KR20160074672A - 가동벽부재 및 용접방법 - Google Patents

가동벽부재 및 용접방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160074672A
KR20160074672A KR1020167013871A KR20167013871A KR20160074672A KR 20160074672 A KR20160074672 A KR 20160074672A KR 1020167013871 A KR1020167013871 A KR 1020167013871A KR 20167013871 A KR20167013871 A KR 20167013871A KR 20160074672 A KR20160074672 A KR 20160074672A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
mass
corrosion resistant
less
welding
Prior art date
Application number
KR1020167013871A
Other languages
English (en)
Inventor
가즈히사 이토
나오후미 호소카와
가즈히코 가모
히토시 다마다
Original Assignee
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 filed Critical 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Publication of KR20160074672A publication Critical patent/KR20160074672A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-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
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/3066—Fe as the principal constituent with Ni as next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
    • B23K9/046—Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/06—Alloys based on chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-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
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F01L3/04—Coated valve members or valve-seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12—Pistons  having surface coverings on piston heads

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

완충층의 재료의 선택범위를 넓힘과 동시에, 기대한 내식성을 갖는 접화면(Fire Contact Surface)을 구비한 가동벽부재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 가동벽부재는 내연기관에 이용되는 가동벽부재로서,
모재(4) 위에 최상 표면이 접화면이 되는 내식층(7)을 갖고, 내식층(7)이 Ni 50 질량% 이상 60 질량% 이하, Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함하는 합금을 이용하여 다층으로 덧붙임 용접되어 이루어진다. 내식층(7) 중, 최상 표면을 구비한 층(10)이 Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함한다.

