WO2010115482A1 - Verfahren zur reparatur von abgenutzten ventilspindeln - Google Patents

Verfahren zur reparatur von abgenutzten ventilspindeln Download PDF

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    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • 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
    • 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
    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism
    • F01L2800/17—Maintenance; Servicing

Definitions

  • the invention relates to a method for repairing worn valve spindles with a valve body made of iron-based alloy and a Hüllianu forming shell sections in the region of the valve plate made of Ni- base alloy, at least in the area of the plate bottom and the plate circumference and with an armor in the seating area.
  • valves are used for example in large engines of ships and in two-stroke and four-stroke engines for generating electrical energy in large numbers.
  • Worn valves of such engines are either refurbished for reuse according to rules well known in the art or, if wear is well advanced, disposed of.
  • the measures provided for the workup valves are processed individually, ie it is determined the degree of wear; Thereafter, the originally existing enveloping body is restored by welding in the region of the valve disk. Since the initial shapes are not defined before welding, there are occasionally large deviations in the Envelope body thickness, which can lead to quality losses in the course of further operation. For example, cracking may occur in the area of the disk circumference if the envelope thickness is incorrectly dimensioned there, especially if it is too strong. In the area of the plate floor, where depending on the valve size, the Hüll stresses may be more strongly dimensioned, life time losses are occasionally observed when with regard to the Ventilendform the thickness of the finished envelope body had to be made small.
  • the present invention has for its object to avoid the disadvantages, to enable the processing of valves even in severe wear and to measure the shell body so that there are sufficiently long valve life.
  • the worn valve is turned off in the region of the valve body to a minimum to be built by means of an austenitic steel alloy again by welding in a suitable first plate shape according to Feature 1.2, again creates a valve body of sufficient strength from a low-cost iron alloy.
  • a Ni base layer of at least 2.5 mm has proved to be expedient, in particular in the peripheral region following the plate base.
  • larger shell thicknesses in the area of the actual plate floor are expedient. Longer service life of the valves can be achieved with casing thicknesses of 6 - 12 mm, depending on the valve size.
  • the enveloping body is provided in the seating area with a groove into which an armor made of a Co-base alloy by welding is introduced.
  • the Co base alloy can be realized with a narrow seat width, so that this expensive material, preferably of the type sold under the name "Stellite” type, can be used sparingly and yet effectively.
  • valve materials used in valve spindles commercially available under the names Inconel 625 and Inconel 718 available valve materials as suitable welding consumables in question.
  • the central valve body itself preferably consists of X45CrNiW18.9, which is also available under the designation SNCRW, or of a corresponding austenitic iron-based alloy, which are commercially available e.g. under the designation type 316 or 3162 (2 CrNiMo 1912) is available as suitable for welding on iron-based alloy.
  • the starting shapes for the two coating operations can be precisely dimensioned in each case by controlled twisting on the one hand to an initial shape with a minimum dimension of the valve disk, on the other hand to an inner mold before welding the sheath material, the thickness of eachallegedlysch doenden material is precisely adjustable and then allows a precise processing by turning for each next processing stage.
  • the result is a remanufactured valve with the same internal shape as the central one Valve body and in the context of the respective valve size always the same final shape with accurate compliance with the Hüll stressesdicke in the respective section of the valve disk.
  • Fig. 1 the view of a valve disc with circulate the seating area
  • FIG. 2 shows an axial section within a section II of FIG. 1
  • Fig. 1 shows a valve disk 1 with cut off at 2 valve stem with longitudinal axis 3.
  • the conical seating area 4 of the valve disk connects.
  • the seating area 4 of the valve disk closes at the top of its Ven- tilhohlkehle 5 with a small paragraph 6 to the seating area 4 out.
  • FIG. 2 shows an axial section through the valve disk through its seating area 4 and continuously as far as the plate bottom 7.
  • Plate bottom 7 and seating area 4 together with a connection area usually designated as plate circumference 8 on the outer circumference of the valve disk 1, its enveloping body 9.
  • the enveloping body 9 of the valve disk 1 surrounds an inner mold 10 of the valve disk 1. This arises when working up a worn valve, which was turned off at the beginning of its processing in the region of the valve disk to an initial mold 11. In this initial shape 11, an austenitic iron-based alloy is welded, which corresponds by subsequent twisting the inner mold 10 of the valve disk 1. Only then is the enveloping body 9 welded from a Ni-base alloy.
  • the valve disk 1 thus comprises the original iron-alloy valve body 13, an austenitic iron-base alloy layer 14 produced by welding, and the Ni-base alloy enveloping body 9 produced by welding.
  • the above-described layer structure is formed in each case by twisting to form a starting mold 11, an inner mold 10 and a final mold 12.
  • a precise dimensioning of each individual layer is realized.
