DE1777228A1 - Verfahren zum Verbinden unterschiedlicher Kolbenwerkstoffe - Google Patents
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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
109822/0579 " "
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.
109822/0579
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
109822/0579
Claims (4)
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.
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Also Published As
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| GB1265820A (de) | 1972-03-08 |
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