(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面とは異なる向きの第２面と、により形成された角領域のレーザ肉盛方法であって、
前記角領域に金属粉末を供給するステップと、
前記第１面及び前記第２面に所定の照射条件でレーザをウィービング照射して前記金属粉末を溶融させた溶融部を形成するステップと、
前記第１面の前記溶融部の第１温度及び前記第２面の前記溶融部の第２温度を測定するステップと、
前記第１温度及び前記第２温度に基づいて前記照射条件を設定するステップと、
を有し、
前記第１温度が前記第２温度よりも高い場合には、前記第２面上における前記レーザの照射エネルギーを前記第１面上における前記レーザの前記照射エネルギーよりも大きくし、前記第１温度が前記第２温度よりも低い場合には、前記第１面上における前記レーザの前記照射エネルギーを前記第２面上における前記レーザの前記照射エネルギーよりも大きくするレーザ肉盛方法。
【請求項２】
前記第１温度が前記第２温度よりも高い温度であって、かつ、前記第１温度から前記第２温度を引いた差が所定の閾値よりも大きい場合には、前記第１面上の前記レーザの走査速度を、前記第２面上の前記レーザの前記走査速度よりも大きくし、
前記第１温度が前記第２温度よりも低い温度であって、かつ、前記第２温度から前記第１温度を引いた差が所定の前記閾値よりも大きい場合には、前記第１面上の前記レーザの走査速度を、前記第２面上の前記レーザの前記走査速度よりも小さくする、
請求項１に記載のレーザ肉盛方法。
【請求項３】
前記第１温度が前記第２温度よりも高い温度であって、かつ、前記第１温度から前記第２温度を引いた差が所定の閾値よりも大きい場合には、前記第２面上で一定時間、前記レーザの走査を停止し、
前記第１温度が前記第２温度よりも低い温度であって、かつ、前記第２温度から前記第１温度を引いた差が所定の前記閾値よりも大きい場合には、前記第１面上で一定時間、前記レーザの走査を停止する、
請求項１に記載のレーザ肉盛方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ肉盛方法に関するものであり、例えば、ワーク上に金属粉末を供給しながらレーザを照射することにより、ワーク上に肉盛するレーザ肉盛方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１面と、第１面とは異なる向きの第２面と、により形成された角領域を肉盛することが開示されている。特許文献１に開示された肉盛方法は、角領域に面取りを行うことによって、角領域の抜熱を容易にし、肉盛の品質を均一にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−３１４３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
角領域に金属粉末を供給する際に、継手の形状や重力の影響により供給した金属粉末が偏ることがあるが、金属粉末が少なくなった領域では局所的な溶け落ちが起こる、また、金属粉末が過剰となった領域では溶着されない、といった品質不良が発生する。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、継手の形状や重力の影響により、供給した金属粉末が偏っても、第１面側と第２面側とで均一な溶け込み量の肉盛とすることができるレーザ肉盛方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係るレーザ肉盛方法は、第１面と、前記第１面とは異なる向きの第２面と、により形成された角領域のレーザ肉盛方法であって、前記角領域に金属粉末を供給するステップと、前記第１面及び前記第２面に所定の照射条件でレーザをウィービング照射して前記金属粉末を溶融させた溶融部を形成するステップと、前記第１面の前記溶融部の第１温度及び前記第２面の前記溶融部の第２温度を測定するステップと、前記第１温度及び前記第２温度に基づいて前記照射条件を設定するステップと、を有する。このような構成とすることにより、継手の形状や重力の影響により、供給した金属粉末が偏っても、第１面側と第２面側とで均一な溶け込み量の肉盛とすることができる。
【０００７】
また、前記第１温度が前記第２温度よりも高い場合には、前記第２面上における前記レーザの照射エネルギーを前記第１面上における前記レーザの前記照射エネルギーよりも大きくし、前記第１温度が前記第２温度よりも低い場合には、前記第１面上における前記レーザの前記照射エネルギーを前記第２面上における前記レーザの前記照射エネルギーよりも大きくする。このような構成により、第１面及び第２面における入熱のバラつきを抑制することができる。
