JPH07139424A - ピストンクラウンの強化法 - Google Patents
ピストンクラウンの強化法Info
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Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 船舶用エンジン等の主として大型の内燃機関
におけるピストンの燃焼室と相対する部分の機械的強度
を向上させるピストンクラウンの強化法を提供する。 【構成】 内燃機関を構成するピストンクラウン１８の
上面にニッケル基合金をプラズマ粉末溶接法により肉盛
溶接する。
におけるピストンの燃焼室と相対する部分の機械的強度
を向上させるピストンクラウンの強化法を提供する。 【構成】 内燃機関を構成するピストンクラウン１８の
上面にニッケル基合金をプラズマ粉末溶接法により肉盛
溶接する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、船舶用エンジン等の主
として大型の内燃機関におけるピストンの燃焼室と相対
する部分の機械的強度を向上しようとするピストンクラ
ウンの強化法に関するものである。
として大型の内燃機関におけるピストンの燃焼室と相対
する部分の機械的強度を向上しようとするピストンクラ
ウンの強化法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば船舶用大口径エンジンのピストン
クラウンは、燃焼室から受ける高温度，衝撃的大荷重と
いう苛酷な条件に耐えられるような高度な耐熱性および
機械的強度が要求される。
クラウンは、燃焼室から受ける高温度，衝撃的大荷重と
いう苛酷な条件に耐えられるような高度な耐熱性および
機械的強度が要求される。
【０００３】一方、従来から例えばエンジンバルブの耐
熱性，耐摩耗性を改善する手段としてバルブ傘部にチタ
ン基合金等の硬化肉盛材を溶射したり、或いはＭＩＧ
（メタルイナートガス溶接）法，ＳＡＷ（サブマージド
アーク溶接）法，或いはＴＩＧ（ティグイナートガス溶
接）法等の溶接法により合金を肉盛溶接することがなさ
れている。
熱性，耐摩耗性を改善する手段としてバルブ傘部にチタ
ン基合金等の硬化肉盛材を溶射したり、或いはＭＩＧ
（メタルイナートガス溶接）法，ＳＡＷ（サブマージド
アーク溶接）法，或いはＴＩＧ（ティグイナートガス溶
接）法等の溶接法により合金を肉盛溶接することがなさ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記ＭＩＧ法で
は溶接能率を向上しようとして溶接電流を上げると高温
での溶接割れが発生し易くなるために一定以下（いまま
での経験では１８０アンペア以下）の電流でなければな
らず作業能率上の問題がある。またＭＩＧ法においてた
とえ上記のような高温での溶接割れが出ない範囲で溶接
を行なったとしても、ＭＩＧ溶接の特性上母材からのＦ
ｅ（鉄分）希釈が多いという問題がある。例えばニッケ
ル基合金からなる粉末を母材に肉盛溶接すると図４の破
断線にて例示したように母材境界から５ミリ程まではＦ
ｅ希釈率が５％以上にもなるので、耐蝕性を向上させる
ためには溶接肉盛の厚さが５〜１０ミリ程度必要になり
非常にコストが掛かるようになるという問題がある。ま
た、Ｆｅ希釈によりピストンクラウン自体の機械的強度
も低下するという問題もある。
は溶接能率を向上しようとして溶接電流を上げると高温
での溶接割れが発生し易くなるために一定以下（いまま
での経験では１８０アンペア以下）の電流でなければな
らず作業能率上の問題がある。またＭＩＧ法においてた
とえ上記のような高温での溶接割れが出ない範囲で溶接
を行なったとしても、ＭＩＧ溶接の特性上母材からのＦ
ｅ（鉄分）希釈が多いという問題がある。例えばニッケ
ル基合金からなる粉末を母材に肉盛溶接すると図４の破
断線にて例示したように母材境界から５ミリ程まではＦ
ｅ希釈率が５％以上にもなるので、耐蝕性を向上させる
ためには溶接肉盛の厚さが５〜１０ミリ程度必要になり
非常にコストが掛かるようになるという問題がある。ま
た、Ｆｅ希釈によりピストンクラウン自体の機械的強度
も低下するという問題もある。
【０００５】またＳＡＷ法はフィラーメタル（ワイヤ）
を一定に溶融させることが困難で溶接欠陥が発生し易
く、それを防ぐために電流を上げると上記と同様にＦｅ
希釈率が高くなるという問題がある。さらにＴＩＧ法は
大きなピストンクラウンのような数１０Ｋｇもの肉盛を
要する場合では作業能率が悪いので到底実用的でないと
いう問題があった。
を一定に溶融させることが困難で溶接欠陥が発生し易
