专利名称：一种具有激光热处理的激光焊接活塞的方法
技术领域：
本发明涉及激光热处理技术领域，具体为一种具有激光热处理的激光焊接活塞的方法。
背景技术：
活塞的生产主要有整体成型方式和焊接成型方式，通过焊接成型的活塞主要的焊接方式有激光焊接、电子束焊接和搅拌摩擦焊接。中国专利(公开号CN1610601A)中，公开了一种整体成型的活塞生产方法，利用锻造的方法制造出活塞胚，然后再利用机加工的方法制造出完整的活塞，这是一种整体成型制造活塞的方法。在通过焊接成型的活塞制造中， 中国专利申请(公开号CN101468426A)公开了一种单独激光焊接活塞的方法，中国专利申请(公开号CN1944994A)中，公开了一种利用搅拌摩擦焊来焊接活塞的方法。在美国专利 US4553015中，公开了一种利用电子束焊接活塞头部和裙部的方法。目前，整体成型制造活塞的方法中，其制造工艺复杂，成本较高。利用焊接来制造活塞的方法中，激光焊接效率很高，但是在焊接过程中焊缝容易开裂，焊接完成后也易出现延迟裂纹，利用热处理的方法能够解决这一问题，但是，普通的热处理方法增加了活塞的制造成本和工序，工艺过程变得很复杂；利用搅拌摩擦焊的方法制造活塞，容易出现应力破坏和表面缺陷；利用电子束焊接的方法制造活塞，需要抽真空，成本较高，而且效率低，并且会产生X射线，其在工厂应用的价值很低。
发明内容
为了解决其他焊接活塞方法的不足和克服激光焊接活塞焊缝容易开裂和焊后容易出现延迟裂纹的问题，本发明提供一种具有激光热处理的激光焊接活塞的方法。本发明的技术方案是1、一种具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，在激光焊接活塞前利用激光进行预热，预热之后直接利用预热功率进行激光焊接，焊接完成后再利用同样的功率进行后热处理。2、该方法应用在42CrMo活塞环套和活塞头的环形焊缝的激光焊接热处理上。3、激光的光源是由高功率的光纤激光器发出，其最大输出功率为6000W。4、活塞由变位机上的夹具装夹固定，使活塞的轴线与变位机的轴线重合，变位机处在激光头的正下方，通过数控机床的数控系统控制变位机的转动、激光头的升起、下降运动以及激光器的开关光。5、在激光预热或激光后热处理时，激光头升起或下降至距离活塞表面150-200mm。6、在激光预热或后热处理时，活塞与变位机保持相对静止，活塞由变位机带动转动；变位机能够实现顺时针和逆时针旋转，并且其控制集成到数控系统中，其速度可控。7、激光器的控制集成在数控系统中，出光时间和出光功率可在数控系统中调节。8、激光预热时，变位机带动活塞以2-6m/min的速度旋转，并旋转15-20圈，激光头在距离活塞的大离焦量处出光，离焦量在150-200mm范围内。9、激光预热的温度在120°C -180°C之间，激光后热处理的温度在80°C _140°C之间，激光后热处理在焊接过程结束后的5-10分钟内进行，后热处理的温度低于预热的温度 300C -400C ；激光预热或后热处理的温度，具体指活塞表面的温度。10、激光预热的最优参数为激光预热速度5m/min，激光预热功率5000w，预热激光离焦量150mm，激光预热的光斑直径为16mm，预热的温度120°C以上；激光后热处理的最优参数为焊接后待工件自然冷却到30°C -40°C后再开始后热处理，激光后热处理速度为5m/min，激光后热处理功率为5000w，激光后热处理的离焦量为 150mm，激光后热光斑直径为16mm，后热处理的温度80°C以上。本发明的有益效果是1、本发明利用激光对采用过盈配合的活塞环套和活塞头部进行预热，然后再利用激光对这个环形焊缝进行焊接连接，待焊接完成后再对活塞环套和活塞头部进行后热处理。在本发明的方法中，首先利用丙酮对过盈配合的活塞环套和活塞头部进行清洗，然后将其放在变位机的夹具上固定，利用由数控机床系统所带的激光头在活塞上方进行预热，同时转动变位机，待活塞的表面温度达到一定值后再利用激光进行焊接，焊接完成后再利用激光进行后热处理。2、本发明提出一种利用激光进行热处理的激光焊接活塞的方法，通过在激光焊接活塞的前后进行热处理，解决了激光焊接活塞的开裂问题，并简化了对活塞热处理的工艺， 提高了激光焊接活塞的焊缝成形质量。3、本发明激光头升起或下降的动作在数控机床上进行，由数控系统来控制，激光预热或后热处理时，活塞与变位机保持相对静止，变位机能够带动活塞自由转动。变位机能够实现顺时针和逆时针旋转，并且其控制集成到数控系统中，其速度可控。
图1根据本发明的激光预热焊接活塞的流程图。图2具体实施例的焊后效果图。
具体实施例方式本发明通过数控机床的数控系统控制变位机的转动、激光头的升起、下降运动或激光器的出光。在激光预热或后热处理时，活塞与变位机保持相对静止，活塞由变位机带动转动；变位机能够实现顺时针和逆时针旋转，并且其控制集成到数控系统中，其速度可控。 激光器的控制集成在数控系统中，出光时间和出光功率可在数控系统中调节。根据本发明，将其实际应用到42CrMo活塞环套和活塞头的激光焊接热处理上。 42CrMo活塞，其含碳量属于中碳钢的范围，中高碳钢的激光焊接极易产生裂纹，在现有的激光焊接活塞的技术中，很容易在焊接的过程中焊缝开裂，同时在焊后的冷却过程中也容易出现延迟裂纹，通过应用本发明的激光热处理焊接方法，能够很好的解决这一问题。如图1所示，在本发明的方法中，首先利用丙酮对过盈配合的活塞环套和活塞头部进行清洗，然后将其放在变位机的夹具固定，利用由数控机床所带的激光头在活塞上方照射激光进行预热，同时转动变位机，待活塞的表面温度达到120°C以上后再利用激光进行焊接，焊接完成后再利用激光进行后热处理。其具体步骤如下(1)将活塞的表面用丙酮溶液清洗干净，去除表面的油污和杂质。(2)将活塞固定到变位机上，利用夹具加紧，使其与变位机相对静止，并且使活塞的轴心与变位机的轴心同轴，变位机位于激光头的正下方。(3)将激光头抬起一定高度，距离活塞表面150mm。其中激光头的聚焦镜焦距为 200mm，准直镜的焦距为150mm，光纤直径为200mm。(4)旋转变位机带动活塞转动，使活塞的线速度达到5m/min，在转动30°角后使激光发射，辐照到活塞表面。(5)使变位机连续转动15圈，使活塞表面温度在激光束辐照附近区域达到180°C， 远离激光束辐照的区域达到120°C。激光预热的最优参数为活塞旋转速度5m/min，激光功率5000w，激光离焦量 150mm，激光的光斑直径为16mm。(6)停止激光发射，同时停止变位机的转动，将激光头降到焊接高度直接进行焊接，激光功率不需变化。(7)等待活塞表面的温度下降到30°C -40°C之间时，抬起激光头，抬起的高度与步
