阅读说明：本技术 熔接物制造方法、熔接物制造系统以及熔接物 (Fused material manufacturing method, fused material manufacturing system, and fused material ) 是由 周田直树 坪田秀峰 藤谷泰之 坂野泰隆 钱谷哲 于 2019-12-24 设计创作，主要内容包括：提供一种熔接物制造方法等,能够减小对成为对象的熔接物的影响并且形成熔接修补部。具有：孔形成工序,在加工对象物上形成孔；填充材料投入工序,向孔中投入填充材料,将填充材料放置于孔底；熔化工序,使激光向孔中扫描且照射,使填充材料熔化,通过熔化的填充材料填充孔；反复进行填充材料投入工序和熔化工序,形成对孔进行填充的熔接修补部。(Provided is a method for producing a welded article, etc., capable of forming a weld repair portion while reducing the influence on the target welded article. Comprising: a hole forming step of forming a hole in the object; a filling material feeding step of feeding a filling material into the hole and placing the filling material at the bottom of the hole; a melting step of irradiating the hole with laser light while scanning the hole, thereby melting the filler and filling the hole with the melted filler; the filler material feeding step and the melting step are repeated to form a weld repair portion for filling the hole.)

熔接物制造方法、熔接物制造系统以及熔接物

技术领域

本公开涉及熔接物制造方法、熔接物制造系统以及熔接物。

背景技术

作为在对象物上形成熔接修补部的方法，例如在专利文献1中公开了一种填料熔接方法，包含：形成以被填料面为周面的有底的凹部的准备工序；向凹部的底面供给填充材料，并且向供给了该填充材料的凹部的底面照射成为热源的激光束，通过溶融的填充材料填充凹部的底面并且形成直到被填料面的填料部的填料工序；在填料工序之后，在母材上形成到达凹部的底面的新的凹部的再准备工序；相对于该新的凹部与所述填料工序同样地进行填料熔接的再填料工序。

专利文献1：日本特开2013-126668号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1所述的方法在对象位置上形成熔接物，并且通过在该熔接物上进一步对熔接物进行填料，由此能够降低对母材的影响地进行填料熔接。然而，为了进行填料熔接，需要一定的加工区域。因此，为了确保进行填料熔接的区域，在健全的区域中需要进行切削的区域变大。并且，在专利文献1的方法中，如果不确保加工区域，则不能向填充材料适当地照射激光，在熔接的部分产生缺陷的可能性变高。

本公开的目的在于解决上述技术问题，提供一种能够减小对成为对象的熔接物的影响地形成熔接修补部的熔接物制造方法、熔接物制造系统以及具有熔接物修补部的熔接物。

用于解决技术问题的技术方案

为达成上述目的，作为本公开的一个实施方式，熔接物制造方法具有：孔形成工序，在加工对象物上形成孔；填充材料投入工序，向所述孔投入填充材料，将填充材料放置在孔的底部；熔化工序，向所述孔扫描且照射激光，使所述填充材料熔化，通过熔化了的所述填充材料填充所述孔；反复进行所述填充材料投入工序和所述熔化工序，形成对所述孔进行填充的熔接修补部。

优选在所述熔化工序中使所述激光沿着所述孔的周面扫描。

优选在所述熔化工序中，所述激光的轨迹成为重叠了多个直径不同的圆的多重圆。

在所述熔化工序中，优选所述激光的轨迹成为孔与填充材料的交界附近的输入热比孔的中心侧多的轨迹。

在所述熔化工序中，优选使所述激光以1m/sec以上且10m/sec以下的速度扫描。

优选在所述熔化工序中，所述激光的束径为0.6mm以上且1.6mm以下。

优选所述加工对象物具有第一金属部件、第二金属部件、将所述第一金属部件与所述第二金属部件接合的熔接线，所述熔接修补部的至少一部分与所述熔接线重叠。

在以所述孔的深度为H、直径为d的情况下，优选H/d为5以上且20以下，d为1mm以上且20mm以下。

优选进一步包含TIG熔接工序，通过使用线状的填充材料的TIG熔接来填充所述孔的表面侧的一部分。

优选进一步包含加工条件设定工序，对加工对象物的所述孔的状态进行检测，基于所述孔的状态设定所述填充材料投入工序和所述熔化工序的加工条件。

优选所述加工条件包含所投入的填充材料的大小、量、照射激光的深度方向的位置、照射激光的图案、激光的输出中的至少一种。

为达成上述目的，作为本公开的一个实施方式，熔接物制造系统包含：孔形成装置，其在加工对象物上形成孔；填充材料投入装置，其向所述孔投入填充材料；激光加工装置，其向所述孔扫描且照射激光；