く、それを防ぐために電流を上げると上記と同様にＦｅ
希釈率が高くなるという問題がある。さらにＴＩＧ法は
大きなピストンクラウンのような数１０Ｋｇもの肉盛を
要する場合では作業能率が悪いので到底実用的でないと
いう問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のピストンクラウ
ンの強化法は上記課題を解決しようとするもので、内燃
機関を構成するピストンクラウンの上面にニッケル基合
金をプラズマ粉末溶接法により肉盛溶接することを特徴
とする。
ンの強化法は上記課題を解決しようとするもので、内燃
機関を構成するピストンクラウンの上面にニッケル基合
金をプラズマ粉末溶接法により肉盛溶接することを特徴
とする。
【０００７】
【作用】プラズマ粉末溶接法（Ｐｌａｓｍａ Ｐｏｗｄ
ｅｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）によるニッケル基合金粉末の肉
盛溶接は、母材からのＦｅ希釈率が低いゆえに肉盛厚さ
が薄くても強度があり肉薄化によるコスト軽減が可能と
なる。
ｅｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）によるニッケル基合金粉末の肉
盛溶接は、母材からのＦｅ希釈率が低いゆえに肉盛厚さ
が薄くても強度があり肉薄化によるコスト軽減が可能と
なる。
【０００８】
【実施例】図１にこのピストンクラウンの強化法におい
て使用される粉末肉盛溶接用トーチの一列を示す。この
プラズマトーチ１は、電源（図示せず）の陰極側と接続
された棒状電極２を中心に配し、この棒状電極２と同心
状にかつ間隔をおいてトーチ内筒３が配設されている。
４はトーチ内筒３の下端にねじ止めされたチップであ
る。トーチ内筒３およびチップ４内には冷却水通路５が
形成され、また棒状電極２とトーチ内筒３との間にはプ
ラズマ作動ガス流通路６が形成してある。さらにこの棒
状電極２とトーチ内筒３との間には整流体８が配設さ
れ、該整流体８にはガス通過孔７が周方向に等間隔で形
成されている。このため上部から供給されたプラズマ作
動ガスは該ガス通過孔７を通過することにより流れが整
流され水平断面において流れが均一化する。そしてトー
チ内筒３の下端にはプラズマアーク拘束ノズル９が形成
されている。
て使用される粉末肉盛溶接用トーチの一列を示す。この
プラズマトーチ１は、電源（図示せず）の陰極側と接続
された棒状電極２を中心に配し、この棒状電極２と同心
状にかつ間隔をおいてトーチ内筒３が配設されている。
４はトーチ内筒３の下端にねじ止めされたチップであ
る。トーチ内筒３およびチップ４内には冷却水通路５が
形成され、また棒状電極２とトーチ内筒３との間にはプ
ラズマ作動ガス流通路６が形成してある。さらにこの棒
状電極２とトーチ内筒３との間には整流体８が配設さ
れ、該整流体８にはガス通過孔７が周方向に等間隔で形
成されている。このため上部から供給されたプラズマ作
動ガスは該ガス通過孔７を通過することにより流れが整
流され水平断面において流れが均一化する。そしてトー
チ内筒３の下端にはプラズマアーク拘束ノズル９が形成
されている。
【０００９】さらにトーチ内筒３の外周にはトーチ外筒
１０が配設され、このトーチ外筒１０の下端部にプラズ
マアーク噴出ノズル１２が形成されている。またトーチ
内筒３とトーチ外筒１０との間に粉末供給路１３が形成
され、粉末供給装置（図示せず）から送給用ガスと共に
搬送されて来た肉盛溶接用粉末１４をプラズマアーク中
に供給できるようになっている。１５はトーチ外筒１０
のノズル部分に形成された冷却水通路である。さらに、
トーチ外筒１０の下端部には前記プラズマアーク噴出ノ
ズル１２と同心状にガスレンズ１６が設けてあり、シー
ルドガス供給路１７から供給されるシールドガスがプラ
ズマアークの周囲を均一に覆う。
１０が配設され、このトーチ外筒１０の下端部にプラズ
マアーク噴出ノズル１２が形成されている。またトーチ
内筒３とトーチ外筒１０との間に粉末供給路１３が形成
され、粉末供給装置（図示せず）から送給用ガスと共に
搬送されて来た肉盛溶接用粉末１４をプラズマアーク中
に供給できるようになっている。１５はトーチ外筒１０
のノズル部分に形成された冷却水通路である。さらに、
トーチ外筒１０の下端部には前記プラズマアーク噴出ノ
ズル１２と同心状にガスレンズ１６が設けてあり、シー
ルドガス供給路１７から供給されるシールドガスがプラ
ズマアークの周囲を均一に覆う。
【００１０】肉盛溶接用粉末には耐熱性，耐摩耗性に優
れたニッケル基合金が使用される。例えば市販のニッケ
ル基合金粉末であるインコネル６２５（商標）は、ニッ
