專利名稱：氣門小端端面的合金焊接方法
技術領域：
本發(fā)明屬于內燃機進、排氣閥門小端合金焊接方法。
進、排氣閥門是內燃機正常運行的關鍵性零件，其小端焊接質量對內燃機安全工作有重要影響。為排除該焊接過程的人為因素，提高焊接質量，尋求可以通過焊接參數(shù)的自動化控制即可達到保證焊接質量的方法。國內、外的相關廠家進行了多種焊接方法的探索性研制，其中中美合資的上海斯太立公司設計采用等離子氣門小端焊接方法，由于技術控制難度較大而歸于失??；日本曾將焊材合金制成片，并采用電阻焊方法試圖解決這一問題，但也因焊接質量不穩(wěn)定而沒有普遍的適應性。因此目前國內外多數(shù)氣門生產企業(yè)仍沿用傳統(tǒng)的人工噴焊方法焊接氣門小端合金。
火焰噴焊工藝是以乙炔-氧為燃氣，通過噴焊炬，將合金粉末噴涂并熔化焊接于氣門小端端面上形成抗磨合金層，其主要工藝為加熱待焊面至300-600℃；噴涂保護層；加熱保護層合金粉末至熔化溫度；邊噴邊熔至要求尺寸。這種工藝存在的不足是火焰噴焊均由人工操作，焊接質量受操作人的工藝水平，精神及情緒的隨意性影響，難以避免焊接質量的差異；當火焰將氣門小端表面從常溫加熱到合金熔化溫度時易氧化，因此界面難以避免過量氧化夾雜物。雖然合金粉末中含有脫氧元素，主要是B、Si，但這些元素同時又是保證合金性能的重要元素。所以，脫氧元素一方面產生的脫氧產物需要一定的時間才能從熔化合金的內部和界面上浮到焊層的表面以去除夾雜，這難以避免部分氧化夾雜物存留于合金內部，另一方面較大量脫氧要求使這些元素的損失同時又導致了合金本身性能的惡化，主要表現(xiàn)為硬度下降，抗磨性能下降，焊層和界面性能不穩(wěn)定；合金粉末在噴焊中飛濺損失率大。通常飛濺損失率在20％-30％，尤其噴焊Φ7毫米以下的氣門小端，粉末飛濺損失率可達40-60％，合金的有效利用率只有40-60％。飛濺粉末不能重噴利用，但可回收重熔制粉后才能利用。浪費十分巨大。
本發(fā)明所用焊接設備包括市售高頻加熱機，自動轉動送件機構及顆粒自動送料機構，按焊接順序安裝，并與計算機可編程序控制器即PLC聯(lián)接，按編制程序給予順序動作指令。本發(fā)明可不用自動轉動送件機構及顆粒自動送料機構，僅用人工操作也能實現(xiàn)其焊接本發(fā)明的目的是提供一種氣門小端端面的合金的焊接方法，不僅能實現(xiàn)人工送料焊接，而且能實現(xiàn)其高質量、高效率、低耗材的自動化焊接。
氣門小端焊接的關鍵是將焊材及待焊氣門小端端面均勻，并同時加熱到焊材合金的熔點溫度，使焊材與氣門小端熔接。為此，本發(fā)明采用高頻加熱的方法來實現(xiàn)這一目的。通過適當調整高頻機的電流頻率范圍，可以使高頻電流在工件上的穿透深度，滿足氣門小端表面均勻升溫的要求。這是因為穿透深度與導體的電阻率平方根成正比，與頻率和磁導率的平方根成反比，按這一原理，而我們總可以找到合適的頻率范圍和輸出功率以及確定相應感應圈的形狀、尺寸和匝數(shù)，使氣門小端待焊斷面達到均勻一致的升溫。
本發(fā)明所用焊材是將與噴焊粉末同成分的合金材料，按不同直徑氣門焊接要求的重量熔制成不同重量的顆粒，這些合金顆粒的導電、導熱性能遠優(yōu)于同成分的粉末，所以置于高頻圈內的這種合金顆?？梢员谎杆俚丶訜岬饺刍瘻囟葘崿F(xiàn)其焊接。
為實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，其焊接方法按以下順序進行1、備好滿足氣門焊接性能的合金顆粒。其制粒方法是將熔煉成分合格的合金液流，經過固定孔流入帶有放射狀分布槽的轉盤上，轉盤旋轉時各槽等份切割的合金液流在離心力和合金表面張力作用下滾動冷卻成為等重量顆粒，如圓形顆粒。轉盤旋轉速度不同即可獲得不同重量的顆粒，以適合于不同尺寸的氣門小端焊接。也可用市售合金顆粒。
2、調整高頻加熱機，使其輸出電流頻率10-150KHz、功率5-30 KW并根據(jù)不同直徑氣門小端端面的合金焊接所需的時間，調節(jié)氣門送進時間和送合金顆粒的間隔時間。為實現(xiàn)自動焊接時，調節(jié)自動轉動送件機構的步進時間為1-10秒和自動送合金顆粒間隔時間為1-10秒。
3、將氣門置于工作臺上，將合金顆粒置于氣門小端端面上。
4、將有合金顆粒的氣門小端置于高頻加熱機的高頻感應圈內的中部，感應圈可為圓形，感應圈匝數(shù)為1-2匝。氣門小端最好在圓形中心，其端面位于感應圈上下平面之間，感應圈的內表面與氣門外表面之間的間隙為0.5-4.5毫米。
5、啟動高頻加熱機，將氣門小端端面加熱4-30秒，使其升溫至合金顆粒熔化溫度900-1250℃實現(xiàn)焊接。
本發(fā)明具有以下技術效果該工藝中，利用高頻加熱機、加上自動轉動送件機構和自動顆粒送料機構以及相應動作指令可實現(xiàn)全自動化氣門小端的焊接；排除人工噴焊的工藝水平和人的精神狀態(tài)隨意性的影響。
