JPH10277761A - Laser cladding method and apparatus - Google Patents
Laser cladding method and apparatusInfo
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- JPH10277761A JPH10277761A JP9091108A JP9110897A JPH10277761A JP H10277761 A JPH10277761 A JP H10277761A JP 9091108 A JP9091108 A JP 9091108A JP 9110897 A JP9110897 A JP 9110897A JP H10277761 A JPH10277761 A JP H10277761A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 肉盛り用粉末をシリンダヘッドのバルブシー
ト部に供給し、かつレーザビームを照射して肉盛り部を
形成する際に、肉盛りの幅方向両端近傍において肉盛り
高さが低くなるのを防止し、歩留り等の向上を図る。
【解決手段】 シリンダヘッド1のバルブシート部に肉
盛り粉末を供給し、供給された肉盛り粉末に対して、レ
ーザビームを肉盛り方向(P)と垂直な幅方向(L)に
オシレートしつつ照射し、シリンダヘッドの一部及び肉
盛り粉末3を同時に溶融させて肉盛り部を形成する際
に、レーザビームの被肉盛り領域における見掛け上のパ
ワー密度分布のピーク位置及び被肉盛り領域に供給され
た肉盛り粉末3の肉盛り方向と垂直な幅方向(L)にお
ける供給密度分布のピーク位置を相対応する位置に設定
する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cladding near both ends in the width direction of a cladding when supplying a cladding powder to a valve seat portion of a cylinder head and irradiating a laser beam to form the cladding. The height is prevented from decreasing, and the yield and the like are improved. SOLUTION: A build-up powder is supplied to a valve seat portion of a cylinder head 1, and a laser beam is oscillated on the supplied build-up powder in a width direction (L) perpendicular to a build-up direction (P). When irradiating and simultaneously melting a part of the cylinder head and the build-up powder 3 to form a build-up portion, the apparent power density distribution peak position in the build-up region of the laser beam and the build-up region The peak position of the supply density distribution in the width direction (L) perpendicular to the direction of the overlay of the supplied overlay powder 3 is set to a corresponding position.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸排気
バルブが着座するバルブシートを金属粉末を用いてレー
ザ肉盛りする方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for laser-building a valve seat on which an intake / exhaust valve of an engine is seated by using metal powder.
【0002】[0002]
【従来の技術】自動車用エンジンのアルミニウム合金製
シリンダヘッドにおいて、吸排気バルブの座面であるバ
ルブシートを肉盛りにより形成する場合、図1に示すよ
うに、シリンダヘッド1の被肉盛り領域2に対して供給
ノズル6から肉盛り材料としての金属粉末3を供給しつ
つ、加工用レーザビーム4を照射し、シリンダヘッド1
の一部と金属粉末3とを同時に溶融させて、肉盛り部5
を形成している。2. Description of the Related Art In an aluminum alloy cylinder head of an automobile engine, when a valve seat, which is a seat surface of an intake / exhaust valve, is formed by overlaying, as shown in FIG. The laser beam 4 for processing is applied to the cylinder head 1 while supplying metal powder 3 as a buildup material from the supply nozzle 6 to the cylinder head 1.
Of the metal powder 3 and the metal powder 3 at the same time,
Is formed.
【0003】この種の肉盛りは、バルブシートの耐熱
性、耐摩耗性,耐蝕性等の向上を図るために行われてお
り、この肉盛りに用いられる金属粉末及び肉盛りの形成
手法としては、特開平8−35027号公報、特開昭6
2−150014号公報等に示されるものがある。[0003] This type of overlaying is performed to improve the heat resistance, abrasion resistance, corrosion resistance and the like of the valve seat. The metal powder used for this overlaying and the technique of forming the overlay are as follows. JP-A-8-35027,
An example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-150014.
【0004】また、この従来のレーザ肉盛り方法におい
ては、図2に示すように、1つの粉末出口6aを有する
供給ノズル6から肉盛り粉末3を供給しつつ、肉盛り方
向Pに対して垂直な幅方向Lに所定振り幅でオシレート
されるレーザビーム4を照射して肉盛り加工を行ってい
た。In this conventional laser cladding method, as shown in FIG. 2, while the cladding powder 3 is supplied from a supply nozzle 6 having one powder outlet 6a, the powder is perpendicular to the cladding direction P. The laser beam 4 oscillated with a predetermined swing width in the width direction L is used to perform the overlaying.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ肉盛り方法にあっては、供給ノズル6から被肉盛
り領域2に供給された肉盛り粉末が、レーザビーム4の
オシレート方向Lにおいてその振り幅の両端に対応する
領域が低く、振り幅の中央に対応する領域が高くなるよ
うな形状に堆積されることになる。However, in the conventional laser cladding method, the cladding powder supplied from the supply nozzle 6 to the cladding region 2 is swung in the oscillation direction L of the laser beam 4. The area corresponding to both ends of the width is low, and the area corresponding to the center of the swing width is high.