Description

가동벽부재 및 용접방법{MOBILE WALL MEMBER AND WELDING METHOD}
본 발명은 내연기관에 이용되는 가동벽부재 및 용접방법에 관한 것이다.
내연기관에 이용되는 가동벽부재는 내열강으로 형성된다. 가동벽부재의 표면에는 고온부식을 방지하기 위해 내식성재료로 이루어지는 층이 설치되어 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2). 내식성을 나타내는 재료성분으로서는 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo) 등이 있다.
특허문헌 1: 일본특허 제5036879호 공보(단락 [0030], 도 1) 특허문헌 2: 등록실용신안 제3038802호 공보(단락 [0004])
내식성재료로 이루어지는 층을 내열강 위에 직접 형성하면 내식성재료에 포함되는 성분이 내열강에 포함되는 탄소(C)와 탄화물을 형성하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 크롬은 탄소(C)와 반응하여 탄화크롬(CCr)이 된다. 탄화크롬은 단단하고 무르며 내식성을 나타내지 않는다. 따라서 탄화크롬의 생성량이 많아지면 기대한 내식성이 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있다.
특허문헌 1에서는 내열강(합금강)과 내식성재료로 이루어지는 층(외측부) 사이에 완충층을 설치함으로써, 내식성재료에 포함되는 성분이 내열강에 포함되는 탄소와 탄화물을 형성하는 것을 방지하고 있다.
그러나 특허문헌 1에서는 합금강(모재) 및 완충층의 탄소함유율을 제한함과 동시에 완충층의 두께를 규정해야만 한다. 따라서 모재 및 완충층의 재료를 자유롭게 선정할 수 없다고 하는 과제가 있다.
특허문헌 1에서는 완충층이 1층 구성이므로 모재의 영향이 크고, 적어도 모재의 영향이 외측부에 미치고 만다는 문제가 있다. 모재의 영향이 외측부에 미친 경우 내식성의 저하, 인성(Toughness)의 저하 및 가동벽부재의 외측부로서의 신뢰성을 저하시키게 된다.
특허문헌 2에서는 모재 위에 직접 내식성재료로 이루어지는 층을 용착 형성하고 있다. 특허문헌 2에는 내식성재료로서 Cr함유량이 현저하게 높은 재료를 이용하고 있는데, Cr함유량이 높은 내식성재료는 연성이 낮고 용접하기 어렵다고 하는 과제가 있다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 완충층의 재료의 선택범위를 넓힘과 동시에, 기대한 내식성을 갖는 접화면(Fire Contact Surface)을 구비한 가동벽부재 및 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 가동벽부재 및 용접방법은 이하의 수단을 채용한다.
본 발명은 내연기관에 이용되는 가동벽부재로서, 모재 위에 최상 표면이 접화면이 되는 내식층을 갖고, 상기 내식층이 Ni 50 질량% 이상 60 질량% 이하, Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함하는 합금을 이용하여 다층으로 덧붙임 용접되어 이루어지는 가동벽부재를 제공한다.
본 발명에서 내식층은 Ni 50 질량% 이상 60 질량% 이하, Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함하는 합금(이후 50Cr-50Ni합금이라고 칭함)을 이용하여 형성된다. 본 발명에서는 내식층이 다층으로 덧붙여져 있는 것에 의해 합금 중 Cr의 희석을 단계적으로 저감시킬 수 있다. 즉, 동일한 종류의 50Cr-50Ni합금을 이용하여 내식층을 형성한 경우, 모재 측의 1의 층의 Cr함유율은 50Cr-50Ni합금보다도 낮아지지만, 접화면이 되는 최상 표면을 포함하는 층은 합금성분과 동등한 정도의 Cr함유율을 확보 가능하다. 따라서 기대한 내식성을 갖는 가동벽부재가 된다. 본 발명은 모재의 영향을 받지 않고 접화면이 되는 최상 표층을 형성 가능하므로, 모재와 내식층 사이에 다른 층을 설치하는 경우여도 해당 다른 층의 재료는 특허문헌 1만큼 제한되지 않는다. 따라서 작업자가 저렴한 재료 또는 입수성이 좋은 재료 등을 자유롭게 선택 가능하다.
상기 발명의 일형태에서 상기 내식층 중, 상기 최상 표면을 구비한 층이 Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함하는 것이 바람직하다.
Cr함유율을 상기 범위로 함으로써 연성을 확보하면서 충분한 내식성을 얻을 수 있다.
