KR100633606B1

KR100633606B1 - Method for welding stainless exhaust manifold

Info

Publication number: KR100633606B1
Application number: KR1020040090246A
Authority: KR
Inventors: 권순용
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-10-11
Also published as: KR20060040958A

Abstract

본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테인리스 배기메니폴드의 런너 파이프와 플랜지간의 용접 구조 및 방법을 달리 적용하여, 배기가스의 흐름성을 높이는 동시에 런너 파이프와 플랜지간의 용접부 강도를 증대시킬 수 있도록 한 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a welding method of stainless steel exhaust manifold, and more particularly, by differently applying a welding structure and method between the runner pipe and the flange of the stainless steel exhaust manifold to increase the flowability of the exhaust gas and at the same time, the weld portion strength between the runner pipe and the flange It relates to a welding method of a stainless exhaust manifold to increase the.

이를 위해, 본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 있어서, 엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목한 가공면이 되도록 가공하는 단계와; 상기 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 삽입시켜 상기 오목한 가공면에 밀착되게 확관시키는 단계와; 상기 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 제공한다.To this end, the present invention provides a welding method for a stainless steel exhaust manifold, comprising the steps of: machining an inner diameter surface of an engine head flange to be a concave processing surface; Inserting one end of a runner pipe into the concave processing surface and expanding the tube in close contact with the concave processing surface; And arc welding between one end of the expanded runner pipe and a concave processing surface of the engine head flange.

스테인리스 배기메니폴드, 용접 방법, 엔진헤드부 플랜지, 런너 파이프Stainless exhaust manifold, welding method, engine head flange, runner pipe

Description

Method for welding stainless exhaust manifold

도 1은 본 발명에 따른 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 순서대로 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing a welding method of a stainless exhaust manifold according to the present invention in order;

도 2a,2b는 종래의 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 설명하는 단면도,2A and 2B are cross-sectional views illustrating a welding method of a conventional stainless exhaust manifold;

도 3은 종래의 스테인리스 배기메니폴드의 용접부를 보여주는 사진,Figure 3 is a photograph showing a welded portion of a conventional stainless steel exhaust manifold,

도 4는 스테인리스 배기메니폴드를 보여주는 사진.Figure 4 is a photograph showing a stainless exhaust manifold.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 엔진헤드부 플랜지 12 : 런너 파이프10: engine head flange 12: runner pipe

14 : 오목한 가공면14: concave machining surface

최근에는 엔진 출력 증가 및 연비향상 등으로 배기가스의 온도가 상승하는 추세에 있는 바, 이에 기존의 주철 배기메니폴드로는 대응에 한계가 있고, 또한 배기가스 규제에 대한 대응으로 라이트 오프 타임(light off time) 감소가 요구되어, 스테인리스 배기메니폴드의 적용이 확대되고 있는 추세에 있다.Recently, the temperature of the exhaust gas is increasing due to the increase in engine power and fuel efficiency. Therefore, the existing cast iron exhaust manifold has a limitation in response, and the light off time in response to the exhaust gas regulation is limited. Due to the reduction of time, the application of stainless exhaust manifolds is increasing.

상기 스테인리스 배기메니폴드는 주철 대비 다음과 같은 장점을 갖는다.The stainless exhaust manifold has the following advantages over cast iron.

첫째, 차량 및 엔진성능에 영향을 주는 배기 메니폴드의 인자는 중량, 런너부 곡률, 런너부 합류부 형상에 있고, 이러한 인자들로 인해 배압 및 배기 간섭이 달리지는 바, 스테인리스 배기메니폴드는 주철품보다 중량 50% 이상 적고, 내부 배압이 작은 장점이 있다.First, the factors of the exhaust manifold that affect the vehicle and engine performance are weight, runner curvature and runner confluence shape, and these factors cause back pressure and exhaust interference. Less than 50% by weight, there is a small internal back pressure.

