DE1240333B

DE1240333B - Method of manufacturing an armored exhaust valve

Info

Publication number: DE1240333B
Application number: DE1965V0029617
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Klaus Heck; Dipl-Ing Karl-Heinz Marten
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1965-10-28
Filing date: 1965-10-28
Publication date: 1967-05-11

Description

Verfahren zur Herstellung eines gepanzerten Auslaßventils Bei Brennkraftmaschinen sind die Sitzflächen der Auslaßventile wegen hoher Temperaturen besonders stark auf Verzunderung, Korrosion und mechanischen Verschleiß beansprucht. Diesen Anforderungen sind nur legierte Werkstoffe gewachsen, die aber neben einem hohen Preis den Nachteil haben, daß sie schwierig verformbar sind. Es ist daher bekannt, den Ventilteller an den durch Verschleiß besonders beanspruchten Flächen mit einem hochlegiertem Werkstoff zu panzern.Method for manufacturing an armored exhaust valve in internal combustion engines the seat surfaces of the exhaust valves are particularly strong due to the high temperatures stressed on scaling, corrosion and mechanical wear. These requirements only alloyed materials are grown, but they have a disadvantage in addition to a high price have that they are difficult to deform. It is therefore known, the valve disc on the surfaces that are particularly stressed by wear with a high-alloy Armor material.

Diese Panzerung erfolgt überwiegend nach einem der folgenden Verfahren: Entweder wird der Werkstoff durch autogenes Auftragsschweißen auf den Ventiltellerrohling aufgeschmolzen, worauf dann das auf Schweißtemperatur erwärmte Ventil im Gesenk geschlagen oder in sonstiger Weise bearbeitet wird. Nach einem anderen Verfahren wird ein geschlossener oder offener Ring aus Panzermetall durch Widerstandsstumpfschweißen mit dem Ventiltellerrohling verbunden. Dabei wird der Panzerring während des Schweißens gegen Aufweiten in einer Form gehalten.This armoring is mainly carried out using one of the following methods: Either the material is applied to the valve disk blank by autogenous build-up welding melted, whereupon the valve heated to welding temperature in the die beaten or otherwise processed. According to a different procedure becomes a closed or open ring made of armor metal by resistance butt welding connected to the valve disk blank. In doing so, the armored ring is removed during welding held in a shape against widening.

Beide Verfahren haben den Nachteil, daß nach dem Erstarren der Schweiße tangentiale Zugspannungen in der Panzerung entstehen, die zwar durch zusätzliche Erwärmung des Ventiltellers während des Schweißens oder durch nachträgliches Glühen vermindert werden können. Ganz lassen sich auf diese Weise unerwünschte Eigenspannungen aber nicht vermeiden.Both methods have the disadvantage that after solidification of the sweat tangential tensile stresses arise in the armor, although these are caused by additional Heating of the valve disc during welding or by subsequent annealing can be reduced. In this way, undesired residual stresses can be completely eliminated but don't avoid it.

Die Schwierigkeiten bei den bekannten Schweißverfahren für den Panzerwerkstoff eines Auslaßventiles, die in einer übermäßigen Erwärmung des Metalls auch außerhalb der Schweißstelle zu sehen sind, können nach der Erfindung dadurch vermieden werden, daß die Verbindung des Ventiltellerrohlings mit dem Panzerring mittels des an sich bekannten Elektronenstrahl-Tiefschweißens unter Bedingungen erfolgt, die dem Panzerring im erkalteten Zustand eine Druckeigenspannung in tangentialer Richtung geben.The difficulties with the known welding processes for the armor material an exhaust valve resulting in excessive heating of the metal outside as well the welding point can be seen, can be avoided according to the invention, that the connection of the valve plate blank with the armor ring by means of the per se known electron beam deep-penetration welding takes place under conditions that the armored ring give a compressive residual stress in the tangential direction when cooled down.

Beim Elektronenstrahl-Tiefschweißen dringt ein gebündelter Elektronenstrahl in die Fuge zwischen den zu verbindenden Werkstücken ein und gibt seine Energie an das zu verschweißende Metall ab. Dabei werden die Stoßflächen an den vom Strahl getroffenen Stellen angeschmolzen und in einer sehr schmalen Zone in Art einer Stumpfschweißung verschweißt. Diese Schmelzzone läßt sich mit einer für übliche Ventilabmessungen ausreichenden Tiefe erzeugen. Die dabei entstehende Schweißzone ähnelt der einer Widerstandsstumpfschweißung, ist jedoch wesentlich schmäler. Die Verschweißung läßt sich ohne Ausarbeiten und Ausfüllen der Nahtstelle im einmaligen Durchgang bei hoher Schweißgeschwindigkeit herstellen.In the case of electron beam deep welding, a bundled electron beam penetrates into the joint between the workpieces to be connected and releases its energy to the metal to be welded. In doing so, the impact surfaces are at the from the beam The affected areas melted and in a very narrow zone in the manner of a butt weld welded. This melting zone can be made with a valve for normal dimensions create sufficient depth. The resulting welding zone is similar to one Resistance butt welding, however, is much narrower. The weld leaves without working out and filling in the seam in a single pass at high Establish welding speed.

