JP2017024016A - Laser build-up method - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser build-up method whereby occurrence of a blow hole can be prevented.SOLUTION: A laser build-up method comprises: the step of forming an annular counter-bore groove 15 in a combustion-chamber-side open end of a port in a cylinder head raw blank 10; and the step of making the center shaft A2 of the counter-bore groove 15 coincide with a vertical direction, emitting a laser beam while supplying metal powder to the counter-bore groove, and successively forming build-up layers for a valve seat. In the step of forming the counter-bore groove, the counter-bore groove is formed by inclining the bottom face of the counter-bore groove such that an angle formed by the bottom and the inner peripheral surface of the port is larger than 90°.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザ肉盛方法に関するものであり、例えば、バルブシート用のレーザ肉盛方法に関する。   The present invention relates to a laser overlay method, for example, a laser overlay method for a valve seat.

高温環境下においてバルブが繰り返し当接するシリンダヘッドのバルブシートには、耐熱性や耐摩耗性が要求される。そのため、バルブシートは、シリンダヘッド粗形材の吸気／排気ポートの開口端周縁に、機械加工により円環状のザグリ溝を形成し、このザグリ溝に銅系合金等からなる肉盛層を形成することにより得られる。   Heat resistance and wear resistance are required for the valve seat of the cylinder head with which the valve repeatedly contacts in a high temperature environment. Therefore, in the valve seat, an annular counterbore groove is formed by machining in the peripheral edge of the opening end of the intake / exhaust port of the rough cylinder head material, and a built-up layer made of a copper alloy or the like is formed in the counterbore groove. Can be obtained.

このようなバルブシート用の肉盛方法としては、ザグリ溝に金属粉を供給しながらレーザビームを照射して肉盛層を形成するレーザ肉盛方法（いわゆるレーザクラッド法）が知られている。このレーザ肉盛方法では、肉盛層の始端部と終端部が重なり合ってできるオーバーラップ部に、ブローホール（空孔）が生じ易いことが知られている。   As a method for overlaying such a valve seat, a laser overlay method (so-called laser cladding method) is known in which a cladding layer is formed by irradiating a laser beam while supplying metal powder to a counterbored groove. In this laser cladding method, it is known that blow holes (holes) are likely to occur in an overlap portion formed by overlapping the start and end portions of the cladding layer.

このようなブローホールを解消するために、特許文献１には、レーザの出力を所定量まで増加させて、肉盛層の終端部を形成し、始端部に重ねるレーザ肉盛方法が開示されている。   In order to eliminate such blowholes, Patent Document 1 discloses a laser cladding method in which a laser output is increased to a predetermined amount to form a terminal portion of a cladding layer and overlapped with a leading edge portion. Yes.

特開２０１０−２０１４８０号公報JP 2010-201480 A

発明者らは、ザグリ溝の底面に堆積した余剰な金属粉（余剰粉）が、レーザビームが近づくことにより半ば溶融してある程度の大きさの玉（玉状の金属凝集体）になった後、溶融プールに吸収されると、ブローホールが発生することを見出した。特許文献１に開示された方法のように、レーザの出力を増加させても、ブローホール発生の原因となる余剰粉を低減することができないため、ブローホールが発生してしまう。   After the surplus metal powder (surplus powder) deposited on the bottom surface of the counterbore groove melts halfway as the laser beam approaches, it becomes a ball of a certain size (ball-shaped metal aggregate). It was found that blowholes are generated when absorbed into the molten pool. As in the method disclosed in Patent Document 1, even if the output of the laser is increased, surplus powder that causes blowhole generation cannot be reduced, and blowholes are generated.

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、ブローホールの発生を抑制することができるレーザ肉盛方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a laser cladding method capable of suppressing the generation of blowholes.

