專利名稱：帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞及其制造工藝，尤其涉及一種帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整 體活塞及其制造工藝。 技術(shù)背景目前用于載重汽車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車以及船用發(fā)動(dòng)機(jī)都在向大功率、髙負(fù)荷方向發(fā) 展，強(qiáng)化程度不斷提高，排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，原鋁質(zhì)活塞雖然有重量輕的優(yōu)點(diǎn)，但鋁材質(zhì) 逐漸不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高功率、高強(qiáng)化、低排放的要求。針對(duì)大功率、高負(fù)荷的柴油機(jī)活塞，目前有鉸接擺體式結(jié)構(gòu)活塞，即活塞頭與活塞裙分 開加工制造，通過(guò)活塞銷連接起來(lái)，活塞頭采用鑄鐵或鍛鋼材料，活塞裙采用鋁材料制造。 這種活塞因?yàn)榛钊^與活塞裙分開制造，增加了加工成本，并且難以形成封閉的冷卻油腔， 活塞冷卻效果差，同時(shí)因?yàn)轹L(zhǎng)的活塞銷進(jìn)行連接，總體重量也有所增加。中國(guó)專利CN 1610601A公開了一種制造鍛鋼活塞的方法，該方法是活塞毛坯一體式鍛造，用一個(gè)另外加工的環(huán)蓋，與活塞頭部加工出的環(huán)形溝槽組裝，行成封閉油腔。但其制作 工藝復(fù)雜，制造成本高，活塞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有待提高。中國(guó)專利CN2851607Y公開了另一種制造鍛鋼活塞的方法，該方法是頭部與裙部分別鍛 造，內(nèi)冷油腔是在頭部與裙部分別加工后通過(guò)摩擦焊接形成，摩擦焊接受其工藝方式和設(shè)備 結(jié)構(gòu)性能、精度所限，同批生產(chǎn)的摩擦焊活塞其長(zhǎng)度尺寸的一致性較差，導(dǎo)致活塞重量和焊 接后所產(chǎn)生的內(nèi)冷油腔尺寸相差很大，從而使焊接廢品率很離，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能，而且 焊接飛邊大(一般在4"8mm),霈要對(duì)其露在外面的焊接飛邊進(jìn)行專門加工處理，但內(nèi)冷油腔 里面的焊接飛邊無(wú)法去除，會(huì)影響到活塞冷卻效果。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決目前鋁質(zhì)活塞不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高功率、髙強(qiáng)化、低排放的要 求的問(wèn)題，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)便，能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)離功率、髙強(qiáng)化、低 排放的要求等優(yōu)點(diǎn)的帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞及其制造工藝，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞，它包括活塞本體和活塞環(huán)體，通過(guò)激 光其焊接使其成為一體，焊接后兩者間形成內(nèi)冷卻油腔，冷卻油腔通過(guò)至少兩個(gè)進(jìn)出油孔與 活塞內(nèi)腔連通，可進(jìn)油和出油，當(dāng)活塞在發(fā)動(dòng)機(jī)中工作時(shí)，機(jī)油從進(jìn)油孔中噴入，并在環(huán)形 冷卻腔內(nèi)流動(dòng)，從出油孔流出，帶走活塞的熱量，以降低活塞各部位的工作溫度，保證活塞 及活塞環(huán)的工作可靠性，活塞本體下部為銷孔；由于通過(guò)焊接形成封閉冷卻油腔，使活塞整體結(jié)構(gòu)剛度增加，使得活塞工作部位特別是環(huán)槽部位在工作熱態(tài)下變形小，可提髙密封性能， 降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放。所述活塞環(huán)體上有至少一道環(huán)槽。所述活塞本體的裙部設(shè)計(jì)有環(huán)形槽。所述活塞本體與活塞環(huán)體間的激光焊區(qū)為外圓和頂面兩個(gè)環(huán)形區(qū)域，焊縫位置根據(jù)活塞 結(jié)構(gòu)不同可進(jìn)行調(diào)整。