본 발명은 모재를 80℃ 이상 120℃ 이하로 예열한 후, Ni 50 질량% 이상 60 질량% 이하, Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함하는 합금을 층상으로 덧붙임 용접하는 용접방법으로서, 층을 형성할 시의 패스간 온도를 200℃ 이하로 하여 용접하는 용접방법을 제공한다.
예열함으로써(모재를 포함) 하층의 급격한 온도변화를 방지 가능하다. 패스간 온도의 상한을 정함으로써 용융풀의 온도상승을 억제 가능하다. 이것에 의해 고온균열을 방지 가능하다.
상기 발명의 일형태에서 상기 합금을 층상으로 덧붙임 용접할 시에 1의 층의 형성 후에 면 노출을 행한 후, 상기 1의 층 위에 다음 층을 덧붙임 용접하는 것이 바람직하다.
통상의 다층 덧붙임 용접으로는 각층의 면 노출을 행하지 않지만, 상기 발명의 일형태에 의하면 면 노출을 행한 후에 다음 층을 형성함으로써 용접결함이 발생하기 어려운 내식층으로 할 수 있다.
본 발명은 다층으로 덧붙인 내식층으로 함으로써, 기대한 내식성을 갖는 접화면을 구비한 가동벽부재가 된다. 이와 같은 가동벽부재는 내식층의 밑에 설치되는 층의 재료의 선택범위가 종래보다도 넓어진다.
도 1은 선박용의 엔진의 요부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 관한 배기밸브의 정면도이다.
도 3은 도 2의 배기밸브에 따른 접화면 측의 부분단면도이다.
도 4는 내식층의 제1 덧붙임층을 형성할 시의 순서를 나타내는 플로도이다.
도 5는 비드형성에 대하여 설명하는 도이다.
도 6은 비드형성에 대하여 설명하는 도이다.
도 7은 실험예에 관한 가동벽부재의 부분단면도이다.
도 8은 제2 실시형태에 관한 배기밸브의 정면도이다.
도 1은 선박용의 엔진의 요부를 나타내는 사시도이다. 엔진은 실린더(1)와, 실린더 내에 미끄럼 이동 자재로 감합된 피스톤(2)과, 실린더의 상부에 결합된 배기관(3)과, 배기관(3)의 내부에 삽통된 배기밸브(4)를 구비하고 있다. 실린더(1), 배기밸브(4) 및 피스톤(2)에 둘러싸인 공간이 연소실(5)이다. 도시는 생략하였으나, 엔진은 연소실(5)에 연료를 공급할 수 있는 연료공급수단 및 연소실(5)에 공기를 공급할 수 있는 급기수단 등을 구비하고 있다.
본 발명은 도 1에 나타낸 바와 같은 가동벽부재인 배기밸브(4) 또는 피스톤(2) 등에 적용될 수 있다. 가동벽부재가 이용되는 내연기관은 2사이클엔진 또는 4사이클 엔진이어도 된다. 4사이클 엔진의 경우는, 본 발명의 가동벽부재는 흡기밸브에도 적용 가능하다.
(제1 실시형태)
본 실시형태에서는 선박용 디젤엔진의 배기밸브를 예로서 설명한다. 도 2는 본 실시형태에 관한 배기밸브의 정면도이다. 도 3은 도 2의 배기밸브에 따른 접화면 측의 부분단면도이다.
배기밸브(4)는 축부(4a)와, 축부(4a)의 단부에 설치된 원반상의 플랜지부(4b)를 구비하고 있다. 플랜지부(4b)는 연소실 측을 향한 면에 완충층(6) 및 내식층(7)을 갖고 있다.
배기밸브(4)(모재)는 내열합금이다. 내열합금으로서는 스테인리스강, 예를 들어 SUH31, SNCrW 혹은 Ni기합금, 예를 들어 Nimonic80A(전부 Daido Steel Co., Ltd. 제품) 등이 사용될 수 있다. 스테인리스강의 주 성분은 Fe로서 Mn, P, S 등의 불가피적 성분을 함유하고 있어도 된다. 표 1에 모재로 이용되는 스테인리스강의 주요 부성분(질량%)을 나타낸다.
종류의 기호 C Si Ni Cr W
SUH31 0.35~0.45 1.50~2.50 13.00~15.00 14.00~16.00 2.00~3.00
SNCrW 0.20~0.30 1.00~2.00 8.00~10.00 18.00~21.00 1.50~2.50
Nimonic80A ~0.10 ~1.00 Bal. 18.00~21.00 -
완충층(6)은 내식층(7)을 형성할 시에 모재의 영향을 완충 가능한 층이다. '모재의 영향'이란 내식층 형성에 이용되는 용접재에 포함되는 Cr이 모재에 포함되는 C와 반응하여 희석되는 것을 가리킨다. 혹은 단순히 용접에 의한 용융으로 의도한 성분이 용합함으로써, 용접재에 포함되는 Cr이 희석되는 것을 가리킨다. 완충층(6)은 모재 및 내식층(7)과는 상이한 내열합금으로 이루어진다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 완충층(6)의 C함유량은 모재보다도 적고, 0.15질량% 이하인 범위가 바람직하다. 완충층(6)의 C함유량은 0.09질량%를 초과해도 된다. 완충층(6)은 1 또는 2 이상의 층을 갖고 있어도 된다. 완충층(6)의 총 두께는 배기밸브의 크기 등에 따라 적절히 설정되면 된다.
