JPH0555233B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0555233B2
JPH0555233B2 JP12967284A JP12967284A JPH0555233B2 JP H0555233 B2 JPH0555233 B2 JP H0555233B2 JP 12967284 A JP12967284 A JP 12967284A JP 12967284 A JP12967284 A JP 12967284A JP H0555233 B2 JPH0555233 B2 JP H0555233B2
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JP
Japan
Prior art keywords
engine valve
hardfacing
torch
plasma arc
welding
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP12967284A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS619973A (en
Inventor
Hirokimi Takeuchi
Masa Nagata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
Priority to JP12967284A priority Critical patent/JPS619973A/en
Publication of JPS619973A publication Critical patent/JPS619973A/en
Publication of JPH0555233B2 publication Critical patent/JPH0555233B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F01L3/04Coated valve members or valve-seats
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/04Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/044Built-up welding on three-dimensional surfaces
    • B23K9/046Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

技術分野 本発明はエンジンバルブの製造方法に係り、特
に、エンジンバルブ素材としてFe、Crを主成分
とするマルテンサイト系材料を用い、そのエンジ
ンバルブ素材に硬化肉盛を行つて弁フエース面を
形成し、目的とするエンジンバルブを製造する方
法に関するものである。 従来技術 自動車等のエンジンには、その燃焼室内に混合
ガスを供給したり或いは燃焼室から燃焼排ガスを
排出したりするために、吸気口や排気口を開閉す
るエンジンバルブが設けられている。そして、こ
のエンジンバルブは高温度の環境下で使用される
ものであるところから、耐熱性、耐摩耗性に優れ
ていることが必要とされるのである。このため、
従来から、オーステナイト系の耐熱鋼、例えば
SUH36材料等をエンジンバルブ素材として用い、
そのエンジンバルブ素材に硬化肉盛を行つて、吸
気口若しくは排気口の弁座に着座する弁フエース
面を形成することにより、耐熱性、耐摩耗性に優
れたエンジンバルブが製造されている。 一方、上記SUH36材料等のオーステナイト系
耐熱鋼は一般に高価なため、近年、比較的安価な
SUH11材料、SUH3材料等のFe、Crを主成分と
するマルテンサイト系耐熱鋼が、上記エンジンバ
ルブ素材として使用されるようになつてきた。 本発明が解決しようとする問題点 しかしながら、Fe、Crを主成分とするマルテ
ンサイト系耐熱鋼は焼入れ硬化性が高く、従来の
ガス法やTIG法による硬化肉盛では、充分に予備
加熱をしておかないと溶接割れを生じる場合があ
つた。また、主成分のFeやCrは酸化し易く、溶
接時にそれらの酸化物が溶融金属内に混入してピ
ンホールを生じたり、肉盛材とエンジンバルブ素
材との間の結合強度が損なわれて、融合不良を起
こしたりする問題があつた。 問題点を解決するための手段 上記の如き問題を解決するために、本発明に係
るエンジンバルブの製造方法は、Fe、Crを主成
分とするマルテンサイト系材料からなるエンジン
バルブ素材に硬化肉盛を行つて弁フエース面を形
成し、目的とするエンジンバルブを製造するに際
して、プラズマアークトーチとエンジンバルブ素
材との間にプラズマアークを形成する一方、パウ
ダ搬送ガスによつて所定の粉末材料を前記プラズ
マアーク内に導いて、かかる粉末材料を溶融せし
め、前記エンジンバルブ素材に所定の硬化肉盛を
行うと共に、前記プラズマアークトーチのノズル
径:D1が、該硬化肉盛部の開先幅:D2に対して、
下式: 0.6D2≦D1≦1.2D2 を満足することを特徴とするものである。 また、かかる本発明において、硬化肉盛を行う
溶接速度、すなわちプラズマアークトーチとエン
ジンバルブ素材との間の溶接方向における相対的
な移動速度としては、溶接電流の大きさなどによ
つても異なるが、良好なビード形状を有する硬化
肉盛を行う上で、4mm/sec以上に設定すること
が望ましい。なお、この溶接速度は、一般に20
mm/sec程度を上限とされるが、溶接電流等の条
件を適宜に設定すれば、それ以上の速度であつて
も採用可能である。また、この時、必要に応じて
プラズマアークトーチとエンジンバルブ素材とを
溶接方向と直角な方向へ相対移動(オシレート)
させることもできる。 さらに、エンジンバルブの弁フエース面は、一
般にバルブかさ部の外周部にテーパ状に形成され
るのであるが、エンジンバルブ素材を、その軸線
が鉛直方向に対して10゜〜60゜傾斜した状態で軸線
回りに回転させる一方、その傾斜したエンジンバ
ルブ素材の上方にプラズマアークトーチを配置し
て硬化肉盛を行うようにすれば、溶融金属に作用
する重力に起因してビード形状が損なわれること
はない。 なお、硬化肉盛される粉末材料としては、ステ
ライト系(Coベース)、コルモノイ系(Niベー
ス)、Fe−Cr系(Feベース)等の各種肉盛材粉末
を用いることが可能であり、その大きさも溶融の
難易等を考慮して適宜設定されるものであるが、
一般には−100〜+350メツシユ程度の球形のもの
が好適に用いられる。 発明の効果 このようにしてマルテンサイト系材料からなる
エンジンバルブ素材に硬化肉盛を行えば、後述の
実施例から明らかなように、硬化肉盛部に溶接割
れやピンホールが発生したり、肉盛材とエンジン
バルブ素材との間に融合不良を生じたりする問題
が解消する。また、肉盛材として粉末材料を用い
るため、棒材を用いる場合に比較して硬化肉盛に
要する時間が短縮され得るとともに、硬化肉盛の
自動化が容易となる。さらに、プラズマアークを
用いて硬化肉盛を行うため、その硬化肉盛を施す
べき開先部の深さが浅くても良好なビード形状の
硬化肉盛が得られ、肉盛材の使用量が大幅に節減
され得る。 実施例 次に、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明の実施例を説明するが、理解を容易に
するために、先ず、本発明を好適に実施し得るプ
ラズマ肉盛溶接装置を第1図に基づいて説明する
こととする。 図においては、10は、鉛直方向に配置された
プラズマアークトーチ(以下、トーチと称する)
の先端部である。かかるトーチ10は、中心部に
タングステン電極12を備えており、この電極1