一種具有封閉內(nèi)冷油腔的活塞的制造工藝，它的方法為，1) 分別鍛造活塞本體、活塞環(huán)體毛坯；2) 分別對(duì)活塞本體毛坯及活塞環(huán)體毛坯進(jìn)行熱處理；3) 對(duì)活塞本體毛坯及環(huán)體毛坯進(jìn)行粗加工，加工出內(nèi)腔、內(nèi)冷油腔及激光焊接面；4) 活塞本體與活塞環(huán)體通過(guò)激光焊接方式結(jié)合為一體；5) 分別加工出活塞環(huán)形槽、燃燒室、環(huán)槽、銷孔、外圓及進(jìn)出油孔；6)對(duì)活塞表面進(jìn)行磷化或石墨化處理。所述步驟2)中熱處理過(guò)程為，調(diào)質(zhì)鋼熱處理在800-850*0保溫1-2小時(shí)然后油冷， 回火溫度60(TC,保溫1. 5-2. 5小時(shí)；非調(diào)質(zhì)鋼直接空冷至室溫，即應(yīng)在3-4分鐘內(nèi)溫度由鍛后的uo(nc土5or冷卻至500"c土5o"。所述步驟4)中激光焊接工藝為 4~1)對(duì)活塞龠焊接部位進(jìn)行清潔； 4-2)對(duì)焊接活塞進(jìn)行定位；4-3)采用焊接Ca激光器進(jìn)行焊接，激光輸出功率2000W—7000 W,聚焦鏡焦長(zhǎng)f=70 一 150mm,焊接線速度0. 5—2m/min;4-4)采用二次焊接工藝確保焊縫均勻性，第一次為快速定位焊，激光功率2000W—7000 W，焊速2-4m/邁in,第二次為深熔焊，激光功率2000W—7000 W,焊速0. 5-2m/min;4-5)對(duì)焊縫進(jìn)行激光退火處理，提高焊縫強(qiáng)度和后序加工工藝性。 本發(fā)明在活塞裙部上方加工出環(huán)形槽，不僅減輕了重量，而且有利于油環(huán)槽部位機(jī)油回 油，同時(shí)增加了裙部柔性，有利于配缸間隙的減小和機(jī)油耗降低，在活塞銪孔方向兩側(cè)，鍛出凹偏，在滿足活塞強(qiáng)度要求前提下，減輕了整個(gè)活塞的重量* 如霈避讓發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上安裝的噴油嘴，在活塞裙部下端，可以設(shè)計(jì)一缺口，以防止活塞運(yùn)動(dòng) 到下止點(diǎn)時(shí)與噴油嘴干涉，本發(fā)明不同于CN 1610601A專利之處是，頭部與裙部分別鍛造，內(nèi)冷油腔是在頭部與裙 部分別加工后通過(guò)激光焊接形成，使活塞毛坯的鍛造、封閉油腔的形成工藝減化，活塞的結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度更高。而CN1610601A專利公開的鍛鋼活塞不是焊接結(jié)構(gòu)，而是組裝結(jié)構(gòu)，其最大的 缺點(diǎn)是活塞剛性差，制造工藝復(fù)雜*CN2851607Y專利公開的鍛鋼活塞焊接工藝為摩擦焊接。但激光焊接與摩擦焊接相比， 具有明顯的優(yōu)勢(shì)，激光焊接尺寸非常精確，而且本發(fā)明的活塞結(jié)構(gòu)在焊接后活塞長(zhǎng)度不會(huì)發(fā) 生改變，使活塞毛坯的鍛造、封閉油腔的加工工藝簡(jiǎn)化，活塞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高。無(wú)焊接飛邊， 活塞無(wú)變形，節(jié)約活塞材料，可使各個(gè)工件內(nèi)冷油腔尺寸(冷卻油腔具有更好的冷卻效果) 一致，活塞重量相同，不會(huì)因此而產(chǎn)生廢品，非常適合批量生產(chǎn)，這是摩擦焊接所無(wú)法比擬 的。本發(fā)明的有益效果是既能代替鋁質(zhì)活塞以及鉸接結(jié)構(gòu)活塞、摩擦焊接式鍛鋼結(jié)構(gòu)活塞， 又有較輕的重量和更高的強(qiáng)度來(lái)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化和排放要求，也具有好的制造工藝性。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，l.活塞環(huán)體，2.活塞本體，3.內(nèi)冷油腔，4.激光焊區(qū)，5.銷孔，6.裙部，7.環(huán)形槽， 8.環(huán)槽。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例l:圖1中，活塞本體2與活塞環(huán)體1為分別鍛造的部件，兩者通過(guò)激光焊接在一起。活塞 環(huán)體1上有一道或多道環(huán)槽8,它與活塞本體2的激光焊區(qū)4為上下兩個(gè)環(huán)形區(qū)域，且其與 活塞本體2間形成內(nèi)冷油腔3,該內(nèi)冷油腔3通過(guò)兩個(gè)或三個(gè)進(jìn)出油孔與活塞內(nèi)腔連通。活 塞本體2的裙部6上有環(huán)形槽7，在活塞本體2的下部有銷孔5，銷孔5的兩側(cè)鍛出凹偏。本發(fā)明產(chǎn)品的制造方法為① 分別鍛造活塞本體、活塞環(huán)體，材質(zhì)為可鍛造的調(diào)質(zhì)鋼或非調(diào)質(zhì)鋼。② 分別對(duì)毛坯進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)鋼熱處理規(guī)范在830'C保溫1. 