JPH09314342A - 肉盛溶接によるシリンダライナの形成方法 - Google Patents

肉盛溶接によるシリンダライナの形成方法

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JPH09314342A
JPH09314342A JP12992296A JP12992296A JPH09314342A JP H09314342 A JPH09314342 A JP H09314342A JP 12992296 A JP12992296 A JP 12992296A JP 12992296 A JP12992296 A JP 12992296A JP H09314342 A JPH09314342 A JP H09314342A
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Japan
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welding
cylinder liner
forming
cladding
overlay welding
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JP12992296A
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English (en)
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Yoshimi Kamito
好美 上戸
Hiroshi Notomi
啓 納富
Kunihiko Shimoda
邦彦 下田
Masahiko Okabe
雅彦 岡部
Akihiko Matsui
昭彦 松井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの大型化に伴うシリンダライナの厚
肉化を抑制することができ、高品質なライナを形成する
ことができる方法を実現する。 【解決手段】 その内面に肉盛溶接による摺動部が形成
されるパイプ材3を予熱した後、高C−高Si−Ni系
鋳鉄に炭化物形成元素を添加して生成した粉体材料を用
い、400〜500Aの溶接電流、100〜200mm/
分の溶接速度で上記パイプ材3の内面に粉体プラズマ肉
盛溶接を施工し、その後、徐冷処理、応力除去焼鈍処
理、仕上加工を行うものとしたことによって、溶込み部
の少ない摺動部の形成が可能なため、エンジンの大型化
に伴うシリンダライナの肉厚増加を抑制することがで
き、グラファイト組織やセメンタイト炭化物等が形成さ
れるため、摺動部の耐焼付き性、耐摩耗性が優れ、高電
流、大入熱の肉盛溶接が可能なため、生産性の高い形成
方法を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等に適用される肉盛溶接によるシリンダライナの形成
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のディーゼルエンジンのシリンダラ
イナについて、図3により説明する。図3に示す従来の
シリンダライナ31は、普通鋳鉄(ターカロイ鋳鉄)の
一体鋳造により形成されたものであった。この材料は、
リンP1%を含有させた黒鉛33+パーライト組織34
に耐摩耗炭化物(Fe,P)3 C32を析出させて摺動
性を向上させたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のシリンダライナ
においては、その材料が鋳鉄(Fc30相当)であるこ
とから、ライナの大型化に伴って厚肉化したとき、ライ
ナ材料の実体強度が低くなる傾向があり、安全率を見込
む必要があるため、さらに、厚肉化をよぎなくされてい
た。
【0004】また、大型厚肉ライナの場合、高品質を維
持しようとすると、鋳造そのものの技術も、限界肉厚が
あるためにむずかしい技術となる傾向があった。本発明
は上記の課題を解決しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係る肉盛溶接によるシリンダライナの形成方法において
は、粉体プラズマ肉盛溶接によりその内面に摺動部を形
成する高強度のパイプ材を予熱して400℃以上の温度
とした後、高C−高Si−Ni系鋳鉄に炭化物形成元素
を添加して生成した粉体材料を用い、400〜500A
の溶接電流を出力する粉体プラズマ肉盛溶接装置により
上記パイプ材の内面全面に100〜200mm/分の溶接
速度で1層の所定の厚みの肉盛溶接を施工し、次に、肉
盛溶接されたパイプ材の徐冷処理を行い、更に、600
〜650℃の温度で応力除去焼鈍処理を行った後、仕上
げ加工を施工してシリンダライナを形成することを特徴
としている。
【0006】本発明においては、高炭素成分含有の鋳鉄
を粉体材料とする粉体プラズマ肉盛溶接により摺動部を
形成するため、溶込み部の少ない低希釈率化が可能とな
