JPH0639561A - 電子ビーム溶接装置 - Google Patents

電子ビーム溶接装置

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JPH0639561A
JPH0639561A JP11128593A JP11128593A JPH0639561A JP H0639561 A JPH0639561 A JP H0639561A JP 11128593 A JP11128593 A JP 11128593A JP 11128593 A JP11128593 A JP 11128593A JP H0639561 A JPH0639561 A JP H0639561A
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JP
Japan
Prior art keywords
electron beam
alloy layer
piston head
deflection
welded
Prior art date
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Pending
Application number
JP11128593A
Other languages
English (en)
Inventor
Masao Ota
正雄 大田
Shigeru Kubo
茂 久保
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0639561A publication Critical patent/JPH0639561A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 施すべき加工の形状に対応した合金層を形成
することができる電子ビーム溶接装置を提供する。 【構成】 金属母材1の表面に被溶接金属材6を置き、
加速、収束を行なった電子ビームを照射して被溶接金属
材6とその近傍の金属母材1とを溶融し、金属母材1に
被溶接金属材6との合金層を形成する電子ビーム溶接装
置において、合金層に施す加工の形状に対応して電子ビ
ームを一方向に偏向することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば、シリンダ内を
往復動するピストンのリング溝の耐摩耗性を高めるため
リング溝の近傍に再溶融処理により合金層を形成するの
に用いる電子ビーム溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は従来より普遍の電子ビーム溶接装
置を用いてリング溝の部分に合金層を形成したピストン
を示す断面図であり実開昭62−72457 号公報に開示され
ている。また、図7は図6の要部を拡大して示した断面
図である。図6と図7において、1はアルミニウム合金
からなるピストンヘッド、2はピストンヘッド1の外周
面に2本設けたリング溝で圧力リングを嵌める。2aは
リング溝2の上側壁、2bはリング溝2の下側壁、2c
はリング溝2の底壁、3はピストンヘッド1の外周面に
設けたリング溝で油かきリングを嵌める。4はリング溝
2の近傍に形成した金属母材のアルミニウム合金と被溶
接金属材の銅との合金層である。
【0003】シリンダ内を高速で往復動するピストンは
ピストンヘッド1の外周面に設けたリング溝2,3に十
分な耐摩耗性を備えねばならないが、アルミニウム合金
の鋳物からなるピストンヘッド1の外周面に機械加工に
よりリング溝2,3を設けただけでは十分な耐摩耗性を
得ることは困難である。そこで、リング溝2,3の近傍
に電子ビームの再溶融処理によって例えば、アルミニウ
ムと銅を主体とする合金層4を形成し(図7にはリング
溝2の1つだけを示し、以後これについて説明する)、
この合金層4を急冷することによって高い耐摩耗性を得
ることが行なわれている。まず、金属母材のアルミニウ
ム合金からなるピストンヘッド1の外周面でリング溝2
を設けるべきところに予め嵌合溝を機械加工し、この嵌
合溝に被溶接金属材の銅の線條を嵌め入れてピストンヘ
ッド1を回転させながら電子ビームを照射する。銅の線
條とピストンヘッド1のその近傍は電子の衝突によるエ
ネルギ変換で高温に加熱されて溶融し、アルミニウム合
金と銅とが冶金学的に結合して主にアルミニウムと銅か
らなる合金層4が形成される。この合金層4は電子ビー
ムの照射が終わると空気中で急冷されて耐摩耗性が極め
て高くなり、そこに機械加工を施して所定のリング溝2
を設けると、その上側壁2a、下側壁2bの耐摩耗性が
著しく改善される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム溶接
装置は電子ビームの加速によりビームエネルギを増加さ
せ、また電子ビームの収束によりビームエネルギを集中
させてエネルギ密度の高い溶接、すなわち、溶接幅の狭
い、深溶け込みの溶接が可能であり、アルミニウム合金
からなるピストンヘッド1の外周面に設けた嵌合溝に銅
の線條を嵌め入れて電子ビームを照射し溶融させると、
その溶け込み部分、したがって、合金層4がワインカッ
プ形状になり、これに機械加工を施して所定のリング溝
2を設けると、例えば、リング溝2の底壁2cに十分な
耐摩耗性が得られない可能性があると云う技術的課題が
あった。
【0005】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、リング溝の形状に対応した合金層
を形成することができる電子ビーム溶接装置の提供をそ
の目的とし、さらに、アルミニウム合金と銅の溶融池に
発生するガスを抜けやすくしてブローホールの少ない合
金層を能率よく形成することができる電子ビーム溶接装
