JPH04147769A - チタン合金製エンジンバルブの肉盛溶接方法 - Google Patents
チタン合金製エンジンバルブの肉盛溶接方法Info
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- JPH04147769A JPH04147769A JP27245690A JP27245690A JPH04147769A JP H04147769 A JPH04147769 A JP H04147769A JP 27245690 A JP27245690 A JP 27245690A JP 27245690 A JP27245690 A JP 27245690A JP H04147769 A JPH04147769 A JP H04147769A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、チタン合金製エンジンバルブのフェース面の
肉盛溶接において、直流正極性プラズマアーク溶接法を
用い、希釈による合金量低下を極力抑えることのできる
プラズマアーク肉盛溶接法に関するものである。
肉盛溶接において、直流正極性プラズマアーク溶接法を
用い、希釈による合金量低下を極力抑えることのできる
プラズマアーク肉盛溶接法に関するものである。
［従来の技術］
チタン合金材料は鉄に対し比重が約５０％と軽く、耐熱
性、耐食性も優れていることがら、自動車等のエンジン
の吸気・排気バルブへの適用が検討されている。しかし
、チタン合金材料は鉄に比べ軟かいため、エンジンバル
ブに適用するには、高温雰囲気下での耐摩耗性を向上さ
せることが必要である。そこで、チタン合金製エンジン
バルブのフェース面に耐摩耗性、耐熱性等の緒特性に優
れた異種材料を肉盛する方法が考えられている。
性、耐食性も優れていることがら、自動車等のエンジン
の吸気・排気バルブへの適用が検討されている。しかし
、チタン合金材料は鉄に比べ軟かいため、エンジンバル
ブに適用するには、高温雰囲気下での耐摩耗性を向上さ
せることが必要である。そこで、チタン合金製エンジン
バルブのフェース面に耐摩耗性、耐熱性等の緒特性に優
れた異種材料を肉盛する方法が考えられている。
これらチタン合金材料への肉盛方法として、ＴＩＧアー
ク、プラズマアークおよびレーザ光を利用した肉盛方法
等が提案されている。
ク、プラズマアークおよびレーザ光を利用した肉盛方法
等が提案されている。
かかる素材の硬化肉盛溶接方法として、特開昭６１−２
３５７４号公報に記載されているように、チタン基合金
材料からなるエンジンバルブのフェース面に、チタンと
金属炭化物とからなる混合粉末を用いて、プラズマアー
ク溶接法により肉盛する方法が提案されている。この提
案では、プラズマアーク肉盛溶接方法として常用されて
いる、直流正極性プラズマアーク肉盛溶接方法が用いら
れている。
３５７４号公報に記載されているように、チタン基合金
材料からなるエンジンバルブのフェース面に、チタンと
金属炭化物とからなる混合粉末を用いて、プラズマアー
ク溶接法により肉盛する方法が提案されている。この提
案では、プラズマアーク肉盛溶接方法として常用されて
いる、直流正極性プラズマアーク肉盛溶接方法が用いら
れている。
正極性プラズマアーク肉盛溶接法は、逆極性プラズマア
ーク肉盛溶接法に比べ、母材への希釈が大きいことは一
般に知られていることである。
ーク肉盛溶接法に比べ、母材への希釈が大きいことは一
般に知られていることである。
これらバルブフェース面の肉盛材は、高価な合金である
ことから、その使用量が少ない方が好ましく、母材への
希釈が小さい方法として、既に本発明者らは、交流プラ
ズマアーク肉盛溶接法を特開平１−２６２０７７号公報
に開示している。しかしながら、この方法はアーク安定
性にやや欠け、ブローホール等の溶接欠陥が発生し易い
という問題があった。
ことから、その使用量が少ない方が好ましく、母材への
希釈が小さい方法として、既に本発明者らは、交流プラ
ズマアーク肉盛溶接法を特開平１−２６２０７７号公報
に開示している。しかしながら、この方法はアーク安定
性にやや欠け、ブローホール等の溶接欠陥が発生し易い
という問題があった。
また、逆極性プラズマアーク肉盛溶接法では、母材から
発生した電子が絶えず電極に衝突し、電極が加熱され損
傷されるため、Ｗ電極に代えて一般に大径の水冷銅電極
が用いられる。そのため、逆極性プラズマアーク溶接ト
ーチは大型となり、バルブ・フェースのような小物の肉
盛溶接には不適である。
