JPH0571646B2 - - Google Patents
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- JPH0571646B2 JPH0571646B2 JP1323978A JP32397889A JPH0571646B2 JP H0571646 B2 JPH0571646 B2 JP H0571646B2 JP 1323978 A JP1323978 A JP 1323978A JP 32397889 A JP32397889 A JP 32397889A JP H0571646 B2 JPH0571646 B2 JP H0571646B2
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- Japan
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- laser
- optical fiber
- laser beam
- beams
- steel material
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- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 18
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- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 18
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明はレーザによる鋼材の熱処理加工の方法
に関する。 ［従来の技術］ 従来のレーザ熱処理加工に於いては、一本の光
フアイバーを用いて、ビームをスキヤンさせる事
により、被加工物の処理を行つていた。 また、面処理する場合には、被加工物を、ビー
ムのスキヤンと同時に、スキヤンの方向と垂直に
移動させる事により行つていた。 ［発明が解決しようとする課題］ 従来の、光フアイバーを用いたレーザ加工に於
いては、一つのビームのスキヤンにより、熱処理
を行つていた。この場合、被加工物は、レーザに
よる熱処理の特徴である、急加熱・急冷却加工さ
れていた。このため、鋼材の一様な加熱による、
表面温度の設定と設定温度の保持が困難である。
また、一つのビームのスキヤンにより、被加工物
を面処理する場合、例えば焼入れ処理を例にとる
と、第２図で示されるとおり、既に熱処理された
部分の直近を、次のスキヤンビームが通過し熱処
理する。このため、既に急加熱・急冷却によつて
熱処理され高硬度となつた周辺部分が、再び熱影
響を受け、硬度値が低下し、熱影響を受けない部
分と硬度差が生じ、処理にむらができる欠点があ
つた。 複数個のレーザビームをスキヤンさせて熱処理
を行う方法としては、特開昭62−13389号公報に
記載されたスクラツチ加工装置があるが、これは
均一に高速加工するために、同時に数カ所を分割
照射するためのものであつて、上記欠点は防止で
きない。 本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであ
り、一様な加熱により加工温度の設定と設定温度
の維持ができ、また処理にむらのない熱処理の可
能な方法を提供する事を目的とする。 ［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための本発明の要旨は、 光フアイバーを用いてレーザビームを鋼材表面
上にスキヤンさせながら行う鋼材の表面処理方法
に於いて、レーザビームを複数本に分割し、各レ
ーザビームを光フアイバーに導いた後、集光を行
う際に、複数のビームを鋼材表面の同一スキヤン
上に並べ分けて照射することを特徴とするレーザ
熱処理方法：レーザビームを複数本に分割し、各
ビームを光フアイバーに導いた後、集光を行う際
に、複数のビームを先行ビームの斜め後に並べ分
けて照射することを特徴とするレーザ熱処理方法
と；複数のレーザ装置を用いて、各ビームを光フ
アイバーに導いた後、集光を行う際に、複数のビ
ームを鋼材表面の同一スキヤン上に並べ分けて照
射することを特徴とするレーザ熱処理方法と；複
数のレーザ装置を用いて、各ビームを光フアイバ
ーに導いた後、集光を行う際に、複数のビームを
先行ビームの斜め後に並べ分けて照射することを
特徴とするレーザ熱処理方法にある。 ［作用］ 以下に本発明を詳細に説明する。 第１−１図は本発明を実施するための装置の構
成の一例を示した模式図である。 本発明は第１図に示される通り、レーザ本体１
から出射されたレーザビーム３を複数のレーザビ
ームに分割するための半透過ミラー１２を持つ分
岐光学系２を通して光フアイバー４に導く。これ
らのミラーの透過率を変えることにより各レーザ
ビームのパワーを可変することができる。その
後、光フアイバー他端の集光光学系５を駆動しビ
ームのパワー密度を調整しながら処理を行う。 この駆動装置の一例は各集光光学系ごとに独立
