CN109641329B - 再制造预燃室组件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种再制造预燃室组件的方法包括确定围绕预燃室壳体(30)的外周壁的近端和本体组件(20)的外周壁的远端延伸且连结该近端和远端的原始周向焊缝(50)的宽度W，切穿焊缝(50)以便使预燃室壳体(30)与本体组件(20)分开，以及从本体组件(20)的远端部分的外周部分移除材料。该方法包括材料沿与预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向移除宽度W的2.5到3倍的距离。

Description

再制造预燃室组件的方法
技术领域
本公开大体上涉及预燃室组件，并且更具体地涉及再制造预燃室组件的方法。
背景技术
包括柴油发动机、汽油发动机、气态燃料供能的发动机和本领域中已知的其它发动机的发动机点燃空气/燃料混合物来产生热。引导入发动机的燃烧室的燃料可通过火花塞、电热塞和/或AC/DC点火源点燃。此燃烧过程所得的热和膨胀气体受引导来转移活塞或移动涡轮叶片，这两者可连接至发动机的曲轴。当活塞转移或涡轮叶片移动时，引起曲轴旋转。此旋转用于驱动诸如传动机构或发电机的装置来推进车辆或产生电力。
已经确定，发动机的燃烧室内良好分布的火焰促进了空气-燃料混合物的改善燃烧。改善的燃烧可导致空气污染和燃料消耗的减少。产生良好分布的燃烧火焰的一种方式在于通过使用燃烧或点火预燃室(本文称为“预燃室”)。预燃室可形成发动机的一部分。例如，预燃室可形成在与气缸盖相关联的高温预燃室壳体内，气缸盖构造成关闭发动机组的一个或多个气缸。高温预燃室壳体可由本体组件连接至气缸盖，本体组件包括一个或多个通路，以用于在空气-燃料混合物引入与预燃室相关联的气缸中之前将燃料和空气引导入预燃室。预燃室组件可至少部分地定位在气缸盖中的点火开孔内，并且空气-燃料混合物的点火可发生在预燃室内。预燃室内的空气-燃料混合物的点燃可用火花塞或通过加压预燃室内的混合物直到发生自动点火来引发。火焰传播然后通过预燃室壳体中的孔口传递至燃烧室，使气缸内的贫燃料-空气混合物能够完全点燃。
尽管预燃室的使用提供了某些性能改进，但预燃室壳体还需要定期替换或再制造，因为即使形成预燃室壳体的高温材料也可能最终磨损、腐蚀或以其它方式劣化到可能影响发动机性能的水平。预燃室壳体或从预燃室壳体进入气缸中的开口的劣化也可影响火焰传播至气缸，并且从而影响发动机的排放水平。
2015年12月22日授予Pierz的美国专利号9,217,360(’360专利)中公开了改善从预燃室装置散热以便改善预燃室装置的寿命的一种尝试。具体而言，’360专利公开了一种预燃室装置，其包括具有内部部分和外部部分的壳，以及定位在形成在内部部分与外部部分之间的腔内的导热核心部分，以及将液体冷却剂提供至预燃室装置的外部部分的冷却剂流动通路。
尽管’360专利的预燃室装置可具有改善的寿命，但复杂结构和需要防止液体冷却剂流入来与燃烧点火器接触可能增加成本且降低可制造性。此外，’360专利并未解决与预燃室壳体的拆卸，或预燃室组件的一个或多个部件的再制造和替换相关联的问题。
公开的预燃室组件和再制造预燃室组件的方法针对克服上文提出的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。
发明内容
一方面，本公开针对一种再制造预燃室组件的方法，预燃室组件包括焊接至本体组件的预燃室壳体。本体组件的远端部分和预燃室壳体的近端部分中的一个包括减小直径的部分，另一个包括构造成接收减小直径的部分的埋头孔，并且原始周向焊缝沿原始周向焊接接头围绕预燃室壳体的外周壁的近端和本体组件的外周壁的远端延伸且连结该近端和远端。该方法可包括确定如沿与预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向测得的原始周向焊缝的宽度W，切穿焊缝以便使预燃室壳体与本体组件分离，以及从本体组件的远端部分的外周部分移除材料，其中材料沿与预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向移除宽度W的2.5到3倍的距离。
