JPS6350426B2 - - Google Patents

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JPS6350426B2
JPS6350426B2 JP272685A JP272685A JPS6350426B2 JP S6350426 B2 JPS6350426 B2 JP S6350426B2 JP 272685 A JP272685 A JP 272685A JP 272685 A JP272685 A JP 272685A JP S6350426 B2 JPS6350426 B2 JP S6350426B2
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JP
Japan
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workpiece
laser
laser beam
sprayed
spraying
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JP272685A
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English (en)
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JPS61163258A (ja
Inventor
Masusane Toda
Yukio Ozaki
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Shinagawa Refractories Co Ltd
Original Assignee
Shinagawa Refractories Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61163258A publication Critical patent/JPS61163258A/ja
Publication of JPS6350426B2 publication Critical patent/JPS6350426B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)

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
施工あるいは損傷部補修を行なうレーザ溶射方法
に係り、特に被施工体とその表面に溶射される吹
付け材料と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、工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
なう方法としては、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、とりわけ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、作業中に大き
な騒音を伴なうという欠点があり、また炉の大型
化、施工規模の大容量化等により高圧かつ大量の
可燃性ガスを必要とし、このため、これを給送す
る高圧ゴムホース等が破損するケースが多くなつ
てきている。そして、この可燃性ガスが漏れた場
合には、付近に点火源があるため爆発のおそれが
あり、現場作業の安全上大きな問題となつてい
る。
そこで最近では、レーザビームを用いて耐火物
粉体等の吹付け材料を炉内面等の被施工体表面に
溶射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、火炎溶射方法
に比較して作業中の騒音を大幅に低減させること
ができ、また強力なレーザビームによる融着であ
るため、緻密な施工体が得られる等種々の利点を
有している。
ところが、吹付け材料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度が得
られず、吹付け材料の溶射融着面と被施工体表面
と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、被施工体の表面にブラスト法に
より凹凸加工を施して粗面化し、その上面に吹付
け材料を溶射施工する方法を採つているが、ブラ
スト法では最大でも100μ程度の凹凸しか形成す
ることができず、そ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
単な方法で被施工体とその表面に溶射施工される
吹付け材料との接着強度を大幅に向上させること
ができるレーザ溶射方法を提供することを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段〕
ところで、被施工体とその表面に溶射施工され
る吹付け材料との接着強度は、被施工体の表面粗
さの程度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度を大幅に増
大させることができる。ところが、大きな表面粗
さを機械的手段で得ようとする場合には、多大な
時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たもの
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
ームにより吹付け材料を溶射施工するようにし、
もつて極めて簡単に被施工体の表面粗さを大きく
設定できるようにしたことを特徴とする。
〔実施例〕
以下、本発明実施の態様を図面を参照して説明
する。
第1図および第2図は本発明に係るレーザ溶射
方法の一例を示すもので、図において、1はレー
ザ発振器、2はこのレーザ発振器1から射出され
るレーザビームであり、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4の表面に照射されるようになつてい
る。
前記集光レンズ3は、例えば、粉粒状の酸化ア
ルミニウム等の吹付け材料5を前記被施工体4の
表面に供給する吹付けノズル6を一体に有する筒
状の保持部材7内に位置固定されており、また前
記被施工体4は、図示しないスキヤニング装置に
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つている。そし
て、第1図に示すように吹付けノズル6から吹付
け材料5を供給しない状態で被施工体4の表面に
レーザビーム2を照射することにより、その表面
に例えば溝状の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けノズル6から吹
付け材料を供給しながら被施工体4の表面にレー
ザビーム2を照射することにより、被施工体4の
表面に吹付け材料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
れるようになつている。吹付け材料5はその粉粒
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A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
