本發明涉及一種釬焊鋼活塞及制造方法。

背景技術：

隨著人們對環境問題重視程度的不斷提升，對內燃機性能的要求也在不斷提高。目前，載重汽車、工程機械都在向大功率、高負荷方向發展，強化程度不斷提高，普通鋁合金活塞已經越來越不能滿足發動機發展的需求，鋼活塞由于強度高、耐高溫、韌性好、導熱性好和抗疲勞性好等優點已經成為活塞發展的重要方向。鋼活塞的發展由來已久，并不是新生事物，目前，主要采用的有整體鍛鋼、摩擦焊接鋼活塞等結構類型，整體鍛鋼活塞不易形成內冷油道，對活塞頭部冷卻效果差且加工成本高；摩擦焊鋼活塞雖可以形成內冷油道，但由于工藝的局限性，內冷油道內存有很大的焊接飛邊影響活塞頭部冷卻效果，且不能制造結構復雜的內冷油道，同時不適合于小直徑的鋼活塞。真空爐釬焊工藝可以采用精確的定位方式，制作結構復雜的內冷油道鋼活塞，最大限度的提高活塞頭部的冷卻效果，更好的提高發動機的性能，同時該工藝穩定，生產效率高。

現有摩擦焊鋼活塞結構如圖1所示，活塞頭和活塞裙之間在一定的摩擦壓力下高速逆向摩擦旋轉產生摩擦熱量；摩擦一定的時間后快速停止旋轉，在一定的壓力下活塞頭和活塞裙焊接在一起。現有鋼活塞制造技術存在一些缺點：活塞內冷油道內留有約4mm高的焊接飛邊，影響內冷油道冷卻效果；活塞頭和活塞裙采用旋轉摩擦焊接，焊接高度不宜控制，活塞內冷油道上下位置控制能力較差；因采用旋轉摩擦焊接，徑向方向不能定位，不能制造異性內冷油道活塞。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種釬焊鋼活塞及制造方法，采用活塞頭部和裙部多種定位連接方式，操作簡單，生產效率高，并能夠實現異性內冷油道鋼活塞的焊接，能夠解決傳統摩擦焊鋼活塞的缺點，采用本發明方法焊接出來的活塞，內冷油道內壁光滑、無飛邊毛刺，上下位置精確，活塞頭部冷卻效果好。

本發明所采用的技術方案是：

一種釬焊鋼活塞，包括活塞頭和活塞裙，所述活塞頭和活塞裙之間設有環形內冷油腔，所述活塞頭和活塞裙通過主焊接面、副焊接面釬焊連接在一起組成活塞本體，所述主焊接面和副焊接面上均設有釬料填充區，所述主焊接面上的釬料填充區的體積為主焊接面焊縫的體積的1-1.5倍，所述副焊接面上的釬料填充區的體積為副焊接面焊縫的體積的1-1.5倍；所述活塞頭和活塞裙通過定位裝置定位連接。

進一步的，所述定位裝置為設置在副焊接面上的定位銷。

進一步的，所述定位裝置為活塞頭下部兩側開的定位槽。

進一步的，所述定位裝置為設置在活塞本體兩側的工裝夾具。

進一步的，所述主焊接面與副焊接面相互平行且與水平面平行，主焊接面低于副焊接面。

進一步的，所述主焊接面與副焊接面相互垂直。

一種釬焊鋼活塞的制造方法，包括下列步驟：

(1)分別鍛造出活塞頭、活塞裙及定位裝置毛坯；

(2)分別對活塞頭及活塞裙毛坯進行粗加工，加工出內冷油腔、主焊接面、副焊接面及釬料填充區；

(3)分別對活塞頭、活塞裙及定位裝置毛坯進行去油污清洗；

(4)采用片狀釬料鋪在主焊接面和副焊接面上，采用顆粒狀釬料填滿釬料填充區，通過定位裝置將活塞頭和活塞裙裝配起來；

(5)將裝配好的活塞頂面朝上放置在真空爐內進行熱處理，靠活塞頭自重進行焊接，完成活塞釬焊；

(6)分別加工出活塞的燃燒室、銷孔。

進一步的，所述步驟(3)中，選用二氯甲烷(CH₂Cl₂)清洗劑對活塞頭、活塞裙及定位裝置毛坯進行超聲波清洗5～10min。

進一步的，所述步驟(4)中，片狀釬料和顆粒狀釬料均選用鎳基釬料，片狀釬料厚度為0.05～0.15mm，顆粒狀釬料顆粒度為80-120目。

進一步的，所述步驟(5)中，真空爐內熱處理的步驟是：從室溫以8～15℃/min的速度升到750℃～850℃，保溫30min；再以6℃～10℃的速度升到1050℃～1250℃保溫15min～60min，然后隨爐冷卻到850℃～900℃，出爐后立即進行淬火處理；在加熱及冷卻過程中，真空爐內真空度保持在5×10^-2Pa以內。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)在釬焊過程中，活塞處于真空條件下，不會出現氧化、增碳、脫碳及污染等現象；