置を提供することも目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電子ビー
ム溶接装置は金属母材の表面に被溶接金属材を置き、加
速、収束を行なった電子ビームを照射して被溶接金属材
とその近傍の金属母材とを溶融し、金属母材に被溶接金
属材との合金層を形成する電子ビーム溶接装置におい
て、合金層に施す加工の形状に対応して電子ビームを一
方向に偏向する。
【0007】また、合金層に施す加工の形状に対応して
電子ビームを一方向に偏向し、かつ、その方向に直交し
て電子ビームを複数位置に変位させる偏向を行なう。
【0008】
【作用】この発明における電子ビームの一方向の偏向は
施すべき加工の形状に対応した合金層にする。
【0009】また、電子ビームの一方向の偏向とその方
向に直交して電子ビームを複数位置に変位させる偏向は
溶融池を拡大して、施すべき加工の形状に対応した合金
層にする。
【0010】
【実施例】
実施例1.図1はこの発明の一実施例を示す概念図であ
り、図において、1はすでに説明した金属母材のアルミ
ニウム合金からなるピストンヘッド、5はピストンヘッ
ド1の外周面に設けた嵌合溝、6は嵌合溝5に嵌め入れ
た被溶接金属材の銅の線條、11は電子銃(図示せず)か
ら発射した電子ビームを収束する収束コイル、12は収束
コイル11で収束した電子ビームを嵌合溝5に嵌め入れた
銅の線條6を直角に横切る方向に偏向させる偏向コイ
ル、13は偏向コイル12に印加する偏向信号を発生する偏
向信号発生器である。また、図2は偏向信号発生器12で
発生する偏向信号を示す波形図であり、(A) は3つの位
置に変位させる矩形波信号、(B) は矩形波信号に重畳す
る三角波信号、(C) は矩形波信号に三角波信号を重畳し
た偏向信号である。さらに、図3はピストンヘッド1に
形成した合金層7,8の形状を示す断面図であり、(A)
は矩形波信号により電子ビームを3つの位置に変位させ
たときの合金層7の形状、(B) は矩形波信号に三角波信
号を重畳した偏向信号により電子ビームを偏向させたと
きの合金層8の形状である。
【0011】この実施例は図1のとおり構成されてお
り、アルミニウム合金からなるピストンヘッド1の外周
面でリング溝2(図6,図7を参照)を設けるべきとこ
ろに予め嵌合溝5を機械加工し、この嵌合溝5に銅の線
條6を嵌め入れる。この銅の線條6を嵌め入れたピスト
ンヘッド1を回転させながら電子銃(図示せず)から発
射した電子ビームを収束コイル11で収束し、偏向コイル
12で銅の線條6を横切る方向に偏向させながら照射す
る。これにより、銅の線條6とピストンヘッド1の嵌合
溝5の近傍は電子の衝突によるエネルギ変換で高温に加
熱されて溶融し、アルミニウム合金と銅とが冶金学的に
結合して主にアルミニウムと銅からなる合金層7,8
(図3(A)(B)を参照)が形成される。この際、偏向信号
発生器13から偏向コイル12に矩形波信号(図2(A) を参
照)を印加すれば、図3(A) に示す断面形状の合金層7
となるが、所期の目的を達成するため、矩形波信号(図
2(A) を参照)に三角波信号(図2(B) を参照)を重畳
した偏向信号(図2(C) を参照)を印加して図3(B) に
示す断面形状の合金層8を得る。この合金層8はそこに
機械加工するリング溝2の形状に対応したものである。
なお、図3(B) の矢示は三角波信号による電子ビームの
偏向を意味する。この実施例で実際に合金層8を形成し
たときの諸条件を次に列記する。 電子銃の陰極と陽極の間に印加する加速電圧:40〜60KV 電子銃の出力:3〜6KW ピストンヘッド1の回転速度(外周面において):0.
6 〜1.0m/min 矩形波信号の周波数:100Hz 矩形波信号による偏向距離(ピストンヘッド1の外周面
において):±3mm 三角波信号の周波数:1KHz 三角波信号による偏向距離(ピストンヘッド1の外周面
において):±0.3 〜±0.6 mm 収束コイル11からピストンヘッド1の外周面までの距
離:200 〜400mm
【0012】実施例2.実施例1ではピストンヘッド1
に設けた嵌合溝5に銅の線條6を嵌め入れ、ピストンヘ
ッド1を回転させながら収束コイル11で収束した電子ビ
ームを偏向コイル12で一方向の銅の線條6を横切る方向
に偏向させて照射し、銅の線條6とピストンヘッド1の
嵌合溝5の近傍を溶融して合金層8を形成したが、電子
ビームの照射が過ぎると空気中で急冷されて溶融池に発
生するガスが抜けきらないうちに急速に凝固するので、
ガスを十分除去してブローホールの少ない合金層8を得
るには、ピストンヘッド1を何回も回転させて合金層8
を形成しなければならない。図4はこの発明の他の実施
例を示す概念図で、(A) と(B) は互に直角方向からみた
関係にある。この実施例では収束コイル11で収束した電
子ビームを偏向コイル12で銅の線條6を横切る方向に偏
向させるとともに、偏向コイル22でその方向と直交する
ピストンヘッド1の外周円の接線方向に変位させる偏向
を行なう。偏向コイル12には偏向信号発生器23から三角
波信号(図5(A) を参照) を印加し(実施例1では偏向
コイル12に図2(C) の偏向信号を印加したが、この実施
例では図2(A) の矩形波信号とほぼ同じ周波数の図5
(A) の三角波信号を印加する)、偏向コイル22には偏向
信号発生器23から矩形波信号(図5(B) を参照) を印加
するので、電子ビームは銅の線條6を直角に横切る方向
の偏向とその方向に直交して2つの位置に変位する偏向
を同時に受ける。したがって、銅の線條6とピストンヘ
ッド1の嵌合溝5の近傍を溶融して形成される合金層の
断面形状は図3(B)に示すものに類似し、しかも、矩形
波信号(図5(B) を参照) のプラス側波形の周期とマイ
ナス側波形の周期を例えば、70:30にして、ピストンヘ
