JP2016030285A - Laser metal deposition device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser metal deposition device capable of constructing an inert gas environment with a fewer quantity of inert gas than that required to dispose the entire laser metal deposition device in a workroom.SOLUTION: A laser metal deposition device 1A comprises: a nozzle 3 radiating a laser beam toward a workpiece 2 and injecting metal powder; and a cover 4 through which the nozzle 3 passes and which covers the workpiece 2 in order to form a closed space 5 at least around the nozzle 3. The laser metal deposition device 1A may further include a gas supply pipe passing through the cover 4 and supplying inert gas into the closed space 5.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属粉体を用いてワークの表面上に肉盛りを行うレーザ金属肉盛（ＬＭＤ：Laser Metal Deposition）装置に関する。   The present invention relates to a laser metal deposition (LMD) apparatus for depositing on the surface of a workpiece using metal powder.

従来から、損傷した部品を補修したりニアネットシェイプを実現したりするために、レーザ金属肉盛装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。レーザ金属肉盛装置のうちで金属粉体を用いてワークの表面上に肉盛りを行うものは、ノズルからワークに向かってレーザ光を照射するとともに金属粉体を噴射する。   Conventionally, a laser metal overlaying apparatus has been used to repair damaged parts or realize a near net shape (see, for example, Patent Document 1). Of the laser metal overlaying devices, the metal powder is used to build up on the surface of the workpiece, and the laser beam is irradiated from the nozzle toward the workpiece and the metal powder is ejected.

特開２０１２−１２５７７２号公報JP 2012-124772 A

ところで、ワークが例えばチタン合金などの酸化しやすい金属からなる場合は、肉盛りを不活性ガス環境下で行うことが望ましい。このような不活性ガス環境を構築するには、例えば、レーザ金属肉盛装置全体を作業室内に配置し、この作業室内を不活性ガスで充填することが考えられる。しかしながら、このような構成では、多量の不活性ガスを必要とする。   By the way, when a workpiece | work consists of metals which are easy to oxidize, such as a titanium alloy, it is desirable to perform build-up in inert gas environment. In order to construct such an inert gas environment, for example, it is conceivable to place the entire laser metal cladding apparatus in a work chamber and fill the work chamber with an inert gas. However, such a configuration requires a large amount of inert gas.

そこで、本発明は、レーザ金属肉盛装置全体を作業室内に配置するよりも少量の不活性ガスで不活性ガス環境を構築することができるレーザ金属肉盛装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a laser metal overlaying apparatus capable of constructing an inert gas environment with a smaller amount of inert gas than arranging the entire laser metal overlaying apparatus in a work chamber.

前記課題を解決するために、本発明のレーザ金属肉盛装置は、ワークに向かってレーザ光を照射するとともに金属粉体を噴射するノズルと、前記ノズルに貫通されるカバーであって、少なくとも前記ノズルの回りで、閉空間を形成するように前記ワークを覆うカバーと、を備える、ことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a laser metal overlaying apparatus according to the present invention includes a nozzle that irradiates a workpiece with laser light and injects metal powder, and a cover that is penetrated by the nozzle. And a cover that covers the workpiece so as to form a closed space around the nozzle.

通常、金属粉体は、不活性ガスと共にノズルから噴射される。従って、上記の構成のように少なくともノズルの回りでカバーによって閉空間が形成されれば、当該閉空間を不活性ガスで充填することができる。しかも、カバーは、ノズルに貫通されるほどにワークに接近しているため、閉空間の体積は小さい。従って、レーザ金属肉盛装置全体を作業室内に配置するよりも少量の不活性ガスで不活性ガス環境を構築することができる。   Usually, metal powder is injected from a nozzle with an inert gas. Therefore, if the closed space is formed by the cover at least around the nozzle as in the above configuration, the closed space can be filled with the inert gas. Moreover, since the cover is so close to the workpiece that it is penetrated by the nozzle, the volume of the closed space is small. Therefore, an inert gas environment can be constructed with a smaller amount of inert gas than when the entire laser metal overlaying apparatus is disposed in the work chamber.

上記のレーザ金属肉盛装置は、前記カバーを貫通し、前記閉空間内に不活性ガスを供給するガス供給管をさらに備えてもよい。ガス供給管が設けられない場合には、閉空間内を不活性ガスで充填するために、例えば、肉盛り開始時は金属粉体の噴射を停止してノズルから不活性ガスだけを噴射する必要がある。これに対し、ガス供給管が設けられていれば、そのような特別な対応をする必要がなく、肉盛り開始時から閉空間内を不活性ガスで充填することができる。   The laser metal overlaying apparatus may further include a gas supply pipe that passes through the cover and supplies an inert gas into the closed space. If the gas supply pipe is not provided, in order to fill the closed space with an inert gas, for example, at the start of build-up, it is necessary to stop the injection of metal powder and to inject only the inert gas from the nozzle There is. On the other hand, if the gas supply pipe is provided, it is not necessary to take such special measures, and the closed space can be filled with the inert gas from the start of the build-up.

前記カバーは、前記ノズルの回りで前記ワークを覆うドーム状であってもよい。この構成によれば、不活性ガスの使用量を最小限にすることができる。   The cover may have a dome shape that covers the workpiece around the nozzle. According to this configuration, the amount of inert gas used can be minimized.

前記カバーは、前記ワークを収容する箱状であってもよい。この構成によれば、ワークの一部または全体が常に不活性ガス環境下に保持される。従って、例えばノズルの移動速度が速くて、肉盛りにより形成されるビード中の溶融域が大きくても、その溶融域が大気中に曝されることがない。   The cover may have a box shape that accommodates the workpiece. According to this configuration, a part or the whole of the work is always maintained in an inert gas environment. Therefore, for example, even if the moving speed of the nozzle is fast and the melting zone in the bead formed by the build-up is large, the melting zone is not exposed to the atmosphere.