控制装置，其对所述孔形成装置、所述填充材料投入装置、所述激光加工装置进行控制，执行向投入到所述孔的所述填充材料扫描并照射来自所述激光加工装置的所述激光，使所述填充材料熔化的处理。

为达成上述目的，作为本公开的一个实施方式，熔接物具有第一金属部件、第二金属部件、将所述第一金属部件与所述第二金属部件接合的熔接线、向所形成的孔填充了与所述熔接线同样的金属材料的熔接修补部；在以所述熔接修补部的深度为H、直径为d的情况下，H/d为5以上且20以下，d为1mm以上且20mm以下，层叠有多层所述金属材料。

优选所述熔接修补部的至少一部分与所述熔接线重叠。

优选所述熔接修补部的所述金属材料的层叠数在1以上且20以下。

优选所述熔接修补部是直径在深度方向上发生变化的形状。

发明的效果

根据本公开，能够减小对成为对象的熔接物的影响并且形成熔接修补部。

附图说明

图1是表示本公开实施方式的熔接物制造系统的概略构成的示意图。

图2是表示加工对象物即熔接物的概略构成的示意图。

图3是示意性地表示熔接物的熔接修补部的剖视图。

图4是示意性地表示熔接物的熔接修补部的正视图。

图5是用于对熔接物制造系统的动作进行说明的说明图。

图6是用于对熔接物制造系统的动作进行说明的流程图。

图7是用于对熔接物制造系统的动作进行说明的说明图。

图8是表示激光的轨迹的一个例子的说明图。

图9是表示激光的轨迹的一个例子的说明图。

图10是表示激光的轨迹的一个例子的说明图。

图11是对熔接物制造系统的动作的另一例进行说明的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图对本公开实施方式详细地进行说明。需要说明的是，本发明不被这些实施方式限定。并且，以下实施方式中的构成要素包含本领域的技术人员容易置换的构成要素或实质上相同的构成要素。

图1是表示本公开实施方式的熔接物制造系统的概略构成的示意图。图2是表示加工对象物即熔接物的概略构成的示意图。图3是示意性地表示熔接物的熔接修补部的剖视图。图4是示意性地表示熔接物熔接修补部的正视图。图5是用于对熔接物制造系统的动作进行说明的说明图。

熔接物制造系统10在加工对象物即熔接物30上形成熔接修补部40。如图1所示，熔接物制造系统10具有孔加工装置11、激光照射装置12、激光扫描装置14、填充材料投入装置16、状态检测装置18、控制装置20。熔接物制造系统10可以具备对熔接物30与所加工的各部分的相对位置进行调节的移动机构和将相对位置固定的夹具。

孔加工装置11是在熔接物30上形成孔的装置。孔加工装置11通过钻头等的加工夹具在熔接物30上形成孔。孔加工装置11能够形成内径为1mm以上且10mm以下、深度为5mm以上且10mm以下的孔。需要说明的是，孔加工装置11也能够使用照射激光而形成孔的装置。

激光照射装置12输出激光。作为激光照射装置12，能够使用光纤激光输出装置或短脉冲激光输出装置。作为光纤激光输出装置，例如，能够使用F-P腔光纤激光输出装置或环形腔光纤激光输出装置，通过这些输出装置的激发而振荡出激光。光纤激光输出装置的光纤能够使用例如添加了铒(Er)、钕(Nd)、镱(Yb)等稀土类元素的石英玻璃。需要说明的是，在本实施方式中，作为光纤激光输出装置L1能够使用YAG激光、YVO4激光等进行微秒级脉冲振荡或进行在此之下的脉冲振荡的激光。作为短脉冲激光输出装置，能够使用例如钛蓝宝石激光作为激光的振荡源，能够振荡脉冲宽度为100微微秒以下的脉冲。在这里，在本实施方式中，短脉冲激光输出装置以脉冲宽度为100微秒以下的短脉冲输出激光。需要说明的是，作为短脉冲激光输出装置，优选为脉冲宽度为100毫微秒以下的短脉冲，更优选的是脉冲宽度低于1毫微秒的激光。

优选激光照射装置12输出0.5kW以上且10kW以下的激光，更优选的是输出3kW以上且9kW以下的激光。优选激光照射装置12照射0.6mm以上且1.6mm以下的束径的激光。并且，优选激光照射装置12的离焦量为70mm以上。

