DE2752584B2 - Verfahren zum Armieren von AIuminiumgußkörpern mit Nichtaluminium-Metallkörpern durch Schweißen - Google Patents

Description

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 250°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.

Aus der DE-AS 12 81813 ist es bekannt, beim Explosivschweißen zweier metallischer Werkstücke eine metallische Zwischenschicht galvanisch, als feinste Folie oder als Pulver aufzubringen.

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

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch mindestens zwei getrennte, nacheinander durchgeführte Schweißvorgänge erreicht, wobei im ersten Schweißvorgang durch Explosivschweißen an den Nichtaluminium-Metallkörper eine Aluminium-Zwischenschicht erzeugt wird und im zweiten Schweißvorgang — insbesondere durch Gießschweißen, Schmelzschweißen, Reibschweißen, Elektronenstrahlschweißen — die beiden Körper über die eine Zwischenschicht bildende Aluminiumschicht miteinander verbunden werden.

Ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Metallkörper durch Explosionsschweißen ist beispielsweise aus der DE-AS 12 29 821 bekannt

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

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 vervollkommen.

Der mit einer Zwischenschicht versehene Nichtaluminium-Metallkörper kann so geformt sein, daß dieser zwangsläufig im Aluminiumgußkörper verankert wird.
Falls erforderlich, kann die Zwischenschicht aus mehreren, durch Explosivschweißen miteinander verschweißte Schichten gebildet werden.

Die für die Armierung verwendeten Nichtaluminium-Metallkörper bestehen vorzugsweise aus thermoschockfesten 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 Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert:

F i g. i ^iigt einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Dieselmotorkolbens mit einer kugelförmigen Brennraummulde, deren Rand durch eine Einlage 1 aus Berrylliumbronze armiert ist. Diese Einlage 1 ist durch

so eine Explosivschweißung 2 mit einer Zwischenschicht 3 aus Reinaluminium intermetallisch verbunden. Die Zwischenschicht 3 ist durch eine Gießschweißung 4 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 Zwischen-

b5 schicht, beispielsweise weiches Reinaluminium, durch Explosivschweißen auf das Einlagematerial aufgetragen. Dabei wird der Werkstoff der Zwischenschicht durch die Druckwelle einer suf der Zwischenschicht

sten Sprengstoffexplosion derart in das Einlagematerial hineingepreßt, daß an der Nahtstelle eine echte intermetallische Verbindung zwischen den beiden Metallen entsteht Der so entstanden..-, bimetallische Rohling wird auf die gewünschte Größe zugeschnitten und die etwas rauhe Oberfläche der Zwischenschicht von etwaigen Verbrennungsrückständen befreit Letzteres geschieht am 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 Temperatur 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 cie 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 3 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 (P.E.T.N.), enthält Das Sprengstoff paket 7 wird mittels Standardzündkapsel 11, Zündschnur 12 und offener Flamme 13 zur Detonation gebracht Die Zündkapsel 11 ist durch Klebeband 14 am

ι ο Sprengpaket 7 befestigt

F i g. 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

!5 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 hochbelasteten Stellen. Die Verschleißfestigkeit von Aluminiunigußkörpern, insbesondere für Verbren-

jo nungsmotoren, wird erheblich erhöht. Im Falle von Kolben für Dieselmotoren schützt die Armierung des Brennraummuldenrands diesen nicht nur weitgehend vor KolDenrissen, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Armieren von Aluminiumgußkörpern mit Nichtaluminium-Metallkörpern durch Schweißen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Schweißvorgänge nacheinander durchgeführt werden:

a) im ersten Schweißvorgang wird durch Explosivschweißen an dem Nichtaluminium-MetaHkörper eine Aluminiumschicht erzeugt;

b) im zweiten Schweißvorgang werden — insbesondere durch Gießschweißen, Schmelzschweißen, Reibschweißen oder Elektronenschweißen — die beiden Körper über die als Zwischenschicht dienende Aluminiumschicht miteinander verbunden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Explosivschweißen auf dem Nichtaluminium-Metallkörper eine Zwischenschicht aus Aluminium erzeugt und auf die Zwischenschicht ein geeignetes Flußmittel aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform während des Gießens in Vibration versetzt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Zwischenschicht aufweisende Nichtaluminium-Metallkörper so geformt wird, daß dieser zwangsläufig in dem dagegen gegossenen Aluminiumgußkörper verankert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus mehreren durch Explosivschweißen miteinander verschweißten Schichten gebildet wird.