CZ308814B6 - Method of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with additional material by laser welding - Google Patents

Method of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with additional material by laser welding Download PDF

Info

Publication number
CZ308814B6
CZ308814B6 CZ2013291A CZ2013291A CZ308814B6 CZ 308814 B6 CZ308814 B6 CZ 308814B6 CZ 2013291 A CZ2013291 A CZ 2013291A CZ 2013291 A CZ2013291 A CZ 2013291A CZ 308814 B6 CZ308814 B6 CZ 308814B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
outer electrode
laser beam
intensity
pulse
end part
Prior art date
Application number
CZ2013291A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2013291A3 (en
Inventor
MojmĂ­r ÄŚapka
Mojmír Ing. Čapka
Original Assignee
BRISK Tábor a. s.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BRISK Tábor a. s. filed Critical BRISK Tábor a. s.
Priority to CZ2013291A priority Critical patent/CZ308814B6/en
Publication of CZ2013291A3 publication Critical patent/CZ2013291A3/en
Publication of CZ308814B6 publication Critical patent/CZ308814B6/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

Abstract

First, this anti-corrosion layer is evaporated by the action of a laser beam with a first pulse of 2,000 to 2,500 W / mm2 for up to 0.3 s in the region of the future deposition of additional material selected from the group consisting of W, Pt and Ir. Then, the end portion of the Ni alloy outer electrode is preheated with a reduced laser beam intensity of 100 W / mm 2 for up to 0.4 s, followed by two consecutive laser beam pulses with an intensity of 1,500 to 2,000 W / mm 2. In the second pulse for up to 0.5 s, the base material of the end part of the outer electrode is locally heated above its melting temperature and its surface layer is melted to a depth of 0.1 mm, after which additional powder material is fed into the laser beam and the resulting melt, which is melted to the surface of the end portion of the outer electrode, with the material of which it is diffusely mixed. Then, the laser beam intensity is reduced to 100 W / mm 2 for up to 0.4 s, the temperature of the process area of the end portion of the outer electrode is reduced to 300 °C. In the third pulse of the laser beam, in a repeated cycle of additional melting and solidification of the resulting melt, a further build-up of pure filler material is gradually formed to the desired height by further feeding the additive powder and at this stage the intensity of the laser beam is gradually reduced, thus minimizing tensile stresses and the risk of cracking in the end portion of the outer electrode and preventing the formation of a hard and brittle structure, the end portion of the outer electrode being shaped.

Description

Způsob vytváření koncové části vnější elektrody zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu metodou laserového navařováníMethod of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with the application of additional material by the method of laser welding

Oblast technikyField of technology

Předmětem vynálezu je způsob vytváření koncové části vnější elektrody zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu metodou laserového navařování.The subject of the invention is a method of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with the application of additional material by the method of laser welding.

