DE2752584A1

DE2752584A1 - Verfahren zum armieren von aluminiumgusskoerpern mit nichtaluminium- metallkoerpern durch schweissen

Info

Publication number: DE2752584A1
Application number: DE19772752584
Authority: DE
Inventors: Schmidt Gmbh Neckarsulm Karl
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1976-11-25
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1978-06-01
Also published as: FR2371995B1; FR2371995A1; GB1559459A; CH594474A5; DE2752584B2

Description

Verfahren zum Armieren von Aluminiumgußkörpern mit Nichtaluminium-Metallkörpern durch Schweißen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Armieren von Aluminiumgußkörpern mit Nichtaluminium-Metallkörpern durch Schweißen.

Ein als Verbundguß bezeichneter Aufbau von Gußkörpern ist bekannt und hat sich in der Praxis auch unter Wärmeeinwirkung bis zu 25O°C als erschütterungsfeste, gas- und öldruckfeste Verbindung bewährt. Bei diesem Verfahren werden Einlagen, vorzugsweise aus Stahl oder austenitischem Gußeisen, bis zur Ausbildung einer gewünschten Schichtdicke in eine Aluminiumschmelze eingebracht. Nach Entnahme aus diesem Bad wird die Einlage so rasch als möglich in eine Gießform eingebracht und umgössen.

Werden auf diese Weise armierte Gußteile zum Beispiel zum Bau von hochverdichteten, und demzufolge thermisch weit höher belasteten Dieselmotoren verwendet, genügt diese Verbindungsmethode nicht mehr, da die durch Thermoschocks entstehenden Haarrisse zwischen der Einlage und dem Aluminiumguß durch Verbrennungsrückstände ausgefüllt werden und nach einigen Wiederholungen zur Bildung von außerordentlich gefährlichen Rissen im Aluminiumguß führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Aluminiumgußkörper an mechanisch und thermisch extrem belasteten Stellen durch eingeschweißte Armierungen vor Zerstörung zu schützen und vor allem die Entstehung von Rissen im Grenzbereich von Armierung und Aluminiumgußkörper zu verhindern.

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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch mindestens zwei getrennte und verschiedenartige Schweißvorgänge erreicht j wobei der erste Schweißvorgang ein Explosivschweißen ist, um den Nichtaluminium-Metallkörper mit einer Aluminium-Zwischenschicht zu versehen.

Als zweiter Schweißvorgang wird das Gießschweißen, Schmelzschweißen, Reibschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder dergleichen angewendet.

Nach einer besonderen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf den Nichtaluminium-Metallkörper eine Zwischenschicht aus Aluminium durch Explosivschweißen aufgebracht und zur Entfernung der Aluminium-Oxidhaut auf die Zwischenschicht ein geeignetes Flußmittel aufgetragen, um ein einwandfreies Gießschweißen der Zwischenschicht mit dem Aluminiumguß während des Angießens zu gewährleisten.

Im Rahmen der weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Gießform während des Gießvorgangs in Vibration versetzt, um die Durchmischung der Metalle bei der Gießschweißung zu vervollkommnen.

Der mit einer Zwischenschicht versehene Nichtaluminium-Metallkörper kann eine Formgestaltung besitzen, die eine zwangsläufige Verankerung im Aluminiumgußkörper gewährleistet.

Falls erforderlich, kann die Zwischenschicht aus mehreren durch Explosivschweißen verbundene Schichten bestehen.

Die für die Armierung verwendeten Nichtaluminium-Metallkörper bestehen vorzugsweise aus thermoschockfesten

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Metallen wie Berylliumbronze, Kupferlegierungen, Stahllegierungen, austenitischem Gußeisen oder dergleichen. Die Zwischenschichten bestehen vorzugsweise aus Metallen wie Aluminium und seinen Legierungen.

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Dieselmotorkolbens mit einer kugelförmigen Brennraummulde , deren Rand durch eine Einlage 1 aus Berylliumbronze armiert ist. Diese Einlage 1 ist durch eine Explosivschweißung 2 mit einer Zwischenschicht 3 aus Reinaluminium intermetallisch verbunden. Die Zwischenschicht 3 ist durch eine Gießschweißung 1 mit dem Kolbenkörper 5 intermetallisch verbunden.

Das Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß in der ersten Stufe eine Zwischenschicht auf die als Armierung wirkende Einlage durch Explosivschweißen aufgebracht wird.

Das Einlagematerial, beispielsweise Berylliumbronze der Zusammensetzung Kupfer 97,0 %, Kobalt 2,5 %, Beryllium 0,5 %, wird durch Wärmebehandlung und nachfolgendes Abschrecken auf den niedrigstmöglichen Härtegrad gebracht, durch Eintauchen in Salpetersäure gereinigt, dann in Wasser gespült und anschließend getrocknet. Daraufhin wird eine metallische Zwischenschicht, beispielsweise weiches Reinaluminium, durch Explosivschweißen auf das Einlagematerial aufgetragen. Dabei wird der Werkstoff der Zwischenschicht durch die Druckwelle einer auf der Zwischenschicht ausgelösten Sprengstoffexplosion derart in das Einlagematerial

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hineingepreßt, daß an der Nahtstelle eine echte interr.etallische Verbindung zwischen den beiden Metallen entsteht. Der so entstandene, bimetallische Rohling wird auf die gewünschte Größe zugeschnitten und die etv/as rauhe Oberfläche der Zwischenschicht von etwaigen Verbrennungsrückständen befreit. Letzteres geschieht an besten durch ein Überdrehen der Oberfläche;