発生した電子が絶えず電極に衝突し、電極が加熱され損
傷されるため、Ｗ電極に代えて一般に大径の水冷銅電極
が用いられる。そのため、逆極性プラズマアーク溶接ト
ーチは大型となり、バルブ・フェースのような小物の肉
盛溶接には不適である。
レーザー光による肉盛溶接は、高エネルギー密度の熱源
を用い、低希釈な肉盛溶接が可能である。
を用い、低希釈な肉盛溶接が可能である。
しかし、高価なレンズ等を用いるため、イニシャルコス
トおよびランニングコストが高く、バルブの製造コスト
が高くなるなどの問題がある。
トおよびランニングコストが高く、バルブの製造コスト
が高くなるなどの問題がある。
［発明が解決しようとする諜Ｂ］
本発明は、チタン合金製バルブ・フェース面への肉盛溶
接において、母材への希釈率を小さくして、アークの安
定性に優れ、ブローホール等の溶接欠陥を生じない安価
な肉盛溶接法を提供することを目的とするものである。
接において、母材への希釈率を小さくして、アークの安
定性に優れ、ブローホール等の溶接欠陥を生じない安価
な肉盛溶接法を提供することを目的とするものである。
［ｍ題を解決するための手段］
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであり、
その要旨とするところは、軸芯を回転軸として回転して
いるチタン合金製エンジンバルブのフェース面へ、直流
正極性プラズマアーク溶接法を用いて溶接する肉盛溶接
方法において、１０〜２００Ｈｚの振動数で溶接方向に
溶接トーチを揺動させることを特徴とするチタン合金製
エンジンバルブの肉盛溶接方法にある。
その要旨とするところは、軸芯を回転軸として回転して
いるチタン合金製エンジンバルブのフェース面へ、直流
正極性プラズマアーク溶接法を用いて溶接する肉盛溶接
方法において、１０〜２００Ｈｚの振動数で溶接方向に
溶接トーチを揺動させることを特徴とするチタン合金製
エンジンバルブの肉盛溶接方法にある。
［作用］
本発明において、溶接方向に溶接トーチを揺動させるの
は、プラズマアークが常に母材上にあると母材への希釈
が大きくなるため、アークを半溶融金属上へも揺動させ
ることにより、母材への希釈を抑制でき、又、アークを
揺動させることで熔融金属を攪はんし、ブローホール等
の溶接欠陥を生じさせないためである。
は、プラズマアークが常に母材上にあると母材への希釈
が大きくなるため、アークを半溶融金属上へも揺動させ
ることにより、母材への希釈を抑制でき、又、アークを
揺動させることで熔融金属を攪はんし、ブローホール等
の溶接欠陥を生じさせないためである。
なお、この目的に適用可能な揺動条件としては相当許容
範囲が広いことが判明した。すなわち、揺動回数は１０
Ｈ２以上２００８２以下の範囲に限定する。その理由は
１０Ｈｚ未満では、母材への希釈率の抑制効果が十分で
な（、また、ブローホール等の溶接欠陥が生じ易（，２
００Ｈｚを超えると装置が非常に大型化し、コスト高と
なるからである。
範囲が広いことが判明した。すなわち、揺動回数は１０
Ｈ２以上２００８２以下の範囲に限定する。その理由は
１０Ｈｚ未満では、母材への希釈率の抑制効果が十分で
な（、また、ブローホール等の溶接欠陥が生じ易（，２
００Ｈｚを超えると装置が非常に大型化し、コスト高と
なるからである。
［実施例］
次に本発明の肉盛溶接方法を第１図に基づいて説明する
。第１図はチタン合金製エンジンバルブのフェース面に
粉体肉盛材料を肉盛溶接するのに適した、直流正極性プ
ラズマアーク肉盛溶接装置の一例を示す説明図である。
。第１図はチタン合金製エンジンバルブのフェース面に
粉体肉盛材料を肉盛溶接するのに適した、直流正極性プ
ラズマアーク肉盛溶接装置の一例を示す説明図である。
第１図において、１はプラズマアーク肉盛溶接トーチの
先端部を示し、該プラズマアーク肉盛溶接トーチ１には
、中心部にタングステン電極２を配備してあり、この電
極２の外側には、トーチ内筒３およびトーチ外筒４が配
設されている。そして、タングステン電極２とトーチ内
筒３との間にプラズマ作動ガス通路１４が配置され、ト
ーチ内筒３とトーチ外筒４との間にシールドガス通路１
５および粉体肉盛材料１０を供給する粉体送給パイプ５
が配設されている。プラズマ作動ガス通路１４にはアル
ゴンガスなどの不活性ガスがプラズマ作動ガスとして供
給される。シールドガス通路１５にはアルゴンガスなど
の不活性ガスが供給されるようになっており、肉盛金属
１３を大気からシールドするようになっている。
先端部を示し、該プラズマアーク肉盛溶接トーチ１には
