JPH0790357A - レーザ熱処理方法 - Google Patents
レーザ熱処理方法Info
- Publication number
- JPH0790357A JPH0790357A JP22974793A JP22974793A JPH0790357A JP H0790357 A JPH0790357 A JP H0790357A JP 22974793 A JP22974793 A JP 22974793A JP 22974793 A JP22974793 A JP 22974793A JP H0790357 A JPH0790357 A JP H0790357A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- work
- laser light
- heat treatment
- treatment method
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ワークの加熱温度のばらつきに伴うワークの機
械的特性のばらつきを防ぐ。 【構成】ワークに照射するレーザ光にパルスモードのレ
ーザ光を用いる。照射時間は、同一出力のＣＷモードの
レーザ光の場合に比べて長くする。
械的特性のばらつきを防ぐ。 【構成】ワークに照射するレーザ光にパルスモードのレ
ーザ光を用いる。照射時間は、同一出力のＣＷモードの
レーザ光の場合に比べて長くする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば炭酸ガスレーザ
で焼入れ鋼を熱処理するレーザ熱処理方法に関する。
で焼入れ鋼を熱処理するレーザ熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザ加工装置の一例を示す図３
において、炭酸ガスレーザ発振器１から出射されたレー
ザ光２は、図示しない伝送路の前端に設けられた図示し
ないミラーボックスの内部に収納された反射ミラー３で
下方に反射される。この下方に反射されたレーザ光は、
ミラーボックスに上端が接続された図示しない伝送路の
下端に連結された図示しない加工ヘッドに伝送され、こ
の加工ヘッドの内部に収納された集光ミラー４で集光さ
れ、この集光されたレーザ光は、図示しない加工ヘッド
の下部のノズルから下方のワーク５に照射される。
において、炭酸ガスレーザ発振器１から出射されたレー
ザ光２は、図示しない伝送路の前端に設けられた図示し
ないミラーボックスの内部に収納された反射ミラー３で
下方に反射される。この下方に反射されたレーザ光は、
ミラーボックスに上端が接続された図示しない伝送路の
下端に連結された図示しない加工ヘッドに伝送され、こ
の加工ヘッドの内部に収納された集光ミラー４で集光さ
れ、この集光されたレーザ光は、図示しない加工ヘッド
の下部のノズルから下方のワーク５に照射される。
【０００３】このワーク５は、ＮＣ制御装置によって
Ｘ，Ｙ方向に駆動される図示しないテーブルに載置さ
れ、このテーブルは、ＮＣ制御装置によって、あらかじ
め決められたステップで所定の軌跡に駆動される。
Ｘ，Ｙ方向に駆動される図示しないテーブルに載置さ
れ、このテーブルは、ＮＣ制御装置によって、あらかじ
め決められたステップで所定の軌跡に駆動される。
【０００４】このように構成されたレーザ加工装置にお
いて、機械構造用炭素鋼鋼材及び球状黒鉛鋳鉄（FCD45
0）などから製作された機械要素部品の焼入れや、焼な
らしを行うときには、図４で示す軟鋼板のワーク５を切
断するときのように、集光ミラー４で集光されたレーザ
光２の焦点６をワーク５の表面とせず、図５に示すよう
に、焦点６はワーク５の上方に設定される。
いて、機械構造用炭素鋼鋼材及び球状黒鉛鋳鉄（FCD45
0）などから製作された機械要素部品の焼入れや、焼な
らしを行うときには、図４で示す軟鋼板のワーク５を切
断するときのように、集光ミラー４で集光されたレーザ
光２の焦点６をワーク５の表面とせず、図５に示すよう
に、焦点６はワーク５の上方に設定される。
【０００５】この結果、図４においては、焦点６となる
ワーク５の表面におけるレーザ光のパワー密度が108 〜
