WO2009116193A1 - 部材の補修方法 - Google Patents

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克実 難波
岡田　郁生
鳥越　泰治
一郎 市橋
智宏 大野
基良 中村
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三菱重工業株式会社
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    • Y10T29/49746—Repairing by applying fluent material, e.g., coating, casting

Definitions

  • the present invention relates to a method for repairing a worn member.
  • a crankcase 101 made of cast iron and a cylinder head 102 made of cast iron are made of carbon steel (for example, steel equivalent to SS400, SPCC (JIS G3141), etc.) It is fastened and fixed by a fastening bolt 104 through a gasket 103 made of
  • reference numeral 105 denotes a liner.
  • crankcase 101 and the cylinder head 102 are worn in this manner, the crankcase 101 and the cylinder head 102 are discarded and replaced with new ones, which only wastes resources. In addition, the cost was high.
  • Such a problem is not limited to the crankcase 101 and the cylinder head 102 of the diesel engine as described above, and may occur in the same manner as long as it is a member made of a metal material.
  • an object of the present invention is to provide a member repairing method capable of reusing a worn member made of a metal material.
  • the member repairing method according to the first aspect of the present invention for solving the above-described problem is a repairing method for a worn member made of a metal material, in which a Ni—Al alloy is sprayed onto the worn portion of the member. After forming the bond layer, a build-up layer is formed by spraying stainless steel on the bond layer.
  • the member repairing method according to the second invention is characterized in that, in the first invention, the member is made of cast iron.
  • the member repair method according to the third invention is characterized in that, in the first or second invention, the stainless steel is Cr-based stainless steel.
  • a member repair method according to a fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the build-up layer has a thickness of 0.1 to 3 mm. To do.
  • the member repairing method according to the fifth aspect of the present invention is characterized in that in any one of the first to fourth aspects, thermal spraying is performed by an arc wire thermal spraying method.
  • a member repair method is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the member is a member constituting an internal combustion engine.
  • the build-up layer is formed via the bond layer, the build-up layer can be firmly adhered, and peeling of the build-up layer is ensured. Therefore, the worn member can be reused.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a repair procedure of a member repair method
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a main part of an arc wire welding apparatus.
  • the member repairing method according to the present embodiment is a repairing method for a worn member 10 made of cast iron, which is a metal material (see FIG. 1A), as shown in FIG.
  • a cladding layer 12 is formed by spraying Cr-based stainless steel on the bond layer 11 by an arc wire spraying method. (See FIG. 1C).
  • a pair of wires 1 made of a material to be sprayed are transferred from a base end to a tip end of a pair of wire guide nozzles 3 by two pairs of wire feed rolls 2.
  • the wire guide nozzles 3 are fed and brought into contact with each other, and a DC voltage is applied between the pair of wire guide nozzles 3 to generate an arc at the tips of the wires 1 that are in contact with each other, thereby melting the tips of the wires 1 and compressing them from the air nozzle 4
  • By spraying air 5 the material of the molten wire 1 is sprayed onto the sprayed body 6 to form the sprayed layer 7.
  • the build-up layer 12 can be firmly adhered, and the build-up layer 12 Can be surely prevented.
  • a crankcase worn by rubbing with a gasket 103 carbon steel (for example, steel equivalent to SS400 or made of SPCC (JIS G3141)) in a diesel engine that is an internal combustion engine)
  • a gasket 103 carbon steel (for example, steel equivalent to SS400 or made of SPCC (JIS G3141)) in a diesel engine that is an internal combustion engine)
  • the load caused by the operation is as described above. Even if it adds to the overlaying layer 12, the said overlaying layer 12 does not peel and can be used safely.
  • the worn member 10 can be reused.
  • the tightening bolt 104 is slightly loosened as it is used. Even if the crankcase 101 and the cylinder head 102 are rubbed again with the gasket 103, the build-up layer 12 is harder than the gasket 103. The gasket 103 becomes worn.
  • the thickness of the build-up layer 12 can be appropriately set as necessary, but it is preferable that the thickness is in the range of 0.1 to 3 mm. This is because if the thickness is less than 0.1 mm, the bond layer 11 is likely to be exposed, and if the thickness exceeds 3 mm, lateral cracking is likely to occur, and the adhesive force tends to be reduced. Because it becomes.
  • the thickness of the bond layer 11 is not particularly limited, but is preferably about 0.1 mm. This is because if the thickness is significantly smaller than 0.1 mm, the base material of the member 10 is likely to be exposed, and the function as the bond layer 11 is difficult to be exhibited, and the thickness is less than 0.1 mm. This is because the material of the bond layer 11 is wasted if it is significantly large.
  • the present invention is not limited to this, and other embodiments include, for example, other internal combustion engines. Even in the case of a member such as a worn crankcase or cylinder head of a gasoline engine, it is possible to obtain the same operation and effect as in the above-described embodiment, and it is made of a metal material. In the case of repairing a worn member, it can be applied in the same manner as in the above-described embodiment, and in particular, in the case of repairing a worn member made of cast iron, the same as in the above-described embodiment. This is very preferable because a remarkable effect can be obtained.
  • the thickness of the build-up layer when the thickness of the build-up layer is 0.1 mm, a base material having a thickness of 1.4 mm, a length of 40 mm, and a width of 3 mm is used, and the thickness of the build-up layer is set to 3 mm. In some cases, a substrate having a thickness of 4 mm, a length of 100 mm, and a width of 15 mm was used. When the thickness of the build-up layer was 6 mm, a substrate having a thickness of 16 mm, a length of 150 mm, and a width of 50 mm was used.
  • Test method After attaching a strain gauge on the build-up layer of the test piece and supporting the both ends of the test piece on the build-up layer side, a load is gradually applied to the center part on the base material side of the test piece ( 3-point bending test). And while obtaining the strain distribution when a lateral crack occurs in the build-up layer, the tip position of the lateral crack crack is confirmed by observing the cross-sectional microstructure of the test piece, and the surface strain ( The peeling limit strain) was determined. The strain was measured up to 1.2% (because more than this would cause a crack in the substrate and make no sense).
  • FIG. 3 shows the relationship between the peeling limit strain obtained by the above test method and the thickness of the overlay layer.
  • the thickness of the build-up layer was 3 mm or less, no lateral crack was generated in the build-up layer even when the strain was 1.2%.
  • the peeling limit strain tended to gradually decrease from 1.2%. Therefore, if the thickness of the build-up layer is 3 mm or less, it can be confirmed that the build-up layer can be firmly adhered to the base material, and peeling of the build-up layer from the base material can be surely prevented.
  • the member repairing method according to the present invention can be reused for a worn member, and can be used extremely beneficially in various industries.