、中心部にタングステン電極２を配備してあり、この電
極２の外側には、トーチ内筒３およびトーチ外筒４が配
設されている。そして、タングステン電極２とトーチ内
筒３との間にプラズマ作動ガス通路１４が配置され、ト
ーチ内筒３とトーチ外筒４との間にシールドガス通路１
５および粉体肉盛材料１０を供給する粉体送給パイプ５
が配設されている。プラズマ作動ガス通路１４にはアル
ゴンガスなどの不活性ガスがプラズマ作動ガスとして供
給される。シールドガス通路１５にはアルゴンガスなど
の不活性ガスが供給されるようになっており、肉盛金属
１３を大気からシールドするようになっている。
以上のように構成された、プラズマアーク肉盛溶接トー
チ１の下方に、被肉盛溶接材料のチタン合金製バルブ１
２が設置されている。そして、プラズマアーク１１の中
に、粉体肉盛材料１ｏが粉体送給パイプ５を通じて、ア
ルゴンガスなどの不活性ガスを送給ガスとして供給され
、チタン合金製バルブ１２のフェース面上に順次肉盛金
属１３が形成される。
チ１の下方に、被肉盛溶接材料のチタン合金製バルブ１
２が設置されている。そして、プラズマアーク１１の中
に、粉体肉盛材料１ｏが粉体送給パイプ５を通じて、ア
ルゴンガスなどの不活性ガスを送給ガスとして供給され
、チタン合金製バルブ１２のフェース面上に順次肉盛金
属１３が形成される。
なお、タングステン電極２とトーチ内筒３との間には、
パイロット電源６から所定のパイロット電流が供給され
るようになっている。また、タングステン電極２とチタ
ン合金製バルブ１２との間には、メイン直流電源７から
、所定の溶接電流が供給できるようになっている。更に
、タングステン電極２とトーチ内筒３との間にはプラズ
マアーク点火用の高周波発生器８が配設されている。
パイロット電源６から所定のパイロット電流が供給され
るようになっている。また、タングステン電極２とチタ
ン合金製バルブ１２との間には、メイン直流電源７から
、所定の溶接電流が供給できるようになっている。更に
、タングステン電極２とトーチ内筒３との間にはプラズ
マアーク点火用の高周波発生器８が配設されている。
９は溶接トーチ１に取付けた溶接トーチ揺動調整装置で
、アークを溶接線に平行に往復運動させて、アークを形
成されたビートの半溶融状態の金属上へも揺動させるた
めのものである。なお、溶接トーチ揺動調整装置９は下
記仕様のものを用いて肉盛溶接を行った。
、アークを溶接線に平行に往復運動させて、アークを形
成されたビートの半溶融状態の金属上へも揺動させるた
めのものである。なお、溶接トーチ揺動調整装置９は下
記仕様のものを用いて肉盛溶接を行った。
揺動幅 ：１〜３０閣
揺動速度；２〜５００Ｈ２
揺動方向；０〜９０’可変
本発明の直流正極性プラズマアーク溶接によるビード断
面形状を第２図に示す。この場合の希釈率は、後述の（
１）式で求めることができる。
面形状を第２図に示す。この場合の希釈率は、後述の（
１）式で求めることができる。
但し、φ；希釈率
Ｃ；熔融した粉体のビードに占める断面積Ｄ；熔融した
チタン合金母材の断面種 火に、本発明に基づく効果を確認するために、Ｔｉ−６
％Ａｎ！−４％Ｖ合金製バルブ（バルブ径＝３０−一）
に、第１表に示した粉体肉盛材料を組合せて、第１図に
示した本発明の一実施態様の直流正極性プラズマアーク
肉盛溶接装置を用いて肉盛溶接を行った。下記の溶接条
件で肉盛溶接して得られた肉感部について、母材への希
釈およびブローホール等の溶接欠陥の発生状況等を調査
した結果を第２表に示す。
チタン合金母材の断面種 火に、本発明に基づく効果を確認するために、Ｔｉ−６
％Ａｎ！−４％Ｖ合金製バルブ（バルブ径＝３０−一）
に、第１表に示した粉体肉盛材料を組合せて、第１図に
示した本発明の一実施態様の直流正極性プラズマアーク
肉盛溶接装置を用いて肉盛溶接を行った。下記の溶接条
件で肉盛溶接して得られた肉感部について、母材への希
釈およびブローホール等の溶接欠陥の発生状況等を調査
した結果を第２表に示す。
溶接条件：溶接電流 ７０Ａ
エンジンバルブ回転数 ５ ｒｐｗ
プラズマ作動ガス（Ａｒ） ２．５１ ／ｓｉｎシー
ルドガス流量（Ａｒ） ２５ ｆ／ｗｉｎ粉体送給ガ
ス流量（Ａｒ） ３ ｆ／ｓｉｎ第２表におけるＮＣ
ＬＩ〜阻７は第１図に示した直流正極性プラズマアーク
肉盛溶接装置を用いて、肉盛溶接を行ったものである。
ルドガス流量（Ａｒ） ２５ ｆ／ｗｉｎ粉体送給ガ
ス流量（Ａｒ） ３ ｆ／ｓｉｎ第２表におけるＮＣ
ＬＩ〜阻７は第１図に示した直流正極性プラズマアーク