前記カバーは、前記ワークを取り囲む、スリットが形成されたカバー本体と、前記スリットを塞ぐ、当該スリットに沿って摺動可能な摺動蓋であって、前記ノズルに挿通される挿通穴を有する摺動蓋と、を含んでもよい。この構成によれば、カバー本体のスリットを摺動蓋で塞ぎながら、摺動蓋をノズルと共にカバー本体に対して相対的に移動させることができる。   The cover is a cover body that surrounds the workpiece and is formed with a slit, and a sliding lid that closes the slit and is slidable along the slit, and has a sliding hole that is inserted into the nozzle. And a moving lid. According to this configuration, the sliding lid can be moved relative to the cover body together with the nozzle while closing the slit of the cover body with the sliding lid.

前記レーザ金属肉盛装置は、前記ワークに環状の突起を形成するためのものであり、前記ワークを回転させる回転台をさらに備え、前記スリットおよび前記摺動蓋は、前記ワークの回転中心を中心とする環状であってもよい。この構成によれば、高さの高い環状の突起を容易に形成することができる。   The laser metal overlaying apparatus is for forming an annular protrusion on the workpiece, and further includes a turntable for rotating the workpiece, wherein the slit and the sliding lid are centered on the rotation center of the workpiece. It may be an annular shape. According to this configuration, it is possible to easily form an annular protrusion having a high height.

前記ワークは、テーパー状の周壁を有し、この周壁の内周面に前記環状の突起が形成されてもよい。この構成によれば、鋳造では形成が困難な内向きフランジを形成することができる。   The workpiece may have a tapered peripheral wall, and the annular protrusion may be formed on an inner peripheral surface of the peripheral wall. According to this configuration, an inward flange that is difficult to form by casting can be formed.

例えば、前記ワークは、チタン合金からなってもよい。   For example, the workpiece may be made of a titanium alloy.

本発明によれば、レーザ金属肉盛装置全体を作業室内に配置するよりも少量の不活性ガスで不活性ガス環境を構築することができる。   According to the present invention, an inert gas environment can be constructed with a smaller amount of inert gas than when the entire laser metal overlaying apparatus is disposed in the work chamber.

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るレーザ金属肉盛装置の要部のビード形成方向での断面図、（ｂ）は（ａ）のI−I線に沿った断面図である。(A) is sectional drawing in the bead formation direction of the principal part of the laser metal cladding apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing along the II line of (a). . レーザ金属肉盛装置のノズルの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the nozzle of a laser metal cladding apparatus. 本発明の第２実施形態に係るレーザ金属肉盛装置の要部のビード形成方向での断面図である。It is sectional drawing in the bead formation direction of the principal part of the laser metal cladding apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係るレーザ金属肉盛装置の要部の平面図である。It is a top view of the principal part of the laser metal cladding apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図４のV−V線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV line of FIG. 図４のVI−VI線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VI-VI line of FIG. （ａ）は、本発明の第４実施形態に係るレーザ金属肉盛装置の要部の側面断面図、（ｂ）は同要部の正面図である。(A) is side sectional drawing of the principal part of the laser metal cladding apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention, (b) is a front view of the principal part. 図７（ａ）の一部の拡大図である。FIG. 8 is an enlarged view of a part of FIG.

（第１実施形態）
図１（ａ）および（ｂ）に、本発明の第１実施形態に係るレーザ金属肉盛（以下、「ＬＭＤ」という。）装置１Ａの要部を示す。このＬＭＤ装置１Ａは、金属粉体を用いてワーク２の表面上に肉盛りを行うものである。 (First embodiment)
1A and 1B show a main part of a laser metal overlay (hereinafter referred to as “LMD”) apparatus 1A according to a first embodiment of the present invention. This LMD apparatus 1A is for depositing on the surface of the workpiece 2 using metal powder.

具体的に、ＬＭＤ装置１Ａは、図２に示すように、ワーク２に向かってレーザ光３１を照射するとともに金属粉体３２を噴射するノズル３を含む。金属粉体３２は、不活性ガスと共にノズル３から噴射される。不活性ガスは、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素、二酸化炭素などである。   Specifically, as illustrated in FIG. 2, the LMD apparatus 1 </ b> A includes a nozzle 3 that irradiates a laser beam 31 toward the workpiece 2 and injects a metal powder 32. The metal powder 32 is jetted from the nozzle 3 together with an inert gas. Inert gas is helium, argon, nitrogen, a carbon dioxide etc., for example.

また、図示は省略するが、ＬＭＤ装置１Ａは、ノズル３を移動させる移動装置（例えば、ロボットや送り機構）と、ノズル３の光軸上に配置された、レーザ光３１を発生させるレーザ本体と、ノズル３へ金属粉体３２および不活性ガスを供給する供給装置を含む。なお、レーザ本体は、必ずしもノズル３の光軸上に配置されている必要はなく、例えば、レーザ本体からのレーザ光が光ファイバーを通じてノズル３に導かれてもよい。   Although not shown, the LMD device 1A includes a moving device (for example, a robot or a feed mechanism) that moves the nozzle 3, and a laser main body that generates the laser light 31 that is disposed on the optical axis of the nozzle 3. And a supply device for supplying the metal powder 32 and the inert gas to the nozzle 3. Note that the laser main body is not necessarily arranged on the optical axis of the nozzle 3. For example, laser light from the laser main body may be guided to the nozzle 3 through an optical fiber.