【0006】従って、例えば、エンジンのバルブシート
を形成する際に、このように中央部が高く堆積した肉盛
り粉末にレーザビーム4を照射して肉盛り加工を施して
も、特にレーザビームのオシレート方向両端部領域にお
いて肉盛り高さが十分でなく、肉盛り部に機械加工を行
ってバルブシートの形状に仕上げようとしても欠損部が
生じて、要求される形状が得られない場合がある。Therefore, for example, when forming a valve seat of an engine, if the laser beam 4 is applied to the overlaid powder which is deposited at a high central portion as described above and the overlaid powder is processed, especially the laser beam is oscillated. In some cases, the build-up height is not sufficient in both end regions in the direction, and even if machining is performed on the build-up portion to finish the shape of the valve seat, a missing portion may occur, and the required shape may not be obtained.
【0007】また、肉盛りが必要とされる被肉盛り領域
に対して、この肉盛り加工が微妙にずれた状態で行われ
ると、上述欠損部の発生をさらに助長することになる。[0007] Further, if this build-up processing is performed in a slightly displaced state with respect to the build-up area where the build-up is required, the generation of the above-mentioned defective portion is further promoted.
【0008】その結果、上述従来の肉盛り加工方法にあ
っては、歩留りが悪くなり製造コストが高くなるという
問題があった。As a result, in the above-mentioned conventional overlaying method, there is a problem that the yield is lowered and the manufacturing cost is increased.
【0009】上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、
必要とされる肉盛り形状が安定して得られ、生産性に優
れたレーザ肉盛り方法及びその装置を提供することを目
的とする。[0009] In view of the above problems of the prior art, the present invention provides:
It is an object of the present invention to provide a laser cladding method and a device capable of stably obtaining a required cladding shape and having excellent productivity.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ肉盛
り方法は、請求項1に記載されているように、基材の被
肉盛り領域に肉盛り材料を供給し、供給された肉盛り材
料に対して、レーザビームを肉盛り方向と垂直な幅方向
にオシレートしつつ照射し、基材の一部及び肉盛り材料
を同時に溶融させて肉盛り部を形成するレーザ肉盛り方
法であって、上記レーザビームの被肉盛り領域における
見掛け上のパワー密度分布のピーク位置及び上記被肉盛
り領域に供給される肉盛り材料の肉盛り方向と垂直な幅
方向における供給密度分布のピーク位置を相対応する位
置に設定することを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser cladding method, comprising: supplying a cladding material to a cladding region of a base material; A laser cladding method for irradiating a material while oscillating a laser beam in a width direction perpendicular to the cladding direction to form a cladding part by simultaneously melting a part of the base material and the cladding material. The peak position of the apparent power density distribution in the overlaid area of the laser beam and the peak position of the supply density distribution in the width direction perpendicular to the overlaid direction of the overlaid material supplied to the overlaid area. It is characterized in that it is set at a corresponding position.
【0011】また、本発明に係るレーザ肉盛り方法は、
請求項2に記載されているように、上記見掛け上のパワ
ー密度分布のプロフィルと上記肉盛り材料の供給密度分
布のプロフィルとを略同一形状に設定することを特徴と
している。Further, the laser cladding method according to the present invention comprises:
According to a second aspect of the present invention, the profile of the apparent power density distribution and the profile of the supply density distribution of the overlay material are set to have substantially the same shape.
【0012】また、本発明に係るレーザ肉盛り方法は、
請求項3に記載されているように、上記肉盛り材料が、
少なくともその供給出口において2分された2つの通路
を介して被肉盛り領域に供給されることを特徴としてい
る。Further, the laser cladding method according to the present invention comprises:
As described in claim 3, the overlay material is:
It is characterized in that it is supplied to the build-up area via at least two passages divided at its supply outlet.
【0013】また、本発明に係るレーザ肉盛り方法は、
請求項4に記載されているように、上記2つの通路の出
口の各々の中心位置と上記レーザビームのオシレート方
向における両端でのスポットの各々の中心位置とを一致
させることを特徴としている。Further, the laser cladding method according to the present invention comprises:
As described in claim 4, the center position of each of the exits of the two passages and the center position of each of the spots at both ends in the oscillating direction of the laser beam are matched.
【0014】さらに、本発明に係るレーザ肉盛り装置
は、請求項5に記載されているように、基材の被肉盛り
領域に肉盛り材料を供給する供給手段と、供給された肉
盛り材料に対して、レーザビームを肉盛り方向と垂直な
幅方向にオシレートしつつ照射するレーザビーム照射手
段とを備え、基材の一部及び肉盛り材料を同時に溶融さ
せて肉盛り部を形成するレーザ肉盛り装置であって、上
記供給手段は、少なくともその供給出口において2分さ
れた2つの通路を形成する供給ノズルを有することを特
徴としている。Further, in the laser cladding apparatus according to the present invention, as set forth in claim 5, a supply means for supplying a cladding material to a cladding region of a base material, and a supplied cladding material. A laser beam irradiating means for irradiating a laser beam while oscillating the laser beam in a width direction perpendicular to the cladding direction, and forming a cladding portion by simultaneously melting a part of the base material and the cladding material. In a cladding apparatus, the supply means includes a supply nozzle forming at least two passages at its supply outlet.
