(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状における幅方向中央部の肉厚を幅方向両側部の肉厚よりも薄くしたクラッド材を母材上に載置し、この状態でクラッド材に対してレーザ光を照射することを特徴とするレーザクラッディング方法。
【請求項２】
母材上に載置した状態において、断面形状における幅方向中央部の高さが幅方向両側部の高さよりも低くいクラッド材を用いる請求項１に記載のレーザクラッディング方法。
【請求項３】
断面形状が凹形状をなすクラッド材を用い、このクラッド材の窪んだ部分を上方に向けて母材上に載置する請求項１または２に記載のレーザクラッディング方法。
【請求項４】
母材上の連続した被クラッディング部の形状に合わせて成形したクラッド材を母材上の被クラッディング部に載置し、この状態でクラッド材に対してレーザ光を照射する請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザクラッディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を照射することによって、母材上に耐摩耗層としてのクラッド層を形成するレーザクラッド加工において、クラッド層を形成するのに好適なクラッド材およびこれを用いたレーザクラッディング方法に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
上記したレーザクラッド加工において用いられるワイヤ状をなすクラッド材は、断面形状が円形状あるいは矩形状をなしていることから、レーザクラッド加工を行うに際して、母材上に置いたクラッド材に対してレーザ光を照射すると、クラッド材のレーザ照射表面から徐々に溶融が始まって、幅方向の両側部から溶け落ちることとなり、一方、母材との境界面における幅方向中央部では、入熱量が相対的に不足して溶融し難いものとなり、その結果、不均一な溶融状態となってしまう可能性がある。
【０００３】
つまり、クラッド材の幅方向の両側部において良好な溶着状態が得られたとしても、母材との境界面における幅方向中央部では溶着不良が発生する可能性があり（図６参照）、これを避けるために、この部分への入熱を十分に多くすると、入熱過多となる幅方向の両側部のクラッド材に母材が溶け込むことでクラッド材に希釈が生じてしまい、溶着力不足やクラックなどといった欠陥が発生する恐れがあり、これらの不具合が生じたクラッド層は検査工程ではねられてしまう。したがって、従来において、母材との境界面全体で一様な溶着力を有するクラッド層を形成することは容易であるとは言えないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、母材との境界面全体で一様な溶着力のクラッド層を簡単に形成することが可能であるクラッド材およびレーザクラッディング方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、断面形状における幅方向中央部の肉厚を幅方向両側部の肉厚よりも薄くしたクラッド材を母材上に載置し、この状態でクラッド材に対してレーザ光を照射する構成としたことを特徴としており、このレーザクラッディング方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
本発明の請求項２に係わるレーザクラッディング方法は、母材上に載置した状態において、断面形状における幅方向中央部の高さが幅方向両側部の高さよりも低くいクラッド材を用いる構成としている。
【０００７】
本発明の請求項３に係わるレーザクラッディング方法は、断面形状が凹形状をなすクラッド材を用い、このクラッド材の窪んだ部分を上方に向けて母材上に載置する構成としている。
【０００８】
本発明の請求項４に係わるレーザクラッディング方法は、母材上の連続した被クラッディング部の形状に合わせて成形したクラッド材を母材上の被クラッディング部に載置し、この状態でクラッド材に対してレーザ光を照射する構成としている。
【０００９】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるレーザクラッディング方法では、レーザクラッド加工を行うに際して、母材上に置いてレーザ光を照射すると、クラッド材のレーザ照射表面から徐々に溶融が始まって、クラッド材の断面形状における幅方向にわたってほぼ均一に溶融することから、母材との境界面における幅方向の両側部だけでなく幅方向中央部でも良好な溶着状態が得られることとなり、したがって、幅方向中央部の溶着不良を避けるために入熱量を増す必要がなく、幅方向の両側部に入熱過多にるクラックなどの欠陥が生じるのを回避し得ることとなる。