2の外側には、トーチ内筒14およびトーチ外筒
16がそれぞれ所定の距離を隔てて同軸的に配設
されている。そして、それら電極12とトーチ内
筒14との間、およびトーチ内筒14とトーチ外
筒16との間には、それぞれ環状の通路18およ
び20が形成されている。 通路18は、配管22を介してプラズマガス供
給装置24に接続されており、アルゴンガス等の
プラズマガスが供給されるようになつている。そ
して、この通路18内に供給されたプラズマガス
は、トーチ内筒14の先端に設けられたノズル3
0から下方に噴出させられる。 また、通路20は、配管32を介して搬送ガス
供給装置34に接続されており、更にその配管3
2の中間部には、パウダ供給装置36が接続され
て、そのパウダ供給装置36から所定の粉末材料
が供給されるようになつている。すなわち、通路
20には、所定量の粉末材料を含んだ搬送ガスが
供給され、トーチ外筒16の先端に設けられたノ
ズル38から下方に噴出せしめられるのである。
なお、粉末材料としては、ステライト系、コルモ
ノイ系、Fe−Cr系等の硬化肉盛用の各種肉盛材
粉末を用いることが可能であり、また搬送ガスと
してはアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガ
スが用いられる。 一方、トーチ内筒14およびトーチ外筒16の
ノズル30および38には、それぞれ冷却水通路
40および42が配設されて、それ等両ノルズ3
0および38を冷却するようになつている。ま
た、トーチ外筒16の先端部には、シールドガス
供給装置44から配管46を介してアルゴンガ
ス、ヘリウムガス等の不活性ガスからなるシール
ドガスが供給されるようになつており、そのシー
ルドガスをトーチ10の軸心方向へ略円筒状に吹
き出すことにより、溶接部が大気からシールドさ
れるようになつている。 以上のように構成されたトーチ10の下方に
は、硬化肉盛溶接を施すべきエンジンバルブ素材
48が取り付けられるようになつている。このエ
ンジンバルブ素材48は、自動車等のエンジンの
燃焼室内に混合ガスを供給したり或いは燃焼室か
ら燃焼排ガスを排出したりするために、吸気口や
排気口を開閉するエンジンバルブの素材を成すも
ので、Fe、Crを主成分とするSUH11材料、
SUH3材料等のマルテンサイト系の耐熱鋼材料製
である。エンジンバルブ素材48は軸部50とか
さ部52とを備えており、そのかさ部52の軸部
50側に位置する肩部の外周部には、硬化肉盛が
施される円環状の凹部54(開先部)が形成され
ている。なお、第1図において凹部54に示す破
線は、硬化肉盛が施された状態を示したものであ
る。 かかるエンジンバルブ素材48は、鉛直方向に
対して角度θだけ傾斜して設けられた取付軸56
に、冷却用のバツキング58を介してその軸線A
が取付軸56の軸線と一致する状態で取り付けら
れており、取付軸56とともに軸線Aまわりに所
定の速度で回転せしめられるようになつている。
そして、このように取付軸56に取り付けられた
状態において、エンジンバルブ素材48の前記か
さ部52に形成された凹部54の内、最も上方に
位置する部分は、前記トーチ10のノズル38の
鉛直下方に保持されていて、エンジンバルブ素材
48が軸線Aまわりに回転させられることによ
り、円環状の凹部54に順次硬化肉盛が施される
のである。ここで、ノズル38のノズル径D1は、
凹部54の開先幅D2に対して、下式: 0.6D2≦D1≦1.2D2 を満足するように設定されている。 なお、トーチ10の電極12とトーチ内筒14
との間には、パイロツト電源60から所定のパイ
ロツト電流が供給されるようになつているととも
に、電極12とエンジンバルブ素材48が取り付
けられるバツキング58との間には、メイン電源
62から所定の溶接電流が供給されるようになつ
ている。また、電源12とトーチ内筒14との間
には、パイロツト電源60と並列に点火用の高周
波発振器64が介挿されている。 次に、上述したプラズマ肉盛溶接装置を用いて
エンジンバルブ素材48に硬化肉盛を施す手順に
ついて説明するが、これはそのまま本発明の一実
施例を成すものである。 先ず、パイロツト電源60からパイロツト電流
を供給し、電源12の先端とトーチ内筒14のノ
ズル30との間にパイロツトアークを発生させる
と同時に、プラズマガス供給装置24から環状通
路18内にプラズマガスを供給する。これによ
り、電極12の先端にプラズマアークが形成され
る。 その後、電極12とバツキング58との間にメ
イン電源62から溶接電流を供給し、電極12の
先端に形成されているプラズマアークをエンジン
バルブ素材48へ移行させるとともに、搬送ガス
供給装置34およびパウダ供給装置36から所定
の粉末材料を含む搬送ガスを通路20内に供給す
る。この通路20内に供給された粉末材料はノズ
ル38から噴出せしめられてプラズマアークによ
つて溶融され、エンジンバルブ素材48の凹部5
4に肉盛溶接される。なお、この時、トーチ10
の先端部からはシールドガスが吹き出されてお
り、溶融された粉末材料や凹部54が空気中の酸
素等の影響を受けないようにされている。 そして、この状態において、エンジンバルブ素
材48をその軸線Aまわりに回転させることによ
り、凹部54の肉盛溶接される部位が移動して、
かさ部52の外周部に形成された円環状の凹部5
4の全周に順次硬化肉盛が施されることとなる。
この時、必要に応じてトーチ10を溶接方向と直
角方向、すなわち第1図において左右方向へ往復
移動(オシレート)することも可能である。 ここで、このようにしてマルテンサイト系の耐
熱鋼材料からなるエンジンバルブ素材48に硬化
肉盛を行うと、硬化肉盛部に溶接割れやピンホー
ルを生じたり、或いは肉盛材とエンジンバルブ素
材48との間に融合不良を発生したりすることが
殆どない。また、肉盛材として粉末材料を用いて
いるため、棒材を用いる場合に比較して溶接時間
を短縮化し得るとともに、硬化肉盛の自動化が容
易となる。 なお、上例では、エンジンバルブ素材48の硬
化肉盛溶接を施すべき部分に凹部54が形成され
ているが、プラズマアークを用いて硬化肉盛を行
う場合にはそのような凹部は必ずしも必要ではな
く、例えば平坦面であつても良好なビート形状の
硬化肉盛が得られる。したがつて、所定の凹部を
形成して硬化肉盛を行う必要があつた従来のガス
法やTIG法に比較して、肉盛材の使用量が大幅に
節減され得る。 そして、このようにして硬化肉盛されたエンジ
ンバルブ素材48には、その後、その硬化肉盛部
に研削加工等の所定の加工が施されて、燃焼室の
吸気口若しくは排気口に設けられた弁座に着座す
る弁フエース面が形成され、耐熱性、耐摩耗性に
優れたエンジンバルブが製造されるのである。 なお、以上の説明においては、エンジンバルブ
素材48がSUH11材料、SUH3材料等のマンテ
ンサイト系の耐熱鋼材料製の場合について説明し
たが、SUH36材料等のオーステナイト系の耐熱
鋼材料製であつても同様に実施できることは勿論
である。 また、エンジンバルブ素材48は冷却用のバツ
キング58を介して取付軸56に取り付けられる
ようになつているが、このバツキング58は、エ
ンジンバルブ素材48の大きさや、溶接電流等の
溶接条件を考慮して、必要に応じて設ければ良い
ものである。 さらに、上述したプラズマ肉盛溶接装置は飽く
までも本発明を好適に実施し得る装置の一例であ
り、また、その装置を用いてエンジンバルブを製
造することは本発明の一つの実施例を意味するも
ので、本発明はこれらの記載によつて何等制約を
受けるものではなく、当業者の知識に基づいて
種々の変更、改良を施した態様で実施しても良い
ことは勿論である。 以上、本発明に係るエンジンバルブの製造方法
について詳細に説明したが、次に、本発明の効果
を具体的に明らかにするために、上記実施例に従