肉盛溶接装置を用いて、肉盛溶接を行ったものである。
ＮＣＬ８．Ｎ［１９は直流逆極性プラズマアーク肉盛溶
接法で、ｋｌｏ〜漱１２は交流プラズマアーク肉盛溶接
法で比較のため行ったものである。なお、ＮｃＬ８〜阻
１２の逆極性プラズマアーク肉盛溶接法および交流プラ
ズマアーク肉盛溶接法とも、上記直流正極性プラズマア
ーク肉盛溶接法と同一の溶接条件で行った。
接法で、ｋｌｏ〜漱１２は交流プラズマアーク肉盛溶接
法で比較のため行ったものである。なお、ＮｃＬ８〜阻
１２の逆極性プラズマアーク肉盛溶接法および交流プラ
ズマアーク肉盛溶接法とも、上記直流正極性プラズマア
ーク肉盛溶接法と同一の溶接条件で行った。
ＮＣＬＩ〜ＮＣＬ４は本発明の要件を満たし、母材への
希釈率は小さく、ブローホール等の溶接欠陥の発生もな
く、良好なビード形状が得られた。また、アーク切れの
発生もなく、安定した溶接が行われた。
希釈率は小さく、ブローホール等の溶接欠陥の発生もな
く、良好なビード形状が得られた。また、アーク切れの
発生もなく、安定した溶接が行われた。
Ｎ［１５〜Ｎｌ１７は、直流正極性プラズマアーク肉盛
溶接法で行ったものであるが、揺動振動数が本発明の範
囲を外れている例である。Ｎ［１５は揺動振動数が本発
明範囲の上限より高く、母材への希釈率が小さく、ブロ
ーホールの発生もなく、健全な肉盛金属が得られたが、
揺動装置がコスト高となるため、バルブ製造コストが高
くなる。Ｎ［１６は揺動振動数が本発明範囲の下限より
低く、Ｎα７は揺動なしの場合で、いずれも母材への希
釈率が大きく、ブローホールの発生も認められ、健全な
肉盛金属が得られなかった。
溶接法で行ったものであるが、揺動振動数が本発明の範
囲を外れている例である。Ｎ［１５は揺動振動数が本発
明範囲の上限より高く、母材への希釈率が小さく、ブロ
ーホールの発生もなく、健全な肉盛金属が得られたが、
揺動装置がコスト高となるため、バルブ製造コストが高
くなる。Ｎ［１６は揺動振動数が本発明範囲の下限より
低く、Ｎα７は揺動なしの場合で、いずれも母材への希
釈率が大きく、ブローホールの発生も認められ、健全な
肉盛金属が得られなかった。
ＮＯ，８，Ｎ［１９は直流逆極性プラズマアーク肉盛溶
接法によるものである。隘８は、ブローホール等の溶接
欠陥は認められないが、溶接トーチの大型化により、肉
盛金属がバルブマージン側へ流出し、良好なビード形状
が得られなかった。Ｎａ９は、揺動なしの例で、ブロー
ホールが多数発生するとともに、阻８と同様バルブマー
ジン側へ肉盛金属が流出し、良好なビード形状が得られ
なかった。阻１Ｏ−Ｎ１１１２は、交流プラズマアーク
肉盛溶接によるもので、アーク切れが時々発生し、肉盛
金属中にブローホールが認められ、健全な肉盛金属が得
られなかった。
接法によるものである。隘８は、ブローホール等の溶接
欠陥は認められないが、溶接トーチの大型化により、肉
盛金属がバルブマージン側へ流出し、良好なビード形状
が得られなかった。Ｎａ９は、揺動なしの例で、ブロー
ホールが多数発生するとともに、阻８と同様バルブマー
ジン側へ肉盛金属が流出し、良好なビード形状が得られ
なかった。阻１Ｏ−Ｎ１１１２は、交流プラズマアーク
肉盛溶接によるもので、アーク切れが時々発生し、肉盛
金属中にブローホールが認められ、健全な肉盛金属が得
られなかった。
［発明の効果］
以上のことより、本発明のチタン合金製エンジンパルプ
の肉盛溶接方法によれば、母材への希釈が小さく、ブロ
ーホール等の溶接欠陥の発生もなく、健全な肉盛金属が
得られる。従って、安価なチタン合金製エンジンバルブ
を得ることができ、その工業的価値は大きい。
の肉盛溶接方法によれば、母材への希釈が小さく、ブロ
ーホール等の溶接欠陥の発生もなく、健全な肉盛金属が
得られる。従って、安価なチタン合金製エンジンバルブ
を得ることができ、その工業的価値は大きい。
第１図は、直流正極性電源を用いた、本発明のチタン合
金製エンジンバルブのフェース面に対して肉盛溶接して
いる状況を示す説明図、第２図は溶接ビードの断面図で
ある。 １・・・溶接トーチ、２・・・タングステン電極、３・
・・トーチ内筒、４・・・トーチ外筒、５・・・粉体送
給パイプ、６・・・パイロット電源、７・・・メイン直
流電源、８・・・高周波発生器、９・・・溶接トーチ揺
動調整装置、１０・・・粉体肉盛材料、１１・・・プラ
ズマアーク、１２・・・チタン合金製パルプ、１３・・
・肉盛金属、１４・・・プラズマ作動ガス通路、１５・
・・シールドガス通路、１６・・・バルブフェース、１
７・・・パルプマージン、Ａ・・・パルプ回転方向、Ｂ