【００１０】
本発明の請求項２および３に係わるレーザクラッディング方法では、レーザクラッド加工を行うに際して、母材上に置いてレーザ光を照射すると、クラッド材のレーザ照射表面から徐々に溶融が始まるが、クラッド材の断面形状において、母材に対する幅方向中央部の高さを幅方向両側部の高さよりも低くしてあるので（請求項３のレーザクラッディング方法では、クラッド材の断面形状が凹形状をなしているので）、母材との境界面における幅方向の両側部だけでなく幅方向中央部でも溶融に必要な入熱量が得られてほぼ均一な溶融状態となり、したがって、溶着力不足やクラックなどといった不具合なく、母材との境界面全体で一様な溶着力を有するクラッド層の形成がなされることとなる。
【００１１】
本発明の請求項４に係わるレーザクラッディング方法では、母材上の連続した被クラッディング部の形状に合わせて成形したクラッド材を母材上に直に置いた状態でレーザ光を照射するようにしているので、クラッド材の供給タイミングおよび供給量を制御可能なクラッド材供給装置が不要となる分だけ、システムの簡素化が図られると共に、クラッド材の供給制御が不要になるのに加えてレーザ光の照射タイミングをクラッド材の供給に同期させる必要もなくなり、クラッド加工中には、レーザ出力のみをコントロールすればよく、したがって、品質のばらつきが生じる要因が大幅に減ることとなる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるレーザクラッディング方法では、上記した構成としたから、レーザクラッド加工を行うに際して、クラッド材の母材との境界面における幅方向の両側部だけでなく幅方向中央部でも良好な溶着状態とすることができ、したがって、溶着力不足やクラックなどといった不具合なく、母材との境界面全体で一様な溶着力を有するクラッド層を形成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１３】
本発明の請求項２および３に係わるレーザクラッディング方法では、上記した構成としているので、レーザクラッド加工を行うに際して、クラッド材を母材上に置いてレーザ光を照射すると、クラッド材の母材との境界面における全体でほぼ均一な溶融状態となり、したがって、溶着力不足やクラックなどといった欠陥を生じさせることなく、母材との境界面全体で一様な溶着力を有するクラッド層を形成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１４】
本発明の請求項４に係わるレーザクラッディング方法では、上記した構成としたから、システムを簡略なものとすることができると共に、品質の向上を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図３は、本発明に係わるレーザクラッディング方法の一実施例を示している。
【００１７】
図１に示すように、このクラッド材１は、銅合金（Cu-14Ni-3Si-1.5Fe-2Cr-1Al-2V-0.5P）からなる棒状をなすものであって、このクラッド材１の断面形状における幅方向中央部２および幅方向両側部３の各々の境界面４からの高さを互いに違えて、幅方向中央部２よりも幅方向両側部３を高くした、すなわち、断面の形状を凹形状とした構成をなしている。
【００１８】
この場合、幅方向中央部２の境界面４からの高さを２ａとしているのに対して幅方向両側部３の境界面４からの高さを３ａとし、幅方向中央部２の幅を全幅４ａの半分の２ａとしている。
【００１９】
そこで、図２に示すように、母材としてのアルミニウム圧延平板５上に上記クラッド材１を置いて固定し、このクラッド材１に対して図外の熱源ダイレクトダイオードレーザから出力２．５ｋＷで照射された１辺１．９ｍｍの矩形ビームスポットのレーザ光Ｌを当てて、加工速度０．４〜１．６ｍ／ｍｉｎ．で図示矢印方向に走査させた。この際、比較のため、断面が略正方形状をなすクラッド材（１０）に対して上記と同一条件のレーザクラッド加工を行った。
【００２０】
このレーザクラッド加工によって得られたクラッド層Ｃ（Ｃ１０）の断面形状を図３および図６に示す。これらの図３および図６において、溶融前のクラッド材１，（１０）の断面形状をいずれも仮想線で示してある。
【００２１】