つて形成された硬化肉盛部のビード形状、硬さ
(HRC)、溶接割れ、ピンホールおよび融合不良
について調べた結果を、比較例と対比して具体的
に説明する。 実施例 1 SUH3材料(0.4%C−11%Cr−1%Mo−残
Fe)からなるバルブ径(かさ部52の外径)40
mmの自動車用エンジンバルブ素材48に、ステラ
イト# 6の球状粉末材料(−100〜+350メツシ
ユ)を硬化肉盛する際に、溶接電流を80〜100A、
プラズマガスの供給量を1.5〜1.8/min、パウ
ダ搬送ガスの供給量を5.0/min、シールドガ
スの供給量を25.0/min、エンジンバルブ素材
48の軸線Aの傾斜角度θを45゜、硬化肉盛部の
開先幅D2を5.3mmとし、ノズル径D1および溶接速
度を適宜変更するとともに、さらにオシレートを
行つた場合と行わなかつた場合について、硬化肉
盛部のビード形状等を調べた結果を第1表に示
す。なお、比較例のNo.10は、ステライト# の棒材
を用いてガス法によつて硬化肉盛を行つた場合で
ある。
Technical Field The present invention relates to a method for manufacturing an engine valve, and in particular, a martensitic material containing Fe and Cr as main components is used as the engine valve material, and a valve face surface is formed by hardfacing the engine valve material. The present invention relates to a method of manufacturing the desired engine valve. BACKGROUND OF THE INVENTION Engines such as automobiles are provided with engine valves that open and close intake ports and exhaust ports in order to supply mixed gas into the combustion chamber or discharge combustion exhaust gas from the combustion chamber. Since this engine valve is used in a high temperature environment, it is required to have excellent heat resistance and wear resistance. For this reason,
Traditionally, austenitic heat-resistant steels, such as
Using SUH36 material etc. as engine valve material,
Engine valves with excellent heat resistance and wear resistance are manufactured by hardfacing the engine valve material to form a valve face that seats on the valve seat of the intake or exhaust port. On the other hand, austenitic heat-resistant steels such as the SUH36 material mentioned above are generally expensive, so in recent years relatively inexpensive
Martensitic heat-resistant steels containing Fe and Cr as main components, such as SUH11 material and SUH3 material, have come to be used as the engine valve material. Problems to be Solved by the Invention However, martensitic heat-resistant steel whose main components are Fe and Cr has high quench hardenability, and in hardfacing using conventional gas or TIG methods, sufficient preheating is not required. If this was not done, welding cracks could occur. In addition, the main components, Fe and Cr, are easily oxidized, and their oxides may get mixed into the molten metal during welding, causing pinholes or impairing the bond strength between the overlay material and the engine valve material. , there were problems such as poor fusion. Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the method for manufacturing an engine valve according to the present invention provides a method for hardfacing an engine valve material made of a martensitic material containing Fe and Cr as main components. To form the valve face surface and manufacture the desired engine valve, a plasma arc is formed between the plasma arc torch and the engine valve material, while a predetermined powder material is The powder material is guided into a plasma arc to melt it and form a predetermined hard overlay on the engine valve material, and the nozzle diameter of the plasma arc torch: D1 is the groove width of the hard overlay: For D 2 ,