另一方面，本公开针对一种再制造的预燃室组件。再制造的预燃室组件包括再加工的本体组件，以及沿新周向焊接接头焊接至再加工的本体组件的新预燃室壳体。再加工的本体组件的远端部分和新预燃室壳体的近端部分中的一个包括减小直径的部分，并且减小直径的部分的轴向长度构造成配合在再加工的本体组件的远端部分和新预燃室壳体的近端部分中的另一个处形成的埋头孔中。新周向焊缝沿新周向焊接接头围绕新预燃室壳体的外周壁的近端和再加工的本体组件的外周壁的远端延伸且连结该近端和远端。新周向焊缝的中心线在围绕本体组件的外周壁的远端的原始周向焊接接头处，朝再加工的本体组件的近端沿再加工的本体组件的外周壁与原始周向焊缝的中心线位置轴向地间隔开如沿与预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向测得的原始周向焊缝的宽度W的2.5到3倍的距离。
又一方面，本公开针对一种再制造预燃室组件的方法。预燃室组件包括焊接至本体组件的预燃室壳体，其中本体组件的远端部分包括减小直径的部分，预燃室壳体的近端包括构造成接收本体组件的减小直径的部分的埋头孔，并且原始周向焊缝沿原始周向焊接接头围绕预燃室壳体的外周壁的近端和本体组件的外周壁的远端延伸，并且连结该近端和远端。该方法包括确定如沿与预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向测得的原始周向焊缝的宽度W，切穿焊缝以便使预燃室壳体与本体组件分离，以及从本体组件的远端部分的外周部分移除材料，其中材料沿与预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向移除宽度W的2.5到3倍的距离。该方法还包括从本体组件的远端部分的外周部分移除材料，其中沿相对于预燃室组件的中心轴线的径向方向移除材料，以产生本体组件的减小直径的远端部分，其比本体组件的外周壁的远端处的外周表面的直径小2.4W到4W。
附图说明
图1为示例性预燃室组件的示意图；
图2为图1中的示例性预燃室组件的横截面示图，示出了内部流动通路和预燃室；
图3为穿过再制造之前的焊接的示例性本体组件的远端与示例性预燃室壳体的近端之间的示例性局部界面截取的横截面；
图4示出了尺寸和图3的横截面中所示特征的尺寸之间的相互关系；
图5为穿过再制造之后的焊接的示例性本体组件的远端与图3中的示例性预燃室壳体的近端之间的示例性局部界面截取的横截面；
图6为穿过图5中的示例性本体组件的远端截取的横截面；以及
图7为穿过图5中的示例性预燃室壳体的近端截取的横截面。
具体实施方式
图1和2示出了预燃室组件的示例性实施例，预燃室组件可连接至与限定在发动机组内且收纳发动机的活塞的气缸相关联的燃机的气缸盖。发动机可为四冲程气态燃料发动机，例如，天然气发动机。然而，本领域的技术人员将认识到，包括如图1和2中所示的一个或多个预燃室组件的发动机可为任何其它类型的燃机，例如，如柴油发动机、汽油燃料发动机，或双燃料(例如，天然气和柴油燃料)发动机。发动机可包括发动机组和形成在发动机组中的一个或多个气缸。活塞可滑动地设置在每个气缸内，以在上止点(TDC)位置与下止点(BDC)位置之间往复，且气缸盖可与每个气缸相关联。每个气缸、活塞和气缸盖可一起限定燃烧室。发动机可包括任何数量的燃烧室，且燃烧室可成“直列”构造、成“V形”构造、成“对置活塞”构造、或成任何其它适合的构造设置。
气缸盖可限定一个或多个进气通路和一个或多个排气通路。每个进气通路可将压缩空气或空气燃料混合物从进气歧管经由进气开口引导入燃烧室。排气通路可类似地将排出气体从每个燃烧室经由排气开口引导入排气歧管。在一些实施例中，涡轮增压器可由离开排气歧管的排气驱动，以压缩进入进气歧管的空气。