本発明の一態様に係るレーザ肉盛方法は、
シリンダヘッド粗形材において、ポートの燃焼室側開口端に、円環状のザグリ溝を形成する工程と、
前記ザグリ溝の中心軸を鉛直方向に一致させ、前記ザグリ溝に金属粉を供給しつつ、レーザビームを照射し、バルブシート用の肉盛層を順次形成する工程と、を備えたレーザ肉盛方法であって、
前記ザグリ溝を形成する工程において、前記ザグリ溝の底面と前記ポートの内周面とのなす角が90°よりも大きくなるように、前記底面を傾斜させて形成する。
このような構成とすることにより、ブローホールの発生を抑制することができる。 A laser cladding method according to an aspect of the present invention includes:
In the cylinder head rough profile, a step of forming an annular counterbore groove at the combustion chamber side opening end of the port;
A laser cladding comprising: aligning the central axis of the counterbored grooves in a vertical direction, irradiating a laser beam while supplying metal powder to the counterbored grooves, and sequentially forming a cladding layer for a valve seat. A method,
In the step of forming the counterbored groove, the bottom surface is inclined so that an angle formed by the bottom surface of the counterbored groove and the inner peripheral surface of the port is greater than 90 °.
With such a configuration, the occurrence of blow holes can be suppressed.

本発明により、ブローホールの発生を抑制することができるレーザ肉盛方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a laser cladding method capable of suppressing the generation of blow holes.

実施の形態１に係るレーザ肉盛方法の概要を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the outline | summary of the laser cladding method concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るレーザ肉盛方法の概要を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline | summary of the laser cladding method concerning Embodiment 1 typically. 実施の形態１に係るレーザ加工ヘッドを例示する断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating the laser processing head according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係る肉盛方法により形成された肉盛層を燃焼室側から見た円環状の断面を例示する写真である。It is a photograph which illustrates the annular cross section which looked at the build-up layer formed by the build-up method which concerns on Embodiment 1 from the combustion chamber side. 比較例に係るレーザ肉盛方法の概要を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the outline | summary of the laser cladding method which concerns on a comparative example. 比較例に係るレーザ肉盛方法により形成された肉盛層を燃焼室側から見た円環状の断面を例示する写真である。It is a photograph which illustrates the annular cross section which looked at the build-up layer formed by the laser build-up method concerning a comparative example from the combustion chamber side. 実施形態に係るレーザ肉盛方法における底面の傾斜角度効果を例示するグラフであり、横軸は底面の傾斜角度を示し、縦軸は溶着率を示す。It is a graph which illustrates the inclination-angle effect of the bottom face in the laser cladding method which concerns on embodiment, a horizontal axis shows the inclination-angle of a bottom face, and a vertical axis | shaft shows a welding rate. 実施形態に係るレーザ肉盛方法における底面の傾斜角度と材料歩留りとの関係を例示するグラフであり、横軸は底面の傾斜角度を示し、縦軸は材料歩留りを示す。It is a graph which illustrates the relationship between the inclination-angle of a bottom face and material yield in the laser cladding method which concerns on embodiment, a horizontal axis shows the inclination-angle of a bottom face, and a vertical axis | shaft shows material yield.

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。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.

（実施の形態）
実施の形態１に係るレーザ肉盛方法を説明する。
図１は、実施の形態１に係るレーザ肉盛方法の概要を模式的に示す斜視図である。
図２は、実施の形態１に係るレーザ肉盛方法の概要を模式的に示す断面図である。 (Embodiment)
A laser cladding method according to Embodiment 1 will be described.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an outline of the laser cladding method according to the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an outline of the laser cladding method according to the first embodiment.

図１及び図２を参照して、実施の形態１に係るレーザ肉盛方法の概要を説明する。まず、シリンダヘッド粗形材１０の構成について説明する。シリンダヘッド粗形材１０は、例えば鋳鉄やアルミニウム合金などからなる鋳物である。シリンダヘッド粗形材１０は、複数の燃焼室１１を備えている。各燃焼室１１は、吸気ポート１２及び排気ポート１３を備えている。   With reference to FIG.1 and FIG.2, the outline | summary of the laser cladding method which concerns on Embodiment 1 is demonstrated. First, the configuration of the cylinder head rough profile 10 will be described. The cylinder head rough shape member 10 is a casting made of, for example, cast iron or aluminum alloy. The cylinder head rough shape member 10 includes a plurality of combustion chambers 11. Each combustion chamber 11 includes an intake port 12 and an exhaust port 13.