【０００８】
さらに、前記第１温度が前記第２温度よりも高い温度であって、かつ、前記第１温度から前記第２温度を引いた差が所定の閾値よりも大きい場合には、前記第１面上の前記レーザの走査速度を、前記第２面上の前記レーザの前記走査速度よりも大きくし、前記第１温度が前記第２温度よりも低い温度であって、かつ、前記第２温度から前記第１温度を引いた差が所定の前記閾値よりも大きい場合には、前記第１面上の前記レーザの走査速度を、前記第２面上の前記レーザの前記走査速度よりも小さくすることが好ましい。このような構成により、温度が低い面側（金属粉末が多くなっている側）はレーザ照射時間が長くなるため、未溶着の発生を抑制することができ、温度が高い面側（金属粉末が少なくなっている側）にはレーザ照射時間が短くなるため、溶け落ちを抑制することができる。
【０００９】
また、前記第１温度が前記第２温度よりも高い温度であって、かつ、前記第１温度から前記第２温度を引いた差が所定の閾値よりも大きい場合には、前記第２面上で一定時間、前記レーザの走査を停止し、前記第１温度が前記第２温度よりも低い温度であって、かつ、前記第２温度から前記第１温度を引いた差が所定の前記閾値よりも大きい場合には、前記第１面上で一定時間、前記レーザの走査を停止することが好ましい。このような構成により、温度が低い面側（金属粉末が多くなっている側）はレーザ照射時間が長くなるため、未溶着の発生を抑制することができ、温度が高い面側（金属粉末が少なくなっている側）にはレーザ照射時間が短くなるため、溶け落ちを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、継手の形状や重力の影響によって、供給した金属粉末が偏っても、第１面側と第２面側とで均一な溶け込み量の肉盛とすることができるレーザ肉盛方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係るレーザ肉盛装置を例示した構成図である。
【図２】実施形態１に係るレーザ肉盛方法を例示した図である。
【図３】実施形態１に係るレーザ肉盛方法を例示したフローチャート図である。
【図４】（ａ）は、実施形態１に係るレーザ肉盛方法における走査速度の時間推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、走査速度を示す。（ｂ）は、実施形態１に係るレーザ肉盛方法における溶融池の放射温度の時間の推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、溶融池の放射温度を示す。（ｃ）は、実施形態１に係るレーザ肉盛方法により形成された肉盛層を例示した断面図である。
【図５】（ａ）は、比較例１に係るレーザ肉盛方法における走査速度の時間推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、走査速度を示す。（ｂ）は、比較例１に係るレーザ肉盛方法における溶融池の放射温度の時間の推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、溶融池の放射温度を示す。（ｃ）は、比較例１に係るレーザ肉盛方法により形成された肉盛層を例示した断面図である。
【図６】比較例２に係るレーザ肉盛方法を例示した図である。
【図７】実施形態２に係るレーザ肉盛方法を例示したフローチャート図である。
【図８】実施形態２に係るレーザ肉盛方法における走査速度の時間推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、走査速度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１３】
（実施形態１）
実施形態１に係るレーザ肉盛装置を説明する。まず、実施形態１に係るレーザ肉盛装置の構成を説明する。レーザ肉盛装置の構成を説明した後で、レーザ肉盛装置の動作として、レーザ肉盛方法を説明する。
【００１４】
図１は、実施形態１に係るレーザ肉盛装置を例示した構成図である。
図１に示すように、レーザ肉盛装置１は、ワーク１０に肉盛層１５を形成する装置である。ワーク１０は、例えば、シリンダヘッド粗形材である。なお、ワーク１０は、シリンダヘッド粗形材に限らない。
【００１５】