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Abstract

部材１０の摩耗部分にＮｉ－Ａｌ系合金を溶射してボンド層１１を形成した後、ボンド層１１上にステンレス鋼を溶射して肉盛層１２を形成する。

Description

部材の補修方法
　本発明は、摩耗した部材の補修方法に関する。
　例えば、図４に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジンにおいて、鋳鉄からなるクランクケース１０１と鋳鉄からなるシリンダヘッド１０２とは、炭素鋼（例えば、ＳＳ４００相当の鋼やＳＰＣＣ（ＪＩＳ　Ｇ３１４１）等）からなるガスケット１０３を介して締付ボルト１０４により締付固定されている。なお、図４中、１０５はライナである。
特開平５－３０２６７４号公報 特開平７－１９７８５０号公報 特開平１０－２９９５６８号公報 特開２００４－２５６９１３号公報
　このようなディーゼルエンジンにおいて、使用していくにしたがって、前記締付ボルト１０４がわずかにでも緩むと、前記クランクケース１０１及び前記シリンダヘッド１０２が前記ガスケット１０３と擦れて、当該クランクケース１０１及び当該シリンダヘッド１０２の当該ガスケット１０３と当接する端面が摩耗して、当該クランクケース１０１と当該シリンダヘッド１０２との間に隙間を生じるようになってしまう。
　このようにクランクケース１０１及びシリンダヘッド１０２が摩耗してしまうと、当該クランクケース１０１及び当該シリンダヘッド１０２を廃棄して新規品と交換するようにしているため、資源的に無駄を生じてしまうだけでなく、コスト的にも高くなっていた。
　このような問題は、上述したようなディーゼルエンジンのクランクケース１０１やシリンダヘッド１０２に限らず、金属材料からなる部材であれば、同様にして起こり得ることである。
　このようなことから、本発明は、金属材料からなる摩耗した部材の再利用を図ることができる部材の補修方法を提供することを目的とする。
　前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る部材の補修方法は、金属材料からなる摩耗した部材の補修方法であって、前記部材の摩耗部分にＮｉ－Ａｌ系合金を溶射してボンド層を形成した後、当該ボンド層上にステンレス鋼を溶射して肉盛層を形成することを特徴とする。
　第二番目の発明に係る部材の補修方法は、第一番目の発明において、前記部材が、鋳鉄からなるものであることを特徴とする。
　第三番目の発明に係る部材の補修方法は、第一番目又は第二番目の発明において、前記ステンレス鋼が、Ｃｒ系ステンレス鋼であることを特徴とする。
　第四番目の発明に係る部材の補修方法は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記肉盛層が、０．１～３ｍｍの厚さを有していることを特徴とする。
　第五番目の発明に係る部材の補修方法は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、アークワイヤ溶射法により溶射を行うことを特徴とする。
　第六番目の発明に係る部材の補修方法は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記部材が、内燃機関を構成する部材であることを特徴とする。
　本発明に係る部材の補修方法によれば、上記ボンド層を介して上記肉盛層が形成されることから、当該肉盛層を強固に密着させることができ、当該肉盛層の剥離を確実に防止することができるので、摩耗した部材の再利用を図ることができる。
本発明に係る部材の補修方法の主な実施形態の補修手順の説明図である。 本発明に係る部材の補修方法の主な実施形態で使用するアークワイヤ溶接装置の要部の概略構成図である。 本発明に係る部材の補修方法の効果を確認するために行った確認試験の結果を表すグラフである。 ディーゼルエンジンのクランクケースとシリンダヘッドとの当接部分の抽出拡大断面図である。
　本発明に係る部材の補修方法の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は図面に基づいて以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。
［主な実施形態］
　本発明に係る部材の補修方法の主な実施形態を図１，２に基づいて説明する。図１は、部材の補修方法の補修手順の説明図、図２は、アークワイヤ溶接装置の要部の概略構成図である。