5小時(shí)然后油冷，回火溫度600'C,保溫2小時(shí)；非調(diào)質(zhì)鋼直接空冷至室溫，但應(yīng)保證在3.5分鐘內(nèi)溫度由約1100"C冷卻至500"C;③ 對(duì)活塞本體及環(huán)體毛坯分別進(jìn)行粗加工，加工出內(nèi)腔、內(nèi)冷油腔及激光焊接端面；④ 活塞本體與環(huán)體通過(guò)激光焊接在一起；⑤ 分別加工出活塞環(huán)形槽、燃燒室、環(huán)槽、銷孔、外圓型面及進(jìn)出油孔等部位⑥ 對(duì)活塞表面進(jìn)行磷化或石墨化處理。 其中，激光焊接工藝為4-1)對(duì)活塞需焊接部位進(jìn)行清潔； 4-2)對(duì)焊接活塞進(jìn)行定位；4-3)采用焊接C02激光器進(jìn)行焊接，激光輸出功率2600W,聚焦鏡焦長(zhǎng)f-100nm,焊接 線速度lm/min;4-4)采用二次焊接工藝確保焊縫均勻性，第一次為快速定位焊，激光功率2600W,焊速 3m/邁in，第二次為深熔焊，功率2600W,速度lm/min:4-5)對(duì)焊縫進(jìn)行激光退火處理，提髙焊縫強(qiáng)度和后序加工工藝性.本發(fā)明所涉及的帶內(nèi)冷油腔的激光焊接式鍛鋼整體活塞，本專利的示意圖僅顯示了其結(jié) 構(gòu)形式，具體形狀尺寸(包括焊縫位置、數(shù)量)可根據(jù)情況，對(duì)其結(jié)構(gòu)尺寸作出變化和調(diào)整。實(shí)施例2:在本實(shí)施例中，活塞結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l相同，其制造方法為 1〉分別鍛造活塞本體、活塞環(huán)體毛坯2) 分別對(duì)活塞本體毛坯及活塞環(huán)體毛坯進(jìn)行熱處理；3) 對(duì)活塞本體毛坯及活塞環(huán)體毛坯進(jìn)行粗加工，加工出內(nèi)腔、內(nèi)冷油腔及激光焊接面；4) 活塞本體與活塞環(huán)體通過(guò)激光焊接方式結(jié)合為一體；5) 分別加工出活塞環(huán)形槽、燃燒室、環(huán)槽、銷孔、外圓及進(jìn)出油孔；6) 對(duì)活塞表面進(jìn)行磷化或石墨化處理， 所述步驟2)中熱處理過(guò)程中，對(duì)調(diào)質(zhì)鋼熱處理方法為在8(KTC保溫1小時(shí)然后油冷，回火溫度590C,保溫1.5小時(shí)；對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼熱處理方法為直接空冷至室溫，即應(yīng)在3分鐘內(nèi)溫度由鍛后的10501C冷 卻至45(TC。所述步驟4)中激光焊接工藝為 4-1)對(duì)活塞霈焊接部位進(jìn)行清潔； 4-2)對(duì)焊接活塞進(jìn)行定位；4-3)采用焊接C03激光器進(jìn)行焊接，激光輸出功率2000W,聚焦鏡焦長(zhǎng)f-70mm,焊接線 速度0. 5m/min;4-4)采用二次焊接工藝確保焊縫均勻性，第一次為快速定位焊，激光功率2000W，焊 速2ra/min,第二次為深熔焊，激光功率2000W,焊速0.5m/rain;4-5)對(duì)焊縫進(jìn)行激光退火處理，提高焊縫強(qiáng)度和后序加工工藝性。實(shí)施例3:在本實(shí)施例中活塞結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，其制造方法為1) 分別鍛造活塞本體、活塞環(huán)體毛坯；2) 分別對(duì)活塞本體毛坯及活塞環(huán)體毛坯進(jìn)行熱處理；3) 對(duì)活塞本體毛坯及環(huán)體毛坯進(jìn)行粗加工，加工出內(nèi)腔、內(nèi)冷油腔及激光焊接面；4) 活塞本體與活塞環(huán)體通過(guò)激光焊接方式結(jié)合為一體；5) 分別加工出活塞環(huán)形槽、燃燒室、環(huán)槽、銷孔、外圓及進(jìn)出油孔；6) 對(duì)活塞表面進(jìn)行磷化或石墨化處理。所述步驟2)中熱處理過(guò)程為，調(diào)質(zhì)鋼熱處理在8501C保溫2小時(shí)然后油冷，回火溫 度61CnC,保溫2.5小時(shí)；非調(diào)質(zhì)鋼直接空冷至室溫，即應(yīng)在4分鐘內(nèi)溫度由鍛后的 冷卻至5501C。所述步驟4)中激光焊接工藝為4>1)對(duì)活塞需焊接部位進(jìn)行清潔；4-2)對(duì)焊接活塞進(jìn)行定位；4-3)采用焊接C&激光器進(jìn)行焊接，激光輸出功率7000W,聚焦鏡焦長(zhǎng)f-150n皿，焊接 線速度2m/mim4-4)采用二次焊接工藝確保焊縫均勻性，第一次為快速定位焊，激光功率7000 W,焊 速4m/min,第二次為深熔焊，激光功率7000 W,焊速2m/min;4-5)對(duì)焊縫進(jìn)行激光退火處理，提高焊縫強(qiáng)度和后序加工工藝性。
權(quán)利要求
