CN104801847A - 一种锻钢结构活塞摩擦焊结构及其摩擦焊工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锻钢结构活塞摩擦焊结构及其摩擦焊工艺，所述摩擦焊结构为活塞头部和活塞裙部焊接接触面结构，所述摩擦焊接结构为台阶结构，台阶结构的高位台阶面与设在活塞头部和活塞裙部之间的内冷却油腔相邻。摩擦焊工艺，包括以下步骤：将活塞头部和活塞裙部之间的焊接接触面加工成台阶面，台阶面的高位台阶面与活塞的内冷却油腔相邻；活塞头部和活塞裙部之间相对应的台阶面部位进行摩擦焊；摩擦焊熔融的金属沿台阶面流出，完成活塞头部和活塞裙部之间焊接。摩擦焊时，由于副焊接面位置相对较高，金属熔融物不易堵塞活塞回油孔，提高产品质量。

Description

一种锻钢结构活塞摩擦焊结构及其摩擦焊工艺
技术领域
本发明涉及活塞技术领域，尤其是涉及一种锻钢结构活塞摩擦焊结构及其摩擦焊工艺。
背景技术
活塞作为内燃机的核心零件，承受交变的机械负荷和热负荷，是内燃机中工作条件最恶劣的零部件之一。其作用主要是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，同时，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。
近年来，内燃机强化程度和可靠性要求不断提高，排放要求也日益严格，其爆发压力越来越高，传统铸铝活塞已不能满足其要求，锻钢结构活塞成为一种选择。为降低活塞自身重量、冷却及润滑连杆小头衬套，一般设计有封闭式内冷却油腔及回油孔，内冷却油腔结构可通过摩擦焊接方式形成。
摩擦焊是一种压焊方法，在外力作用下，利用焊件接触面之间的相对摩擦和塑性流动所产生的热量，使接触面及其临近区域达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，通过两侧材料的相互扩散和动态再结晶而完成焊接。
锻钢结构活塞摩擦焊是在活塞头部和裙部分别加工出冷却油腔，然后通过摩擦焊接将头部与裙部形成一个整体，并形成封闭式内冷却油腔。传统的摩擦焊接触面为一个平面，焊接时高温熔化的金属会沿着焊接面流出，在内冷却油腔空间有限的情况下，流出的熔融金属会堵住活塞回油孔，从而导致活塞及连杆失效，严重影响整机性能和可靠性。
发明内容
针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种锻钢结构活塞摩擦焊结构及其摩擦焊工艺，以达到降低摩擦焊时活塞回油孔堵塞的目的。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种锻钢结构活塞摩擦焊结构，所述摩擦焊结构为活塞头部和活塞裙部焊接接触面结构，所述摩擦焊接结构为台阶结构，台阶结构的高位台阶面与设在活塞头部和活塞裙部之间的内冷却油腔相邻。
所述台阶结构的台阶面为焊接面，焊接面包括主焊接面和副焊接面，主焊接面低于副焊接面。
所述主焊接面和副焊接面的台阶过渡处均为圆角。
所述主焊接面的宽度大于副焊接的宽度。
所述活塞头部和活塞裙部之间相对的主焊接面间隙小于相对的副焊接面间隙。
一种利用所述锻钢结构活塞摩擦焊结构进行的摩擦焊工艺，包括以下步骤：
1)将活塞头部和活塞裙部之间的焊接接触面加工成台阶面，台阶面的高位台阶面与活塞的内冷却油腔相邻；
2)活塞头部和活塞裙部之间相对应的台阶面部位进行摩擦焊；
3)摩擦焊熔融的金属沿台阶面流出，完成活塞头部和活塞裙部之间焊接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、摩擦焊时，由于副焊接面位置相对较高，金属熔融物不易堵塞活塞回油孔，提高产品质量；
