CN106640402A - 一种真空高温钎焊活塞及其制作流程 - Google Patents

一种真空高温钎焊活塞及其制作流程 Download PDF

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刘庆文
王汝来
宋相杰
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Abstract

本发明公开了一种真空高温钎焊活塞，包括活塞头和活塞裙，所述活塞头和活塞裙内部均设置有内冷油道和燃烧室，活塞头位于活塞裙的上端并且活塞裙的两侧对称的设置有钎焊填充区，钎焊填充区中设置有钎料，活塞头和活塞裙之间在高温的真空环境下并且采用钎焊工艺相连。本发明还公布了该钎焊活塞的制作流程。该产品设计合理，结构简单，故障率低，使用安全性好；该产品采用高强度的钎料在真空高温环境下将活塞头和活塞裙焊接，不仅提高了焊缝的质量，还使得活塞的结构设计及燃烧室的改良优化更具多元化，且可较容易的保证内冷油道与活塞燃烧室间的壁厚均匀程度，以便达到良好的冷却效果。

Description

一种真空高温钎焊活塞及其制作流程
技术领域
本发明涉及一种活塞，具体是一种真空高温钎焊活塞。
背景技术
随着发动机降低排放、性能及热效率的提高，作为发动机核心零部件的活塞也要进行性能提升，这就需要一个新的开放燃烧室，同时需要降低活塞总体高度和压缩高度，降低活塞的重量，减轻运动惯量降低功损失。这种开放的燃烧室形状有很深的、非旋转、不对称的怪形状，有一个与燃烧室距离较窄的、壁厚均匀的活塞冷却油道，活塞是汽车发动机汽缸体中作往复运动的机件。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部。活塞顶部是组成燃烧室的主要部分，其形状与所选用的燃烧室形式有关。组合式钢活塞是一种常用的活塞，目前市场上组合式钢活塞的连接方式一般采用螺栓连接或摩擦焊接。通常情况下，活塞燃烧室是通过车床加工的，但当活塞燃烧室采用非对称设计时，加工起来就费时费力，只能通过铣床一点一点的加工。此外，为使活塞具有良好的冷却效果，活塞燃烧室与内冷油道间还应保持均匀的壁厚，但当活塞燃烧室为非对称设计时，上述活塞的两种连接方式很难达到理想的冷却效果，这就为人们的使用带来了不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空高温钎焊活塞，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种真空高温钎焊活塞，包括活塞头和活塞裙，所述活塞头和活塞裙内部均设置有内冷油道和燃烧室，活塞头位于活塞裙的上端并且活塞裙的两侧对称的设置有钎焊填充区，钎焊填充区中设置有钎料，活塞头和活塞裙之间在高温的真空环境下并且采用钎焊工艺相连。
作为本发明进一步的方案：钎料的熔点低于活塞头和活塞裙原材料的熔点。
作为本发明进一步的方案：钎料采用高强度材料。
作为本发明进一步的方案：钎料采用膏状钎料或者粉状钎料。
作为本发明进一步的方案：钎料由以下原料按照重量份组成：Cr13-15、B2.75-3.5份、Si4.0-5.0份、Fe4.0-5.0份、C0.06份、P0.02份和Ni71.42-76.17份。
所述真空高温钎焊活塞的制备工艺，具体步骤如下：
步骤一，完成活塞头部的半精加工；
步骤二，完成活塞裙部的半精加工；
步骤三，处理好待焊件焊口；
步骤四，完成待焊件的清洗；
步骤五，取比活塞本体熔点低的钎料填充；
步骤六，采用高温真空焊接，即可得到成品。
作为本发明进一步的方案：步骤六中的高温真空焊接在惰性气体氛围中焊接，惰性气体采用氩气、氮气或者氦气。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该产品设计合理，结构简单，故障率低，使用安全性好；该产品采用高强度的钎料在真空高温环境下将活塞头和活塞裙焊接，不仅提高了焊缝的质量，还使得活塞的结构设计及燃烧室的改良优化更具多元化，且可较容易的保证内冷油道与活塞燃烧室间的壁厚均匀程度，以便达到良好的冷却效果。
附图说明
图1为真空高温钎焊活塞的结构示意图。
其中：1-活塞头，2-活塞裙，3-钎焊填充区。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种真空高温钎焊活塞，包括活塞头1和活塞裙2，所述活塞头1和活塞裙2内部均设置有内冷油道和燃烧室，活塞头1位于活塞裙2的上端并且活塞裙2的两侧对称的设置有钎焊填充区3，钎焊填充区3中设置有钎料，活塞头1和活塞裙2之间在高温的真空环境下并且采用钎焊工艺相连。钎料的熔点低于活塞头1和活塞裙2原材料的熔点。钎料采用高强度材料。钎料采用膏状钎料或者粉状钎料。钎料由以下原料按照重量份组成：Cr13-15、B2.75-3.5份、Si4.0-5.0份、Fe4.0-5.0份、C0.06份、P0.02份和Ni71.42-76.17份。
所述真空高温钎焊活塞的制备工艺，具体步骤如下：
步骤一，完成活塞头部的半精加工，包括粗车止口、粗车外圆、粗车燃烧室、时效处理、抛丸处理、精车止口、半精车外圆、半精车燃烧室、钻孔和铣平面；
