JPH0484670A - エンジンバルブ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、例えばエンジンバルブの弁フェース部等に、
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〕

エンジンバルブの弁フェース部は、高負荷、高サイクル
の繰返し荷重を受けるため、母材単体の強度では著しく
摩耗する。そのため、弁フェース部に、硬質かつ高耐摩
耗性の盛金材料、例えばステライト等の合金粉末を肉盛
溶接して、耐摩耗性を高めるようにしている。

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，）」：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）に形成された環状凹溝（２ｃ）の全面
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、過給器を装着したり、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ｐｇ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１〜部に肉盛溶接したのみでは、
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１〜に代わる高耐摩
耗性を有する盛金材料として、Ｃｏ基基合金らなるステ
ライト粉末をベース材料とし、これ３〜 に高硬度かつ高融点の硬質粒子、例えば炭化物系の粉末
を添加した複合盛金材料を開発し、平成２年Ｓ月３０日
に出願している（特願平２−１３８４４８号）。

」二記複合盛余材料は、炭化物系の粉末の添加割合が増
加するにしたがって、ベース材中における析出炭化物の
占める割合が増大して、肉盛部の硬度は比例的に高まる
特性を有しているが、次のような問題を生じることがあ
る。

すなわち、上記した複合盛金材料を、上述のステライト
単体と同様に、単にワークを１回転させて１度に所要量
肉盛溶接すると、ステライトよりも高硬質で、かつ融点
の高い炭化物系の粉末が、未溶融又は半溶融状態のまま
母材との境界部に沈降して集積し、耐摩耗性の最も必要
な弁フェースの表層部に、炭化物による析出硬化層が形
成されないことがある。

本発明は、」１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、炭化物等の硬質粒子を肉盛部の表層
に分布させることにより、表層部の硬度を高め、もって
、耐摩耗性に優れる弁フェース部等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形成さ
れた環状凹溝に、母相と異なる盛金材料を肉盛溶接する
に際し、前記環状凹溝にベース材料のみを肉盛溶接した
のち、その上面にベース材料よりも高硬度の硬質粒子を
供給しつつ加熱することにより、硬質粒子をベース材料
の表層部に分布させ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層目において、適宜の肉盛溶接装置におけ
るトーチにベース材料のみを供給して、環状凹溝に第１
層目の肉盛溶接を施したのち、第２層目において、前記
第１層目の上面に硬質粒子を供給して、第２層目の肉盛
溶接を施すか又は、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１−−チを備える肉盛溶接
装置における一方のトーチにベース材料のみを供給して
、環状凹溝に第１層目の肉盛溶接を施しつつ、肉盛溶接
装置における他方の１−−チに硬質粒子を供給して、前
記第１層目の−Ｆ面に第２層目の肉盛溶接を施すように
してもよい。

さらに、エンジンバルブの弁フェース部等に形成された
環状凹溝に、母材と異なる盛金材料を肉盛溶接するに際
し、前記環状凹溝にベース材料のみを肉盛溶接したのち
、ベース材料が未硬化の状態において、その上面にベー
ス材料よりも高硬度の硬質粒子を供給することにより、
硬質粒子をベース材料の表層部に分布させることによっ
ても達成することができる。

〔作用〕

先にベース材料を肉盛溶接し、その上に硬質粒子を溶着
又は散布するので、硬質粒子が母材との境界部に沈降す
るのが防止され、肉盛部表層の硬度は著しく高まる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。

なお、第４図に示す従来例と同様の部材には、同じ符号
を付して説明する。

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。

まず第１図（Ａ）に示すように、弁フェース部（２ｂ）
に環状凹溝（２ｃ）が形成されたエンジンバルブ（２）
の傘部（２ａ）を、前述した従来例と同様のプラズマ溶
接装置の回転台（１）に載置して、平面視反時計方向に
回転させつつ、弁フェース部（２ｂ）の直」二に臨ませ
たトーチ（３）の先端より、不活性シールドガスととも
にプラズマアーク（４）を発生させ、かつ同時に、粉末
状のベース材料（８）、すなわち、例えばＣｏ基からな
るステライト等の盛金材料のみを供給し、エンジンバル
ブ（２）が１周する間に、肉盛部の厚さが予定の肉盛厚
さのほぼ半分かそれ以上となるように、環状凹溝（２ｃ
）の全面に第１層目の肉盛り（９）を施す。