109 Ｗ／cm2 となるのに対し、鋼材の変態点以上30℃〜
60℃に加熱する熱処理作業においては、図５に示すよう
に焦点６の位置を設定することで、ワーク５の表面のパ
ワー密度は103 〜104 Ｗ／cm2 となるように管理され
る。なお、図４及び図５においては、ワーク５の表面に
レーザ光２の吸収率を上げるために、ワーク５の表面に
塗布された吸収剤７が示されている。
ワーク５の表面におけるレーザ光のパワー密度が108 〜
109 Ｗ／cm2 となるのに対し、鋼材の変態点以上30℃〜
60℃に加熱する熱処理作業においては、図５に示すよう
に焦点６の位置を設定することで、ワーク５の表面のパ
ワー密度は103 〜104 Ｗ／cm2 となるように管理され
る。なお、図４及び図５においては、ワーク５の表面に
レーザ光２の吸収率を上げるために、ワーク５の表面に
塗布された吸収剤７が示されている。
【０００６】このように構成されたレーザ加工装置にお
いて、ワーク５の表面焼入れや焼ならしを行うときに
は、従来からワーク５に照射されるレーザ光の出力形態
は、連続出力のＣＷモードが採用され、ワーク５を短時
間に加熱している。例えば、球状黒鉛鋳鉄（FCD450）の
表面の硬化層の焼ならしを行うときには、ＣＷモードの
レーザ光の照射時間は約３秒である。
いて、ワーク５の表面焼入れや焼ならしを行うときに
は、従来からワーク５に照射されるレーザ光の出力形態
は、連続出力のＣＷモードが採用され、ワーク５を短時
間に加熱している。例えば、球状黒鉛鋳鉄（FCD450）の
表面の硬化層の焼ならしを行うときには、ＣＷモードの
レーザ光の照射時間は約３秒である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、鋼材を熱処
理するときには、周知のように、加熱時の最高温度を所
定の範囲に管理することが必須条件である。なぜなら
ば、最高温度が高すぎても、また、不足しても、その鋼
材が発揮すべきじん性や耐摩耗性などの強度が十分に得
られないからである。
理するときには、周知のように、加熱時の最高温度を所
定の範囲に管理することが必須条件である。なぜなら
ば、最高温度が高すぎても、また、不足しても、その鋼
材が発揮すべきじん性や耐摩耗性などの強度が十分に得
られないからである。
【０００８】また、最高温度は、レーザ光に対するワー
クの吸収率によって左右される。従来のレーザ加工装置
においては、前述したようにＣＷモードのレーザ光を照
射しているので、ワークの温度が短時間に上昇し、吸収
剤の一部が瞬時に燃焼し、レーザ光の吸収率がばらつい
て、ワークの加熱温度がばらつくおそれがある。
クの吸収率によって左右される。従来のレーザ加工装置
においては、前述したようにＣＷモードのレーザ光を照
射しているので、ワークの温度が短時間に上昇し、吸収
剤の一部が瞬時に燃焼し、レーザ光の吸収率がばらつい
て、ワークの加熱温度がばらつくおそれがある。
【０００９】図６は、従来の炭酸ガスレーザ発振器から
出射された定格 1.1kW、ＣＷモードのレーザ光を、機械
構造用炭素鋼鋼材（S35C）の表面に照射したときの、ワ
ークの最高温度のばらつきを示すグラフである。図６に
示すように、この機機構造用炭素鋼鋼材（S35C）の日本
工業規格（ＪＩＳ）で規定された焼ならし温度 850℃に
対して、 800℃〜 900℃の範囲で変動している。する
と、この機械構造用炭素鋼鋼材を使った製品のじん性や
耐摩耗性が所定の値に達しないので、この製品を組み込
んだ機器の寿命を損うおそれがある。
出射された定格 1.1kW、ＣＷモードのレーザ光を、機械
構造用炭素鋼鋼材（S35C）の表面に照射したときの、ワ
ークの最高温度のばらつきを示すグラフである。図６に
示すように、この機機構造用炭素鋼鋼材（S35C）の日本
工業規格（ＪＩＳ）で規定された焼ならし温度 850℃に
対して、 800℃〜 900℃の範囲で変動している。する
と、この機械構造用炭素鋼鋼材を使った製品のじん性や
耐摩耗性が所定の値に達しないので、この製品を組み込
んだ機器の寿命を損うおそれがある。
【００１０】そのため、図４で示したワーク５に対する
レーザ光２の焦点の位置を上方又は下方に移動させて、
