(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム製ワークの表面に高密度熱エネルギーを照射してその表面を再溶融させ、それに引き続く急冷凝固によって耐熱亀裂性を高める再溶融処理方法において、
前記高密度熱エネルギーの照射の開始位置と終了位置とを必要再溶融処理範囲から外れた位置に設定し、
前記開始位置と終了位置とを重ね合わせるとともに、前記開始位置からの往きと前記終了位置への戻りとで照射軌跡が重なり合う領域を設定し、
かつ、前記照射軌跡が重なり合う領域における前記終了位置への戻りの際に、前記終了位置の手前から前記高密度熱エネルギーの照射量を除々に低下させつつ、前記開始位置からの往きの際にワーク表面に形成された凸部を溶解し、
前記凸部が溶解した溶湯によって、前記終了位置への戻りの際にワーク表面に形成される溶湯プールの凹部を埋めることを特徴とする、アルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法。
【請求項２】
前記必要再溶融処理範囲から前記終了位置までの間で、前記高密度熱エネルギーの照射量の低下を開始させることを特徴とする、請求項１記載のアルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム製ワークの表面層を局部的に改質して耐熱亀裂性を高める再溶融処理を行うに際し用いて好適な処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、低圧鋳造法で製造したアルミニウム製品においては、形状内部にポロシティーが散在しかつ内部組織が粗大であることから、疲労強度が低い傾向がある。それゆえ、例えば自動車用高出力ディーゼルエンジンを構成するアルミニウム製シリンダーヘッドのポート間領域等の、低圧鋳造法で製造したアルミニウム製品の特に耐熱疲労性が要求される部位では、亀裂発生を抑える対策が必要とされる。
【０００３】
そこで、上述の如きアルミニウム製品を形成するためのワークを鋳造成形した後、そのワークの、製品において耐熱疲労強度が要求される部位に、ＴＩＧアークやレーザービーム等の高密度熱エネルギーを照射して、その部位の表面を再溶融させ、それに引き続いて生ずる急冷凝固によって、ポロシティー等の内部欠陥を除去し、かつ結晶組織を微細化させる再溶融処理方法が、従来から提案されている。
【０００４】
ところで、この再溶融処理方法では、高密度熱エネルギーによって作られる溶湯プールが凝固する際に、凝固収縮作用によって、周囲の溶湯が引き寄せられるため、再溶融処理終了位置では溶湯が不足し、クレーターと呼ばれる凹み形状欠陥が発生する。
【０００５】
特開昭64-218号公報には、かかる再溶融処理におけるクレーターの発生を防止する方法が記載されており、その概要を図５にて説明する。この方法では、図５（ａ）に断面にて示すように、ワーク１の再溶融処理を行う部分の処理終端部にあらかじめ突起1aを形成しておき、高密度加熱装置として、例えばＴＩＧ（タングステン・イナートガス）溶接トーチ２を使用して、照射開始位置Ｓから矢印方向へそのＴＩＧ溶接トーチ２を移動させながらワーク１の表面にアーク３を照射する。アーク３で加熱されたワーク１の表面層は、溶解されて破線で示す溶湯プール４を作り、その表面は、周りの凝固収縮部分に溶湯が引き寄せられて凹部５を形成しながら再溶融処理層６を形成してゆく。
【０００６】
ＴＩＧ溶接トーチ２が照射終了位置の突起1aに近づくと、ＴＩＧ溶接トーチ２の先端が突起1aに衝突しないよう、図５（ｂ）に示すように、ＴＩＧ溶接トーチ２を矢印方向へ上昇させて突起1aにアーク３を照射する。照射終了位置Ｅでは、突起1aの溶解した溶湯が凹部５を埋めるので、クレーターが発生しない。突起1aの残留部分は、この再溶融処理後に、二点鎖線で示す製品寸法加工面７の位置まで加工を施して、除去する。図５（ｃ）は、上記製品寸法面７の位置まで加工した後の、再溶融処理層６の断面を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のクレーター処理方法は、ワークに鋳造成形によってあらかじめ突起を設けておかなければならないため、ワークの取り扱いが不便になり、加えて材料コストの上昇にもつながるので、抜本的解決策としては不十分であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は上記課題を有利に解決した処理方法を提供することを目的とするものであり、この発明のアルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法は、アルミニウム製ワークの表面に高密度熱エネルギーを照射してその表面を再溶融させ、それに続く急冷凝固よって耐熱亀裂性を高める再溶融処理方法において、前記高密度熱エネルギーの照射の開始位置と終了位置とを必要再溶融処理範囲から外れた位置に設定し、前記開始位置と終了位置とを重ね合わせるとともに、前記開始位置からの往きと前記終了位置への戻りとで照射軌跡が重なり合う領域を設定し、かつ、前記照射軌跡が重なり合う領域における前記終了位置への戻りの際に、前記終了位置の手前から前記高密度熱エネルギーの照射量を除々に低下させつつ、前記開始位置からの往きの際にワーク表面に形成された凸部を溶解し、前記凸部が溶解した溶湯によって、前記終了位置への戻りの際にワーク表面に形成される溶湯プールの凹部を埋めることを特徴としている。