ワーク２にレーザ光３１が照射されるとワーク２の表面が溶融し、この溶融プールに、噴射された金属粉体３２が融合することにより肉盛りが行われる。この肉盛りによってワーク２の表面にビード２１が形成される。すなわち、ビード２１中のノズル３に近い部分は溶融域２２である。本実施形態では、ノズル３の移動方向がビード形成方向である。ビード形成方向は、直線であっても曲線であってもよい。なお、ノズル３を移動させる代わりに、ワーク２がビード形成方向と反対方向に移動されてもよい。   When the workpiece 2 is irradiated with the laser beam 31, the surface of the workpiece 2 is melted, and the metal powder 32 thus injected is fused with the molten pool to perform the overlaying. Due to this build-up, beads 21 are formed on the surface of the workpiece 2. That is, a portion near the nozzle 3 in the bead 21 is the melting region 22. In the present embodiment, the moving direction of the nozzle 3 is the bead forming direction. The bead formation direction may be a straight line or a curved line. Instead of moving the nozzle 3, the workpiece 2 may be moved in the direction opposite to the bead formation direction.

ワーク２を構成する材料は特に限定されるものではないが、例えば、ワーク２はチタン合金からなる。金属粉体３２は、ワーク２と同一の組成を有していてもよいし、異なる組成を有していてもよい。例えば、ワーク２がチタン合金からなる場合は、金属粉体３２はワーク２と異なるチタン合金であってもよいし、チタン合金以外の合金であってもよい。   Although the material which comprises the workpiece | work 2 is not specifically limited, For example, the workpiece | work 2 consists of titanium alloys. The metal powder 32 may have the same composition as the workpiece 2 or may have a different composition. For example, when the workpiece 2 is made of a titanium alloy, the metal powder 32 may be a titanium alloy different from the workpiece 2 or an alloy other than the titanium alloy.

さらに、ＬＭＤ装置１Ａは、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、少なくともノズル３の回りでワーク２を覆うカバー４を含む。本実施形態では、カバー４として、ノズル３の回りでワーク２を覆うドーム状のカバー４Ａが採用されている。   Further, the LMD apparatus 1A includes a cover 4 that covers the work 2 at least around the nozzle 3, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). In the present embodiment, a dome-shaped cover 4 </ b> A that covers the work 2 around the nozzle 3 is employed as the cover 4.

カバー４Ａは、ワーク２との間に閉空間５を形成する。すなわち、閉空間５は、ワーク２に面し、かつ、カバー４Ａで囲繞される空間である。また、カバー４Ａにおけるワーク２と平行な頂き部は、ノズル３に貫通されている。カバー４Ａは、ノズル３に固定されており、ノズル３と共にビード形成方向に移動する。なお、カバー４Ａの頂き部は、必ずしもワーク２と平行である必要はなく、例えば、斜めに傾いていてもよいし、半球状であってもよい。また、ノズル３は、カバー４Ａの頂き部以外の部分を貫通していてもよい。   The cover 4 </ b> A forms a closed space 5 between the work 2. That is, the closed space 5 is a space that faces the workpiece 2 and is surrounded by the cover 4A. Further, a part of the cover 4 </ b> A parallel to the work 2 is penetrated by the nozzle 3. The cover 4 </ b> A is fixed to the nozzle 3 and moves in the bead formation direction together with the nozzle 3. In addition, the receiving part of cover 4A does not necessarily need to be parallel to the workpiece | work 2, for example, it may incline diagonally and may be hemispherical. Moreover, the nozzle 3 may penetrate through parts other than the receiving part of the cover 4A.

カバー４Ａは、ワーク２から僅かに離間するように配置される。すなわち、閉空間５は、完全な閉空間ではなく、周囲の空間と僅かに連通している。このため、ノズル３から金属粉体３２と共に噴射された不活性ガスは、カバー４Ａとワーク２との間の隙間を通じて、閉空間５内から外部に排出される。ただし、カバー４Ａがワーク２に接するように配置され、カバー４Ａに複数の貫通穴が設けられてもよい。   The cover 4A is arranged so as to be slightly separated from the workpiece 2. That is, the closed space 5 is not a complete closed space, but slightly communicates with the surrounding space. For this reason, the inert gas injected with the metal powder 32 from the nozzle 3 is discharged | emitted from the inside of the closed space 5 through the clearance gap between the cover 4A and the workpiece | work 2 outside. However, the cover 4A may be disposed so as to contact the workpiece 2, and a plurality of through holes may be provided in the cover 4A.

カバー４Ａの形状は、ノズル３からビード形成方向と反対方向に長い形状であることが望ましい。ビード２１における溶融域２２を含む部分を広く覆うためである。このようなカバー４Ａの形状は、実験や解析などにより、酸素と反応する領域を把握することで決定することができる。   The shape of the cover 4A is desirably a shape that is long from the nozzle 3 in the direction opposite to the bead formation direction. This is because the portion including the melting region 22 in the bead 21 is widely covered. The shape of the cover 4A can be determined by grasping the region that reacts with oxygen through experiments and analysis.