激光照射装置12为使激光径小且对扫描图案更精细地进行控制，优选为大功率激光中的单模激光。激光照射装置12也可以是多模激光器。

激光扫描装置14一边使从激光照射装置12照射的激光扫描一边向熔接物30照射。激光扫描装置14具有第一电流镜22和第二电流镜24。第一电流镜22和第二电流镜24通过使反射镜的方向发生变化，来使从激光照射装置12照射的激光所反射的方向发生变化。激光扫描装置14通过使第一电流镜22的反射镜的转动方向与第二电流镜24的反射镜的转动方向为不同方向，使向熔接物30照射的激光的位置在二维平面上变化。优选激光扫描装置14使激光以1m/sec以上10m/sec扫描。

熔接物制造系统10将激光照射装置12与激光扫描装置14组合而成为激光加工装置。激光加工装置在使用脉冲激光的情况下，以1mm以内的间隔照射激光。并且，激光的照射时间优选为1秒以上且30秒以下，更优选的是5秒以上且21秒以下。

激光加工装置能够使所照射的激光扫描即可。例如，激光加工装置可以排列多个照射激光的激光元件，通过切换照射激光的激光元件，由此使激光的照射位置扫描。

填充材料投入装置16将与熔接物的孔的大小对应的规定大小的填充材料投入到孔。填充材料通过与熔接线相同的金属制成。作为填充材料，能够使用将线切断的部件、粉末、块状的母材等的至少一种。填充材料投入装置16可以具备多个规定的大小的填充材料，也可以将填充材料切断而成为规定的大小。

状态检测装置18对熔接物制造系统10加工的熔接物30的熔接位置的状态进行检测。状态检测装置18具有对照射激光的位置的图像进行拍摄的拍摄机构、例如具有CCD(Charge Coupled Device)图像传感器等的摄像机。状态检测装置18基于所获取的图像，对通过熔接物制造系统10加工的熔接物30的熔接位置的状态进行检测。状态检测装置18不限于拍摄装置，也能够使用位置传感器、温度传感器等。状态检测装置18可以通过位置传感器来检测所加工的孔的深度，也可以通过温度传感器来检测加工位置的温度从而对孔的状态进行检测。

控制装置20对熔接物制造系统10的各部分的动作进行控制。控制装置20对通过孔加工装置11在熔接物30上形成孔、通过填充材料投入装置16将填充材料投入所形成的孔、通过激光加工装置使填充材料熔化的动作进行控制。并且，控制装置20基于状态检测装置18所检测到的状态对加工条件进行调整。

接着，对通过熔接物制造系统10对形成熔接修补部40的加工对象物即熔接物30进行说明。熔接物30具有第一金属部件34、第二金属部件36、熔接线38和熔接修补部40。

熔接物30使第一金属部件34与第二金属部件36在熔接线38接合。第一金属部件34和第二金属部件36可以是相同金属也可以是不同金属。并且，熔接物30可以是圆筒的部件，第一金属部件34和第二金属部件36是一个板状部件，两端通过熔接线38接合的构造。

熔接线38形成在第一金属部件34与第二金属部件36之间，将第一金属部件34与第二金属部件36接合。熔接线38能够通过使用了TIG熔接等填充材料的熔接、电子束熔接等使第一金属部件34与第二金属部件36熔化而接合的熔接形成。熔接金属没有特别的限制。

熔接修补部40形成于熔接线38的一部分。熔接修补部40是使填充材料熔化且通过激光熔接形成的熔接部。熔接修补部40通过与熔接线38相同的金属材料形成。熔接修补部40由于与熔接线38通过不同的熔接作业形成因而能够看到边界。如图5所示地向填充材料52照射扫描的激光L,La而熔化的充填部54如图3所示地在高度方向上层叠多层而成为熔接修补部40。也就是说，熔接修补部40是在形成于熔接线38的孔50中将使填充材料52熔化而固化的多个充填部54在高度方向上重叠而填充孔50的构造。优选熔接修补部40的充填部54的层叠数量为1以上且20以下。在这里，充填部54为1个以上，但优选为层叠多个，优选为2或5以上。通过使层叠数量处于上述范围，能够高效地生成，并且抑制在制造时产生缺陷、间隙。需要说明的是，熔接修补部40是在深度方向(与熔接物30的表面正交的方向)上延伸的孔中充填充填部54的形状，可以具备朝向熔接物30的表面直径变大的锥度。也就是说，熔接修补部40的直径可以在深度方向上变化。

优选熔接修补部40的深度(高度)H与外径(直径)d的关系为5≤H/d≤20。并且，熔接修补部40的深度(高度)H为20mm≤H≤300mm，优选为5mm≤H≤100mm。并且，熔接修补部40的直径d为1mm≤d≤20mm，作为一个例子优选为5mm。

