专利名称：气门小端端面的合金焊接方法
技术领域：
本发明属于内燃机进、排气阀门小端合金焊接方法。
进、排气阀门是内燃机正常运行的关键性零件，其小端焊接质量对内燃机安全工作有重要影响。为排除该焊接过程的人为因素，提高焊接质量，寻求可以通过焊接参数的自动化控制即可达到保证焊接质量的方法。国内、外的相关厂家进行了多种焊接方法的探索性研制，其中中美合资的上海斯太立公司设计采用等离子气门小端焊接方法，由于技术控制难度较大而归于失败；日本曾将焊材合金制成片，并采用电阻焊方法试图解决这一问题，但也因焊接质量不稳定而没有普遍的适应性。因此目前国内外多数气门生产企业仍沿用传统的人工喷焊方法焊接气门小端合金。
火焰喷焊工艺是以乙炔-氧为燃气，通过喷焊炬，将合金粉末喷涂并熔化焊接于气门小端端面上形成抗磨合金层，其主要工艺为加热待焊面至300-600℃；喷涂保护层；加热保护层合金粉末至熔化温度；边喷边熔至要求尺寸。这种工艺存在的不足是火焰喷焊均由人工操作，焊接质量受操作人的工艺水平，精神及情绪的随意性影响，难以避免焊接质量的差异；当火焰将气门小端表面从常温加热到合金熔化温度时易氧化，因此界面难以避免过量氧化夹杂物。虽然合金粉末中含有脱氧元素，主要是B、Si，但这些元素同时又是保证合金性能的重要元素。所以，脱氧元素一方面产生的脱氧产物需要一定的时间才能从熔化合金的内部和界面上浮到焊层的表面以去除夹杂，这难以避免部分氧化夹杂物存留于合金内部，另一方面较大量脱氧要求使这些元素的损失同时又导致了合金本身性能的恶化，主要表现为硬度下降，抗磨性能下降，焊层和界面性能不稳定；合金粉末在喷焊中飞溅损失率大。通常飞溅损失率在20％-30％，尤其喷焊Φ7毫米以下的气门小端，粉末飞溅损失率可达40-60％，合金的有效利用率只有40-60％。飞溅粉末不能重喷利用，但可回收重熔制粉后才能利用。浪费十分巨大。
本发明所用焊接设备包括市售高频加热机，自动转动送件机构及颗粒自动送料机构，按焊接顺序安装，并与计算机可编程序控制器即PLC联接，按编制程序给予顺序动作指令。本发明可不用自动转动送件机构及颗粒自动送料机构，仅用人工操作也能实现其焊接本发明的目的是提供一种气门小端端面的合金的焊接方法，不仅能实现人工送料焊接，而且能实现其高质量、高效率、低耗材的自动化焊接。
气门小端焊接的关键是将焊材及待焊气门小端端面均匀，并同时加热到焊材合金的熔点温度，使焊材与气门小端熔接。为此，本发明采用高频加热的方法来实现这一目的。通过适当调整高频机的电流频率范围，可以使高频电流在工件上的穿透深度，满足气门小端表面均匀升温的要求。这是因为穿透深度与导体的电阻率平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比，按这一原理，而我们总可以找到合适的频率范围和输出功率以及确定相应感应圈的形状、尺寸和匝数，使气门小端待焊断面达到均匀一致的升温。
本发明所用焊材是将与喷焊粉末同成分的合金材料，按不同直径气门焊接要求的重量熔制成不同重量的颗粒，这些合金颗粒的导电、导热性能远优于同成分的粉末，所以置于高频圈内的这种合金颗粒可以被迅速地加热到熔化温度实现其焊接。
为实现上述发明的目的，其焊接方法按以下顺序进行1、备好满足气门焊接性能的合金颗粒。其制粒方法是将熔炼成分合格的合金液流，经过固定孔流入带有放射状分布槽的转盘上，转盘旋转时各槽等份切割的合金液流在离心力和合金表面张力作用下滚动冷却成为等重量颗粒，如圆形颗粒。转盘旋转速度不同即可获得不同重量的颗粒，以适合于不同尺寸的气门小端焊接。也可用市售合金颗粒。
2、调整高频加热机，使其输出电流频率10-150KHz、功率5-30 KW并根据不同直径气门小端端面的合金焊接所需的时间，调节气门送进时间和送合金颗粒的间隔时间。为实现自动焊接时，调节自动转动送件机构的步进时间为1-10秒和自动送合金颗粒间隔时间为1-10秒。
3、将气门置于工作台上，将合金颗粒置于气门小端端面上。
4、将有合金颗粒的气门小端置于高频加热机的高频感应圈内的中部，感应圈可为圆形，感应圈匝数为1-2匝。气门小端最好在圆形中心，其端面位于感应圈上下平面之间，感应圈的内表面与气门外表面之间的间隙为0.5-4.5毫米。
5、启动高频加热机，将气门小端端面加热4-30秒，使其升温至合金颗粒熔化温度900-1250℃实现焊接。
本发明具有以下技术效果该工艺中，利用高频加热机、加上自动转动送件机构和自动颗粒送料机构以及相应动作指令可实现全自动化气门小端的焊接；排除人工喷焊的工艺水平和人的精神状态随意性的影响。