以上説明したように、本実施形態のＬＭＤ装置１Ａでは、ノズル３の回りでカバー４Ａによって閉空間５が形成されるので、例えば、肉盛り開始時は金属粉体３２の噴射を停止してノズル３から不活性ガスだけを噴射すれば、閉空間５内を不活性ガスで充填することができる。しかも、カバー４Ａは、ノズル３に貫通されるほどワーク２に接近しているため、閉空間５の体積は小さい。すなわち、カバー４Ａを貫通するのは、ノズル３の基端側に連結された、当該ノズル３を移動させるための移動装置ではない。従って、レーザ金属肉盛装置全体を作業室内に配置するよりも少量の不活性ガスで不活性ガス環境を構築することができる。   As described above, in the LMD device 1A of the present embodiment, since the closed space 5 is formed by the cover 4A around the nozzle 3, for example, when the build-up starts, the injection of the metal powder 32 is stopped and the nozzle is stopped. If only the inert gas is injected from 3, the closed space 5 can be filled with the inert gas. Moreover, since the cover 4A is closer to the workpiece 2 as it penetrates the nozzle 3, the volume of the closed space 5 is small. That is, what penetrates the cover 4 </ b> A is not a moving device connected to the base end side of the nozzle 3 for moving the nozzle 3. Therefore, an inert gas environment can be constructed with a smaller amount of inert gas than when the entire laser metal overlaying apparatus is disposed in the work chamber.

特に、ワーク２がチタン合金からなる場合は、溶融域２２内のチタンの酸化によって空孔（porosity）が発生し易い。従って、カバー４Ａによる閉空間５の形成は、特にワーク２がチタン合金からなる場合に有用である。   In particular, when the workpiece 2 is made of a titanium alloy, porosity is easily generated due to oxidation of titanium in the melting region 22. Therefore, the formation of the closed space 5 by the cover 4A is particularly useful when the workpiece 2 is made of a titanium alloy.

また、本実施形態では、ドーム状のカバー４Ａが用いられているので、不活性ガスの使用量を最小限にすることができる。   In the present embodiment, since the dome-shaped cover 4A is used, the amount of inert gas used can be minimized.

（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係るＬＭＤ装置１Ｂを説明する。なお、本実施形態ならびに後述する第３および第４実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。 (Second Embodiment)
Next, with reference to FIG. 3, the LMD apparatus 1B which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. In the present embodiment and third and fourth embodiments to be described later, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施形態では、ドーム状のカバー４Ａがガス供給管６に貫通されている。ガス供給管６は、閉空間５内に不活性ガスを供給する。ガス供給管６には、図略の送給装置から不活性ガスが送給される。不活性ガスは、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素、二酸化炭素などである。ガス供給管６から供給される不活性ガスは、ノズル３から金属粉体３２（図２参照）と共に噴射される不活性ガスと同じであってもよいし異なっていてもよい。   In the present embodiment, the dome-shaped cover 4 </ b> A passes through the gas supply pipe 6. The gas supply pipe 6 supplies an inert gas into the closed space 5. An inert gas is supplied to the gas supply pipe 6 from a supply device (not shown). Inert gas is helium, argon, nitrogen, a carbon dioxide etc., for example. The inert gas supplied from the gas supply pipe 6 may be the same as or different from the inert gas injected from the nozzle 3 together with the metal powder 32 (see FIG. 2).

ガス供給管６がカバー４Ａを貫通する位置は、ガス供給管６からの不活性ガスの流れがノズル３からの金属粉体３２の噴射に影響を及ぼす可能性が小さい場合は、特に限定されない。ただし、ガス供給管６からの不活性ガスの流れがノズル３からの金属粉体３２の噴射に影響を及ぼす可能性が高い場合は、ガス供給管６がカバー４Ａを貫通する位置は、ノズル３に対してビード形成方向の反対側であることが望ましい。あるいは、ガス供給管６からの不活性ガスの流れがノズル３からの金属粉体３２の噴射に干渉しないように、ガス供給管６の向きが設定されてもよい。例えば、ガス供給管６の開口方向が、ビード形成方向と反対を向いていてもよい。   The position where the gas supply pipe 6 penetrates the cover 4 </ b> A is not particularly limited when there is little possibility that the flow of the inert gas from the gas supply pipe 6 affects the injection of the metal powder 32 from the nozzle 3. However, when there is a high possibility that the flow of the inert gas from the gas supply pipe 6 affects the injection of the metal powder 32 from the nozzle 3, the position where the gas supply pipe 6 penetrates the cover 4A is the nozzle 3 It is desirable that it is on the opposite side to the bead forming direction. Alternatively, the direction of the gas supply pipe 6 may be set so that the flow of the inert gas from the gas supply pipe 6 does not interfere with the injection of the metal powder 32 from the nozzle 3. For example, the opening direction of the gas supply pipe 6 may be opposite to the bead formation direction.

第１実施形態では、閉空間５内を不活性ガスで充填するために、肉盛り開始時にノズル３から不活性ガスだけを噴射するなどの特別な対応が必要である。これに対し、本実施形態のようにガス供給管６が設けられていれば、そのような特別な対応をする必要がなく、肉盛り開始時から閉空間５内を不活性ガスで充填することができる。   In the first embodiment, in order to fill the closed space 5 with the inert gas, special measures such as injecting only the inert gas from the nozzle 3 at the start of the build-up are necessary. On the other hand, if the gas supply pipe 6 is provided as in this embodiment, it is not necessary to take such a special measure, and the inside of the closed space 5 is filled with an inert gas from the start of the build-up. Can do.

（第３実施形態）
次に、図４〜図６を参照して、本発明の第３実施形態に係るＬＭＤ装置１Ｃを説明する。なお、図４では、後述するカバー４Ｂの説明のために、ノズル３の作図を省略している。 (Third embodiment)
Next, an LMD device 1C according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, the drawing of the nozzle 3 is omitted for explanation of the cover 4 </ b> B described later.