【０００９】
かかるこの発明の方法によれば、高密度熱エネルギーの照射の開始位置からの往きと終了位置への戻りとで照射軌跡が重なり合う領域において、高密度熱エネルギーの照射開始位置からの往きの際に凝固収縮でできた凸部が照射終了位置への戻りの際に溶解され、しかもその戻りの際には高密度熱エネルギーの照射量が低下していて浅い溶湯プールが作られるので、その浅い溶湯プールを照射開始位置からの往きの際の凸部が溶解した溶湯が埋めることになり、それゆえ、クレーターの発生しない再溶融処理を行うことができる。
【００１０】
従って、この発明の方法によれば、ワークに鋳造成形によってあらかじめ突起を設けておく必要がないので、ワークの取り扱いが容易になり、しかも、材料コストの上昇を招くことも回避することができる。
【００１１】
しかもこの発明においては、必要再溶融処理範囲から外れた位置に前記開始位置および前記終了位置を設定することから、二度の再溶融処理を行う部位を必要再溶融処理範囲から外すことができるので、必要再溶融処理範囲について安定した再溶融処理品質を得ることができる。
【００１２】
なお、この発明においては、前記必要再溶融処理範囲から前記終了位置までの間で、前記高密度熱エネルギーの照射量の低下を開始させても良く、このようにすれば、必要再溶融処理範囲についてさらに安定した再溶融処理品質を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明のアルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法の一実施例を、ワーク表面を上方から見た状態にて示す説明図、また図２は、その実施例を、ワーク表面層を断面にして見た状態にて示す説明図であり、図中、図５の従来例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。
【００１４】
この実施例は、図１（ａ）に示す如き必要再溶融処理範囲Ｒに対して再溶融処理を行うものであり、ここでは、図１（ｂ）および図２に示すように、高密度熱エネルギー源としてＴＩＧ溶接トーチ２を使用し、照射開始位置でありかつ照射終了位置でもある位置P1から矢印方向へそのＴＩＧ溶接トーチ２を移動させながらワーク１の表面に高密度熱エネルギーとしてアーク３を照射する。
【００１５】
図２（ａ）に示すように、アーク３で加熱されたワーク１の表面層は溶解されてアーク３の直下に破線で示す溶湯プール４を作り、その溶湯はアーク３が通過した部分から順次凝固してゆく。このとき、凝固する部分は、凝固収縮に伴い溶湯プール４の溶湯を引き寄せるので、その凝固部分では表面が盛り上がって凸部８が形成され、これに対して溶湯プール４では溶湯が不足するため凹部５が形成される。この溶湯プール４の凹部５は、凝固収縮によって形成された凸部８に対応するものであって、これが最終的にクレーターの発生する原因となる。また、上記のようにしてできた凸部８は、照射開始位置が最も高くなり、再溶融距離が長くなると除々に低くなってゆくが、それの一方で凹部５は、再溶融距離に比例して深くなる。
【００１６】
かかる性質を踏まえて、この実施例では、図１（ａ）に示す如き環状の必要再溶融処理範囲Ｒに再溶融処理を施すに際し、ＴＩＧ溶接トーチ２によるアーク３の照射軌跡を、図１（ｂ）に矢印で示すように、位置P1を開始位置として、その位置P1から、必要再溶融処理範囲Ｒに隣接する位置P2および、必要再溶融処理範囲Ｒを経由した後、再び位置P2を経て位置P1に戻り、その位置P1を終了位置とするように設定するとともに、それらの位置P1、位置P2間の領域Ｄでは照射軌跡が往きと戻りとで重なり合うように設定する。そして、位置P2から位置P1への戻りの際に、上記領域Ｄ内ではアーク３の照射量（熱エネルギー量）を除々に低下させるダウンスロープ処理を行うようにする。
【００１７】
この結果、図２（ｂ）に示すように、アーク３の照射を終了させる手前の領域Ｄ内では、位置P1から位置P2への往きの軌跡によって形成された凸部８に、ダウンスロープ処理によって熱エネルギー量が減らされた浅い溶湯プール４ができ、凸部８が溶解した溶湯がその溶湯プール４の凹部５を埋めるので、最終的には、図２（ｃ）に示す如き、再溶融処理層６の表面にクレーターの発生しない再溶融処理を行うことができる。なお、符号７は製品寸法加工面を示している。
【００１８】
図３は、上記実施例の方法を、自動車用高出力ディーゼルエンジンを構成するアルミニウム製シリンダーヘッドのポート間領域の処理に適用した具体例を示す説明図であり、ここに、図３（ａ）は、図１と同様にワーク表面を上方から見た状態にて示す説明図、また図３（ｂ）は、図３（ａ）中のｂ−ｂ線に沿って図２と同様にワーク表面層を断面にして見た状態にて示す説明図である。