り、エンジンの大型化に伴うシリンダライナの肉厚増加
を抑制することが可能となる。
【0007】また、上記肉盛溶接により形成された摺動
部は、耐焼付き性に優れたグラファイト組織を多量に晶
出し、耐摩耗性にすぐれたセメンタイト炭化物を含有
し、残部が黒鉛の崩壊性を助長させるパーライト組織に
より形成されるため、摺動部が耐焼付き性、耐摩耗性に
優れたシリンダライナとすることができる。
【0008】更に、400〜500Aという高電流、大
入熱の肉盛溶接を100〜200mm/分の溶接速度で施
工し、1層の重ね溶接で所定の高さの肉盛溶接ビードを
形成し、また、この溶接は自動化が容易なため、生産性
の向上が可能となり、大幅なコスト低減が可能となる。
【0009】なお、上記肉盛溶接前には、パイプ材を予
熱して400℃以上の温度とし、肉盛溶接後には、60
0〜650℃の温度で応力除去焼鈍処理(以下SR処理
とする)を行うため、肉盛溶接による割れの発生を防止
することが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係るディ
ーゼルエンジンの肉盛溶接によるシリンダライナの形成
方法について、図1及び図2により説明する。
【0011】図1及び図2に示す本実施形態に係るシリ
ンダライナの形成方法においては、まず、高強度(δB
=60Kg/mm2)の鋳鋼(軟鋼、炭素鋼)又は鍛鋼からな
るパイプ材3をターニングローラ2上に搭載し、その一
端をポジョナ1に結合した後、ターニングローラ2によ
り上記パイプ材3を所定の速度で回転させながら電気炉
又はガスバーナにより予熱し、400℃以上の温度とし
た。
【0012】次に、この状態でパイプ材3の他端より先
端に内面トーチ4aが接続された水冷長尺トーチ4を挿
入し、高電流粉体プラズマ肉盛溶接装置により内面トー
チ4aの先端にプラズマアーク6を生成した。
【0013】次に、上記水冷長尺トーチ4内へ肉盛粉体
供給装置7により粉体材料を送り込み、内面トーチ4a
の先端より排出された粉体材料を上記プラズマアーク6
内で溶融させ、パイプ材3の内面に重なり部分を有する
1層のラセン形状で高さが6〜8mmの肉盛溶接ビード5
を形成した。
【0014】上記肉盛溶接を行った後は、徐冷処理を行
い、更に、SR処理を600〜650℃の温度で行った
後、仕上げ加工を行い、肉盛溶接によるシリンダライナ
の製作を完了した。
【0015】上記肉盛粉体送給装置7より供給される粉
体材料としては、黒鉛の生成が可能な高C−高Si−N
i系鋳鉄に炭化物形成元素(Cr又はP)が添加され、
ボールミーリング処理されたものを用いた。
【0016】上記肉盛溶接に際しては、図2(a)に示
すように内面トーチ4aをパイプ材3の長手方向に所定
のオシレート幅(20〜30mm以上)でオシレートさ
せ、広幅のビードを形成した。また、内面トーチ4a
は、図1(b)に示すようにパイプ材3の回転方向に対
して前方へ約15〜30°傾けて配置し、湯流れが防止
できるものとした。
【0017】上記肉盛溶接における溶接条件は、以下の
とおりであった。即ち、Arシールガス送給量=15リ
ッター/分、粉末送給量≧10〜20Kg/H、予熱パス間
の温度≧400℃、溶接速度≧100〜200mm/分、
溶接電流≧400〜500A、ワークとトーチ間の高さ
=30mm、オシレート速度=40mm/分、オシレート幅
≧20〜30mm、ラップ率=30〜50%であった。
【0018】本実施形態において、肉盛溶接により形成
された肉盛溶接ビード5の断面のミクロ組織は図2
(b)に示すものであり、摺動性(耐焼付き性)にとっ
て有用なグラファイト組織(片状初晶黒鉛24と共晶黒
鉛25)を多量に晶出し(面積率20%以上)、耐摩耗
性のために有効なセメンタイト炭化物((Fe,Cr)
3C又は(Fe,P)3 C)27を5%程度有し、のこ
りを黒鉛の崩壊性を助長させるために有効なパーライト
組織とするものであった。そのため、その摺動部が摺動
性、耐摩耗性に優れたシリンダライナを実現することが
できた。
【0019】また、溶接電流400〜500A以上、溶
接速度100〜200mm/分以上という溶接条件で肉盛
溶接を行うため、通常の1kg/Hに対して約10〜20倍
と溶着率が高く、生産性の高いシリンダライナを実現す
ることができた。
【0020】更に、粉体材料中に添加される炭素量を増
量して5〜6%としたため、高電流、大入熱による肉盛
溶接の施工にもかゝわらず、次式で示す希釈率を15%
とすることができ、エンジンの大型化に伴うシリンダラ
イナの肉厚増加を抑制することができた。
【0021】 希釈率=Bの面積×100/(Aの面積+Bの面積) こゝで、Aは、図2(a)に示す余熱部溶着断面であ
り、Bは、図2(a)に示す溶込み部溶着断面である。
【0022】なお、肉盛溶接前に予熱を行い、パイプ材
3の温度を400℃以上としているが、これは溶接割れ
(ビード横割れ)を防止するためであり、この予熱によ
り、肉盛溶接時における溶接割れを防止することができ
た。
【0023】また、肉盛溶接により形成される肉盛溶接