レーザ肉盛装置１は、レーザ発振器２０、スキャナー・ヘッド３０、ミラー・レンズ駆動部４０、粉末供給部５０、ノズル６０、処理・演算部７０、制御部８０を備えている。
【００１６】
レーザ発振器２０は、レーザ２５を発振する。レーザ発振器２０は、制御部８０からの制御信号によりレーザ２５の発振、停止及び強度の変更を行う。レーザ発振器２０は、発振させたレーザ２５を、スキャナー・ヘッド３０に入射させる。
【００１７】
スキャナー・ヘッド３０は、ミラー３５、レンズ３６、レーザヘッド３７、放射温度計３８を含んでいる。ミラー３５及びレンズ３６は、スキャナー・ヘッド３０の筐体の内部に配置されている。
【００１８】
ミラー３５は、ハーフミラーであり、入射した光の一部を透過させ、一部を反射する。ミラー３５は、レーザ発振器２０から発振されたレーザ２５の一部を透過させ、レーザヘッド３７に到達させるように筐体内に配置されている。また、ミラー３５は、レーザヘッド３７を介して入射した赤外光３９の一部をレンズ３６に対して反射するように筐体内に配置されている。
【００１９】
レンズ３６は、光を集光する。光は、例えば、赤外光３９を含んだ光である。レンズ３６は、ミラー３５により反射した赤外光３９を放射温度計３８に対して集光するように筐体内に配置されている。
【００２０】
レーザヘッド３７は、スキャナー・ヘッド３０のワーク１０側に取り付けられている。レーザヘッド３７は、レーザ２５の出射口を有している。レーザヘッド３７は、ミラー３５を透過したレーザ２５を、ワーク１０上に到達させるように配置されている。また、レーザヘッド３７の出射口は、赤外光３９の入射口としても機能する。レーザヘッド３７は、ワーク１０上の金属粉末５５がレーザ２５の照射により溶融した溶融池１６（溶融部）からの赤外光３９をミラー３５に到達させるように配置されている。レーザ２５の光軸と、溶融池１６からの赤外光３９の光軸とを、レーザヘッド３７において略一致させてもよい。その場合には、溶融池１６の放射温度を正確に測定することができる。
【００２１】
放射温度計３８は、レンズ３６に対向したスキャナー・ヘッド３０の壁面に配置されている。放射温度計３８は、物体から放射される赤外光や可視光の強度を測定して、物体の温度を測定する。放射温度計３８は、レンズ３６で集光された赤外光３９の強度を測定することにより放射温度を測定する。例えば、ワーク１０上の溶融池１６からの赤外光３９の強度を測定し、溶融池１６の放射温度を測定する。放射温度計３８は、測定した放射温度の情報を処理・演算部７０に対して出力する。
【００２２】
ミラー・レンズ駆動部４０は、スキャナー・ヘッド３０を駆動させる。ミラー・レンズ駆動部４０は、制御部８０からの制御信号により、スキャナー・ヘッド３０を駆動させて、レーザヘッド３７から出射するレーザ２５を走査する。これにより、レーザ２５の照射位置が移動する。例えば、ミラー・レンズ駆動部４０は、スキャナー・ヘッド３０をウィービング（オーシレーション）させて、ウィービング照射する。すなわち、ミラー・レンズ駆動部４０は、肉盛層１５の形成方向（以下、クラッド方向１７という。）に対して直交する方向にスキャナー・ヘッド３０を揺動させながらレーザヘッド３７をクラッド方向１７に進める。
【００２３】
なお、ミラー・レンズ駆動部４０は、スキャナー・ヘッド３０を振り子のように一方向にウィービング（オーシレーション）させながら、ワーク１０をクラッド方向１７とは反対方向に移動させてもよい。
【００２４】
ミラー・レンズ駆動部４０は、制御部８０からの制御信号により、レーザ２５の走査、走査の停止、走査速度の変更を行う。
【００２５】
ミラー３５、レンズ３６、レーザヘッド３７、放射温度計３８は、スキャナー・ヘッド３０に固定されているので、スキャナー・ヘッド３０をウィービングさせても、溶融池１６からの赤外線をミラー３５、レンズ３６を介して放射温度計３８で測定することができる。
【００２６】
粉末供給部５０は、金属粉末５５をノズル６０に対して供給する。粉末供給部５０は、キャリアガスに金属粉末５５を混合させて供給する。金属粉末５５は、例えば、銅粉末を含むものである。キャリアガスは、例えば、窒素またはアルゴン等の不活性ガスである。粉末供給部５０は、制御部８０からの制御信号により、金属粉末５５の供給タイミング、停止、供給量を調整している。
【００２７】
ノズル６０は、粉末供給部５０から供給された金属粉末５５をワーク１０に対して供給する。ノズル６０は、金属粉末５５をキャリアガスと共にワーク１０上に供給する。ノズル６０からワーク１０上に供給された金属粉末５５に対して、レーザ２５を照射することにより、肉盛層１５が形成される。肉盛層１５の形成に伴って、ノズル６０を、クラッド方向１７に移動させる。なお、ワーク１０が、クラッド方向１７とは逆方向に移動している場合には、ノズルは固定されてもよい。
