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DE1777228A1 - Verfahren zum Verbinden unterschiedlicher Kolbenwerkstoffe - Google Patents

Verfahren zum Verbinden unterschiedlicher Kolbenwerkstoffe

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DE1777228A1
DE1777228A1 DE19681777228 DE1777228A DE1777228A1 DE 1777228 A1 DE1777228 A1 DE 1777228A1 DE 19681777228 DE19681777228 DE 19681777228 DE 1777228 A DE1777228 A DE 1777228A DE 1777228 A1 DE1777228 A1 DE 1777228A1
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steel
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piston
welded
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Kurt Dipl-Ing Dr Anderko
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Karl Schmidt GmbH
Original Assignee
Karl Schmidt GmbH
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Description

KARL SGHMIT)T GMBH Frankfurt/M.,-^,. - . . September IQ
71^7 Neckarsulm PrQ/HGa
Christian-Schmidt-Str. 10 1777228
prov. Nr. 5723
Verfahren zum Verbinden unterschiedliche." Kolbenwerkstoffe
Me Erfindung betrifft ein Verfahren zur metallischen Verbindung eines Leichtmetallkolbenkörpers für Verbrennungskraft-Tnasohinen mit den Ringträgern, Wärmedämmplatten, Muldenrandbewehrungen, Kolbenoberteilen und/oder dergleichen Kolbenelementen aus Eisen-, Stahl-, oder Titan-Werkstoffen. A
Es ist bekannt (DBP 901 104), Ringträger aus Eisenwerkstoffen mit dem aus Leichtmetall bestehenden Kolbenkörpern im Verbundgußverfahren zu verbinden, wobei beide Werkstoffe durch eine dünne, wenige Hundertstel Millimeter starke Eisenaluminiumlegierung verbunden sind. Dieses Verfahren besitzt ^edooh den Nachteil, daß diese spröde Bindeschicht zwischen den beiden Werkstoffen keine nachträgliche Wärmebehandlung bei Temperaturen oberhalb 300 0C, die im Interesse verbesserter mechanischer Eigenschaften wünschenswert ist, erlaubt. Ferner läßt sich ein mehr oder weniger hoher Gußausschuß infolge von Bindungsfehlern in der Bindungszone nicht vermeiden. Nachteilig wirkt sich auch aus, daß die Ringträger aus e,inem relativ " teurer Sonderwerkstoff gefertigt sein müssen, um dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Leichtmetalls angepaßt werden zv können. Zudem ist das Herstellungsverfahren mit einem vergleichsweise hohen Zeitaufwand verbunden.
Es ist auch bekannt, Aluminium mit Stahl über Zwischenstücke aus stahlplattiertem Aluminium mit Hilfe der Metall-Inertgas-Schweißung zu verbinden ("Aluminium" £4 (6), 1968, Seite 371). Jedoch hat sich die Metall-Inertgas-Schweißung für das Einechweißen von den vorgenannten Kolbenelementen auf den thermisch und mechanisch hoch beanspruchten Leichtmetallkolbenkörper unter Verwendung von stahlplattiertem Aluminium nicht
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BAD ORIGINAL
durchsetzen können, da die Wärmeeinwirkungszone bei dem Metall-Inertgas-Schweißverfanren vergleichsweise "breit ist und infolgedessen bei der notwendigen Verwendung dünnwandiger
- Plattierwerkstoffe zu einer unzulässigen Herabsetzung der Festigkeit der Plattierbindung führen würde. Ein weiterer
• Nachtei^l besteht darin, daß es keine Möglichkeit gibt, mit Hilfe des Metall-Inertgas-Schweißverfahrens beliebige Kurven und beliebig geformte Flächen zu bestreichen.
Es ist auch schon versucht worden, die Kolbenelemente unmittelbar mit dem Leichtmetallkolbenkörper durch Schweißen mit einem Elektronenstrahl zu verbinden. Dabei treten jedoch die gleichen Nachteile wie bei dem erwähnten Verbundgußverfahren in Erscheimmg.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine feste und zähe \rerbindung zwischen dem Leichtmetallkolbenkörper und den Kolbenelementen ermöglicht, ohne daß dabei die von der Fachwelt befürchteten, infolge der Schweißung hervorgerufenen, inneren Spannungen im Kolbenkörper auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das an sich bekannte Verfahren zum Schweißen von Metallen mittels eines Ladungsträger- oder Laserstrahls (DAS 1 199 4-16) zum Verbinden eines Leichtmetallkolbenkörpers mit aus Eisen-, Stahloder Titan-Werkstoffen bestehenden Kolbenelementen über eine stahl- oder titanplattierte Leichtmetall-Zwischenschicht angewendet wird.