둘째, 소재의 두께(주철 두께 4∼5mm, 스테인리스 두께 2.0mm 이하)에 의해 좌우되는 열용량의 차이로 촉매의 활성화 시간이 단축(주철 25초, 스테인리스 15초)되는 바, 주철 대비 스테인리스가 보다 열방출 효과가 더욱 우수하다.Second, the activation time of the catalyst is shortened (25 seconds of cast iron and 15 seconds of stainless steel) due to the difference in heat capacity depending on the thickness of the material (4-5 mm of cast iron and 2.0 mm of stainless steel). The release effect is more excellent.

셋째, 주철 대비 스테인리스는 열피로 강도, 고온강도, 내산화성이 우수한 장점이 있다.Third, stainless steel has advantages over heat fatigue strength, high temperature strength, and oxidation resistance.

이러한 이유로 최근에는 주철보다 스테인리스 배기메니폴드가 적용되고 있는 추세에 있다,For this reason, stainless steel exhaust manifolds have recently been applied rather than cast iron.

상기 스테인리스 배기메니폴드는 첨부한 도 4의 사진에서 보는 바와 같이, 단관으로 되어 있는 콜렉터(collector)부(재질:스테인리스)와, 이 콜렉터부로부터 분기된 런너 파이프(runner pipe)(재질:스테인리스)와, 상기 콜렉트부의 출구측에 결합되는 콜렉트부 플랜지(재질:일반강재 SPHC)와, 상기 런너 파이프와 결합되는 엔진헤드부 플랜지(재질:일반강재 SPHC)로 구성되어 있다.As shown in the attached photograph of FIG. 4, the stainless exhaust manifold includes a collector portion (material: stainless steel) formed of a single pipe, and a runner pipe (material: stainless steel) branched from the collector portion. And a collector flange (material: general steel SPHC) coupled to the outlet side of the collector, and an engine head flange (material: ordinary steel SPHC) coupled to the runner pipe.

상기 런너 파이프와 엔진헤드부 플랜지는 아크용접으로 서로 접합되는데, 그 단면 형상은 첨부한 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같다.The runner pipe and the engine head flange are joined to each other by arc welding, and the cross-sectional shape thereof is as shown in FIGS. 2 to 3.

즉, 상기 엔진헤드부 플랜지(10)의 내경면에 상기 런너 파이프(12)의 외경면이 밀착되도록 그 일단을 삽입시킨 다음, 상기 런너 파이프(12)의 일단끝과 그 아래쪽에 인접된 엔진헤드부 플랜지(10)의 내경면간을 아크 용접으로 용접시키게 된다.That is, one end of the runner pipe 12 is inserted into the inner diameter surface of the engine head flange 10 such that the outer diameter surface of the runner pipe 12 is in close contact with each other, and the engine head adjacent to one end of the runner pipe 12 and the lower side thereof. Between the inner diameter surface of the sub-flange 10 is welded by arc welding.

이때, 상기 런너 파이프(12)와 엔진헤드부 플랜지(10)간의 용접 형상을 보면, 런너 파이프(12)의 내경면쪽으로 용접부가 볼록하게 돌출된 형상을 갖게 된다(도 2a 참조).At this time, when the weld shape between the runner pipe 12 and the engine head flange 10 is viewed, the welded portion protrudes convexly toward the inner diameter surface of the runner pipe 12 (see FIG. 2A).

이렇게 상기 아크 용접부가 볼록하게 돌출 형성되면, 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 방해하는 요소로 작용하게 되는 문제점이 있다.If the arc welding is convexly formed in this way, there is a problem that acts as an element that obstructs the flow of exhaust gas discharged from the engine.

보다 상세하게는, 상기 아크 용접부가 런너 파이프에서 돌출 형성됨에 따라, 런너 파이프 직경이 좁아지게 되고, 결국 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유동흐름에 방해 요소로 작용하여 엔진 출력을 감소시키는 원인이 된다.More specifically, as the arc welding portion protrudes from the runner pipe, the diameter of the runner pipe becomes narrow, which in turn acts as an obstacle to the flow of exhaust gas discharged from the engine, thereby reducing engine output.