【００２８】
処理・演算部７０は、放射温度計３８が測定した放射温度の情報を放射温度計３８から受信する。処理・演算部７０は、放射温度計３８から受信した放射温度の情報から、溶融池１６の各位置の放射温度を比較し、各位置の放射温度を用いた演算を行う。処理・演算部７０は、比較した結果及び演算した結果から、レーザ２５の照射条件を設定する。
【００２９】
処理・演算部７０は、設定した照射条件を制御部８０に送信する。また、処理・演算部７０には、肉盛層１５の加工条件が入力される。処理・演算部７０は、入力された加工条件に基づいて、肉盛層１５を形成するための加工条件を算出する。処理・演算部７０は、算出した肉盛層１５の加工条件を制御部８０に送信する。
【００３０】
制御部８０は、粉末供給部５０に対して、金属粉末５５の供給タイミング、停止、供給量の制御を行うための制御信号を送信する。また、制御部８０は、レーザ発振器２０に対して、レーザ２５の発振、停止、強度、絞り、レーザの点滅による減光等を制御するための制御信号を送信する。さらに、制御部８０は、ミラー・レンズ駆動部４０に対して、スキャナー・ヘッド３０の移動、停止、移動速度を制御するための制御信号を送信する。これにより、レーザ２５の走査、走査の停止、走査速度の変更が行われる。
【００３１】
また、制御部８０は、処理・演算部７０から受信した溶融池１６の各位置の放射温度を比較した結果及び演算した結果に基づいて、ミラー・レンズ駆動部４０に対して、スキャナー・ヘッド３０のウィービングを伴った走査、走査の停止及び走査速度の変更を制御する制御信号を送信する。
【００３２】
次に、本実施形態に係るレーザ肉盛装置の動作として、レーザ肉盛方法を説明する。
図２は、実施形態１に係るレーザ肉盛方法を例示した図である。
図２に示すように、レーザ肉盛装置１は、ワーク１０に対して、金属粉末５５を供給しつつ、レーザ２５を照射して肉盛層１５を形成する。ワーク１０は、第１面１１と、第１面とは異なる向きの第２面１２と、により形成された角領域を有している。本実施形態は、このような角領域のレーザ肉盛方法である。
【００３３】
第１面１１は、例えば、垂直面である。第２面１２は、例えば、水平面である。この場合には、角領域は、垂直面と水平面で形成された90°の角度をなす領域である。第１面１１と第２面１２とは、交差している。交差部分は、一方向に延びた交線となっている。交線における一方向は、肉盛層１５の形成方向、すなわち、クラッド方向１７となっている。
【００３４】
まず、角領域に金属粉末５５を供給する。制御部８０からの制御信号により、粉末供給部５０は、ノズル６０を介して、キャリアガスとともに金属粉末５５を角領域に、供給する。
【００３５】
次に、角領域に供給された金属粉末５５に対してレーザ２５を照射する。制御部８０からの制御信号により、レーザ発振器２０は、レーザ２５を、スキャナー・ヘッド３０におけるミラー３５に対して出射する。レーザ発振器２０から出射したレーザ２５の一部は、ミラー３５を透過し、レーザヘッド３７を介して、角領域に供給された金属粉末５５を照射する。
【００３６】
レーザ２５により照射された金属粉末５５は溶融する。金属粉末５５のうち、レーザ２５により溶融した部分は溶融池１６（溶融部）となる。溶融池１６に対して、ノズル６０から金属粉末５５を供給する。また、溶融池１６に対して、レーザヘッド３７からレーザ２５を照射する。溶融池１６を維持しながら、ノズル６０及びレーザヘッド３７をクラッド方向１７に移動させることにより、溶融池１６をクラッド方向１７に移動させる。溶融池１６が移動した後には、肉盛層１５が形成される。
【００３７】
本実施形態では、レーザヘッド３７をクラッド方向１７に移動させる際に、レーザヘッド３７をウィービングさせている。すなわち、クラッド方向１７に対して交差する方向、例えば、クラッド方向１７に対して直交する方向に、レーザヘッド３７を揺動させながらレーザヘッド３７をクラッド方向１７に進めている。なお、レーザヘッド３７の内部にレーザ２５の照射角度を制御するミラーを組み込み、ミラーを駆動させることでウィービングさせてもよい。
【００３８】
レーザヘッド３７をウィービングすることにより、第１面１１（垂直面）における照射位置２５ａ及び第２面１２（水平面）における照射位置２５ｂを交互にレーザ２５により照射している。このように、レーザヘッド３７は、第１面１１及び第２面１２に所定の照射条件でレーザ２５をウィービング照射して、金属粉末５５を溶融させた溶融部を形成する。