내식층(7)은 용접재로서 50Cr-50Ni합금을 이용하여 다층으로 덧붙임 용접되어 이루어지는 층이다. 50Cr-50Ni합금은 총 질량 100%에 대하여, Ni 50 질량% 이상 60 질량% 이하, Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함한다. 50Cr-50Ni합금은 C0.10 질량% 이하, Fe0.50 질량% 이하, Si0.20 질량% 이하, Mn0.20 질량% 이하, P0.02질량% 이하, Cu0.50 질량% 이하, Ti0.30~1.0 질량을 포함하고 있어도 된다.
내식층(7)은 2 이상의 덧붙임층이 적층되어 구성되어 있다. 내식층(7)에서 모재로부터 떨어진 덧붙임층일수록 Cr의 함유율이 높다. 최상 표면을 구비한 덧붙임층의 Cr함유율은 용접재인 Cr함유율과 동등 혹은 근사한 것이 바람직하다.
본 실시형태에 관한 내식층(7)은 완충층(6) 위에 순서대로 제1 덧붙임층(8), 제2 덧붙임층(9), 제3 덧붙임층(10)이 적층된 구성이다(도 3 참조). 제3 덧붙임층(10)은 내식층(7)의 최상 표면을 포함하고, 배기밸브(4)의 접화면이 된다. 제3 덧붙임층(10)의 Cr함유율은 40 질량% 이상 50 질량% 이하이다. 제2 덧붙임층(9)의 Cr함유율은 제3 덧붙임층(10)의 Cr함유율보다도 낮다. 제1 덧붙임층(8)의 Cr함유율은 제2 덧붙임층(9)의 Cr함유율보다도 낮다.
내식층(7)의 총 두께는 배기밸브(4)의 크기에 의해 적절하게 설정될 수 있다. 내식층(7)이 너무 두꺼우면 제조 비용이 올라가므로, 내식층(7)의 총 두께는 원하는 내식성이 얻어지는 최소한의 두께로 하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 플런지부(4b)의 외경이 470mm 정도의 배기밸브에서는 내식층(7)을 2층 이상의 다층 구성으로 하고, 또한 내식층(7)의 총 두께가 4mm~5mm 정도면 충분한 고온내식성이 얻어진다. 내식층(7)의 총 두께는 바람직하게는 6mm~8mm 정도이다. 또한 내식층(7)이 1층 구성인 경우 두께방향으로 Cr함유율은 변화하지 않으므로, 총 두께가 같아도 상기와 같은 효과는 얻어지지 않는다.
이어서 배기밸브의 제조방법에 대하여 설명한다.
배기밸브(4)의 플랜지부(4b)의 연소실 측을 향한 면(접화면 측)에 완충층(6) 및 내식층(7)을 순서대로 설치한다. 완충층(6)은 완충층(6)을 구성하는 재료에 적합한 방법으로 적절하게 형성되면 된다.
내식층(7)은 용접재를 이용하여 다층(층상)에 덧붙임 용접함으로써 형성한다. 용접재에는 와이어 또는 봉상의 50Cr-50Ni합금을 이용한다.
제1 덧붙임층(8)부터 제3 덧붙임층(10)은 같은 종류의 용접재를 이용하여 동일한 조건으로 형성되는데, 최종적인 각 층에 따른 Cr함유율은 상이하다. 완충층(6)의 직상에 형성되는 제1 덧붙임층(8)은 모재의 영향을 강하게 받으므로, Cr이 희석된다. 제1 덧붙임층 위에 제2, 제3 덧붙임층을 순서대로 적층하면, 단계적으로 모재의 영향이 줄고 Cr의 희석(확산)이 억제된다. 따라서 다층으로 쌓음으로써 접화면을 구비한 덧붙임층의 Cr함유율을 용접재 성분과 동등 정도로 하는 것이 가능해진다.
용접은 가스실드메탈아크용접(MIG용접 또는 MAG용접), 레이저용접, TIG용접, PTA(플라즈마)용접으로 행할 수 있지만, 내식층(7)은 MAG용접으로 형성하는 것이 가장 바람직하다.
MAG용접에 이용하는 실드가스에는 Ar을 주성분으로 하고, He 및 CO2가 혼합된 가스를 이용해도 된다. 이것에 의해 비드형상을 균일화 가능하고, 용접결함의 발생을 저감 가능하다. CO2는 용접 시의 열에 의해 탄소와 산소로 해리하고, 그 때에 열을 빼앗으므로 용융풀의 온도상승을 억제하는 효과가 있다. CO2를 혼합한 실드가스를 이용함으로써 아크의 열손실을 억제 가능함과 동시에 스패터도 억제 가능하다.
용접 시의 전류값은 사용하는 용접장치의 베이스전류를 1로 했을 때에 0.8 이상 0.9 이하가 되는 값으로 설정하면 된다. 종래보다도 전류값을 내리고 용융풀의 온도상승을 억제함으로써 고온균열을 방지 가능하다.
내식층의 형성공정에서는 완충층 위에 1의 덧붙임층을 형성한 후, 기계가공에 의해 1의 덧붙임층의 면 노출을 행한다. 이어서 1의 덧붙임층 위에 다른 덧붙임층을 형성한 후, 기계가공에 의해 다른 덧붙임층의 면 노출을 행한다. 내식층이 원하는 두께가 될 때까지 덧붙임층의 형성 및 면 노출을 반복한 후, 종래법과 동일하게 어닐링 및 마무리가공을 행한다.
덧붙임층을 적층할 시에 밑바탕이 되는 덧붙임층을 면 노출해둠으로써, 다음 층을 용접할 시에 불순물이 들어가는 것을 저감할 수 있으므로, 용접결함의 발생을 방지할 수 있다.