允许进入进气通路的燃料量可能与引入燃烧室的空气与燃料比相关联。确切地说，如果期望将空气和燃料的贫混合物(相比于空气量具有相对较低燃料量的混合物)引入燃烧室，则相比于如果期望燃料和空气的富混合物(相比于空气量具有相对较大燃料量的混合物)，燃料导纳装置可保持在喷射位置较短时间段(或另外控制成每个给定循环喷射较少燃料)。同样，如果期望燃料和空气的富混合物，则相比于如果期望贫混合物，燃料导纳装置可保持在喷射位置较长时间段(或另外控制成每个给定循环喷射更多燃料)。空气和燃料的贫混合物一般可能难以点燃，但也在较低温度下燃烧，且产生较少常规排放。
包括根据本公开的各种示例性实施例的预燃室组件的点火器可有助于调节相关联的燃烧室内的燃料和空气的混合物的燃烧。每个点火器可构造成便于点燃对应燃烧室内的空气-燃料混合物。确切地说，在活塞在动力冲程期间或另一适合时间离开TDC时，随着相关联的活塞在压缩冲程期间接近TDC，主燃烧室内的空气和燃料的混合物可由从预燃室组件的预燃室32传播入燃烧室的一个或多个火焰射流点燃。火焰射流可由点火器通过使用作为预燃室组件和点火器的一部分的预燃室壳体30内限定的预燃室32来生成。一些火花点火发动机将使用预燃室来增加给予主燃烧室中的装料的点火能量。源自预燃室且经由将预燃室连接至主燃烧室的通路射出的火焰射流改善发动机在较贫的空气-燃料混合物下在发动机燃烧室中实现快速且可重复火焰传播的能力。根据本公开的各种实施例，点火器可形成为焊接的两件式组件，其包括在焊接接头22处焊接至点火器本体组件(本文称为本体组件)20的预燃室壳体30。本体组件20可包括点火器元件(例如，火花塞或电热塞)，且预燃室壳体30和预燃室32可安装在点火器元件与发动机气缸内的主燃烧室之间。
在各种备选实施例中，预燃室组件的预燃室壳体30可通过焊接或通过使用其它连结技术来连结至本体组件20来形成预燃室组件。将预燃室壳体30焊接至本体组件20可使用多种不同的焊接程序来执行，包括激光束焊接、电子束焊接、电阻焊接、屏蔽金属电弧焊接(SMAW)、气体保护金属电弧焊接(GMAW)、金属惰性气体保护焊接(MIG)、气体保护钨极电弧焊接(GTAW)、氧乙炔焊接、磁芯电弧焊接、等离子弧焊接、埋弧焊接、电渣焊接和摩擦焊接。
用于形成预燃室壳体30的材料可包括铬镍铁合金，或能够经得起空气-燃料混合物点燃且至少部分地在预燃室32内燃烧时的预燃室32的高温环境中的腐蚀、磨损或其它劣化的其它材料。取决于点火器将安装在其中的发动机、使用的燃料、强度和持久性要求和其它参数，连结至预燃室壳体30的本体组件20可由多种不同金属合金中的任何或其它材料形成。
预燃室组件可螺栓连接至气缸盖，例如，经由预燃室组件的安装凸台18中的开孔24，使得每个点火器与形成在发动机组中的气缸的顶端相关联，且限定在点火器的每个预燃室壳体30内的每个预燃室32通过形成在预燃室壳体30的远端处的一个或多个开口34流体地连接至气缸。一个或多个开口34可如图2中所示从预燃室壳体30的一端相对于预燃室组件的中心轴线X或与预燃室组件的中心轴线X成其它角基本上沿径向向外延伸。预燃室32可在其长度的至少一部分内具有圆柱形横截面，且可渐缩至具有一个或多个开口34的端部处的较小直径。一个或多个内部通路28可至少部分地形成在本体组件20内，将燃料、空气和/或空气-燃料混合物的源流体地连接至限定在预燃室壳体30内的内部预燃室32。一个或多个内部通路28可以可选地包括止回阀26或用于控制燃料和/或空气-燃料混合物流入和流出预燃室32的其它装置。本体组件20还可包括在其制造期间形成在本体组件内的内腔23。内腔23可提供成通过提供壁的更一致厚度来减小预燃室组件的重量，且便于本体组件20的铸造，确保了本体组件由各种金属合金铸造时的均匀冷却和减少缺陷。在各种示例性实施例中，本体组件还可收纳在本体组件的远端处且与预燃室32连通的点火器元件。在其它备选实施例中，如果提供用于将预燃室32内的空气-燃料混合物压缩至自燃点的装置，则可能不需要点火器元件。
如图3和7中所示，预燃室壳体30可包括将连结至本体组件20的减小直径的远端部分的预燃室壳体30的近端处的埋头孔。本体组件20可包括构造成配合入预燃室壳体30的埋头孔中的减小直径的远端部分。在本公开的一些实施方式中，需要再制造的原始预燃室组件可能最初具有本体组件的减小直径的远端部分与预燃室壳体的埋头孔之间的滑动配合界面46。在一些情况中，腐蚀可在预燃室组件的部分之间的界面处开始，这可在切穿焊接接头22来使老预燃室壳体30与本体组件20分开时发现。