Das Gefüge in der Schweißnaht hat auf Grund der kurzen Wärmezeit und des schnellen Abkühlens eine feinkörnige Struktur. Die Beschränkung der Schmelzung auf einen schmalen Bereich hat neben einer wesentlich besseren Ausnutzung der eingesetzten Energie den Vorteil, daß die schädliche Wärmebeeinflussung des Werkstoffes in geringen Grenzen gehalten werden kann. Dadurch werden schädliche Eigenspannungen (tangentiale Zugspannung) vermindert.The structure in the weld seam has due to the short heat time and a fine-grained structure due to rapid cooling. The limitation of melting on a narrow area has in addition to a much better utilization of the used Energy has the advantage that the harmful heat influence on the material is low Limits can be kept. This causes harmful internal stresses (tangential Tensile stress).

Der Vorschlag nach der Erfindung ist jedoch erst dann vollständig, wenn die Verbindung unter Bedingungen erfolgt, die dem Panzerring im erkalteten Zustand eine Druckeigenspannung in tangentialer Richtung geben. Die Maßnahmen zur Erfüllung dieser Bedingungen liegen für den Fachmann auf der Hand; sie können in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens darin bestehen, daß entweder der Ventiltellerrohling im erwärmten Zustand in den Panzerring eingeschweißt oder dem Panzerring während des Schweißvorganges durch die radial wirkende Spannkraft der Werkstückhalterung eine Druckvorspannung in tangentialer Richtung verliehen wird.However, the proposal according to the invention is only complete if the connection is made under conditions that the armored ring has cooled down State a compressive residual stress in the tangential direction. The measures for Fulfillment of these conditions are obvious to the expert; you can in Embodiment of the method according to the invention consist in that either the Valve plate blank welded into the armored ring or the Armored ring during the welding process due to the radial clamping force of the Workpiece holder is given a compressive prestress in the tangential direction.

Im ersten Fall sollen dabei die Abmessungen und die Temperatur des Ventiltellers und im zweiten Fall die Abmessungen und die radiale Vorspannung des Panzerringes derart gewählt werden, daß der Panzerring während des Ventilbetriebes keine Wärmezugspannungen in tangentialer Richtung erfährt.In the first case, the dimensions and temperature of the Valve disk and in the second case the dimensions and the radial preload of the Armored ring can be chosen so that the armored ring during valve operation experiences no thermal tensile stresses in the tangential direction.

In der Figur ist im Schnitt ein Ventiltellerrohling 1 mit einem lose aufgeschobenem Panzerringrohling 2 dargestellt. Die Trennfläche könnte statt zylindermantelförmig auch kegelstumpfmantelförmig sein. Das Verschweißen erfolgt in einer Halterung 3, die dafür sorgt, daß die Teile 1 und 2 zusammengesetzt im Elektronenstrahl geführt werden. Nach dem Einführen des Tellerrohlings 1 in den Ring 2 wird ersterer erwärmt, was z. B. in der Vakuumkammer durch ein entsprechend der Telleroberfläche bemessenes Elektronenstrahlenbündel geschehen kann. Nach dem zweiten Verfahrensvorschlag wird der Ring 2 nach dem Einführen des Tellers 1 in eine allseitig wirkende mechanische Spannvorrichtung eingespannt, wie sie im Handel erhältlich ist. Die Spannvorrichtung kann dann zugleich die Funktion der Halterung 3 übernehmen.In the figure, a valve disk blank 1 with a loosely pushed-on armored ring blank 2 is shown in section. Instead of being shaped like a cylinder jacket, the separating surface could also be shaped like a truncated cone. The welding takes place in a holder 3, which ensures that the parts 1 and 2 are guided together in the electron beam. After inserting the plate blank 1 into the ring 2 , the former is heated, which z. B. can be done in the vacuum chamber by an electron beam dimensioned according to the plate surface. According to the second proposed method, after the plate 1 has been inserted, the ring 2 is clamped into an all-round mechanical clamping device, as is commercially available. The clamping device can then take over the function of the holder 3 at the same time.

Die Erzeugung des elektronischen Schweißstrahles kann mit handelsüblichen Vorrichtungen erfolgen. Nach dem Verschweißen des Ringes 2 erfolgt die weitere Bearbeitung in üblicher Weise.The generation of the electronic welding beam can be done with commercially available Devices take place. After the ring 2 has been welded, further processing takes place in the usual way.

Claims

Claims: 1. Method for armoring exhaust valves by Welding an armored ring onto the valve disk blank, d u r c h g e k E n n -z e i c h n e t that the connection is made by electron beam deep-penetration welding, which is known per se takes place under conditions that the armored ring (2) in the cooled state a compressive residual stress give in tangential direction.

2. The method according to claim 1, characterized in that the valve plate blank (1) is welded in the heated state in the armor ring (2), the dimensions and the temperature of the valve plate are selected such that the ring (2) at the operating temperature of the Valve experiences no thermal tension in the tangential direction.

3. The method according to claim 1, characterized in that the radially prestressed armored ring (with tangential compressive stress) is welded to the valve disk blank (1), the dimensions and the radial prestress of the ring (2) are selected such that the ring at the operating temperature of the valve does not experience any thermal tensile stress in the tangential direction. Publications considered: magazine »Industrie-Anzeiger«, dated November 26, 1963, _S. 28, and from 24.1. 1964, p. 105; Journal "Electronic News", 1965, issue 6, p.8.