施工体の表面粗
さを大きく設定すれば接着強電を大幅に増大させること
ができる。ところが、大ぎな表面粗さを機械的手段で得
Ｊ：うとする場合には、多大な肋間と費用とを要し実用
に供し得ない。

本発明はかかる知見に基づいてなされ１〔もので、被施
工体の表面にレーザビームを用いて凹凸加工を施し、次
いで、この凹凸加工面にレーザビームにＪ：り吹付は月
利を溶射施工するようにし、もつで極めて簡１１１に被
施工体の表面粗さを大ぎく設定できるようにしたことを
特徴とげる。

〔実施例〕

以下、本Ｊｆｉ明実施の態様を図面を参照して説明づる
。

第１図およびｆｆ１２図は本発明に係るレーザ溶射方法
の一例を示Ｊ−もので、図において、１はレーザ発振器
、２はこのレーザ発振器１がら削出されるレーザビーム
Ｃあり、このレーザビーム２は、レーザ発振器１の前方
に設置した集光レンズ３で集光され、集光レンズ３の焦
点位置近傍に配した例えば金属、耐火物、あるいはコン
クリート等の被施工体４０表面に照射されるようになっ
ている。

前記集光レンズ３は、例えば、粉粒状の酸化アルミニウ
ム等の吹（１け材料５を前記被施工体４の表面に供給づ
“る吹付ｉｔノズル６を一体に右する筒状の保持部材７
内に位置固定されでａ３す、また前記被施］、体４は、
図示しないスキャニング装置により前後、左右、上下、
および回転方向にレーザビーム２に対して相対駆動され
、迅速かつ容易に自由な位置設定ができるようになって
いる。そして、第１図に示すように吹付【ノノズル６か
ら吹付（ノロ利５を供給しない状態で被施工体４０表面
に１ノーリ“ビーム２を照射することに」こり、その表
面に例えば渦状の２条の凹凸加工部８が形成され、その
後第２図に示すように吹付番ノノズル６から吹付は月利
を供給しながら被施工体４の表面にレーザ”ビーム２を
照射Ｊることにより、被施工体４０表面に吹付Ｇ）月利
５の溶射融着膜９が形成されて第３図に示すように一体
構造施工体１０が形成されるようになっている。吹付【
ノロ利５は芋の粉粒物を収容するタンク１１からエゼク
タ１２により供給される。エゼクタ１２へは図示しない
ボンベから窒素ガスが矢印へ方向に送込まれる。

前記凹凸加工部８は、第４図および第５図に示づＪ：う
に、例えば巾Ｗが１．５ｍ、深さＤが１．５ｍｍのＶ溝
１４を１５ｍｍの間隔Ｓで２条設けて形成されており、
このＶ溝１４の部分が一種のアンカーとして機能して溶
射融着膜９との間で強い接着強度が発揮される。

次にレーデ溶ｑ・ｊ方法についで説明する。。

レーリ゛溶射に際しては、例えは炭素ガス等のレーザ“
発振器１を起動り−るどどもに、被施二１一体４を集光
レンズ３の焦点位Ｆｌ／Ｊ、りや１離れた位置に配冒し
、このＧ　ｊＭ王イホ１を図示しないスキャニング装昭
にＪ、り移動ざ［Ｌる。りるど、シー１１発振器１から
の例えば出力５に誓稈１身のレーザビーム２は、集光レ
ンズ３にＪ：り焦点位置で集光されてその強度（エネル
ギ密度）が１０〜１０８−／ｃ＃１程度に高められた後
、被施工体４の表面に照射される。

これににす、液流］一体４の表面には第４図および第５
図に示Ｊ−ように２条のＶｔＭ１４が形成されて凹凸加
］二が施される。第１図はこの状態を示す。

次いぐい第２図に示Ｊ」、うに前記凹凸加］二の際に用
いたレーザ“発振器１を用い、まずこのレーザ発振器１
を起動Ｊるどどｂに、吹イ」リノズル６　／）１ら例え
ば１．０〜２．（１ｇ／ｈｒの流量で高圧窒素ガスどど
もに吹イ・１り材料５を保持部材７内に噴射する。この
際、被ＩＩ体４は集光レンズ３の焦点位置よりや）離れ
た位置に設置されるが、凹凸加］−８の場合Ｊ：りもや
）焦点位置に近付りで設置Ｊる。