Dosavadní stav technikyPrior art

Elektrody zapalovacích svíček jsou střídavě vystaveny cyklickému ohřevu a ochlazování ve spalovací komoře motoru, čímž opakovaně dochází ke vzniku tepelného namáhání na rozhraní mezi špičkou střední elektrody a čelním koncem vnější elektrody vzhledem k rozdílné tepelné roztažnosti mezi nimi. Toto tepelné namáhání se koncentruje na uvedeném rozhraní a způsobuje vznik trhlin a vad zapalovací svíčky. V dokumentu US 8348789 je popisováno vytváření zakončení střední elektrody zapalovací svíčky metodou laserového navařování, kdy se základní materiál elektrody zahřeje nad jeho teplotu tání a do laserového paprsku a vzniklé taveniny se přivádí přídavný materiál, např. W, Ir nebo Pt v podobě prášku. Tento prášek je laserovým paprskem natavován a dochází k difůznímu promísení obou materiálů a následně za stálého přívodu prášku postupnému vytvoření návaru W, Ir nebo Pt do požadované výšky. Cílem předloženého vynálezu je dosažení minimalizace tahových napětí v difúzním spoji a samotném návaru a následně minimalizace vzniku trhlin a vad. Cílem je rovněž zlepšení mechanických vlastností návaru, zvýšení jeho pevnosti Rm a meze kluzu Re.The spark plug electrodes are alternately subjected to cyclic heating and cooling in the engine's combustion chamber, which repeatedly creates thermal stress at the interface between the center electrode tip and the front end of the outer electrode due to the different thermal expansion between them. This thermal stress is concentrated at said interface and causes cracks and defects in the spark plug. U.S. Pat. No. 8,348,789 describes the formation of a spark plug center electrode tip by laser welding, in which the base material of the electrode is heated above its melting point and an additional material, e.g. W, Ir or Pt in the form of a powder, is fed into the laser beam and the resulting melt. This powder is melted by a laser beam and the two materials are diffusely mixed and subsequently, with a constant supply of powder, a W, Ir or Pt weld is gradually formed to the desired height. The object of the present invention is to minimize the tensile stresses in the diffusion joint and the weld itself and consequently to minimize the formation of cracks and defects. The aim is also to improve the mechanical properties of the weld metal, to increase its strength Rm and the yield strength Re.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Předmětem tohoto vynálezu je způsob vytváření koncové části střední elektrody zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu, vybraného ze skupiny zahrnující W, Pt a Ir, metodou laserového navařování, kde vnější elektroda ze slitiny Ni je opatřena protikorozní vrstvou Zn resp. ZnNi. Podstata vynálezu spočívá v tom, že nejprve se tato protikorozní vrstva působením laserového paprsku prvním pulzem o intenzitě 2000 až 2500 W/mm2 po dobu do 0,3 s v oblasti budoucího nánosu přídavného materiálu odpaří, pak se koncová část vnější elektrody sníženou intenzitou laserového paprsku v oblasti 100 W/mm2 po dobu do 0,4 s předehřívá, načež následují dva po sobě jdoucí pulzy laserového paprsku o intenzitě 1500 až 2000 W/mm2, to je druhý pulz atřetí pulz. Ve druhém pulzu po dobu do 0,5 s se základní materiál koncové části vnější elektrody lokálně ohřeje nad teplotu jeho tání ajeho povrchová vrstva se natavuje do hloubky v oblasti 0,1 mm, načež se do laserového paprsku a vzniklé taveniny přivádí přídavný materiál ve formě prášku, který se natavuje na povrch koncové části vnější elektrody, s jejímž materiálem se difuzně mísí. Pak se po dobu do 0,4 s sníží intenzita laserového paprsku až do 100 W/mm2, čímž se teplota procesní oblasti koncové části vnější elektrody sníží až na v podstatě 300 °C. Ve třetím pulzu laserového paprsku, který má obdobný průběh jako předcházející druhý pulz, se v opakovaném cyklu dalšího tavení a tuhnutí vzniklé taveniny dalším přiváděním prášku přídavného materiálu postupně vytváří návar čistého přídavného materiálu do požadované výšky a v této fázi se následně plynule snižuje intenzita laserového paprsku, čímž se v koncové části vnější elektrody minimalizuje vznik tahových napětí a riziko vzniku trhlin a zamezuje vzniku tvrdé a křehké struktury, přičemž se koncová část vnější elektrody upraví do konečného tvaru.The subject of the present invention is a method of forming the end part of the middle electrode of a spark plug with the application of an additional material selected from the group comprising W, Pt and Ir by a laser welding method, wherein the outer electrode of Ni alloy is provided with an anti-corrosion layer Zn resp. ZnNi. The essence of the invention is that first this anti-corrosion layer is evaporated by the action of a laser beam with a first pulse of 2000 to 2500 W / mm 2 for up to 0.3 s in the area of future application of additional material, then the end part of the outer electrode is reduced by reduced laser beam intensity. in the region of 100 W / mm 2 for up to 0.4 s is preheated, followed by two successive pulses of a laser beam with an intensity of 1500 to 2000 W / mm 2 , i.e. a second pulse and a third pulse. In the second pulse for up to 0.5 s, the base material of the end part of the outer electrode is locally heated above its melting temperature and its surface layer is melted to a depth of 0.1 mm, after which additional material is fed into the laser beam and the resulting melt. powder, which is melted to the surface of the end portion of the outer electrode, with the material of which it is diffusely mixed. Then, the intensity of the laser beam is then reduced to 100 W / mm 2 for up to 0.4 s, whereby the temperature of the process area of the end part of the outer electrode is reduced to substantially 300 ° C. In the third pulse of the laser beam, which has a similar course as the previous second pulse, in a repeated cycle of further melting and solidification of the resulting melt, by further feeding the additive powder, a build-up of pure additive material is gradually formed to the required height. , thereby minimizing the occurrence of tensile stresses and the risk of cracking in the end portion of the outer electrode, and preventing the formation of a hard and brittle structure, and the end portion of the outer electrode is shaped.

Nárůst i pokles intenzity třetího pulzu laserového paprskuje méně strmý než druhého pulzu, při zachování jejich v podstatě stejné maximální intenzity v oblasti 1500 až 2000 W/mm2.The increase and decrease of the intensity of the third pulse of the laser beam is less steep than the second pulse, while maintaining their essentially the same maximum intensity in the range of 1500 to 2000 W / mm 2 .

