CN115091148A - 一种增材重熔强化活塞制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种增材重熔强化活塞制造方法，包括：根据待强化活塞部位，进行在机粗加工，所述待强化活塞部位包括活塞销孔、燃烧室喉口、环槽；根据待强化活塞部位的尺寸，裁剪加工预制好的铝基增强薄板，并将其与待强化活塞部位挤压成相同的形状；采用焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理；对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板部分进行加工处理，其中，所述铝基增强薄板的厚度为1mm‑2mm。通过本发明的技术方案，对增强材料以及活塞本体材料一起重熔后，形成增强重熔层，增强重熔层的性能好，可以增强耐磨性能等，强化活塞性能，有效减少活塞失效现象的发生。
Description
技术领域
本发明涉及活塞强化技术领域，具体而言，涉及一种增材重熔强化活塞制造方法。
背景技术
随着汽车行业的发展，对于活塞的性能要求越来越高，传统的铝活塞经常容易出现失效现象，专利文件CN104028984B公开了燃烧室喉口重熔强化活塞制造方法，通过重熔技术直接对活塞本体进行重熔，通过重熔后急速冷却的方式细化活塞本体的显微组织来提高活塞该部位的力学性能，尤其是提高高温抗疲劳性能，从而使得活塞的使用寿命延长，然而，这种技术细化活塞本体材料，性能提升有限，随着发动机的进一步发展，此种技术难以适用于发动机的爆压需求，在发动机的爆压提升到一定高度时，以此强化的活塞仍然会容易出现失效等情况。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提供一种增材重熔强化活塞制造方法，可以用于活塞销孔、燃烧室喉口、环槽等重要部位，采用钨极氩弧焊接、激光焊接或者等离子束焊接等焊接方式，对增强材料以及活塞本体材料一起重熔后，形成增强重熔层，增强重熔层的性能好，可以达到或者超过镶嵌物的作用，比如活塞销孔部位镶嵌的铜套、顶部镶嵌钢片等，还可以增强环槽部位的耐磨性能等，从而强化活塞性能，有效减少活塞失效现象的发生。
为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种增材重熔强化活塞制造方法，适用于铝合金活塞，包括：根据待强化活塞部位，进行在机粗加工，所述待强化活塞部位包括活塞销孔、燃烧室喉口、环槽；根据待强化活塞部位的尺寸，裁剪加工预制好的铝基增强薄板，并将其与待强化活塞部位挤压成相同的形状；采用焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理；对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板部分进行加工处理，其中，所述铝基增强薄板的厚度为1mm-2mm。
在该技术方案中，根据待强化活塞部位，进行在机粗加工，此过程按照精加工的指标进行加工，加工时保持清洁，之后根据待强化活塞部位的尺寸，裁剪加工预制好的铝基增强薄板，并将其与待强化活塞部位挤压成相同形状，便于直接进行重熔或者加热后再重熔。可以采用销子或者特制工装将铝基增强薄板与待强化活塞部位挤压成相同的形状。针对燃烧室喉口和环槽部位加热时温度不能太高，避免出现膨胀量不一样使得增强材料从活塞上明显分离。采用焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理，重熔时可以对焊接工艺参数进行调整，从而得到不同要求的增强重熔层。对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板部分进行加工处理，能够去除增材重熔强化过程产生的多余部分，进一步保障活塞的性能。铝基增强薄板的厚度设计为1mm-2mm，一方面便于重熔，与活塞本体形成一体式增强重熔层，另一方面，能够有效提高待强化活塞部位的性能。本发明提出的增材重熔强化活塞制造方法可以在待强化活塞部位形成增强重熔层，增强重熔层的合金组织细小，分布均匀，显微组织发生显著改变，铝基增强薄板的合金元素，均匀地扩散到增强重熔层中，可以显著降低合金的热裂缝敏感性，提升焊接性能，具有较高的热稳定性，增强重熔层的结构稳定，新生成的合金相细小、均匀，尺寸还不到活塞本体合金原尺寸的1/10，可以有效提高待强化活塞部位的机械性能。在活塞销孔和环槽处的增强重熔层均匀饱满，其性能已经超过直接重熔的效果，可以真正起到替代镶嵌铜套和耐磨环的作用，燃烧室喉口处高温合金相的增多及细化，极大的提高了该部位的高温热疲劳抗性，疲劳寿命相较于直接重熔增强了1倍。