ワーク５の表面に照射されたレーザ光のパワー密度を下
げる方法も考えられるが、すると、局部加熱が要求され
る歯車の歯の基端などの焼ならしには適用できない。ま
た、レーザ発振器から出射されるＣＷモードのレーザ光
の出力を定格値より下げる方法も考えられるが、する
と、出力されたレーザ光に対するパワーの変動率が増え
る（注；パワーの変動は、定格値に対して一定…例え
ば、20％）ので、この方法も採用できない。そこで、本
発明の目的は、加熱温度の変動を抑え、ワークの熱処理
品質を上げることのできるレーザ熱処理方法を得ること
である。
レーザ光２の焦点の位置を上方又は下方に移動させて、
ワーク５の表面に照射されたレーザ光のパワー密度を下
げる方法も考えられるが、すると、局部加熱が要求され
る歯車の歯の基端などの焼ならしには適用できない。ま
た、レーザ発振器から出射されるＣＷモードのレーザ光
の出力を定格値より下げる方法も考えられるが、する
と、出力されたレーザ光に対するパワーの変動率が増え
る（注；パワーの変動は、定格値に対して一定…例え
ば、20％）ので、この方法も採用できない。そこで、本
発明の目的は、加熱温度の変動を抑え、ワークの熱処理
品質を上げることのできるレーザ熱処理方法を得ること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を集光レンズ
で集光しワークに照射して、このワークを熱処理するレ
ーザ熱処理方法において、レーザ光にパルスモードのレ
ーザ光を用いたことを特徴とする。
は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を集光レンズ
で集光しワークに照射して、このワークを熱処理するレ
ーザ熱処理方法において、レーザ光にパルスモードのレ
ーザ光を用いたことを特徴とする。
【００１２】また、請求項２に記載の発明は、レーザ発
振器から出射されたレーザ光を集光レンズで集光しワー
クに照射して、このワークを熱処理するレーザ熱処理方
法において、レーザ光にパルスモードのレーザ光を用い
るとともに、熱処理を焼入れ又は焼準又は焼鈍としたこ
とを特徴とする。
振器から出射されたレーザ光を集光レンズで集光しワー
クに照射して、このワークを熱処理するレーザ熱処理方
法において、レーザ光にパルスモードのレーザ光を用い
るとともに、熱処理を焼入れ又は焼準又は焼鈍としたこ
とを特徴とする。
【００１３】
【作用】照射するレーザ光のモードをパルスモードとす
ることで、加熱時間を長くし、吸収剤の燃焼を防ぎ、照
射初期のワークの吸収率の変動の影響が抑えられる。
ることで、加熱時間を長くし、吸収剤の燃焼を防ぎ、照
射初期のワークの吸収率の変動の影響が抑えられる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明のレーザ熱処理方法の一実施例
を説明する。発明者らは、炭酸ガスレーザ発振器から出
射されたピーク出力 1.1kW、パルス周波数 100Hz、パル
スデューティ80％のレーザ光で、球状黒鉛鋳鉄（FCD45
0）の焼ならし処理を行った結果、ワークの最高温度
は、図１に示すように 830℃から約 860℃の範囲の変動
に抑えることができた。なお、レーザ光の照射時間は５
秒で、集光レンズの焦点距離は 7.5インチ、焦点位置
は、ワークの表面から上方に 120mmの位置である。
を説明する。発明者らは、炭酸ガスレーザ発振器から出
射されたピーク出力 1.1kW、パルス周波数 100Hz、パル
スデューティ80％のレーザ光で、球状黒鉛鋳鉄（FCD45
0）の焼ならし処理を行った結果、ワークの最高温度
は、図１に示すように 830℃から約 860℃の範囲の変動
に抑えることができた。なお、レーザ光の照射時間は５
秒で、集光レンズの焦点距離は 7.5インチ、焦点位置
は、ワークの表面から上方に 120mmの位置である。
【００１５】このパルスモードのレーザ光を照射すると
最高温度のばらつきが少なくなる理由は、ＣＷモードの
レーザ光では、最初に照射したレーザ光の吸収率が異っ
た場合には、その異った状態で加熱が進行するが、パル
スモードのレーザ光においては、加熱サイクルが瞬間的
