CZ2014145A3 - Způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky - Google Patents
Způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2014145A3 CZ2014145A3 CZ2014-145A CZ2014145A CZ2014145A3 CZ 2014145 A3 CZ2014145 A3 CZ 2014145A3 CZ 2014145 A CZ2014145 A CZ 2014145A CZ 2014145 A3 CZ2014145 A3 CZ 2014145A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- insulator
- wire
- electrode
- laser
- welding
- Prior art date
Links
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910018643 Mn—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Spark Plugs (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Vynález řeší vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky metodou laserového navařování. Elektroda (3) v podobě prstence okolo středové elektrody (2) je nanášena na materiál izolátoru (1), přičemž dochází ke vzniku difúzní vrstvy mezi materiálem izolátoru (1) a přídavným materiálem elektrody (3). Nejprve se pro zamezení vzniku tepelných pnutí izolátor (1) zapalovací svíčky předehřívá odporovým ohřevem na teplotu 500 až 700 .degree.C rychlostí 100 až 150 .degree.C/min. Následně se vystaví rotaci o rychlosti závislé na požadované tloušťce návaru drátu, kdy se koncová část izolátoru (1) ve vzdálenosti 12 až 15 mm od jeho okraje působením laserového paprsku rozmítaného do obdélníkové plochy homogenně při výkonové hustotě laserového předehřevu v rozsahu od 3500 až 4000 W/cm.sup.2.n.předehřívá na teplotu navařování drátu stanovenou pod teplotou fázové transformace materiálu izolátoru (1). Po dosažení navařovací teploty drátu se aktivuje podávání drátu do oblasti vytvářené elektrody při rychlosti podávání od 0,5 až do 3 mm/360.degree. a spolu s aktivací podávání drátu se výkon laseru snižuje na výkonovou hustotu 700 až 900 W/cm.sup.2.n., přičemž po celou dobu navařování se současně ohřívá koncová část izolátoru (1) ve vzdálenosti 12 až 15 mm od jeho okraje. Po navaření překryvu 360.degree. + 30.degree. izolátoru (1) se deaktivuje podávání drátu a snižuje výkon laseru až na nulu.
Description
Oblast techniky
Předmětem vynálezu je způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu metodou laserového navařování.
Dosavadní stav techniky
K přípravě kovových elektrod na keramickém izolátoru je v této době využívána depoziční metoda PVD (physical vapor deposition). K depozici materiálu elektrody dochází rozprašováním terče v inertní nebo reaktivní atmosféře a následné kondenzaci vznikající vrstvy na povrchu izolátoru. Metoda PVD vykazuje, vzhledem k velké citlivosti na depoziční parametry, v průmyslových podmínkách relativně vysokou zmetkovitost. Nanášení vrstev nelze přesně lokalizovat, deponovaná vrstva je tak nanášena na celou špičku izolátoru. Po depozici proto musí následovat broušení, během kterého je vodivá vrstva odstraněna z nežádoucích ploch, tím se celý výrobní proces dále prodražuje. Takto deponované vrstvy navíc vykazují omezenou adhezi ke keramickým izolátorům a tím sníženou životnost svíčky.
Nanášení elektrod pomocí laseru v sobě spojuje několik výhod. Přídavný materiál je nanášen v podobě drátu na přesně lokalizované místo na izolátoru. Tato operace je finální, nemusí tedy následovat žádná další operace broušení nebo čištění izolátoru po návaru. Výhodou této metody je také možnost velmi rychlé změny návarového materiálu i tvaru izolátoru za jiný. Přídavný materiál je při navařování roztaven. Při kontaktu roztaveného kovu s keramikou dochází kjeho vzlínání do porézní struktury keramiky a k velmi dobrému mechanickému ukotvení vrstvy. Tím se zásadním způsobem zlepšuje adheze nanášených vrstev oproti vrstvám připraveným metodou PVD a tím i životnost svíčky. Použití návarového materiálu v podobě drátu vede k eliminaci ztrát často velmi drahých materiálů (na bázi Pt, W, Ir apod.).
~2~
Cílem předloženého vynálezu je zvýšení životnosti svíček s elektrodou nanesenou na izolátoru vytvořením difuzního rozhraní mezi izolátorem a elektrodou, snížení zmetkovitosti svíček a časové náročnosti depozičního procesu a jeho ceny.