・・・溶接トーチ揺動方向、Ｃ・・・溶融した粉体のビ
ードに占める断面積、Ｄ・・・溶融したチタン合金母材
の断面積。
金製エンジンバルブのフェース面に対して肉盛溶接して
いる状況を示す説明図、第２図は溶接ビードの断面図で
ある。 １・・・溶接トーチ、２・・・タングステン電極、３・
・・トーチ内筒、４・・・トーチ外筒、５・・・粉体送
給パイプ、６・・・パイロット電源、７・・・メイン直
流電源、８・・・高周波発生器、９・・・溶接トーチ揺
動調整装置、１０・・・粉体肉盛材料、１１・・・プラ
ズマアーク、１２・・・チタン合金製パルプ、１３・・
・肉盛金属、１４・・・プラズマ作動ガス通路、１５・
・・シールドガス通路、１６・・・バルブフェース、１
７・・・パルプマージン、Ａ・・・パルプ回転方向、Ｂ
・・・溶接トーチ揺動方向、Ｃ・・・溶融した粉体のビ
ードに占める断面積、Ｄ・・・溶融したチタン合金母材
の断面積。
Claims (1)
- 軸芯を回転軸として回転しているチタン合金製エンジン
バルブのフェース面へ、直流正極性プラズマアーク溶接
法を用いて溶接する肉盛溶接方法において、１０〜２０
０Ｈｚの振動数で溶接方向に溶接トーチを揺動させるこ
とを特徴とするチタン合金製エンジンパルプの肉盛溶接
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27245690A JP2762165B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | チタン合金製エンジンバルブの肉盛溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27245690A JP2762165B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | チタン合金製エンジンバルブの肉盛溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04147769A true JPH04147769A (ja) | 1992-05-21 |
| JP2762165B2 JP2762165B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=17514172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27245690A Expired - Lifetime JP2762165B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | チタン合金製エンジンバルブの肉盛溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2762165B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2008111150A1 (ja) * | 2007-03-12 | 2010-06-24 | 三菱重工業株式会社 | 弁装置 |
| CN101941116A (zh) * | 2010-09-07 | 2011-01-12 | 济南海通焊接技术有限公司 | 双脉冲全位置等离子焊机 |
-
1990
- 1990-10-12 JP JP27245690A patent/JP2762165B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2008111150A1 (ja) * | 2007-03-12 | 2010-06-24 | 三菱重工業株式会社 | 弁装置 |
| JP5101601B2 (ja) * | 2007-03-12 | 2012-12-19 | 三菱重工業株式会社 | 弁装置 |
| CN101941116A (zh) * | 2010-09-07 | 2011-01-12 | 济南海通焊接技术有限公司 | 双脉冲全位置等离子焊机 |
| CN101941116B (zh) | 2010-09-07 | 2012-05-23 | 济南海通焊接技术有限公司 | 双脉冲全位置等离子焊机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2762165B2 (ja) | 1998-06-04 |
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