尽管附图中所示和下文所述的示例性实施例包括具有构造成配合在预燃室壳体30的近端处的埋头孔中的减小直径的远端部分的本体组件20，但本领域的普通技术人员将认识到，备选实施例可构造成具有带配合在形成于本体组件20的远端部分处的埋头孔内的减小直径的近端部分的预燃室壳体30。即，预燃室壳体30的近端与图2-5中所示的本体组件20的远端之间的焊接界面可相反，使得预燃室壳体30的近端具有减小直径的近端部分，且本体组件20的远端具有构造成接收预燃室壳体30的减小直径的近端部分的埋头孔。类似地，图6可呈现预燃室壳体30的近端的示例性构造而不是本体组件20的远端，且图7可呈现本体组件20的远端的示例性构造而不是预燃室壳体30的近端。本体组件20的“远”端是与连结至气缸盖18的端部相对的本体组件的端部，且预燃室壳体30的“近”端是连结至本体组件20的远端且与具有与气缸流体连通的一个或多个开口34的预燃室壳体30的端部相对的预燃室壳体30的端部。
图3示出了穿过预燃室壳体30的近端连结至本体组件20的远端的界面的一部分截取的一个示例性预燃室组件的轴向横截面。本体组件20的减小直径的远端部分的外径沿圆柱形滑动配合界面46与预燃室壳体30的近端处的埋头孔的内径匹配。周向焊缝50可在焊接接头22处围绕预燃室壳体30的外周壁的近端与本体组件20的外周壁的远端之间的周向界面形成。如图3中所示，原始焊缝50可具有沿与预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向且沿连结的本体组件20和预燃室壳体30的外周表面测得的宽度W。
图4为图3的轴向横截面视图，进一步示出了原始焊缝50和本体组件20的减小直径的远端部分的外径与预燃室壳体30的近端中的埋头孔的内径之间的原始滑动配合46。如图3和4中所示，在再制造预燃室组件之前，环形热影响区(HAZ)42可延伸入从焊缝沿轴向方向和径向方向两者包绕原始焊缝50且与焊接接头22一起沿周向围绕预燃室组件延伸的材料中。HAZ 42是基础材料的区域，基础材料在焊接操作期间未熔化，但其微观结构和性质由焊接改变。可能贡献HAZ中的性质变化的程度和大小的因素可包括连结的一个或两个部件的基础材料、焊接填料金属、以及由焊接过程输入的热量和热集中。基础材料的热扩散率在HAZ的尺寸中也可起到重要作用。对于具有高热扩散率的基础材料，焊接之后的材料冷却速率很高，且HAZ相对较小。备选地，具有低热扩散率的基础材料以较慢速率冷却，从而导致较大HAZ。在劣化的预燃室壳体30在再制造操作期间从本体组件20的远端被切掉之后，HAZ 42的材料的性质变化可导致新预燃室壳体的再焊接的不太理想的条件。HAZ可从原始焊缝50沿轴向方向和沿径向向内两者延伸，使得HAZ包围本体组件20的远端和预燃室壳体30的近端两者的部分。
根据本公开的各种实施方式，在预燃室组件上执行以便替换劣化的预燃室壳体的再制造操作可包括首先确定在移除原始预燃室壳体30之后应当从本体组件20的远端移除多少材料，以便还确保从前一焊接操作移除所有HAZ。预燃室壳体30可完全替换，而不是再加工。持续暴露于高燃烧温度和随之发生的预燃室的内表面的腐蚀引起的原始预燃室壳体30的劣化和预燃室壳体的性质变化可能妨碍再使用，且HAZ材料从本体组件20的远端移除可能需要在与本体组件的再加工远端部分的匹配界面处的具有更大量材料的替换预燃室壳体。
如图4中所示，焊缝50的原始宽度W可在切穿焊缝以便使原始预燃室壳体30与本体组件20的远端分离之前测量。原始焊缝的宽度W可沿与预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向和沿预燃室组件的外周表面测量。还可测量焊缝的中心线相对于本体组件的近端的原始位置。本体组件的近端与原始焊缝的中心线之间，或将不受本体组件的远端部分的再加工影响的本体组件的任何其它部分与原始焊缝的中心线之间的轴向距离可建立用于确定从本体组件的远端移除多少材料来移除所有HAZ的参考距离。