이어서 덧붙임층의 형성방법에 대하여 설명한다. 도 4에 내식층의 제1 덧붙임층을 형성할 시의 순서를 나타낸다. 도 5 및 도 6에, 비드형성에 대하여 설명하는 도를 나타낸다. 도 5는 배기밸브의 단면도이다. 도 6은 배기밸브를 플랜지부 측(내식층이 설치되는 플랜지면 측)에서 본 도이다.
먼저 완충층(6)을 설치한 배기밸브(모재)(4)를 80℃ 이상 120℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 정도로 예열한다. 예열에는 버너 혹은 전기로를 이용할 수 있다. 예열함으로써 비드형성 시에 따른 하층(모재 및 완충층)의 온도변화를 완만하게 가능하므로, Cr함유량이 높은 재료여도 열팽창의 차이를 완화 가능하고, 인장에 의한 모재의 균열을 방지 가능하다.
예열한 후 완충층(6) 위에 플랜지부(4b)의 외주를 따라 제1 비드(8a)를 형성한다(제1 패스). 고온균열을 방지하기 위해 패스간 온도가 200℃ 이하가 될 때까지 공랭한 후, 제1 비드(8a)의 내측에 비드중심을 비켜 놓고, 제1 비드(8a)와 접하도록 제2 비드(8b)를 형성한다(제2패스). 고온균열을 방지하기 위해 패스간 온도가 200℃ 이하가 될 때까지 재차 공랭한 후, 제2 비드(8b)의 내측에 제3 비드(8c)를 형성한다. 완충층(6)의 표면이 용접금속으로 덮일 때까지 비드형성 및 공랭을 반복하여 행한다.
패스간 온도는 다음 패스를 용접하기 직전의 용접금속(비드) 및 근접하는 모재의 온도이다. 패스간 온도는 비접촉 온도계를 이용하고 용접금속의 온도를 계측함으로써 얻어진다. 패스간 온도가 200℃ 이하가 될 때까지 공랭함으로써, 하층의 온도상승이 억제되므로 고온균열을 방지 가능하다.
또한 본 실시형태에서 제1 덧붙임층은 플랜지부의 외주 측에서 순서대로 내측을 향하여 형성했지만, 플랜지부의 내측에서 외주 측을 향하여 형성해도 된다.
(실험예)
상기 실시형태에 따라 내식층을 형성하고 내식층의 각 층의 Cr함유율을 확인했다. 도 7은 실험예에 관한 가동벽부재의 부분단면도이다. 배기밸브(4)(모재)의 재료는 15Cr-14Ni-2Si-2.5W-0.4C(SUH31)로 하였다. 완충층(6)은 탄소량이 0.09질량%를 초과하는 합금강을 이용하여 MAG용접에 의해 형성했다. 완충층(6)은 4부터 5층 구성(총 두께 10mm~12mm)으로 하였다.
내식층(7)은 50Cr-50Ni합금을 이용하여 형성했다. 50Cr-50Ni합금은 Cr함유율이 44%인 와이어(11)를 이용했다. 용접은 MAG용접으로서 그 전류값은 140A로 했다.
제1 비드를 플랜지 면의 외주를 따라 형성했다. 패스간 온도가 200℃ 이하가 되기를 기다려, 제 1비드의 내측에 제2 비드를 형성했다. 비드형성 및 공랭을 반복하여 제1 덧붙임층(8)으로 하였다. 비드 높이는 2mm~4mm 정도였다.
제1 덧붙임층(8)의 상면을 절삭가공하여 면 노출을 행했다. 면 노출 후의 제1 덧붙임층(8)의 두께는 1.5mm~2.5mm였다. 제1 덧붙임층(8) 위에 제2 덧붙임층(9)을 제1 덧붙임층(8)과 동일하게 형성하고 면 노출을 행했다.
제1 덧붙임층(8) 및 제2 덧붙임층(9)의 Cr함유율을 측정했다. Cr의 함유율은 제1 덧붙임층(8)이 33질량%, 제2 덧붙임층(9)이 40 질량%였다. 이 결과에서 내식층을 다층으로 쌓음으로써, 내식층의 최상 표면에서 용접재와 동등한 정도의 Cr함유율을 확보 가능한 것이 확인되었다.
(제2 실시형태)
도 8은 본 실시형태에 관한 배기밸브의 정면도이다. 본 실시형태는 배기밸브(모재)(4) 위에 직접 내식층(17)이 형성되어 있다. 그 이외에는 제1 실시형태와 동일한 구성이다.
내식층(17)은 용접재로서 50Cr-50Ni합금을 이용하여 다층으로 덧붙임 용접되어 이루어지는 층이다. 50Cr-50Ni합금은 총 질량 100%에 대하여, Ni 50 질량% 이상 60 질량% 이하, Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함한다. 50Cr-50Ni합금은 C0.10 질량% 이하, Fe0.50 질량% 이하, Si0.20 질량% 이하, Mn0.20 질량% 이하, P0.02질량% 이하, Cu0.50 질량% 이하, Ti0.30~1.0 질량을 포함하고 있어도 된다.
내식층(17)은 2층 이상, 바람직하게는 3층 이상의 다층구조이다. 내식층(17)의 총 두께는 6mm~9mm 정도가 바람직하다.
1 실린더
2 피스톤
3 배기관
4 배기밸브(모재)
4a 축부
4b 플랜지부
5 연소실
6 완충층
7, 17 내식층
8 제1 덧붙임층
9 제2 덧붙임층
10 제3 덧붙임층
11 와이어(용접재)