焊接氣門小端的質量可以充分得到保證，即金相組織穩(wěn)定、機械性能穩(wěn)定、連接界面和焊接組織內氧化夾雜物低于噴焊工藝50％以下、成品率達到99.9％。
生產率比人工噴焊提高1-2倍。
可大幅度提高焊材的利用率，節(jié)材降耗明顯，節(jié)約能源。
本發(fā)明也可用人工送件和人工送合金顆粒實現(xiàn)其焊接。
中型內燃機氣門小端端面焊接，氣門直徑為8-12mm，焊材為Ni55合金顆粒，焊接步驟為將高頻加熱機的焊接參數(shù)進行調整，輸出電流頻率20-120KHz，最好50-100KHz；加熱功率10-20KW；加熱時間5-12秒；其余步驟與技術方案相同。
其余步驟與技術方案相同。
其余步驟與技術方案相同。
權利要求
1．一種氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于該方法按以下順序進行備好合金顆粒；調整高頻加熱機，使其輸出電流頻率為10-150KHz，加熱功率為5-30KW；將氣門置于工作臺上，將合金顆粒置于氣門小端端面的上；將有合金顆粒的氣門小端端面置于高頻加熱機的匝數(shù)為1-2匝的高頻感應圈內的中部，并使氣門的端面位于該感應圈上、下兩端面之間，高頻感應圈的內表面與氣門外表面之間的間隙為0.5-4.5mm；啟動高頻加熱機，將氣門小端端面加熱至合金顆粒熔化溫度900-1250℃，使合金顆粒完全熔化，加熱時間為4-30秒。
2．根據(jù)權利要求1所述的氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于通過自動轉動送件機構、顆粒自動送料機構、高頻加熱機和可編程序控制器進行自動焊接，調節(jié)自動轉動送件機構的步進時間為1-10秒和自動送合金顆粒的間隔時間為1-10秒。
3．根據(jù)權利要求1所述的氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于氣門直徑為8-12mm的中型內燃機的氣門小端端面的合金焊接方法將高頻加熱機的輸出電流頻率調整為20-120KHz，加熱功率為10-20KW，高頻加熱機的加熱時間為5-12秒。
4．根據(jù)權利要求3所述的氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于高頻加熱機的輸出電流頻率最好調整為50-100KHz。
5．根據(jù)權利要求1所述的氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于氣門直徑為7-10mm的小型內燃機的氣門小端端面的合金焊接的方法將高頻焊機的輸出電流頻率調整為80-150KHz，加熱功率為8-15KW；加熱時間為4-10秒。
6．根據(jù)權利要求5所述的氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于高頻加熱機的輸出電流頻率最好調整為100-120KHz。
7．根據(jù)權利要求1所述的氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于氣門直徑為4-7mm的摩托車發(fā)動機的氣門小端端面的合金焊接方法將高頻加熱機的輸出電流頻率調整為100-150KHz，加熱功率為5-15KW，加熱時間為3-8秒。
8．根據(jù)權利要求7所述的氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于高頻加熱機的輸出電流頻率最好調整為120-150KHz。
9．根據(jù)權利要求1所述的氣門小端端面的合金焊接方法，其特征在于氣門直徑為12-25mm的大型內燃機的氣門小端端面的合金焊接方法將高頻加熱機的輸出電流頻率調整為10-80KHz，加熱功率為15-30KW，加熱時間為10-30秒。
全文摘要
氣門小端端面的合金焊接方法屬于內燃機進、排氣閥門小端合金焊接方法。該方法包括備好合金顆粒,調整高頻加熱機的操作參數(shù),調節(jié)氣門送進時間和送合金顆粒的間隔時間,將氣門置于工作臺上,將合金顆粒置于氣門小端端面上,將氣門小端置于高頻感應圈的焊接位,啟動高頻加熱機加熱熔化合金顆粒實現(xiàn)焊接。本發(fā)明焊接質量高、效率高、低耗材、節(jié)能。不僅能人工操作實現(xiàn)其焊接,而且能自動化操作完成焊接。
文檔編號F02B39/00GK1309009SQ0110727
公開日2001年8月22日 申請日期2001年3月23日 優(yōu)先權日2001年3月23日
發(fā)明者江濤, 于今, 王世耕 申請人:重慶大學