Při druhém pulzu je vytvářena difůzní vrstva mezi elektrodou a práškem přídavného materiálu. Protože v této fázi není návar významně vystavován do výšky resp. požadované tlouštky, můžeDuring the second pulse, a diffusion layer is formed between the electrode and the powder of the additive material. Because in this phase the weld is not significantly exposed to the height resp. required thickness, may

-1 CZ 308814 B6 být proces poněkud rychlejší. Při třetím pulzu dochází k výstavbě návaru do požadované tloušťky. V této fázi je zapotřebí více času pro stabilní vytváření požadovaného tvaru a také pro pozvolné tuhnutí, kdy se snižuje riziko vzniku trhlin v návaru. Z těchto důvodů je nárůst i pokles intenzity třetího pulzu laserového paprsku méně strmý než druhého pulzu, při zachování jejich v podstatě stejné maximální intenzity, třetí pulz je časově delší než druhý.-1 CZ 308814 B6 be a slightly faster process. During the third pulse, a weld is built to the required thickness. At this stage, more time is needed for stable formation of the desired shape and also for gradual solidification, which reduces the risk of cracks in the weld. For these reasons, the increase and decrease in the intensity of the third pulse of the laser beam is less steep than the second pulse, while maintaining essentially the same maximum intensity, the third pulse being longer in time than the second.

Horní povrch nánosu přídavného materiálu se broušením nebo frézováním upraví do roviny, načež se koncová část vnější elektrody zastřihne do klínovitého tvaru se zkosením v oblasti 10 až 30° o šířce vnějšího okraje ve vrcholu tohoto klínu 0,8 až 2 mm.The upper surface of the additive material coating is ground by grinding or milling, after which the end part of the outer electrode is cut into a wedge shape with a chamfer in the region of 10 to 30 ° with an outer edge width of 0.8 to 2 mm at the apex of this wedge.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Na připojených výkresech je znázorněn příklad vytváření koncové části vnější elektrody zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu metodou laserového navařování. Na obr. 1 a 2 je zobrazena v řezu a v půdorysu vnější elektroda zapalovací svíčky, upravená na požadovanou délku a se zarovnaným a začištěným čelem, jejíž koncová část je opatřena nánosem (návarem) W, resp. Ir nebo Pt, s difůzním spojem mezi základním materiálem elektrody z Ni slitiny. Zatímco na obr. 1 má návar po celé šířce vnější elektrody v podstatě tvar rovnoběžníku, na obr. 2 má elipsovitý tvar. Na obr. 3 je horní povrch nánosu z důvodu snížení přeskokového napětí obroben frézováním nebo broušením do roviny, na obr. 4 je v půdorysném pohledu znázorněno zastřižení konce vnější elektrody po ofrézování nánosu přídavného materiálu podle obr. 1 (nahoře, koncová část vnější elektrody je zastřihnuta do klínovitého tvaru) a obr. 2 (dole, koncová část vnější elektrody je zastřihnuta kolmo). Na obr. 5 je zobrazen časový průběh intenzity laserového paprsku v celém procesu vytváření zakončení vnější elektrody zapalovací svíčky metodou laserového navařování.The accompanying drawings show an example of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with the application of additional material by laser welding. Figures 1 and 2 show a cross-section and a plan view of the outer electrode of the spark plug, adjusted to the required length and with a straightened and cleaned face, the end part of which is provided with a deposit W, resp. Ir or Pt, with a diffusion bond between the base material of the Ni alloy electrode. While in Fig. 1 the weld over the entire width of the outer electrode has a substantially parallelogram shape, in Fig. 2 it has an elliptical shape. Fig. 3 shows the upper surface of the coating due to the reduction of the surge voltage by milling or grinding into a plane; cut into a wedge shape) and Fig. 2 (bottom, the end part of the outer electrode is cut perpendicularly). Fig. 5 shows the time course of the intensity of the laser beam in the whole process of forming the end of the outer electrode of the spark plug by the laser welding method.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Principem metody je intenzivní lokální ohřev základního materiálu vnější elektrody 2 zapalovací svíčky (slitiny Ni) laserovým paprskem nad jeho teplotu tání, kdy se do laserového paprsku a vzniklé taveniny přivádí přídavný materiál (nános 4 W, Pt nebo Ir) v podobě prášku a tento prášek je laserovým paprskem také natavován. Vzniká promísení obou materiálů a vytvoření difuzního spoje 5 mezi nimi. Rychlým odvodem tepla z procesního místa do základního materiálu („samoochlazovací efekt“) dochází k rychlému tuhnutí vzniklé slitiny. Ve spojitém cyklu rychlého natavování a tuhnutí a za stálého přívodu prášku dochází k postupné výstavbě návaru (nánosu 4) do libovolné výšky. Laserový svazek je pomocí kolimační a fokusační optiky zaostřen na plochu vnější elektrody 2. Axiálně s paprskem je přiváděn přídavný prášek, jehož přiváděči kužel je také zaostřen na plochu vněj ší elektrody 2, připevněné k pouzdru 1 zapalovací svíčky a určené k návaru. Po sepnutí laseru je plocha vnější elektrody 2 intenzivně zahřívána až do stavu taveniny. Přídavný prášek je přiváděn do vytvořené taveniny, kde se působením laserového prášku také postupně natavuje a vytváří se difuzní spoj 5 mezi práškem W, Pt nebo Ir a základním materiálem (Ni slitinou) vnější elektrody 2. Dalším přiváděním přídavného prášku za působení laserového paprsku je postupně vystavován návar již čistého W, Pt nebo Ir.The principle of the method is intensive local heating of the base material of the outer electrode 2 of the spark plug (Ni alloy) by a laser beam above its melting point, when additional material (4 W, Pt or Ir deposit) in powder form is introduced into the laser beam and the resulting melt. it is also melted by the laser beam. There is a mixing of the two materials and the formation of a diffusion joint 5 between them. The rapid removal of heat from the process site to the base material ("self-cooling effect") results in the rapid solidification of the resulting alloy. In a continuous cycle of rapid melting and solidification and with a constant supply of powder, there is a gradual construction of the weld (deposit 4) to any height. The laser beam is focused on the surface of the outer electrode 2 by means of collimating and focusing optics 2. An additional powder is fed axially with the beam, the supply cone of which is also focused on the surface of the outer electrode 2 attached to the spark plug housing 1 and intended for welding. After switching on the laser, the surface of the outer electrode 2 is intensively heated to the state of the melt. The additional powder is fed into the formed melt, where it is also gradually melted by the laser powder and a diffusion bond 5 is formed between the W, Pt or Ir powder and the base material (Ni alloy) of the outer electrode 2. Further additional powder supply under the laser beam is gradually exposed to a deposit of already pure W, Pt or Ir.