しており、２つのプーリとその外周にベルトを持
つものであり、プーリを回転させることにより駆
動するものである。駆動方法としては、第６図に
示すとおり先行ビームに対してある一定の位置
（第６図のＸ及びＹ）を保ちつつ、集光光学系５
を駆動させ、スキヤンの行路を一定の間隔をおい
てたどるように複数のレーザビームを調整する。 この結果、スキヤンの進行につれて被加工物上
でのビームの位置は第７図のｅ〜ｈに順に示す様
に変化し、それに対応して被加工物上の温度は同
図ａ〜ｄに示す様に、先行のビームがスキヤンし
ている行路と、先頭のビームが熱影響を与える領
域に、後熱のため斜め後ろに並べ分け、先頭ビー
ムが熱影響を与える領域を保温する。その後、先
頭ビームの熱影響が無くなつた部分から、随時処
理を終えて行く。この結果被加工物の温度を、必
要とされた温度条件に、必要な時間維持すること
が可能となり、一本のレーザビームのみで処理さ
れる時のような急加熱急冷却はなく、かつ再加熱
による処理むらも無くす事ができ、表面均一加工
が可能となる。なお、被加工物は、ビームのスキ
ヤンと同時に、スキヤンの方向と垂直方向に動か
す。 また、上記レーザ処理装置において、ビーム分
岐光学系の代わりに、第１−２図のように分岐光
学系を用いずに、複数のレーザ装置を用いて同様
の熱処理を行う事も可能である。 ［実施例］ 実施例 １ 成分を第１表に示す板厚1.4mmの熱処理強化型
鋼板の熱処理を行つた。使用レーザは、400Wの
YAGレーザでレーザビームは３本に分割した。
各々のパワーは、先頭から280W、110W、110W
とした。集光レンズとして、焦点距離が50mmのも
のを用いた。スキヤンの長さは300mm、幅は２mm、
速さは10mm／sec、各々のビームの遅れは、第６
図のＸ＝10mm、Ｙ＝０mmとした。この時被加工物
の一点に於ける温度は、第３図における△点を結
んだ曲線となり、ビツカース硬さは、第４図に示
す結果となつた。この結果、従来の方法より、本
発明による方法が、優れている事が解る。 実施例 ２ 板厚3.2mm炭素鋼S45Cの熱処理を行つた。使用
レーザは３台の400WのYAGレーザで、各々のパ
ワーは、先頭から400W、400W、400Wとした。
集光レンズとして、焦点距離が50mmの物を用い
た。スキヤンの長さは300mm、幅は２mm、速さは
10mm／sec、各々のビームの遅れは、第６図でＸ
＝50mm、Ｙ＝２mm（スキヤンの行路一本分と10mm
の遅れ）。この時の、スキヤンに垂直方向の、ビ
ツカース硬さの分布は、第５図におけるＸ点を結
んだ曲線に示すようになつた。この結果、第５図
における○点を結んだ曲線に示す従来の一つのス
キヤンビームによる処理の硬度分布と比べて、処
理むらが、改善された事が解る。
に関する。 ［従来の技術］ 従来のレーザ熱処理加工に於いては、一本の光
フアイバーを用いて、ビームをスキヤンさせる事
により、被加工物の処理を行つていた。 また、面処理する場合には、被加工物を、ビー
ムのスキヤンと同時に、スキヤンの方向と垂直に
移動させる事により行つていた。 ［発明が解決しようとする課題］ 従来の、光フアイバーを用いたレーザ加工に於
いては、一つのビームのスキヤンにより、熱処理
を行つていた。この場合、被加工物は、レーザに
よる熱処理の特徴である、急加熱・急冷却加工さ
れていた。このため、鋼材の一様な加熱による、
表面温度の設定と設定温度の保持が困難である。
また、一つのビームのスキヤンにより、被加工物
を面処理する場合、例えば焼入れ処理を例にとる
と、第２図で示されるとおり、既に熱処理された
部分の直近を、次のスキヤンビームが通過し熱処
理する。このため、既に急加熱・急冷却によつて
熱処理され高硬度となつた周辺部分が、再び熱影
響を受け、硬度値が低下し、熱影響を受けない部
分と硬度差が生じ、処理にむらができる欠点があ
つた。 複数個のレーザビームをスキヤンさせて熱処理
を行う方法としては、特開昭62−13389号公報に
記載されたスクラツチ加工装置があるが、これは
均一に高速加工するために、同時に数カ所を分割
照射するためのものであつて、上記欠点は防止で
きない。 本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであ
り、一様な加熱により加工温度の設定と設定温度
の維持ができ、また処理にむらのない熱処理の可
能な方法を提供する事を目的とする。 ［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための本発明の要旨は、 光フアイバーを用いてレーザビームを鋼材表面
上にスキヤンさせながら行う鋼材の表面処理方法
に於いて、レーザビームを複数本に分割し、各レ
ーザビームを光フアイバーに導いた後、集光を行
う際に、複数のビームを鋼材表面の同一スキヤン
上に並べ分けて照射することを特徴とするレーザ
熱処理方法：レーザビームを複数本に分割し、各
ビームを光フアイバーに導いた後、集光を行う際
に、複数のビームを先行ビームの斜め後に並べ分
けて照射することを特徴とするレーザ熱処理方法
