[发明专利]带封闭内冷油腔的激光焊接制锻钢整体活塞及其制造工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种活塞及其制造工艺，尤其涉及一种带封闭内冷油腔的激光焊接制锻钢整体活塞及其制造工艺。

技术背景：

目前用于载重汽车、工程机械、铁路机车以及船用发动机都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高，排放要求越来越严格，原铝质活塞虽然有重量轻的优点，但铝材质逐渐不能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求。

针对大功率、高负荷的柴油机活塞，目前有铰接摆体式结构活塞，即活塞头与活塞裙分开加工制造，通过活塞销连接起来，活塞头采用铸铁或锻钢材料，活塞裙采用铝材料制造。这种活塞因为活塞头与活塞裙分开制造，增加了加工成本，并且难以形成封闭的冷却油腔，活塞冷却效果差，同时因为需要更长的活塞销进行连接，总体重量也有所增加。

中国专利CN 1610601A公开了一种制造锻钢活塞的方法，该方法是活塞毛坯一体式锻造，用一个另外加工的环盖，与活塞头部加工出的环形沟槽组装，行成封闭油腔。但其制作工艺复杂，制造成本高，活塞的结构强度有待提高。

中国专利CN2851607Y公开了另一种制造锻钢活塞的方法，该方法是头部与裙部分别锻造，内冷油腔是在头部与裙部分别加工后通过摩擦焊接形成，摩擦焊接受其工艺方式和设备结构性能、精度所限，同批生产的摩擦焊活塞其长度尺寸的一致性较差，导致活塞重量和焊接后所产生的内冷油腔尺寸相差很大，从而使焊接废品率很高，直接影响发动机性能，而且焊接飞边大(一般在4-8mm)，需要对其露在外面的焊接飞边进行专门加工处理，但内冷油腔里面的焊接飞边无法去除，会影响到活塞冷却效果。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前铝质活塞不能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求的问题，提供一种具有结构简单，制作工艺相对简便，能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求等优点的带封闭内冷油腔的激光焊接制锻钢整体活塞及其制造工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带封闭内冷油腔的激光焊接制锻钢整体活塞，它包括活塞本体和活塞环体，通过激光其焊接使其成为一体，焊接后两者间形成内冷却油腔，冷却油腔通过至少两个进出油孔与活塞内腔连通，可进油和出油，当活塞在发动机中工作时，机油从进油孔中喷入，并在环形冷却腔内流动，从出油孔流出，带走活塞的热量，以降低活塞各部位的工作温度，保证活塞及活塞环的工作可靠性，活塞本体下部为销孔；由于通过焊接形成封闭冷却油腔，使活塞整体结构刚度增加，使得活塞工作部位特别是环槽部位在工作热态下变形小，可提高密封性能，降低发动机排放。

所述活塞环体上有至少一道环槽。

所述活塞本体的裙部设计有环形槽。

所述活塞本体与活塞环体间的激光焊区为外圆和顶面两个环形区域，焊缝位置根据活塞结构不同可进行调整。

一种具有封闭内冷油腔的活塞的制造工艺，它的方法为，

1)分别锻造活塞本体、活塞环体毛坯；

2)分别对活塞本体毛坯及活塞环体毛坯进行热处理；

3)对活塞本体毛坯及环体毛坯进行粗加工，加工出内腔、内冷油腔及激光焊接面；

4)活塞本体与活塞环体通过激光焊接方式结合为一体；

5)分别加工出活塞环形槽、燃烧室、环槽、销孔、外圆及进出油孔；

6)对活塞表面进行磷化或石墨化处理。

所述步骤2)中热处理过程为，调质钢热处理：在800-850℃保温1-2小时然后油冷，回火温度600℃，保温1.5-2.5小时；非调质钢直接空冷至室温，即应在3-4分钟内温度由锻后的1100℃±50℃冷却至500℃±50℃。

所述步骤4)中激光焊接工艺为：

4-1)对活塞需焊接部位进行清洁；

4-2)对焊接活塞进行定位；

4-3)采用焊接C0₂激光器进行焊接，激光输出功率2000W-7000W，聚焦镜焦长f＝70-150mm，焊接线速度0.5-2m/min；

4-4)采用二次焊接工艺确保焊缝均匀性，第一次为快速定位焊，激光功率2000W一7000W，焊速2-4m/min，第二次为深熔焊，激光功率2000W一7000W，焊速0.5-2m/min；

4-5)对焊缝进行激光退火处理，提高焊缝强度和后序加工工艺性。

本发明在活塞裙部上方加工出环形槽，不仅减轻了重量，而且有利于油环槽部位机油回油，同时增加了裙部柔性，有利于配缸间隙的减小和机油耗降低。