(57)【要約】【課題】レーザビームを照射して金属基体上に肉盛層を形成するレーザ肉盛方法において、レーザビームの照射による肉盛用金属部材の溶融を素早く行うことができ、迅速かつ確実に金属基体上に肉盛層を形成することができるレーザ肉盛方法を提供する。【解決手段】本発明のレーザ肉盛方法は、肉盛用金属部材３をあらかじめ金属基体２上に固定した後、肉盛用金属部材３にレーザビームｂを照射することにより、該肉盛用金属部材３を溶融させて金属基体２上に肉盛層４を形成するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉盛用金属部材をあらかじめ金属基体上に固定した後、前記肉盛用金属部材にレーザビームを照射することにより、該肉盛用金属部材を溶融させて前記金属基体上に肉盛層を形成することを特徴とするレーザ肉盛方法。
【請求項２】
肉盛用金属部材は、メッシュ状に形成されたメッシュ体であり、少なくともレーザビームが照射される部位に、不活性ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１記載のレーザ肉盛方法。
【請求項３】
メッシュ体の目開きの部位に肉盛用粉末を投入し、レーザビームの照射により、前記メッシュ体と共に前記肉盛用粉末を溶融することを特徴とする請求項２記載のレーザ肉盛方法。
【請求項４】
肉盛用粉末は、メッシュ体とは異なる種類の材料であることを特徴とする請求項３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、レーザビームを照射し、金属基体上に載置した肉盛用金属部材を溶融させて金属基体上に肉盛層を形成するレーザ肉盛方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、金型の欠損部位や鋳造部品のピンホールを補修したり、金属部材を厚肉に修正したりするなど、下地となる金属基体上に肉盛りを行う場合、肉盛りをする金属基体上に肉盛用金属部材となる金属ワイヤや金属棒を逐次供給し、これらにレーザビームを照射して溶着させ、金属基体上に肉盛層を形成して肉盛りを行っていた（例えば、特許文献１の図１参照）。
【特許文献１】特開平８−１１８０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したレーザ肉盛方法にあっては、レーザビームを照射する際、金属ワイヤや金属棒を、逐次肉盛りをする部位に供給するため、肉盛作業に時間がかかってしまい、特に作業性の点で問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、肉盛用金属部材をあらかじめ金属基体上に固定した後、前記肉盛用金属部材にレーザビームを照射することにより、該肉盛用金属部材を溶融させて前記金属基体上に肉盛層を形成するレーザ肉盛方法である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のレーザ肉盛方法において、肉盛用金属部材は、メッシュ状に形成されたメッシュ体であり、少なくともレーザビームが照射される部位に、不活性ガスを吹き付けるものである。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のレーザ肉盛方法において、メッシュ体の目開きの部位に肉盛用粉末を投入し、レーザビームの照射により、前記メッシュ体と共に前記肉盛用粉末を溶融するものである。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項３記載のレーザ肉盛方法において、肉盛用粉末は、メッシュ体とは異なる種類の材料であるものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載のレーザ肉盛方法によれば、肉盛用金属部材をあらかじめ金属基体上に固定した後、肉盛用金属部材にレーザビームを照射することにより、該肉盛用金属部材を溶融させて金属基体上に肉盛層を形成するため、レーザビームの照射に先だって金属基体上に肉盛用金属部材を固定しておく分、レーザビームの照射による肉盛用金属部材の溶融を素早く行うことができ、迅速かつ確実に金属基体上に肉盛層を形成することができる。
【００１０】
また、従来、レーザビームの照射時に、肉盛用金属部材や金属基体が高温となって酸化するのを防止するため、不活性ガスを吹き付けつつレーザビームを照射することもある。かかる場合、肉盛用金属を増やすために肉盛用金属部材を金属板にすると、不活性ガスが該金属板の裏面に回り込み難くなり金属の酸化を生じ易くなる。しかしながら、請求項２に記載のレーザ肉盛方法によれば、請求項１記載のレーザ肉盛方法の効果に加え、肉盛用金属部材は、メッシュ状に形成されたメッシュ体であり、少なくともレーザビームが照射される部位に、不活性ガスを吹き付けるため、メッシュ体の目開きを通して金属が溶融する部位全体に不活性ガスを万遍なく行き渡らせることができ、形成された肉盛層の金属が酸化して変質するのを防止することができる。
【００１１】
請求項３に記載のレーザ肉盛方法によれば、請求項２に記載のレーザ肉盛方法の効果に加え、メッシュ体の目開きの部位に肉盛用粉末を投入し、レーザビームの照射により、メッシュ体と共に肉盛用粉末を溶融するため、肉盛用粉末の粒子の間隙を介して不活性ガスが流通するのを確保しつつ、肉盛用粉末を投入する分、より多くの材料を肉盛りすることができ、しかも、レーザビームの照射による熱衝撃（金属の急激な蒸発、膨張）や不活性ガスの吹き付けを受けて肉盛用粉末がメッシュの展張方向に散逸するのを抑制することができ、より一層迅速かつ確実に金属基体上に肉盛層を形成することができる。