【0015】さらに、本発明に係るレーザ肉盛り装置
は、請求項6に記載されているように、上記供給ノズル
が、肉盛り方向と垂直な幅方向に配列された2つのノズ
ルからなることを特徴としている。Further, in the laser cladding apparatus according to the present invention, as set forth in claim 6, the supply nozzle comprises two nozzles arranged in a width direction perpendicular to the cladding direction. Features.
【0016】さらに、本発明に係るレーザ肉盛り装置
は、請求項7に記載されているように、上記2つのノズ
ルの出口における中心間距離を調節する調節手段を有す
ることを特徴としている。Further, the laser cladding apparatus according to the present invention is characterized in that it has an adjusting means for adjusting the center-to-center distance at the outlets of the two nozzles.
【0017】[0017]
【発明の効果】本発明の請求項1に係るレーザ肉盛り方
法によれば、レーザビームの被肉盛り領域における見掛
け上のパワー密度分布のピーク位置と被肉盛り領域に供
給される肉盛り材料の肉盛り幅方向における供給密度分
布のピーク位置とが相対応する位置に設定されることか
ら、レーザビームの高エネルギ領域に肉盛り材料がより
多く供給されることになる。According to the laser cladding method according to the first aspect of the present invention, the peak position of the apparent power density distribution in the cladding region of the laser beam and the cladding material supplied to the cladding region. Is set at a position corresponding to the peak position of the supply density distribution in the build-up width direction, so that more build-up material is supplied to the high energy region of the laser beam.
【0018】従って、レーザビームのエネルギが効率良
く利用されて肉盛り材料等を溶融させ、肉盛りの幅方向
両端近傍においても所望の高さをもつ肉盛り部を安定し
て形成することができ、これにより、肉盛り製品の歩留
り及び生産性を向上させることができるという優れた効
果がもたらされる。Therefore, the energy of the laser beam is efficiently used to melt the build-up material and the like, and a build-up portion having a desired height can be stably formed even near both ends in the width direction of the build-up. Thereby, an excellent effect that the yield and productivity of the overlaid product can be improved is brought about.
【0019】本発明の請求項2に係るレーザ肉盛り方法
によれば、レーザビームの被肉盛り領域における見掛け
上のパワー密度分布のプロフィルと被肉盛り領域に供給
される肉盛り材料の肉盛り幅方向における供給密度分布
のプロフィルとが略同一形状に設定されることから、肉
盛り材料が被肉盛り領域により均一に供給され、又、レ
ーザビームのエネルギがより一層効率良く利用されて肉
盛り材料等を溶融させることで、肉盛り幅方向両端近傍
においても所望の高さをもつ肉盛り部をより安定して形
成することができるという優れた効果がもたらされる。According to the laser cladding method of the present invention, the profile of the apparent power density distribution in the cladding region of the laser beam and the cladding of the cladding material supplied to the cladding region. Since the profile of the supply density distribution in the width direction is set to have substantially the same shape, the build-up material is more uniformly supplied to the build-up area, and the energy of the laser beam is used more efficiently to build up. By melting the material or the like, an excellent effect is obtained that a build-up portion having a desired height can be formed more stably even in the vicinity of both ends in the build-up width direction.
【0020】本発明の請求項3に係るレーザ肉盛り方法
によれば、肉盛り材料が、少なくともその供給出口にお
いて2分された2つの通路を介して被肉盛り領域に供給
されることから、肉盛り材料の供給密度分布において中
央から外れた両側に2つのピークを設けることができ、
これにより、この2つのピーク位置をレーザビームのパ
ワー密度分布のピーク位置に容易に対応させることがで
きるという優れた効果がもたらされる。According to the laser cladding method of the third aspect of the present invention, since the cladding material is supplied to the cladding region through at least two passages divided at the supply outlet, Two peaks can be provided on both sides off the center in the supply density distribution of the overlay material,
This provides an excellent effect that the two peak positions can easily correspond to the peak positions of the power density distribution of the laser beam.
【0021】本発明の請求項4に係るレーザ肉盛り方法
によれば、肉盛り材料を供給する2つの通路の出口にお
ける各々の中心位置とレーザビームのオシレート方向に
おける両端でのスポットの各々の中心位置とを一致させ
ることから、肉盛り材料が最も多く供給される領域にレ
ーザビームの最もエネルギの高い領域が対応することに
なり、これにより、レーザビームのエネルギが肉盛り材
料全体により均一に導かれて、より均一化された高さを
もつ肉盛り部を形成することができるという優れた効果
がもたらさる。According to the laser cladding method according to the fourth aspect of the present invention, the respective center positions at the outlets of the two passages for supplying the cladding material and the respective centers of the spots at both ends in the oscillating direction of the laser beam. Matching the position will result in the region of the laser beam having the highest energy corresponding to the region where the build-up material is supplied the most, thereby more uniformly guiding the energy of the laser beam to the entire build-up material. As a result, an excellent effect of being able to form a built-up portion having a more uniform height is provided.