ケル６１％，クロム２１．４％，モリブデン８．８％，
鉄３．９％，ニオブ・タンタル３．５％からなるが、他
のニッケル基合金，或いはステライト等のコバルト基合
金を使用してもよい。
れたニッケル基合金が使用される。例えば市販のニッケ
ル基合金粉末であるインコネル６２５（商標）は、ニッ
ケル６１％，クロム２１．４％，モリブデン８．８％，
鉄３．９％，ニオブ・タンタル３．５％からなるが、他
のニッケル基合金，或いはステライト等のコバルト基合
金を使用してもよい。
【００１１】上記プラズマ作動ガスおよび粉末送給ガス
としては、アルゴン，窒素等の不活性ガスが使用され
る。図２，図３に上記プラズマトーチ１を用いて上面に
肉盛溶接をした直経７００ミリ程の大型のピストンクラ
ウンを示す。溶接に際しては燃焼室と相対する該ピスト
ンクラウン１８の上面に上記プラズマトーチ１を対峙さ
せ、棒状電極２に電源の陰極、ピストンクラウン１８に
陽極を夫々接続し、プラズマ作動ガスを供給して棒状電
極２とピストンクラウン１８上面との間でプラズマアー
クを発生させると同時に肉盛溶接用粉末１４を粉末送給
ガスにより該プラズマアーク中に供給して溶融させピス
トンクラウン１８上面に厚さ２ミリ程度の溶接ビード１
９を溶着形成させる。そしてその最中にピストンクラウ
ン１８をゆっくり回転させることによりピストンクラウ
ン１８の上面に環状の溶接ビード１９を内周部から外周
部にわたり多数条形成し、該ピストンクラウン１８の該
上面を該溶接ビード１９により被覆する。
としては、アルゴン，窒素等の不活性ガスが使用され
る。図２，図３に上記プラズマトーチ１を用いて上面に
肉盛溶接をした直経７００ミリ程の大型のピストンクラ
ウンを示す。溶接に際しては燃焼室と相対する該ピスト
ンクラウン１８の上面に上記プラズマトーチ１を対峙さ
せ、棒状電極２に電源の陰極、ピストンクラウン１８に
陽極を夫々接続し、プラズマ作動ガスを供給して棒状電
極２とピストンクラウン１８上面との間でプラズマアー
クを発生させると同時に肉盛溶接用粉末１４を粉末送給
ガスにより該プラズマアーク中に供給して溶融させピス
トンクラウン１８上面に厚さ２ミリ程度の溶接ビード１
９を溶着形成させる。そしてその最中にピストンクラウ
ン１８をゆっくり回転させることによりピストンクラウ
ン１８の上面に環状の溶接ビード１９を内周部から外周
部にわたり多数条形成し、該ピストンクラウン１８の該
上面を該溶接ビード１９により被覆する。
【００１２】このようなプラズマ粉末溶接法による肉盛
溶接では、溶接ビード１９中への母材であるピストンク
ラウン１８中のＦｅ希釈率を図４にＭＩＧ法の場合と同
一条件にて比較して示したように、母材境界からの距離
が２〜３ミリですでに５％以下になって非常に少なくで
きる。このため肉盛厚さは２〜３ミリ程度で充分なる耐
熱性を得ることができる。
溶接では、溶接ビード１９中への母材であるピストンク
ラウン１８中のＦｅ希釈率を図４にＭＩＧ法の場合と同
一条件にて比較して示したように、母材境界からの距離
が２〜３ミリですでに５％以下になって非常に少なくで
きる。このため肉盛厚さは２〜３ミリ程度で充分なる耐
熱性を得ることができる。
【００１３】
【発明の効果】このように本発明によれば、母材からの
Ｆｅ希釈率が低いゆえに必要な肉盛厚さを薄くできる。
このため溶接資材および所要時間が軽減され低コストで
高品質なピストンクラウンを製作し得る効果がある。
Ｆｅ希釈率が低いゆえに必要な肉盛厚さを薄くできる。
このため溶接資材および所要時間が軽減され低コストで
高品質なピストンクラウンを製作し得る効果がある。
【図１】プラズマトーチの縦断面図。
【図２】ピストンクラウンの斜視図。
【図３】図２の縦断面図。
【図４】Ｆｅ希釈率の比較線図。
１ プラズマトーチ １８ ピストンクラウン １９ 溶接ビ−ド
フロントページの続き (72)発明者 田中 宏 神奈川県秦野市曽屋518 日鍛バルブ株式 会社秦野製作所内 (72)発明者 中尾 健二郎 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 日下 俊弘 愛知県丹羽郡扶桑町大字南山名字神地53
Claims (1)
- 【請求項１】 内燃機関を構成するピストンクラウンの
上面にニッケル基合金をプラズマ粉末溶接法により肉盛