熔接物制造系统10通过如本实施方式那样在熔接线38设置熔接修补部40，能够对熔接线38的缺陷等进行修补，但不限于此。熔接修补部40可以设置在熔接物30的任一位置。例如，熔接修补部40的一部分可以与第一金属部件34和第二金属部件36的至少一方接触。并且，熔接修补部40可以在深度方向上倾斜。熔接物30只要是具备熔接修补部40的金属部件即可，也可以是未形成熔接线38的部件。

接着，在图5的基础上，使用图6和图7，对熔接物制造系统10的动作，也就是说，使用熔接物制造系统10来形成熔接修补部40的方法即孔熔接物制造方法的一个例子进行说明。图6是用于对熔接物制造系统的动作进行说明的流程图。图7是用于对熔接物制造系统的动作进行说明的说明图。

如图5所示，熔接物制造系统10向形成于熔接线38的孔50中投入填充材料52，将填充材料52放置在孔50的底部。熔接物制造系统10在将填充材料52放置于孔50的底部的状态下从激光照射装置向孔50扫描并照射激光L,La，使填充材料52熔化而形成高度ha的充填部54。高度ha比孔50的深度H短。熔接物制造系统10通过重叠多个充填部54来形成熔接修补部40。

以下，使用图6和图7，对熔接物制造方法更具体地进行说明。熔接物制造系统10对加工对象物即熔接物30进行开孔加工(步骤S12)。具体地说，熔接物30a在熔接线38的内部存在缺陷60。熔接物制造系统10通过孔加工装置11进行开口加工，由此将包含熔接线38的缺陷60的部分除去，制作在熔接线38上形成了孔50的熔接物30b。

接着，熔接物制造系统10在所形成的孔底配置填充材料(步骤S14)。熔接物制造系统10通过填充材料投入装置16将规定大小的填充材料52投入到孔50。这样，熔接物制造系统10制作填充材料52放置在孔50的底部的熔接物30c。

接着，熔接物制造系统10使照射位置在孔中扫描并照射激光(步骤S16)。熔接物制造系统10使从激光照射装置12照射的激光L朝向孔50的底部照射而使填充材料52熔化，制作充填部54形成在孔50的底部的熔接物30d。具体地说，激光照射装置12和激光扫描装置14通过第一电流镜22和第二电流镜24使激光L的照射位置以1m/sec以上的速度扫描。并且，激光照射装置12和激光扫描装置14使照射位置在所设定的图案上移动，在短脉冲激光的情况下，例如进行300次激光的照射。

接着，熔接物制造系统10判定所形成的孔是否被充填部54填充(步骤S18)。熔接物制造系统10在判定为所形成的孔未被填充(在步骤S18中为否)的情况下，回到步骤S14，进行形成充填部54的处理。熔接物制造系统10在判定为所形成的孔被填充(在步骤S18中为是)的情况下，结束本处理。

熔接物制造系统10通过孔加工将在熔接物上产生的缺陷除去，在所除去的区域形成熔接修补部。熔接物制造系统10将填充材料52放置于孔，反复进行使激光扫描并照射的处理，形成熔接修补部40。熔接物制造系统10在激光加工时不使线等残留在孔50的内部，成为仅配置有填充材料52的状态，因此能够向所期望的位置照射激光。也就是说，能够在未配置阻碍激光的照射的部件的状态下进行加工。由此，如上所述，能够通过充填部54填充纵横比高、直径细、细长的孔。由此，熔接物制造系统10能够通过直径细的熔接修补部对熔接缺陷等熔接物30的缺陷进行修补，因此能够适当地对缺陷进行修补。

并且，熔接物30能够通过细长的熔接修补部40来对处于熔接物30内部的缺陷进行修补。熔接修补部40能够减小对母材即第一金属部件34、第二金属部件36、熔接线38造成的热影响等地形成。由此，熔接物30处于以减小对母材的修补的影响的状态修补了缺陷的状态，能够成为性能更高的熔接物30。

熔接物制造系统10通过以1m/sec以上的速度扫描并照射激光，能够使孔50中具有一定的输入热分布，由于能够使填充材料与孔底面、侧面均匀地熔融，因此能够抑制融合不良。熔接物制造系统10能够使各部分所需的热量为最佳值，以少的热量使填充材料熔融，因此不存在过度切断等缺陷，能够实现减少了熔接热影响部的熔接。

熔接物制造系统10不限于通过充填部54填充所有孔50，也可以针对孔的表面侧的一部分进行使用了线状填充材料的TIG熔接。通过TIG熔接对表面侧的一部分进行熔接，能够简单地进行熔接。

