一種氣門桿小端等離子堆焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)氣門零部件制造。
【背景技術(shù)】
[0002]背景知識1:等離子堆焊是以等離子弧產(chǎn)生的高溫將合金粉末與母材表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴(kuò)散、凝固，等離子粉末堆焊有基體母材與合金層結(jié)合強(qiáng)度高。堆焊層組織致密，可極大提高產(chǎn)品的耐蝕及耐磨性。母材與堆焊合金材料的稀釋少，材料特性變化小。堆焊產(chǎn)品合格率高，而且等離子粉末堆焊具有較高的生產(chǎn)率，且堆焊過程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化及自動化。
[0003]背景知識2:根據(jù)發(fā)動機(jī)氣門生產(chǎn)工藝，常規(guī)發(fā)動機(jī)氣門桿小端堆焊位置直徑Φ 5?Φ 7，要求堆焊高度為I?3，堆焊槽成球坑形狀，邊緣要求保留母材厚度為0.5左右，合金層位置為桿端中心位置。傳統(tǒng)氧乙炔堆焊溫度在2800?3200°C左右，因此保持堆焊部位形狀不輕易被熔損，而常規(guī)等離子弧有溫度高，電流密度大的特點(diǎn)，普通的等離子弧最高溫度可達(dá)10000?50000K，直接將其使用在氣門桿小端堆焊工藝上來的話堆焊部位凹坑形狀會被輕易熔損，無法保持堆焊部位形狀。根據(jù)通電導(dǎo)體的熱功率密度公式:P = I2XR式中I一電流密度(A/cm2)，R—是導(dǎo)電率(Ω)，從式中可看出，熱功率密度與電流密度的平方成正比。因此為了控制好堆焊溫度就必須首先對等離子電流進(jìn)行精確控制。
[0004]本發(fā)明之前的工藝技術(shù):人們常說發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，那么氣門就是發(fā)動機(jī)的心臟，發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣門在開啟工作過程中氣門桿小端要承受著搖臂或挺柱的頻繁敲擊與摩擦，一般的柴油機(jī)氣門桿小端承受的敲擊力可達(dá)到700?800MPa，由此造成氣門桿小端的早期磨損是氣門失效的典型形式之一，因此目前一些高端發(fā)動機(jī)氣門就明確要求氣門桿小端需堆焊StelliteN0.1合金材料，此合金材料有極高的耐磨性及耐沖擊性，一直以來各氣門生產(chǎn)企業(yè)都是采用將圓柱棒材狀的合金材料通過氧乙炔堆焊到氣門桿小端上的(參見圖2)，氧乙炔堆焊工藝雖然是一個很成熟的焊接工藝，但它不緊需要對焊接人員有很高的技能要求，而且其生產(chǎn)效率也很低，不適應(yīng)自動化生產(chǎn)，相對于大批量生產(chǎn)氣門的企業(yè)來談就需要投入大量的專業(yè)堆焊人員，這在勞動力緊缺的今天對企業(yè)產(chǎn)生很大的用工壓力，導(dǎo)致企業(yè)招收的人員技能參差不齊，產(chǎn)品堆焊廢品率很高，根據(jù)我公司十多年的質(zhì)量數(shù)據(jù)分析，此氣門小端堆焊工藝造成的產(chǎn)品廢品率一般在4%左右，對企業(yè)生產(chǎn)成本控制造成很大的壓力。另外，參見附圖1，該圖是氧乙炔堆焊合金組織金相圖，可以明顯地看到合金材料和氣門材料之間具有明顯的界限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決氣門桿小端的焊接問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]I)制作氣門桿，所述氣門桿的小端具有球窩。
[0008]2)將所述氣門桿送到等離子堆焊機(jī)的焊槍下方，氣門沿桿軸中心旋轉(zhuǎn)，同時等離子焊槍下降，待焊接過程中再逐步勻速提升。
[0009]3)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為a，開始引弧。
[0010]4)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為b，開始堆焊。
[0011]5)調(diào)整調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為C，停止堆焊。待氣門桿小端冷卻后，將氣門桿移走，完成堆焊操作。
[0012]進(jìn)一步，步驟3)中，開始引弧時，從前到后依次為起始時間段tl、電流上升時間段t2?其中起始時間段tl的電流為II，電流上升時間段t2中，電流由Il逐漸上升到12。
