JPH0446674A - エンジンバルブ等への盛金材料の肉盛溶接方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１例えばエンジンバルブの弁フェース部やバル
ブシートのシート部等に、硬質かつ高耐摩耗性を有する
盛金材料を肉盛溶接する方法に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関用のエンジンバルブの弁フェース部やバルブシ
ートのシート部は、高負荷、高サイクルの繰返し荷重を
受けるため、耐熱鋼等の母材単体では、高温強度や高温
耐食性、耐摩耗性等に問題が生じる。

そのため、上記弁フェース部やシート部に、高温強度や
耐摩耗性等に優れるステライト等の盛金材料を肉盛溶接
して、高温特性を向上させている。

このような肉盛溶接は、通常、第４図に示すようなプラ
ズマ溶接装置を用いて行なわれる。

すなわち、はぼ３０°傾斜させた回転台（１）上に、エ
ンジンバルブ（２）の傘部（２ａ）を載置して、一定方
向に回転させつつ、弁フェース部（２ｂ）の直上に臨ま
せたトーチ（３）の先端よりプラズマアーク（４）を発
生させ、かつ同時に、トーチ（３）の先端のノズルより
、粉末状のステライト（５）を供給し、アーク熱により
ステライト（５）と弁フェース部（２ｂ）の表層とを溶
融させながら、傘部（２ａ）を１周させると、弁フェー
ス部（２ｂ）の全周に肉盛り（６）が施される。

〔発明が解決しようとする課題〕

最近の自動車用エンジンは、過給機を装着したり、多弁
機構を採用するなど、高速、高回転、高負荷及び高出力
化の傾向にあり、かつ排気ガス清浄化の観点から、弁フ
ェース部等に潤滑効果のある物質（例えば四エチル鉛等
）を含まない燃料が使用される傾向にある。

また、ディーゼルエンジンにおいては、使用される燃料
の点から、優れた耐食性、耐酸化性が要求される。

このようなエンジンに用いられるエンジンバルブやバル
ブシートには、高温強度や高温耐食性などの優れた高温
特性、並びに高い耐摩耗性が要求されるが、上記ステラ
イト単体の盛金材料を、エンジンバルブの弁フェース部
やバルブシートのシート部に肉感溶接したのみでは、要
求される十分な高温特性や耐摩耗性等を得ることが難し
い。

そこで本願出願人は、上記ステライトに代わる高耐摩耗
性を有する盛金材料を開発し、平成２年５月３０日に出
願している（特願平　−号）。

これは、ステライトの粉末をベースとし、これに例えば
炭化物系の高硬度、高融点の粉末を添加した複合盛金材
料であり、炭化物系の粉末の割合が増加するにしたがっ
て、肉盛部の硬度は比例的に高まる特性を有するが、次
のような問題を生じることがある。

すなわち、上記複合盛金材料を、上述した従来のステラ
イト単体と同様に、単に弁フエ−２、部（２ｂ）を１回
転させて肉盛溶接したのみでは、炭化物系の粉末の添加
割合がある一定量を越えると、炭化物の溶は残る割合が
増えて、ピンホール、未溶着等の内部欠陥が発生したり
、組織が不安定となったり、冷却収縮時において肉盛部
に割れが生じたりするなど、不良品の発生率が高くなる
。

従って、上記諸問題の発生するのを防止して、品質の安
定した肉感部を形成するためには、添加される炭化物等
の上限値を低く抑える必要があるが、このようにすると
、要求される十分な硬度及び耐摩耗性が得られなくなる
ことがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、硬質かつ高耐摩耗性を有する盛合材料
、例えばステライトと炭化物系の粉末との混合物からな
る複合盛金材料の溶融性。

溶着性を向上させることにより、炭化物等の添加可能な
限界値を高め、もって、硬質かつ耐摩耗性等に優れる肉
盛り部が形成されるようにした、エンジンバルブ等への
盛金材料の肉盛溶接方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、エンジンバルブの弁フェース部等に、母材
と異なる盛金材料を肉盛溶接するに際し、前記弁フェー
ス部に盛金材料を肉感溶接したのち、肉盛り部を加熱手
段により加熱再溶融することにより達成することができ
る。

より具体的には、エンジンバルブ等を一定方向に回転さ
せつつ、第１周目において、適宜の肉盛溶接装置におけ
るトーチに盛金材料を供給して、エンジンバルブ等の弁
フェース部の全周に肉盛溶接したのち、第２周目におい
て、盛金材料の供給を停止して、前記トーチにより肉盛
り部を加熱再溶融させてもよく、又はエンジンバルブ等
を一定方向に回転させつつ、少なくとも２つのトーチを
備える適宜の肉盛溶接装置における一方のトーチに盛金
材料を供給して、エンジンバルブ等の弁フェース部に肉
盛溶接しつつ、肉盛溶接装置における他方のトーチによ
り、肉盛り部を順次加熱再溶融させてもよい。

〔作　用〕

各請求項に記載の方法において、肉盛溶接後に肉盛り部
を加熱再溶融すると１例えば盛金材料をステライトと炭
化物系の粉末とからなる複合盛金材料とした際において
、炭化物系の粉末の溶融性及び母材との溶着性が高まる
。