本実施形態では、少なくともノズル３の回りでワーク２を覆うカバー４として、ワーク２の全体を収容する箱状のカバー４Ｂが採用されている。すなわち、カバー４Ｂは、ワーク２の周囲に閉空間５を形成する。本実施形態では、カバー４Ｂが、直線であるビード形成方向に沿って延びる直方体である。ただし、ビード形成方向は曲線であってもよい。   In the present embodiment, a box-shaped cover 4B that accommodates the entire work 2 is employed as the cover 4 that covers the work 2 at least around the nozzle 3. That is, the cover 4 </ b> B forms a closed space 5 around the work 2. In the present embodiment, the cover 4B is a rectangular parallelepiped extending along a bead formation direction that is a straight line. However, the bead formation direction may be a curve.

具体的に、カバー４Ｂは、ワーク２の全体を取り囲むカバー本体４１と、カバー本体４１に取り付けられた摺動蓋４５を含む。カバー本体４１は、底壁、天井壁および４つの側壁を有している。そして、カバー本体４１の底壁にワーク２が固定される。   Specifically, the cover 4 </ b> B includes a cover body 41 that surrounds the entire work 2 and a sliding lid 45 attached to the cover body 41. The cover main body 41 has a bottom wall, a ceiling wall, and four side walls. Then, the work 2 is fixed to the bottom wall of the cover main body 41.

カバー本体４１の１つの側壁は、ガス供給管６によって貫通されている。ガス供給管６は、第１実施形態で説明したように、閉空間５内に不活性ガスを供給する。   One side wall of the cover body 41 is penetrated by the gas supply pipe 6. As described in the first embodiment, the gas supply pipe 6 supplies an inert gas into the closed space 5.

カバー本体４１の天井壁には、ビード形成方向に沿って延びる、比較的に大きな長方形状のスリット４２（図４では、スリット４２の対角線を二点鎖線で示す）が形成されている。また、スリット４２の四隅からは、案内溝４３がビード形成方向に沿って延びている。   A relatively large rectangular slit 42 (in FIG. 4, the diagonal line of the slit 42 is indicated by a two-dot chain line) is formed in the ceiling wall of the cover main body 41 and extends along the bead formation direction. Further, the guide grooves 43 extend from the four corners of the slit 42 along the bead formation direction.

摺動蓋４５は、スリット４２を塞ぐものであり、スリット４２に沿って摺動可能に構成されている。具体的に、摺動蓋４５は、カバー本体４１の天井壁の上方および下方に配置された一対の塞ぎ板４７と、案内溝４３を通じて塞ぎ板４７同士を連結する一対の縦板４８を含む。塞ぎ板４７は、摺動蓋４５がどの位置にあってもスリット４２を塞ぐことが可能な大きさの、スリット４２と同方向に延びる帯状の板である。縦板４８は、案内溝４３でガイドされる部分でもあり、塞ぎ板４７とほぼ同じ長さを有している。また、縦板４８の長さ方向および高さ方向の中央同士は、横板４９によって連結されており、各塞ぎ板４７の中央には横板４９とほぼ同じ大きさの開口が設けられている。さらに、横板４９には、ノズル３に挿通される挿通穴４６が設けられている。なお、横板４９は、塞ぎ板４７のどちらか一方と同レベルに配置されていてもよい。   The sliding lid 45 closes the slit 42 and is configured to be slidable along the slit 42. Specifically, the sliding lid 45 includes a pair of closing plates 47 disposed above and below the ceiling wall of the cover body 41 and a pair of vertical plates 48 that connect the closing plates 47 through the guide grooves 43. The closing plate 47 is a belt-like plate extending in the same direction as the slit 42 and having a size capable of closing the slit 42 regardless of the position of the sliding lid 45. The vertical plate 48 is also a portion guided by the guide groove 43 and has substantially the same length as the closing plate 47. In addition, the longitudinal plates 48 are connected at the center in the length direction and the height direction by a horizontal plate 49, and an opening having substantially the same size as the horizontal plate 49 is provided at the center of each closing plate 47. . Further, the horizontal plate 49 is provided with an insertion hole 46 through which the nozzle 3 is inserted. The horizontal plate 49 may be arranged at the same level as one of the closing plates 47.

本実施形態のＬＭＤ装置１Ｃでは、ワーク２の全体がカバー４Ｂに収容されるので、ワーク２の全体が常に不活性ガス環境下に保持される。従って、例えばノズル３の移動速度が速くて、肉盛りにより形成されるビード２１中の溶融域が大きくても、その溶融域が大気中に曝されることがない。   In the LMD device 1C of the present embodiment, since the entire work 2 is accommodated in the cover 4B, the entire work 2 is always maintained in an inert gas environment. Therefore, for example, even if the moving speed of the nozzle 3 is fast and the melting region in the bead 21 formed by the build-up is large, the melting region is not exposed to the atmosphere.

さらに、カバー４Ｂはカバー本体４１と摺動蓋４５で構成されているので、カバー本体４１のスリット４２を摺動蓋４５で塞ぎながら、摺動蓋４５をノズル３と共にカバー本体４１に対して相対的に移動させることができる。   Further, since the cover 4B is composed of the cover main body 41 and the sliding lid 45, the sliding lid 45 and the nozzle 3 are relatively located with respect to the cover main body 41 while closing the slit 42 of the cover main body 41 with the sliding lid 45. Can be moved.

ところで、不活性ガスは空気よりも重いことが多いため、もしビード形成方向が鉛直方向や斜め方向であり、天井壁４１が水平でない場合には、図４および図５に示すように、外側の塞ぎ板４７には、案内溝４３が常に塞がれるように延長部４４が設けられていることが望ましい。   By the way, since the inert gas is often heavier than air, if the bead formation direction is a vertical direction or an oblique direction, and the ceiling wall 41 is not horizontal, as shown in FIGS. The closing plate 47 is preferably provided with an extension 44 so that the guide groove 43 is always closed.