【００１２】
請求項４に記載のレーザ肉盛方法によれば、請求項３に記載のレーザ肉盛方法の効果に加え、肉盛用粉末は、メッシュ体とは異なる種類の材料であるため、メッシュ体の金属と肉盛用粉末材料とからなる肉盛層を簡易な方法で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第1の実施例を、図１〜図４に基づき説明する。図１において、１はレーザビーム照射装置、２は金属基体、３は肉盛用金属部材である。
【００１４】
レーザビーム照射装置１は、肉盛用金属部材３にレーザビームｂを照射するものであり、図示してないレーザ光発振器により発生したレーザ光を、例えば、光ファイバ１１により伝送し、集光ヘッド１３に設けられた集光レンズ１２により集光してレーザビームｂとして照射をするものである。レーザビーム照射装置１は、例えば、ＹＡＧレーザ装置、炭酸ガスレーザ装置、半導体レーザ装置など公知のレーザ装置である。
【００１５】
金属基体２は、肉盛層４の下地となるものであり、例えば、金型や各種産業用機械部品などであり、鋼、ステンレス等の鉄系金属や、アルミニウム、銅、チタン、又は、これらの合金などの金属で構成される。
【００１６】
肉盛用金属部材３は、前述の金属基体２上に形成される肉盛層４の材料となるものであり、金属基体２の肉厚を単に厚くする場合にあっては、金属基体２と同じ種類の金属が用いられる。また、金属基体２上に表面硬化機能などの特殊な機能を有する肉盛層４を設ける場合にあっては、金属基体２とは異なる種類の金属を用いることもでき、例えば、鋼からなる金属基体２上に肉盛用金属部材３としてチタン（Ｔｉ）を用いて、これらの合金からなる肉盛層４を形成することもできる。
【００１７】
次に、第１の実施例のレーザ肉盛方法について説明する。まず、レーザビームの照射に先だって、肉盛用金属部材３をあらかじめ金属基体２上に固定する。
【００１８】
ここで、肉盛用金属部材３は、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示したように、肉盛用金属を金属ワイヤ３１（図２（ａ）参照）や、メッシュ状に形成されたメッシュ体３２（図２（ｂ）参照）などを用いることができる。メッシュ体３２を用いる場合にあっては、あらかじめ織られたメッシュを使用し、肉盛りを行う領域の形状に見合うように成形した後、金属基体２上に載置して固定することができる。このメッシュ体３２のサイズは、好適には、約１０〜約２５０メッシュのものが用いられる。また、金属ワイヤ３１を用いる場合にあっては、線材の直径が約０．１ｍｍ〜約１ｍｍ程度のものを使用し、あらかじめ1本または複数本（図２（ａ）では３本の金属ワイヤ３１を例示）の金属ワイヤ３１を金属基体２上に載置して固定することができる。
【００１９】
また、肉盛用金属部材３の金属基体２への固定は、例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、公知の抵抗溶接法により、金属基体２上に載置した肉盛用金属部材３の端部に溶接電極７を当接させて溶着したり、公知のレーザ溶接法により固着（図示せず）をしたり、あるいは、図３（ｃ）、（ｄ）に示したように、固定具８を用いて機械的に留め置いて固定したりするもので、金属基体２と肉盛用金属部材３とが相対的に移動しないようにする。レーザ溶接法による固着にあっては、前述のレーザビーム照射装置１を利用して行ってもよい。なお、図３（ａ）、（ｂ）では肉盛用金属部材３の一部を複数箇所で固定したものを例示しているが、固定箇所は、肉盛用金属部材３の大きさ等に応じて、肉盛用金属部材３の一部又は全部を、一箇所又は複数箇所で固定すればよい。また、固定具８を用いる場合にあっては、レーザビームｂの照射に支障がない位置に固定具８を取り付ける。
【００２０】
そして、図１に示したように、金属基体２上に固定された肉盛用金属部材３に向かって、レーザビーム照射装置１からレーザビームｂを照射すると、この照射される部位において、レーザビームｂのエネルギーにより肉盛用金属部材３および該肉盛用金属部材３に接する近傍の金属基体２が加熱されて溶融し、該溶融により流動化した金属が金属基体２上に層を成し、レーザビームｂの照射終了後に放熱して凝固する。このとき、肉盛用金属部材３の金属と金属基体２の金属とが一体なって金属基体２上に肉盛層４が形成される。なお、レーザビームｂの照射される部位におけるビーム径は約０．１ｍｍ〜約５ｍｍ程度であるが、好ましくは、金属ワイヤ３１やメッシュ体３２の線材と同程度のビーム径にすることにより効率良く溶融させることができる。レーザビームｂは、集光ヘッド１３に設けられた集光レンズ１２により、前述のビーム径となるように集光される。
【００２１】
次に、金属基体２の位置を順次移動させてレーザビームｂの照射を繰り返し、肉盛用金属部材３の部位全体に亘って肉盛層４を形成する。なお、レーザビームｂの照射位置の移動は、図１に示したように、金属基体２を移動台１４上に載置し、集光ヘッド１３の位置を固定した状態で、左右ハンドル１４１および前後ハンドル１４２により金属基体２を左右方向（図１、４のＹ方向）、前後方向（図１、４のＸ方向）に移動させて行うものである。
