JPH064200B2 - 金属母材上への肉盛方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属粉末を用いて金属母材上に肉盛層を形成
する金属母材上への肉盛方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の肉盛方法は第１図に示すように、金属母
材上ａ上に金属粉末ｂを供給し、これを回転レーザビー
ムｃにより急速溶融、凝固させる方法がとられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の方法により肉盛を実施した場合、金属母材
ａ、金属粉末ｂの成分中のＣ、Ｃｒ等の酸化により溶融
池にボイリングが生じ、ブローホールの発生、スラグ巻
込み等の不具合が生じていた。また、多少のブローホー
ルを許容したとしても表面の凹凸が大きく、この仕上げ
加工に工数がかかると共に、歩留りが悪いという問題点
があった。

この理由は、金属粉末の供給等に空気が巻込まれ、空気
中の酸素と金属母材ａ、金属粉末ｂの成分中のＣ、Ｃｒ
等が化学反応することによる。これはバインダを用いて
あらかじめ粉末を成形しておいた場合も全く同様であ
る。

本発明は、上述の問題点を解消することを目的とし、し
かも上述の問題点を解消しながら極めて均一で良質な肉
盛層を形成することを可能とした金属母材上への肉盛方
法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明に係る金属母材上へ
の肉盛方法は、不活性ガスの雰囲気内で、レーザビーム
と肉盛用金属粉末を供給パイプを用いて同軸上にして金
属母材上に供給するようにしたものである。

〔作用〕

金属母材上に供給された肉盛金属粉末は不活性ガスの雰
囲気内でレーザビームに照射されて溶融池に生成され、
上記金属粉末が金属母材面に融合される。

このときにおいて、肉盛用金属粉末は不活性ガス雰囲気
内で金属母材面へ融合されることになり、溶融池におけ
る金属粉末ならびに金属母材表層部分のＣ、Ｃｒ等の成
分の酸化反応を防止できる。また、金属母材とその上に
位置される金属粉末とにわたって不活性ガス雰囲気内に
保ち得ることは、金属粉末の各粉体間隙に存在する空気
等の反応に関与するガスを不活性ガスにより置換するこ
とになり、前記の酸化反応の防止に貢献する。

〔実施例〕

次に、本発明による金属母材上への肉盛方法の具体的実
施例につき、図面を参照しながら説明する。

第２図において、１は回転テーブル（図示せず）上に載
置される金属母材であり、この金属母材１の上面に肉盛
しようとする溝６が設けてある。２はその金属母材１の
上方に設けられた供給パイプであり、この供給パイプ２
の一端は開口され、かつ上記金属母材１の肉盛しようと
する上記溝６に対向するようになっている。この供給パ
イプ２にはガス供給用枝管２ａと、金属粉末供給枝管２
ｂとがそれぞれ斜め下方へ向けて設けてある。そして、
この供給パイプ２の他端側には、レーザビーム３がその
供給パイプの２の軸心を通るようにしてレーザ装置（図
示せず）が接続されており、またガス供給用枝管2aに不
活性ガス供給装置（図示せず）が、さらに金属粉末供給
枝管２ｂに金属粉末供給装置（図示せず）がそれぞれ接
続されている。

しかして、上記供給パイプ２を金属母材１の溝６に対向
させると共に、金属母材１を上記溝６が供給パイプ２の
先端に沿って移動するように回転させる。この状態でレ
ーザ装置及び不活性ガス供給装置、金属粉末供給装置を
それぞれ作動させる。