ではあるが中断されるので、最初の温度差の影響が少な
いためと考えられる。
最高温度のばらつきが少なくなる理由は、ＣＷモードの
レーザ光では、最初に照射したレーザ光の吸収率が異っ
た場合には、その異った状態で加熱が進行するが、パル
スモードのレーザ光においては、加熱サイクルが瞬間的
ではあるが中断されるので、最初の温度差の影響が少な
いためと考えられる。
【００１６】図２は、前述したパルスデューティを80％
としたピーク出力 1.1kWのパルスモードのレーザ光のパ
ルス周波数を変えて、機械構造用炭素鋼鋼材（S35C）に
一定時間照射したときの鋼材の表面の最高到達温度の変
化を示すグラフで、パルス周波数が高くなると、すなわ
ち、加熱サイクルが高くなると、最高到達温度が高くな
っている。したがって、平均出力がＣＷモードのレーザ
光と同一のパルスモードのレーザ光でも、パルス周波数
を変えることによって、ワークの加熱速度を変えること
ができる。
としたピーク出力 1.1kWのパルスモードのレーザ光のパ
ルス周波数を変えて、機械構造用炭素鋼鋼材（S35C）に
一定時間照射したときの鋼材の表面の最高到達温度の変
化を示すグラフで、パルス周波数が高くなると、すなわ
ち、加熱サイクルが高くなると、最高到達温度が高くな
っている。したがって、平均出力がＣＷモードのレーザ
光と同一のパルスモードのレーザ光でも、パルス周波数
を変えることによって、ワークの加熱速度を変えること
ができる。
【００１７】発明者らが行った前述した図１に示す球状
黒鉛鋳鉄（FCD450）に対する焼ならし処理では、表面硬
化層のビッカース硬度（Hv） 250〜 350の製品を得るこ
とができた。
黒鉛鋳鉄（FCD450）に対する焼ならし処理では、表面硬
化層のビッカース硬度（Hv） 250〜 350の製品を得るこ
とができた。
【００１８】なお、上記実施例では、球状黒鉛鋳鉄（FC
D450）の焼ならし処理の場合で説明したが、熱処理の種
別、すなわち、焼入れ、焼ならし、焼戻しの如何にかか
わらず、また、熱処理材料の種別の如何にかかわらず実
施することができる。また、上記実施例においては、レ
ーザ光を炭酸ガスレーザ発振器から出射されたレーザ光
のときで説明したが、レーザ媒質の如何にかかわらず、
例えば、ＹＡＧレーザを用いたレーザ加工装置でも適用
することができる。
D450）の焼ならし処理の場合で説明したが、熱処理の種
別、すなわち、焼入れ、焼ならし、焼戻しの如何にかか
わらず、また、熱処理材料の種別の如何にかかわらず実
施することができる。また、上記実施例においては、レ
ーザ光を炭酸ガスレーザ発振器から出射されたレーザ光
のときで説明したが、レーザ媒質の如何にかかわらず、
例えば、ＹＡＧレーザを用いたレーザ加工装置でも適用
することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
レーザ発振器から出射されたレーザ光を集光レンズで集
光しワークに照射して、このワークを熱処理するレーザ
熱処理方法において、レーザ光にパルスモードのレーザ
光を用いることで、加熱時間を長くし、吸収剤の燃焼を
防ぎ、照射初期のワークの吸収率の変動の影響を抑えた
ので、加熱温度の変動を抑え、ワークの熱処理品質の向
上を図ることのできるレーザ熱処理方法を得ることがで
きる。
レーザ発振器から出射されたレーザ光を集光レンズで集
光しワークに照射して、このワークを熱処理するレーザ
熱処理方法において、レーザ光にパルスモードのレーザ
光を用いることで、加熱時間を長くし、吸収剤の燃焼を
防ぎ、照射初期のワークの吸収率の変動の影響を抑えた
ので、加熱温度の変動を抑え、ワークの熱処理品質の向
上を図ることのできるレーザ熱処理方法を得ることがで
きる。
【００２０】また、請求項２に記載の発明によれば、レ
ーザ発振器から出射されたレーザ光を集光レンズで集光
しワークに照射して、このワークを熱処理するレーザ熱
処理方法において、レーザ光にパルスモードのレーザ光
を用いるとともに、熱処理を焼入れ又は焼準又は焼鈍と
することで、加熱時間を長くし、吸収剤の燃焼を防ぎ、
照射初期のワークの吸収率の変動の影響を抑えたので、
加熱温度の変動を抑え、ワークの熱処理品質の向上を図