Vnější elektroda 2 zapalovací svíčky ze slitiny Ni je připevněna k pouzdru 1 zapalovací svíčky, má šířku v rozmezí 1,3 až 3 mm a tloušťku v rozmezí od 2,1 až 5 mm. Proti korozi j e chráněna vrstvou Zn, resp. ZnNi. Tato vrstva musí být z důvodu dobré adheze laserového návaru odstraněna. Pro odstranění této antikorozní vrstvy je použit krátký laserový impulz s vysokou intenzitou, který předchází samotnému procesu navařování. Celkový čas procesuje 2,5 s.The outer electrode 2 of the Ni-alloy spark plug is attached to the spark plug housing 1, has a width in the range of 1.3 to 3 mm and a thickness in the range of 2.1 to 5 mm. It is protected against corrosion by a layer of Zn, resp. ZnNi. This layer must be removed due to the good adhesion of the laser deposit. To remove this anti-corrosion layer, a short, high-intensity laser pulse is used, which precedes the welding process itself. The total processing time is 2.5 s.

V první fázi (viz obr. 5) procesu v čase až do 0,3 sekundy dochází prvním laserovým pulzem o vysoké intenzitě 2000 až 2500 W/mm2 (rozsah intenzity je dán použitým materiálem následného nánosu 4 (W, Pt nebo Ir), z důvodu čistého spoje se základním materiálem k odstranění antikorozní vrstvy Zn resp. ZnNi (odpaření vrstvy), v následné fázi 0,3 až 0,7 sekundy procesu dochází keIn the first phase (see Fig. 5) of the process, the first laser pulse with a high intensity of 2000 to 2500 W / mm 2 occurs in time up to 0.3 seconds (the intensity range is given by the used material of the subsequent application 4 (W, Pt or Ir), due to the clean connection with the base material to remove the anti-corrosion layer Zn or ZnNi (evaporation of the layer), in the subsequent phase 0.3 to 0.7 seconds of the process occurs

- 2 CZ 308814 B6 snížení intenzity za účelem lokálního předehřevu plochy vnější elektrody 2 a stabilizaci procesu (předehřev probíhá sníženou intenzitou laserového paprsku v oblasti 100 W/mm2). Samotný proces navařování probíhá v pulzním režimu, kdy samotný proces navařování probíhá ve dvou po sobě jdoucích cyklech (fáze II a fáze III) v délce trvání 0,75 až 1 sekund, resp. dvou po sobě jdoucích pulzech laserového paprsku o intenzitě 1500 až 2000 W/mm2. Tento proces je zvolen z důvodu postupného odvádění tepla od procesního místa.- 2 CZ 308814 B6 intensity reduction for the purpose of local preheating of the outer electrode surface 2 and stabilization of the process (preheating takes place by reduced intensity of the laser beam in the region of 100 W / mm 2 ). The welding process itself takes place in pulse mode, where the welding process itself takes place in two consecutive cycles (phase II and phase III) lasting 0.75 to 1 second, respectively. two consecutive laser beam pulses with an intensity of 1500 to 2000 W / mm 2 . This process is chosen due to the gradual removal of heat from the process site.