このようなシリンダヘッド粗形材１０において、吸気ポート１２及び排気ポート１３の燃焼室１１側の開口１４の端に、開口１４を囲むように円環状のザグリ溝１５を形成する。ザグリ溝１５は機械加工により形成される。ザグリ溝１５は、例えば、底面１５ａ、斜面１５ｂ及び側面１５ｃを有するように形成される。底面１５ａ、斜面１５ｂ及び側面１５ｃも円環状である。底面１５ａと側壁１５ｃとの間に斜面１５ｂが設けられている。したがって、底面１５ａは、一方で、吸気ポート１２の内周面１２ａと隣り合い、他方で、斜面１５ｂと隣り合っている。側面１５ｃは、一方で、燃焼室１１の内面１１ａと隣り合い、他方で、斜面１５ｂと隣り合っている。斜面１５ｂは、一方で、底面１５ａと隣り合い、他方で、側面１５ｃと隣り合っている。   In such a rough cylinder head member 10, an annular counterbore groove 15 is formed at the end of the opening 14 on the combustion chamber 11 side of the intake port 12 and the exhaust port 13 so as to surround the opening 14. The counterbore groove 15 is formed by machining. The counterbore groove 15 is formed to have, for example, a bottom surface 15a, a slope 15b, and a side surface 15c. The bottom surface 15a, the slope 15b, and the side surface 15c are also annular. A slope 15b is provided between the bottom surface 15a and the side wall 15c. Therefore, the bottom surface 15a is adjacent to the inner peripheral surface 12a of the intake port 12 on the one hand and adjacent to the inclined surface 15b on the other hand. The side surface 15c is adjacent to the inner surface 11a of the combustion chamber 11 on the one hand and is adjacent to the inclined surface 15b on the other hand. The inclined surface 15b is adjacent to the bottom surface 15a on the one hand and adjacent to the side surface 15c on the other hand.

図１に示されたシリンダヘッド粗形材１０は、４気筒１６バルブ用であって、４つの燃焼室１１のそれぞれに吸気ポート１２及び排気ポート１３を２つずつ備えている。当然のことながら、燃焼室１１や吸気ポート１２及び排気ポート１３の個数は図１の例に限定されるものではなく、適宜決定されるものである。   The cylinder head rough shape member 10 shown in FIG. 1 is for a four-cylinder 16 valve, and is provided with two intake ports 12 and two exhaust ports 13 in each of four combustion chambers 11. As a matter of course, the number of combustion chambers 11, intake ports 12, and exhaust ports 13 is not limited to the example of FIG.

図１及び図２に示すように、レーザ加工ヘッド２０からザグリ溝１５に金属粉２６を供給しつつ、レーザビーム３０（光軸Ａ１）を照射する。ザグリ溝１５の内部において金属粉２６を溶融・凝固し、バルブシート用の肉盛層１６を順次形成する。レーザ加工ヘッド２０を、円環状のザグリ溝１５の中心軸Ａ２を軸として回転させる。これにより、レーザ加工ヘッド２０から吐出された金属粉２６及びレーザビーム３０は、ザグリ溝１５に沿って円環状に供給される。このようにして、ザグリ溝１５の全周に肉盛層１６を形成する。   As shown in FIGS. 1 and 2, a laser beam 30 (optical axis A <b> 1) is irradiated while supplying metal powder 26 from the laser processing head 20 to the counterbore groove 15. The metal powder 26 is melted and solidified inside the counterbore groove 15 to sequentially form the built-up layer 16 for the valve seat. The laser processing head 20 is rotated about the center axis A2 of the circular counterbore groove 15. As a result, the metal powder 26 and the laser beam 30 discharged from the laser processing head 20 are supplied in an annular shape along the counterbore groove 15. In this way, the built-up layer 16 is formed on the entire circumference of the counterbored groove 15.