吹（ｊｌ　ｔＪ月利５が高圧窒素ガスとともに保持部月
７内に噴…されると、吹付は月利５はざらに保持部＋Ａ
７の先端から吐出されることになるが、レーザ発振器１
から照射されたレーザビーム２は、集光Ｉノンズ３の焦
点位置でそのエネルギ密度が最大どなるため、噴射され
て空間に浮遊している吹付（〕月利５は焦点位置におい
て溶融し、その後被施工体４の表面に溶０］されて溶射
融着膜９を形成する。

この際、被施工体４の表面には、ｒｌＪｌ　、　５＃。

深ざ１．５ｍｍ、間隔１５調の２条のＶ）抗１４が形成
されて凹凸加■８が施され、表面粗さの大ぎな面どなっ
ているので、■溝１４内の吹付り材料５の溶融粉末がア
ンカーの役目を果し、溶用融着膜９が被ＩＩ体４の表面
から剥がれるのを有効に防止し、両名の境界面の接着強
度を増大させることができる。

実」（１本発明者等は、以下に示す条件で凹凸加■８および吹イ
１り月利５の溶射融着の実験を行なった。

Δ、　凹凸加工茶ｆ１（１）被施工体の材質・・・鋼板（２）被施工体の形状・・・厚さ５×幅３０×長ざ３０
ｍｍ（３）レーザビームの能力・・・５ＫＷ（４）レーザ集
光距離・・・４００＃（５）凹凸加工・・・幅１．５×深ざ１゜５×艮ざ３０
ｍの２条のＶ溝Ｂ、　溶射融着条件（１）被施工体の材質・・・鋼板（２）被施工体の形状・・・厚さ５×幅３０×良ざ３０
酎（３）シー１１ビームの能力・・・５ＫＷ（４）レーザ
集光距離・・・３００　ｍｍ（５）吹イ」り材料の品質
・・・Ａｌｌ　２０３９０．５％（６）吹付は月利の粒度・・・３００μｍ　　８　− （７）溶射融着膜の厚み・・・３　ｍｍＣ１結果前記条件で実験したところ、凹凸加工の所要時間は３０
秒であり、また溶射融着の所要時間は５００秒、溶躬融
着率は３０％であった。また、凹凸加工と溶射融着とを
同一のレーザ発振器を用いて行なったどころ、両者間の
ロス時間をほぼ零にすることができた。

なお、前記実験１では、被施工体が金属（「ｅＯ−Ｆｅ
２０３）であるためレーザ集光距離を多少長く設定して
いるが、被施工体が耐火物（例えばＭＯ−Ｃレンガ）の
場合には、レーザ集光距離を近づ（）ることににり短時
間で加工することができる。

また、前記実験１では、溶射融着膜の厚さを３瀾どして
いるが、種々の要因（吹付は月利の品質。

粒度おＪ：び被施工体の損傷程度等）により変更するこ
とが望ましい。なお、この溶射融着膜の厚み変化による
接着強度の影響は特になく、一般的には０．３〜１ｍＩ
ｎ程度で充分である。

実」ト２本発明化等は、また、表面粗さと接着強度（引張り強さ
）どの関係につき実験を行ない第６図に示す結果を１９
だ。

第６図からし明らかなように、ブラスト法による表面粗
さの限弄（５１ｕいビい１００　ｔｌ程度ひあり、この
場合の接着強度は５・〜１０　ＫＦＩ　／　ｃ＃ｉ稈磨
であるが、第４図および第５図に示す深さ１．５ｍｍの
溝加工を施した場合（この場合の表面粗さは１５００μ
とイ蒙る）は１００に９／ｃｉ以にの接着強度が１１ノ
られることが判る。

