JPS6353218A - 管内外面のレ−ザ表層処理装置 - Google Patents

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〕 この発明はレーザ光を用いて金属管の内表面あるいは外
表面に焼入れ処理等各種表層処理を行なう管内外面のレ
ーザ表層処理装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザ光は極めて指向性がよく、高エネルギ密度を有し
ているので、小さな点に高密度のエネルギを得ることが
できるため金属材の焼入れ等の表層処理あるいは溶接が
可能である。

また、レーザ光は適当な光学系を選択することによシ、
狭い空間にレーザ光を導入することが可能であシ、例え
ば油井管等金属管内面の表層処理に適している。

このため、金属管の内外面の表層処理にレーザ光の利用
が図られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

例えば適当な光学系を用いて金属管内面にレーザ光を導
入し金属管内面を焼入れ処理を行なう場合、金属管内面
のレーザ光照射部からは高エネルギのレーザ光によυ蒸
発物が発生する。この蒸発物が光学系の要素例えば反射
鏡表面に付着し、付着物質にレーザ光が吸収され金属管
内面を照射するレーザ光のエネルギが減衰し、かつ反射
鏡が高温となυ長時間使用すると反射鏡が破損してしま
うという問題点がある。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であシ、連続使用してもレーザ光のエネルギの減衰が防
止でき、かつ光学系の破損を防止することができる管内
外面のし、−ザ表層処理装置を得ることを目的とするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る管内外面のレーザ表層処理装置はレーザ
導光手段、密閉手段、真空引手段、ガス導入手段１回転
駆動手段及び移動手段を備えている。

レーザ導光手段は、一端を密封し、他端にレーザ光を導
光する光ファイバを挿入・固定した筒状体と、上記光フ
ァイバで導光するレーザ光を集光する集光手段と、上記
筒状体内に設けられ集光手段で集光したレーザ光を筒状
体側壁方向に反射する反射鏡と、筒状体側壁に設け上記
反射鏡によシ反射したレーザ光のビーム径に対応した径
を有するレーザ出射孔とを備えている。

密閉手段は上記レーザ導光手段のレーザ出射孔と被加工
材である金属管の表面を密閉空間内におくＯ 真空引手段は上記密閉空間内を排気し低圧とするロ ガス導入手段は上記レーザ導光手段の反射鏡取付部に不
活性ガスを導入し、反射鏡取付部の圧力を高め、同時に
レーザ光出射孔から不活性ガスを流出させる。

回転駆動手段は上記レーザ導光手段又は金属管を回転し
、移動手段はレーザ導光手段又は金属管を金属管の軸心
方向に移動し、レーザ光の照射面を可変する。

〔作用〕

この発明においては、金属管表面のレーザ光照射部を排
気し低圧とするとともにレーザ導光手段内の反射鏡部分
に不活性ガスを導入することによシ、レーザ出射孔の内
外に圧力差を与え、かつレーザ出射孔より不活性ガスを
流出させるからレーザ出射孔における圧力差と不活性ガ
スの動圧によシ、レーザ光照射によシ金属管表面から発
生する蒸発物質がレーザ導光手段に入シこむことを防止
する。

また、レーザ光を光ファイバで導光するから金属管等の
撓みに影響されずにレーザ光を導光することができろ。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例を示す断面図であシ、図
において１はレーザ導光手段、２はレーザ導光手段１の
筒状体であシ、筒状体２は一端を密封端２ａとし、他端
は開口端２ｂを有する円筒で形成されている。６は筒状
体２の開口端２ｂから挿入され、筒状体２内部及び開口
端２ｂ部疋設けた保持具４ａ、４ｂに保持された光ファ
イバであシレーザ光５を導光する。６はレーザ光５を集
光する集光レンズ、７は集光レンズ６で集光したしたレ
ーザ光５を筒状体２の側壁方向に反射する反射鏡、８は
筒状体２の側壁に設けられ反射鏡７で反射したレーザ光
を出射するレーザ出射孔であシ、レーザ出射孔８の直径
は集光されレーザ出射孔８から出射するレーザ光５のビ
ーム径よシ幾分大きな径としている。

９は内面を表層処理する金属管であシ、金属管９内にレ
ーザ出射孔８が位置するようにレーザ導光手段１が挿入
される。１０ｍ、１０ｂは金属管９の両端に取付けられ
た回転シール機構であシ、回転シール機構１０ｍ、１０
ｂ、　　レーザ導光手段１及び金属管９で金属管９内部
を密閉する。

１１は回転シール機構１０＆に取付けた排気管であシ、
真空ポンプ１２に連結されて金属管９内部を排気し低圧
とする。１６は駆動軸１４にょυレーザ導光手段１の密
封端２＆に連結されたモータであシ、モータ１３の回転
によシレーザ導光手段１を入矢印の方向に回転する。

１５は駆動軸１４中に設けられた不活性ガス導入管であ
り、回転シール機構１６を介して不活性ガス供給装置１
７に連結され、レーザ導光手段１０反射鏡７部に不活性
ガスを供給する。

１８は金属管９を登載し、ペース１９上をＢ矢印の方向
に移動する台車、２０はベース１９上にレーザ導光手段
１を軸受を介して取付けた取付部である。なお２１はレ
ーザ光５をレーザ導光手段１に導入するためのＹＡＧレ
ーザ発振器である。