이에, 상기 런너 파이프쪽으로 돌출된 아크 용접부를 첨부한 도 2b에 도시된 바와 같이 가공하여 제거하게 되면, 용접강도가 떨어지는 문제점이 있기 때문에 현재는 돌출된 용접부를 가공하지 않고 사용하고 있다.Thus, when the processing is removed as shown in Figure 2b attached to the arc welding portion protruding toward the runner pipe, there is a problem that the welding strength is lowered, and is currently used without processing the protruding weld.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목하게 가공하고, 이 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 확관시킨 다음, 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접함으로써, 배기가스 유동흐름을 원할하게 유도할 수 있고, 용접강도를 크게 향상시킬 수 있도록 한 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in order to solve the above problems, the inner diameter surface of the engine head flange is concave, and one end of the runner pipe is expanded to the concave processing surface, and then one end of the expanded runner pipe and the engine It is an object of the present invention to provide a method for welding stainless steel exhaust manifolds by arc welding between the concave working surfaces of the head flanges to smoothly induce exhaust gas flow and to greatly improve the welding strength.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 있어서, 엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목한 가공면이 되도록 가공하는 단계와; 상기 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 삽입시켜 상기 오목한 가공면에 밀착되게 확관시키는 단계와; 상기 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a welding method of a stainless exhaust manifold, the method comprising: machining an inner diameter surface of an engine head flange to be a concave processing surface; Inserting one end of a runner pipe into the concave processing surface and expanding the tube in close contact with the concave processing surface; And arc welding between one end of the expanded runner pipe and a concave processing surface of the engine head flange.

바람직한 실시예로서, 상기 오목한 가공면의 최대직경(상하끝단)과 최소직경(중앙부분)의 차이는 1∼10% 로 한정되는 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment, the difference between the maximum diameter (up and down) and the minimum diameter (center) of the concave processing surface is limited to 1 to 10%.

더욱 바람직한 실시예로서, 상기 플랜지의 총깊이에 대한 런너 파이프의 삽입깊이는 용접을 위해 상기 오목한 가공면이 노출되도록 10%∼80%로 한정되는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the insertion depth of the runner pipe with respect to the total depth of the flange is characterized in that it is limited to 10% to 80% to expose the concave processing surface for welding.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 순서대로 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view sequentially showing a welding method of a stainless exhaust manifold according to the present invention.

본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 런너 파이프와 플랜지간의 용접 구조 및 방법을 달리 적용하여, 배기가스의 흐름성을 높이는 동시에 런너 파이프와 플랜지간의 용접부 강도를 증대시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention has a main point in that the welding structure and method between the runner pipe and the flange of the stainless exhaust manifold are applied differently, thereby increasing the flowability of the exhaust gas and increasing the weld strength between the runner pipe and the flange.

본 발명의 용접 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.Referring to the welding method of the present invention in order as follows.

우선, 엔진헤드부 플랜지(10)의 내경면을 오목한 가공면(14)이 되도록 가공하는 단계가 진행된다.First, the step of processing the inner diameter surface of the engine head flange 10 to be a concave working surface 14 is performed.

이때, 상기 오목한 가공면(14)의 최대직경(오목한 가공면의 상하끝단부)과 최소직경(오목한 가공면의 중앙부분)의 차이는 1∼10%로 한정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 1% 미만에서는 기존과 같이 용접부에 의한 유동가스 흐름 방해가 있으며, 10%를 초과하게 되면 런너 파이프의 원주방향 신율(두께 감소율과 동일)이 3.14×10% = 31.4%가 되어 일반적인 배기 매니폴드의 최대 두께 감소율 허용량 30%를 초과하게 되므로 바람직하지 않다. At this time, it is preferable to limit the difference between the maximum diameter (up and down ends of the concave working surface) and the minimum diameter (the central portion of the concave working surface) of the concave working surface 14 to 1 to 10%.
For example, if less than 1%, there is a disturbance of flow gas flow by the welded part, and if it exceeds 10%, the circumferential elongation of the runner pipe (same as the thickness reduction rate) becomes 3.14 × 10% = 31.4%. It is not preferable because the maximum thickness reduction rate of the exhaust manifold exceeds 30%.