これにより、レーザビーム３と、肉盛用の金属粉末５を
含む不活性ガス、例えばアルゴンガス４とが同軸状にな
って供給パイプ２から上記金属母材１の溝６に供給され
る。

かくすると、上記金属粉末５はアルゴンガス４による不
活性ガス雰囲気中でレーザビーム３に溶融されて溝６内
に肉盛される。

上記実施例において、アルゴンガスの流量、供給パイプ
２の内径、パイプ先端と金属母材１との距離を次の範囲
とする。

(1)アルゴンガスの流量：0.5〜10／min (2)供給パイプ内径：肉盛溝幅をａとすると1.1a〜3a (3)供給パイプ先端と金属母材表面との距離：5a以内 上記範囲において、アルゴンガスの流量が上記範囲より
少ないとシール不十分となり、多すぎると空気巻き込み
により酸化防止効果がなくなる。供給パイプの径は１．
１ａより小さいとシール不十分となり、３ａより大きい
とガスの流れに乱れが生じシール不十分となる。また、
ガス消費量が増大してしまう。供給パイプの先端と金属
母材表面との距離は５ａ以上になるとアルゴンガスに乱
れが生じ空気巻き込みにより酸化防止効果がなくなる。

上記肉盛方法において、肉盛用の金属粉末５がレーザビ
ーム３と不活性ガスと同軸状になって金属母材１上に供
給されることにより、これらの供給方向が金属母材１の
上面に対して多少傾いたとしても何ら問題なく肉盛作業
が行なわれる。また、金属粉末５は、レーザビーム３と
同軸に供給される間に、供給パイプ２内で比較的長い時
間余熱される。

上記実施例によれば、不活性ガスが常時レーザビーム３
と金属粉末５と共に供給されるので、溶融肉盛部は常に
新鮮な不活性ガスの雰囲気で包むことができる。

なお、上記実施例において使用した肉盛用の金属粉末は
商品名がイートナイトとして市販されているものを用い
た。また、アルゴンガスにかえて窒素ガスを用いても良
い。

第４図、第５図に示す顕微鏡による拡大写真は肉盛部の
断面を示すもので、第４図の写真は従来法によるもの、
第５図は本実施例による場合である、この両写真で明ら
かなように、第４図の従来によるものは、ブローホー
ル、スラグ巻き込みが見られ、第５図の本実施例のもの
はブローホール、スラグ巻き込みがなく良好なアロイン
グ部を得ることができた。また、その表面の凹凸も従来
法では０．５〜１．０mmもあったが本実施例によるもの
では０．２〜０．４mmと極めて滑らかな表面を得ること
ができた。

また、本実施例によれば、肉盛用の金属粉末５がレーザ
ビーム３と不活性ガスと同軸状になって金属母材１上に
供給されることにより、これらの供給方向が金属母材１
の上面に対して多少傾いたとしても問題なく肉盛作業を
行なうことができ、これにより一平面内での全方位肉盛
作業を効率よく行なうことができる。

さらに、本実施例によれば、供給パイプ２へ金属粉末５
を供給する通路の位置及び金属粉末５の供給量レーザ出
力及び金属母材表面でのレーザビーム径、処理速度を微
細にコントロールすることにより金属粉末の予熱温度を
高精的にコントロールすることが可能である。このため
に、レーザ出力やビーム径や処理速度を低融点の母材、
例えばＡｌ母材を過度に溶かさない条件に設定し、金属
粉末が供給量や予熱温度を調整することにより、高融点
の金属粉末、例えばタキライト＃６等を高温度に予熱
し、かつ低融点の母材を過度に溶融させずに肉盛するこ
とができる。

本発明方法の他の具体的実施例が第３図に示されてい
る。

第３図において、 ７は回転テーブル、８はこの回転テーブル７に固定され
た酸化防止用治具である。酸化防止用治具８内にはワー
ク取付治具９を装着し、このワーク取付治具９上に肉盛
しようとする金属母材１０を載置する。そして例えばガ
ス供給管を用いて酸化防止用治具８内にアルゴンガス４
等の不活性ガスを導入し、不活性ガスが充満した状態と
する。

この状態で金属母材１０上に肉盛用の金属粉末を供給し
ながらレーザビーム３を照射し、溶融池を生成させる。
この溶融池は完全に不活性ガス雰囲気のもとにあるた
め、空気等の混在による化学反応を生起することはな
い。