It is characterized by satisfying the following formula: 0.6D 2 ≦D 1 ≦1.2D 2 . Furthermore, in the present invention, the welding speed at which hardfacing is performed, that is, the relative movement speed in the welding direction between the plasma arc torch and the engine valve material, although it varies depending on the magnitude of the welding current, etc. In order to perform hardfacing with a good bead shape, it is desirable to set the speed to 4 mm/sec or more. Note that this welding speed is generally 20
The upper limit is about mm/sec, but if conditions such as welding current are appropriately set, even higher speeds can be used. At this time, if necessary, the plasma arc torch and the engine valve material are moved relative to each other in a direction perpendicular to the welding direction (oscillate).
You can also do it. Furthermore, the valve face surface of an engine valve is generally formed in a tapered shape on the outer periphery of the valve bulk. If hardfacing is performed by placing a plasma arc torch above the inclined engine valve material while rotating around the axis, the bead shape will not be damaged due to gravity acting on the molten metal. do not have. In addition, various types of overlay material powders such as stellite type (Co-based), colmonoid type (Ni-based), and Fe-Cr type (Fe-based) can be used as the powder material to be hardfacing. The size is also set appropriately considering the difficulty of melting, etc.
In general, spherical particles with a mesh size of -100 to +350 are preferably used. Effects of the Invention If hard overlay is applied to an engine valve material made of martensitic material in this way, weld cracks and pinholes may occur in the hard overlay, as will be clear from the examples described later. This solves the problem of poor fusion between the filler material and the engine valve material. Further, since a powder material is used as the overlay material, the time required for hard overlay can be shortened compared to the case where a bar material is used, and the hard overlay can be easily automated. Furthermore, since hardfacing is performed using a plasma arc, hardfacing with a good bead shape can be obtained even if the depth of the groove to be hardfacing is shallow, and the amount of hardfacing material used can be reduced. Significant savings can be made. EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described in order to clarify the present invention more specifically. However, in order to facilitate understanding, first, plasma overlay welding in which the present invention can be suitably carried out will be explained. The apparatus will be explained based on FIG. In the figure, 10 is a plasma arc torch (hereinafter referred to as a torch) arranged vertically.
This is the tip of the Such a torch 10 is equipped with a tungsten electrode 12 in the center, and this electrode 1
2, a torch inner cylinder 14 and a torch outer cylinder 16 are coaxially arranged at a predetermined distance from each other. Annular passages 18 and 20 are formed between the electrode 12 and the torch inner cylinder 14 and between the torch inner cylinder 14 and the torch outer cylinder 16, respectively. The passage 18 is connected to a plasma gas supply device 24 via a pipe 22, and is supplied with plasma gas such as argon gas. The plasma gas supplied into this passage 18 is then passed through a nozzle 3 provided at the tip of the torch inner cylinder 14.
It is ejected downward from 0. Further, the passage 20 is connected to a carrier gas supply device 34 via a pipe 32, and the pipe 32 is further connected to a carrier gas supply device 34.