Jak bylo výše uvedeno, pro stabilizaci procesu po odpaření antikorozní povrchové vrstvy dochází ke snížení intenzity laserového paprsku a vnější elektroda 2 se předehřívá, aby nedošlo k předčasnému natavení procesního místa této vnější elektrody 2. Tento předehřev (fáze I) zásadně pozitivně ovlivňuje následný teplotní cyklus ve fázi chladnutí (pomalejší chladnutí má pozitivní vliv na vznikající strukturu), následnou strukturu difúzního spoje 5 a návaru (nánosu 4, difúzi vodíku (difúze vodíku do svárového spoje je negativní jev, předehřev tento proces eliminuje) a úroveň a rozložení zbytkových napětí (předehřev má pozitivní vliv na minimalizaci tahových napětí v difúzním spoji 5 a samotném návaru (nánosu 4), minimalizace tahových napětí má za následek minimalizaci vzniku trhlin a vad). Zlepšují se mechanické vlastnosti difúzního spoje 5 / návaru (nánosu 4) - předehřev pozitivně ovlivňuje mechanické vlastnosti návaru, zvyšuje pevnosti Rm a mez kluzu Re.As mentioned above, to stabilize the process after evaporation of the anti-corrosion surface layer, the intensity of the laser beam is reduced and the outer electrode 2 is preheated to prevent premature melting of the process site of this outer electrode 2. This preheating (phase I) fundamentally affects the subsequent temperature cycle. in the cooling phase (slower cooling has a positive effect on the emerging structure), the subsequent structure of the diffusion joint 5 and weld (deposit 4, hydrogen diffusion (hydrogen diffusion into the weld is a negative phenomenon, preheating eliminates this process) and the level and distribution of residual stresses (preheating has a positive effect on the minimization of tensile stresses in the diffusion joint 5 and the weldment itself (deposit 4), the minimization of tensile stresses results in the minimization of cracks and defects) The mechanical properties of the diffusion joint 5 / weldment (deposit 4) are improved. properties of the weld, increases the strength R m and the yield strength Re.

Následuje další fáze uvedeného procesu (fáze II), kterou je vznik difúzní vazby resp. spoje 5 a první cyklus výstavby návaru (nánosu 4) přídavného materiálu. Nárůst intenzity laserového paprsku ve druhém pulzu způsobí zahřátí plochy vnější elektrody nad teplotu tání, dochází k natavení povrchové vrstvy vnější elektrody 2 v hloubce cca 0,1 mm. Přiváděný prášek (W, resp. Pt nebo Ir) k procesnímu místu do vzniklé taveniny je laserovým paprskem také natavován a vytváří se metalurgická vazba mezi práškem a vnější elektrodou 2. Odvod tepla z procesního místa do těla vnější elektrody 2 způsobuje tuhnutí taveniny. Aby nedocházelo k přehřátí a utavení vnější elektrody 2, je výstavba návaru (nánosu 4 přídavného materiálu) provedena ve dvou cyklech. V této mezifázi dochází ke snížení intenzity záření a vychladnutí procesního místa na optimální teplotu kolem 300 °C. Po vychladnutí na požadovanou teplotu následuje další fáze III, která má obdobný průběh jako předchozí fáze II.This is followed by another phase of the process (phase II), which is the formation of a diffusion bond or. joints 5 and the first cycle of construction of the deposit (deposit 4) of the additional material. An increase in the intensity of the laser beam in the second pulse causes the surface of the outer electrode to heat above the melting temperature, the surface layer of the outer electrode 2 melts to a depth of about 0.1 mm. The powder (W or Pt or Ir) fed to the process site in the resulting melt is also melted by the laser beam and a metallurgical bond is formed between the powder and the outer electrode 2. Heat dissipation from the process site to the body of the outer electrode 2 causes the melt to solidify. In order to prevent the outer electrode 2 from overheating and melting, the construction of the weld (deposit 4 of additional material) is carried out in two cycles. In this intermediate phase, the radiation intensity is reduced and the process site cools down to an optimum temperature of around 300 ° C. After cooling to the desired temperature, another phase III follows, which has a similar course as the previous phase II.