ッド1の回転方向前方の照射(図4(A) で左側の照射)
と後方の照射(図4(A) で右側の照射)による電子ビー
ムエネルギの注入割合を70:30にし、前方の照射で溶融
して未だ凝固しない状態で再び、後方の照射を受けて溶
融するので、溶融池の幅が拡大してガスが抜けやすくな
り、ピストンヘッド1の回転回数を少なくしてブローホ
ールの少ない合金層8を形成することができる。この実
施例で実際に合金層を形成したときの諸條件を次に列記
する。 電子銃の陰極と陽極の間に印加する加速電圧:40〜60KV 電子銃の出力:3〜6KW ピストンヘッド1の回転速度(外周面において):0.6
〜1.0m/min 合金層を形成するのに必要なピストンヘッド1の回転回
数:1〜2回転 三角波信号の周波数:50〜100 Hz 三角波信号による偏向距離(ピストンヘッド1の外周面
において):±3〜±5mm 矩形波信号の周波数:300 〜800 Hz 矩形波信号のプラス側波形とマイナス側波形の周期比
率:70:30〜95:5 収束コイル11からピストンヘッド1の外周面までの距
離:200 〜400mm
【0013】実施例1と実施例2ではアルミニウム合金
からなるピストンヘッド1のリング溝2を加工するとこ
ろに主にアルミニウムと銅からなる合金層を形成した
が、これに限らず、局部的に摩耗生を高める必要がある
ものであれば、この発明による電子ビーム溶接装置を適
用することが可能である。
【0014】
【発明の効果】以上発明した通り、この発明によれば、
合金層に施す加工の形状に対応して電子ビームを一方向
に偏向して照射し、被溶接金属材とその近傍の金属母材
とを溶融して合金層を形成するので、所期の形状の合金
層を得られる効果がある。
【0015】また、合金層に施す加工の形状に対応して
電子ビームを一方向に偏向し、かつ、その方向に直交し
て電子ビームを複数位置に変位させる偏向を行なうの
で、被溶接金属材とその近傍の金属母材との溶融池が拡
大してガスが抜けやすくなり、ブローホールの少ない合
金層を能率よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示す概念図である。
【図2】偏向信号を示す波形図である。
【図3】合金層の形状を示す断面図である。
【図4】この発明の実施例2を示す概念図である。
【図5】偏向信号を示す波形図である。
【図6】従来の電子ビーム溶接装置を用いて合金層を形
成したピストンを示す断面図である。
【図7】図6の要部を拡大して示した断面図である。
【符号の説明】
1 ピストンヘッド 2 リング溝 5 嵌合溝 6 銅の線條 7 合金層 8 合金層 11 収束コイル 12 偏向コイル 13 偏向信号発生器 22 偏向コイル 23 偏向信号発生器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属母材の表面に被溶接金属材を置き、
    加速、収束を行なった電子ビームを照射して上記被溶接
    金属材とその近傍の上記金属母材とを溶融し、上記金属
    母材に上記被溶接金属材との合金層を形成する電子ビー
    ム溶接装置において、上記合金層に施す加工の形状に対
    応して上記電子ビームを一方向に偏向することを特徴と
    する電子ビーム溶接装置。
  2. 【請求項2】 金属母材の表面に被溶接金属材を置き、
    加速、収束を行なった電子ビームを照射して上記被溶接
    金属材とその近傍の上記金属母材とを溶融し、上記金属
    母材に上記被溶接金属材との合金層を形成する電子ビー
    ム溶接装置において、上記合金層に施す加工の形状に対
    応して上記電子ビームを一方向に偏向し、かつ、上記方
    向に直交して上記電子ビームを複数位置に変位させる偏
    向を行なうことを特徴とする電子ビーム溶接装置。
JP11128593A 1992-05-26 1993-05-13 電子ビーム溶接装置 Pending JPH0639561A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11128593A JPH0639561A (ja) 1992-05-26 1993-05-13 電子ビーム溶接装置

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4-133467 1992-05-26
JP13346792 1992-05-26
JP11128593A JPH0639561A (ja) 1992-05-26 1993-05-13 電子ビーム溶接装置

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JPH0639561A true JPH0639561A (ja) 1994-02-15

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ID=26450713

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JP11128593A Pending JPH0639561A (ja) 1992-05-26 1993-05-13 電子ビーム溶接装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013111612A (ja) * 2011-11-29 2013-06-10 Mitsubishi Electric Corp 電子ビーム合金化加工方法
JPWO2013099219A1 (ja) * 2011-12-27 2015-04-30 Jfeスチール株式会社 方向性電磁鋼板の鉄損改善装置

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