【0022】本発明の請求項5に係るレーザ肉盛り装置
によれば、出口にて2分された通路を形成する供給ノズ
ルを介して、肉盛り材料を被肉盛り領域に供給すること
で、肉盛り材料を幅方向に分散させて供給することがで
き、これにより、肉盛りの幅方向両端近傍においても所
望の高さをもつ肉盛り部を容易に形成することができる
という優れた効果がもたらされる。According to the laser cladding apparatus of the fifth aspect of the present invention, the cladding material is supplied to the cladding region through the supply nozzle forming the passage divided at the outlet. The build-up material can be supplied in a dispersed manner in the width direction, thereby providing an excellent effect that a build-up portion having a desired height can be easily formed even in the vicinity of both ends in the width direction of the build-up. Brought.
【0023】本発明の請求項6に係るレーザ肉盛り装置
によれば、肉盛り材料を供給する供給ノズルが、肉盛り
の幅方向に配列された2つのノズルにより形成されてい
ることから、肉盛り材料を幅方向に分散させて供給する
ことができるのはもちろんのこと、2つのノズルの出口
における中心間距離をレーザビームの見掛け上パワー密
度分布の両ピーク間隔に応じた所望の寸法に予め設定し
て形成することができ、これにより、上述の如き所望の
高さをもつ肉盛り部を安定して形成することができると
いう優れた効果がもたらされる。According to the laser cladding apparatus of the sixth aspect of the present invention, the supply nozzle for supplying the cladding material is formed by two nozzles arranged in the width direction of the cladding. Of course, the filling material can be distributed in the width direction and supplied, and the center-to-center distance at the outlets of the two nozzles is set in advance to a desired size corresponding to both peak intervals of the apparent power density distribution of the laser beam. It can be set and formed, which brings about an excellent effect that the overlaid portion having the desired height as described above can be formed stably.
【0024】本発明の請求項7に係るレーザビームの肉
盛り装置によれば、2つのノズルの出口における中心間
距離を調節する調節手段を有することから、オシレート
幅の異なる種々のレーザビームでのパワー密度分布のピ
ーク位置に対して、2つのノズルの中心位置を容易に一
致させることができるという優れた効果がもたらされ
る。According to the laser beam deposition apparatus according to the seventh aspect of the present invention, since the adjusting means for adjusting the center-to-center distance at the outlets of the two nozzles is provided, various laser beams having different oscillating widths can be used. There is an excellent effect that the center position of the two nozzles can be easily matched with the peak position of the power density distribution.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0026】図3は、肉盛りが形成される基材としての
シリンダヘッド1のシリンダヘッドポート部1aを示し
たものであり、この領域には、中央部に点火プラグ孔1
d、そのまわりに径の大きい2つの吸気バルブ用バルブ
シート部1b、径の小さい2つの排気バルブ用バルブシ
ート部1cがそれぞれ形成されている。また、図3にお
いては、吸気バルブ用の1つのバルブシート部1bに肉
盛り部5が形成された状態を示すが、これに限定される
ものではなく排気バルブ用のバルブシート部1eに肉盛
り部を形成してもよい。FIG. 3 shows a cylinder head port portion 1a of a cylinder head 1 as a base material on which a build-up is formed.
d, around which are formed two large-diameter intake valve seats 1b and two small-diameter exhaust valve seats 1c. Further, FIG. 3 shows a state in which the overlaid portion 5 is formed on one valve seat portion 1b for the intake valve, but is not limited to this, but is overlaid on the valve seat portion 1e for the exhaust valve. A part may be formed.
【0027】図4は、レーザ肉盛り装置の一部をなす肉
盛り材料(粉末)供給装置9の一部斜視図である。本図
に示すように、この粉末供給装置9は、供給口10a,
11aをそれぞれ有する2本のノズル10,11を備え
ており、この2本のノズル10,11は、内径2mm,
外形3mmの銅製パイプを加工して形成されている。ま
た、ノズル10,11は、それぞれノズルホルダ12,
13により支持されており、このノズルホルダ12,1
3は、装置本体14に形成されてノズル中心間距離を調
節する調節手段としての一部をなす2条の平行案内溝1
4a,14bに沿って、L方向すなわちレーザビームの
オシレート方向に移動調節可能となっている。FIG. 4 is a partial perspective view of a cladding material (powder) supply device 9 which forms a part of the laser cladding device. As shown in the figure, the powder supply device 9 has a supply port 10a,
11a, each having two nozzles 10, 11 having an inner diameter of 2 mm,
It is formed by processing a copper pipe having an outer shape of 3 mm. The nozzles 10 and 11 are respectively provided with nozzle holders 12 and
13, the nozzle holders 12, 1
Reference numeral 3 denotes two parallel guide grooves 1 formed on the apparatus main body 14 and forming a part as an adjusting means for adjusting the distance between nozzle centers.