ついで、第１図（Ｂ）に示すように、エンジンバルブ（
２）の第２周目において、ベース材料供給ホッパ（図示
略）よりのベース材料（８）の１−−チ（３）への供給
を停止するとともに、引き続き発生させたプラズマアー
ク（４）に向けて、′別の供給ホッパ（図示略）より、
ベース材料（８）よりも高硬度でかつ融点の高い、例え
ば炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）等の炭化物系の硬質粒子（
１０）を供給し、第１層目の肉盛り（９）の表層を溶融
させつつ、その上面に第２層目の肉盛り（１１）を施す
。

このように、第１周目でベース材料（８）のみを、また
第２周目で硬質粒子（１０）を肉盛溶接すると、弁フェ
ース部（２ｂ）には、第２図に示すように、第１周目の
肉盛（９）と、第２周目の肉盛り（１１）との２層から
なる肉盛部が形成され、かつ第２層目の肉盛（１１）を
施す際において、硬質粒子（１０）が、母材との境界部
、すなわち環状凹溝（２ｃ）付近に沈降するのが防止さ
れるので、弁フェース部（２ｂ）の表層部に、硬質粒子
（１０）による炭化物が効果的に析出し、あるいは、硬
質粒子（ＪＯ）が半溶融状態のまま分布して、その部分
の硬度を著しく高めうる。

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

この発明は、はぼ水平をなす回転台（１）　１．に、エ
ンジンバルブ（２）を垂直に載置し、その両側に互いに
ほぼ１８０°位置を異ならせて設けた、第１層目肉盛用
のトーチ（１２）と、第２層目肉盛用ト−チ（］］載と
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、回転台（１）に
よりエンジンバルブ（２）を反時計方向に回転させつつ
、トーチ（１２）の先端よりプラズマアーク（１４）を
発生させると同時に、図示しないベース材供給用ホッパ
より、前述したと同様のベース材料（８）を供給して、
環状凹溝（２ｃ）に第１層目の肉盛り（９）を施す。

ついで、エンジンバルブ（２）が約半回転して、第１層
目の肉盛り（９）部の先端が、トーチ（１３）の直下ま
で移動したとき、トーチ（］］載の先端よりプラズマア
ーク（１５）を発生させると同時に、図示しない別のホ
ッパより硬質粒子（１０）を供給して、順次回転してく
る第１層目の肉盛り（９）の表層を溶融しつつ、その上
面に第２層目の肉盛り（１１）を施し、所定の肉盛厚さ
とする。

ついで、エンジンバルブ（２）が１回転して、環状凹溝
（２ｃ）の前面に第１層目の肉盛り（９）が施されたの
と同時に、トーチ（１２）よりのプラズマアーク（１４
）とベース材料（８）の供給を停止し、かつ。

さらにエンジンバルブ（２）が半回転して、第１層目の
肉盛り（９）の上面の全面に第２層目の肉盛り（１１）
が施されたと同時に、トーチ（］３）よりのプラズマア
ーク（１５）と硬質粒子の（１０）の供給を停止させる
。

この２ト一チ式の発明によっても、前述した発明と同様
の作用効果を奏することができるとともに、ワークを１
回転半させるだけで肉盛溶接が完了する利点がある。

請求項（４）記載の発明は、図示を省略しであるが、第
１図に示す肉盛溶接装置におけるトーチ（３）の近傍に
、硬質粒子を供給するための供給手段を設けることによ
り実施しうる。