（第４実施形態）
次に、図７（ａ）および（ｂ）ならびに図８を参照して、本発明の第４実施形態に係るＬＭＤ装置１Ｄを説明する。本実施形態のＬＭＤ装置１Ｄは、ワーク２に環状の突起を形成するためのものである。具体的に、ＬＭＤ装置１Ｄは、ワーク２を回転させる回転台８１を含む。 (Fourth embodiment)
Next, an LMD device 1D according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b) and FIG. The LMD device 1D of the present embodiment is for forming an annular protrusion on the work 2. Specifically, the LMD device 1 </ b> D includes a turntable 81 that rotates the workpiece 2.

本実施形態では、ワーク２が、軸対称であり、回転台８１と平行な円盤状の主壁２６と、主壁２６の周縁部から回転台８１と反対側に向かって広がるテーパー状の周壁２５を有している。なお、主壁２６の中心には、貫通穴２７が設けられている。そして、周壁２５の内周面に、ノズル３からのレーザ光３１（図２参照）の照射および金属粉体３２（図２参照）の噴射によって、環状の突起が形成される。   In the present embodiment, the workpiece 2 is axisymmetric and has a disk-shaped main wall 26 parallel to the turntable 81, and a tapered peripheral wall 25 that extends from the peripheral portion of the main wall 26 toward the opposite side of the turntable 81. have. A through hole 27 is provided at the center of the main wall 26. An annular protrusion is formed on the inner peripheral surface of the peripheral wall 25 by irradiation with the laser beam 31 (see FIG. 2) from the nozzle 3 and injection of the metal powder 32 (see FIG. 2).

ワーク２の主壁２６は、リング状の第１治具８２を介して回転台８に固定されている。また、ワーク２の主壁２６には、リング状の第２治具８３が第１治具８２と共に主壁２６を挟持するように取り付けられている。   The main wall 26 of the workpiece 2 is fixed to the turntable 8 via a ring-shaped first jig 82. Further, a ring-shaped second jig 83 is attached to the main wall 26 of the work 2 so as to sandwich the main wall 26 together with the first jig 82.

本実施形態では、少なくともノズル３の回りでワーク２を覆うカバー４として、ワーク２の外周側部分（周壁２５および主壁２６の外周縁部）を収容する箱状のカバー４Ｃが採用されている。すなわち、カバー４Ｃは、ワーク２の外周側部分の周囲に閉空間５を形成する。   In the present embodiment, a box-shaped cover 4 </ b> C that accommodates the outer peripheral side portion of the work 2 (outer peripheral edge portions of the peripheral wall 25 and the main wall 26) is employed as the cover 4 that covers the work 2 around at least the nozzle 3. . That is, the cover 4 </ b> C forms a closed space 5 around the outer peripheral side portion of the work 2.

本実施形態では、カバー４Ｃが、平面視で円形状の皿状であって、中心に貫通穴を有し、かつ、径方向内向きに開口する中空の皿状である。そして、カバー４Ｃの径方向内向きに開口する開口が第１および第２治具８２，８３で閉塞されている。   In the present embodiment, the cover 4C has a circular dish shape in plan view, and has a hollow dish shape having a through hole at the center and opening inward in the radial direction. The opening that opens inward in the radial direction of the cover 4 </ b> C is closed by the first and second jigs 82 and 83.

具体的に、カバー４Ｃは、ワーク２の外周側部分を取り囲むカバー本体７１と、カバー本体７１に取り付けられた摺動蓋７３を含む。カバー本体７１は、第１および第２治具８２，８３に固定されており、ワーク２と共に回転する。一方、摺動蓋７３は、ノズル３に固定されており、ワーク２が回転してもワーク２およびカバー本体７１と共に回転することはない。   Specifically, the cover 4 </ b> C includes a cover body 71 that surrounds the outer peripheral side portion of the work 2, and a sliding lid 73 attached to the cover body 71. The cover main body 71 is fixed to the first and second jigs 82 and 83 and rotates together with the work 2. On the other hand, the sliding lid 73 is fixed to the nozzle 3 and does not rotate with the workpiece 2 and the cover body 71 even when the workpiece 2 rotates.

カバー本体７１におけるワーク２の周壁２５の内周面と対向する部分には、ワーク２の回転中心を中心とする環状のスリット７２が形成されている。摺動蓋７３は、このスリット７２を塞ぐものであり、ワーク２の回転中心を中心とする環状である。そして、摺動蓋７３は、スリット７２に沿って摺動可能に構成されている。   An annular slit 72 centering on the rotation center of the work 2 is formed in a portion of the cover main body 71 facing the inner peripheral surface of the peripheral wall 25 of the work 2. The sliding lid 73 closes the slit 72 and has an annular shape centering on the rotation center of the workpiece 2. The sliding lid 73 is configured to be slidable along the slit 72.

