專利名稱：一種具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法。
背景技術(shù)：
活塞的生產(chǎn)主要有整體成型方式和焊接成型方式，通過(guò)焊接成型的活塞主要的焊接方式有激光焊接、電子束焊接和攪拌摩擦焊接。中國(guó)專利(公開(kāi)號(hào)CN1610601A)中，公開(kāi)了一種整體成型的活塞生產(chǎn)方法，利用鍛造的方法制造出活塞胚，然后再利用機(jī)加工的方法制造出完整的活塞，這是一種整體成型制造活塞的方法。在通過(guò)焊接成型的活塞制造中， 中國(guó)專利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)CN101468426A)公開(kāi)了一種單獨(dú)激光焊接活塞的方法，中國(guó)專利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)CN1944994A)中，公開(kāi)了一種利用攪拌摩擦焊來(lái)焊接活塞的方法。在美國(guó)專利 US4553015中，公開(kāi)了一種利用電子束焊接活塞頭部和裙部的方法。目前，整體成型制造活塞的方法中，其制造工藝復(fù)雜，成本較高。利用焊接來(lái)制造活塞的方法中，激光焊接效率很高，但是在焊接過(guò)程中焊縫容易開(kāi)裂，焊接完成后也易出現(xiàn)延遲裂紋，利用熱處理的方法能夠解決這一問(wèn)題，但是，普通的熱處理方法增加了活塞的制造成本和工序，工藝過(guò)程變得很復(fù)雜；利用攪拌摩擦焊的方法制造活塞，容易出現(xiàn)應(yīng)力破壞和表面缺陷；利用電子束焊接的方法制造活塞，需要抽真空，成本較高，而且效率低，并且會(huì)產(chǎn)生X射線，其在工廠應(yīng)用的價(jià)值很低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決其他焊接活塞方法的不足和克服激光焊接活塞焊縫容易開(kāi)裂和焊后容易出現(xiàn)延遲裂紋的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是1、一種具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法，在激光焊接活塞前利用激光進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱之后直接利用預(yù)熱功率進(jìn)行激光焊接，焊接完成后再利用同樣的功率進(jìn)行后熱處理。2、該方法應(yīng)用在42CrMo活塞環(huán)套和活塞頭的環(huán)形焊縫的激光焊接熱處理上。3、激光的光源是由高功率的光纖激光器發(fā)出，其最大輸出功率為6000W。4、活塞由變位機(jī)上的夾具裝夾固定，使活塞的軸線與變位機(jī)的軸線重合，變位機(jī)處在激光頭的正下方，通過(guò)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)控制變位機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、激光頭的升起、下降運(yùn)動(dòng)以及激光器的開(kāi)關(guān)光。5、在激光預(yù)熱或激光后熱處理時(shí)，激光頭升起或下降至距離活塞表面150-200mm。6、在激光預(yù)熱或后熱處理時(shí)，活塞與變位機(jī)保持相對(duì)靜止，活塞由變位機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；變位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并且其控制集成到數(shù)控系統(tǒng)中，其速度可控。7、激光器的控制集成在數(shù)控系統(tǒng)中，出光時(shí)間和出光功率可在數(shù)控系統(tǒng)中調(diào)節(jié)。8、激光預(yù)熱時(shí)，變位機(jī)帶動(dòng)活塞以2-6m/min的速度旋轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)15-20圈，激光頭在距離活塞的大離焦量處出光，離焦量在150-200mm范圍內(nèi)。9、激光預(yù)熱的溫度在120°C -180°C之間，激光后熱處理的溫度在80°C _140°C之間，激光后熱處理在焊接過(guò)程結(jié)束后的5-10分鐘內(nèi)進(jìn)行，后熱處理的溫度低于預(yù)熱的溫度 300C -400C ；激光預(yù)熱或后熱處理的溫度，具體指活塞表面的溫度。10、激光預(yù)熱的最優(yōu)參數(shù)為激光預(yù)熱速度5m/min，激光預(yù)熱功率5000w，預(yù)熱激光離焦量150mm，激光預(yù)熱的光斑直徑為16mm，預(yù)熱的溫度120°C以上；激光后熱處理的最優(yōu)參數(shù)為焊接后待工件自然冷卻到30°C -40°C后再開(kāi)始后熱處理，激光后熱處理速度為5m/min，激光后熱處理功率為5000w，激光后熱處理的離焦量為 150mm，激光后熱光斑直徑為16mm，后熱處理的溫度80°C以上。