  • Its enveloping body 9 meets all requirements in terms of service life, temperature and corrosion resistance in particular for exhaust valves.
  • a groove 16 is drawn in the envelope body 9, which is formed in the production of the envelope body 9 for a valve variant.
  • This valve variant consists in that a special seat material, preferably made of a Co-base alloy, is introduced into the groove 16 by welding in order to further increase the strength, wear and corrosion properties of the seat region 4.
  • a suitable Co-base alloy is the valve material known under the brand name Stellite, which in terms of its service life exceeds the commonly used valve materials made of Ni-base alloys.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von abgenutzten Ventilspindeln mit einem Ventilkörper (13) aus Eisen-Basislegierung und einen Hüllkörper (9) bildenden Hüllenabschnitten im Bereich des Ventiltellers (1) aus Ni-Basislegierung, wenigstens im Bereich des Tellerbodens (7) und des Tellerumfangs (8), sowie mit einer Panzerung im Sitzbereich (4), wobei die Hüllenabschnitte vollständig auf eine Ausgangsform (11) des Ventiltellers (1) abgedreht werden, bis ein bestimmtes Mindestmaß des Ventiltellers (1) mit metallisch blanker Oberfläche erreicht ist, die Ausgangsform (11) mittels einer austenitischen Stahllegierung unter Ausbildung einer ersten Tellerform aufgeschweißt wird, die erste Tellerform abgedreht wird, bis eine bestimmte Innenform (10) des Ventiltellers (1) erreicht ist, die Innenform (10) mittels einer Ni-Basislegierung zur Ausbildung einer zweiten Tellerform aufgeschweißt wird und die zweite Tellerform abgedreht wird, bis eine bestimmte Endform (12) des Ventiltellers (1) erreicht ist, derart, dass die Dicke des Hüllkörpers mindestens 2, 5 mm beträgt.

Description

Verfahren zur Reparatur von abgenutzten Ventilspindeln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von abgenutzten Ventilspindeln mit einem Ventilkörper aus Eisen-Basislegierung und einen Hüllkörper bildenden Hüllenabschnitten im Bereich des Ventiltellers aus Ni- Basislegierung, wenigstens im Bereich des Tellerbodens und des Tellerumfangs sowie mit einer Panzerung im Sitzbereich .
Mehrere metallische Komponenten aufweisende Ventilspindeln, auf welche das vorliegende Reparaturverfahren ausgerichtet ist, sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt (EP 0521821 Bl, DE 102007031927 Al, DE 19508069 Cl, DE 689211 A) .
Derartige Ventile werden beispielsweise in Großmotoren von Schiffen sowie in Zweitakt- und Viertaktgroßmotoren zur Erzeugung elektrischer Energie in großer Zahl eingesetzt .
Abgenutzte Ventile solcher Motoren werden entweder für den Wiedereinsatz nach in der Fachwelt allgemein bekannten Regeln aufgearbeitet oder, wenn die Abnutzung weit fortgeschritten ist, entsorgt.
Die für die Aufarbeitung vorgesehenen Ventile werden dabei individuell bearbeitet, d.h. es wird der Grad der Abnutzung festgestellt; danach wird im Bereich des Ventiltellers der ursprünglich vorhandene Hüllkörper durch Aufschweißen wiederhergestellt. Da die Ausgangsformen vor dem Aufschweißen nicht definiert sind, ergeben sich gelegentlich starke Abweichungen in der Hüllkörperdicke, was im Laufe des weiteren Betriebs zu Qualitätseinbußen führen kann. Beispielsweise kann es im Bereich des Tellerumfangs zu Risserscheinungen kommen, wenn dort die Hüllendicke unrichtig bemessen ist, insbesondere wenn sie zu stark ausfällt. Im Bereich des Tellerbodens, wo je nach Ventilgröße die Hüllkörperdicke stärker bemessen sein kann, sind Standzeiteinbußen gelegentlich dann zu beobachten, wenn mit Rücksicht auf die Ventilendform die Dicke des fertigen Hüllkörpers gering bemessen werden musste.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden, die Aufarbeitung von Ventilen auch noch bei starken Abnutzungserscheinungen zu ermöglichen und den Hüllekörper so zu bemessen, dass sich ausreichend lange Ventilstandzeiten ergeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.
Dadurch dass gemäß Merkmal 1.1 das abgenutzte Ventil im Bereich des Ventilkörpers auf ein Mindestmaß abgedreht wird, um anschließend gemäß Merkmal 1.2 mittels einer austenitischen Stahllegierung wieder durch Aufschweißen in eine geeignete erste Tellerform aufgebaut zu werden, entsteht wieder ein Ventilkörper hinreichender Stärke aus einer kostengünstigen Eisenlegierung.