The movement can be adjusted in the L direction, that is, in the oscillation direction of the laser beam, along 4a and 14b.
【0028】ここで、両ノズル10,11内の通路は、
両ノズルホルダ12,13内の通路にそれぞれ連通して
おり、さらに、これらノズルホルダ12,13内の通路
は、装置本体14内に配置されその端面14cにおいて
少なくともL方向に移動自在な2つのフレキシブルパイ
プ(不図示)に接続され、このフレキシブルパイプは、
その上流部において、肉盛り材料としての金属粉末を収
容する1つのホッパに、あるいは2つのホッパ(不図
示)にそれぞれ接続されている。Here, the passages in both nozzles 10, 11 are:
The passages in the nozzle holders 12, 13 communicate with the passages in the nozzle holders 12, 13, respectively. Further, the passages in the nozzle holders 12, 13 are arranged in the apparatus main body 14 and are movable at least in the L direction at the end surface 14c thereof. This flexible pipe is connected to a pipe (not shown)
At its upstream part, it is connected to one hopper or two hoppers (not shown) for accommodating metal powder as a build-up material.
【0029】従って、粉末を被肉盛り領域に供給する際
は、ホッパに収容された粉末が、フレキシブルパイプを
通り、ノズルホルダ12,13内の通路、さらにノズル
10,11内の通路を通って、2つの供給口10a,1
1aからそれぞれ供給されることとなる。Therefore, when supplying the powder to the padding area, the powder contained in the hopper passes through the flexible pipe, passes through the passages in the nozzle holders 12 and 13, and further passes through the passages in the nozzles 10 and 11. , Two supply ports 10a, 1
1a.
【0030】さらに、両ノズル10,11は、それらの
配列方向Lに移動調節可能となっていることから、レー
ザビームの振り幅あるいは被肉盛り領域の幅に応じて、
両供給口10a,11aの中心C1,C2間距離Dを適
宜調整することができる。Further, since the nozzles 10 and 11 can be moved and adjusted in the arrangement direction L, they can be adjusted according to the swing width of the laser beam or the width of the overlaid area.
The distance D between the centers C 1 and C 2 of the supply ports 10a and 11a can be adjusted as appropriate.
【0031】ここで、粉末を供給するノズルについて
は、上述中心間距離Dを一定にして、特定の肉盛り加工
に用いる場合、図5(a),(b)に示すように、1つ
のノズル20から出口部が2つの供給口20a,20b
として形成されたもの、あるいは1つのノズル21の出
口端部に仕切り壁21aを設けて出口端部での粉末の流
れを2分するようなものを適用することも可能である。
尚、図5(b)に示すノズル21の場合は、ノズル21
を水平にして粉末を供給するのが好ましい。Here, as for the nozzle for supplying the powder, when the above-mentioned center distance D is fixed and used for a specific overlaying process, as shown in FIGS. 5A and 5B, one nozzle is used. 20 has two outlets 20a, 20b
Alternatively, it is also possible to use a nozzle formed as a single nozzle 21 or a partition wall 21a provided at the outlet end of one nozzle 21 to divide the flow of powder at the outlet end into two.
In the case of the nozzle 21 shown in FIG.
It is preferred to feed the powder with the horizontal.
【0032】図6は、肉盛り方向Pに対して垂直な方向
Lにオシレートされるレーザビームの見掛け上のパワー
密度分布を説明するための図である。ここで、レーザビ
ームの見掛け上のパワー密度分布を測定するにあたり、
スポット径2mm,オシレート幅6mm,オシレート周
波数130Hz,加工出力4.5kWのレーザビームを
図6(a)に示すようなアクリル樹脂30に2秒間照射
して、その時のバンパターン31から樹脂の溶け込み深
さを測定した。FIG. 6 is a view for explaining the apparent power density distribution of the laser beam oscillated in the direction L perpendicular to the build-up direction P. Here, in measuring the apparent power density distribution of the laser beam,
A laser beam having a spot diameter of 2 mm, an oscillating width of 6 mm, an oscillating frequency of 130 Hz, and a processing output of 4.5 kW is irradiated onto the acrylic resin 30 as shown in FIG. 6A for 2 seconds, and the resin penetration depth from the bang pattern 31 at that time. Was measured.
【0033】この時のレーザビームの見掛け上の幅Wは
8mmであり、また、オシレート方向において、1mm
間隔で測定したアクリル樹脂30の溶け込み深さは、図
6(b)に示すような結果となった。At this time, the apparent width W of the laser beam is 8 mm, and 1 mm in the oscillating direction.
The penetration depth of the acrylic resin 30 measured at intervals was as shown in FIG. 6B.
【0034】すなわち、オシレートレーザビームの見掛
け上のパワー密度分布におけるパワーのピークは、オシ
レートの中央(ビーム振り幅の中心)から約2.5mm
の位置の左右2ケ所に存在することが確認された。That is, the power peak in the apparent power density distribution of the oscillating laser beam is approximately 2.5 mm from the center of the oscillating laser (the center of the beam swing width).