V této fázi III výstavby návaru (nánosu 4 přídavného materiálu) způsobí nárůst intenzity laserového paprsku ve třetím pulzu zahřátí plochy vnější elektrody 2 nad teplotu tání a dochází k natavení povrchové vrstvy návaru z prvního cyklu (fáze I) v hloubce cca 0,1 mm. Odvod tepla z procesního místa do těla vnější elektrody 2 způsobuje tuhnutí taveniny a v opakovaném cyklu tavení a tuhnutí je vystavěn návar (nános 4 přídavného materiálu) do požadované výšky. Tvar a výška nánosu 4 jsou znázorněny na obr. 1 a 2, délka nánosu 4 je v rozmezí od 1 až do 6 mm. Následuje obrobení (frézování nebo broušení) nanesené vrstvy do konečného tvaru (obr. 3), to je začištění nanesené vrstvy 4 do konečného tvaru z důvodu vytvoření rovné funkční plochy pro rovnoměrný přeskok jiskry. Výška vrstvy po obrobení (frézování nebo broušení) se pohybuje v rozmezí 0,2 až 1,2 mm. Po ofrézování nanesené vrstvy 4 dojde k zástřihu tvaru konce vnější elektrody 2. Tvar a rozměry zástřihu jsou znázorněny na obr. 4. Jestliže má nanesená vrstva 4 z důvodu šetření jejího materiálu tvar elipsy (v půdorysném pohledu), koncová část vnější elektrody se zastřihne do klínovitého tvaru se zkosením v oblasti 10 až 30° o šířce vnějšího okraje ve vrcholu tohoto klínu 0,8 až 2 mm.In this phase III construction of the weld metal (deposit 4 of additional material), the increase of the laser beam intensity in the third pulse causes the outer electrode 2 to heat above the melting temperature and the surface layer of the weld metal from the first cycle (phase I) melts to a depth of about 0.1 mm. Heat dissipation from the process site to the body of the outer electrode 2 causes the melt to solidify, and in a repeated melting and solidification cycle, a deposit (deposit 4 of additional material) is exposed to the desired height. The shape and height of the coating 4 are shown in Figures 1 and 2, the length of the coating 4 being in the range from 1 to 6 mm. This is followed by machining (milling or grinding) of the applied layer into the final shape (Fig. 3), i.e. cleaning of the applied layer 4 into the final shape in order to create a flat functional surface for an even spark jump. The height of the layer after machining (milling or grinding) ranges from 0.2 to 1.2 mm. After milling the applied layer 4, the shape of the end of the outer electrode 2 is cut. The shape and dimensions of the cut are shown in Fig. 4. If the applied layer 4 has an elliptical shape (in plan view), the end part of the outer electrode is cut to wedge-shaped with a bevel in the region of 10 to 30 ° with a width of the outer edge at the apex of this wedge of 0.8 to 2 mm.

Návar wolframu W (přídavného materiálu) na vnější elektrodu 2 je prováděn metodou laserového navařování (Laser Cladding, LMD - laser metal deposition, LDMD - laser direct metal deposition, 3D LMD - 3D laser metal deposition). Bylo použito vysokovýkonného pevnolátkového laseru s kontinuálním (CW) zářením o vlnové délce 800 až 1100 nm a minimální intenzitou záření 500 W/mm2 . Laserový paprsek je z laserového zdroje sveden skrze optické vlákno do procesní hlavice uzpůsobené pro vytváření povlaků a vrstev metodou laserového navařování. Navařovaný prášek je nesen z diskového podavače do procesní hlavice tlakovým inertním plynem Ar, prášek je nesen k procesnímu místu axiálně s laserovým paprskem. Celý proces probíhá v ochranné atmosféře Ar. Tento inertní plyn je také k procesnímu místu přiváděn skrze procesní hlavici axiálněWelding of tungsten W (additional material) on the outer electrode 2 is performed by laser welding (Laser Cladding, LMD - laser metal deposition, LDMD - laser direct metal deposition, 3D LMD - 3D laser metal deposition). A high-power solid-state laser with continuous (CW) radiation with a wavelength of 800 to 1100 nm and a minimum radiation intensity of 500 W / mm 2 was used . The laser beam is guided from the laser source through an optical fiber to a process head adapted to form coatings and layers by laser welding. The welded powder is carried from the disk feeder to the process head by a pressurized inert gas Ar, the powder is carried to the process site axially with a laser beam. The whole process takes place in a protective atmosphere of Ar. This inert gas is also fed axially to the process site via the process head

-3CZ 308814 B6 ve směru laserového paprsku. Kontinuální přívod inertního plynu (nosného i ochranného) je zajištěn redukčními ventily s možností regulace průtoku i tlaku. U diskových podavačů je možné regulovat dávkování přídavného materiálu v rozsahu 0,1 až 100 g/min. Intenzitu záření laserového paprsku lze regulovat v rozsahu 50 až 6000 W/mm2, s možností časové modulace pulzu od 0,01 s 5 do plně kontinuálního režimu. Procesní hlavice (koaxiální hubice s chladicími kanály) pro navařování disponuje modulárně měnitelnou kolimační a fokusační optikou pro změnu geometrie laserového paprsku v procesním místě navařování.-3GB 308814 B6 in the direction of the laser beam. Continuous supply of inert gas (carrier and protective) is ensured by reducing valves with the possibility of flow and pressure regulation. For disc feeders, it is possible to regulate the dosing of additional material in the range of 0.1 to 100 g / min. The intensity of the laser beam radiation can be regulated in the range of 50 to 6000 W / mm 2 , with the possibility of time modulation of the pulse from 0.01 s 5 to a fully continuous mode. The process head (coaxial nozzle with cooling channels) for welding has modularly variable collimation and focusing optics for changing the geometry of the laser beam at the welding process site.