【００３９】
第１面１１上の照射位置２５ａをレーザ２５により照射したときには、照射位置２５ａまたはその近傍の溶融池１６ａからの赤外光３９が、レーザヘッド３７、ミラー３５及びレンズ３６を介して放射温度計３８に到達する。よって、第１面１１上の溶融池１６ａの放射温度（以下、「第１温度Ta」という。）を測定することができる。
【００４０】
また、第２面１２上の照射位置２５ｂをレーザ２５により照射したときには、照射位置２５ｂまたはその近傍の溶融池１６ｂからの赤外光３９が、レーザヘッド３７、ミラー３５及びレンズ３６を介して放射温度計３８に到達する。よって、第２面１２上の溶融池１６ｂの放射温度（以下、「第２温度Tb」という。）を測定することができる。
【００４１】
このように、放射温度計３８は、第１面１１の溶融池１６ａ（溶融部）の第１温度Ta及び第２面１２の溶融池１６ｂ（溶融部）の第２温度Tbを測定する。放射温度計３８は、測定した第１温度Ta及び第２温度Tbを、処理・演算部７０に送信する。
【００４２】
処理・演算部７０は、放射温度計３８から送信された第１温度Ta及び第２温度Tbに基づいて、レーザ２５の照射条件を設定する。照射条件は、第１面１１上及び第２面１２上を照射するレーザ２５の照射エネルギーを増減させることを意図して設定される。例えば、照射エネルギーは、レーザ走査速度、レーザ走査の停止時間、レーザの強度、レーザの絞り、レーザのピントにより増減させることができる。したがって、照射条件は、レーザ走査速度、レーザ走査の停止時間、レーザの強度、レーザの絞り、レーザのピントを含んでいる。また、照射条件は、レーザ２５の発振、停止、金属粉末５５の供給タイミング、供給停止及び供給量等を含んでもよい。
【００４３】
例えば、第１温度Taが第２温度Tbよりも高い場合には、第２面１２上におけるレーザ２５の照射エネルギーを第１面１１上におけるレーザ２５の照射エネルギーよりも大きくする。また、第１温度Taが第２温度Tbよりも低い場合には、第１面１１上におけるレーザ２５の照射エネルギーを第２面１２上におけるレーザ２５の照射エネルギーよりも大きくする。以下、具体的な例で説明する。
【００４４】
図３は、実施形態１に係るレーザ肉盛方法を例示したフローチャート図である。
図３のステップＳ１１に示すように、本実施形態では、ウィービングの振幅における両端の第１面１１上の溶融池１６ａの放射温度（第１温度Ta）及び第２面１２上の溶融池１６ｂの放射温度（第２温度Tb）を測定する。
【００４５】
次に、ステップＳ１２に示すように、第１温度Taと第２温度Tbとの温度差ΔTを算出する。次に、ステップＳ１３に示すように、温度差ΔTが閾値αよりも大きいかを判断する。温度差ΔTが閾値αよりも大きい（Yesの）場合には、第１面１１上のレーザ２５の走査速度を上げるとともに、第２面１２上のレーザ２５の走査速度を下げる。すなわち、第１温度Taが第２温度Tbよりも高い温度であって、かつ、第１温度Taから第２温度Tbを引いた差が所定の閾値αよりも大きい場合には、第１面１１上のレーザ２５の走査速度を、第２面１２上のレーザ２５の走査速度よりも大きくする。その後、ステップＳ１１に戻り、第１温度Ta及び第２温度Tbを測定する。なお、閾値αは、肉盛層１５の加工条件等により適宜設定する。
【００４６】
一方、温度差ΔTが閾値αよりも小さい（Noの）場合には、ステップＳ１４に示すように、温度差ΔTが閾値（−α）よりも小さいか判断する。温度差ΔTが閾値（−α）よりも小さい（Yesの）場合には、第１面１１上のレーザ２５の走査速度を下げるとともに、第２面１２上のレーザ２５の走査速度を上げる。すなわち、第１温度Taが第２温度Tbよりも低い温度であって、かつ、第２温度Tbから第１温度Taを引いた差が所定の閾値αよりも大きい場合には、第１面１１上のレーザの走査速度を、第２面１２上のレーザの走査速度よりも小さくする。その後、ステップＳ１１に戻り、第１温度Ta及び第２温度Tbを測定する。
【００４７】
一方、温度差ΔTが閾値（−α）よりも大きい（Noの）場合には、ステップＳ１５に示すように、肉盛が終了したかを判断する。肉盛が終了していない（Noの）場合には、レーザ走査速度はそのままにして、肉盛を続ける。そして、ステップＳ１１に戻り、第１温度Ta及び第２温度Tbを測定する。肉盛が終了した（Yesの）場合には、肉盛を終了させる。このようにして、第１面１１と、第１面１１とは異なる向きの第２面１２と、により形成された角領域のレーザ肉盛は終了する。
【００４８】