ビード5の高さを6〜8mm以上としているが、これは、
シリンダライナの摺動部の厚みとして3〜4mm以上が必
要であり、仕上げ加工代として2mm程度を必要とするた
めである。
【0024】溶接条件の1つである溶接電流について
は、400〜500A以上としているが、これは、溶接
電流と溶接ビード高さとの間に図2(c)に示す関係が
あり、6〜8mm以上のビード高さを得るためには400
〜500Aの溶接電流を必要とするためである。
【0025】また、溶接速度については、100〜20
0mm/分以上としているが、これは、オシレート幅Wを
20mm、ラップ代Dを50%とし、溶接電流を400A
及び500Aとした場合、溶接速度と溶接ビード高さと
の間には図2(d)の関係があるためである。
【0026】更に、600〜650℃の温度によるSR
処理を行っているのは、これにより母材の熱影響部の硬
さをビッカース硬さHvで200〜300に下げること
ができ、溶接割れの発生の防止を図ることができるため
である。
【0027】なお、本実施形態においては、肉盛溶接に
よりパイプ材の内面にラセン状の肉盛溶接ビードを形成
しているが、パイプ材の長手方向の直線状のビードを形
成したものであってもよい。
【0028】
【発明の効果】本発明の肉盛溶接によるシリンダライナ
の形成方法においては、その内面に肉盛溶接による摺動
部が形成されるパイプ材を予熱した後、高C−高Si−
Ni系鋳鉄に炭化物形成元素を添加して生成した粉体材
料を用い、400〜500Aの溶接電流、100〜20
0mm/分の溶接速度で上記パイプ材の内面に粉体プラズ
マ肉盛溶接を施工し、その後、徐冷処理、応力除去焼鈍
処理、仕上加工を行うものとしたことによって、溶込み
部の少ない摺動部の形成が可能なため、エンジンの大型
化に伴うシリンダライナの肉厚増加を抑制することがで
き、グラファイト組織やセメンタイト炭化物等が形成さ
れるため、摺動部の耐焼付き性、耐摩耗性が優れ、高電
流、大入熱の肉盛溶接が可能なため、生産性の高い形成
方法を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るシリンダライナの
形成方法に適用される装置の説明図で、(a)は側面
図、(b)は(a)のA−A矢視図である。
【図2】上記一実施形態に係る作用説明図で、(a)は
肉盛溶接ビードの断面図、(b)は(a)のB部の拡大
図、(c)は溶接電流と溶接ビード高さの関係図、
(d)は溶接速度と溶接ビード高さの関係図である。
【図3】従来のシリンダライナの説明図で、(a)は斜
視図、(b)は(a)のC部の拡大図である。
【符号の説明】
1 ポジショナ 2 ターニングローラ 3 パイプ材 4 水冷長尺トーチ 4a 内面トーチ 5 肉盛溶接ビード 6 プラズマアーク 24 片状初晶黒鉛 25 共晶黒鉛 26 パーライト組織 27 セメンタイト炭化物
フロントページの続き (72)発明者 岡部 雅彦 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 松井 昭彦 長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉体プラズマ肉盛溶接によりその内面に
    摺動部を形成する高強度のパイプ材を予熱して400℃
    以上の温度とした後、高C−高Si−Ni系鋳鉄に炭化
    物形成元素を添加して生成した粉体材料を用い、400
    〜500Aの溶接電流を出力する粉体プラズマ肉盛溶接
    装置により上記パイプ材の内面全面に100〜200mm
    /分の溶接速度で1層の所定の厚みの肉盛溶接を施工
    し、次に、肉盛溶接されたパイプ材の徐冷処理を行い、
    更に、600〜650℃の温度で応力除去焼鈍処理を行
    った後、仕上げ加工を施工してシリンダライナを形成す
    ることを特徴とする肉盛溶接によるシリンダライナの形
    成方法。
JP12992296A 1996-05-24 1996-05-24 肉盛溶接によるシリンダライナの形成方法 Withdrawn JPH09314342A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6637108B2 (en) 2001-03-05 2003-10-28 Suzuki Motor Corporation Method for manufacturing cylinder block for internal combustion engine
CN105710519A (zh) * 2014-12-01 2016-06-29 陆峰 钢管内壁的脉冲微束等离子堆焊方法
CN110587171A (zh) * 2019-08-31 2019-12-20 浙江深澳机械工程有限公司 一种管模堆焊机

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Effective date: 20030805