一种钎焊钢活塞的制作方法

本实用新型涉及一种钎焊钢活塞。

背景技术：

随着人们对环境问题重视程度的不断提升，对内燃机性能的要求也在不断提高。目前，载重汽车、工程机械都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高，普通铝合金活塞已经越来越不能满足发动机发展的需求，钢活塞由于强度高、耐高温、韧性好、导热性好和抗疲劳性好等优点已经成为活塞发展的重要方向。钢活塞的发展由来已久，并不是新生事物，目前，主要采用的有整体锻钢、摩擦焊接钢活塞等结构类型，整体锻钢活塞不易形成内冷油道，对活塞头部冷却效果差且加工成本高；摩擦焊钢活塞虽可以形成内冷油道，但由于工艺的局限性，内冷油道内存有很大的焊接飞边影响活塞头部冷却效果，且不能制造结构复杂的内冷油道，同时不适合于小直径的钢活塞。真空炉钎焊工艺可以采用精确的定位方式，制作结构复杂的内冷油道钢活塞，最大限度的提高活塞头部的冷却效果，更好的提高发动机的性能，同时该工艺稳定，生产效率高。

现有摩擦焊钢活塞结构如图1所示，活塞头和活塞裙之间在一定的摩擦压力下高速逆向摩擦旋转产生摩擦热量；摩擦一定的时间后快速停止旋转，在一定的压力下活塞头和活塞裙焊接在一起。现有钢活塞制造技术存在一些缺点：活塞内冷油道内留有约4mm高的焊接飞边，影响内冷油道冷却效果；活塞头和活塞裙采用旋转摩擦焊接，焊接高度不宜控制，活塞内冷油道上下位置控制能力较差；因采用旋转摩擦焊接，径向方向不能定位，不能制造异性内冷油道活塞。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种钎焊钢活塞，采用活塞头部和裙部多种定位连接方式，操作简单，生产效率高，并能够实现异性内冷油道钢活塞的焊接，能够解决传统摩擦焊钢活塞的缺点，该钎焊活塞的内冷油道内壁光滑、无飞边毛刺，上下位置精确，活塞头部冷却效果好。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种钎焊钢活塞，包括活塞头和活塞裙，所述活塞头和活塞裙之间设有环形内冷油腔，所述活塞头和活塞裙通过主焊接面、副焊接面钎焊连接在一起组成活塞本体，所述主焊接面和副焊接面上均设有钎料填充区，所述主焊接面上的钎料填充区的体积为主焊接面焊缝的体积的1-1.5倍，所述副焊接面上的钎料填充区的体积为副焊接面焊缝的体积的1-1.5倍；所述活塞头和活塞裙通过定位装置定位连接。

进一步的，所述定位装置为设置在副焊接面上的定位销。

进一步的，所述定位装置为活塞头下部两侧开的定位槽。

进一步的，所述定位装置为设置在活塞本体两侧的工装夹具。

进一步的，所述主焊接面与副焊接面相互平行且与水平面平行，主焊接面低于副焊接面。

进一步的，所述主焊接面与副焊接面相互垂直。

一种钎焊钢活塞的制造方法，包括下列步骤：

(1)分别锻造出活塞头、活塞裙及定位装置毛坯；

(2)分别对活塞头及活塞裙毛坯进行粗加工，加工出内冷油腔、主焊接面、副焊接面及钎料填充区；

(3)分别对活塞头、活塞裙及定位装置毛坯进行去油污清洗；

(4)采用片状钎料铺在主焊接面和副焊接面上，采用颗粒状钎料填满钎料填充区，通过定位装置将活塞头和活塞裙装配起来；

(5)将装配好的活塞顶面朝上放置在真空炉内进行热处理，靠活塞头自重进行焊接，完成活塞钎焊；

(6)分别加工出活塞的燃烧室、销孔。

进一步的，所述步骤(3)中，选用二氯甲烷(CH₂Cl₂)清洗剂对活塞头、活塞裙及定位装置毛坯进行超声波清洗5～10min。

进一步的，所述步骤(4)中，片状钎料和颗粒状钎料均选用镍基钎料，片状钎料厚度为0.05～0.15mm，颗粒状钎料颗粒度为80-120目。

进一步的，所述步骤(5)中，真空炉内热处理的步骤是：从室温以8～15℃/min的速度升到750℃～850℃，保温30min；再以6℃～10℃的速度升到1050℃～1250℃保温15min～60min，然后随炉冷却到850℃～900℃，出炉后立即进行淬火处理；在加热及冷却过程中，真空炉内真空度保持在5×10^-2Pa以内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)在钎焊过程中，活塞处于真空条件下，不会出现氧化、增碳、脱碳及污染等现象；