また、加熱再溶融すると、ピンホール等の内部欠陥が防
止されるとともに、徐冷作用により、熱ひずみや残留応
力の生じるのが防止される。

〔実施例〕

次表は、−船釣な盛金材料として知られている粉末状の
ステライトの組成を示し、本発明方法の実施に供される
複合盛金材料は、このステライトをベース材とし、これ
に、−例として炭化クロム（Ｃｒ、Ｃ２）の粉末を添加
混合したものである。

（以下余白） ｗｔ％ 第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、請求項（１）及び（２）記
載の発明の溶接要領を略示するものである。

なお、この発明に用いるプラズマ溶接装置は、前述の従
来例と同じであるので、同一の部材には同じ符号を付し
て説明する。

まず、第１図（Ａ）に示すように、回転台（１）に載置
したエンジンバルブ（２）を、回転台（１）を回転する
ことにより、一定方向に回転させつつ、弁フェース部（
２ｂ）の直上に臨ませたトーチ（３）の先端より、プラ
ズマアーク（４）を発生させるとともに、不活性シール
ドガス（図示略）を噴射し、かつ同時に、上記複合盛金
材料（７）を、プラズマアーク（４）に向けて供給し、
エンジンバルブ（２）が１周する間に、アーク熱により
溶融させられた複合盛金材料（７）を、弁フェース部（
２ｂ）の全周に肉盛り（６）を施す。

ついで、第１図（Ｂ）に示すように、弁フェース部（２
ｂ）の全周に肉盛り（６）を施した直後において、複合
盛金材料（７）の供給を停止し、かつトーチ（３）の先
端より引き続きプラズマアーク（４）のみを発生させて
、弁フェース部（２ｂ）を、肉盛り（６）部が再溶融し
うる程度まで局部的に加熱しつつ、エンジンバルブ（２
）をさらに１回転させる。

このように、第１周目で通常の肉盛りを行ない、第２周
目で肉盛り部を加熱再溶融すると、ピンホールや未溶着
等の内部欠陥が防止されるとともに、徐冷作用により、
熱ひずみや残留応力の発生するのが防止されるため、冷
却収縮時において盛余部が割れるなど、不良品の発生す
る割合が極めて少なくなる。

第３図は、ステライトをベース材として、これに、Ｃｒ
、Ｃ，の添加量を適宜に変えて混合した複合盛金材料を
、上記した肉盛方法により、弁フェース部（２ｂ）に肉
盛りし、その硬度、及び肉盛り部に割れが発生するＣｒ
、Ｃ，の添加上限値を、従来と比較して調査した結果を
示すものである。

なお、エンジンバルブ（２）の材料には、マルテンサイ
ト系の耐熱鋼（ＳＵＨ３）を用いた。

第３図より明らかなように、Ｃｒ５Ｃｚの添加量を増加
させると、析出炭化物の占める割合が増加することから
、硬度は、はぼ比例的に高まる。

また、従来の１同感工法では、０ｒ３Ｃ２の添加量が２
５％を越えるあたりから肉盛り部に割れが発生するのに
対し、上記した本発明の肉盛り方法においては、肉盛り
部に割れが発生するＣｒ、Ｃ，の添加量は、４５％付近
と大幅に高まっているのが判る。

このことは、Ｃｒ、Ｃ，の添加量４５％付近でも、肉盛
り部の組織が安定していることを示し、また。

添加量の上限値が高くなった分だけ、肉盛り部の硬度が
増すため、高い耐摩耗性を有するようになる。

次に、請求項（１）及び（３）記載の発明の溶接要領を
、第２図に基づいて説明する。

この発明は、前述した溶接要領と同様の肉盛り用のトー
チ（３）と、その反対側に、はぼ１８０°位置をずらし
て設けた再溶−融（加熱）用のトーチ（８）との２トー
チにより、肉盛溶接を行なうものである。

すなわち、まず前述した発明と同様に１回転台（１）に
よりエンジンバルブ（２）を一定方向に回転させつつ、
トーチ（３）の先端よりプラズマアーク（４）を発生さ
せ、かつ同時に、複合盛会材料（７）を供給して、弁フ
ェース部（２ｂ）に肉盛り（６）を施す。

ついで、エンジンバルブ（２）が約半回転して、最初の
肉盛り（６）部の先端が、再溶融用のトーチ（８）の直
下まで移動したとき、トーチ（８）の先端よりプラズマ
アーク（９）のみを発生させ、順次肉盛り（６）されて
回転してくる弁フェース部（２ｂ）を。

肉盛り（６）部が再溶融しうる程度まで加熱する。

ついで、エンジンバルブ（２）が１回転して、弁フェー
ス部（２ｂ）の全周に肉盛り（６）が施されたと同時に
、トーチ（３）よりのプラズマアーク（４）と、複合盛
金材料（７）の供給を停止し、かつＩ・−チ（８）によ
り、引き続き肉盛り（６）部を再溶融させる。