Podstata vynálezu
Předmětem tohoto vynálezu je způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu metodou laserového navařování, kde tato kovová elektroda, tvořená difúzní kovovou vrstvou spoje mezi návarem natavovaného drátu a izolátorem je ve tvaru prstence v koncové části tělesa izolátoru okolo střední elektrody zapalovací svíčky. Podstata vynálezu spočívá v tom, že nejprve se pro zamezení vzniku tepelných pnutí izolátor zapalovací svíčky předehřívá odporovým ohřevem na teplotu 500 až 700 °C rychlostí 100 až 150 °C/min, následně se vystaví rotaci o rychlosti závislé na požadované tloušťce návaru drátu, kdy se koncová část izolátoru ve vzdálenosti 12 až 15 mm od jeho okraje působením laserového paprsku rozmítaného do obdélníkové plochy homogenně při výkonové hustotě laserového předehřevu v rozsahu od 3500 až 4000 W/cm2 předehřívá na teplotu navařování drátu stanovenou pod teplotou fázové transformace materiálu izolátoru. Po dosažení navařovací teploty drátu se aktivuje podávání drátu do oblasti vytvářené elektrody při rychlosti podávání od 0,5 až do 3 mm /360° a spolu s aktivací podávání drátu se výkon laseru snižuje na výkonovou hustotu 700 až 900 W/cm2, přičemž po celou dobu navařování se současně ohřívá koncová část izolátoru ve vzdálenosti 12 až 15 mm od jeho okraje a po navaření překryvu 360 0 + 30 ° izolátoru se deaktivuje podávání drátu a snižuje výkon laseru až na nulu.
Při laserovém předehřevu je teplota keramického izolátoru v oblasti 100 °C pod teplotou fázové transformace jeho keramického materiálu.
Navařovaným drátem je s výhodou ocelový drát o průměru 0,6 mm, přičemž kovová elektroda ve tvaru prstence o výšce 0,5 až 5 mm na keramickém izolátoru je situovaná v předem vytvořené drážce na izolátoru, kde hloubka nánosu této elektrody resp. síla prstence této elektrody je v rozsahu od 0,01 do 1,5 mm.
• · · · · · • · ~ 3 ~
Objasnění výkresů
Na připojených výkresech je zobrazen příklad vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky metodou laserového navařování s přídavným materiálem v podobě drátu. Na obr. 1A je koncová část izolátoru zapalovací svíčky vystavena odporovému předehřevu, na obr. 1B bezprostředně poté vystavena laserovému předehřevu a na obr. 1C je již opatřena difuzní vodivou kovovou vrstvou mezi keramickým materiálem izolátoru a přídavným kovovým materiálem navařované elektrody. Na obr. 2 je v částečném svislém řezu zobrazen detail uspořádání koncové části zapalovací svíčky s kovovou elektrodou, vytvořenou laserovým navařováním na keramický izolátor. Na obr. 3 je zobrazen časový průběh hustoty výkonu při navařování keramických izolátorů zapalovací svíčky pro různé kovové materiály. Na obr. 4 a 5 je fotografie výbrusu kovové elektrody navařené na izolátoru s difuzní vrstvou mezi elektrodou a izolátorem.
Příklady uskutečnění vynálezu
Principem metody je intenzívní ohřev izolátoru a přídavného drátu ze slitiny Autrod laserovým paprskem, tak aby docházelo k natavení pouze podávaného drátu vrstvy keramiky izolátoru zapalovací svíčky o tloušťce 50 až 100 pm. Při tomto procesu dochází ke vzniku difúzní kovové vrstvy 3 mezi keramickým materiálem izolátoru 1, tvořeným 95 až 99% AI2O3, a přídavným kovovým materiálem navařované elektrody v podobě ocelového drátu Autrod 12.58 legovaného Mn-Si (s měděnou povrchovou vrstvou) o průměru 0,6 mm, vyráběného společností ESAB. Přitom okolní materiál izolátoru 1 zůstává neovlivněn. Navařované elektroda je ve tvaru prstence o výšce 0,5 až 5 mm (v závislosti na průměru použitého drátu) při hloubce nánosu (síla prstence) od 0,01 až do 1,5 mm, situovaného v předem vytvořené drážce na izolátoru 1_ okolo střední elektrody 2 zapalovací svíčky.
Bylo použito vysokovýkonného vláknového laseru, emitujícího záření o vlnové délce 1070 nm, který pracoval v kontinuálním režimu (CW). Laserový paprsek byl veden z laserového zdroje optickým vláknem do skenovací hlavy, kde byl za pomoci soustavy pohyblivých zrcátek rozmítán do plochy obdélníkového tvaru o velikosti 14 x4 mm, s homogenním rozložením výkonu. Rychlost skenování byla 100 m/s.
• · ·
/*»✓
Tento intenzívní zdroj tepla byl využit pro předehřev izolátoru £ na teplotu navařování a pro samotný proces navařování, to je natavení přídavného drátu a vytvoření difuzního spoje (nánosu vodivé kovové vrstvy 3 mezi návarem a izolátorem £.