1. 一種帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞，它包括活塞本體(2)和活塞環(huán)體(1)，其特征是，所述活塞本體(2)通過(guò)激光焊接與活塞環(huán)體(1)成為一體，兩者間為內(nèi)冷卻油腔(3)，冷卻油腔(3)通過(guò)至少兩個(gè)進(jìn)出油孔與活塞內(nèi)腔連通；活塞本體(2)下部有銷孔(5)。
2、 如權(quán)利要求1所述的帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞，其特征是，所述活 塞環(huán)體(1)上加工有至少一道環(huán)槽(8),
3、 如權(quán)利要求l所述的帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞，其特征是，所述活 塞本體(2)的裙部(6)設(shè)有環(huán)形槽(7)。
4、 如權(quán)利要求l所述的帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞，其特征是，所述活 塞本體(2)與活塞環(huán)體(1)間的激光焊區(qū)(4)為上下兩個(gè)環(huán)形區(qū)域。
5、 一種權(quán)利要求1所述帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞的制造工藝，其特征 是，它的方法為，1) 分別鍛造活塞本體、活塞環(huán)體毛坯；2) 分別對(duì)活塞本體毛坯及活塞環(huán)體毛坯進(jìn)行熱處理；3) 對(duì)活塞本體毛坯及活塞環(huán)體毛坯進(jìn)行粗加工，加工出內(nèi)腔、內(nèi)冷油腔及激光焊接面；4) 活塞本體與活塞環(huán)體通過(guò)激光焊接方式結(jié)合為一體；5) 分別加工出活塞環(huán)形槽、燃燒室、環(huán)槽、銷孔、外圓及進(jìn)出油孔；6) 對(duì)活塞表面進(jìn)行磷化或石墨化處理。
6、 如權(quán)利要求5所述的帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞的制造工藝，其特 征是，所述步驟2)中熱處理過(guò)程中，對(duì)調(diào)質(zhì)鋼熱處理方法為在800-8501C保溫1-2小時(shí)然后油冷，回火MS 600r土10TC， 保溫1.5-2.5小時(shí)；對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼熱處理方法為直接空冷至室溫，即應(yīng)在3-4分鐘內(nèi)溫度由鍛后的11001C 土501C冷卻至500"C 土5(TC 。
7、 如權(quán)利要求5所述的帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞的制造工藝，其特 征是，所述步驟4)中激光焊接工藝為4<1)對(duì)活塞需焊接部位進(jìn)行清潔； 4-2)對(duì)焊接活塞進(jìn)行定位；4-3)采用焊接C&激光器進(jìn)行焊接，激光輸出功率2000W—7000 W,聚焦鏡焦長(zhǎng)f-70 一150nm,焊接線速度0. 5—2m/min;4-4)采用二次焊接工藝確保焊縫均勻性，第一次為快速定位焊，激光功率2000W—7000 W,焊速2-4m/min,第二次為深熔焊，激光功率2000W—7000 W,焊速0. 5-2m/min;4-5)對(duì)焊縫進(jìn)行激光退火處理，提髙焊縫強(qiáng)度和后序加工工藝性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶封閉內(nèi)冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞及其制造工藝。它解決了目前鋁質(zhì)活塞不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高功率、高強(qiáng)化、低排放的要求的問(wèn)題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)便，能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高功率、高強(qiáng)化、低排放的要求等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)為它包括活塞本體和活塞環(huán)體，所述活塞本體通過(guò)激光焊接與活塞環(huán)體成為一體，兩者間為內(nèi)冷卻油腔，冷卻油腔通過(guò)至少兩個(gè)進(jìn)出油孔與活塞內(nèi)腔連通；活塞本體下部有銷孔。
文檔編號(hào)C21D1/00GK101265854SQ20081009940
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者峰 張, 張慶遠(yuǎn), 林風(fēng)華, 馬學(xué)軍 申請(qǐng)人:山東濱州渤?；钊煞萦邢薰?br>