次に上記のように構成した管内外面のレーザ表層処理装
置の動作を説明する。

まず真空ポンプ１２を駆動し金属管９内部を排気しなが
ら不活性ガス導入管１５よシネ活性ガス例えばアルゴン
ガスを反射鏡取付部に導入する。

導入された不活性ガスは反射鏡７．集光レンズ乙の周囲
を充満すると同時にレーザ出射孔８から常に排気されて
低圧となっている金属管９内に流出する。

この状態で、レーザ光５を光ファイバ３に入射する。光
ファイバ乙に入射したレーザ光５は集光レンズ６で集光
され、反射鏡７で反射したのちレーザ出射孔ｉ］出射し
、金属管９内面を照射する。なお集光レンズ乙の焦点位
置は金属管９の表面位置よ）ずらずことによ）レーザ照
射面をぼかしである。

上記のように金属管９内面をレーザ光５で照射しなから
モータ１３を駆動し、レーザ導光手段１を回転しながら
台車１９を移動することによシ、金属管９内面全体をレ
ーザ照射することができる。

〔具体例〕

次に、上記実施例により金属管９内表面に溶融化処理（
組織微細化処理）１ｃ行なった具体例を説明する。

金属管９として外径１００■、内径８０■、長さ３００
０ｍのオーステナイト系ステンレス鋼５ＵＳ３０４　を
使用し、まず金属管９内を排気し１０ｔｏｒｒ　　に減
圧したのち、レーザ導光手段１０反射鏡取付部にアルゴ
ンガスを供給し、アルゴンガスを反射鏡取付部に充満し
、同時にレーザ出射孔８から金属管９内に流出させ金属
管９内の圧力を６００ｔｏｒｒＫ維持スル。

次にレーザ出力６００Ｗｆ）ＹＡＧレーザ（波長１．０
６μ属）を長さ２０罵、外径α５■の光ファイバからな
るファイバ束に入射し、入射したレーザ光５を焦点距離
５ＣＬ８ｍの凸レンズ６で集光し、金属管９の内表面に
ビーム径１■のレーザ光を照射しながらレーザ導光手段
１を回転し、同時に台車１８を移動して金属管９内表面
にビーム走査速度３０　ｗ−でスパイラル状に溶融化処
理を行なった。

この溶融化処理を行なった後、レーザ導光手段１の平蘭
鏡７表面を調べた結果、溶融化処理時に発生した蒸発物
の付着は皆無であった。これはレーザ出射孔８における
レーザ導光手段１内と金属管９内の圧力差及びレーザ出
射孔８から流出するアルゴンガスの動圧によシ、蒸発物
がレーザ導光手段１内に入ることが防がれるためである
。

また、上記条件によフスパイラル状に溶融化処理を行な
った結果金属管９の内表面に一定＠Ｗの極めて微細化さ
れた組織が得られた。

上記実施例ではレーザ導光手段１を回転し、金属管２を
台車１８で移動した場合について説明したが、レーザ導
光手段１を軸心方向く移動しながら、金属管９を回転し
ても同様の作用を奏することができる。

また、金属管９あるいはレーザ導光手段１を回転せずに
１金属管９を軸心方向に移動することによシ、金属管９
の軸方向に表層処理を行なうことができる。

さらに１上記実施例では金属管９内面の表層処理につい
て説明したが、金属管９外面の表層処理にも同様に適用
することができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上設明したよ５Ｋ、金ＦＡ管表面のレーザ
光照射部を排気し低圧とするととも疋レーザ導光手段内
の反射鏡部分に不活性ガスを導入することによシ、レー
ザ出射孔の内外に圧力差を与え、かつレーザ出射孔よシ
ネ活性ガスを流出させるからレーザ出射孔における圧力
差と不活性ガスの動圧により、レーザ光照射により金属
管表面から発生する蒸発物質がレーザ光導光手段に入シ
込むことを防止することができる。したがって連続使用
してもレーザ光導光手段内の反射鏡等光学要素に蒸発物
質が付着することを防止することができ、レーザ光のエ
ネルギの減衰を防止することができると共に、光学系の
破損を防止することができる効果を有する。

またレーザ光を光ファイバで導光するから、金属管等の
撓みに影響されずにレーザ光を反射鏡に入射することが
でき、長尺の金属管あるいは小径の金属管の表層処理を
容易に行なうことができる効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す断面図である。 １・・・レーザ導光手段、２・・・筒状体、３・・・光
ファイバ、５・・・レーザ光、６・・・集光レンズ、７
・・・反射鏡、８・・・レーザ出射孔、９・・・金属管
、１０ａ、１０ｂ・・・回転シール機構、１１・・・排
気管、１３・・・モータ、１５・・・不活性ガス導入管
、１８・・・台車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端を密封し、他端にレーザ光を導光する光ファイバを
   挿入・固定した筒状体と、上記光ファイバで導光するレ
   ーザ光を集光する集光手段と、上記筒状体内に設けられ
   集光手段で集光したレーザ光を筒状体側壁方向に反射す
   る反射鏡と、筒状体側壁に設け上記反射鏡により反射し
   たレーザ光のビーム径に対応した径を有するレーザ出射
   孔とを備えたレーザ導光手段と；該レーザ導光手段のレ
   ーザ出射孔と被処理材である金属管の表面を密閉空間に
   おく密閉手段と；上記密閉空間内を排気する真空引手段
   と；上記レーザ導光手段内に不活性ガスを導入するガス
   導入手段と；上記レーザ導光手段又は金属管を回転する
   回転駆動手段と；上記レーザ導光手段又は金属管を金属
   管の軸心方向に移動する移動手段とを備えた管内外面の
   レーザ表層処理装置。