【００２２】
ところで、レーザビームｂの照射の際、形成された肉盛層４が酸化して変質するのを防止するため、図４に示したように、レーザビーム照射装置１に不活性ガスｇを噴射するノズル５を設け、少なくともレーザビームｂが照射される部位に、不活性ガスｇを吹き付けてもよい。不活性ガスｇは、例えば、ヘリウム、アルゴンなどである。この不活性ガスｇの吹き付けにあっては、肉盛用金属部材３をメッシュ状に形成したメッシュ体３２と組み合わせるのが特に有効である。メッシュ体３２を用いた場合、該メッシュ体３２の目開き３２ａを通して該メッシュ体３２の溶融する部位全体に不活性ガスｇを万遍なく行き渡らせ、確実に酸化を防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施例について、上述した第１の実施例と同一部分に同一符号を付して、図５、図６に基づき説明する。この第２の実施例は、前述の第１の実施例の肉盛用金属部材３としてメッシュ体３２を用いた場合の他の異なる形態を示したものである。
【００２４】
図５において、６は肉盛用粉末で、肉盛用粉末６は、メッシュ体３２とは同じ種類の材料に限らず、異なる種類の材料とすることができ、例えば、鋼やステンレス等の金属や、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の炭化物、あるいは、酸化物、窒化物、ホウ化物などの粉末を用いることができる。また、粒径は、メッシュ体３２の目開き３２ａよりも小さい、例えば、約１μｍ〜約２００μｍ程度のものが使用される。
【００２５】
次に、第２の実施例のレーザ肉盛方法について説明する。まず、メッシュ体３２を金属基体２上の肉盛りをする部位に、第１の実施例と同様な方法（例えば、図３（ｂ）参照）により固定した後、図５に示したように、メッシュ体３２の目開き３２ａの部位に肉盛用粉末６の適量を投入する。
【００２６】
そして、図６に示したように、ノズル５により不活性ガスｇを少なくともレーザビームｂが照射される部位に吹き付けながら、メッシュ体３２および肉盛用粉末６に向けてレーザビームｂを照射し、このレーザビームｂの照射により、メッシュ体３２と共に肉盛用粉末６を溶融すると、レーザビームｂの照射される部位において、レーザビームｂのエネルギーによりメッシュ体３２、肉盛用粉末６、および、これらに接する近傍の金属基体２が加熱されて溶融し、該溶融により流動化した材料が金属基体２上に層を成し、レーザビームｂの照射終了後に放熱して凝固する。このとき、メッシュ体３２の金属と肉盛用粉末６の材料と金属基体２の金属とが一体なって金属基体２上に肉盛層４が形成される。
【００２７】
次に、金属基体２の位置を順次移動させてレーザビームｂの照射を繰り返し、肉盛用金属部材３および肉盛用粉末６の部位全体に亘って肉盛層４を形成する。
【００２８】
このように、メッシュ体３２の目開き３２ａの部位に肉盛用粉末６を投入することで、肉盛用粉末６の粒子の間隙を介して不活性ガスｇが流通するのを確保しつつ、肉盛用粉末６を投入する分、より多くの材料を肉盛りすることができ、しかも、レーザビームｂの照射による熱衝撃（金属の急激な蒸発、膨張）や不活性ガスｇの吹き付けを受けて肉盛用粉末６がメッシュ体３２の展張方向に散逸するのを抑制することができ、より一層迅速かつ確実に金属基体２上に肉盛層４を形成することができる。
【００２９】
なお、第２の実施例において、メッシュ体３２および／または肉盛用粉末６と金属基体２とを同じ種類の材料で形成したり、異なる種類の材料で形成したりしてもよい。
【００３０】
ところで、上述した第１の実施例および第２の実施例では、肉盛層４を一層形成する例について示したが、同様な方法により、多段に重ねて肉盛りを行ってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための肉盛加工時の斜視図である。
【図２】図１の肉盛用金属部材の各種の形状を示した斜視図であり、図２（ａ）は金属ワイヤを、図２（ｂ）はメッシュ体をそれぞれ示している。
【図３】図２の肉盛用金属部材の金属基体への固定を示した図であり、図３（ａ）は金属ワイヤの抵抗溶接法での固定を、図３（ｂ）はメッシュ体の抵抗溶接法での固定を、図３（ｃ）は金属ワイヤの固定具での固定を、図３（ｄ）はメッシュ体の固定具での固定をそれぞれ示している。
【図４】図１の肉盛加工において、肉盛用金属部材としてメッシュ体を使用し、不活性ガスを吹き付けている状態を示した斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示した斜視図であり、メッシュ体に肉盛用粉末を投入している状態を示したものである。
【図６】図５の肉盛加工時の斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
ｂ      レーザビーム
ｇ      不活性ガス
１      レーザ照射装置
２      金属基体
３      肉盛用金属部材
３２    メッシュ体
３２ａ  目開き
４      肉盛層
６      肉盛用粉末
【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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