在上述技术方案中，优选地，采用焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理具体包括以下步骤：采用钨极氩弧焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度100℃～350℃，焊接采用交流电流50A～320A，线速度及旋转速度30mm/min～200mm/min，焊接氩气流量20L/min～25L/min；或者采用激光焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理，激光焊接工艺参数为：工件及增材预热温度50℃～150℃，焊接功率为4000W～6000W，线速度及旋转速度为200mm/min～400mm/min，焊接氩气流量20L/min～25L/min；或者采用等离子束焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理，等离子束焊接工艺参数为：工件及增材预热温度100℃～250℃，焊接电流为40A～120A，焊接速度为200mm/min～400mm/min，焊接氩气流量20L/min～25L/min。
在该技术方案中，提供了多种焊接方式对待强化活塞部位进行重熔处理，比较灵活，一般优选采用钨极氩弧焊接方式。。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述待强化活塞部位为活塞销孔时，预制铝基增强薄板包括以下组分：钪(Sc)0.3％～0.7％，铜(Cu)3％～8％，镍(Ni)2％～7％，铁(Fe)0.7％～1.4％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)。
在该技术方案中，限定了预制铝基增强薄板的组分，这是针对活塞销孔的特制铝基增强薄板，预制铝基增强薄板中含有金属钪，能够细化晶粒，可以显著降低合金的热裂缝敏感性，提高增强材料的焊接性能，而且形成的Al3Sc新相质点弥散、细小并与基体共格，且具有较高的热稳定性，对于铝合金的再结晶具有明显的抑制作用，能够使得增强材料的再结晶温度提高，有助于铜、镍、铁等高温金属相快速形成结构稳定性的增强重熔层。以此组分预制铝基增强薄板，多元素协同，使得增强重熔层中生成的合金相增多，新生成的合金相细小、均匀，尺寸小于活塞本体合金原尺寸的1/10，从而有效提高了相应活塞部位的机械性能。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述待强化活塞部位为活塞销孔时，预制铝基增强薄板包括以下组分：钪(Sc)0.3％～0.4％，铜(Cu)3％～4％，镍(Ni)2％～3％，铁(Fe)0.7％～0.8％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)；预制铝基增强薄板的厚度为1mm，裁剪宽度为5mm-10mm；重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度150℃～200℃，焊接采用交流电流为50A～200A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17～25L/min，其中，控制焊枪沿着直线单一方向移动，以形成增强重熔层，所述增强重熔层的宽度为3mm-5mm。
在该技术方案中，进一步优化了针对活塞销孔的特制铝基增强薄板的组分，按照该组分预制好铝基增强薄板，铝基增强薄板的厚度为1mm，裁剪成5mm-10mm的宽度，将其与活塞销孔挤压成一致形状，然后加热进行重熔，重熔时采用钨极氩弧焊接的方法对增强部位直接进行重熔处理，在较小的钨极氩弧焊接工艺参数下就能实现较优的效果，在焊接过程中控制焊枪沿着直线单一方向移动，以形成增强重熔层，增强重熔层的宽度为3mm-5mm，在提升活塞性能的同时，增强重熔层的尺寸较小，重熔成本较低。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述待强化活塞部位为活塞销孔时，预制铝基增强薄板包括以下组分：钪(Sc)0.45％～0.55％，铜(Cu)4.5％～6.5％，镍(Ni)3.5％～5.5％，铁(Fe)0.9％～1.1％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)；预制铝基增强薄板的厚度为1mm-2mm，裁剪宽度为10mm-15mm；重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度180℃～260℃，焊接采用交流电流为100A～260A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min，其中，控制焊枪沿着直线单一方向往复移动，以形成两道及以上叠加的增强重熔层，所述增强重熔层的宽度≥6mm。