A powder supply device 36 is connected to the intermediate portion of the device 2, and a predetermined powder material is supplied from the powder supply device 36. That is, a carrier gas containing a predetermined amount of powder material is supplied to the passage 20 and is ejected downward from a nozzle 38 provided at the tip of the torch outer cylinder 16.
As the powder material, it is possible to use various hardfacing material powders for hardfacing such as stellite type, colmonoy type, and Fe-Cr type, and as the carrier gas, non-containing materials such as argon gas and helium gas can be used. An active gas is used. On the other hand, cooling water passages 40 and 42 are provided in the nozzles 30 and 38 of the torch inner cylinder 14 and the torch outer cylinder 16, respectively.
0 and 38. Furthermore, a shielding gas made of an inert gas such as argon gas or helium gas is supplied to the tip of the torch outer cylinder 16 from a shielding gas supply device 44 via a pipe 46. By blowing out in a substantially cylindrical shape in the axial direction of the torch 10, the welding part is shielded from the atmosphere. An engine valve material 48 to be subjected to hardfacing welding is attached below the torch 10 configured as described above. This engine valve material 48 is a material for an engine valve that opens and closes an intake port and an exhaust port in order to supply mixed gas into the combustion chamber of an engine such as an automobile or to discharge combustion exhaust gas from the combustion chamber. SUH11 material whose main components are Fe and Cr,
Made of martensitic heat-resistant steel material such as SUH3 material. The engine valve material 48 includes a shaft portion 50 and an umbrella portion 52, and the outer peripheral portion of the shoulder portion of the bulk portion 52 located on the shaft portion 50 side has an annular recess 54 to which hardfacing is applied. (grooves) are formed. In addition, the broken line shown in the recessed part 54 in FIG. 1 shows the state where the hardfacing was applied. The engine valve material 48 has a mounting shaft 56 inclined at an angle θ with respect to the vertical direction.
, its axis A via the cooling backing 58.
is attached so as to coincide with the axis of the mounting shaft 56, and is configured to rotate together with the mounting shaft 56 around the axis A at a predetermined speed.
In the state of being attached to the mounting shaft 56 in this manner, the uppermost portion of the recess 54 formed in the bulk portion 52 of the engine valve material 48 is located vertically below the nozzle 38 of the torch 10. When the engine valve material 48 is rotated around the axis A, hardfacing is sequentially applied to the annular recess 54. Here, the nozzle diameter D 1 of the nozzle 38 is
The groove width D 2 of the recess 54 is set to satisfy the following formula: 0.6D 2 ≦D 1 ≦1.2D 2 . Note that the electrode 12 of the torch 10 and the torch inner cylinder 14
A predetermined pilot current is supplied from a pilot power source 60 between the electrode 12 and the backing 58 to which the engine valve material 48 is attached. Current is being supplied. Further, a high frequency oscillator 64 for ignition is inserted between the power source 12 and the torch inner cylinder 14 in parallel with the pilot power source 60. Next, a procedure for applying hard overlay to the engine valve material 48 using the above-mentioned plasma overlay welding apparatus will be described, which constitutes one embodiment of the present invention as it is. First, a pilot current is supplied from the pilot power source 60 to generate a pilot arc between the tip of the power source 12 and the nozzle 30 of the torch inner cylinder 14, and at the same time, plasma gas is supplied from the plasma gas supply device 24 into the annular passage 18. supply As a result, a plasma arc is formed at the tip of the electrode 12. Thereafter, a welding current is supplied from the main power source 62 between the electrode 12 and the bucking 58 to transfer the plasma arc formed at the tip of the electrode 12 to the engine valve material 48, and at the same time, the carrier gas supply device 34 and the powder supply A device 36 supplies a carrier gas containing a predetermined powder material into the passageway 20 . The powder material supplied into the passage 20 is ejected from the nozzle 38 and melted by a plasma arc, and is melted into the recess 5 of the engine valve material 48.
4 is overlay welded. In addition, at this time, torch 10
A shielding gas is blown out from the tip of the recess 54 to prevent the molten powder material and the recess 54 from being affected by oxygen in the air. In this state, by rotating the engine valve material 48 around its axis A, the portion of the recess 54 to be overlaid welded moves.
An annular recess 5 formed on the outer periphery of the umbrella portion 52
Hardfacing will be sequentially applied to the entire circumference of 4.