Aby nedocházelo ke vzniku tepelných pnutí v keramickém izolátoru £ z důvodu rychlého a nestejnoměrného ohřevu během navařování přídavného drátu, a také pro zvýšení rychlosti celého procesu, předehřívají se izolátory 1 v průběžné odporové peci na teplotu 500 až 700 °C rychlostí 100 až 150 °C za minutu. Po tomto odporovém nahřátí se umístí do rotačního polohovacího mechanismu, který zajišťuje homogenní nahřátí špičky izolátoru 1 laserem (oblasti 4 odporového předehřevu) a rotační pohyb izolátoru 1 během navařování drátu. Rychlost rotace se v závislosti na požadované tloušťce návaru volí co nejvyšší, obvykle od 50 do 150 0 za sekundu.
Bezprostředně po odporovém předehřevu následuje laserový předehřev. Pomocí laseru a skenovací hlavy je špička izolátoru 1 v oblasti 5 laserového předehřevu ve vzdálenosti 12 až 15 mm od kraje homogenně nahřáta z teploty odporového předehřevu na teplotu navařování, která je stanovena přibližně o 100 °C pod hodnotou teploty fázové transformace materiálu izolátoru 1. Výkon laseru při dohřátí izolátoru 1 na navařovací teplotu je 2100 W. Výkonová hustota během laserového předehřevu je 3500 až 4000 W/cm2. Po dosažení navařovací teploty dochází k aktivaci podávání drátu, rychlost podávání je v 0,5 až 3 mm / 360 °. Spolu s aktivací drátu se výkon laseru snižuje na výkonovou hustotu 700 až 900 W/cm2 (výkon laseru při navařování drátu je 420 W. Po celou dobu navařování je ohřívána také špička izolátoru £ (přibližně 12 až 15 mm od kraje), aby nedocházelo ke vzniku velkých teplotních gradientů. Po navaření překryvu 360 0 + 30 0 izolátoru £ dochází k deaktivaci podávání drátu a snížení výkonu laseru na nulu.
Je nutno rozlišovat teplotu navařovacího drátu a teplotu izolátoru, které, i když jsou zahřívány z jednoho zdroje, mají odlišnou teplotu. Teplota drátu při navařování musí být vždy nad jeho teplotou tání (pro ocel je 1550 °C), zatímco teplota keramického izolátoru 1 musí být naopak pod teplotou (přibližně o 100 °C) fázové transformace keramiky.
• · • · · ·
Na obr. 3 jsou zobrazeny časové průběhy výkonu laseru při navařování keramických izolátorů 1 pro různé materiály svařovacího drátu, je zde příklad pro svařovací dráty z oceli Autrod 12.58 o průměru drátu 0,6 mm (ocel legovaná Μη-Si s měděnou povrchovou vrstvou), dále AISi 316 o průměru drátu 0,6 mm a NiCr2MnSi o průměru 0,4 mm.
Dále jsou připojeny dvě fotografie (obr. 4 a 5) výbrusu kovovou vrstvou 3 na izolátoru 1 s mezilehlou difuzní vrstvou.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu metodou laserového navařování, kde tato kovová elektroda, tvořená difuzní kovovou vrstvou (3) spoje mezi návarem natavovaného drátu a izolátorem (1) je ve tvaru prstence v koncové části tělesa izolátoru (1) okolo střední elektrody (2) zapalovací svíčky, vyznačující se tím, že nejprve se pro zamezení vzniku tepelných pnutí izolátor (1) zapalovací svíčky předehřívá odporovým ohřevem na teplotu 500 až 700 °C rychlostí 100 až 150 °C/min, následně se vystaví rotaci o rychlosti závislé na požadované tloušťce návaru drátu, kdy se koncová část izolátoru (1) ve vzdálenosti 12 až 15 mm od jeho okraje působením laserového paprsku rozmítaného do obdélníkové plochy homogenně při výkonové hustotě laserového předehřevu v rozsahu od 3500 až 4000 W/cm2 předehřívá na teplotu navařování drátu stanovenou pod teplotou fázové transformace materiálu izolátoru (1), po dosažení navařovací teploty drátu se aktivuje podávání drátu do oblasti vytvářené elektrody při rychlosti podávání od 0,5 až do 3 mm /360° a spolu s aktivací podávání drátu se výkon laseru snižuje na výkonovou hustotu 700 až 900 W/cm2, přičemž po celou dobu navařování se současně ohřívá koncová část izolátoru (1) ve vzdálenosti 12 až 15 mm od jeho okraje a po navaření překryvu 360 0 + 300 izolátoru (1) se deaktivuje podávání drátu a snižuje výkon laseru až na nulu.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při laserovém předehřevu je teplota keramického izolátoru (1) v oblasti 100 °C pod teplotou fázové transformace jeho keramického materiálu.