ここで、中心軸Ａ２を以下のとおりとする。ザグリ溝１５の円環形状が形づける円環の中心を中心Ｏとする。円環において直交する２つの直径に垂直で、中心Ｏを通る軸を、中心軸Ａ２とする。中心Ｏは、開口１４の中心と略同一である。肉盛層１６を形成する際には、開口１４が上方を向くように、燃焼室１１側を上方にして、中心軸Ａ２を鉛直方向に一致させる。なお、図では、吸気ポート１２を示しているが、排気ポート１３でもよい。肉盛層１６の表面は、製品形状とするために研削される。   Here, the central axis A2 is as follows. The center of the ring formed by the ring shape of the counterbored groove 15 is defined as a center O. An axis that is perpendicular to two diameters orthogonal to each other in the ring and passes through the center O is defined as a center axis A2. The center O is substantially the same as the center of the opening 14. When the built-up layer 16 is formed, the central axis A2 is aligned with the vertical direction with the combustion chamber 11 side facing upward so that the opening 14 faces upward. Although the intake port 12 is shown in the figure, the exhaust port 13 may be used. The surface of the built-up layer 16 is ground to obtain a product shape.

図３は、実施の形態１に係るレーザ加工ヘッドを例示する断面図である。
図３を参照して、レーザ肉盛方法で用いるレーザ加工ヘッド２０を説明する。レーザ加工ヘッド２０は、内側ノズル２１、外側ノズル２２、原料供給管２３を備えている。すなわち、レーザ加工ヘッド２０は、ともにレーザビーム３０の光軸Ａ１を中心軸とする内側ノズル２１及び外側ノズル２２からなる同軸二重管構造を有している。 FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the laser processing head according to the first embodiment.
With reference to FIG. 3, the laser processing head 20 used with the laser cladding method is demonstrated. The laser processing head 20 includes an inner nozzle 21, an outer nozzle 22, and a raw material supply pipe 23. That is, the laser processing head 20 has a coaxial double tube structure composed of the inner nozzle 21 and the outer nozzle 22 both having the optical axis A1 of the laser beam 30 as the central axis.

具体的には、内側ノズル２１からレーザビーム３０が出射される。また、内側ノズル２１からシールガス２４が吐出される。内側ノズル２１と外側ノズル２２との間からは、原料供給管２３を介して供給されたキャリアガス２５及び金属粉２６が吐出される。つまり、シールガス２４、キャリアガス２５及び金属粉２６の吐出軸は、レーザビーム３０の光軸Ａ１と同軸である。   Specifically, the laser beam 30 is emitted from the inner nozzle 21. Further, the seal gas 24 is discharged from the inner nozzle 21. From between the inner nozzle 21 and the outer nozzle 22, the carrier gas 25 and the metal powder 26 supplied through the raw material supply pipe 23 are discharged. That is, the discharge axes of the seal gas 24, the carrier gas 25, and the metal powder 26 are coaxial with the optical axis A1 of the laser beam 30.

シールガス２４及びキャリアガス２５としては、例えば、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを挙げることができる。このように、レーザビーム３０の照射と、シールガス２４、キャリアガス２５及び金属粉２６の供給とが一体化されることにより、レーザ加工装置をコンパクトにすることができる。なお、図１では、原料供給管２３は省略されている。   Examples of the seal gas 24 and the carrier gas 25 include inert gases such as argon gas and nitrogen gas. Thus, the laser processing apparatus can be made compact by integrating the irradiation of the laser beam 30 and the supply of the seal gas 24, the carrier gas 25 and the metal powder 26. In FIG. 1, the raw material supply pipe 23 is omitted.