Chladnutí vnější elektrody 2 s řízeným ohřevem v konečné fázi procesu zamezuje vzniku tvrdé a ίο křehké struktury, minimalizuje vznik tahových napětí v návaru a riziko vzniku trhlin a jak již bylo uvedeno, zlepšuje mechanické vlastnosti návaru, zvyšuje pevnost Rm a mez kluzu Re.Cooling of the outer electrode 2 with controlled heating in the final stage of the process prevents the formation of hard and brittle structure, minimizes the formation of tensile stresses in the weld and the risk of cracking and, as already mentioned, improves the mechanical properties of the weld, increases Rm strength and yield strength Re.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Předložený vynález je určen pro vytváření koncové části vnější elektrody zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu metodou laserového navařování.The present invention is intended to form the end portion of the outer electrode of a spark plug with the deposition of additive material by a laser welding method.

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob vytváření koncové části vnější elektrody zapalovací svíčky s nánosem přídavného materiálu, vybraného ze skupiny zahrnující W, Pt a Ir, metodou laserového navařování, kde vnější elektroda ze slitiny Ni je opatřena protikorozní vrstvou Zn, resp. ZnNi, vyznačující se tím, že nejprve se tato protikorozní vrstva působením laserového paprsku prvním pulzem o intenzitě 2000 až 2500 W/mm2 po dobu do 0,3 s v oblasti budoucího nánosu přídavného materiálu odpaří, pak se koncová část vnější elektrody sníženou intenzitou laserového paprsku v oblasti 100 W/mm2 po dobu do 0,4 s předehřívá, načež následují dva po sobě jdoucí pulzy, druhý a třetí pulz, laserového paprsku o intenzitě 1500 až 2000 W/mm2, kdy v druhém pulzu po dobu do 0,5 s se základní materiál koncové části vnější elektrody lokálně ohřeje nad teplotu jeho tání a jeho povrchová vrstva se natavuje do hloubky v oblasti 0,1 mm, načež se do laserového paprsku a vzniklé taveniny přivádí přídavný materiál ve formě prášku, který se natavuje na povrch koncové části vnější elektrody, s jejímž materiálem se difuzně mísí, pak se po dobu do 0,4 s sníží intenzita laserového paprsku až do 100 W/mm2, čímž se teplota procesní oblasti koncové části vnější elektrody sníží až na v podstatě 300 °C, načež ve třetím pulzu laserového paprsku, který má obdobný průběh jako předcházející druhý pulz, se v opakovaném cyklu dalšího tavení a tuhnutí vzniklé taveniny dalším přiváděním prášku přídavného materiálu postupně vytváří návar čistého přídavného materiálu do požadované výšky a v této fázi se následně plynule snižuje intenzita laserového paprsku, čímž se v koncové části vnější elektrody minimalizuje vznik tahových napětí a riziko vzniku trhlin a zamezuje vzniku tvrdé a křehké struktury, přičemž se koncová část vnější elektrody upraví do konečného tvaru.A method of forming the end part of an outer electrode of a spark plug with the application of an additional material selected from the group comprising W, Pt and Ir by a laser welding method, wherein the outer electrode of Ni alloy is provided with an anti-corrosion layer Zn and Zn, respectively. ZnNi, characterized in that first this anti-corrosion layer is evaporated by the action of a laser beam with a first pulse of 2000 to 2500 W / mm 2 for up to 0.3 s in the area of future application of additional material, then the end part of the outer electrode is reduced by reduced laser beam intensity preheats in the region of 100 W / mm 2 for up to 0.4 s, followed by two consecutive pulses, the second and third pulses, of a laser beam with an intensity of 1500 to 2000 W / mm 2 , in the second pulse for up to 0, 5 s, the base material of the end part of the outer electrode is locally heated above its melting temperature and its surface layer is melted to a depth of 0.1 mm, after which additional material in the form of powder is fed into the laser beam and the resulting melt. the end part of the outer electrode, with the material of which it is diffusely mixed, then the intensity of the laser beam is reduced to 100 W / mm 2 for up to 0.4 s, whereby the temperature of the process area of the end part of the outer electrode is reduced to substantially 30 0 ° C, after which in the third pulse of the laser beam, which has a similar course as the previous second pulse, in a repeated cycle of further melting and solidification of the resulting melt, by further feeding the additive powder, a build-up of pure additive material is gradually formed to the required height. it continuously reduces the intensity of the laser beam, thereby minimizing tensile stresses and the risk of cracking in the end portion of the outer electrode, and preventing the formation of a hard and brittle structure, while the end portion of the outer electrode is shaped. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nárůst i pokles intenzity třetího pulzu laserového paprskuje méně strmý a časově delší než druhého pulzu, při zachování jejich v podstatě stejné maximální intenzity v oblasti 1500 až 2000 W/mm2.Method according to claim 1, characterized in that the increase and decrease of the intensity of the third laser beam pulse is less steep and longer in time than the second pulse, while maintaining substantially the same maximum intensity in the range of 1500 to 2000 W / mm 2 . 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že horní povrch nánosu přídavného materiálu se broušením nebo frézováním upraví do roviny, načež se koncová část vnější elektrody zastřihne do klínovitého tvaru se zkosením v oblasti 10 až 30° o šířce vnějšího okraje ve vrcholu tohoto klínu 0,8 až 2 mm.The method according to claim 1, characterized in that the upper surface of the additive material coating is ground by grinding or milling, after which the end part of the outer electrode is cut into a wedge shape with a chamfer in the region of 10 to 30 ° with the outer edge width at the apex. wedge 0.8 to 2 mm.
CZ2013291A 2013-04-18 2013-04-18 Method of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with additional material by laser welding CZ308814B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2013291A CZ308814B6 (en) 2013-04-18 2013-04-18 Method of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with additional material by laser welding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2013291A CZ308814B6 (en) 2013-04-18 2013-04-18 Method of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with additional material by laser welding