すように、例えば巾Wが1.5mm、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。
次にレーザ溶射方法について説明する。
レーザ溶射に際しては、例えば炭酸ガス等のレ
ーザ発振器1を起動するとともに、被施工体4を
集光レンズ3の焦点位置よりやゝ離れた位置に配
置し、この被施工体4を図示しないスキヤニング
装置により移動させる。すると、レーザ発振器1
からの例えば出力5KW程度のレーザビーム2は、
集光レンズ3により焦点位置で集光されてその強
度(エネルギ密度)が105〜108W/cm3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
により、被施工体4の表面には第4図および第5
図に示すように2条のV溝14が形成されて凹凸
加工が施される。第1図はこの状態を示す。
次いで、第2図に示すように前記凹凸加工の際
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を起動するとともに、吹付けノズル6か
ら例えば1.0〜2.0Kg/hrの流量で高圧窒素ガスと
ともに吹付け材料5を保持部材7内に噴射する。
この際、被施工体4は集光レンズ3の焦点位置よ
りやゝ離れた位置に設置されるが、凹凸加工8の
場合よりもやゝ焦点位置に近付けて設置する。
吹付け材料5が高圧窒素ガスとともに保持部材
7内に噴射されると、吹付け材料5はさらに保持
部材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
光レンズ3の焦点位置でそのエネルギ密度が最大
となるため、噴射されて空間に浮遊している吹付
け材料5は焦点位置において溶融し、その後被施
工体4の表面に溶射されて溶射融着膜9を形成す
る。
この際、被施工体4の表面には、巾1.5mm、深
さ1.5mm、間隔15mmの2条のV溝14が形成され
て凹凸加工8が施され、表面粗さの大きな面とな
つているので、V溝14内の吹付け材料5の溶融
粉末がアンカーの役目を果し、溶射融着膜9が被
施工体4の表面から剥がれるのを有効に防止し、
両者の境界面の接着強度を増大させることができ
る。
実験 1 本発明者等は、以下に示す条件で凹凸加工8お
よび吹付け材料5の溶射融着の実験を行なつた。
A 凹凸加工条件 (1) 被施工体の材質…鋼板 (2) 被施工体の形状…厚さ5×幅30×長さ30mm (3) レーザビームの能力…5KW (4) レーザ集光距離…400mm (5) 凹凸加工…幅1.5×深さ1.5×長さ30mmの2
条のV溝 B 溶射融着条件 (1) 保持部材の材質…鋼板 (2) 被施工体の形状…厚さ5×幅30×長さ30mm (3) レーザビームの能力…5KW (4) レーザ集光距離…300mm (5) 吹付け材料の品質…Al2O390.5% (6) 吹付け材料の粒度…300μ (7) 溶射融着膜の厚み…3mm C 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、溶射融着率は30%であつた。また、凹
凸加工と溶射融着とを同一のレーザ発振器を用
いて行なつたところ、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
(FeO・Fe2O3)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Mg−Cレンガ)の場合には、レーザ
集光距離を近づけることにより短時間で加工す
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
3mmとしているが、種々の要因(吹付け材料の
品質、粒度およ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0.3〜1mm程度で充分である。
実験 2 本発明者等は、また、表面粗さと接着強度(引
張り強さ)との関係につき実験を行ない第6図に
示す結果を得た。
第6図からも明らかなように、ブラスト法によ
る表面粗さの限界はせいぜい100μ程度であり、
この場合の接着強度は5〜10Kg/cm2程度である
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
なる)は100Kg/cm2以上の接着強度が得られるこ
とが判る。
このように、V溝14により被施工体4の表面
に凹凸加工8を施すことにより、接着強度を著し
く増大させることができる。
第7図ないし第14図は被施工体4の表面に施
される凹凸加工の変形例をそれぞれ示すもので、
第7図および第8図に示すものは、直径1.5mm、
深さ1.5mmの丸穴15を間隔S15mmで2列に配した
ものである。また、第9図に示すものは、第4図
および第5図に示すV溝14を縦横に升目状に配
したものである。また、第10図に示すものは、
第7図および第8図に示す丸穴15を3列に配置
し、かつ両側のものと中央のものとで半ピツチず
らしたものである。また、第11図に示すもの
は、第4図および第5図と同様のV溝14を蛇行
させて2条配したものである。また、第12図に
示すものは、第7図および第8図と同様の丸穴1
5を蛇行させて2列に配したものである。また第
13図に示すものは、第11図に示すV溝14を
縦横に升目状に配したものである。さらに、第1
4図に示すものは、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。
これらはいずれも、被施工体4の材質、施工場
所および損傷の程度等によ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の厚み等に合せて最適なものを選択す
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より吹付け材
料を溶射施工するようにしているので、被施工体
の表面と吹付け材料の溶射融着膜との接着強度を
大幅に増大させることができる。また、レーザビ
ームを用いて凹凸加工を行なうようにしているの
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、強力なレーザビー
ムによる溶融であるので、緻密で高強度な溶射融
着膜を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第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つて示す説明図、第3
図はその方法により得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図ないし第14図は凹凸加工の
さらに他の例をそれぞれ示す平面図である。 1…レーザ発振器、2…レーザビーム、3…集
光レンズ、4…被施工体、5…吹付け材料、6…
吹付けノズル、8…凹凸加工部、9…溶射融着
膜、14…V溝、15…丸穴。

Claims (1)

  1. 【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。
JP272685A 1985-01-11 1985-01-11 レ−ザ溶射方法 Granted JPS61163258A (ja)

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