より詳しくは、摺動蓋７３は、カバー本体７１におけるスリット７２に沿う縁部同士を結ぶ線上に配置された塞ぎ板７６と、塞ぎ板７６の両端部に設けられた、カバー本体７１におけるスリット７２に沿う縁部が嵌まり込む溝を形成する一対のガイド部７７を有する。そして、塞ぎ板７６に、ノズル３に挿通される挿通穴７４が設けられている。なお、塞ぎ板７６は、必ずしもカバー本体７１におけるスリット７２に沿う縁部同士を結ぶ線上に配置されている必要はなく、ガイド部７７の高さの範囲内で任意の位置に配置されていてもよい。   More specifically, the sliding lid 73 includes a closing plate 76 disposed on a line connecting edges along the slit 72 in the cover main body 71, and slits 72 in the cover main body 71 provided at both ends of the closing plate 76. A pair of guide portions 77 forming a groove into which an edge portion along the line fits. The closing plate 76 is provided with an insertion hole 74 through which the nozzle 3 is inserted. The closing plate 76 is not necessarily arranged on the line connecting the edges along the slit 72 in the cover body 71, and may be arranged at an arbitrary position within the height range of the guide portion 77. Good.

また、塞ぎ板７６は、ノズル３の近傍で、閉空間５内に不活性ガスを供給するガス供給管６に貫通されている。さらに、塞ぎ板７６には、閉空間５内から不活性ガスを外部に排出するための排出口７５が、ノズル３から１８０度離れた位置に設けられている。本実施形態では、回転台８１の回転軸方向が水平方向を向いている。そして、ノズル３に挿通される挿通穴７４は、回転台８１の回転軸の鉛直下方に配置されており、不活性ガス用の排出口７５は、回転台８１の回転軸の鉛直上方に配置されている。   Further, the closing plate 76 is penetrated by a gas supply pipe 6 that supplies an inert gas into the closed space 5 in the vicinity of the nozzle 3. Further, the closing plate 76 is provided with a discharge port 75 for discharging the inert gas from the closed space 5 to the outside at a position 180 degrees away from the nozzle 3. In the present embodiment, the rotation axis direction of the turntable 81 faces the horizontal direction. The insertion hole 74 inserted through the nozzle 3 is disposed vertically below the rotation axis of the turntable 81, and the inert gas outlet 75 is disposed vertically above the rotation axis of the turntable 81. ing.

本実施形態では、ワーク２の外周側部分が常に不活性ガス環境下に保持される。従って、ワーク２の回転速度が速くて、肉盛りにより形成されるビード２１（図２参照）中の溶融域が大きくても、その溶融域が大気中に曝されることがない。   In this embodiment, the outer peripheral side part of the workpiece 2 is always maintained in an inert gas environment. Therefore, even if the rotation speed of the workpiece 2 is high and the melting region in the bead 21 (see FIG. 2) formed by the build-up is large, the melting region is not exposed to the atmosphere.

また、カバー４Ｃはカバー本体７１と摺動蓋７３で構成されているので、カバー本体７１のスリット７２を摺動蓋７３で塞ぎながら、摺動蓋７３をノズル３と共にカバー本体７１に対して相対的に移動させることができる。   Further, since the cover 4 </ b> C includes the cover body 71 and the sliding lid 73, the sliding lid 73 and the nozzle 3 are relatively located with respect to the cover body 71 while closing the slit 72 of the cover body 71 with the sliding lid 73. Can be moved.

さらに、本実施形態では、ワーク２が回転台８１によって回転させられるので、肉盛り層を何層も積層することができる。その結果、高さの高い環状の突起を容易に形成することができる。   Furthermore, in this embodiment, since the workpiece 2 is rotated by the turntable 81, many layers can be stacked. As a result, an annular protrusion having a high height can be easily formed.

また、本実施形態では、ワーク２のテーパー状の内周面に環状の突起が形成されるので、鋳造では形成が困難な内向きフランジを形成することができる。   Moreover, in this embodiment, since the cyclic | annular protrusion is formed in the taper-shaped inner peripheral surface of the workpiece | work 2, the inward flange which cannot be formed easily by casting can be formed.

また、本実施形態のように、ガス供給管６がノズル３の近傍に配置されていれば、ガス供給管６からの不活性ガスの流れをビード２１またはワーク２に当てることによって、ビード２１またはワーク２を冷却することができる。すなわち、ガス供給管６からの不活性ガスの流れを合理的に利用して、温度制御を行うことができる。   Further, if the gas supply pipe 6 is disposed in the vicinity of the nozzle 3 as in the present embodiment, the bead 21 or the work 2 can be obtained by applying an inert gas flow from the gas supply pipe 6 to the bead 21 or the work 2. The workpiece 2 can be cooled. That is, temperature control can be performed using the flow of inert gas from the gas supply pipe 6 rationally.

ところで、不活性ガス用の排出口７５は、カバー本体７１に設けることも可能である。ただし、この場合には、排出口７５の位置によっては、カバー本体７１の回転と共に移動する排出口７５が、ノズル３に挿通される挿通穴７４よりも下方に来ることがある。不活性ガスは、空気よりも重いことが多いため、排出口７５が挿通穴７４よりも下方に来ると、閉空間５から不活性ガスが抜け出すことがある。これに対し、本実施形態のように、排出口７５が摺動蓋７３に、連通穴７４の上方に位置するように設けられていれば、排出口７５と連通穴７４との位置関係を望ましい状態に維持することができる。   By the way, the discharge port 75 for the inert gas can be provided in the cover main body 71. However, in this case, depending on the position of the discharge port 75, the discharge port 75 that moves as the cover body 71 rotates may come below the insertion hole 74 through which the nozzle 3 is inserted. Since the inert gas is often heavier than air, if the discharge port 75 comes below the insertion hole 74, the inert gas may escape from the closed space 5. On the other hand, if the discharge port 75 is provided in the sliding lid 73 so as to be positioned above the communication hole 74 as in this embodiment, the positional relationship between the discharge port 75 and the communication hole 74 is desirable. Can be maintained in a state.