根据本公开的示例性实施方式估计，原始HAZ 42可沿轴向方向，从焊缝的边缘与本体组件20之间的交点朝本体组件的近端超过原始焊缝50的外缘延伸距离Y，其中Y是原始焊缝50的宽度W的1.5到2倍(Y＝[1.5-2.0]W)。此外，根据本公开的示例性实施方式估计，原始HAZ 42可在原始焊缝50的深度D下沿径向向内延伸距离G，其中G是原始焊缝50的深度D的0.7到1.0倍(G＝[0.7-1.0]D)。根据本公开的示例性实施方式还确定，原始焊缝50的深度D可为宽度W的0.7到1.0倍(D＝[0.7-1.0]W)。原始HAZ 42因此可从本体组件20的远端的外周表面沿径向向内的方向延伸范围可从宽度W的大约1.2到2.0倍的距离。
原始焊缝宽度W与HAZ的范围之间的上述关系可通过穿过焊接的预燃室组件截取的测试区段的广泛冶金分析来确定。在本公开的各种备选实施方式中，与原始焊缝50的宽度W不相关的其它关系可通过广泛的基于经验、历史和/或物理的分析来确定。例如，包绕本体组件20与预燃室壳体30之间的焊接界面的HAZ的范围可确定为原始部件的一个或多个其它尺寸的百分比，如，本体组件的远端部分的外周表面遇到预燃室壳体的近端部分的外周表面的焊接界面处的直径。如上文所述，HAZ范围确定中可能包括的其它参数可包括本体组件和预燃室壳体中的一者或两者的基础材料、焊接填料金属、由原始焊接过程输入的热量和热集中、以及基础材料的热扩散率。
在与劣化预燃室壳体30分离之后原始本体组件20的远端部分的再加工量可基于如根据本公开的各种实施方式确定的原始HAZ与原始焊缝50的可测量宽度W之间的上述关系确定。在原始预燃室壳体30分离之后，来自本体组件20的远端部分的外周的材料可通过加工或其它金属移除过程移除，以便使本体组件20的减小直径的远端部分的轴向长度延伸距离Q＝W+Y，其中Y是原始焊缝50的宽度W的1.5到2倍(Y＝[1.5-2.0]W)。换言之，本体组件20的减小直径的远端部分的轴向长度可延伸范围可从2.5W到3W的距离。如图4和5中所示，Y代表超过原始焊缝50的边缘与本体组件20的外周表面之间的交点的HAZ的轴向范围。因此，轴向距离Q＝W+Y可代表新焊缝150的中心线必须从原始焊缝50的中心线沿与预燃室组件的中心轴线X平行的方向移动以确保整个新焊缝150不会从原始焊接接头侵占任何HAZ的距离。在图5的横截面视图中，新焊缝150的中心线示为与原始焊缝50的中心线间隔开距离Q。本体组件的近端与原始焊缝50的中心线之间的上文确定的参考距离可连同距离Q使用，以确定新焊缝150的中心线在再制造的预燃室组件上的位置。再加工的本体组件的减小直径的远端部分的轴向长度因此可由A'代表，如图5中所示，且A'可确定为等于本体组件的原始减小直径的远端部分的原始轴向长度A(图3中所示)加Q。如上文所述，Q＝2.5W-3.0W。因此，在其中建立原始焊缝宽度W与HAZ范围之间的上述关系的示例性实施方式中，用于再制造的预燃室组件的再加工的本体组件20的减小直径的远端部分的轴向长度可从原始本体组件20的减小直径的远端部分的原始轴向长度A增大2.5W到3W。可观察本体组件的远端处的焊缝的中心线的位置的所得转移来作为本体组件的近端与焊缝的中心线之间的上述参考距离减小Q＝2.5W-3.0W的量。
本体组件20的减小直径的远端部分还可沿径向向内加工来移除HAZ 42。如图4和5中所示，再加工的本体组件20可在本体组件的远端部分处从外周表面沿径向向内加工G+D的量，其中G代表原始焊缝50下的HAZ的径向范围。如上文所述，G可为原始焊缝50的深度D的0.7到1.0倍(G＝[0.7-1.0]D)。并且由于D＝[0.7-1.0]W，故本体组件20的减小直径的远端部分可沿径向向内加工范围可从大约1.2W到2.0W的量。换言之，在再加工来移除HAZ之后的本体组件20的减小直径的远端部分可具有的直径范围从比本体组件的远端处的原始外周表面的直径小2.4W到4W。鉴于原始焊缝宽度W与从本体组件的远端部分移除来消除原始焊缝周围的HAZ的材料量之间的以上关系，本公开的各种实施方式通过确保新焊接接头不会从原始焊接接头侵占老HAZ材料而便于预燃室组件的再制造。