と；複数のレーザ装置を用いて、各ビームを光フ
アイバーに導いた後、集光を行う際に、複数のビ
ームを鋼材表面の同一スキヤン上に並べ分けて照
射することを特徴とするレーザ熱処理方法と；複
数のレーザ装置を用いて、各ビームを光フアイバ
ーに導いた後、集光を行う際に、複数のビームを
先行ビームの斜め後に並べ分けて照射することを
特徴とするレーザ熱処理方法にある。 ［作用］ 以下に本発明を詳細に説明する。 第１−１図は本発明を実施するための装置の構
成の一例を示した模式図である。 本発明は第１図に示される通り、レーザ本体１
から出射されたレーザビーム３を複数のレーザビ
ームに分割するための半透過ミラー１２を持つ分
岐光学系２を通して光フアイバー４に導く。これ
らのミラーの透過率を変えることにより各レーザ
ビームのパワーを可変することができる。その
後、光フアイバー他端の集光光学系５を駆動しビ
ームのパワー密度を調整しながら処理を行う。 この駆動装置の一例は各集光光学系ごとに独立
しており、２つのプーリとその外周にベルトを持
つものであり、プーリを回転させることにより駆
動するものである。駆動方法としては、第６図に
示すとおり先行ビームに対してある一定の位置
（第６図のＸ及びＹ）を保ちつつ、集光光学系５
を駆動させ、スキヤンの行路を一定の間隔をおい
てたどるように複数のレーザビームを調整する。 この結果、スキヤンの進行につれて被加工物上
でのビームの位置は第７図のｅ〜ｈに順に示す様
に変化し、それに対応して被加工物上の温度は同
図ａ〜ｄに示す様に、先行のビームがスキヤンし
ている行路と、先頭のビームが熱影響を与える領
域に、後熱のため斜め後ろに並べ分け、先頭ビー
ムが熱影響を与える領域を保温する。その後、先
頭ビームの熱影響が無くなつた部分から、随時処
理を終えて行く。この結果被加工物の温度を、必
要とされた温度条件に、必要な時間維持すること
が可能となり、一本のレーザビームのみで処理さ
れる時のような急加熱急冷却はなく、かつ再加熱
による処理むらも無くす事ができ、表面均一加工
が可能となる。なお、被加工物は、ビームのスキ
ヤンと同時に、スキヤンの方向と垂直方向に動か
す。 また、上記レーザ処理装置において、ビーム分
岐光学系の代わりに、第１−２図のように分岐光
学系を用いずに、複数のレーザ装置を用いて同様
の熱処理を行う事も可能である。 ［実施例］ 実施例 １ 成分を第１表に示す板厚1.4mmの熱処理強化型
鋼板の熱処理を行つた。使用レーザは、400Wの
YAGレーザでレーザビームは３本に分割した。
各々のパワーは、先頭から280W、110W、110W
とした。集光レンズとして、焦点距離が50mmのも
のを用いた。スキヤンの長さは300mm、幅は２mm、
速さは10mm／sec、各々のビームの遅れは、第６
図のＸ＝10mm、Ｙ＝０mmとした。この時被加工物
の一点に於ける温度は、第３図における△点を結
んだ曲線となり、ビツカース硬さは、第４図に示
す結果となつた。この結果、従来の方法より、本
発明による方法が、優れている事が解る。 実施例 ２ 板厚3.2mm炭素鋼S45Cの熱処理を行つた。使用
レーザは３台の400WのYAGレーザで、各々のパ
ワーは、先頭から400W、400W、400Wとした。
集光レンズとして、焦点距離が50mmの物を用い
た。スキヤンの長さは300mm、幅は２mm、速さは
10mm／sec、各々のビームの遅れは、第６図でＸ
＝50mm、Ｙ＝２mm（スキヤンの行路一本分と10mm
の遅れ）。この時の、スキヤンに垂直方向の、ビ
ツカース硬さの分布は、第５図におけるＸ点を結
んだ曲線に示すようになつた。この結果、第５図
における○点を結んだ曲線に示す従来の一つのス
キヤンビームによる処理の硬度分布と比べて、処
理むらが、改善された事が解る。
【表】
［発明の効果］
実施例でも示した通り、本発明によれば、レー
ザを用いた入熱加工に於いて、必要な温度条件
に、必要な時間、被加工物を維持する事が可能と
なつた。また、一つのスキヤンビームを用いた熱
処理系の問題点でもあつた、スキヤン方向に垂直
な方向での、処理むらも改善する事が可能となつ
た。
ザを用いた入熱加工に於いて、必要な温度条件
に、必要な時間、被加工物を維持する事が可能と
なつた。また、一つのスキヤンビームを用いた熱
処理系の問題点でもあつた、スキヤン方向に垂直
な方向での、処理むらも改善する事が可能となつ
た。
第１−１図、第１−２図は本発明を実施するた
めの装置構成の一例を示す模式図、第２図はスキ
ヤンの概念図、第３図は被加工物の定点における
温度のプロフイール、第４図は各硬度を比較した
グラフ、第５図は焼入れ後の被加工物の硬度値の
グラフ、第６図はスキヤンビームの配置の概念
図、第７図は被加工物上のビームの位置と温度分
布の概念図である。 １……レーザ本体、２……分岐光学系、３……
レーザビーム、４……光フアイバー、５……集光
光学系、６……駆動装置、７……スキヤンの行
路、８……被加工物（鋼材）、９……Ｘ−Ｙ−Ｚ
テーブル、１０……テーブルコントローラ、１１
……スキヤンの遅れ、１２……半透過ミラー、１