在该技术方案中，进一步优化了针对活塞销孔的特制铝基增强薄板的组分，按照该组分预制好铝基增强薄板，铝基增强薄板的厚度为1mm-2mm，裁剪成10mm-15mm宽，将其与销孔挤压成一致形状，然后加热进行重熔，重熔时采用钨极氩弧焊接的方法对增强部位直接进行重熔处理，优化钨极氩弧焊接工艺参数，控制焊枪沿着直线单一方向往复移动，以形成两道及以上叠加的增强重熔层，增强重熔层的宽度≥6mm，实现了形成较大尺寸的增强重熔层，而且增强重熔层与活塞本体的一体化性好，从而，进一步提升了活塞的性能。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述待强化活塞部位为活塞销孔时，预制铝基增强薄板包括以下组分：钪(Sc)0.6％～0.7％，铜(Cu)7％～8％，镍(Ni)6％～7％，铁(Fe)1.2％～1.4％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)；预制铝基增强薄板的厚度为2mm，裁剪宽度为7mm-15mm；重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度200℃～350℃，焊接采用交流电流为150A～320A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min，其中，控制焊枪移动时以枪柄为轴小角度往复旋转，沿折线双轴移动，以在单一方向上焊接形成一条带折线的、宽7mm-10mm的增强重熔层。
在该技术方案中，进一步优化了针对活塞销孔的特制铝基增强薄板的组分，按照该组分预制好铝基增强薄板，铝基增强薄板的厚度为2mm，裁剪成7mm-15mm宽，将其与销孔挤压成一致形状，然后加热进行重熔，重熔时采用钨极氩弧焊接的方法对增强部位直接进行重熔处理，优化钨极氩弧焊接工艺参数，控制焊枪移动时以枪柄为轴小角度往复旋转，沿折线双轴移动，以在单一方向上焊接形成一条带折线的、宽7mm-10mm的增强重熔层，实现了形成大尺寸的增强重熔层，而且增强重熔层与活塞本体的一体化性好，从而，进一步提升了活塞的性能。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述待强化活塞部位为燃烧室喉口时，预制铝基增强薄板包括以下组分：钪(Sc)0.3％～0.7％，铜(Cu)6％～10％，镍(Ni)4％～9％，铁(Fe)0.7％～1.4％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)；重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度180℃～260℃，焊接采用交流电流为230A～320A，旋转速度为100mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min。
在该技术方案中，进一步优化了针对燃烧室喉口的特制铝基增强薄板的组分，而且通过控制活塞的旋转速度和焊接电流的大小和变化，交变电流设计的较大，使得燃烧室喉口的增强重熔层厚薄均匀、宽窄适中，增强重熔层能够分布更加均匀、细致，该预制铝基增强薄板组分和钨极氩弧焊接工艺参数的设计，克服了燃烧室喉口这种上凸形状，重熔后组织不会主动向下垂直扩散的问题，燃烧室喉口处高温合金相增多且细化，极大提高了燃烧室喉口处的高温热疲劳抗性，疲劳寿命相较于直接重熔增强了1倍。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述待强化活塞部位为环槽时，预制铝基增强薄板包括以下组分：钪(Sc)0.3％～0.7％，铜(Cu)2％～5％，镍(Ni)2％～5％，铁(Fe)0.7％～1.4％，硅(Si)14％～17％，铝(Al)，重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度100℃～200℃，焊接采用交流电流为120A～200A，旋转速度为30mm/min～80mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min。
在该技术方案中，进一步优化了针对环槽的特制铝基增强薄板的组分，而且通过控制活塞的旋转速度和焊接电流的大小和变化，使得增强重熔层均匀饱满，真正起到替代铜套和耐磨环的作用，该预制铝基增强薄板组分和钨极氩弧焊接工艺参数的设计，确保了环槽处增强重熔层的形成稳定性，重熔后增强材料很容易均匀扩散，且不会产生塌陷效应，得到的增强重熔层均匀饱满，活塞旋转速度设计为30mm/min～80mm/min，焊接采用交流电流设计为120A～200A，有效克服了环槽处于活塞外圆上，随着活塞转动重熔后的组织出现单一轴向扩散趋势所带来的问题，增强重熔层与活塞基体组织能够紧密结合。
在上述任一项技术方案中，优选地，采用辅助压紧工装辅助铝基增强薄板与待强化活塞部位紧密贴合。
在该技术方案中，采用辅助压紧工装辅助铝基增强薄板与待强化活塞部位紧密贴合，有效避免了铝基增强薄板与活塞贴合不紧的问题，能够形成均匀、细致分布的增强重熔层，进而保障了活塞的性能，减少了活塞失效现象的发生。
本发明的技术方案还提出了一种增材重熔强化活塞，采用上述技术方案中任一项的增材重熔强化活塞制造方法制造而成，该增材重熔强化活塞的性能较高，不易出现失效现象。
本发明提出的一种增材重熔强化活塞制造方法的有益技术效果为：