　本実施形態に係る部材の補修方法は、図１に示すように、金属材料である鋳鉄からなる摩耗した部材１０の補修方法であって（図１Ａ参照）、部材１０の摩耗部分にＮｉ－Ａｌ系合金をアークワイヤ溶射法により溶射してボンド層１１を形成した後（図１Ｂ参照）、ボンド層１１上にＣｒ系ステンレス鋼をアークワイヤ溶射法により溶射して肉盛層１２を形成するものである（図１Ｃ参照）。
　上記アークワイヤ溶射法は、図２に示すように、溶射する材料からなる一対のワイヤ１を、対をなす２組のワイヤ送りロール２により、一対のワイヤガイドノズル３の基端から先端へそれぞれ送り出して接触させると共に、これら対をなすワイヤガイドノズル３間に直流電圧を印加することにより、接触した上記ワイヤ１の先端でアークを発生させて当該ワイヤ１の先端を溶融し、エアノズル４から圧縮空気５を噴射することにより、溶融した上記ワイヤ１の材料を被溶射体６に対して溶射して溶射層７を形成するものである。
　このようなアークワイヤ溶射法により、上記ボンド層１１を介して上記肉盛層１２を形成された上記部材１０においては、当該肉盛層１２を強固に密着させることができ、当該肉盛層１２の剥離を確実に防止することができる。
　このため、例えば、背景技術で説明したような、内燃機関であるディーゼルエンジンにおけるガスケット１０３（炭素鋼（例えば、ＳＳ４００相当の鋼やＳＰＣＣ（ＪＩＳ　Ｇ３１４１）等）製）との擦れによって摩耗したクランクケース１０１（鋳鉄製）及びシリンダヘッド１０２（鋳鉄製）の摩耗部分に対して、上述した補修を施すと、当該クランクケース１０１及び当該シリンダヘッド１０２を再利用したディーゼルエンジンにおいて、運転に伴う負荷が上記肉盛層１２に加わっても、当該肉盛層１２が剥離してしまうことはなく、安全に使用することができる。
　したがって、本実施形態に係る部材の補修方法によれば、摩耗した部材１０の再利用を図ることができる。
　また、上述した補修を施した上記クランクケース１０１及び上記シリンダヘッド１０２を再利用したディーゼルエンジンにおいて、背景技術で説明したように、使用していくにしたがって、前記締付ボルト１０４がわずかにでも緩んで、上記クランクケース１０１及び上記シリンダヘッド１０２が前記ガスケット１０３と再び擦れてしまっても、前記肉盛層１２が前記ガスケット１０３よりも硬いことから、当該肉盛層１２が摩耗せずに、前記ガスケット１０３が摩耗するようになる。
　このため、上記クランクケース１０１と上記シリンダヘッド１０２との間に隙間を再び生じてしまっても、当該クランクケース１０１及び当該シリンダヘッド１０２を補修することなく低コストなガスケット１０３を新規品と交換するだけで済ますことができるので、上述した補修を施したディーゼルエンジンにおける再度の補修にかかる手間及びコストを大幅に低減することができる。
　ところで、前記肉盛層１２は、その厚さを必要に応じて適宜設定することができるが、その厚さを０．１～３ｍｍの範囲内にすると好ましい。なぜなら、厚さが０．１ｍｍ未満であると、薄すぎてしまい、前記ボンド層１１が露出しまうおそれがあり、厚さが３ｍｍを超えると、横割れが生じやすくなり、密着力が低下しやすくなるからである。
　また、前記ボンド層１１は、その厚さが特に限定されることはないが、０．１ｍｍ程度が好ましい。なぜなら、厚さが０．１ｍｍよりも大幅に小さいと、部材１０の母材が露出しやすくなってしまい、ボンド層１１としての機能を発現しにくくなってしまい、厚さが０．１ｍｍよりも大幅に大きいと、ボンド層１１の材料を無駄に使用してしまうからである。
［他の実施形態］
　なお、上述した実施形態においては、Ｃｒ系ステンレス鋼を溶射して肉盛層１２を形成することにより部材１０を補修した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼等のような他のステンレス鋼を溶射して肉盛層を形成することにより部材を補修することも可能である。
　また、上述した実施形態においては、ディーゼルエンジンの摩耗したクランクケース１０１及びシリンダヘッド１０２を補修する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、他の内燃機関であるガソリンエンジンの摩耗したクランクケースやシリンダヘッド等のような部材の場合であっても、上述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができるのはもちろんのこと、金属材料からなる摩耗した部材を補修する場合であれば、上述した実施形態の場合と同様に適用することができ、特に、鋳鉄からなる摩耗した部材を補修する場合であると、上述した実施形態の場合と同様な作用効果を顕著に得ることができるので、非常に好ましい。