骤3—致。(8)旋转变位机带动活塞旋转，旋转的速度与步骤4 一致，同时使激光发射，辐照到活塞表面。(9)将变位机以步骤4的速度旋转5圈，使活塞的表面温度在距离激光束近处区域达到110°c，远离激光束辐照的区域达到80°C。激光后热处理的最优参数为活塞旋转速度为5m/min，激光功率为5000w，激光离焦量为150mm，激光光斑直径为16mm。(10)停止激光发射，停止变位机转动，同时将活塞用保温棉包住，取下工件待其冷却。如图2所示，在本实施例中，通过对焊缝处进行裂纹检测，没有发现裂纹，焊缝成形良好。与现有的单独激光焊接技术相比，其裂纹的产生率大大降低，优化了激光焊接工艺。最后说明的是，以上的实施例仅是为了说明本发明的具体技术方案，而非对其限制，并且在应用上可以延伸到其他的修改、变化、应用和实施例，同时认为所有这样的修改、 变化、应用和实施例都在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，在激光焊接活塞前利用激光进行预热，预热之后直接利用预热功率进行激光焊接，焊接完成后再利用同样的功率进行后热处理。
2.按照权利要求1所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，该方法应用在42CrMo活塞环套和活塞头的环形焊缝的激光焊接热处理上。
3.按照权利要求1所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，激光的光源是由高功率的光纤激光器发出，其最大输出功率为6000W。
4.按照权利要求1所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，活塞由变位机上的夹具装夹固定，使活塞的轴线与变位机的轴线重合，变位机位于激光头的正下方，通过数控机床的数控系统控制变位机的转动、激光头的升起、下降运动以及激光器的开关光。
5.按照权利要求4所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，在激光预热或激光后热处理时，将激光头升起或下降至距离活塞表面150-200mm。
6.按照权利要求4所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，在激光预热或后热处理时，活塞与变位机保持相对静止，活塞由变位机带动转动；变位机能够实现顺时针和逆时针旋转，并且其控制集成到数控系统中，其速度可控。
7.按照权利要求4所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，激光器的控制集成在数控系统中，出光时间和出光功率可在数控系统中调节。
8.按照权利要求4所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，激光预热时，变位机带动活塞以2-6m/min的速度旋转，并使活塞旋转15-20圈，激光头在距离活塞的大离焦量处出光，离焦量在150-200mm范围内。
9.按照权利要求1所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，激光预热的温度在120°C -180°C之间，激光后热处理的温度在80°C _140°C之间，激光后热处理在焊接过程结束后的5-10分钟内进行，后热处理的温度低于预热的温度30°C -40°C ；激光预热或后热处理的温度，具体指活塞表面的温度。
10.按照权利要求1所述的具有激光热处理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，激光预热的最优参数为激光预热速度5m/min，激光预热功率5000W，预热激光离焦量150mm，激光预热的光斑直径为16mm，预热的温度120°C以上；激光后热处理的最优参数为焊接后待工件自然冷却到30°C -40°C后再开始后热处理，激光后热处理速度为5m/min，激光后热处理功率为5000w，激光后热处理的离焦量为 150mm，激光后热光斑直径为16mm，后热处理的温度80°C以上。
全文摘要
本发明涉及激光热处理技术领域，具体为一种具有激光热处理的激光焊接活塞的方法。利用激光对采用过盈配合的活塞环套和活塞头部进行预热，然后再利用激光对这个环形焊缝进行焊接连接，待焊接完成后再对活塞环套和活塞头部进行后热处理。在本发明的方法中，首先利用丙酮对过盈配合的活塞环套和活塞头部进行清洗，然后将其放在变位机的夹具上固定，利用由数控机床系统所带的激光头在活塞上方进行预热，同时转动变位机，待活塞的表面温度达到一定值后再利用激光进行焊接，焊接完成后再利用激光进行后热处理。通过本发明，解决了激光焊接活塞焊缝开裂的问题，并且简化了热处理工艺，提高了焊缝成形的稳定性，使焊接质量更易控制。
文档编号B23K26/42GK102463414SQ20101054193
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者张翼飞, 王智超, 石磊, 罗勇, 迟海龙 申请人:杭州中科新松光电有限公司