因此，根据本公开的实施方式，本体组件的原始减小直径的远端部分可具有的外径比原始外周表面处的半径小B量，其中外周向界面形成在预燃室壳体30的外周表面的近端与本体组件20的外周表面的远端之间(如图3中所示)。在再制造来移除老预燃室壳体30和所有HAZ 42之后，本体组件20的新减小直径的远端部分可具有的外径比外周向界面处的半径小B'量，其中B'＝1.2W-2.0W。如图5中进一步所示，在再加工之后，本体组件的减小直径的远端部分的轴向长度可从再加工之前的轴向长度增大Q＝W+Y的量(其中Y＝[1.5-2.0]W)。本体组件的新减小直径的远端部分的轴向长度的这样增大显示了围绕新预燃室壳体30的外周表面的近端与再加工的本体组件20的外周表面的远端之间的外周向界面的原始焊缝50的中心线与新焊缝150的中心线的轴向距离。
如图5中所示，本体组件20的减小直径的远端部分的新轴向长度A'是从原始本体组件的远端部分的外周移除足够材料的结果，以确保新焊缝150的焊接将不会延伸入围绕原始焊缝50产生的HAZ 42中。此外，本体组件20的减小直径的远端部分的新径向深度B'还从焊接接头处的外周向界面沿径向向内的方向延伸足够远，以确保所有原始HAZ从本体组件20移除。如上文所述，本体组件20的减小直径的远端部分的新轴向长度A'是原始轴向长度A增大2.5W-3.0W的量，且本体组件20的减小直径的远端部分的新直径比本体组件的远端处的原始外周表面的直径小2.4W到4W。
如图6和7中所示，再加工之后的本体组件20的新减小直径的远端部分可具有的外径D1略大于新预燃室壳体30的近端处的埋头孔的内径D2。再加工的本体组件20的减小直径的远端部分和新预燃室壳体30的近端处的埋头孔的尺寸和公差可在再制造操作期间选择和加工以确保预燃室组件的两个部分之间的圆柱形压配合界面146。预燃室组件的连结部分之间的圆柱形压配合界面146可有助于防止新预燃室壳体30与再加工的本体组件20之间的腐蚀路径的形成。在本体组件20的减小直径的远端部分在预燃室壳体30的近端处压配合入埋头孔中之后，新预燃室壳体30可围绕新预燃室壳体30的外周壁的近端与再加工的本体组件20的外周壁的远端之间的周向界面的外周来焊接至再加工的本体组件20。
工业适用性
用于再制造预燃室组件的公开方法和用于再加工的本体组件20和替换预燃室壳体30的公开的示例性界面几何形状可在内燃机的寿命内的多种操作条件下适用于许多不同内燃机中使用的预燃室组件。公开的尺寸和预燃室组件的部分之间的界面处的尺寸之间的关系可通过在新预燃室壳体焊接至再加工的本体组件来形成再制造的预燃室组件之前确保完全移除围绕现有的预燃室组件的焊接接头形成的老的热影响区(HAZ)材料而便于再制造过程。
当再制造如图3和4中所示的预燃室组件时，可进行原始焊缝50的宽度W的测量，以便估计将从本体组件20的远端部分移除多少材料，以确保移除全部原始HAZ。为了确定上述尺寸，可截取穿过大量焊接的预燃室组件的许多截面，且对每个截面执行冶金分析。截面的冶金分析确定，在本公开的一些示例性实施方式中，HAZ的范围可与预燃室壳体30的外周壁的近端与本体组件20的外周壁的远端之间的外周向界面处形成的原始焊缝的宽度W相关。如上文所述，基于经验、历史和/或物理的分析也可有助于确定HAZ的范围与原始预燃室组件的一个或多个其它可测量尺寸和/或特征之间的其它关系。
在本公开的一个示例性实施方式中，在确定原始焊缝50的宽度W之后，本体组件20可通过在正交于预燃室组件的中心轴线且与焊缝50的中心线重合的平面中的焊接接头22处沿径向向内且沿周向围绕预燃室组件切割来从预燃室壳体30切开。在原始预燃室壳体30与本体组件20的远端部分分开之后，远端部分可加工至图5和6中所示的尺寸。图6和7中分别示出的再加工的本体组件20和新预燃室壳体30所示的尺寸(毫米为单位)提供为再加工的本体组件的远端部分和新预燃室壳体的近端部分的界面几何形状的潜在构造的仅一个示范性实例。在图6的示例性构造中，周向焊接切口倒角可围绕本体组件20的远端的外周表面加工，以与正交于(垂直于)本体组件20的中心纵轴线X的平面形成角M。