すなわち、ベース材料の肉盛溶接を施した直後において
、肉盛部の表層がまだ硬化しない半溶融状態にある間に
、硬質粒子供給手段より供給された硬質粒子を、ベース
材料の肉盛部の表層に散布して溶は込ませる。

この発明によっても、硬質粒子が母材との境界部に沈降
するのが防止され、弁フェース部（２ｂ）の表層部に硬
質粒子が広範に分布浸透することにより、その硬度は著
しく高まる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々
の態様をとりつる。

例えば、２ト一チ式の場合において、トーチ（１２）（
１３）を、互いに１８０°異ならせて配置しであるが、
第１層目の肉盛郡全体がトーチ（１３）により、再溶融
されない位置であれば、それらを適宜位置に配設しても
よい。

本発明の方法に用いるベース材料は、上記ステライト（
８）の代わりに、安価なＦｅ基やＮｉ基の耐熱合金粉末
やステンレス等の粉末を用いてもよい。

また、硬質粒子（１０）は、」１記炭化クロム（Ｃｒ３
Ｃ２）の外、ＮｂＣ，ＷＣ，ＴｊＣ，ＴａＣなどの炭化
物、Ｔｉ　Ｎ、ＴａＮなとの窒化物及び〜１１ Ａｌ２Ｏ，、ＺｒＯ，などの酸化物等を用いてもよい。

本発明の実施に用いる溶接装置は、上記プラズマ溶接装
置の外、酸素−アセチレンガス、ＴｉＧ、その他の溶接
手段でもよい。

本発明は、バルブシー１〜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〕

本発明によれば、硬質粒子が母材との境界部に沈降する
のが防止されて、肉盛部の表層にのみ大量に分布される
ので、弁フェース部等の表面の硬度及び耐摩耗性は著し
く高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、請求項（１）及び（２）記
載の本発明の方法の一実施例を示し、（Ａ、　’）はベ
ース材料の肉盛溶接中、（Ｂ）は硬質粒子の肉盛溶接中
の概略説明図。 第２図は、第１図（Ｂ）におけるＩＩ−Ｕ線に沿う要部
の拡大縦断側面図、 第３図は、請求項（１）及び（３）記載の本発明の方法
の一実施例を示す概略説明図、 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　　　　　（２）エンジンバルブ（２ａ）
傘部　　　　　　（２ｂ）弁フェース部（２ｃ）環状凹
溝　　　　（３）トーチ（４）プラズマアーク （８）ベース材（盛金材料） （９）（１１）肉盛り　　　　（１０）硬質粒子（盛金
材料）（１２）　（１３）　トーチ （１４）（１５）プラズマアーク 第１図 第２図 Ｃ 第３図 ○

Claims (4)

【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形成された環
   状凹溝に、母材と異なる盛金材料を肉盛溶接するに際し
   、前記環状凹溝にベース材料のみを肉盛溶接したのち、
   その上面にベース材料よりも高硬度の硬質粒子を供給し
   つつ加熱することにより、硬質粒子をベース材料の表層
   部に分布させ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
   ベース材料のみを供給して、環状凹溝に第１層目の肉盛
   溶接を施したのち、第２周目において、前記第１層目の
   上面に硬質粒子を供給して、第２層目の肉盛溶接を施す
   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肉盛溶接装置における一
   方のトーチにベース材料のみを供給して、環状凹溝に第
   １層目の肉盛溶接を施しつつ、肉盛溶接装置における他
   方のトーチに硬質粒子を供給して、前記第１層目の上面
   に第２層目の肉盛溶接を施す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。
4. （４）エンジンバルブの弁フェース部等に形成された環
   状凹溝に、母材と異なる盛金材料を肉盛溶接するに際し
   、前記環状凹溝にベース材料のみを肉盛溶接したのち、
   ベース材料が未硬化の状態において、その上面にベース
   材料よりも高硬度の硬質粒子を供給することにより、硬
   質粒子をベース材料の表層部に分布させることを特徴と
   するエンジンバルブ等への盛金材料の肉盛溶接方法。