なお、本実施形態では、カバー４Ｃがカバー本体７１と摺動蓋７３で構成されていたが、カバー４Ｃは一体物のケースであって、ワーク２が回転しても回転しないように構成されていてもよい。例えば、カバー４Ｃの全体が第１および第２治具８２，８３に対して摺動可能であってもよい。   In this embodiment, the cover 4C is composed of the cover main body 71 and the sliding lid 73. However, the cover 4C is an integral case and is configured not to rotate even when the workpiece 2 rotates. May be. For example, the entire cover 4 </ b> C may be slidable with respect to the first and second jigs 82 and 83.

また、図例では、ノズル３がワーク２の周壁２５の内周面に対して垂直に配置されているが、ノズル３の向きは、形成したい突起の形状に応じて任意に設定可能である。例えば、ノズル３の向きは、フラットな内向きフランジを形成できるように、ワーク２の天井壁２６に平行であってもよい。   In the illustrated example, the nozzle 3 is arranged perpendicular to the inner peripheral surface of the peripheral wall 25 of the workpiece 2, but the direction of the nozzle 3 can be arbitrarily set according to the shape of the projection to be formed. For example, the orientation of the nozzle 3 may be parallel to the ceiling wall 26 of the workpiece 2 so that a flat inward flange can be formed.

さらに、回転台８１の回転軸方向は、必ずしも水平方向を向いている必要はなく、例えばワーク２が上方に開口する姿勢となるように鉛直方向を向いていてもよい。この場合、不活性ガス用の排出口７５は、肉盛り位置よりも上方であればどの位置に設けられていてもよい。   Furthermore, the rotation axis direction of the turntable 81 does not necessarily have to be oriented in the horizontal direction, and may be oriented in the vertical direction so that, for example, the workpiece 2 is in an attitude of opening upward. In this case, the inert gas discharge port 75 may be provided at any position as long as it is above the build-up position.

本発明のＬＭＤ装置は、損傷した部品の補修やニアネットシェイプの実現などの種々の目的で使用され得る。   The LMD device of the present invention can be used for various purposes such as repairing damaged parts and realizing a near net shape.

１Ａ〜１Ｄ レーザ金属肉盛装置
２ ワーク
２５ 周壁
３ ノズル
３１ レーザ光
３２ 金属粉体
４，４Ａ〜４Ｂ カバー
４１，７１ カバー本体
４２，７２ スリット
４５，７３ 摺動蓋
４６，７４ 挿通穴
５ 閉空間
６ ガス供給管
８１ 回転台 1A to 1D Laser metal overlaying device 2 Work 25 Perimeter wall 3 Nozzle 31 Laser light 32 Metal powder 4, 4A to 4B Cover 41, 71 Cover body 42, 72 Slit 45, 73 Sliding lid 46, 74 Insertion hole 5 Closed space 6 Gas supply pipe 81 Turntable

Claims (8)

ワークに向かってレーザ光を照射するとともに金属粉体を噴射するノズルと、
前記ノズルに貫通されるカバーであって、少なくとも前記ノズルの回りで、閉空間を形成するように前記ワークを覆うカバーと、
を備える、レーザ金属肉盛装置。 A nozzle that irradiates the workpiece with laser light and injects metal powder;
A cover penetrating the nozzle, and covering the workpiece so as to form a closed space at least around the nozzle;
A laser metal overlaying device. 前記カバーを貫通し、前記閉空間内に不活性ガスを供給するガス供給管をさらに備える、請求項１に記載のレーザ金属肉盛装置。   The laser metal cladding apparatus according to claim 1, further comprising a gas supply pipe that penetrates the cover and supplies an inert gas into the closed space. 前記カバーは、前記ノズルの回りで前記ワークを覆うドーム状である、請求項１または２に記載のレーザ金属肉盛装置。   The laser metal overlaying apparatus according to claim 1, wherein the cover has a dome shape that covers the workpiece around the nozzle. 前記カバーは、前記ワークを収容する箱状である、請求項１または２に記載のレーザ金属肉盛装置。   The laser metal overlaying apparatus according to claim 1, wherein the cover has a box shape that accommodates the workpiece. 前記カバーは、前記ワークを取り囲む、スリットが形成されたカバー本体と、前記スリットを塞ぐ、当該スリットに沿って摺動可能な摺動蓋であって、前記ノズルに挿通される挿通穴を有する摺動蓋と、を含む、請求項４に記載のレーザ金属肉盛装置。   The cover is a cover body that surrounds the workpiece and is formed with a slit, and a sliding lid that closes the slit and is slidable along the slit, and has a sliding hole that is inserted into the nozzle. The laser metal overlaying apparatus according to claim 4, comprising a moving lid. 前記レーザ金属肉盛装置は、前記ワークに環状の突起を形成するためのものであり、
前記ワークを回転させる回転台をさらに備え、
前記スリットおよび前記摺動蓋は、前記ワークの回転中心を中心とする環状である、請求項５に記載のレーザ金属肉盛装置。 The laser metal overlaying apparatus is for forming an annular protrusion on the workpiece,
It further comprises a turntable for rotating the workpiece,
The laser metal overlaying apparatus according to claim 5, wherein the slit and the sliding lid are annular around the rotation center of the workpiece. 前記ワークは、テーパー状の周壁を有し、この周壁の内周面に前記環状の突起が形成される、請求項６に記載のレーザ金属肉盛装置。   The laser metal cladding apparatus according to claim 6, wherein the workpiece has a tapered peripheral wall, and the annular protrusion is formed on an inner peripheral surface of the peripheral wall. 前記ワークは、チタン合金からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ金属肉盛装置。   The laser metal overlaying apparatus according to claim 1, wherein the workpiece is made of a titanium alloy.
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