It was confirmed that it was present at two places on the left and right of the position.
【0035】図7は、本発明の装置を用いて粉末を供給
する際の肉盛り領域に供給される粉末の堆積状況、すな
わち、レーザビームのオシレート方向における粉末供給
密度分布を説明するための図である。本図に示すよう
に、粉末の密度分布の測定にあたり、図4に示す供給装
置9を用いて、各ノズル10,11からの粉末供給量2
5g/min,総供給量50g/minにて2秒間、平
滑板32の上面に粉末を供給し、その際に堆積した粉末
33の平滑平面からの堆積高さを測定した。尚、この時
の両ノズル10,11の中心間距離Dは4mmに設定し
て行った。FIG. 7 is a diagram for explaining the deposition state of the powder supplied to the build-up area when supplying the powder using the apparatus of the present invention, that is, a diagram for explaining the powder supply density distribution in the oscillating direction of the laser beam. It is. As shown in the figure, when measuring the density distribution of the powder, the supply device 9 shown in FIG.
The powder was supplied to the upper surface of the smoothing plate 32 at a rate of 5 g / min and a total supply amount of 50 g / min for 2 seconds, and the deposition height of the powder 33 deposited at that time was measured from the flat surface. In this case, the distance D between the centers of the nozzles 10 and 11 was set to 4 mm.
【0036】ここで、ノズル10,11の配列方向にお
いて、1mm間隔で測定した粉末の堆積高さは、図8
(a)に示すような結果となった。Here, the powder deposition height measured at 1 mm intervals in the arrangement direction of the nozzles 10 and 11 is shown in FIG.
The result was as shown in FIG.
【0037】すなわち、2つのノズル10,11の供給
口10a,11aそれぞれの中心C1,C2に対応する
位置に堆積高さのピークが存在するような分布になるこ
とが確認された。That is, it has been confirmed that the distribution is such that a peak of the deposition height exists at a position corresponding to the centers C 1 and C 2 of the supply ports 10 a and 11 a of the two nozzles 10 and 11.
【0038】一方、従来の如き1つのノズル6を用いて
粉末を供給した場合の粉末密度分布は、図8(b)に示
すように、ノズル内径の中心に対応する位置に堆積高さ
のピークが存在するような分布となる。On the other hand, as shown in FIG. 8B, the powder density distribution when powder is supplied using one nozzle 6 as in the prior art shows that the peak of the deposition height is at a position corresponding to the center of the nozzle inner diameter. Is distributed.
【0039】上述のような本発明に係る粉末供給装置9
及び下記表1の条件を満たす最大出力5kWのCO2レ
ーザを用いて、シリンダヘッド1に肉盛り加工を施した
実施例を以下に説明する。The powder supply device 9 according to the present invention as described above.
An embodiment in which the cylinder head 1 is overlaid using a CO 2 laser with a maximum output of 5 kW that satisfies the conditions shown in Table 1 below will be described below.
【0040】[0040]
【表1】 [Table 1]
【0041】尚、この肉盛り加工は、1998cc直列
4気筒DOHC型エンジンのアルミニウム系鋳造合金
(JIS規格AC2A材)製シリンダヘッド1に対し
て、吸排気バルブ用のバルブシート部計16ケ所につき
行った。The overbuilding process is performed on a cylinder head 1 made of an aluminum cast alloy (JIS standard AC2A material) of a 1998 cc in-line four-cylinder DOHC engine at a total of 16 valve seat portions for intake and exhaust valves. Was.
【0042】また、肉盛り用粉末材料としては、その成
分組成が重量%で、Co:12.5%、Fe:6.4
%、Ni:12.7%、V:1.9%、Nb:2.2
%、Mn:1.2%、残部Cu及び不純物からなる銅合
金粉末を用いた。Further, as the powder material for the build-up, the composition of the components is% by weight, Co: 12.5%, Fe: 6.4.
%, Ni: 12.7%, V: 1.9%, Nb: 2.2
%, Mn: 1.2%, and a copper alloy powder composed of the balance Cu and impurities was used.
【0043】さらに、粉末供給装置9において、両ノズ
ル10,11の中心C1,C2間距離Dを4mmに設定
し、各ノズル10,11からの粉末供給量25g/mi
n,総供給量50g/minにてバルブシート部への粉
末供給を行った。Further, in the powder supply device 9, the distance D between the centers C 1 and C 2 of both nozzles 10 and 11 is set to 4 mm, and the amount of powder supplied from each nozzle 10 and 11 is 25 g / mi.
n, powder was supplied to the valve seat at a total supply of 50 g / min.
【0044】すなわち、レーザビームを肉盛り方向に対
して垂直な方向にオシレートして照射する際のその見掛
け上のパワー密度のプロフィルと、被肉盛り領域に供給
される肉盛り粉末の供給密度分布のプロフィルとが、お
互いに対応する位置又はその近傍にピークをもつように
して肉盛り加工を行った。That is, the profile of the apparent power density when the laser beam is oscillated in the direction perpendicular to the cladding direction, and the supply density distribution of the cladding powder supplied to the cladding area. The surface was processed so as to have a peak at or near the position corresponding to each other.