焊接气门小端的质量可以充分得到保证，即金相组织稳定、机械性能稳定、连接界面和焊接组织内氧化夹杂物低于喷焊工艺50％以下、成品率达到99.9％。
生产率比人工喷焊提高1-2倍。
可大幅度提高焊材的利用率，节材降耗明显，节约能源。
本发明也可用人工送件和人工送合金颗粒实现其焊接。
中型内燃机气门小端端面焊接，气门直径为8-12mm，焊材为Ni55合金颗粒，焊接步骤为将高频加热机的焊接参数进行调整，输出电流频率20-120KHz，最好50-100KHz；加热功率10-20KW；加热时间5-12秒；其余步骤与技术方案相同。
其余步骤与技术方案相同。
其余步骤与技术方案相同。
权利要求
1．一种气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于该方法按以下顺序进行备好合金颗粒；调整高频加热机，使其输出电流频率为10-150KHz，加热功率为5-30KW；将气门置于工作台上，将合金颗粒置于气门小端端面的上；将有合金颗粒的气门小端端面置于高频加热机的匝数为1-2匝的高频感应圈内的中部，并使气门的端面位于该感应圈上、下两端面之间，高频感应圈的内表面与气门外表面之间的间隙为0.5-4.5mm；启动高频加热机，将气门小端端面加热至合金颗粒熔化温度900-1250℃，使合金颗粒完全熔化，加热时间为4-30秒。
2．根据权利要求1所述的气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于通过自动转动送件机构、颗粒自动送料机构、高频加热机和可编程序控制器进行自动焊接，调节自动转动送件机构的步进时间为1-10秒和自动送合金颗粒的间隔时间为1-10秒。
3．根据权利要求1所述的气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于气门直径为8-12mm的中型内燃机的气门小端端面的合金焊接方法将高频加热机的输出电流频率调整为20-120KHz，加热功率为10-20KW，高频加热机的加热时间为5-12秒。
4．根据权利要求3所述的气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于高频加热机的输出电流频率最好调整为50-100KHz。
5．根据权利要求1所述的气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于气门直径为7-10mm的小型内燃机的气门小端端面的合金焊接的方法将高频焊机的输出电流频率调整为80-150KHz，加热功率为8-15KW；加热时间为4-10秒。
6．根据权利要求5所述的气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于高频加热机的输出电流频率最好调整为100-120KHz。
7．根据权利要求1所述的气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于气门直径为4-7mm的摩托车发动机的气门小端端面的合金焊接方法将高频加热机的输出电流频率调整为100-150KHz，加热功率为5-15KW，加热时间为3-8秒。
8．根据权利要求7所述的气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于高频加热机的输出电流频率最好调整为120-150KHz。
9．根据权利要求1所述的气门小端端面的合金焊接方法，其特征在于气门直径为12-25mm的大型内燃机的气门小端端面的合金焊接方法将高频加热机的输出电流频率调整为10-80KHz，加热功率为15-30KW，加热时间为10-30秒。
全文摘要
气门小端端面的合金焊接方法属于内燃机进、排气阀门小端合金焊接方法。该方法包括备好合金颗粒,调整高频加热机的操作参数,调节气门送进时间和送合金颗粒的间隔时间,将气门置于工作台上,将合金颗粒置于气门小端端面上,将气门小端置于高频感应圈的焊接位,启动高频加热机加热熔化合金颗粒实现焊接。本发明焊接质量高、效率高、低耗材、节能。不仅能人工操作实现其焊接,而且能自动化操作完成焊接。
文档编号F02B39/00GK1309009SQ0110727
公开日2001年8月22日 申请日期2001年3月23日 优先权日2001年3月23日
发明者江涛, 于今, 王世耕 申请人:重庆大学