次に、本実施形態に係る肉盛方法を詳細に説明する。
図２に示すように、本実施形態において、ザグリ溝１５を形成する際に、開口１４が上方を向くようにザグリ溝１５の中心軸Ａ２を鉛直方向とする。この場合に、ザグリ溝１５の底面１５ａにおける中心軸Ａ２側が下方に傾斜するように、底面１５ａを形成する。吸気ポート１２の内周面１２ａは、中心軸Ａ２を軸とした円管形状となるように形成されている。したがって、隣り合うザグリ溝１５の底面１５ａと吸気ポート１２の内周面１２ａとのなす角度ωが90°よりも大きくなるように、底面１５ａを傾斜させてザグリ溝１５を形成する。底面１５ａは、中心軸Ａ２を鉛直方向とした場合に、中心軸Ａ２に直交する水平な面を有しないように形成されている。 Next, the overlaying method according to the present embodiment will be described in detail.
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, when the counterbored groove 15 is formed, the center axis A <b> 2 of the counterbored groove 15 is set to the vertical direction so that the opening 14 faces upward. In this case, the bottom surface 15a is formed so that the central axis A2 side of the bottom surface 15a of the counterbore groove 15 is inclined downward. The inner peripheral surface 12a of the intake port 12 is formed to have a circular tube shape with the central axis A2 as an axis. Therefore, the counterbored grooves 15 are formed by inclining the bottom surfaces 15a so that the angle ω formed between the bottom surfaces 15a of the adjacent counterbored grooves 15 and the inner peripheral surface 12a of the intake port 12 is greater than 90 °. The bottom surface 15a is formed so as not to have a horizontal surface orthogonal to the central axis A2 when the central axis A2 is in the vertical direction.

次に、ザグリ溝１５内に、肉盛層１６を形成する。肉盛層１６を形成する際には、金属粉２６の吐出とレーザビーム３０の照射とのタイミングを調整する。ザグリ溝１５の内部において金属粉２６が溶融・凝固し、バルブシート用の肉盛層１６が形成される。肉盛層１６におけるレーザ加工ヘッド２０との対向面には、溶融プール３１が形成される。溶融プール３１は、金属粉２６がレーザビーム３０の照射により溶融したものである。溶融プール３１に向かって金属粉２６が吐出される。また、溶融プール３１に対してレーザビーム３０が照射される。溶融プール３１を持続させながら、溶融プール３１をザグリ溝１５に沿って移動させる。溶融プール３１が移動した跡には溶融プール３１の冷却により肉盛層１６が形成される。このようにして、肉盛層１６を円環状に成長させる。   Next, the built-up layer 16 is formed in the counterbore groove 15. When forming the build-up layer 16, the timing of the discharge of the metal powder 26 and the irradiation of the laser beam 30 is adjusted. Inside the counterbore groove 15, the metal powder 26 is melted and solidified to form the built-up layer 16 for the valve seat. A melt pool 31 is formed on the surface of the overlay layer 16 facing the laser processing head 20. The molten pool 31 is obtained by melting the metal powder 26 by irradiation with the laser beam 30. The metal powder 26 is discharged toward the molten pool 31. Further, the laser beam 30 is applied to the molten pool 31. The molten pool 31 is moved along the counterbore groove 15 while maintaining the molten pool 31. The overlay layer 16 is formed on the trace of the movement of the molten pool 31 by cooling the molten pool 31. In this way, the overlay layer 16 is grown in an annular shape.

ノズルから吐出された金属粉２６のうち、ザグリ溝１５の底面１５ａに堆積した余剰な金属粉（余剰粉）は、レーザビーム３０が近づくことにより半ば溶融する。半ば溶解した余剰粉は、玉状（玉２７ａ）になる。玉２７ａが溶融プール３１に吸収されることで、ブローホールが発生する。しかしながら、本実施形態では、底面１５ａが傾斜しているため、ザグリ溝１５の底面１５ａに余剰粉が堆積しない。また、余剰粉が堆積し、玉２７ａになったとしても、吸気ポート１２または排気ポート１３に落下する。これにより、玉２７ａが溶融プール３１に吸収されることを抑制する。   Of the metal powder 26 discharged from the nozzle, surplus metal powder (surplus powder) deposited on the bottom surface 15a of the counterbore groove 15 is melted halfway when the laser beam 30 approaches. The semi-dissolved surplus powder becomes ball-shaped (ball 27a). Blow holes are generated by the balls 27a being absorbed by the molten pool 31. However, in this embodiment, since the bottom surface 15a is inclined, excess powder does not accumulate on the bottom surface 15a of the counterbored groove 15. Even if surplus powder accumulates and becomes the ball 27 a, it falls to the intake port 12 or the exhaust port 13. This suppresses the balls 27a from being absorbed into the molten pool 31.