Claims (4)

  1. 내연기관에 이용되는 가동벽부재로서,
    모재 위에 최상 표면이 접화면(Fire Contact Surface)이 되는 내식층을 갖고,
    상기 내식층이 Ni 50 질량% 이상 60 질량% 이하, Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함하는 합금을 이용하여 다층으로 덧붙임 용접되어 이루어지는, 가동벽부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내식층 중, 상기 최상 표면을 구비한 층이 Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함하는, 가동벽부재.
  3. 모재를 80℃ 이상 120℃ 이하로 예열한 후, Ni 50 질량% 이상 60 질량% 이하, Cr 40 질량% 이상 50 질량% 이하를 포함하는 합금을 층상에 덧붙임 용접하는 용접방법으로서,
    층을 형성할 시의 패스간 온도를 200℃ 이하로 용접하는, 용접방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 합금을 층상으로 덧붙임 용접할 시에 1의 층의 형성 후에 면 노출을 행한 후, 상기 1의 층 위에 다음 층을 덧붙임 용접하는, 용접방법.
KR1020167013871A 2014-02-28 2015-02-23 가동벽부재 및 용접방법 KR20160074672A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2014-039901 2014-02-28
JP2014039901 2014-02-28
PCT/JP2015/054984 WO2015129612A1 (ja) 2014-02-28 2015-02-23 可動壁部材および溶接方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177027292A Division KR102163845B1 (ko) 2014-02-28 2015-02-23 가동벽부재 및 용접방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160074672A true KR20160074672A (ko) 2016-06-28