【0045】尚、上述の両プロフィルは、単にピークの
位置が肉盛りの幅方向において同じ又は近傍に位置する
だけでなく、同一形状あるいは近似形状をなすように設
定することもできる。It should be noted that both of the profiles described above can be set so that the peak positions are not only located at the same or near positions in the width direction of the build-up but also have the same shape or an approximate shape.
【0046】以上の条件のもとで得られた肉盛り部につ
き、その幅方向における所定位置からの肉盛り高さを測
定した結果を図9に示す。図9から明らかなように、点
線で示した従来の肉盛り形状に比べて、中央部分の高さ
が低くなり、かつ幅方向両側が厚肉に形成されている。FIG. 9 shows the result of measuring the build-up height from a predetermined position in the width direction of the build-up portion obtained under the above conditions. As is clear from FIG. 9, the height of the central portion is lower and the both sides in the width direction are formed thicker than the conventional build-up shape indicated by the dotted line.
【0047】従って、肉盛り部の幅方向両側に機械加工
を施しても、欠損部分の発生が防止されて所望のバルブ
シート形状を安定して得ることができる。Therefore, even if machining is performed on both sides in the width direction of the built-up portion, occurrence of a defective portion is prevented, and a desired valve seat shape can be stably obtained.
【0048】さらに、供給された粉末に対して、レーザ
ビームのエネルギが効率良く均一に伝わるようになるた
め、肉盛り形状(肉盛り高さ)のばらつきも抑制され、
安定して均一な肉盛り形状を得ることができる。Further, since the energy of the laser beam is efficiently and uniformly transmitted to the supplied powder, variations in the build-up shape (build-up height) are suppressed, and
A stable and uniform build-up shape can be obtained.
【図1】従来のレーザ肉盛り方法を説明するための概略
図である。FIG. 1 is a schematic view for explaining a conventional laser cladding method.
【図2】エンジンのバルブシートをレーザ肉盛りにより
形成する従来の方法を説明するための概略図である。FIG. 2 is a schematic view for explaining a conventional method of forming a valve seat of an engine by laser overlaying.
【図3】本発明に係るレーザ肉盛り方法を用いてバルブ
シートを形成する際のシリンダヘッドポート部の斜視図
である。FIG. 3 is a perspective view of a cylinder head port portion when a valve seat is formed by using the laser cladding method according to the present invention.
【図4】本発明に係るレーザ肉盛り装置の一部をなす粉
末供給装置の一部斜視図である。FIG. 4 is a partial perspective view of a powder supply device forming a part of the laser cladding device according to the present invention.
【図5】本発明に係るレーザ肉盛り装置の一部となる粉
末供給ノズルの他の実施例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the powder supply nozzle which is a part of the laser cladding apparatus according to the present invention.
【図6】本発明に係るレーザビームの見掛け上のパワー
密度分布を説明するための図であり、(a)はアクリル
樹脂にレーザビームを照射した際のアクリルの溶け込み
形状を示すものであり、(b)は見掛け上のビーム幅に
対しての溶け込み深さを示したものである。FIG. 6 is a diagram for explaining an apparent power density distribution of a laser beam according to the present invention, wherein FIG. 6 (a) shows an acrylic melt shape when an acrylic resin is irradiated with a laser beam; (B) shows the penetration depth with respect to the apparent beam width.
【図7】本発明に係る供給粉末の密度分布を測定する手
法を説明するための概略斜視図である。FIG. 7 is a schematic perspective view for explaining a method for measuring a density distribution of a supplied powder according to the present invention.
【図8】(a)は図7に示す測定手法により得られた供
給粉末の幅方向に対しての堆積高さを示した図であり、
(b)は従来のノズルを用いた場合の供給粉末の幅方向
に対しての堆積高さを示した図である。8 (a) is a diagram showing the deposition height in the width direction of the supplied powder obtained by the measurement method shown in FIG. 7,
(B) is a diagram showing the deposition height in the width direction of the supplied powder when a conventional nozzle is used.
【図9】本発明に係るレーザ肉盛り方法及び装置を用い
てエンジンのシリンダヘッドに肉盛りを施した際の肉盛
り高さを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the build-up height when a cylinder head of an engine is built using the laser build-up method and apparatus according to the present invention.