(1)本发明提出的一种增材重熔强化活塞制造方法可以实现活塞销孔、燃烧室喉口、环槽等重要部位的增材重熔，整体方法步骤较为简单，可靠性强，采用钨极氩弧焊接、激光焊接或者等离子束焊接等焊接方式，对增强材料以及活塞本体材料一起重熔后，形成增强重熔层，增强重熔层的性能好，能够有效强化活塞性能，减少活塞失效现象的发生。
(2)本发明提出的一种增材重熔强化活塞制造方法通过特制的铝基增强薄板以及焊接工艺参数设计，能够得到不同要求的增强重熔层，增强重熔层的合金组织细小、分布均匀，显微组织发生了显著改变，在重熔时采用交流电流，使得增强材料中的合金元素通过交变电流的震荡，均匀扩散到增强重熔层中。
(3)本发明提出的一种增材重熔强化活塞制造方法采用特制铝基增强薄板，特制铝基增强薄板中添加有金属钪，具有细化晶粒作用，可以显著降低合金的热裂缝敏感性，使得增强材料的焊接性能得到提高，形成的Al3Sc新相质点弥散、细小并与基体共格，且具有较高的热稳定性，能够稳定结构，抑制铝合金的再结晶，提高增强部位的再结晶温度，有助于铜、镍、铁等高温金属相快速形成结构稳定性的增强重熔层，增强重熔层中生成的合金相增多，新生成的合金相细小、均匀，尺寸小于活塞本体合金尺寸的1/10，可以有效提高增强部位的机械性能，大量细小的CuNi合金相的尺寸仅为活塞本体合金相的1/20，极大提高了增强部位的强度。
(4)本发明提出的一种增材重熔强化活塞制造方法中进行增材重熔强化的活塞销孔、环槽处的形状为下弧线，重熔后增强材料很容易均匀扩散，且不会产生塌陷效应，增强重熔层均匀饱满，其性能远超过了现有技术中直接重熔的效果，可以真正起到替代镶嵌铜套和耐磨环的作用。
(5)本发明提出的一种增材重熔强化活塞制造方法克服了燃烧室喉口为上凸形状重熔后组织不会主动向下垂直扩散的问题，燃烧室喉口处高温合金相增多且细化，极大提高了燃烧室喉口处的高温热疲劳抗性，疲劳寿命相较于直接重熔增强了1倍。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为活塞销孔时的重熔前结构示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为活塞销孔时的重熔时结构示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为活塞销孔时得到的产品结构示意图；
图4示出了根据本发明的另一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为活塞销孔时的重熔前结构示意图；
图5示出了根据本发明的另一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为活塞销孔时的重熔时结构示意图；
图6示出了根据本发明的另一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为活塞销孔时得到的产品结构示意图；
图7示出了根据本发明的再一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为活塞销孔时的重熔时结构示意图；
图8示出了根据本发明的再一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为活塞销孔时得到的产品结构示意图；
图9示出根据本发明的一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为燃烧室喉口、环槽时的重熔前结构示意图；
图10示出根据本发明的一个实施例的增材重熔强化活塞制造方法中待强化活塞部位为燃烧室喉口、环槽时得到的产品结构示意图，
其中，图1至图10中附图标记与部件之间的对应关系为：
102铝基增强薄板，104增强重熔层，106活塞销孔承力处，108燃烧室喉口处，110环槽处。
具体实施方式
本发明公开了一种增材重熔强化活塞制造方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
增材重熔强化活塞制造方法，可以用于活塞销孔、燃烧室喉口、环槽的强化，活塞的材质为铝合金材质，对于需要增材重熔强化的活塞，根据待强化活塞部位的不同，先在在机加工进行粗加工，在此工序加工时按精加工的指标进行加工，加工时还需注意保持清洁；
不同待强化活塞部位的具体增材重熔强化过程如下：
实施例1
一种增材重熔强化活塞制造方法，适用于铝合金活塞，待强化活塞部位为活塞销孔，方法包括以下步骤：
选用1mm厚的铝基增强薄板102，裁剪宽度为5mm-10mm，铝基增强薄板102包括以下组分：钪(Sc)0.3％～0.4％，铜(Cu)3％～4％，镍(Ni)2％～3％，铁(Fe)0.7％～0.8％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)，通过压制成型，其中，铝基增强薄板102尺寸不需要与待强化活塞部位完全一致，可以制作的大一点；
将铝基增强薄板102与待强化活塞部位活塞销孔承力处106挤压成相同的形状，如图1所示；