다음으로, 상기 엔진헤드부 플랜지(10)내에 런너 파이프(12)의 일단을 삽입시킨 다음, 삽입된 런너 파이프(12)의 일단을 상기 오목한 가공면(14)에 밀착되게 확관시키는 단계가 진행된다.Next, a step of inserting one end of the runner pipe 12 into the engine head flange 10 and then expanding one end of the inserted runner pipe 12 in close contact with the concave processing surface 14 is performed. .

이때, 상기 엔진헤드부 플랜지(10)의 총깊이에 대한 런너 파이프(12)의 삽입깊이는 10%∼80%로 한정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 런너 파이프의 삽입 깊이 10% 미만에서는 플랜지와 런너 파이프의 오버랩(Overlap) 면이 작아져 본 발명에서 얻고자 하는 접합강도를 확보하기가 어려우며, 또한 런너 파이프의 삽입 깊이가 80%를 초과하게 되면 용접부가 플랜지 끝단부와 가까워져 용접부에 의해 유동가스의 흐름이 방해를 받게 된다. At this time, the insertion depth of the runner pipe 12 with respect to the total depth of the engine head flange 10 is preferably limited to 10% to 80%.
For example, when the depth of insertion of the runner pipe is less than 10%, the overlap surface of the flange and the runner pipe becomes small, making it difficult to secure the joint strength desired by the present invention, and the insertion depth of the runner pipe is 80%. When exceeded, the welded portion is brought closer to the flange end, and the flow of the flowing gas is disturbed by the welded portion.

다음으로, 상기 확관된 런너 파이프(12)의 일단(하단끝)과 상기 엔진헤드부 플랜지(10)의 오목한 가공면(확관된 런너 파이프의 하단끝의 바로 아래쪽)간을 아크 용접하게 된다.Next, arc welding is performed between one end (lower end) of the expanded runner pipe 12 and the concave processing surface (just below the lower end of the expanded runner pipe) of the engine head flange 10.

이에, 상기 아크 용접부가 돌출되더라도, 상기 엔진헤드부 플랜지(10)의 오목한 가공면(14)과 런너 파이프(12)의 하단끝이 안쪽으로 들어간 상태이므로, 돌출된 아크 용접부도 안쪽으로 들어간 상태가 되어, 결국 배기가스의 흐름을 위한 방해요소로 작용하지 않게 된다.Thus, even if the arc welding portion protrudes, since the concave processing surface 14 of the engine head flange 10 and the lower end of the runner pipe 12 enter the inside, the protruding arc welding portion also enters the inside. As a result, it does not act as an obstruction for the flow of exhaust gas.

결국, 상기와 같은 본 발명의 용접구조에 따르면 배기가스 유동흐름을 원할하게 유도할 수 있고, 용접강도는 보다 향상시킬 수 있게 된다.As a result, according to the welding structure of the present invention as described above it is possible to smoothly induce the exhaust gas flow flow, it is possible to improve the welding strength more.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 의하면, 엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목하게 가공하고, 이 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 확관시킨 다음, 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접함으로써, 배기가스 유동흐름을 원할하게 유도할 수 있고, 용접강도를 크게 향상시킬 수 있다.As described above, according to the welding method of the stainless steel exhaust manifold according to the present invention, the inner diameter surface of the engine head flange is concave, and one end of the runner pipe is expanded on the concave processing surface, and then the expanded runner pipe is expanded. By arc welding between one end of the flange and the concave machining surface of the engine head flange, the exhaust gas flow can be induced smoothly, and the welding strength can be greatly improved.

Claims

In the welding method of stainless steel exhaust manifold,

Machining the inner diameter surface of the engine head flange to be a concave processing surface;

Inserting one end of a runner pipe into the concave processing surface and expanding the tube in close contact with the concave processing surface;

And arc welding between one end of the expanded runner pipe and the concave machining surface of the flange of the engine head.

The method of welding a stainless exhaust manifold according to claim 1, wherein the difference between the maximum diameter (upper and lower end) and the minimum diameter (center) of the concave machined surface is limited to 1 to 10%.

The method of claim 1, wherein the insertion depth of the runner pipe with respect to the total depth of the flange is limited to 10% to 80% to expose the concave processing surface for welding.