次に、本実施形態の効果を説明する。
図４（ａ）は、実施形態１に係るレーザ肉盛方法における走査速度の時間推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、走査速度を示す。図４（ｂ）は、実施形態１に係るレーザ肉盛方法における溶融池の放射温度の時間の推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、溶融池の放射温度を示す。図４（ｃ）は、実施形態１に係るレーザ肉盛方法により形成された肉盛層を例示した断面図である。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、本実施形態では、ウィービングにおけるレーザ２５の走査速度を、レーザ２５の照射位置により変化させている。第１温度Taが第２温度Tbよりも高い温度であって、かつ、第１温度Taから第２温度Tbを引いた差が所定の閾値αよりも大きい場合には、第１面１１上の照射位置２５ａにおけるレーザ２５の走査速度を、第２面１２上の照射位置２５ｂにおけるレーザの走査速度よりも大きくしている。これによって、第２面１２を照射する時間が長くなり、第２面１２の温度の低下を抑制することができる。
【００５０】
よって、このように走査速度を制御することにより、図４（ｂ）に示すように、第１温度Taと、第２温度Tbとの間の温度差を小さくすることができる。そして、第１温度Taと、第２温度Tbとの間の温度差を小さくすることができるので、図４（ｃ）に示すように、第１面１１及び第２面１２の母材に対する金属粉末５５の溶け込み及び熱影響を均一化することができる。そして、金属粉末５５の供給が、継手形状及び重力などで偏った場合でも、肉盛層１５と母材との界面の品質を均一化し、不良の発生を抑制することができる。
【００５１】
なお、第１温度Taと第２温度Tbの関係が逆の場合、すなわち、第１温度Taが第２温度Tbよりも低い温度であって、かつ、第２温度Tbから第１温度Taを引いた差が所定の閾値αよりも大きい場合には、第１面１１上のレーザ２５の走査速度を、第２面１２上のレーザの走査速度よりも小さくする。これにより、第１面１１を照射する時間が長くなり、第１面１１の温度の低下を抑制することができる。よって、第１面１１及び第２面１２の母材に対する金属粉末５５の溶け込み及び熱影響を均一化することができる。
【００５２】
次に、本実施形態の効果をさらに詳しく説明する前に、比較例を説明する。そして、比較例と比較することにより、本実施形態の効果を説明する。
【００５３】
（比較例１）
図５（ａ）は、比較例１に係るレーザ肉盛方法における走査速度の時間推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、走査速度を示す。図５（ｂ）は、比較例１に係るレーザ肉盛方法における溶融池の放射温度の時間の推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、溶融池の放射温度を示す。図５（ｃ）は、比較例１に係るレーザ肉盛方法により形成された肉盛層を例示した断面図である。
【００５４】
図５（ａ）に示すように、比較例１においては、ウィービングにおけるレーザ２５の走査速度を、レーザ２５の照射位置により変化させていない。第１面１１上のレーザ２５の走査速度と、第２面１２上のレーザ２５の走査速度とを同じ走査速度として一定にしている。したがって、第１面１１を照射する時間も、第２面１２を照射する時間も同じ時間となっている。
【００５５】
図５（ｂ）に示すように、第１面１１を照射する時間も、第２面１２を照射する時間も同じ時間とした場合には、金属粉末５５の供給が、継ぎ手形状や重力等の影響で偏ると、第１温度Taと第２温度Tbとの間に温度差が生じることとなる。例えば、第１面１１が垂直面であり、第２面１２が水平面の場合には、重力の影響で、金属粉末５５が第２面１２上に偏ることがある。
【００５６】
そうすると、図５（ｃ）に示すように、第１面１１では、金属粉末５５が少なくなり、レーザ２５の照射により、第１温度Taが高くなり、第１面１１における母材に対する金属粉末５５の溶け込みが大きくなる。また、熱の影響も大きくなる。一方、第２面１２では、金属粉末５５が多くなり、レーザ２５の照射による第２温度Tbは低くなり、母材に対する金属粉末５５の溶け込みが小さくなる。また、熱の影響も少なくなる。
【００５７】