At this time, it is also possible to reciprocate (oscillate) the torch 10 in a direction perpendicular to the welding direction, that is, in the left-right direction in FIG. 1, if necessary. Here, if hardfacing is performed on the engine valve material 48 made of martensitic heat-resistant steel material in this way, weld cracks or pinholes may occur in the hardfacing part, or the overlaying material and engine valve material may 48, there is almost no possibility of fusion failure occurring between the two. Further, since a powder material is used as the overlay material, the welding time can be shortened compared to the case where a bar material is used, and the automation of hard overlay can be facilitated. In the above example, the recess 54 is formed in the part of the engine valve material 48 that is to be hard-faced welded, but such a recess is not necessarily necessary when hard-faced welding is performed using a plasma arc. For example, even on a flat surface, a good bead-shaped hardfacing can be obtained. Therefore, compared to the conventional gas method or TIG method, which requires forming predetermined recesses and performing hardfacing, the amount of overlaying material used can be significantly reduced. Then, the engine valve material 48 that has been hard faced in this way is then subjected to a predetermined process such as grinding on the hard faced part, and is then installed at the intake or exhaust port of the combustion chamber. The valve face surface that sits on the valve seat is formed, and an engine valve with excellent heat resistance and wear resistance is manufactured. In the above explanation, the case where the engine valve material 48 is made of a mantensite heat-resistant steel material such as SUH11 material or SUH3 material is explained, but even if it is made of an austenitic heat-resistant steel material such as SUH36 material. Of course, it can be implemented in the same way. Further, the engine valve material 48 is attached to the mounting shaft 56 via a buckling 58 for cooling, but the buckling 58 is designed in consideration of the size of the engine valve material 48 and welding conditions such as welding current. Therefore, it may be provided as necessary. Furthermore, the above-mentioned plasma overlay welding device is only an example of a device that can suitably carry out the present invention, and manufacturing an engine valve using the device is one embodiment of the present invention. It goes without saying that the present invention is not limited in any way by these descriptions, and may be implemented with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. The method for manufacturing an engine valve according to the present invention has been described above in detail.Next, in order to specifically clarify the effects of the present invention, we will explain the bead of the hardfacing part formed according to the above example. The results of investigations regarding shape, hardness (H R C), weld cracks, pinholes, and poor fusion will be specifically explained in comparison with comparative examples. Example 1 SUH3 material (0.4%C-11%Cr-1%Mo-residue
Fe) valve diameter (outer diameter of bulk part 52) 40
When hardfacing Stellite #6 spherical powder material (-100 to +350 mesh) to 48 mm of automotive engine valve material, the welding current was 80 to 100 A.
The supply rate of plasma gas is 1.5 to 1.8/min, the supply rate of powder carrier gas is 5.0/min, the supply rate of shield gas is 25.0/min, the inclination angle θ of the axis A of the engine valve material 48 is 45°, and the hardened meat The groove width D2 of the built-up part was set to 5.3 mm, the nozzle diameter D1 and welding speed were changed as appropriate, and the bead shape of the hardfacing part was also investigated with and without oscillation. The results are shown in Table 1. Comparative Example No. 10 is a case in which hardfacing was performed using a Stellite # rod material by a gas method.

【表】 *:○…良好 △…使用可 ×…不良
第1表から明らかなように、本発明に従うNo.1
〜7の硬化肉盛においては、硬化肉盛部に溶接割
れやピンホールを生じたり、融合不良を発生した
りすることがない。また、溶接速度が3mm/sec
と比較的遅いNo.4の場合には、母材(エンジンバ
ルブ素材48)の溶込量が大きくなつて肉盛材が
希釈され、ビード形状がやや損なわれるとともに
肉盛部の硬さが低下するカミ実用上差支えなく、
溶接速度が4mm/sec以上のその他の場合には、
良好なビード形状でかつ充分な硬さの硬化肉盛が
得られることが判る。なお、本実施例では溶接速
度を12mm/secとした場合までしか実施されてい
ないが、溶接電流等の溶接条件によつては20mm/
sec以上であつても充分に満足し得る硬化肉盛が
得られる。 これに対して、比較例のNo.8と場合には、ノズ
ル径D1が本発明の範囲より小さくて、ビード形
状が損なわれるとともに融合不良が発生する。ま
た、ノズル径D1が本発明の範囲より大きいNo.9
の場合には、母材(エンジンバルブ素材48)の
溶込量が大きくなつて肉盛材が希釈され、形成さ
れる硬化肉盛部の硬さが低下するとともに、融合
不良が発生する。さらに、ガス法で硬化肉盛を行
つたNo.10と場合には、硬化肉盛部に溶接割れやピ
ンホール、更には融合不良を発生して、満足し得
る硬化肉盛が得られなかつた。 実施例 2 SUH11材料(0.5%C−8.5%Cr−残Fe)から
なるバルブ径(かさ部52の外径)55mmの自動車
用エンジンバルブ素材48に各種肉盛材の粉末材
料を硬化肉盛する際に、溶接電流を80〜100A、
プラズマガスの供給量を1.5〜1.8/min、パウ
ダ搬送ガスの供給量を5.0/min、シールドガ
スの供給量を25.0/min、溶接速度を10mm/
sec、オシレートを行わないという条件で、ノズ
ル径D1、開先幅D2およびエンジンバルブ素材4
8の軸線Aの傾斜角度θを適宜変更した場合につ
いて、硬化肉盛部のビード形状等を調べた結果を
第2表に示す。なお、比較例のNo.19〜21は、棒材
を用いてガス法によつて硬化肉盛を行つた場合で
ある。
[Table] *:○...good △...usable ×...bad As is clear from Table 1, No. 1 according to the present invention
In the case of hard overlay of 7 to 7, no weld cracks or pinholes occur in the hard overlaid portion, and no fusion failure occurs. In addition, the welding speed is 3mm/sec.
In the case of No. 4, which is relatively slow, the penetration amount of the base material (engine valve material 48) increases and the overlay material is diluted, the bead shape is slightly impaired and the hardness of the overlay part decreases. There is no problem in practical use,
In other cases where the welding speed is 4 mm/sec or more,
It can be seen that hardened build-up with a good bead shape and sufficient hardness can be obtained. In this example, the welding speed was only 12 mm/sec, but depending on the welding conditions such as welding current, the welding speed could be 20 mm/sec.