采用钨极氩弧焊接方式对挤压有铝基增强薄板102的活塞销孔承力处106进行重熔处理，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度150℃～200℃，焊接采用交流电流为50A～200A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17～25L/min，控制焊枪沿着直线单一方向移动，以形成增强重熔层104，所述增强重熔层104的宽度为3mm-5mm，如图2所示；
对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板102部分进行加工处理，处理后的产品，如图3所示。
本实施例在较小的钨极氩弧焊接工艺参数下就能实现较优的效果，在焊接过程中控制焊枪沿着直线单一方向移动，以形成增强重熔层104，增强重熔层104的宽度为3mm-5mm，在提升活塞性能的同时，增强重熔层104的尺寸较小，重熔成本较低。
实施例2
一种增材重熔强化活塞制造方法，适用于铝合金活塞，待强化活塞部位为活塞销孔，方法包括以下步骤：
选取1mm-2mm厚的铝基增强薄板102，裁剪宽度为10mm-15mm，铝基增强薄板102包括以下组分：钪(Sc)0.45％～0.55％，铜(Cu)4.5％～6.5％，镍(Ni)3.5％～5.5％，铁(Fe)0.9％～1.1％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)，通过压制成型，其中，铝基增强薄板102尺寸不需要与待强化活塞部位完全一致，可以制作的大一点；
将铝基增强薄板102与待强化活塞部位活塞销孔承力处106挤压成相同的形状，如图4所示；
采用钨极氩弧焊接方式对挤压有铝基增强薄板102的活塞销孔承力处106进行重熔处理，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度180℃～260℃，焊接采用交流电流为100A～260A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min，控制焊枪沿着单一方向往复移动，以形成两道及以上叠加的增强重熔层104，增强重熔层104的宽度≥6mm，如图5所示；
对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板102部分进行加工处理，处理后的产品，如图6所示。
本实施例实现了形成较大尺寸的增强重熔层104，而且增强重熔层104与活塞本体的一体化性好，从而，进一步提升了活塞的性能。
实施例3
一种增材重熔强化活塞制造方法，适用于铝合金活塞，待强化活塞部位为活塞销孔，方法包括以下步骤：
选取2mm厚的铝基增强薄板102，裁剪宽度为7mm-15mm，铝基增强薄板102包括以下组分：钪(Sc)0.6％～0.7％，铜(Cu)7％～8％，镍(Ni)6％～7％，铁(Fe)1.2％～1.4％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)，通过压制成型，其中，铝基增强薄板102尺寸不需要与待强化活塞部位完全一致，可以制作的大一点；
将铝基增强薄板102与待强化活塞部位活塞销孔承力处106挤压成相同的形状；
采用钨极氩弧焊接方式对挤压有铝基增强薄板102的活塞销孔承力处106进行重熔处理，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度200℃～350℃，焊接采用交流电流为150A～320A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min，控制焊枪移动时以枪柄为轴小角度往复旋转，沿折线双轴移动，以在单一方向上焊接形成一条带折线的、宽7mm-10mm的增强重熔层104，如图7所示；
对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板102部分进行加工处理，处理后的产品，如图8所示。
本实施例实现了形成大尺寸的增强重熔层104，而且增强重熔层104与活塞本体的一体化性好，从而，进一步提升了活塞的性能。
实施例4
一种增材重熔强化活塞制造方法，适用于铝合金活塞，待强化活塞部位为燃烧室喉口，方法包括以下步骤：
裁剪适用于待强化部位的铝基增强薄板102，铝基增强薄板102尺寸不需要与待强化活塞部位完全一致，可以制作的大一点，铝基增强薄板102包括以下组分：钪(Sc)0.3％～0.7％，铜(Cu)6％～10％，镍(Ni)4％～9％，铁(Fe)0.7％～1.4％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)，通过压制成型；
将铝基增强薄板102与待强化活塞部位喉口处108挤压成相同的形状，如图9所示，可以从一侧通过辅助压紧工装来确保铝基增强薄板102与喉口处108贴合紧密；