Die Schweißung mit einem Ladungsträger- oder Laserstrahl bietet die Vorteile, daß die zu verbindenden Werkstücke ohne Verwendung von Fluß- oder Zusatzmitteln miteinander verschweißt werden können. Durch entsprechende Steuerung kann der Ladungsträger- oder Laserstrahl beliebige Kurven bestreichen und dabei punkt- oder linienförmige Schweißungen ausführen. Die hohe Energiedichte, verbunden mit einer relativ hohen Vorsehubge-
i/vrr.v:;.·: i ·. ♦ ■■ . - "5 -
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, ergeben pine schmale Naht, so daß die Wärme-ς· ο in,τ-! 7 p-nfTig verpclwindend gering ist. Ferner können Blasen-" rieht auftreten. Die erhaltenen Schweißverbindungen -
OIi duktiler als die Schweißnähte beim Metall-I]'p^+iis-nehwei Ren oder die Bindezone beim Verbundgußverf ahrefi.
Die Bi nde festigkeit zwischen dem Leichtrietallkolbenkörper und den eingeschweißten Kolbenelementen entspricht der ho·en Festigkeit der Plattierverbindung des verwendeten Plat-+ie^werkstoffes. Ferner können relativ dünnwandige Plattierwe^kstoffe verarbeitet werden, ohne daß dabei infolge des SchweißVorgangs die Festigkeit der Plattierverbindung in Mitleidenschaft gezogen würde. Die Herstellung der Schweißverbindung erfolgt in einfacher und wirtschaftlicher Weise, insbesondere in der Hinsicht, daß der Zeitaufwand für den Verschweißvorgang vergleichsweise ausgesprochen gering ist.
Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß beide Schweißnähte in einem Durchlauf ausgeführt werden können, indem der Ladungsträger- oder Laserstrahl durch Pulsen oder magnetische Ablenkung geführt wird, ν ob ei das Pulsen dar.n in vorteilhafter Weise angewendet wird, wenn der vervvendeto Plattierwerkstoff extrem dünnwandig ist und die Wärmebelastung der Schweißstellen möglichst gering gehalten werden muß.
Für den Fall, daß die Bimetallschicht aus einem Plattierwerkstoff unmittelbar als Bewehrung, z. B. für Hingnuten oder dergleichen, ausgebildet und somit nur kolbenseitig aufgeschweißt ist, ist es zweckmäßig, wenn die Stahl- bzw. Titenseite der Bimetallschicht mit einer Deckschicht, z. B. durch Galvanisieren, überzogen wird, um deren Verschleißfestigkeit zn erhöhen.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben.
Es wurde eine Schweißverbindung zwischen einer Kolbenlegierung AlSi12NiMg und Niresiat unter Einfügung eines plattierten Werkstoffs aus 1,6 mm Stahl und 1,6 mm AlSi 0.3 mit Hilfe eines Elektronenstrahls mit einer Strornstörke von 15 τη Α und einem Vorschub von 10 mm/sec hergestellt. Die gemessenen
Zugfestigkeiten betrugen 12 bis 15 kg/mm" und die Zug-Druck-
"~ ρ
Wechselfestigkeiter ca. 4 kp/mm , Die Härtewerte der Sohwei ß 7, one η betrugen eisenseitig 340 kp/mm
— 5 — Patentansprüche
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Claims (4)

R _
1. Verfahren zur retail! s oh en Verbindung einen Lei chtr>etall 1IoIb enkörp er s für Verbrennungskraftmaschinen mit Ri-ngträgern, W^rmedäimpl atten, MuldenrandViewehrunger , Kolben oberteilen o^er de^^leich^n Kolbeneleiie^ >;p^ mis VA.Pen-, Stahl- oder Titar-^/erkstoffen, daditrch gekennzeichnet, Ίγ.Ρ die ?7t verbindenden Grenzflächen über ntahl- oder + it»nplatti.erte3 Tei.ohtnetall unter Verwerdung eines Ladungsträger- oder Laserstrahls vernchveißt werden.
2. Verfahren nach Vnspruch 1, dadurch gekennzeiohnet, daß beide Schv/ei ßnähte gleichzeitig in eine^i !Durchgang ausgeführt werden.
3. Verfahren räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die BirietalLschieht aus Plattierwerkstof r mir kolbennpiti.p· nufge^r*hwei.ß'1" ist und unmittelbar als Bewehrung dient.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, die Stahlseite des plattierten Werkstoffes mit einer verschleißfesten Schicht, z. B. durch Galvanisieren, überzogen ist.
109822/0579 bad
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