ることのできるレーザ熱処理方法を得ることができる。
ーザ発振器から出射されたレーザ光を集光レンズで集光
しワークに照射して、このワークを熱処理するレーザ熱
処理方法において、レーザ光にパルスモードのレーザ光
を用いるとともに、熱処理を焼入れ又は焼準又は焼鈍と
することで、加熱時間を長くし、吸収剤の燃焼を防ぎ、
照射初期のワークの吸収率の変動の影響を抑えたので、
加熱温度の変動を抑え、ワークの熱処理品質の向上を図
ることのできるレーザ熱処理方法を得ることができる。
【図１】本発明のレーザ熱処理方法の一実施例の作用を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図２】本発明のレーザ熱処理方法の一実施例の図１と
異なる作用を示すグラフ。
異なる作用を示すグラフ。
【図３】従来のレーザ加工装置の一例を示す図。
【図４】従来のレーザ加工装置の作用を示す部分拡大
図。
図。
【図５】従来のレーザ加工装置の図４と異る作用を示す
部分拡大図。
部分拡大図。
【図６】従来のレーザ加工装置の図４，図５と異る作用
を示す部分拡大図。
を示す部分拡大図。
１…炭酸ガスレーザ発振器、２…レーザ光、３…反射ミ
ラー、４…集光ミラー、５…ワーク、６…焦点、７…吸
収剤。
ラー、４…集光ミラー、５…ワーク、６…焦点、７…吸
収剤。
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ発振器から出射されたレーザ光を
集光レンズで集光しワークに照射して、このワークを熱
処理するレーザ熱処理方法において、前記レーザ光にパ
ルスモードのレーザ光を用いたことを特徴とするレーザ
熱処理方法。 - 【請求項２】 レーザ発振器から出射されたレーザ光を
集光レンズで集光しワークに照射して、このワークを熱
処理するレーザ熱処理方法において、前記レーザ光にパ
ルスモードのレーザ光を用い、前記熱処理を鉄鋼材の焼
入れ又は焼準又は焼鈍としたことを特徴とするレーザ熱
処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22974793A JPH0790357A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | レーザ熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22974793A JPH0790357A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | レーザ熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790357A true JPH0790357A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=16897059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22974793A Pending JPH0790357A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | レーザ熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0790357A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014012284A (ja) * | 2012-07-04 | 2014-01-23 | Toyota Motor Corp | 加熱方法及び接合方法 |
-
1993
- 1993-09-16 JP JP22974793A patent/JPH0790357A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014012284A (ja) * | 2012-07-04 | 2014-01-23 | Toyota Motor Corp | 加熱方法及び接合方法 |
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