采用钨极氩弧焊接方式对挤压有铝基增强薄板102的喉口处108进行重熔处理，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度180℃～260℃，焊接采用交流电流为230A～320A，旋转速度为100mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min；
对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板102部分进行加工处理，处理后的产品，如图10所示。
本实施例中，采用针对燃烧室喉口的特制铝基增强薄板102，控制活塞的旋转速度和焊接电流的大小和变化，交变电流设计的较大，使得燃烧室喉口的增强重熔层104厚薄均匀、宽窄适中，增强重熔层104能够分布更加均匀、细致，该预制铝基增强薄板102组分和钨极氩弧焊接工艺参数的设计，克服了燃烧室喉口这种上凸形状，重熔后组织不会主动向下垂直扩散的问题，燃烧室喉口处108高温合金相增多且细化，极大提高了燃烧室喉口处108的高温热疲劳抗性，疲劳寿命相较于直接重熔增强了1倍。
实施例5
一种增材重熔强化活塞制造方法，适用于铝合金活塞，待强化活塞部位为环槽，方法包括以下步骤：
裁剪适用于待强化部位的铝基增强薄板102，铝基增强薄板102尺寸不需要与待强化活塞部位完全一致，可以制作的大一点，铝基增强薄板102包括以下组分：钪(Sc)0.3％～0.7％，铜(Cu)2％～5％，镍(Ni)2％～5％，铁(Fe)0.7％～1.4％，硅(Si)14％～17％，铝(Al)，通过压制成型；
将铝基增强薄板102与待强化活塞部位环槽处110挤压成相同的形状，如图9所示，可以从一侧通过辅助压紧工装来确保铝基增强薄板102与环槽处110贴合紧密；
采用钨极氩弧焊接方式对挤压有铝基增强薄板102的环槽处110进行重熔处理，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度100℃～200℃，焊接采用交流电流为120A～200A，旋转速度为30mm/min～80mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min；
对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板102部分进行加工处理，处理后的产品，如图10所示。
本实施例中，采用针对环槽的特制铝基增强薄板102，控制活塞的旋转速度和焊接电流的大小和变化，使得增强重熔层104均匀饱满，真正起到替代铜套和耐磨环的作用，该预制铝基增强薄板102组分和钨极氩弧焊接工艺参数的设计，确保了环槽处110增强重熔层104的形成稳定性，重熔后增强材料很容易均匀扩散，且不会产生塌陷效应，得到的增强重熔层104均匀饱满，活塞旋转速度设计为30mm/min～80mm/min，焊接采用交流电流设计为120A～200A，有效克服了环槽处110于活塞外圆上，随着活塞转动重熔后的组织出现单一轴向扩散趋势所带来的问题，增强重熔层104与活塞基体组织能够紧密结合。
另外，本发明通过预制铝基增强薄板102作为增强材料，可以根据产品性能要求不同，采用不同的技术方案，其他活塞部位的增强还可以压制特制成份的、厚薄不等的铝基增强薄板102，放置时可以定制不同尺寸的工装辅助成型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种增材重熔强化活塞制造方法，适用于铝合金活塞，其特征在于，包括：
根据待强化活塞部位，进行在机粗加工，所述待强化活塞部位包括活塞销孔、燃烧室喉口、环槽；
根据待强化活塞部位的尺寸，裁剪加工预制好的铝基增强薄板，并将其与待强化活塞部位挤压成相同的形状；
采用焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理；
对重熔处理后的活塞进行精加工，对未熔化的铝基增强薄板部分进行加工处理，
其中，所述铝基增强薄板的厚度为1mm-2mm。
2.根据权利要求1所述的增材重熔强化活塞制造方法，其特征在于，采用焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理具体包括以下步骤：
采用钨极氩弧焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度100℃～350℃，焊接采用交流电流50A～320A，线速度及旋转速度30mm/min～200mm/min，焊接氩气流量20L/min～25L/min；
或者采用激光焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理，激光焊接工艺参数为：工件及增材预热温度50℃～150℃，焊接功率为4000W～6000W，线速度及旋转速度为200mm/min～400mm/min，焊接氩气流量20L/min～25L/min；
或者采用等离子束焊接方式对挤压有铝基增强薄板的待强化活塞部位进行重熔处理，等离子束焊接工艺参数为：工件及增材预热温度100℃～250℃，焊接电流为40A～120A，焊接速度为200mm/min～400mm/min，焊接氩气流量20L/min～25L/min。