このＪ：うに、■溝１４ににり被煎−［体１の表面に凹
凸加工８を施Ｊことにより、接着強度を著しく増大させ
ることがぐきる。

第７図４１いし第１４図は被煎］一体４の表面に施され
る凹凸加工の変形例をそれぞれ示すｂので、第７図およ
び第８図に示すものは、直径１．５ｍｍ。

深さ１．５　ｍｍの丸穴１５を間隔５１５ｍｍで２列に
配したものである。また、第９図に示！ｌｂのは、第４
図および第５図に示りＶ）品１／Ｉを縦横に月日状に配
したムのである。また、第１０図に示ｔ　ｔｌのは、第
７図および第８図に示Ｊ−丸穴１５を３列に配置し、か
つ両側のものと中央のものとｒ半ピッチずらしＩＣもの
である。また、第１１図に示すしのは、ｆｆｉ　／１図
および第５図と同様のＶ！Ｍ１４を蛇行さけて２条配し
たものである。また、第１２図に示すしのは、第７図お
よび第８図と同様の丸穴１５を蛇行させて２列に配した
ものである。また第１３図に示すｂのは、第１１図に示
？ｌＶ満１／Ｉを縦横に升目状に配したものである。さ
らに、第１／１図に示ずｂのは、第７図および第８図と
同様な丸穴１５をランダムに多数配したものである。

これら（３１いずれも、被施工体４の材質、１Ｍ工場所
お、」；び損傷の程度等に」：り適宜選択して採用され
るが、これ以外の態様のものも可能であり、溶射融着膜
９の厚み等に合ＵてＲ適なものを選択覆ることが好まし
い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は、被煎］二体の表面にシ
ー１アビームを用いＣ凹凸加工を施し、次いてこの凹凸
加Ｔ二面に１ノーリ“ビームに」：り吹イ」（プ月利を
溶＋１ＪＪ施ＴするＪ、うにしているので、被施工体の
表面ど吹（＞１’　４９月判の溶射融着膜どの接着強度
を大幅に増大さＵることができる。また、レーザビーム
を用いて凹凸加工を行なうＪ：うにしているので、加工
を容易に行うことができ、どのような被施工体にも適用
できる。また、強力＜＞レーザビームによる溶融である
ので、緻密で高強磨な溶用ハ１；盾膜を容易に得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆＪ−３よび第２図は本発明に係るレーザ溶射方
法の一例をその手順に従って示す説明図、第３図【まそ
の方法によりｉ；１られた施工体を示す断面図、第４図
は凹凸加工の一例を示す平面図、第５図は第４図のｖ−
ｖ線断面図、第６図は表面粗さと接着力との関係を示す
グラフ、第７図は凹凸加工の他の例を示す平面図、第８
図は第７図の■−■線断面図、第９図４１いし第１４図
は凹凸加］二のさらに他の例をそれぞれ示す平面図であ
る。１・・・レーク“発振器、２・・・レーザビーム、３・
・・集光レンズ、４・・・被施工体、５・・・吹（ｑｌ
け月利、６・・・吹ｆＮＪ　４ノノズル、８・・・凹凸
加工部、９・・・溶射融着膜、１４・・・Ｖ渦、１５・
・・丸穴。出願人代理人　　猪　　股　　　　清（２，ＬＬｌつ／６ｎ１）ａｔｓ −！−二躬９＠躬１１図第１０目系１２図多１３図第１４図

Claims

【特許請求の範囲】１、被施工体の表面にレーザビームを照射して凹凸加工
を施し、次いで、この凹凸加工面にレーザビームにより
吹付け材料を溶射施工することを特徴とするレーザ溶射
方法。２、凹凸加工時のレーザービームと吹付け材料溶射施工
時のレーザビームとを同一のレーザ発振器から出力する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ溶
射方法。３、凹凸加工を溝状に施す特許請求の範囲第１項記載の
レーザ溶射方法。４、凹凸加工を穴状に施す特許請求の範囲第１項記載の
レーザ溶射方法。