[0013]進(jìn)一步，步驟4)中，開始堆焊時，分為前時間段t3、后時間段t4和電流下降時間段t5，其中，前時間段t3的電流與后時間段t4的電流大小均為12。電流下降時間段t5中，電流由12逐漸下降到零。前時間段t3的送粉量為SI。后時間段t4的送粉量為S2。
[0014]進(jìn)一步，步驟5)中，冷卻時間為t6。
[0015]進(jìn)一步，步驟4)開始前，送粉系統(tǒng)延時(預(yù)熱)為T。
[0016]進(jìn)一步，步驟4)結(jié)束后，送粉系統(tǒng)延時(保溫)為T。
[0017]值得說明的是，為了控制好堆焊溫度，本發(fā)明對等離子電流進(jìn)行精確控制。所堆焊合金層有I?3的高度要求，因此焊槍必須要求在堆焊過程中有一個勻速同步提升的過程，而且必須對送粉量精確控制。為了保證堆焊合金層能在桿端中心位置，而且為后續(xù)氣門桿圓柱面無心磨提供一個好的加工條件就必須在堆焊桿端合金時不得有焊瘤在桿圓柱面上產(chǎn)生，因此，優(yōu)選地，要求在堆焊的過程中氣門需沿軸中心線同步旋轉(zhuǎn)。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的:
[0019]1、為了能保證等離子焊槍與氣門桿端相對位置的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，本發(fā)明采用了日本三菱公司生產(chǎn)的伺服控制電機(jī)配合高精度絲桿和直線導(dǎo)軌，使焊槍在堆焊時同步勻速提升，保證了堆焊合金的高度。
[0020]2、為了氣門能在堆焊時同步沿中心軸線同步勻速旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了兩個O型軸承作為V型支撐機(jī)構(gòu)在夾緊氣門桿圓周面后通過同步滾輪旋轉(zhuǎn)來帶動氣門勻速旋轉(zhuǎn)。
[0021]3、為了對等離子堆焊中的電流、送粉量、氣流等工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制，本發(fā)明采用了微束等離子弧焊機(jī)，并選配了日本三菱PLC控制系統(tǒng)，可以對電流進(jìn)行0.5A范圍內(nèi)精確控制，同時根據(jù)堆焊合金熔池實(shí)際情況進(jìn)行可調(diào)式設(shè)計(jì)，保證氣門桿小端堆焊合金部位形狀不被熔損的同時能有很高的結(jié)合強(qiáng)度及致密的堆焊組織，并且本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)氧乙炔堆焊工藝無法做到的全自動等堆焊，經(jīng)過簡單操作培訓(xùn)即可上崗，可一人操作多臺設(shè)備，大量降低對操作人員的技能要求，同時減輕企業(yè)用了壓力，并且極大降低了廢品率，經(jīng)過進(jìn)一年來的生產(chǎn)驗(yàn)證，氣門桿端采用等離子堆焊工藝后廢品率位0.2%左右，與傳統(tǒng)氧乙炔堆焊相比，本工序廢品率降低了 20倍，極大降低公司經(jīng)營成本。
【附圖說明】
[0022]圖1:氣門結(jié)構(gòu)及堆焊位置示意圖。
[0023]圖2:現(xiàn)有的氧乙炔堆焊氣門桿小端示意圖。
[0024]圖3:氣門桿小端氧乙炔堆焊合金組織金相圖。
[0025]圖4:氣門桿小端等離子堆焊合金組織金相圖。
[0026]圖中:氣門桿小端1、堆焊合金層2、氣門桿部3、氣門盤部4。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0028]一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0029]I)參見圖1，制作的氣門桿包括氣門桿小端1、氣門桿部3和氣門盤部4。，所述氣門桿的小端具有球窩。這個球窩將要堆焊StelliteN0.1合金材料(堆焊合金層總高度為I?3)。這個球窩的深度為I?1.8。
[0030]2)將所述氣門桿送到等離子堆焊機(jī)的焊槍下方，焊槍同時下降。本實(shí)施例中，采用自動化控制系統(tǒng)，自動將待加工的氣門桿送到焊槍下方。待堆焊完成后，自動地將氣門桿送走，并送來下一個待加工的氣門桿。
[0031]3)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為1.2，開始引弧。開始引弧時，從前到后依次為起始時間段tl = 0.1s、電流上升時間段t2 = 0.8s。其中起始時間段tl的電流為Il = 22k,電流上升時間段t2中，電流由Il逐漸上升到12 = 29A。實(shí)施例中，所稱的焊槍與氣門小端距離、電流均為堆焊設(shè)備的參數(shù)，可以采用自動控制系統(tǒng)來控制。