図３に示すように、この実施例に係わるクラッド材１では、アルミニウム圧延平板５との境界面４における幅方向の両側部３だけでなく幅方向中央部２でも良好な溶着状態が得られているのに対して、図６に示すように、断面が略正方形状をなすクラッド材１０では、その幅方向の両側部１３において良好な溶着状態が得られているものの、アルミニウム圧延平板５との境界面１４における幅方向中央部１２では溶着不良が発生しており、したがって、この実施例に係わるクラッド材１によれば、溶着力不足やクラックなどといった不具合を生じることなく、境界面４の全体で一様な溶着力を有するクラッド層Ｃの形成が簡単になされることが実証できた。
【００２２】
上記した実施例では、クラッド材１の断面形状における幅方向中央部２および幅方向両側部３の各々の境界面４からの高さを互いに違えて、断面形状を凹形状とした場合を示したが、クラッド材の断面形状は、断面の幅方向にわたって均一に溶融可能とするべく幅方向中央部２の肉厚を幅方向両側部３の肉厚よりも薄くしてあればよく、例えば、図４（ａ）に示すクラッド材１Ａのように、幅方向両側部３Ａの間に位置する幅方向中央部２Ａのへこみを三角形状としたり、図４（ｂ）に示すクラッド材１Ｂのように、幅方向両側部３Ｂの間に位置する幅方向中央部２Ｂのへこみを円弧状としたりすることが可能である。また、連続するクラッド材１を横切る断面における幅方向中央部２，２Ａ，２Ｂは、境界面４に接触している必要はなく、図４（ｃ）に示すクラッド材１Ｃのように、円形状をなす幅方向側部３Ｃ，３Ｃ同士の接合部分、すなわち、境界面４から離れた部位に位置する幅方向側部３Ｃ，３Ｃ同士の接合部分を幅方向中央部２Ｃとすることも可能である。
【００２３】
図５は、本発明に係わるレーザクラッディング方法の他の実施例を示しており、この実施例では、本発明に係わるレーザクラッディング方法をエンジンのバルブシートに対するレーザクラッド加工に採用した場合を示す。
【００２４】
図５に示すように、この実施例のクラッド材２１は、バルブシート（母材）２５にボーリング加工によって形成したリング嵌合部（被クラッディング部）２６の形状に合わせて鋳造成形やプレス成形あるいは焼結によりリング状に成形されていて、上記した実施例におけるクラッド材１と同じ断面形状を有しており、このレーザクラッディング方法では、リング状に成形したクラッド材２１をバルブシート２５のリング嵌合部２６に嵌め込んだ状態でレーザ光Ｌを照射するようにしている。
【００２５】
このレーザクラッディング方法では、クラッド材２１の供給タイミングおよび供給量を制御可能なクラッド材供給装置が不要となり、その分だけ、システムの簡素化が図られると共に、クラッド材２１の供給制御が不要になるのに加えてレーザ光Ｌの照射タイミングをクラッド材２１の供給に同期させる必要もなく、クラッド加工中において、レーザ出力のみをコントロールしていればよく、その結果、品質のばらつきが生じる要因が大幅に減ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるレーザクラッディング方法の一実施例を示すクラッド材の断面説明図である。
【図２】  図１におけるクラッド材を用いてレーザクラッド加工を行う状況を示す斜視説明図である。
【図３】  図１におけるクラッド材を用いたレーザクラッド加工により得られたクラッド層の断面説明図である。
【図４】  本発明に係わるレーザクラッディング方法の他の実施例を示すクラッド材の断面説明図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。
【図５】  本発明のさらに他の実施例によるレーザクラッディング方法によりレーザクラッド加工を行う状況を示す斜視説明図である。
【図６】  比較例のクラッド材を用いたレーザクラッド加工により得られたクラッド層の断面説明図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２１  クラッド材
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ   幅方向中央部
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ   幅方向側部
４  境界面
５，２５  アルミニウム圧延平板（母材）
２６ リング嵌合部（被クラッディング部）
Ｌ  レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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