1 シリンダヘッド 1a シリンダヘッドポート部 1b 吸気バルブ用バルブシート部 1c 排気バルブ用バルブシート部 1d 点火プラグ孔 2 被肉盛り領域 3 肉盛り粉末 4 レーザビーム 5 肉盛り部 9 粉末供給装置 10,11 供給ノズル 10a,10b 供給口 12,13 ノズルホルダ 14 本体 14a,14b 案内溝 20,21 供給ノズル 30 アクリル樹脂 32 平滑板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 1a Cylinder head port part 1b Valve seat part for an intake valve 1c Valve seat part for an exhaust valve 1d Spark plug hole 2 Overlaid area 3 Overlay powder 4 Laser beam 5 Overlay section 9 Powder supply device 10, 11 supply Nozzles 10a, 10b Supply ports 12, 13 Nozzle holders 14 Main body 14a, 14b Guide grooves 20, 21 Supply nozzles 30 Acrylic resin 32 Smooth plate
Claims (7)
し、供給された肉盛り材料に対して、レーザビームを肉
盛り方向と垂直な幅方向にオシレートしつつ照射し、基
材の一部及び肉盛り材料を同時に溶融させて肉盛り部を
形成するレーザ肉盛り方法であって、 前記レーザビームの被肉盛り領域における見掛け上のパ
ワー密度分布のピーク位置及び前記被肉盛り領域に供給
される肉盛り材料の肉盛り方向と垂直な幅方向における
供給密度分布のピーク位置を相対応する位置に設定する
ことを特徴とするレーザ肉盛り方法。1. A cladding material is supplied to a cladding region of a base material, and the supplied cladding material is irradiated with a laser beam while oscillating in a width direction perpendicular to the cladding direction. A laser cladding method for simultaneously forming a cladding portion by melting a part of the cladding material and the cladding material, wherein a peak position of an apparent power density distribution in the cladding region of the laser beam and the cladding region. A laser cladding method comprising: setting a peak position of a supply density distribution in a width direction perpendicular to a cladding direction of a cladding material to be supplied to a corresponding position.
ィルと前記肉盛り材料の供給密度分布のプロフィルとを
略同一形状に設定することを特徴とする請求項1記載の
レーザビーム肉盛り方法。2. The laser beam overlay method according to claim 1, wherein the profile of the apparent power density distribution and the profile of the supply density distribution of the overlay material are set to have substantially the same shape.
出口において2分された2つの通路を介して被肉盛り領
域に供給されることを特徴とする請求項1又は2記載の
レーザ肉盛り方法。3. The laser cladding method according to claim 1, wherein the cladding material is supplied to the cladding region through at least two passages at the supply outlet. .
と前記レーザビームのオシレート方向における両端での
スポットの各々の中心位置とを一致させることを特徴と
する請求項3記載のレーザビーム肉盛り方法。4. The laser beam thickness according to claim 3, wherein a center position of each of the exits of the two passages coincides with a center position of each of the spots at both ends in the oscillating direction of the laser beam. Serving method.
する供給手段と、供給された肉盛り材料に対して、レー
ザビームを肉盛り方向と垂直な幅方向にオシレートしつ
つ照射するレーザビーム照射手段とを備え、基材の一部
及び肉盛り材料を同時に溶融させて肉盛り部を形成する
レーザ肉盛り装置であって、 前記供給手段は、少なくともその供給出口において2分
された2つの通路を形成する供給ノズルを有することを
特徴とするレーザ肉盛り装置。5. A supply means for supplying a build-up material to a build-up area of a base material, and irradiating the supplied build-up material with a laser beam oscillating in a width direction perpendicular to the build-up direction. A laser beam irradiating means, and a laser cladding apparatus for forming a cladding part by simultaneously melting a part of the base material and the cladding material, wherein the supplying means is divided into at least two at its supply outlet. A laser cladding device comprising a supply nozzle forming two passages.
直な幅方向に配列された2つのノズルからなることを特
徴とする請求項5記載のレーザ肉盛り装置。6. The laser cladding apparatus according to claim 5, wherein the supply nozzle includes two nozzles arranged in a width direction perpendicular to the cladding direction.
距離を調節する調節手段を有することを特徴とする請求
項6記載のレーザ肉盛り装置。7. The laser cladding apparatus according to claim 6, further comprising adjusting means for adjusting a center-to-center distance at outlets of the two nozzles.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9091108A JPH10277761A (en) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | Laser cladding method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9091108A JPH10277761A (en) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | Laser cladding method and apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277761A true JPH10277761A (en) | 1998-10-20 |
Family
ID=14017339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9091108A Pending JPH10277761A (en) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | Laser cladding method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10277761A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2314411A3 (en) * | 2009-10-20 | 2011-06-15 | Hitachi Ltd. | Laser processing head and laser cladding method |
| JP2013128973A (en) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser beam buildup welding method |
| JP2015139819A (en) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 三菱重工業株式会社 | Padding method, and turbine blade |
-
1997
- 1997-04-09 JP JP9091108A patent/JPH10277761A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2314411A3 (en) * | 2009-10-20 | 2011-06-15 | Hitachi Ltd. | Laser processing head and laser cladding method |
| US8735769B2 (en) | 2009-10-20 | 2014-05-27 | Hitachi, Ltd. | Laser processing head and laser cladding method |
| JP2013128973A (en) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser beam buildup welding method |
| JP2015139819A (en) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 三菱重工業株式会社 | Padding method, and turbine blade |
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