3.根据权利要求2所述的增材重熔强化活塞制造方法，其特征在于，所述待强化活塞部位为活塞销孔时，预制铝基增强薄板包括以下组分：
钪(Sc)0.3％～0.7％，铜(Cu)3％～8％，镍(Ni)2％～7％，铁(Fe)0.7％～1.4％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)。
4.根据权利要求3所述的增材重熔强化活塞制造方法，其特征在于，所述待强化活塞部位为活塞销孔时，预制铝基增强薄板包括以下组分：
钪(Sc)0.3％～0.4％，铜(Cu)3％～4％，镍(Ni)2％～3％，铁(Fe)0.7％～0.8％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)；
预制铝基增强薄板的厚度为1mm，裁剪宽度为5mm-10mm；
重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度150℃～200℃，焊接采用交流电流为50A～200A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17～25L/min，其中，控制焊枪沿着直线单一方向移动，以形成增强重熔层，所述增强重熔层的宽度为3mm-5mm。
5.根据权利要求3所述的增材重熔强化活塞制造方法，其特征在于，所述待强化活塞部位为活塞销孔时，预制铝基增强薄板包括以下组分：钪(Sc)0.45％～0.55％，铜(Cu)4.5％～6.5％，镍(Ni)3.5％～5.5％，铁(Fe)0.9％～1.1％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)；
预制铝基增强薄板的厚度为1mm-2mm，裁剪宽度为10mm-15mm；
重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：
工件及增材预热温度180℃～260℃，焊接采用交流电流为100A～260A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min，其中，控制焊枪沿着直线单一方向往复移动，以形成两道及以上叠加的增强重熔层，所述增强重熔层的宽度≥6mm。
6.根据权利要求3所述的增材重熔强化活塞制造方法，其特征在于，所述待强化活塞部位为活塞销孔时，预制铝基增强薄板包括以下组分：
钪(Sc)0.6％～0.7％，铜(Cu)7％～8％，镍(Ni)6％～7％，铁(Fe)1.2％～1.4％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)；
预制铝基增强薄板的厚度为2mm，裁剪宽度为7mm-15mm；
重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度200℃～350℃，焊接采用交流电流为150A～320A，线速度为50mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min，其中，控制焊枪移动时以枪柄为轴小角度往复旋转，沿折线双轴移动，以在单一方向上焊接形成一条带折线的、宽7mm-10mm的增强重熔层。
7.根据权利要求2所述的增材重熔强化活塞制造方法，其特征在于，
所述待强化活塞部位为燃烧室喉口时，预制铝基增强薄板包括以下组分：
钪(Sc)0.3％～0.7％，铜(Cu)6％～10％，镍(Ni)4％～9％，铁(Fe)0.7％～1.4％，硅(Si)0.8％～1.2％，铝(Al)；
重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度180℃～260℃，焊接采用交流电流为230A～320A，旋转速度为100mm/min～200mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min。
8.根据权利要求2所述的增材重熔强化活塞制造方法，其特征在于，
所述待强化活塞部位为环槽时，预制铝基增强薄板包括以下组分：钪(Sc)0.3％～0.7％，铜(Cu)2％～5％，镍(Ni)2％～5％，铁(Fe)0.7％～1.4％，硅(Si)14％～17％，铝(Al)，
重熔处理采用钨极氩弧焊接方式，钨极氩弧焊接工艺参数为：工件及增材预热温度100℃～200℃，焊接采用交流电流为120A～200A，旋转速度为30mm/min～80mm/min，焊接氩气流量17L/min～25L/min。
9.根据权利要求7或8所述的增材重熔强化活塞制造方法，其特征在于，
采用辅助压紧工装辅助铝基增强薄板与待强化活塞部位紧密贴合。
10.一种增材重熔强化活塞，其特征在于，采用上述权利要求1至9中任一项所述的增材重熔强化活塞制造方法制造而成。
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