したがって、第１温度Taと、第２温度Tbとの温度差が大きくなり、第１面１１及び第２面１２に対する金属粉末５５の溶け込み及び熱影響が不均一化する。そして、金属粉末５５の供給が、継手形状及び重力などで偏った場合に、肉盛層１５と母材との界面の品質が不均一化し、不良の発生を抑制することができない。
【００５８】
これに対して、本実施形態では、溶融池１６の温度分布のモニタリング情報をもとにウィービングを伴う走査速度を制御している。これにより、第１面１１と第２面１２とにより形成された角領域に金属粉末５５を溶融させて積層するレーザ肉盛において、金属粉末５５の供給が継手形状や重力などの影響で偏った場合でも、積層界面の品質（溶け込み、熱影響）を均一化し、不良の発生を抑制することができる。
【００５９】
（比較例２）
次に、別の比較例を比較例２として説明する。特開平１０−２４４３６７号公報には、溶接ロボットに、継手Ａ及び継手Ｂのギャップ長に適応させた条件のウィービングとトラッキングを行わせる溶接方法が開示されている。図６は、比較例２に係るレーザ肉盛方法を例示した図である。
【００６０】
図６に示すように、この方法では、ロボット手先部１０１にレーザセンサ２と溶接トーチ３を取り付けて継手Ａ及びＢの溶接を行う。レーザセンサ２は、レーザビーム５で継手面上を走査（６Ａ、６Ｂ）し、溶接線位置検出とギャップ長検出を周期的に行う。ロボットからセンサにタイムスタンプ付のセンサ現在位置データが周期的に出力され、溶接線位置がロボットデータとして求められる。検出されたギャップ長g(x)のレンジに応じたウィービング条件が選択され、トーチ先端４は、トラッキングとウィービングを重ね合わせた軌跡ＷＶを描く。ウィービング条件切換は、軌道の乱れを防止したタイミングで行われる。
【００６１】
本比較例では、継手の位置やギャップに合わせてウィービングの軌跡を制御（選択）するので、継手全体を確実に溶接することができるが、継手の位置やギャップに起因する入熱分布のバラツキによって発生する溶接品質（溶け込み、熱影響など）のバラツキを制御することができない。溶接品質（溶け込み、熱影響など）を支配する入熱分布を測定して、ウィービング条件を制御していないためである。
【００６２】
これに対して、本実施形態では、溶接品質（溶け込み、熱影響など）に大きく影響している溶融池１６の温度分布をリアルタイムに測定して、その情報をもとにウィービングを伴う走査条件（速度、停止時間、振幅等）をフィードバック制御している。よって、粉末供給分布が継手形状や重力などの影響で偏った場合でも、積層界面の品質（溶け込み、熱影響）を均一化し、不良の発生を抑制することができる。
【００６３】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るレーザ肉盛方法を説明する。本実施形態では、第１面１１上及び第２面１２上におけるレーザ２５の走査速度を制御する代わりに、レーザ２５の走査を停止させる。実施形態２に係るレーザ肉盛装置の構成は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００６４】
図７は、実施形態２に係るレーザ肉盛方法を例示したフローチャート図である。図７のステップＳ２１、ステップＳ２２、ステップＳ２３は、実施形態１のステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１３と同様であるので説明を省略する。ステップＳ２３において、温度差ΔTが閾値αよりも大きい（Yesの）場合には、第２面１２上でレーザ２５を照射しながら、レーザ２５の走査にタイマーを入れる、すなわち、レーザ２５を照射しながら、レーザ２５の走査を一定時間停止する。
【００６５】
このようにして、第１温度Taが第２温度Tbよりも高い温度であって、かつ、第１温度Taから第２温度Tbを引いた差が所定の閾値よりも大きい場合には、第２面１２上で一定時間、レーザ２５の走査を停止する。その後、ステップＳ２１に戻り、第１温度Ta及び第２温度Tbを測定する。
【００６６】
一方、温度差ΔTが閾値αよりも小さい（Noの）場合には、ステップＳ２４に示すように、温度差ΔTが閾値（−α）よりも小さいか判断する。温度差ΔTが閾値（−α）よりも小さい（Yesの）場合には、第１面１１上で照射しながら、レーザ２５の走査にタイマーをいれる、すなわち、レーザ２５の走査を一定時間停止する。このようにして、第１温度Taが第２温度Tbよりも低い温度であって、かつ、第２温度Tbから第１温度Taを引いた差が所定の閾値よりも大きい場合には、第１面１１上で一定時間、レーザ２５の走査を停止する。その後、ステップＳ２１に戻り、第１温度Ta及び第２温度Tbを測定する。