Family

ID=54008932

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167013871A KR20160074672A (ko) 2014-02-28 2015-02-23 가동벽부재 및 용접방법
KR1020177027292A KR102163845B1 (ko) 2014-02-28 2015-02-23 가동벽부재 및 용접방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177027292A KR102163845B1 (ko) 2014-02-28 2015-02-23 가동벽부재 및 용접방법

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6239731B2 (ko)
KR (2) KR20160074672A (ko)
CN (1) CN106133285B (ko)
TW (1) TWI622448B (ko)
WO (1) WO2015129612A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102309162B1 (ko) * 2017-05-17 2021-10-05 페데랄-모굴 밸브트레인 게엠베하 포펫 밸브 및 그것의 생산 방법(poppet valve and method for production thereof)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536879A (ja) 1991-07-31 1993-02-12 Nec Corp 外部リード成形方法
JP3038802U (ja) 1996-12-17 1997-06-30 ポールスター工業株式会社 排気弁棒の補修触火面

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5036879B2 (ko) 1971-10-07 1975-11-28
JPS6149788A (ja) * 1984-08-15 1986-03-11 Hitachi Ltd 蒸気タ−ビン
JPS61159218A (ja) * 1985-10-04 1986-07-18 Hitachi Metals Ltd 熱間押出機用インナ−ライナ−の製造方法
JPH0338802U (ko) * 1989-08-23 1991-04-15
JPH03294099A (ja) * 1990-04-11 1991-12-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接材料の製造方法
JP3038802B2 (ja) * 1990-06-05 2000-05-08 ミノルタ株式会社 複写装置
JPH0736958B2 (ja) * 1991-08-16 1995-04-26 日合アセチレン株式会社 ダブルガスシールドメタルアーク溶接法
JP3175033B2 (ja) * 1993-02-26 2001-06-11 株式会社日立製作所 空気調和装置の料金計算装置
JP3220406B2 (ja) * 1997-03-25 2001-10-22 川崎製鉄株式会社 耐割れ性に優れた高強度溶接継手の作製方法
JP3835916B2 (ja) * 1998-01-13 2006-10-18 三菱重工業株式会社 肉盛強化ピストンの製造方法
JP3971074B2 (ja) * 2000-01-11 2007-09-05 東北電力株式会社 ニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法
JP2003053545A (ja) * 2001-08-07 2003-02-26 Kobe Steel Ltd タンデムアーク溶接方法
WO2010083831A1 (en) * 2009-01-23 2010-07-29 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland A movable wall member in form of an exhaust valve spindle or a piston for an internal combustion engine, and a method of manufacturing such a member
JP3175033U (ja) * 2012-02-06 2012-04-19 株式会社コカブ ディーゼル機関等のＣｒ−Ｍｏ鋼ピストンヘッド

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536879A (ja) 1991-07-31 1993-02-12 Nec Corp 外部リード成形方法
JP3038802U (ja) 1996-12-17 1997-06-30 ポールスター工業株式会社 排気弁棒の補修触火面

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015129612A1 (ja) 2015-09-03
CN106133285A (zh) 2016-11-16
KR20170116188A (ko) 2017-10-18
JPWO2015129612A1 (ja) 2017-03-30
TWI622448B (zh) 2018-05-01
KR102163845B1 (ko) 2020-10-12
CN106133285B (zh) 2018-09-25
TW201600214A (zh) 2016-01-01
JP6239731B2 (ja) 2017-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4879696B2 (ja) 高降伏強度高靭性ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
AU2016396548B2 (en) Flux-cored wire, weld joint manufacturing method and weld joint
JP2006289395A (ja) ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ
US9533368B2 (en) Flux-cored wire and gas-shielded arc welding method using the same
TWI690606B (zh) 沃斯田體系不銹鋼板之熔接方法
RU2623527C2 (ru) Металл сварного шва и сварная конструкция с его использованием
JP2019518608A (ja) 管、及び管の作製方法
KR101764040B1 (ko) 피복 아크 용접봉
US20160318133A1 (en) Welding material for heat resistant steel
KR20190017413A (ko) 극저온용 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어
KR20160074672A (ko) 가동벽부재 및 용접방법
JP2018144071A (ja) ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法
JP2006289403A (ja) フェライト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ
JP2015199107A (ja) ＦｅＣｒＡｌ合金溶接ワイヤーおよびこれを用いた溶接構造体
KR20200093666A (ko) 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어
JP6776798B2 (ja) 多層サブマージアーク溶接方法
JP2007130654A (ja) テンパービード工法
JP6580757B1 (ja) フューエルレール用ステンレス鋼
JPS6240997A (ja) オ−ステナイト系ステンレス鋼ガスシ−ルドア−ク溶接用ワイヤ
KR102269556B1 (ko) 용접결함을 최소화할 수 있는 고Mn강 Annular의 맞대기 FCAW 용접방법
KR102308327B1 (ko) 극저온 충격인성이 우수하고 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어
JP7274951B2 (ja) 靭性に優れた溶接金属及びその製造方法
WO2021153559A1 (ja) 溶接鋼管およびその製造方法
JP6483540B2 (ja) ガスシールドアーク溶接用ワイヤ
KR101116168B1 (ko) 내식합금을 이용하여 내부에 클래딩 용접된 고온고압반응기 및 클래딩 용접 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
N231 Notification of change of applicant
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2017101004611; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20170926

Effective date: 20190226