A fully satisfactory hardened build-up can be obtained even if the hardfacing is higher than sec. On the other hand, in Comparative Example No. 8, the nozzle diameter D 1 is smaller than the range of the present invention, which impairs the bead shape and causes poor fusion. Also, No. 9 where the nozzle diameter D 1 is larger than the range of the present invention.
In this case, the penetration amount of the base material (engine valve material 48) increases and the overlay material is diluted, resulting in a decrease in hardness of the formed hard overlay part and poor fusion. Furthermore, in case No. 10, in which hardfacing was performed using the gas method, weld cracks, pinholes, and even poor fusion occurred in the hardfacing, making it impossible to obtain a satisfactory hardfacing. . Example 2 Powdered materials of various overlay materials are hard-clad onto an automobile engine valve material 48 made of SUH11 material (0.5% C-8.5% Cr-remaining Fe) and having a valve diameter (outer diameter of the bulk part 52) of 55 mm. When welding current is 80~100A,
The plasma gas supply rate is 1.5 to 1.8/min, the powder carrier gas supply rate is 5.0/min, the shielding gas supply rate is 25.0/min, and the welding speed is 10mm/min.
sec, nozzle diameter D 1 , groove width D 2 and engine valve material 4 on the condition that oscillation is not performed.
Table 2 shows the results of examining the bead shape of the hardfacing portion when the inclination angle θ of the axis A of No. 8 was changed as appropriate. In addition, Comparative Examples Nos. 19 to 21 are cases where hardfacing was performed using a bar material by a gas method.

【表】 *:○…良好 △…使用可 ×…不良
第2表から明らかなように、本発明に従うNo.11
〜18の硬化肉盛においては、硬化肉盛部に溶接割
れやピンホール、或いは融合不良を発生すること
はない。また、軸線Aの傾斜角度θが65゜と大き
いNo.13の場合、5゜と小さいNo.14の場合には、溶融
金属に作用する重力に起因してビード形状が損な
われるが実用上差支えなく、10゜〜60゜の範囲内に
あるその他の場合には、良好なビード形状でしか
も充分な硬さの硬化肉盛が得られることが判る。
なお、Feベースの肉盛材としてはVMS585−B
が、Niベースの肉盛材としてNimonic80Aがそ
れぞれ用いられているが、その他の肉盛材を採用
し得ることは勿論であり、Coベースの肉盛材に
ついてもステライト# 32、# 12のみならず、前記
実施例1の# 6などその他のものを用いることが
できる。 これに対して、比較例のNo.19〜21の場合には、
何れも硬化肉盛部に溶接割れやピンホールが生じ
たり、融合不良が発生したりして、満足し得る硬
化肉盛は得られなかつたのである。 実施例 3 実施例1と同様にして、SUH3材料からなるバ
ルブ径(かさ部52の外径)40mmの自動車用エン
ジンバルブ素材48に、ステライト# 6の球状粉
末材料(−100〜+350メツシユ)を硬化肉盛する
際に、プラズマガス供給量を1.5/分で一定と
し、またパウダ搬送ガス量:5/分、シールド
ガス供給量:25/分として、溶接電流を80A及
び150Aの2種類に設定し、その異なる溶接電流
の下におけるノズル径D1と開先幅D2との関係に
ついて、硬化肉盛部のビード形状にて評価し、そ
の結果を第2図に示した。 また、溶接電流を100Aで一定とする一方、プ
ラズマガスの供給量を1.0/分及び1.8/分の
2種類に設定すること以外は、上記と同様にし
て、硬化肉盛を行ない、その異なるプラズマガス
供給量の下におけるノズル径D1と開先幅D2との
関係について、硬化肉盛部のビード形状にて評価
し、その結果を第3図に示した。 なお、それら第2図及び第3図における記号に
関して、○印は硬化肉盛部のビード形状が良好で
あつたことを示し、また△印はビード形状がやや
損なわれるものの、実用上使用可能であつたこと
を示し、更に×印は硬化肉盛部のビード形状が不
良であつたことを示している。 そして、かかる第2図及び第3図の結果より明
らかなように、ノズル径D1と開先幅D2の関係に
ついて、溶接条件の電流とプラズマガス供給量か
らみても、それらの溶接条件の変化にも拘わら
ず、本発明に従う0.6D2≦D1≦1.2D2の条件下にお
いては、優れた特性を有する良好な硬化肉盛部を
得ることが出来たのである。
[Table] *:○...good △...usable ×...bad As is clear from Table 2, No. 11 according to the present invention
In the case of hardfacing of ~18, no weld cracks, pinholes, or poor fusion occur in the hardfacing. In addition, in the case of No. 13 where the inclination angle θ of the axis line A is as large as 65 degrees, and in the case of No. 14 as small as 5 degrees, the bead shape is damaged due to the gravity acting on the molten metal, but this is not a practical problem. It can be seen that in other cases where the angle is within the range of 10° to 60°, hardfacing with a good bead shape and sufficient hardness can be obtained.
In addition, VMS585-B is an Fe-based overlay material.