３……全反射ミラー。
めの装置構成の一例を示す模式図、第２図はスキ
ヤンの概念図、第３図は被加工物の定点における
温度のプロフイール、第４図は各硬度を比較した
グラフ、第５図は焼入れ後の被加工物の硬度値の
グラフ、第６図はスキヤンビームの配置の概念
図、第７図は被加工物上のビームの位置と温度分
布の概念図である。 １……レーザ本体、２……分岐光学系、３……
レーザビーム、４……光フアイバー、５……集光
光学系、６……駆動装置、７……スキヤンの行
路、８……被加工物（鋼材）、９……Ｘ−Ｙ−Ｚ
テーブル、１０……テーブルコントローラ、１１
……スキヤンの遅れ、１２……半透過ミラー、１
３……全反射ミラー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光フアイバーを用いてレーザビームを鋼材表
面上にスキヤンさせながら行う鋼材の表面処理方
法に於いて、レーザビームを複数本に分割し、各
レーザビームを光フアイバーに導いた後、集光を
行い、複数のビームを鋼材表面の同一スキヤン上
に並べ分けて照射することを特徴とするレーザ熱
処理方法。 ２ 光フアイバーを用いてレーザビームを鋼材表
面上にスキヤンさせながら行う鋼材の表面処理方
法に於いて、レーザビームを複数本に分割し、各
レーザビームを光フアイバーに導いた後、集光を
行い、複数のビームをそれぞれの先行のビームの
斜め後に並べ分けて照射することを特徴とするレ
ーザ熱処理方法。 ３ 光フアイバーを用いてレーザビームを鋼材表
面上にスキヤンさせながら行う鋼材の表面処理方
法に於いて、複数のレーザ装置を用いて、各レー
ザビームを光フアイバーに導いた後、集光を行
い、複数のビームを鋼材表面の同一スキヤン上に
並べ分けて照射することを特徴とするレーザ熱処
理方法。 ４ 光フアイバーを用いてレーザビームを鋼材表
面上にスキヤンさせながら行う鋼材の表面処理方
法に於いて、複数のレーザ装置を用いて、各レー
ザビームを光フアイバーに導いた後、集光を行
い、複数のビームをそれぞれの先行のビームの斜
め後に並べ分けて照射することを特徴とするレー
ザ熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1323978A JPH03188212A (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | レーザ熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1323978A JPH03188212A (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | レーザ熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03188212A JPH03188212A (ja) | 1991-08-16 |
| JPH0571646B2 true JPH0571646B2 (ja) | 1993-10-07 |
Family
ID=18160752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1323978A Granted JPH03188212A (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | レーザ熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03188212A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006050799A1 (de) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zum Randschichthärten formkomplizierter Bauteile |
| JP5172191B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2013-03-27 | 株式会社東芝 | レーザ衝撃硬化処理方法およびレーザ衝撃硬化処理装置 |
| JP5997666B2 (ja) * | 2013-07-26 | 2016-09-28 | エンシュウ株式会社 | レーザ熱処理装置 |
| CN104911303A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-09-16 | 中原内配集团股份有限公司 | 一种表面微熔处理气缸套及其制备方法 |
-
1989
- 1989-12-15 JP JP1323978A patent/JPH03188212A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03188212A (ja) | 1991-08-16 |
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