[0032]4)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為3，開始堆焊。開始堆焊時，分為前時間段t3 = Is和后時間段t4 = ls，其中，前時間段t3的電流與后時間段t4的電流大小均為12。
[0033]后時間段t4結(jié)束后，緊接著是電流下降時間段t5 = Is中，電流由12逐漸下降到零。前時間段t3的送粉量為SI = 6.6克/分。后時間段t4的送粉量為S2 = 8.8克/分。實(shí)施例中，所稱的焊槍與氣門小端距離、送粉量是為堆焊設(shè)備參數(shù)，可以設(shè)定。
[0034]5)調(diào)整調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為5.8，停止堆焊。待氣門桿小端冷卻后，將氣門桿移走，完成堆焊操作。
[0035]作為優(yōu)選，氣門桿在堆焊過程中轉(zhuǎn)動。另外，步驟4)開始前，送粉系統(tǒng)延時(預(yù)熱)為T = 0.1s。步驟4)結(jié)束后，送粉系統(tǒng)延時(保溫)為T = 0.1s。
[0036]值得說明的是，按照本實(shí)施例焊接的氣門桿小端的金相圖如圖4。可以明顯地看到，合金與氣門材料的界限模糊、相互滲透，其具有很好的力學(xué)性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)制作氣門桿，所述氣門桿的小端具有球窩； 2)將所述氣門桿送到等離子堆焊機(jī)的焊槍下方，氣門沿桿軸中心旋轉(zhuǎn)，同時等離子焊槍下降，待焊接過程中再逐步勻速提升； 3)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為a，開始引弧； 4)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為b，開始堆焊； 5)調(diào)整調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離為C，停止堆焊；待氣門桿小端冷卻后，將氣門桿移走，完成堆焊操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟3)中，開始引弧時，從前到后依次為起始時間段tl、電流上升時間段t2 ;其中起始時間段tl的電流為II，電流上升時間段t2中，電流由Il逐漸上升到12。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟4)中，開始堆焊時，分為前時間段t3、后時間段t4和電流下降時間段t5，其中，前時間段t3的電流與后時間段t4的電流大小均為12 ;電流下降時間段t5中，電流由12逐漸下降到零；前時間段t3的送粉量為SI ;后時間段t4的送粉量為S2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟5)中，冷卻時間為t6。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟4)開始前，送粉系統(tǒng)延時(預(yù)熱)為T。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟4)結(jié)束后，送粉系統(tǒng)延時(保溫)為T。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氣門桿小端等離子堆焊方法，包括以下步驟：1)制作氣門桿，所述氣門桿的小端具有球窩。2)將所述氣門桿送到等離子堆焊機(jī)的焊槍下方，氣門沿桿軸中心旋轉(zhuǎn)，同時等離子焊槍下降，待焊接過程中再逐步勻速提升。3)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離，開始引弧。4)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離，開始堆焊。5)調(diào)整所述等離子堆焊機(jī)的焊槍與所述氣門桿小端的距離，停止堆焊。待氣門桿小端冷卻后，將氣門桿移走，完成堆焊操作。
【IPC分類】B23K10-02
【公開號】CN104722903
【申請?zhí)枴緾N201510127509
【發(fā)明人】趙毛興
【申請人】重慶大東隆騰汽車摩托車氣門制造有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月23日