接着，对向填充材料扫描并照射的激光的轨迹进行说明。图8至图10分别是表示激光的轨迹的一个例子的说明图。熔接物制造系统10使激光在孔50的内部扫描。熔接物制造系统10向填充材料的表面照射激光。由此，成为母材的孔50的侧面发生变形，能够减小对下一充填部54的熔接造成影响。熔接物制造系统10通过使扫描时的轨迹的间隙、也就是说激光的照射位置的移动间隔为1mm以内，能够抑制激光熔接的波峰的发生。

图8所示的轨迹70具有内径侧的圆和外径侧的圆。如箭头72所示，熔接物制造系统10通过使照射位置移动，能够向轨迹70的各位置照射激光。

图9所示的轨迹74的半径从内径侧向外径侧不同，具有中心相同的圆76a,76b,76c这三个圆。也就是说，轨迹74为三重的圆，各个圆被在径向延伸的连接线连接。

图10所示的轨迹80是使设定轨迹的圆的中心沿着直径86的基准圆82移动并且描绘直径84的圆的轨迹。直径86比直径84大。通过使重心沿着基准圆82移动且描绘圆，能够使填充材料适当地熔融。

熔接物制造系统10通过使激光的扫描图案为多重圆，能够使各部分所需的热量更为适当，能够以更少的热量使填充材料连续地熔融。由此，能够抑制过度切断等缺陷的发生，能够进一步减少熔接热影响部。并且，在轨迹为多重圆的情况下，优选使激光从内径侧的圆向外径侧圆依次扫描。熔接物制造系统10设为多重圆轨迹，但也可以成为涡旋轨迹。

优选熔接物制造系统10使激光的轨迹成为孔的外周侧、即孔和填充材料的交界附近的输入热比孔的中心侧多的轨迹。也就是说，优选激光的轨迹成为与孔的中心侧的区域相比对沿着壁面的区域更多地进行扫描的轨迹。例如，在图8的轨迹70、图9的轨迹74的情况下，优选增大外径侧的轨迹的扫描次数。由此，能够抑制熔接修补部40与熔接线38之间的融合不良、也就是说能够抑制熔接缺陷的发生。

图11是用于对熔接物制造系统的动作的另一例进行说明的流程图。熔接物制造系统10对加工对象物即熔接物30进行开孔加工(步骤S12)。熔接物制造系统10确认所形成的孔的状态，设定加工条件(步骤S20)。具体地说，熔接物制造系统10通过状态检测装置18获取孔50的图像，对孔的深度、直径、孔的表面状态进行检测。熔接物制造系统10基于所检测到的孔50的状态，对加工条件进行设定。作为加工条件，包含所投入的填充材料的大小、量、照射激光的深度方向的位置(离焦量)、照射激光的团、激光的输出等。

接着，熔接物制造系统10在所形成的孔的底部配置填充材料(步骤S14)。熔接物制造系统10使照射位置在孔中扫描地照射激光(步骤S16)。接着，熔接物制造系统10判定所形成的孔是否被充填部54填充(步骤S18)。熔接物制造系统10在判定为所形成的孔未被填充(在步骤S18中为否)的情况下，回到步骤S20，进行形成充填部54的处理。熔接物制造系统10在判定为所形成的孔被填充(在步骤S18中为是)的情况下，结束本处理。

熔接物制造系统10通过对加工条件、例如激光输出、离焦量进行调节，能够对填充材料52的熔入深度和凝固形态的至少一方进行控制，能够使在熔接修补部上发生缺陷等的可能性进一步降低，能够使熔接修补部的品质进一步提高。

熔接物制造系统10通过状态检测装置18对状态进行检测而对加工条件进行调整，但也可以根据所制作的充填部54的层叠数来使加工条件变化。熔接物制造系统10通过增大激光输出量，能够增大输入热量、增大离焦量，从而增大激光径。

并且，熔接物制造系统10在激光的照射图案为多重圆的情况下，可以使激光输出或离焦量在外径侧的圆和内径侧的圆发生变化。具体地说，优选熔接物制造系统10使向外径侧的圆照射激光的情况下的激光的输出或离焦量比向内径的圆照射激光的情况下大。由此，能够使填充材料适当地熔化。

附图标记说明

10 熔接物制造系统；

11 孔加工装置；

12 激光照射装置；

14 激光扫描装置；

16 填充材料投入装置；

18 状态检测装置；

20 控制装置；

22 第一电流镜；

24 第二电流镜；

30 熔接物(加工对象物)；

34 第一金属部件；

36 第二金属部件；

38 熔接线；

40 熔接修补部；

50 孔；

52 填充材料；

54 充填部。