[發明專利]活塞與加工方法

有效

• 申請號: 201110222707.3
• 申請日: 2004-12-10
• 公開（公告）號: CN102380679A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 卡爾莫·里貝羅;托馬斯·埃格雷爾;蘭德爾·蓋澤
• 申請（專利權）人: 費德羅-莫格爾公司
• 主分類號: B23K1/002
• 分類號: B23K1/002;B23K13/01;H05B6/02;F02F3/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本申請是國際申請日為2004年12月10日，中國申請號為“200480041665.1”(國際申請號為“PCT/US2004/041371”)的“活塞與加工方法”的分案申請。

背景技術

本申請是2003年11月4日提出的編號為10/701,274的申請的延續。

已知有多種方法可以將獨立的活塞部件焊合成一個活塞。其中一種為摩擦焊，即將某一活塞部件快速旋轉并沖壓在另一個部件上，通過摩擦力產生充分的熱量將兩個部件焊合在一起。其它方法包括電阻焊、感應焊，在此類方法中，在部件彼此接觸后，將能量流導入部件的焊接面，使其充分加熱，從而能夠彼此焊合。

美國專利5,150,517是摩擦焊的一個范例，而美國專利6,291,806是典型感應加熱的范例。其中，在相接觸的焊接面兩側放置感應線圈以傳導能量，使界面得到加熱。這種放置在側面的感應線圈能使臨近于感應線圈附近材質邊緣的焊接面部分比其它部分更快地得到加熱，從而在臨近界面處的材質上產生熱量流和熱影響區域的變化。在要求較高的場合，如柴油機活塞等重載用途，需要焊接界面的熱影響區域焊接均勻，從而使材料的強度和一體性的變化降到最低。

美國專利6,155,157展示了通過摩擦焊將第一、二部件跨接兩個徑向間隔焊接面聯結成的活塞。此類構造對通過感應焊焊接這些部件提出了挑戰，因為通向焊接面所在區域的通道有限，而且在有內部冷卻通道的情況下，無法將感應線圈放置在配合的焊接面附近的位置。就現有的活塞領域的技術而言，對如上述‘642專利所展示的復雜結構并無適當的感應焊技術，同樣由于將此類感應焊技術應用于多個徑向間隔焊接面的復雜活塞設計有實際困難，故而無應用實例。

在重載活塞領域之外，感應加熱被應用于簡單結構的焊接，如石油產品傳輸金屬管材的對接焊(butt-welding)。美國專利6,637,642展示了這一方法。該管為簡單的單層管壁的圓柱形管，具有平端面。為了聯結兩個焊接面，需在兩端面之間放置一個感應線圈，焊接面被加熱升溫，然后取出線圈并使兩面彼此接合以達到焊接的目的。最好端面接觸后，相對扭轉少許(一些角度)使其焊接面更緊密。令人驚訝的是，發明者們發現對目前只限于焊接簡單的圓柱形單層結構石油管道的感應焊技術可以進行改進，使其適用于焊接復雜的活塞結構，使得焊接面焊接均勻而熱影響區域最小，達到強度高且一體化程度好的焊接效果。

發明內容

]根據本發明的第一方面，制造活塞的方法之一是制造至少各擁有兩個焊接面的第一、第二部件。所述部件被支起，使其焊接面之間形成間隔。間隔的焊接面被加熱到高溫，然后停止加熱，將焊接面接觸在一起，通過焊合兩面而形成冶金學上的接合。根據本發明的一個方面，在焊接面仍然發熱的情況下將部件稍微拉開，在焊接接合處產生一個細頸區域。這樣使材料的使用最少并可降低重量和成本。亦可在焊接的管壁部分設計空腔，以進一步節省材料和降低重量。

根據本發明的另一方面，可以有另一種制造活塞的方法，將該活塞的第一部件支起，使其焊接面與第二部件焊接面有間隔，當間隔時，加熱兩部件間隔端面，然后使其接觸并形成冶金學上的焊合。該活塞具有徑向間隔的壁，且貫穿活塞壁的焊接接頭可位于不同的平面上。焊接后，可通過回火加熱操作對焊接接頭進一步加熱，以控制焊接區域的微結構加熱。

根據本發明的另一方面，本發明提供了一種活塞，包括具有通過感應焊焊接的相匹配的焊接面的第一和第二部件，且接頭處熱影響區域均勻。

本發明的優點是提供了一種焊接多組件活塞的簡單的、低成本的方法。

另外，本發明的優點是提供一種焊接成本低，一體性程度高的焊接接頭，在接頭附近的熱影響區域小而均勻。

本發明的更多優點是提供了可對活塞的兩個部件的焊接面的加熱進行精確控制的感應加熱方法，使得每個活塞部件的焊接面在加熱到焊接溫度的過程中不會產生過度加熱或加熱不足的現象。

本發明的其它優點是在活塞的部件彼此分開時對其焊接面進行加熱，這樣相對于將它們接合后對焊接面進行加熱，將更精確、均勻且可控。例如，在摩擦焊的情況下，一個活塞，在其徑向間隔開的內外壁部份的端面有毗連表面的上、下冠部，由于外壁的直徑較大，旋轉時的角速度也較大，從而在較快速度下產生的摩擦熱量大于其內壁產生的摩擦熱，必然導致其外壁比內壁加熱要多。與摩擦焊不同，根據本發明的感應加熱能使此類活塞的相關內、外壁加熱能得到精確控制，由此在內、外壁得到均勻的焊接。

控制以本發明的方法相接合的活塞的內、外壁的加熱避免對環形槽所在的外壁過度加熱，從而與摩擦焊相比可以更好地控制環形帶區域的熱量流。