図４は、実施の形態１に係る肉盛方法により形成された肉盛層を燃焼室側から見た円環状の断面を例示する写真である。
底面１５ａを水平から30°傾斜させた場合、すなわち、底面１５ａと内周面１２ａとの角度を120°とした場合には、肉盛層１６は、開口を囲むように円環状に形成される。肉盛層１６において溶着不良の発生が抑制されている。 FIG. 4 is a photograph illustrating an annular cross section when the overlay layer formed by the overlay method according to Embodiment 1 is viewed from the combustion chamber side.
When the bottom surface 15a is inclined by 30 ° from the horizontal, that is, when the angle between the bottom surface 15a and the inner peripheral surface 12a is 120 °, the built-up layer 16 is formed in an annular shape so as to surround the opening. . Generation | occurrence | production of the welding defect in the overlaying layer 16 is suppressed.

次に、本実施形態の効果を説明する前に、比較例について説明する。本実施形態の効果は、比較例の説明の後に、比較例と対比させて説明する。
図５は、比較例に係るレーザ肉盛方法の概要を模式的に示す断面図である。
図５に示すように、比較例においては、ザグリ溝１５を形成する際に、開口１４が上方を向くように中心軸Ａ２を鉛直方向とした場合に、底面１５ａを水平になるように形成する。したがって、ザグリ溝１５の底面１５ａと吸気ポート１２の内周面１２ａとのなす角度ωは90°である。 Next, a comparative example will be described before describing the effects of the present embodiment. The effect of the present embodiment will be described in comparison with the comparative example after the description of the comparative example.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an outline of a laser cladding method according to a comparative example.
As shown in FIG. 5, in the comparative example, when the counterbored groove 15 is formed, the bottom surface 15a is formed to be horizontal when the central axis A2 is set in the vertical direction so that the opening 14 faces upward. . Therefore, the angle ω formed by the bottom surface 15a of the counterbore groove 15 and the inner peripheral surface 12a of the intake port 12 is 90 °.

比較例では、レーザ加工ヘッド２０から吐出された金属粉２６のうち、ザグリ溝１５の底面１５ａに堆積した余剰な金属粉（余剰粉）が、レーザビーム３０が近づくことにより半ば溶融して玉２７ａになる。玉２７ａが溶融プール３１に吸収されることで、ブローホールが発生する。   In the comparative example, of the metal powder 26 discharged from the laser processing head 20, the excess metal powder (excess powder) deposited on the bottom surface 15a of the counterbored groove 15 is melted halfway by the approach of the laser beam 30, and the ball 27a. become. Blow holes are generated by the balls 27a being absorbed by the molten pool 31.

図６は、比較例に係るレーザ肉盛方法により形成された肉盛層を燃焼室側から見た円環状の断面を例示する写真である。
図６に示すように、底面１５ａを水平にした場合、すなわち、底面１５ａと内周面１２ａとの角度を90°とした場合に、肉盛層１６に溶着不良部２８が発生している。 FIG. 6 is a photograph exemplifying an annular cross section when the overlay layer formed by the laser overlay method according to the comparative example is viewed from the combustion chamber side.
As shown in FIG. 6, when the bottom surface 15 a is horizontal, that is, when the angle between the bottom surface 15 a and the inner peripheral surface 12 a is 90 °, the poorly welded portion 28 occurs in the built-up layer 16.