　本発明に係る部材の補修方法の効果を確認するため、以下のような確認試験を行った。
［試験片の作製］
　鋳鉄（ＦＣ２５０）からなる基材にＮｉ－Ａｌ系合金をアークワイヤ溶射法により溶射してボンド層（厚さ：０．１ｍｍ）を形成した後、Ｃｒ系ステンレス鋼（１３Ｃｒステンレス鋼（ＳＵＳ４１０））をアークワイヤ溶射法により溶射して肉盛層（厚さ：０．１～６ｍｍ）を形成することにより、厚さが異なる肉盛層の試験片を各種作製した。なお、上記基材は、肉盛層の厚さに応じて、そのサイズを適宜変更するようにした。具体的には、例えば、肉盛層の厚さを０．１ｍｍとしたときには、厚さ１．４ｍｍ、長さ４０ｍｍ、幅３ｍｍの基材を使用し、肉盛層の厚さを３ｍｍとしたときには、厚さ４ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅１５ｍｍの基材を使用し、肉盛層の厚さを６ｍｍとしたときには、厚さ１６ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、幅５０ｍｍの基材を使用した。
［試験方法］
　試験片の肉盛層上に歪計を取り付けて、当該試験片の当該肉盛層側の両端をそれぞれ支持した後、当該試験片の基材側の中央部分に荷重を徐々に加えていく（３点曲げ試験）。そして、上記肉盛層に横亀裂を生じたときの歪分布を求める一方、上記試験片の断面ミクロ組織を観察することにより横割れ亀裂の先端位置を確認して、当該位置での表面歪（剥離限界歪）を求めた。なお、上記歪の測定は、１．２％までとした（これ以上は基材に亀裂を生じて意味をなさなくなるため）。
［試験結果］
　上記試験方法によって求められた剥離限界歪と肉盛層の厚さとの関係を図３に示す。
　図３からわかるように、肉盛層の厚さが３ｍｍ以下のときには、前記歪が１．２％となっても、肉盛層に横亀裂を生じることがなかった。しかしながら、肉盛層の厚さが３ｍｍを超えると、剥離限界歪が１．２％よりも徐々に低下していく傾向が見られた。
　よって、肉盛層は、厚さが３ｍｍ以下であれば、基材に強固に密着させることができ、肉盛層の基材からの剥離を確実に防止できることが確認できた。
　本発明に係る部材の補修方法は、摩耗した部材の再利用を図ることができるので、各種産業において、極めて有益に利用することができる。

                                                                                

Claims (6)

  1. 　金属材料からなる摩耗した部材の補修方法であって、
    　前記部材の摩耗部分にＮｉ－Ａｌ系合金を溶射してボンド層を形成した後、当該ボンド層上にステンレス鋼を溶射して肉盛層を形成する
    　ことを特徴とする部材の補修方法。
  2. 　請求項１に記載の部材の補修方法において、
    　前記部材が、鋳鉄からなるものである
    　ことを特徴とする部材の補修方法。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の部材の補修方法において、
    　前記ステンレス鋼が、Ｃｒ系ステンレス鋼である
    　ことを特徴とする部材の補修方法。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の部材の補修方法において、
    　前記肉盛層が、０．１～３ｍｍの厚さを有している
    　ことを特徴とする部材の補修方法。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の部材の補修方法において、
    　アークワイヤ溶射法により溶射を行う
    　ことを特徴とする部材の補修方法。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の部材の補修方法において、
    　前記部材が、内燃機関を構成する部材である
    　ことを特徴とする部材の補修方法。

                                                                                    
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