【００６７】
温度差ΔTが閾値（−α）よりも大きい（Noの）場合には、ステップＳ２５に示すように、肉盛が終了したかを判断する。肉盛が終了していない（Noの）場合には、レーザ走査速度はそのままにして、肉盛を続ける。そして、ステップＳ２１に戻り、第１温度Ta及び第２温度Tbを測定する。肉盛が終了した（Yesの）場合には、肉盛が終了する。このようにして、第１面１１と、第１面１１とは異なる向きの第２面１２と、により形成された角領域のレーザ肉盛は終了する。
【００６８】
次に、本実施形態の効果を説明する。
図８は、実施形態２に係るレーザ肉盛方法における走査速度の時間推移を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は、走査速度を示す。
【００６９】
図８に示すように、本実施形態では、ウィービングを伴うレーザ２５の走査速度を、レーザ２５の照射位置により変化させている。第１温度Taが第２温度Tbよりも高い温度であって、かつ、第１温度Taから第２温度Tbを引いた差が所定の閾値αよりも大きい場合には、第２面１２上の照射位置２５ｂで一定時間、レーザ２５の走査を停止している。これにより、第２面１２を照射する時間が長くなり、第２面１２の温度の低下を抑制することができる。
【００７０】
よって、走査速度を制御することにより、図４（ｂ）に示すように、第１温度Taと、第２温度Tbとの間の温度差を小さくすることができる。そして、図４（ｃ）に示すように、第１面１１及び第２面１２の母材に対する金属粉末５５の溶け込み及び熱影響を均一化することができる。これにより、金属粉末５５の供給が、継手形状及び重力などで偏った場合でも、肉盛層１５と母材との界面の品質を均一化し、不良の発生を抑制することができる。
【００７１】
なお、第１温度Taと第２温度Tbの関係が逆の場合、すなわち、第１温度Taが第２温度Tbよりも低い温度であって、かつ、第２温度Tbから第１温度Taを引いた差が所定の閾値よりも大きい場合には、第１面１１上で一定時間、レーザ２５の走査を停止する。これにより、第１面１１を照射する時間が長くなり、第１面１１の温度の低下を抑制することができる。その他の効果は、実施形態１と同様である。
【００７２】
以上、本発明に係るレーザ肉盛方法の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
【００７３】
例えば、第１面１１と第２面との間の角度は、90°に限らない。第１面１１と第２面１２との間の角度は、鋭角、鈍角等、任意の角度を有する角領域に適用可能である。また、第１面１１を垂直面、第２面を水平面とすることに限らない。第１面１１及び第２面１２をともに水平から傾けてＶ字の角領域にしてもよい。
【００７４】
ワーク１０としては、シリンダヘッドのバルブシートに限らず、高温環境下において、耐熱性や耐摩耗性が要求されるワーク１０に肉盛層を形成する場合等に適用することができる。
【００７５】
また、レーザ２５を振り子のように一方向にウィービングさせながら、ワーク１０をクラッド方向１７と逆方向に移動させる場合にも本実施形態１及び２は適用可能である。この場合には、一方向にウィービングさせる速度と、ワーク１０の移動速度とを合わせたものを本実施形態１及び２における走査速度として用いればよい。すなわち、走査速度を下げる場合には、ウィービングの速度と、ワーク１０の移動速度とを共に下げる等の調整を行う。
なお、本実施形態における速度とは、速さを意味する場合がある。
【符号の説明】
【００７６】
１  レーザ肉盛装置
１０  ワーク
１１  第１面
１２  第２面
１５  肉盛層
１６、１６ａ、１６ｂ  溶融池
１７  クラッド方向
２０  レーザ発振器
２５  レーザ
２５ａ、２５ｂ  照射位置
３０  スキャナー・ヘッド
３５  ミラー
３６  レンズ
３７  レーザヘッド
３８  放射温度計
３９  赤外光
４０  ミラー・レンズ駆動部
５０  粉末供給部
５５  金属粉末
６０  ノズル
７０  処理・演算部
８０  制御部
【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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【図７】
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【図８】
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