在图6的示例性实施例中，角M可为20度，焊接切口倒角的径向范围可为2.0mm±0.1mm，且焊接切口倒角的轴向范围可为1.25mm±0.12mm。如图7中所示，本体组件20的远端的外周表面周围的焊接切口倒角可构造成与围绕预燃室壳体的近端的外周表面的镜像周向焊接切口倒角匹配。当本体组件20的减小直径的远端部分与预燃室壳体30的近端部分中的埋头孔完全匹配时，每个部分的相应周向焊接切口倒角可连结来形成周向U形凹口，新周向焊缝150形成在该凹口内。本领域的普通技术人员将认识到图6和7中所示的焊接切口倒角和其它特征的尺寸可取决于一些因素变化，这些因素可包括制造公差、预燃室组件的总体尺寸、可用于将预燃室壳体连结至本体组件的焊接方法、使用的材料，等。
图6的示例性实施例中的本体组件20的减小直径的远端部分的外径D1(例如，39.446mm±0.02mm)可沿与预燃室组件的中心轴线X平行的方向纵向延伸距离A'(例如，5.0mm±0.02mm)。如上文所述，本体组件20的减小直径的远端部分的轴向长度A'可从原始轴向长度A(图3中所示)增大2.5W-3W。本体组件20的减小直径的远端部分可在具有轴向长度J(例如，0.8mm±0.1mm)和角N(例如，30度)的另一个周向倒角处终止于减小直径的远端部分的外圆周表面。在一些实施例中，该周向倒角可过渡至轴向长度C的进一步减小直径(例如，35mm±0.15mm)的远端部分。焊接切口倒角中的每个的径向内圆周可设有具有半径R1(例如，0.75mm±0.1mm)的周向圆角，且再加工的本体组件20的延伸的减小直径的远端部分的近端可设有具有半径R2(例如，0.4mm±0.05mm)的圆角。这些半径可构造成至少部分地减小任何应力集中在过渡位置处的潜在可能。
如图7中所示，新预燃室壳体30可设有具有内径D2(例如，39.4mm±0.025mm)的预燃室壳体的近端处的埋头孔，内径D2略小于外径D1(例如，39.446mm±0.02mm)，以便提供再加工的本体组件20的减小直径的远端部分与新预燃室壳体30的近端处的埋头孔之间的压配合界面146(图5)。预燃室组件的两个部分之间的圆柱形压配合界面146可提供针对界面处形成的腐蚀的隔层，且可便于焊接过程的自动化。
将对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所公开的方法和构造进行各种修改和变型。例如，如上文所述，在本公开的一些备选实施方式中，原始预燃室组件和HAZ的一个或多个尺寸之间的关系可确定为穿过现有预燃室组件的截面的广泛冶金分析的结果。在根据本公开的再制造过程的一些备选实施方式中，原始本体组件可设有远端处的埋头孔，其与预燃室壳体的减小直径的近端部分匹配。在这些备选实施方式中，在原始本体组件的远端处可存在足够的材料来围绕原始焊缝切削掉所有HAZ，且形成与本体组件远侧的原始埋头孔相同尺寸的新埋头孔，以与新预燃室壳体的减小直径的近端部分匹配。本领域的技术人员考虑到公开的再制造过程的说明书和实施将清楚其它实施例。说明书和实例仅旨在认作是示例性的，其中真实范围由以下权利要求书和其等同物指出。

Claims (10)

1.一种再制造预燃室组件的方法，所述预燃室组件包括焊接至本体组件(20)的预燃室壳体(30)，其中所述本体组件(20)的远端部分和所述预燃室壳体(30)的近端部分中的一个包括减小直径的部分，所述本体组件(20)的远端部分和所述预燃室壳体(30)的近端部分中的另一个包括构造成接收所述减小直径的部分的埋头孔，并且原始周向焊缝(50)沿原始周向焊接接头(22)围绕所述预燃室壳体(30)的外周壁的近端和所述本体组件(20)的外周壁的远端延伸，且连结所述近端和所述远端，所述方法包括：
确定沿与所述预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向测得的所述原始周向焊缝(50)的宽度W；
切穿所述原始周向焊缝以便使所述预燃室壳体(30)与所述本体组件(20)分开；以及