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2013291A3 CZ2013291A3 (en) 2014-12-03
CZ308814B6 true CZ308814B6 (en) 2021-06-09

Family

ID=51989652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2013291A CZ308814B6 (en) 2013-04-18 2013-04-18 Method of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with additional material by laser welding

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ308814B6 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4311047A1 (en) * 2022-07-22 2024-01-24 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Spark plug electrode with platinum group metal tip produced using additive manufacturing

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11870222B2 (en) * 2021-05-04 2024-01-09 Federal-Mogul Ignition Gmbh Spark plug electrode and method of manufacturing the same
DE102023107904A1 (en) 2022-03-29 2023-10-05 Federal-Mogul Ignition Gmbh SPARK PLUG, SPARK PLUG ELECTRODE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0624938A1 (en) * 1993-04-26 1994-11-17 Ngk Spark Plug Co., Ltd A spark plug electrode for use in internal combustion engine
JPH113765A (en) * 1997-04-16 1999-01-06 Denso Corp Spark plug for internal combustion engine and its manufacture
US20040100178A1 (en) * 2002-11-22 2004-05-27 Denso Corporation Spark plug and its manufacturing method
EP1596482A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-16 Beru AG Manufacturing method of a spark plug

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0624938A1 (en) * 1993-04-26 1994-11-17 Ngk Spark Plug Co., Ltd A spark plug electrode for use in internal combustion engine
JPH113765A (en) * 1997-04-16 1999-01-06 Denso Corp Spark plug for internal combustion engine and its manufacture
US20040100178A1 (en) * 2002-11-22 2004-05-27 Denso Corporation Spark plug and its manufacturing method
EP1596482A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-16 Beru AG Manufacturing method of a spark plug

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4311047A1 (en) * 2022-07-22 2024-01-24 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Spark plug electrode with platinum group metal tip produced using additive manufacturing
EP4312326A1 (en) * 2022-07-22 2024-01-31 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Spark plug electrode with additively manufactured platinum group metal tip

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2013291A3 (en) 2014-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10888944B2 (en) Method and system of using consumable with weld puddle
EP3501724B1 (en) Method of manufacturing a welded sheet-metal blank, welded sheet-metal blank and workpiece manufactured from such welded sheet-metal blank
US20140021188A1 (en) Hot-wire consumable to provide weld with increased wear resistance
WO2014013328A2 (en) Hot-wire consumable to provide weld with increased wear resistance
US20150033561A1 (en) Laser melt particle injection hardfacing
JP3199027U (en) Edge processing system for clad work
KR20160140849A (en) System and method of welding with use of ac welding waveform and enhanced consumable to improve welding of galvanized workpiece
US20150033559A1 (en) Repair of a substrate with component supported filler
WO2014020421A2 (en) Method and system for narrow groove welding using laser and hot-wire system
FR2908677A1 (en) LASER BEAM WELDING METHOD WITH ENHANCED PENETRATION
CZ308814B6 (en) Method of forming the end part of the outer electrode of a spark plug with additional material by laser welding
KR20150110799A (en) Method of laser re-melt repair of superalloys using flux
CZ306282B6 (en) Method of making spark plug electrode with deposit of excess material using laser deposition welding method
US8853594B2 (en) Welding method and apparatus therefor
Karhu et al. Defocusing techniques for multi-pass laser welding of austenitic stainless steel
JP2010046671A (en) Welding method of lap joint
KR100865337B1 (en) Method for welding tip of electrode in spark plug
US10518359B2 (en) Method of welding in deep joints
FR3054462A1 (en) PROCESS FOR ATOMIZING METAL DROPS FOR THE OBTAINING OF A METALLIC POWDER
WO2020165530A1 (en) Method of additive manufacturing with separation via a frangible zone
CN110520239A (en) Method for end side laser welding
RU2635679C1 (en) Method of laser-arc welding
FR3100001A1 (en) ADDITIVE MANUFACTURING PROCESS OF A TURBOMACHINE PART
Karhu et al. Thick-section laser multi pass welding of austenitic stainless steel joints using defocusing technique
CZ2014145A3 (en) Method of making metal electrode on spark plug ceramic insulator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20130418