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態に係るレーザ肉盛方法によれば、ザグリ溝１５の底面１５ａとポートの内周面１２ａとのなす角度が90°よりも大きくなるように、ザグリ溝１５の底面１５ａを傾斜させて形成させている。すなわち、ザグリ溝１５の底面１５ａにおける中心軸Ａ２側が下方に傾斜するように、底面１５ａを形成する。そのため、底面１５ａに余剰粉が堆積しにくい上、余剰粉が玉２７ａになった後、ポート内に落下しやすい。そのため、ブローホールの発生を低減することができる。   Next, the effect of this embodiment will be described. According to the laser cladding method according to the present embodiment, the bottom surface 15a of the counterbored groove 15 is inclined so that the angle formed between the bottom surface 15a of the counterbored groove 15 and the inner peripheral surface 12a of the port is larger than 90 °. It is formed. That is, the bottom surface 15a is formed so that the central axis A2 side of the bottom surface 15a of the counterbore groove 15 is inclined downward. For this reason, surplus powder is unlikely to accumulate on the bottom surface 15a, and the surplus powder tends to fall into the port after it becomes the ball 27a. Therefore, the generation of blow holes can be reduced.

図７は、実施形態に係るレーザ肉盛方法における底面の傾斜角度効果を例示するグラフであり、横軸は底面の傾斜角度を示し、縦軸は溶着率を示す。
図７に示すように、ザグリ溝１５の底面１５ａが水平に対して傾斜する角度が大きくなるほど、溶着率が向上する。ザグリ溝の傾斜角度効果（巻き込み防止効果）として、85％以上の溶着率を確保するためには、傾斜角度を10°以上とすることが望ましい。ここで、溶着率とは、肉盛層１６全体において、溶着された肉盛層１６から溶着不良部２８を引いた割合をいう。つまり、肉盛層１６全体において、良好に形成された割合である。 FIG. 7 is a graph illustrating the tilt angle effect of the bottom surface in the laser cladding method according to the embodiment, the horizontal axis indicates the tilt angle of the bottom surface, and the vertical axis indicates the welding rate.
As shown in FIG. 7, as the angle at which the bottom surface 15a of the counterbore groove 15 is inclined with respect to the horizontal is increased, the welding rate is improved. In order to ensure a welding rate of 85% or more as the effect of the angle of inclination of the counterbored groove (effect of preventing entrainment), the angle of inclination is preferably set to 10 ° or more. Here, the welding rate refers to the ratio of the welded layer 16 to the defective welded portion 28 subtracted from the welded layer 16. That is, it is a ratio that is well formed in the entire built-up layer 16.

図８は、実施形態に係るレーザ肉盛方法における底面の傾斜角度と材料歩留りとの関係を例示するグラフであり、横軸は底面の傾斜角度を示し、縦軸は材料歩留りを示す。
図８に示すように、ザグリ溝１５の底面１５ａが水平に対して傾斜する角度が大きくなるほど、金属粉２６の材料歩留まりが低下する。80％以上の歩留まりを確保するためには、傾斜角度を30°以内にすることが望ましい。これを改善する方法としては、レーザ加工ヘッド２０等の改良が必要である。 FIG. 8 is a graph illustrating the relationship between the tilt angle of the bottom surface and the material yield in the laser cladding method according to the embodiment, the horizontal axis indicates the tilt angle of the bottom surface, and the vertical axis indicates the material yield.
As shown in FIG. 8, the material yield of the metal powder 26 decreases as the angle at which the bottom surface 15 a of the counterbored groove 15 is inclined with respect to the horizontal increases. In order to secure a yield of 80% or more, it is desirable to set the inclination angle within 30 °. As a method for improving this, it is necessary to improve the laser machining head 20 and the like.

以上から、溶着率を向上させ、かつ、金属粉２６の歩留まりも向上させるためには、傾斜角度は10°〜30°が望ましい。なお、レーザ照射ノズルの改良や、照射条件、照射角度を改良した時は、この限りではなく、40°以上でもよい。   From the above, in order to improve the deposition rate and also improve the yield of the metal powder 26, the inclination angle is desirably 10 ° to 30 °. In addition, when the laser irradiation nozzle is improved, the irradiation conditions, and the irradiation angle are improved, the angle is not limited to 40 ° or more.