【００１９】
ここにおけるワーク１は、アルミニウム製シリンダーヘッドを形成するための素材となるものであり、このワーク１には、二つの吸入ポートVIa, VIbと、二つの排気ポートVEa, VEbとが設けられている。そしてこの具体例では、片方の排気ポートVEb の周囲が、上述した必要再溶融処理範囲Ｒに設定されている。
【００２０】
さらに、この具体例では、ＴＩＧ溶接トーチ２を図示しないロボットに支持させて、再溶融処理を行う位置、ＴＩＧ溶接トーチ２の移動速度および、そのＴＩＧ溶接トーチ２に流すＴＩＧ電流をそれぞれプログラムにより制御しており、図４は、そのＴＩＧ電流を変化させる状態を時間軸（横軸）に沿って表したものである。
【００２１】
すなわちこの具体例では、先ず、位置P1からＴＩＧ溶接トーチ２に150 ＡのＴＩＧ電流を流して再溶融を開始する。その際、安定したアーク３を得るために、位置P1でＴＩＧ溶接トーチ２を停止させて５秒間照射を行うようにする。次に、位置P3までＴＩＧ溶接トーチ２を移動させたところでＴＩＧ電流値を220 Ａまで上昇させ、後は電流一定のままで、位置P2を経由して上記排気ポートVEb の周囲を再溶融処理し、再び位置P2に戻ってくる。
【００２２】
そしてここでは、ＴＩＧ溶接トーチ２が戻ってきた位置P2から、再溶融処理を終了する位置P1までの領域Ｄの長さを例えば20mmにとり、この領域Ｄを位置P2から位置P1まで戻る間にＴＩＧ電流値を220 Ａから100 Ａまで除々に低下させるダウンスロープ処理を行う。この時、再溶融処理開始位置と再溶融処理終了位置とは同じ位置P1であり、上記領域Ｄにおいては位置P1から位置P2へ向かう往路と位置P2から位置P1へ向かう復路とでアーク３の照射軌跡が重なり合うように、ＴＩＧ溶接トーチ２を移動させる。
【００２３】
この結果、図３（ｂ）に示すように、アーク３の照射を終了する手前の領域Ｄ内では、位置P1から位置P2へ向かう往路において形成された凸部８に、ダウンスロープ処理によって熱エネルギー量が減らされた浅い溶湯プール４ができ、凸部８が溶解した溶湯がその溶湯プール４の凹部５を埋めるので、再溶融処理層６の表面にクレーターの発生しない再溶融処理が達成される。そしてその後は、ワーク１の表面を、製品寸法加工面７まで加工する。
【００２４】
かくしてこの実施例の方法によれば、高密度熱エネルギーであるアーク３の照射開始位置P1付近に凝固収縮でできた凸部８が照射終了直前に溶解され、しかもその終了直前にはアーク３の照射量が低下していて浅い溶湯プール４が作られるので、その浅い溶湯プール４を照射開始位置の凸部８が埋めることになり、それゆえ、クレーターの発生しない再溶融処理を行うことができる。
【００２５】
従って、この実施例の方法によれば、ワーク１に鋳造成形によってあらかじめ突起を設けておく必要がないので、ワーク１の取り扱いが容易になり、しかも、材料コストの上昇を招くことも回避することができる。
【００２６】
しかもこの実施例の方法によれば、必要再溶融処理範囲Ｒから外れた位置に開始位置および終了位置である位置P1を設定していることから、二度の再溶融処理を行う領域Ｄを必要再溶融処理範囲Ｒから外すことができるので、必要再溶融処理範囲Ｒについて安定した再溶融処理品質を得ることができる。
【００２７】
さらにこの実施例の方法によれば、必要再溶融処理範囲Ｒから終了位置である位置P1までの間で、アーク３の照射量の低下を開始させていることから、必要再溶融処理範囲Ｒについてさらに安定した再溶融処理品質を得ることができる。
【００２８】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、高密度熱エネルギーはＴＩＧアーク以外のもの、例えばレーザービームとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のアルミニウム製ワークの表面の再溶融処理方法の一実施例を、ワーク表面を上方から見た状態にて示す説明図である。
【図２】上記実施例を、ワーク表面層を断面にして見た状態にて示す説明図である。
【図３】上記実施例の方法を、自動車用高出力ディーゼルエンジンを構成するアルミニウム製シリンダーヘッドのポート間領域の処理に適用した具体例を示す説明図である。
【図４】上記具体例においてＴＩＧ電流を変化させる状態を時間軸（横軸）に沿って表した線図である。
【図５】従来の再溶融処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ワーク
２  ＴＩＧ溶接トーチ
３  アーク
４  溶湯プール
５  凹部
６  再溶融処理層
７  製品寸法加工面
８  凸部
P1  照射の開始および終了位置
P2  必要再溶融処理範囲隣接位置
Ｒ  必要再溶融処理範囲
Ｄ  位置P1, P2間の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003752811.tif 000005
【図５】
0003752811.tif 000006