In der zweiten Stufe wird diese bimetallische Einlage in der Weise mit dem Aluminiumguß verschweißt, daß die Einlage an der gewünschten Stelle zweckentsprechend in die Gießform eingesetzt, auf die Oberfläche der Aluminiumschicht ein geeignetes Flußmittel aufgetragen, das ganze auf die für das Gießschweißen optimale Temperatur gebracht und dann das flüssige Aluminium, dessen Temperatür über der Temperatur der Zwischenschicht liegt, dagegen gegossen wird, wobei sich dieses mit der in einem plastischen Zustand befindlichen Oberfläche der Zwischenschicht vermischt. Die einsetzende Aktivität des Flußmittels auf der Zwischenschicht und eine kurzzeitige Temperaturerhöhung der Zwischenschicht durch die sie umgebende Aluminiumschmelze erleichtern die Durchmischung der zwei Grenzschichten. Durch eine Vibration der Gußform wird diese Durchmischung noch vervollkommnet. Nach dem Erstarren der Aluminiumschmelze ist die Einlage über die Zwischenschicht mit dem Gußkörper intermetallisch verbunden.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung der verschiedenen Komponenten zur Herstellung eines bimetallischen Rohlings durch Explosivschweißen. In der Mitte der Anordnung befindet sich die rohrförmige Einlage 1 aus Berylliumbronze. Ein Luftspalt 6 ist zwischen der Einlage 1 und der auch rohrförmigen Zwischenschicht 3 angeordnet. Dieser Luftspalt 6 bildet die Anlaufstrecke auf der die Zwischenschicht

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bei der Explosion die unbedingt notwendige Beschleunigung in Richtung Einlage 1 erreichen muß, um eine perfekte Explosivschweißung zu gewährleisten. Auf der Zwischenschicht 3 befindet sich das Sprengstoffpaket 7, bestehend aus dem nichtmetallischen, rohrförmigen Dämpfer 8 und der Detonationszündschnur 9, die im Innern einen Sprengstoff, z.B. Nitropenta 10 (P.E.T.N.), enthält. Das Sprengstoffpaket 7 wird mittels Standardzündkapsel 11, Zündschnur und offener Flamme 13 zur Detonation gebracht. Die Zündkapsel 11 ist durch Klebband m am Sprengpaket 7 befestigt.

Fig. 3 zeigt eine hälftig aufgeschnittene Seitenansicht der Komponentenanordnung für den ExplosivschweißVorgang. Um eine möglichst genaue Positionierung der Einlage 1 zu erreichen, werden am oberen und unteren Ende der Anordnung Distanzringe 15 eingesetzt. Diese gewährleisten einen rundum gleichmäßig breiten Luftspalt 6, der eine vollkommene Explosivschweißung 2 gewährleistet. Die Randzonen 17, in denen Distanzierungsringe 15 sitzen, werden nicht verschweißt und müssen nach dem Schweißvorgang beseitigt werden. In der Praxis werden solche bimetallischen Rohlinge selbstverständlich in Längen von einigen Metern hergestellt und nachher auf die erforderlichen Längen von wenigen Zentimetern abgeschnitten.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der perfekten Verstärkung oder Armierung von Aluminiumgußkörpern an thermisch und/oder mechanisch hoch belasteten Stellen. Die Verschleißfestigkeit von Aluminiumgußkörpern, insbesondere für Verbrennungsmotoren, wird erheblich erhöht. Im Falle von Kolben für Dieselmotoren schützt die Armierung des Brennraummuldenrands diesen nicht

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nur weitgehend vor Kolbenrissen, sondern verbessert auch durch eine mögliche höhere Verdichtung die Wirtschaftlichkeit solcher Motore. Andere, normalerweise untereinander nicht schweißbare Werkstoffe können nach diesem Verfahren unter Verwendung einer geeigneten Zwischenschicht verschweißt werden.

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Claims

KARL SCHMIDT GMBH 23.11.1977

Christian-Schmidt-Straße 8/12 -DRQ/GKP-

Neckarsulm

Walter Iten
Amselweg 18
Dübendorf
Schweiz

Prov. Nr. 8193 KS

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Armieren von Aluminiumgußkörpern mit Nichtaluminium-Metallkörpern durch Schweißen, dadurch gekennzeichnet, daß dieses mindestens zwei getrennte Schweißvorgänge aufweist, wobei der erste Schweißvorgang ein Explosivschweißen ist, um den Nichtaluminium-Metallkörper mit einer Aluminium-Zwischenschicht zu versehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Schweißvorgang das Gießschweißen, Schmelzschweißen, Reibschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder dergleichen angewendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Nichtaluminium-Metallkörper eine Zwischenschicht aus Aluminium durch die Explosivschweißung aufgebracht und zur Entfernung der Aluminium-Oxidhaut auf die Zwischenschicht ein geeignetes
Flußmittel aufgetragen wird.

»I. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform während des Gießens in Vibration versetzt wird.

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5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Zwischenschicht aufweisende Nichtaluminium-Metallkörper eine Formgestaltung aufweist, die eine zwangsläufige Verankerung im Aluminiumgußkörper gewährleistet.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere durch Explosivschweißen untereinander verbundene Zwischenschichten vorhanden sind.

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