以上、本発明にかか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。   As mentioned above, although the embodiment of the laser cladding method according to the present invention has been described, the present invention is not limited to the above configuration, and can be changed without departing from the technical idea of the present invention.

例えば、重力による玉の落下を妨げないという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。本実施形態では、ザグリ溝１５の中心軸を鉛直方向に一致させて肉盛層を形成する前提のもと、ザグリ溝１５の底面１５ａと、ポートの内周面１２ａとのなす角度を90°以上としたが、これに限らない。例えば、ザグリ溝１５の底面１５ａを水平に対して傾斜させ、形成された玉２７ａを落下させるように、ザグリ溝１５の中心軸Ａ２の方向を調整して肉盛層を形成してもよい。また、ポート形状が特殊な形状であって、ポート内周面が円筒の内面形状ではない場合には、ザグリ溝１５の底面１５ａにおける中心軸Ａ２側が下方に傾斜するように、底面１５ａを傾斜させる。その他、重力による玉の落下を妨げないという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。   For example, it can be changed without departing from the technical idea of not preventing the ball from falling due to gravity. In the present embodiment, the angle formed between the bottom surface 15a of the counterbored groove 15 and the inner peripheral surface 12a of the port is set to 90 ° on the premise that the built-up layer is formed by aligning the central axis of the counterbored groove 15 with the vertical direction. Although it was above, it is not restricted to this. For example, the overlay layer may be formed by adjusting the direction of the central axis A2 of the counterbored groove 15 so that the bottom surface 15a of the counterbored groove 15 is inclined with respect to the horizontal and the formed ball 27a is dropped. When the port shape is a special shape and the inner peripheral surface of the port is not a cylindrical inner surface shape, the bottom surface 15a is inclined so that the central axis A2 side of the bottom surface 15a of the counterbored groove 15 is inclined downward. . In addition, it is possible to make changes within a range that does not depart from the technical idea of not preventing the ball from falling due to gravity.

１０ シリンダ粗形材
１１ 燃焼室
１２ 吸気ポート
１３ 排気ポート
１４ 開口
１５ ザグリ溝
１６ 肉盛層
１７ 内周面
２０ レーザ加工ヘッド
２１ 内側ノズル
２２ 外側ノズル
２３ 原料供給管
２４ シールガス
２５ キャリアガス
２６ 金属粉
２７ａ 玉
２８ 溶着不良部
３０ レーザビール
Ａ１ 光軸
Ａ２ 中心軸
Ｏ 中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cylinder rough shape material 11 Combustion chamber 12 Intake port 13 Exhaust port 14 Opening 15 Counterbored groove 16 Overlay layer 17 Inner peripheral surface 20 Laser processing head 21 Inner nozzle 22 Outer nozzle 23 Raw material supply pipe 24 Seal gas 25 Carrier gas 26 Metal powder 27a ball 28 poorly welded portion 30 laser beer A1 optical axis A2 central axis O center

Claims (1)

シリンダヘッド粗形材において、ポートの燃焼室側開口端に、円環状のザグリ溝を形成する工程と、
前記ザグリ溝の中心軸を鉛直方向に一致させ、前記ザグリ溝に金属粉を供給しつつ、レーザビームを照射し、バルブシート用の肉盛層を順次形成する工程と、を備えたレーザ肉盛方法であって、
前記ザグリ溝を形成する工程において、前記ザグリ溝の底面と前記ポートの内周面とのなす角が90°よりも大きくなるように、前記底面を傾斜させて形成する、
レーザ肉盛方法。 In the cylinder head rough profile, a step of forming an annular counterbore groove at the combustion chamber side opening end of the port;
A laser cladding comprising: aligning the central axis of the counterbored grooves in a vertical direction, irradiating a laser beam while supplying metal powder to the counterbored grooves, and sequentially forming a cladding layer for a valve seat. A method,
In the step of forming the counterbored groove, the bottom surface is inclined and formed such that an angle formed between the bottom surface of the counterbored groove and the inner peripheral surface of the port is greater than 90 °.
Laser overlaying method.