〔発明の効果〕

以上の実施例に具体例にみるように、本発明方法では、
次のような本発明特有の作用効果を奏する。すなわち、 不活性ガスの雰囲気内で、レーザビームと肉盛金属粉
末を供給パイプを用いて同軸上にして金属母材上に供給
するため、その結果、レーザビームにより形成される溶
融池に、プラズマアークによる場合のようにプラズマガ
ス気流に乱されることもなく金属粉末が直接に供給さ
れ、そしてその溶融池内に潜み込むようになるために、
金属粉末間の不活性ガスを含むガス類は潜み込む時に確
実に排除され、溶融池内へのガス類の侵入は阻止でき
る。

したがって金属粉末は滑らかに溶融され、凝固するよう
になり、極めて均一で良質な肉盛層が形成される。

不活性ガスの雰囲気内で金属粉末を金属母材上に供給
することから、溶融池表面は不活性ガス雰囲気に包まれ
るようになり、この結果、金属粉末をレーザビームにて
常に新鮮な不活性ガス雰囲気下で溶融することになる。
したがって、溶融池表面の酸化が防止され、肉盛部にブ
ローホールやスラグの巻き込みが生じることがなく、し
かも表面が滑らかになるために肉盛層の品質および肉盛
後の加工歩留りが良い。

あらかじめ金属粉末を金属母材上に置いておく従来方
式の場合には高精度に一定高さに均一密度で粉末を金属
母材上にあらかじめ置くことは非常に難かしい。つまり
上から粉末を突き固める圧力が変化すれば金属粉末充填
密度が変わるためで、肉盛厚みの変化肉盛品質の不安定
につながる。

これに対して本発明の肉盛方法ではレーザビームにより
形成される溶融池に直接金属粉末が供給されることか
ら、高精度給粉装置等により粉末供給量を精度良く一定
に供給することが出来、従がって非常に安定した均一な
厚みの高品質な肉盛が可能である。

あらかじめ金属粉末を金属母材上に置いておく従来方
式の場合には、あらかじめ置いた金属粉末上にレーザが
先ず照射されるが、置かれた粉末層の最上部にある金属
粉末は例えば球状とするとその下の金属粉末とは点接触
であり、下方にある金属粉末への熱伝導はほとんどな
く、金属粉末自身の熱容量も非常に小さいため照射され
たレーザエネルギーにより急激に温度が上昇し、溶融す
る。粉末層最上部の溶融金属はその下の金属粉末を覆う
ように接触し急速にその温度を上昇させる。

このようにして次々とその下部の金属粉末を溶融させ
て、その溶融部が金属母材表面に達する。このようにし
て出来た溶融部が金属母材への熱伝導で金属母材表面を
薄く溶かしその結果、母材と治金的結合した肉盛層が得
られる。このような過程で肉盛されるため、あらかじめ
置かれた粉末層の厚みや充填密度により大きくその肉盛
層の厚みや肉盛品質（金属母材の肉盛層への溶け出し
等）が左右される。しかし前述のの如く、あらかじめ
置く粉末層の高さや充填密度を一定にすることは非常に
困難なためこのような従来方式ではその肉盛層の厚みや
肉盛品質にバラツキが生じる。

これに対して本発明の肉盛方法ではは如く非常に安定
した高品質に肉盛が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法の斜視図、第２図は本発明方法の実施例
を示す説明図、第３図は本発明方法の他の実施例を示す
説明図、第４図、第５図は肉盛部の顕微鏡による金属組
織の拡大写真であり、第４図は従来法によった場合、第
５図は本実施例によった場合を示す。 １は金属母材、２は供給パイプ、３はレーザビーム、４
はアルゴンガス、５は金属粉末、８は酸化防止用治具、
９はワーク取付治具、１０は金属母材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不活性ガスの雰囲気内で、レーザビーム３
   と肉盛用金属粉末を供給パイプ２を用いて同軸上にして
   金属母材１上に供給することを特徴とする金属母材への
   肉盛方法。