Dadurch dass nach Merkmal 1.3 die durch Aufschweißen gebildete erste Tellerform bis zu einer bestimmten In- nenform des Ventiltellers wieder abgedreht wird, ergibt sich eine für alle vergleichbaren Ventile stets gleiche Grundform als Innenform. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, dass durch das anschließende Aufschweißen des Hüllkörpers aus einer Ni-Basislegierung (Merkmal 1.4) deren sparsamer Einsatz gewährleistet ist und dass dabei gemäß Merkmal 1.5 eine kontrollierte Hüllkörperdicke in allen Bereichen des Ventiltellers erzielt werden kann. Dabei ist einerseits von Bedeutung, dass die teure Ni-Basislegierung so sparsam wie möglich eingesetzt werden kann; andererseits besteht die Möglichkeit, dass die Hüllkörperdicke den Beanspruchungen entsprechend dimensioniert werden kann, wobei zu unterscheiden ist zwischen dem Bereich des Tellerbodens, des Tellerumfangs und des Ventilsitzes.
Was die Dimensionierung des Hüllkörpers betrifft, so hat sich eine Ni-Basisschicht von mindestens 2,5 mm als zweckmäßig erwiesen, insbesondere im Umfangsbereich anschließend an den Tellerboden. Durch einen derartig dimensionierten Hüllkörper werden dabei Risse weitgehend vermieden. Hingegen sind größere Hüllendicken im Bereich des eigentlichen Tellerbodens zweckmäßig. Längere Standzeiten der Ventile erreicht man dort mit Hüllendicken von 6 - 12 mm, je nach Ventilgröße.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hüllkörper im Sitzbereich mit einer Nut versehen wird, in welche eine Panzerung aus einer Co-Basislegierung durch Aufschwei- ßen eingebracht wird. Hier besteht die Möglichkeit, dass die Co-Basislegierung mit geringer Sitzbreite verwirklicht werden kann, so dass dieser teure Werkstoff, bevorzugt der unter der Bezeichnung "Stellite" vertriebenen Art, sparsam und doch effektiv eingesetzt werden kann .
Als geeignete Ni-Basislegierung kommen die bei Ventilspindeln verbreiteten, im Handel unter den Bezeichnungen Inconel 625 und Inconel 718 erhältlichen Ventilwerkstoffe als geeignete Schweißzusatzwerkstoffe in Frage. Der zentrale Ventilkörper selbst besteht bevorzugt aus X45CrNiW18.9, welcher auch unter der Bezeichnungen SNCRW erhältlich ist, oder aus einer entsprechenden austenitischen Eisen-Basislegierung, welche im Handel z.B. unter der Bezeichnung Typ 316 oder 3162 (2 CrNiMo 1912) als zum Aufschweißen geeignete Eisen-Basislegierung zur Verfügung steht.
Dadurch dass im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre die Ausgangsformen für die beiden Beschichtungsvorgänge jeweils durch kontrolliertes Abdrehen einerseits auf eine Ausgangsform mit einem Mindestmaß des Ventiltellers, andererseits auf eine Innenform vor dem Aufschweißen des Hüllenwerkstoffs präzise bemessen werden können, ist die Dicke des jeweils aufzuschweißenden Materials genau einstellbar und ermöglicht danach eine präzise Bearbeitung durch Abdrehen für die jeweils nächste Bearbeitungsstufe. Das Ergebnis ist ein wiederaufgearbeitetes Ventil mit stets gleicher Innenform des zentralen Ventilkörpers und im Rahmen der jeweiligen Ventilgröße stets gleicher Endform bei genauer Einhaltung der Hüllkörperdicke in dem jeweiligen Abschnitt des Ventiltellers .
Die Bearbeitungsschritte im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen nicht nur einen sparsamen Einsatz der teuren Werkstoffe, insbesondere des Hüllkörperwerkstoffs aus Ni-Basislegierung; es wird dadurch auch jene Hüllkörperdicke wiederholbar gewährleistet, welche einer optimalen Hüllkörperdicke entspricht. Die aufzuarbeitenden Ventile können auf diese Weise industriell stets in der gleichen Weise bearbeitet werden, so dass ein technisch höchst zuverlässiges Endprodukt hoher Qualität entsteht.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Ansicht eines Ventiltellers mit umlaufen den Sitzbereich und
Fig. 2 einen Axialschnitt innerhalb eines Ausschnitts II der Fig. 1
Fig. 1 zeigt einen Ventilteller 1 mit bei 2 abgeschnittenem Ventilschaft mit Längsachse 3. An den Tellerboden des Ventiltellers 1 schließt sich der konische Sitzbereich 4 des Ventiltellers an. An den Sitzbereich 4 des Ventiltellers schließt sich nach oben hin dessen Ven- tilhohlkehle 5 mit einem kleinen Absatz 6 zum Sitzbereich 4 hin an.
Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch den Ventilteller durch dessen Sitzbereich 4 und durchgehend bis zum Tellerboden 7. Tellerboden 7 und Sitzbereich 4 bilden zusammen mit einem üblicherweise als Tellerumfang 8 bezeichneten Verbindungsbereich am Außenumfang des Ventiltellers 1 dessen Hüllkörper 9. Der Hüllkörper 9 des Ventiltellers 1 umgibt eine Innenform 10 des Ventiltellers 1. Diese entsteht beim Aufarbeiten eines abgenutzten Ventils, welches bei Beginn seiner Aufarbeitung im Bereich des Ventiltellers bis auf eine Ausgangsform 11 abgedreht wurde. Auf diese Ausgangsform 11 wird eine austenitische Eisen-Basislegierung aufgeschweißt, die durch nachfolgendes Abdrehen der Innenform 10 des Ventiltellers 1 entspricht. Erst danach wird der Hüllkörper 9 aus einer Ni-Basislegierung aufgeschweißt.
Der Ventilteller 1 umfasst somit den ursprünglichen Ventilkörper 13 aus einer Eisenlegierung, eine durch Aufschweißen erzeugte Schicht 14 aus einer austeniti- schen Eisen-Basislegierung und den durch Aufschweißen erzeugten Hüllkörper 9 aus einer Ni-Basislegierung.
Der vorstehend erläuterte Schichtaufbau entsteht jeweils durch Abdrehen unter Erzeugung einer Ausgangsform 11, einer Innenform 10 und einer Endform 12. Somit wird eine präzise Dimensionierung jeder einzelnen Schicht verwirklicht. Als Ergebnis des Reparaturverfahrens wird ein Ventilteller geschaffen, der höchsten Ansprüchen derartiger Bimetall-Ventilspindeln entspricht. Dessen Hüllkörper 9 erfüllt alle Anforderungen hinsichtlich Standzeit, Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit insbesondere auch für Auslassventile.
Innerhalb des Sitzbereichs 4 mit der Sitzfläche 15 ist im Hüllkörper 9 eine Nut 16 eingezeichnet, welche bei der Herstellung des Hüllkörpers 9 für eine Ventilvariante eingeformt wird. Diese Ventilvariante besteht darin, dass in die Nut 16 ein besonderer Sitzwerkstoff, bevorzugt aus einer Co-Basislegierung durch Aufschweißen eingebracht wird, um Festigkeit sowie Verschleiß- und Korrosionseigenschaften des Sitzbereichs 4 noch weiter zu erhöhen. Eine geeignete Co-Basislegierung ist der unter dem Markennamen Stellite bekannte Ventilwerkstoff, der hinsichtlich seiner Standzeit die üblicherweise verwendeten Ventilwerkstoffe aus Ni-Basislegie- rungen noch übertrifft.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reparatur von abgenutzten Ventilspindeln mit einem Ventilkörper (13) aus Eisen- Basislegierung und einen Hüllkörper (9) bildenden Hüllenabschnitten im Bereich des Ventiltellers (1) aus Ni-Basislegierung, wenigstens im Bereich des Tellerbodens (7) und des Tellerumfangs (8), sowie mit einer Panzerung im Sitzbereich (4), dadurch gekennzeichnet,
1.1 dass die Hüllenabschnitte vollständig auf eine Ausgangsform (11) des Ventiltellers (1) abgedreht werden, bis ein bestimmtes Mindestmaß des Ventiltellers (1) mit metallisch blanker Oberfläche erreicht ist;
1.2 dass die Ausgangsform (11) mittels einer austenitischen Stahllegierung unter Ausbildung einer ersten Tellerform aufgeschweißt wird;
1.3 dass die erste Tellerform abgedreht wird, bis eine bestimmte Innenform (10) des Ventiltellers (1) erreicht ist;
1.4 dass die Innenform (10) mittels einer Ni- Basislegierung zur Ausbildung einer zweiten Tellerform aufgeschweißt wird und
1.5 dass die zweite Tellerform abgedreht wird, bis eine bestimmte Endform (12) des Ventiltellers (1) erreicht ist, derart, dass die Dicke des Hüllkörpers mindestens 2,5 mm beträgt .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abdrehen der zweiten Tellerform im Sitzbereich (4) des Hüllkörpers (9) eine Nut (16) ausgedreht wird, in welche eine Panzerung (15) aus einer Co- Basislegierung durch Auftragsschweißen eingebracht wird .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Hüllkörpers (9) im Umfangsbereich bis zu 5 mm beträgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Tellerbodens (7 je nach Ventilgröße 6 mm bis 12 mm beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13) aus einem Ventilwerkstoff X 45 CrNi W189 oder des Typs SNCRW besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine austenitische Eisen-Basislegierung des Typs 316 oder 316Lzum Aufschweißen der Ausgangsform (11) verwendet wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Panzerung (15) eine Co-Basislegierung des Typs Stellite verwendet wird.
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