从所述本体组件(20)的远端部分的外周部分移除材料，其中所述材料沿与所述预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向移除所述宽度W的2.5到3倍的距离。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从所述本体组件(20)的远端部分的外周部分移除材料，其中所述材料沿相对于所述预燃室组件的中心轴线的径向方向移除所述宽度W的1.2到2.0倍的距离。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括提供新预燃室壳体，所述新预燃室壳体包括所述新预燃室壳体的近端部分处的埋头孔或减小直径的部分中的一个，其中所述新预燃室壳体的埋头孔或减小直径的部分中的一个构造成在所述本体组件(20)的远端部分处分别形成与减小直径的部分或埋头孔中的一个的压配合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述新预燃室壳体的近端部分处的埋头孔或减小直径的部分中的一个构造成在所述本体组件(20)的远端部分处分别沿所述减小直径的部分或所述埋头孔中的一个的轴向长度匹配，以形成圆柱形压配合界面(146)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述本体组件(20)的远端部分包括所述减小直径的部分，并且所述预燃室壳体(30)的近端部分包括所述埋头孔；并且
材料从所述本体组件(20)的远端部分的外周部分移除，以使所述本体组件(20)的减小直径的远端部分的轴向长度延伸所述宽度W的2.5到3倍的距离。
6.根据权利要求5所述的方法，其中材料沿相对于所述预燃室组件的中心轴线的径向向内方向从所述本体组件(20)的远端部分的外周部分移除范围为所述宽度W的1.2到2.0倍的距离，以形成所述本体组件(20)的减小直径的远端部分。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括提供新预燃室壳体，所述新预燃室壳体包括所述新预燃室壳体的近端部分处的埋头孔，其中所述埋头孔构造成形成与所述本体组件(20)的减小直径的远端部分的压配合。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括从所述本体组件(20)的外周壁的远端和从所述新预燃室壳体的外周壁的近端移除材料，以形成围绕所述本体组件(20)的远端部分和围绕所述新预燃室壳体的近端部分的镜像周向焊接切口倒角。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将所述本体组件(20)的减小直径的远端部分压配合入所述新预燃室壳体的埋头孔中；以及
沿着新周向焊接接头将所述新预燃室壳体的外周壁的近端焊接至所述本体组件(20)的外周壁的远端，所述新周向焊接接头沿所述本体组件(20)的外周壁与所述原始周向焊接接头(22)轴向地间隔开所述宽度W的2.5到3倍的距离。
10.一种再制造的预燃室组件，包括：
再加工的本体组件(20)；
沿新周向焊接接头焊接至所述再加工的本体组件(20)的新预燃室壳体；其中
所述再加工的本体组件(20)的远端部分和所述新预燃室壳体的近端部分中的一个包括减小直径的部分；并且
所述减小直径的部分的轴向长度构造成配合在形成在所述再加工的本体组件(20)的远端部分和所述新预燃室壳体的近端部分中的另一个处的埋头孔中；以及
沿所述新周向焊接接头围绕所述新预燃室壳体的外周壁的近端和所述再加工的本体组件(20)的外周壁的远端延伸且连结所述近端和所述远端的新周向焊缝(150)；
其中所述新周向焊缝(150)的中心线在围绕所述再加工的本体组件(20)的外周壁的远端的原始周向焊接接头(22)处，朝所述再加工的本体组件(20)的近端部分沿所述再加工的本体组件(20)的外周壁与原始周向焊缝(50)的中心线的位置沿轴向间隔开一定距离，所述距离是沿与所述预燃室组件的中心轴线平行的轴向方向测得的所述原始周向焊缝(50)的宽度W的2.5到3倍。
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