[实用新型]一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构

说明书

本实用新型公开了一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构，包括活塞本体，所述活塞本体上设置有内冷油腔A，所述内冷油腔A的外壁设置有燃烧室环，所述燃烧室环的外侧设置有喉口，所述活塞本体对应内冷油腔A的顶部设置有第一带倾角顶部焊缝，所述活塞本体对应内冷油腔A的侧方位设置有带倾角燃烧室焊缝，还包括右侧活塞本体，所述右侧活塞本体上设置有内冷油腔B；由于受活塞结构、压缩高以及重量的制约，在活塞壁厚不变的情况下，采用斜焊缝的焊接表面积大于直焊缝；斜焊缝在活塞轴向和径向方向都有分力，通过调整焊缝倾斜角度θ，使焊缝受力达到最佳；相同条件下，钢活塞斜焊缝的抗疲劳性能优于直焊缝。

技术领域

本实用新型属于中重型柴油发动机技术领域，具体涉及一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构。

背景技术

本实用新型专利适用于中重型柴油发动机领域。钢活塞用于中重型内燃机领域已有几十年的历史，在该领域中，气缸内最高爆发压力可达25MPa。铝活塞材料在热负荷和机械负荷方面已无法承受如此高的爆发压力，并且铝活塞材料的疲劳寿命也无法满足耐久性的要求，于是钢活塞便在高爆发压力条件下替代了铝活塞；钢活塞的形式包括整体式钢活塞、铰接式钢顶铝裙活塞、焊接式钢活塞，其中焊接式钢活塞是采用顶部锻钢材料与裙部焊为一体结构，由于其冷却油道封闭，焊接式钢活塞具有较好的冷却效率，整体刚度特别是环岸区的刚度高，可靠性好的优点；由于钢活塞的工作温度比较高，燃烧室边缘的最高温度达450℃以上，在高温燃气的作用下，过高的工作温度易造成燃烧室边缘的材料表面出现氧化，产生疲劳源而导致活塞开裂。对于焊接式钢活塞而言，其焊缝同样会有发生疲劳开裂的风险，本实用新型涉及焊接式钢活塞领域，旨在提高钢活塞的焊缝的抗疲劳性能，有效降低钢活塞焊缝发生疲劳裂纹的风险。

目前，钢活塞的主流焊接方式有摩擦焊接、激光焊接、电子束焊接三种形式。摩擦焊接是一种固相锻压焊接技术，虽然在焊缝中不存在与熔化和凝固有关的焊接缺陷和脆化现象，焊缝强度能够达到甚至超过母材的强度，但是摩擦焊接受焊接方式的限制存在三方面的不足： 1.只适用于环形、同轴焊件焊接；2.油腔内部的焊接飞边无法去除，影响活塞内冷油腔的冷却效果，焊接飞边容易造成应力集中；3.由于焊接过程中施加负载，会导致工件变形和轴向尺寸不稳定。激光焊接和电子束焊接同属于高能束焊接，激光焊接的深宽比一般在10：1以内，电子束焊接的深宽比一般为20：1，相比摩擦焊接而言，虽然高能束焊接可以制造出非同心的燃烧室结构，但是在焊接钢活塞时，仍然在焊缝位置存在密集性的气孔、未焊透、裂纹等缺陷，而这些缺陷会降低焊缝的抗疲劳性能。

目前，电子束焊接和激光焊接在活塞顶部的焊缝均使用直焊缝。使用直焊缝的焊接形式，虽然方便制作加工和定位，但存在以下不足：

(1)采用直焊缝，焊接表面积小；

(2)由于活塞顶部焊缝受压力(或拉力)和剪切力作用，而直焊缝在活塞径向方向无分量，因此在活塞工作的综合受力情况下，直焊缝的受力不好，更容易发生疲劳开裂；

(3)由于活塞结构限制，从活塞上取抗拉试棒困难，只能从焊接样件上取试棒进行类比判断。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构，包括活塞本体，所述活塞本体上设置有内冷油腔A，所述内冷油腔A的外壁设置有燃烧室环，所述燃烧室环的外侧设置有喉口，所述活塞本体对应内冷油腔A的顶部设置有第一带倾角顶部焊缝，所述活塞本体对应内冷油腔A的侧方位设置有带倾角燃烧室焊缝，还包括右侧活塞本体，所述右侧活塞本体上设置有内冷油腔B，所述内冷油腔B的外侧设置有右侧喉口，还包括外圆环，所述外圆环上内冷油腔B的下方设置有右侧活塞本体，且外圆环上对应内冷油腔B上方设置有第二带倾角顶部焊缝，所述内冷油腔B的侧方设置有带倾角裙部焊缝。