- 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že navařovaným drátem je ocelový drát o průměru 0,6 mm, přičemž kovová elektroda ve tvaru prstence o výšce 0,5 až 5 mm na keramickém izolátoru (1) je situovaná v předem vytvořené drážce na izolátoru (1), kde hloubka nánosu této elektrody resp. síla prstence této elektrody je v rozsahu od 0,01 do 1,5 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-145A CZ306267B6 (cs) | 2014-03-10 | 2014-03-10 | Způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-145A CZ306267B6 (cs) | 2014-03-10 | 2014-03-10 | Způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2014145A3 true CZ2014145A3 (cs) | 2015-09-30 |
| CZ306267B6 CZ306267B6 (cs) | 2016-11-09 |
Family
ID=54259093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-145A CZ306267B6 (cs) | 2014-03-10 | 2014-03-10 | Způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306267B6 (cs) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ280587B6 (cs) * | 1993-01-27 | 1996-02-14 | Brisk Tábor, A.S. | Způsob výroby pomocných elektrod zapalovacích svíček |
| CZ282875B6 (cs) * | 1994-12-23 | 1997-11-12 | BRISK Tábor a. s. | Zapalovací svíčka |
| US20020079799A1 (en) * | 2000-12-22 | 2002-06-27 | Hong-Qi Yang | Circular multiple-electrode energy-saving spark plug and the method of manufacturing |
| TW200711244A (en) * | 2005-09-02 | 2007-03-16 | chen-jun Liao | Spark plug |
| US20120013239A1 (en) * | 2010-07-13 | 2012-01-19 | Terumasa Fujiwara | Multi-spark spark plugs and methods of manufacture |
-
2014
- 2014-03-10 CZ CZ2014-145A patent/CZ306267B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ306267B6 (cs) | 2016-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3481577B1 (en) | Method of providing a metal wire to a welding torch | |
| US10888944B2 (en) | Method and system of using consumable with weld puddle | |
| EP2090396B1 (en) | System an process for solid state depositing of metals | |
| US20150298213A1 (en) | Manufacturing of Components from Parts Made from Different Materials, Particularly of Space Transportation Components Such as Combustion Chambers for Thrusters | |
| US20060028106A1 (en) | Ignition device having a reflowed firing tip and method of making | |
| CN111390338B (zh) | 一种异质双丝TOP-TIG电弧增材制造TiAl金属间化合物的方法 | |
| TW201641201A (zh) | 鍍敷鋼板之點熔接方法 | |
| FR3001166A1 (fr) | Procede de rechargement d'une piece | |
| KR20150028363A (ko) | 내마모성이 증가된 용접부를 제공하기 위한 고온 와이어 소모품 | |
| JP2021519213A (ja) | 焼結ワイヤの現場製造及び供給による追加的製造又は修復のための方法及びシステム | |
| US11189993B2 (en) | Spark plug and method for manufacturing a spark plug | |
| US10150183B2 (en) | Method of forming a coating or of three-dimensional structural elements on substrate surfaces, which is/are formed by TiAl, by laser build-up welding | |
| AU2017294026B2 (en) | Contact tip assembly for MIG metal welding | |
| CN1054794C (zh) | 底材的表面硬化方法 | |
| US5235156A (en) | Method and apparatus for surface modification of metal parts | |
| US7192324B2 (en) | Method for producing a spark plug electrode | |
| CZ2014145A3 (cs) | Způsob vytváření kovové elektrody na keramickém izolátoru zapalovací svíčky | |
| CZ308814B6 (cs) | Způsob vytváření koncové části vnější elektrody zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu metodou laserového navařování | |
| EP3304663B1 (en) | A method of forming a metal electrode on the ceramic insulator of a spark plug | |
| CN107210587B (zh) | 具有深熔焊缝的火花塞电极和具有火花塞电极的火花塞以及用于火花塞电极的制造方法 | |
| US20170077682A1 (en) | Spark plug for internal combustion engine and production method thereof | |
| RU2651551C1 (ru) | Способ наплавки изделий плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну | |
| JP2011526650A (ja) | 支持バーに電流取得部を配設する方法および支持バー | |
| Grabas et al. | An analysis of laser-welded NiCr-Ir and NiCr-Pt micro joints on spark plug electrodes in biogas-fuelled engines | |
| JP2006110631A (ja) | 溶接方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20240310 |