2、内冷却油腔高度可设置更高，从而提高活塞销座孔处刚度及强度，提高活塞的可靠性；
3、活塞回油孔没有熔融金属进入，不会影响回油，降低活塞内冷却油腔机油烧结、积碳风险，提高活塞可靠性，同时降低了连杆小头衬套润滑失效风险，提高连杆的可靠性；
4、活塞的摩擦焊部位圆角应力集中小，提高活塞的可靠性。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明锻钢结构活塞剖视图。
图2为本发明活塞摩擦焊结构示意图。
图中：1.活塞头部、2.内冷却油腔、3.摩擦焊结构、4.回油孔、5.活塞裙部、6.副焊接面、7.主焊接面。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，该锻钢结构活塞摩擦焊结构，摩擦焊结构为活塞头部1和活塞裙部5焊接接触面结构，两者通过相对应的接触面摩擦焊接在一起，固定可靠。
活塞头部1和活塞裙部5两者之间设有相对的腔体，即设在活塞头部1下部的上腔体和设在活塞裙部5上部的下腔体，下腔体和下腔体组合在一起形成内冷却油腔2，封闭的内冷却油腔2设有活塞回油孔4。
活塞回油孔4具体设在活塞裙部5的下部，活塞回油孔4倾斜设置，活塞回油孔4下部开口朝向连杆小头，并对其进行冷却、润滑，提高活塞运行的可靠性。
摩擦焊接结构为台阶结构，台阶结构的高位台阶面与设在活塞头部和活塞裙部之间的内冷却油腔相邻。即台阶结构的台阶焊接面处于内冷却油腔的内侧。台阶结构的台阶面为焊接面，焊接面包括主焊接面7和副焊接面6，主焊接面7低于副焊接面6。
主焊接面7位于副焊接面6的内侧，副焊接面6高于主焊接面7，主焊接面的宽度大于副焊接的宽度，焊接强度由主焊接面保证，副焊接面处于高位，摩擦焊时，熔融的金属沿台阶面流出，不易堵塞活塞回油孔。
由于活塞回油孔4不会有熔融金属流入堵塞，内冷却油腔高度可设置更高，从而提高活塞销座孔处刚度及强度，提高活塞的可靠性。
主焊接面和副焊接面的台阶过渡处均为圆角，即设在活塞头部上的圆角R1和设在活塞裙部上的圆角R2，圆角R1和圆角R2相对应，以降低应力集中，保证焊接处的强度，提高活塞的可靠性。
活塞头部1和活塞裙部5之间相对的主焊接面间隙H2小于相对的副焊接面间隙H1，以减小副焊接面摩擦，进而避免活塞裙部副焊接面位置发生较大形变，提高活塞的可靠性。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锻钢结构活塞摩擦焊结构，所述摩擦焊结构为活塞头部和活塞裙部焊接接触面结构，其特征在于：所述摩擦焊接结构为台阶结构，台阶结构的高位台阶面与设在活塞头部和活塞裙部之间的内冷却油腔相邻。
2.如权利要求1所述锻钢结构活塞摩擦焊结构，其特征在于：所述台阶结构的台阶面为焊接面，焊接面包括主焊接面和副焊接面，主焊接面低于副焊接面。
3.如权利要求2所述锻钢结构活塞摩擦焊结构，其特征在于：所述主焊接面和副焊接面的台阶过渡处均为圆角。
4.如权利要求2所述锻钢结构活塞摩擦焊结构，其特征在于：所述主焊接面的宽度大于副焊接的宽度。
5.如权利要求2所述锻钢结构活塞摩擦焊结构，其特征在于：所述活塞头部和活塞裙部之间相对的主焊接面间隙小于相对的副焊接面间隙。
6.一种利用如权利要求1所述锻钢结构活塞摩擦焊结构进行摩擦焊工艺，其特征在于：所述摩擦焊工艺包括以下步骤：
1)将活塞头部和活塞裙部之间的焊接接触面加工成台阶面，台阶面的高位台阶面与活塞的内冷却油腔相邻；
2)活塞头部和活塞裙部之间相对应的台阶面部位进行摩擦焊；
3)摩擦焊熔融的金属沿台阶面流出，完成活塞头部和活塞裙部之间焊接。
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