However, although Nimonic 80A is used as the Ni-based overlay material, it is of course possible to use other overlay materials, and Co-based overlay materials include not only Stellite #32 and #12 but also other overlay materials. , #6 of Example 1, etc. can be used. On the other hand, in the case of comparative examples No. 19 to 21,
In either case, weld cracks or pinholes occurred in the hardfacing portion, or poor fusion occurred, so that a satisfactory hardfacing could not be obtained. Example 3 In the same manner as in Example 1, Stellite #6 spherical powder material (-100 to +350 mesh) was applied to an automobile engine valve material 48 made of SUH3 material with a valve diameter of 40 mm (outer diameter of the bulk portion 52). When hardfacing, the plasma gas supply rate is constant at 1.5/min, the powder carrier gas rate is 5/min, the shielding gas supply rate is 25/min, and the welding current is set to two types: 80A and 150A. However, the relationship between the nozzle diameter D 1 and the groove width D 2 under different welding currents was evaluated using the bead shape of the hardfacing part, and the results are shown in FIG. In addition, hardfacing was performed in the same manner as above except that the welding current was kept constant at 100A and the plasma gas supply rate was set to two types, 1.0/min and 1.8/min. The relationship between the nozzle diameter D 1 and the groove width D 2 under the gas supply amount was evaluated based on the bead shape of the hardfacing portion, and the results are shown in FIG. 3. Regarding the symbols in Figures 2 and 3, the ○ mark indicates that the bead shape of the hardfacing part was good, and the △ mark indicates that the bead shape is slightly impaired, but it can be used practically. In addition, the x mark indicates that the bead shape of the hardfacing portion was poor. As is clear from the results shown in FIGS. 2 and 3, the relationship between the nozzle diameter D 1 and the groove width D 2 can be seen from the welding conditions' current and plasma gas supply amount. Despite the changes, under the conditions of 0.6D 2 ≦D 1 ≦1.2D 2 according to the present invention, it was possible to obtain a good hardfacing part with excellent properties.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を好適に実施し得る装置の一例
を説明する図である。第2図は、実施例3におい
て得られた、異なる溶接電流に対するノズル径
D1と開先幅D2との関係を調べた結果を示すグラ
フである。第3図は、実施例3において得られ
た、異なるプラズマガス供給量に対するノズル径
D1と開先幅D2との関係を調べた結果を示すグラ
フである。 10:プラズマアークトーチ、38:ノズル、
48:エンジンバルブ素材、D1:ノズル径、
D2:開先幅、θ:傾斜角度。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an apparatus that can suitably implement the present invention. Figure 2 shows the nozzle diameter for different welding currents obtained in Example 3.
It is a graph showing the result of investigating the relationship between D1 and groove width D2 . Figure 3 shows the nozzle diameter for different plasma gas supply amounts obtained in Example 3.
It is a graph showing the result of investigating the relationship between D1 and groove width D2 . 10: Plasma arc torch, 38: Nozzle,
48: Engine valve material, D 1 : Nozzle diameter,
D 2 : Groove width, θ: Incline angle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 Fe、Crを主成分とするマルテンサイト系材
料からなるエンジンバルブ素材に硬化肉盛を行つ
て弁フエース面を形成し、目的とするエンジンバ
ルブを製造するに際して、 プラズマアークトーチと前記エンジンバルブ素
材との間にプラズマアークを形成する一方、パウ
ダ搬送ガスによつて所定の粉末材料を前記プラズ
マアーク内に導いて、かかる粉末材料を溶融せし
め、前記エンジンバルブ素材に所定の硬化肉盛を
行うと共に、前記プラズマアークトーチのノズル
径:D1が、該硬化肉盛部の開先幅:D2に対して、
下式: 0.6D2≦D1≦1.2D2 を満足するようにしたことを特徴とするエンジン
バルブの製造方法。 2 前記硬化肉盛の溶接速度を4mm/sec以上と
する特許請求の範囲第1項記載の製造方法。 3 前記エンジンバルブ素材を、その軸線が鉛直
方向に対して10゜〜60゜傾斜した状態で軸線回りに
回転させる一方、その傾斜したエンジンバルブ素
材の上方にプラズマアークトーチを配置して硬化
肉盛を行う特許請求の範囲第1項又は第2項記載
の製造方法。
[Claims] 1. When manufacturing a target engine valve by hardfacing an engine valve material made of a martensitic material containing Fe and Cr as main components to form a valve face surface, plasma arc A plasma arc is formed between the torch and the engine valve material, while a powder carrier gas guides a predetermined powder material into the plasma arc to melt the powder material and form a predetermined powder material on the engine valve material. While performing hardfacing, the nozzle diameter of the plasma arc torch: D1 is set to the groove width of the hardfacing part: D2 ,
A method for manufacturing an engine valve characterized by satisfying the following formula: 0.6D 2 ≦D 1 ≦1.2D 2 . 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the welding speed of the hardfacing is 4 mm/sec or more. 3 The engine valve material is rotated around its axis with its axis inclined at an angle of 10° to 60° with respect to the vertical direction, and a plasma arc torch is placed above the inclined engine valve material to perform hardfacing. The manufacturing method according to claim 1 or 2, which performs the following.
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