步骤二，完成活塞裙部的半精加工，包括铣气门坑、铣止口端面、镗销孔和车挡圈槽；
步骤三，处理好待焊件焊口，将活塞本体进行电镀：首先将活塞本体进行脱脂，将脱脂后的活塞本体放入清洗水槽中漂洗干净，经漂洗干净的活塞放入酸洗槽中酸洗，酸洗液配置比例，硫酸：盐酸比例为2：1，浓度为2％-3％；再用自来水清洗活塞表面的残酸，防止挂酸腐蚀活塞并烫干，将经处理后的钢活塞放入反应炉中，并在反应炉底部放入适量的铝片，其上覆盖配置的熔融盐，并将待处理的活塞处理面覆盖，同时将加热炉温度控制在750-850摄氏度，电流密度控制在20/A·dm-2,电镀时间控制在30min-40分钟，电镀厚度与电镀时间的平方根呈线性关系，将电镀厚度控制在150-200um，再进行精光顶面；
步骤四，完成待焊件的清洗，将电镀后的活塞本体进行微弧氧化：用专用防护工装密封活塞非氧化部位，注意高度压紧，以防长时间在氧化液中变形，在活塞本体上安装弹性导电挂具，确保每个挂具都有活塞本体，保持平衡；用自来水清洗活塞本体表面的残酸，防止挂酸腐蚀活塞本体，将自动航车移至氧化槽位置，每个活塞本体的中心对应喷嘴口中心，对准导电仪，氧化液温度控制在30±5℃，溶液的PH值为9-13,电流0-200A,频率700-2100赫兹，电压0-560V；氧化结束后待电源自动关闭和相关指示灯熄灭后方可将行车提起，再进入清水槽漂洗烫干；
步骤五，取比活塞本体熔点低的钎料填充；
步骤六，采用高温真空焊接，即可得到成品。
工作原理：活塞头1中燃烧室的形状特殊并且内冷油道与燃烧室距离均匀，活塞裙2中采用带有特殊结构的内冷油道。在真空高温环境下，采用比活塞头1和活塞裙2原材料的熔点低的高强度的钎料，将活塞头1和活塞裙2连接到一起，这种焊接方式能使活塞的结构设计及燃烧室的改良优化更具多元化，且可较容易的保证内冷油道与活塞燃烧室间的壁厚均匀程度，以便达到良好的冷却效果；在真空环境下焊接，焊缝无氧化夹杂，提高了焊缝质量，针对不同领域的活塞，焊缝的数量可以改变。微弧氧化技术的原理及特点：微弧氧化表面处理技术,是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在铝合金材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜达到工件表面强化的目的，
微弧氧化技术的突出特点是：(1)大幅度地提高了材料的表面硬度，显微硬度在1000至2000HV，最高可达3000HV，可与硬质合金相媲美，大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度；(2)良好的耐磨损性能；(3)良好的耐热性及抗腐蚀性，这从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前景；(4)有良好的绝缘性能，绝缘电阻可达100MΩ；(5)溶液为环保型，符合环保排放要求；(6)工艺稳定可靠,设备简单；(7)反应在常温下进行，操作方便，易于掌握；(8)基体原位生长陶瓷膜，结合牢固,陶瓷膜致密均匀；(9)微弧氧化对铝材要求不高，不管是含铜或是含硅的难以阳极氧化铝合金，均可用于微弧氧化，且能得到理想膜层。
该产品设计合理，结构简单，故障率低，使用安全性好；该产品采用高强度的钎料在真空高温环境下将活塞头1和活塞裙2焊接，不仅提高了焊缝的质量，还使得活塞的结构设计及燃烧室的改良优化更具多元化，且可较容易的保证内冷油道与活塞燃烧室间的壁厚均匀程度，以便达到良好的冷却效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种真空高温钎焊活塞，其特征在于，包括活塞头和活塞裙，所述活塞头和活塞裙内部均设置有内冷油道和燃烧室，活塞头位于活塞裙的上端并且活塞裙的两侧对称的设置有钎焊填充区，钎焊填充区中设置有钎料，活塞头和活塞裙之间在高温的真空环境下并且采用钎焊工艺相连。
2.根据权利要求1所述的真空高温钎焊活塞，其特征在于，所述钎料的熔点低于活塞头和活塞裙原材料的熔点。
3.根据权利要求1或2所述的真空高温钎焊活塞，其特征在于，所述钎料采用高强度材料。
4.根据权利要求1所述的真空高温钎焊活塞，其特征在于，所述钎料采用膏状钎料或者粉状钎料。
5.根据权利要求1所述的真空高温钎焊活塞，其特征在于，所述钎料由以下原料按照重量份组成：Cr13-15、B2.75-3.5份、Si4.0-5.0份、Fe4.0-5.0份、C0.06份、P0.02份和Ni71.42-76.17份。
6.一种如权利要求1-5任一所述的真空高温钎焊活塞的制作流程，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，完成活塞头部的半精加工；
步骤二，完成活塞裙部的半精加工；
步骤三，处理好待焊件焊口；
步骤四，完成待焊件的清洗；
步骤五，取比活塞本体熔点低的钎料填充；
步骤六，采用高温真空焊接，即可得到成品。
7.根据权利要求6所述的真空高温钎焊活塞的制作流程，其特征在于，所述步骤六中的高温真空焊接在惰性气体氛围中焊接，惰性气体采用氩气、氮气或者氦气。
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