(2)釬焊完成后，焊縫處常溫抗拉強度達到本體材料的75％以上，完全能夠滿足高性能發動機活塞的設計需求；

(3)真空爐內釬焊，焊縫附近不會出現氣孔、夾雜等缺陷，并且可以省掉釬焊后清洗殘留釬劑的工序，節省時間，改善了勞動條件，對環境無污染；

(4)采用不同的定位方式，可以焊接出異性內冷油道的活塞，增大了內冷油道的散熱面積，改善了活塞的冷卻條件；

(5)淬火工序可以在釬焊過程內完成，既節約了能源，有提高了生產效率。

附圖說明

圖1為摩擦焊鋼活塞結構示意圖；

圖2為本發明實施例的一種銷定位活塞結構示意圖；

圖3為銷定位活塞結構俯視圖；

圖4為本發明實施例的一種卡槽式活塞結構示意圖；

圖5為本發明實施例的一種工裝夾具定位活塞結構示意圖；

圖6為本發明實施例的一種卡槽式活塞結構示意圖；

圖7為本發明實施例的一種活塞結構示意圖；

其中，1、活塞頭，2、活塞裙，3、釬料填充區，4、主焊接面，5、環形內冷油腔，6、定位銷，7、定位槽，8、工裝夾具，9、副焊接面，10、燃燒室，11、銷孔,12、焊接飛邊。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步說明。

如圖1-2所示，一種釬焊鋼活塞，包括活塞頭1和活塞裙2，所述活塞頭1和活塞裙2之間設有環形內冷油腔5，所述活塞頭1和活塞裙2通過主焊接面4、副焊接面9釬焊連接在一起組成活塞本體，所述主焊接面4與副焊接面9分別于水平面平行，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上均設有釬料填充區3，所述主焊接面上的釬料填充區3的體積為主焊接面焊縫的體積的1-1.5倍，所述副焊接面上的釬料填充區3的體積為副焊接面焊縫的體積的1-1.5倍；所述活塞頭1和活塞裙2之間的副焊接面上設有定位銷6，所述活塞頭1和活塞裙2通過定位銷6定位連接。

如圖3所示，一種釬焊鋼活塞，包括活塞頭1和活塞裙2，所述活塞頭1和活塞裙2之間設有環形內冷油腔5，所述活塞頭1和活塞裙2通過主焊接面4、副焊接面9釬焊連接在一起組成活塞本體，所述主焊接面4與副焊接面9分別于水平面平行，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上均設有釬料填充區3，所述主焊接面上的釬料填充區3的體積為主焊接面焊縫的體積的1-1.5倍，所述副焊接面上的釬料填充區3的體積為副焊接面焊縫的體積的1-1.5倍；所述活塞頭1下部的兩側開有定位槽7，所述活塞頭1和活塞裙2通過定位槽7定位連接。

如圖4所示，一種釬焊鋼活塞，包括活塞頭1和活塞裙2，所述活塞頭1和活塞裙2之間設有環形內冷油腔5，所述活塞頭1和活塞裙2通過主焊接面4、副焊接面9釬焊連接在一起組成活塞本體，所述主焊接面4與副焊接面9分別于水平面平行，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上均設有釬料填充區3，所述主焊接面上的釬料填充區3的體積為主焊接面焊縫的體積的1-1.5倍，所述副焊接面上的釬料填充區3的體積為副焊接面焊縫的體積的1-1.5倍；所述活塞體的兩側均設有工裝夾具8，所述活塞頭1和活塞裙2通過工裝夾具8定位連接。

如圖5所述，一種釬焊鋼活塞，包括活塞頭1和活塞裙2，所述活塞頭1和活塞裙2之間設有環形內冷油腔5，所述活塞頭1和活塞裙2通過主焊接面4、副焊接面9釬焊連接在一起組成活塞本體，所述主焊接面4與副焊接面9相互垂直，呈L形結構，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與副焊接面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上均設有釬料填充區，所述主焊接面上的釬料填充區3的體積為主焊接面焊縫的體積的1-1.5倍，所述副焊接面上的釬料填充區3的體積為副焊接面焊縫的體積的1-1.5倍；所述活塞頭1下部的兩側開有定位槽7，所述活塞頭1和活塞裙2通過定位槽7定位。

如圖6所示，一種釬焊鋼活塞，包括活塞頭1和活塞裙2，所述活塞頭1和活塞裙2之間設有環形內冷油腔5，所述活塞頭1和活塞裙2通過主焊接面4、副焊接面9釬焊連接在一起組成活塞本體，所述主焊接面4與副焊接面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上均設有釬料填充區3，所述主焊接面上的釬料填充區3的體積為主焊接面焊縫的體積的1-1.5倍，所述副焊接面上的釬料填充區3的體積為副焊接面焊縫的體積的1-1.5倍。

一種釬焊鋼活塞的制造方法，包括下列步驟：

(1)分別鍛造出活塞頭1和活塞裙2毛坯，并用和活塞相同材料鍛造定位銷6毛坯，活塞材料為：38MnVS6或42CrMoA；

(2)分別對活塞頭1及活塞裙2毛坯進行粗加工，加工出內冷油腔5、主焊接面4、副焊接面9及釬料填充區3；主焊接面4和副焊接面9的加工粗糙度控制在Ra3.2～Ra10之間，便于釬料在焊縫之間鋪展流動；

(3)分別對活塞頭1、活塞裙2及定位稍6毛坯進行去油污清洗，選用二氯甲烷(CH₂Cl₂)清洗劑進行超聲波清洗5～10min；

(4)采用厚度為0.05～0.15mm片狀釬料鋪在主焊接面4和副焊接面9上，采用顆粒度為80-120目顆粒狀釬料填滿釬料填充區3，通過定位銷6將活塞頭1和活塞裙2裝配起來；

(5)將裝配好的活塞頂面朝上放置在真空爐內進行熱處理，靠活塞頭自重進行焊接；真空爐開始抽真空，真空度達到5×10^-2Pa后，開始升溫；真空爐內熱處理的步驟是：從室溫以8～15℃/min的速度升到750℃～850℃，保溫30min；再以6℃～10℃的速度升到1050℃～1250℃保溫15min～60min，然后隨爐冷卻到850℃～900℃，出爐立即進行淬火處理；

(6)活塞釬焊完成后，分別加工出活塞的燃燒室10、銷孔11。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。