溶接することを特徴としたピストンクラウンの強化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113593A JPH07139424A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | ピストンクラウンの強化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113593A JPH07139424A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | ピストンクラウンの強化法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07139424A true JPH07139424A (ja) | 1995-05-30 |
Family
ID=13451840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7113593A Pending JPH07139424A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | ピストンクラウンの強化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07139424A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015518536A (ja) * | 2012-03-28 | 2015-07-02 | マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテルハフツングＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ | アルミニウムピストンの製造方法 |
| JP2017508918A (ja) * | 2014-03-03 | 2017-03-30 | フェデラル−モーグル コーポレイション | 付加加工が燃焼ボウル周縁および冷却ギャラリーを製造することを特徴とする１部品ピストン |
| CN111286693A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-06-16 | 天津大学 | 一种用于集束等离子喷枪的微孔阳极及集束等离子喷涂方法 |
| WO2022140722A3 (en) * | 2020-11-20 | 2022-11-03 | Cummins Inc. | Piston including superalloy based overlay, and method of manufacturing a piston for a reciprocating piston engine |
-
1993
- 1993-03-05 JP JP7113593A patent/JPH07139424A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015518536A (ja) * | 2012-03-28 | 2015-07-02 | マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテルハフツングＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ | アルミニウムピストンの製造方法 |
| JP2017508918A (ja) * | 2014-03-03 | 2017-03-30 | フェデラル−モーグル コーポレイション | 付加加工が燃焼ボウル周縁および冷却ギャラリーを製造することを特徴とする１部品ピストン |
| US10443536B2 (en) | 2014-03-03 | 2019-10-15 | Tenneco Inc. | One-piece piston featuring addictive machining produced combustion bowl rim and cooling gallery |
| CN111286693A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-06-16 | 天津大学 | 一种用于集束等离子喷枪的微孔阳极及集束等离子喷涂方法 |
| WO2022140722A3 (en) * | 2020-11-20 | 2022-11-03 | Cummins Inc. | Piston including superalloy based overlay, and method of manufacturing a piston for a reciprocating piston engine |
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