(2)钎焊完成后，焊缝处常温抗拉强度达到本体材料的75％以上，完全能够满足高性能发动机活塞的设计需求；

(3)真空炉内钎焊，焊缝附近不会出现气孔、夹杂等缺陷，并且可以省掉钎焊后清洗残留钎剂的工序，节省时间，改善了劳动条件，对环境无污染；

(4)采用不同的定位方式，可以焊接出异性内冷油道的活塞，增大了内冷油道的散热面积，改善了活塞的冷却条件；

(5)淬火工序可以在钎焊过程内完成，既节约了能源，有提高了生产效率。

附图说明

图1为摩擦焊钢活塞结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种销定位活塞结构示意图；

图3为销定位活塞结构俯视图；

图4为本实用新型实施例的一种卡槽式活塞结构示意图；

图5为本实用新型实施例的一种工装夹具定位活塞结构示意图；

图6为本实用新型实施例的一种卡槽式活塞结构示意图；

图7为本实用新型实施例的一种活塞结构示意图；

其中，1、活塞头，2、活塞裙，3、钎料填充区，4、主焊接面，5、环形内冷油腔，6、定位销，7、定位槽，8、工装夹具，9、副焊接面，10、燃烧室，11、销孔,12、焊接飞边。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1-2所示，一种钎焊钢活塞，包括活塞头1和活塞裙2，所述活塞头1和活塞裙2之间设有环形内冷油腔5，所述活塞头1和活塞裙2通过主焊接面4、副焊接面9钎焊连接在一起组成活塞本体，所述主焊接面4与副焊接面9分别于水平面平行，主焊接面4低于副焊接面9；所述主焊接面4和副焊接面9上均设有钎料填充区3，所述主焊接面上的钎料填充区3的体积为主焊接面焊缝的体积的1-1.5倍，所述副焊接面上的钎料填充区3的体积为副焊接面焊缝的体积的1-1.5倍；所述活塞头1和活塞裙2之间的副焊接面上设有定位销6，所述活塞头1和活塞裙2通过定位销6定位连接。

如图3所示，一种钎焊钢活塞，包括活塞头1和活塞裙2，所述活塞头1和活塞裙2之间设有环形内冷油腔5，所述活塞头1和活塞裙2通过主焊接面4、副焊接面9钎焊连接在一起组成活塞本体，所述主焊接面4与副焊接面9分别于水平面平行，主焊接面4低于副焊接面9；所述主焊接面4和副焊接面9上均设有钎料填充区3，所述主焊接面上的钎料填充区3的体积为主焊接面焊缝的体积的1-1.5倍，所述副焊接面上的钎料填充区3的体积为副焊接面焊缝的体积的1-1.5倍；所述活塞头1下部的两侧开有定位槽7，所述活塞头1和活塞裙2通过定位槽7定位连接。

如图4所示，一种钎焊钢活塞，包括活塞头1和活塞裙2，所述活塞头1和活塞裙2之间设有环形内冷油腔5，所述活塞头1和活塞裙2通过主焊接面4、副焊接面9钎焊连接在一起组成活塞本体，所述主焊接面4与副焊接面9分别于水平面平行，主焊接面4低于副焊接面9；所述主焊接面4和副焊接面9上均设有钎料填充区3，所述主焊接面上的钎料填充区3的体积为主焊接面焊缝的体积的1-1.5倍，所述副焊接面上的钎料填充区3的体积为副焊接面焊缝的体积的1-1.5倍；所述活塞体的两侧均设有工装夹具8，所述活塞头1和活塞裙2通过工装夹具8定位连接。

如图5所述，一种钎焊钢活塞，包括活塞头1和活塞裙2，所述活塞头1和活塞裙2之间设有环形内冷油腔5，所述活塞头1和活塞裙2通过主焊接面4、副焊接面9钎焊连接在一起组成活塞本体，所述主焊接面4与副焊接面9相互垂直，呈L形结构，主焊接面4垂直于水平面，副焊接面9平行于水平面；所述主焊接面4与副焊接面9相互平行，主焊接面4低于副焊接面9；所述主焊接面4和副焊接面9上均设有钎料填充区，所述主焊接面上的钎料填充区3的体积为主焊接面焊缝的体积的1-1.5倍，所述副焊接面上的钎料填充区3的体积为副焊接面焊缝的体积的1-1.5倍；所述活塞头1下部的两侧开有定位槽7，所述活塞头1和活塞裙2通过定位槽7定位。

如图6所示，一种钎焊钢活塞，包括活塞头1和活塞裙2，所述活塞头1和活塞裙2之间设有环形内冷油腔5，所述活塞头1和活塞裙2通过主焊接面4、副焊接面9钎焊连接在一起组成活塞本体，所述主焊接面4与副焊接面9相互垂直，主焊接面4平行于水平面，副焊接面9垂直于水平面；所述主焊接面4和副焊接面9上均设有钎料填充区3，所述主焊接面上的钎料填充区3的体积为主焊接面焊缝的体积的1-1.5倍，所述副焊接面上的钎料填充区3的体积为副焊接面焊缝的体积的1-1.5倍。

一种钎焊钢活塞的制造方法，包括下列步骤：

(1)分别锻造出活塞头1和活塞裙2毛坯，并用和活塞相同材料锻造定位销6毛坯，活塞材料为：38MnVS6或42CrMoA；

(2)分别对活塞头1及活塞裙2毛坯进行粗加工，加工出内冷油腔5、主焊接面4、副焊接面9及钎料填充区3；主焊接面4和副焊接面9的加工粗糙度控制在Ra3.2～Ra10之间，便于钎料在焊缝之间铺展流动；

(3)分别对活塞头1、活塞裙2及定位稍6毛坯进行去油污清洗，选用二氯甲烷(CH₂Cl₂)清洗剂进行超声波清洗5～10min；

(4)采用厚度为0.05～0.15mm片状钎料铺在主焊接面4和副焊接面9上，采用颗粒度为80-120目颗粒状钎料填满钎料填充区3，通过定位销6将活塞头1和活塞裙2装配起来；

(5)将装配好的活塞顶面朝上放置在真空炉内进行热处理，靠活塞头自重进行焊接；真空炉开始抽真空，真空度达到5×10^-2Pa后，开始升温；真空炉内热处理的步骤是：从室温以8～15℃/min的速度升到750℃～850℃，保温30min；再以6℃～10℃的速度升到1050℃～1250℃保温15min～60min，然后随炉冷却到850℃～900℃，出炉立即进行淬火处理；

(6)活塞钎焊完成后，分别加工出活塞的燃烧室10、销孔11。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。