エンジンバルブ（２）が１回転して、弁フェース部（２
ｂ）の全周に肉盛り（６）が施された時点では、肉盛り
（６）部の約半周が再溶融されたのみであるので、引き
続きエンジンバルブ（２）を約１／２回転させて、トー
チ（８）により、肉盛り（６）部の残りの約半周を再溶
融させ、全周を再溶融した直後に。

トーチ（８）のプラズマアーク（９）を停止させる。

この２ト一チ式の発明によっても、前述した発明とほぼ
同様の作用効果を奏し、肉盛り部に割れが発生するＣｒ
、Ｃ，の添加量の上限値を、はぼ４５％まで高めること
ができる。

前述した請求項（２）記載の発明は、１つのトーチによ
り肉盛りと再溶融とを行なうので、装置が簡略化する利
点がある。

また、上記２ト一チ式の発明は、エンジンバルブ（２）
を１回転半させるだけで溶接が完了するので、エンジン
バルブ（２）を２回転させる請求項（２）記載の発明に
比べて生産性は高い。

なお、上記２ト一チ式の発明において、再溶融用のトー
チ（８）の位置を、肉盛り用のトーチ（３）に対しほぼ
１８０°ずらした反対側としであるが。

その位置は適宜である。

本発明方法は、上記複合盛金材料の外、ステライトをベ
ース材とし、これにＮ　ｂ　Ｃ、Ｗ　Ｃ、Ｔ　ｉ　Ｃ１
Ｔ　ａ　Ｃなどの炭化物、ＴｉＮ、ＴａＮなどの窒化物
、Ａ１□０３、ＺｒＯ，などの酸化物等を添加した複合
盛会材料を用いた際にも効果的である。

また、これらのステライトをベースとした複合盛金材料
の外、Ｃ０１Ｍ０１Ｃｒ、Ｓｉ系からなるＧｏ基合金、
すなわちトリバロイ（デュポン社の登録商標）として知
られているものをベースとし。

これに上記炭化物、窒化物、酸化物等を添加してなる複
合盛会材料を用いた際にも効果的である。

本発明方法に用いる加熱手段は、上記プラズマアーク以
外に、酸素−アセチレンガスやその他の熱源を用いても
よい。

本発明の方法は、バルブシートのシート部に肉盛溶接す
る際にも適用しうる。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、硬質かつ高耐摩耗性を有する盛金
材料１例えばステライトと炭化物等の粉末との混合物か
らなる複合盛金材料の溶融性、溶着性が向上するととも
に、内部欠陥や残留応力等の発生するのが防止されるか
ら、硬化層を形成する炭化物等の添加割合を高めること
ができ、耐摩耗性、耐久性に優゛れる肉盛り部が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、請求項（１）及び（２）記
載の発明方法の一実施例を示し、（Ａ）は肉盛溶接中、
（Ｂ）は加熱再溶融中の概略説明図、第２図は、請求項
（１）及び（３）記載の発明方法の一実施例を示す概略
説明図。 第３図は、ステライトをベース材とし、これにＣｒ、Ｃ
，の添加量を変えて混合した複合盛金材料を、請求項（
２）記載の発明方法によりエンジンバルブの弁フェース
部に肉盛りした際における硬度、及び肉盛り部に割れが
発生するＣｒ、Ｃ２の添加量を従来と比較して示す図、 第４図は、従来の肉盛溶接方法を示す概略説明図である
。 （１）回転台 （２ａ）傘部 （３）トーチ（肉盛り用トーチ） （４）プラズマアーク （７）複合盛金材料（盛金材料） （８）再溶融用トーチ （２）エンジンバルブ （２ｂ）弁フェース部 （６）肉盛り （９）プラズマアーク 第 図 第２図 第３図 炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）添加１ｔ（Ｗｔ’／、）第４
図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンバルブの弁フェース部等に、母材と異な
   る盛金材料を肉盛溶接するに際し、前記弁フェース部に
   盛金材料を肉盛溶接したのち、肉盛り部を加熱手段によ
   り加熱再溶融することを特徴とするエンジンバルブ等へ
   の盛金材料の肉盛溶接方法。
2. （２）エンジンバルブ等を一定方向に回転させつつ、第
   １周目において、適宜の肉盛溶接装置におけるトーチに
   盛金材料を供給して、エンジンバルブ等の弁フェース部
   の全周に肉盛溶接したのち、第２周目において、盛金材
   料の供給を停止して、前記トーチにより肉盛り部を加熱
   再溶融することを特徴とする請求項（１）記載のエンジ
   ンバルブ等への盛金材料の肉盛溶接方法。
3. （３）エンジンバルブ等を一定方向に回転させつつ、少
   なくとも２つのトーチを備える適宜の肉盛溶接装置にお
   ける一方のトーチに盛金材料を供給して、エンジンバル
   ブ等の弁フェース部に肉盛溶接しつつ、肉盛溶接装置に
   おける他方のトーチにより、肉盛り部を順次加熱再溶融
   することを特徴とする請求項（１）記載のエンジンバル
   ブ等への盛金材料の肉盛溶接方法。