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明利用激光對(duì)采用過(guò)盈配合的活塞環(huán)套和活塞頭部進(jìn)行預(yù)熱，然后再利用激光對(duì)這個(gè)環(huán)形焊縫進(jìn)行焊接連接，待焊接完成后再對(duì)活塞環(huán)套和活塞頭部進(jìn)行后熱處理。在本發(fā)明的方法中，首先利用丙酮對(duì)過(guò)盈配合的活塞環(huán)套和活塞頭部進(jìn)行清洗，然后將其放在變位機(jī)的夾具上固定，利用由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)所帶的激光頭在活塞上方進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)變位機(jī)，待活塞的表面溫度達(dá)到一定值后再利用激光進(jìn)行焊接，焊接完成后再利用激光進(jìn)行后熱處理。2、本發(fā)明提出一種利用激光進(jìn)行熱處理的激光焊接活塞的方法，通過(guò)在激光焊接活塞的前后進(jìn)行熱處理，解決了激光焊接活塞的開(kāi)裂問(wèn)題，并簡(jiǎn)化了對(duì)活塞熱處理的工藝， 提高了激光焊接活塞的焊縫成形質(zhì)量。3、本發(fā)明激光頭升起或下降的動(dòng)作在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行，由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制，激光預(yù)熱或后熱處理時(shí)，活塞與變位機(jī)保持相對(duì)靜止，變位機(jī)能夠帶動(dòng)活塞自由轉(zhuǎn)動(dòng)。變位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并且其控制集成到數(shù)控系統(tǒng)中，其速度可控。


圖1根據(jù)本發(fā)明的激光預(yù)熱焊接活塞的流程圖。圖2具體實(shí)施例的焊后效果圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過(guò)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)控制變位機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、激光頭的升起、下降運(yùn)動(dòng)或激光器的出光。在激光預(yù)熱或后熱處理時(shí)，活塞與變位機(jī)保持相對(duì)靜止，活塞由變位機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；變位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并且其控制集成到數(shù)控系統(tǒng)中，其速度可控。 激光器的控制集成在數(shù)控系統(tǒng)中，出光時(shí)間和出光功率可在數(shù)控系統(tǒng)中調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明，將其實(shí)際應(yīng)用到42CrMo活塞環(huán)套和活塞頭的激光焊接熱處理上。 42CrMo活塞，其含碳量屬于中碳鋼的范圍，中高碳鋼的激光焊接極易產(chǎn)生裂紋，在現(xiàn)有的激光焊接活塞的技術(shù)中，很容易在焊接的過(guò)程中焊縫開(kāi)裂，同時(shí)在焊后的冷卻過(guò)程中也容易出現(xiàn)延遲裂紋，通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明的激光熱處理焊接方法，能夠很好的解決這一問(wèn)題。如圖1所示，在本發(fā)明的方法中，首先利用丙酮對(duì)過(guò)盈配合的活塞環(huán)套和活塞頭部進(jìn)行清洗，然后將其放在變位機(jī)的夾具固定，利用由數(shù)控機(jī)床所帶的激光頭在活塞上方照射激光進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)變位機(jī)，待活塞的表面溫度達(dá)到120°C以上后再利用激光進(jìn)行焊接，焊接完成后再利用激光進(jìn)行后熱處理。其具體步驟如下(1)將活塞的表面用丙酮溶液清洗干凈，去除表面的油污和雜質(zhì)。(2)將活塞固定到變位機(jī)上，利用夾具加緊，使其與變位機(jī)相對(duì)靜止，并且使活塞的軸心與變位機(jī)的軸心同軸，變位機(jī)位于激光頭的正下方。(3)將激光頭抬起一定高度，距離活塞表面150mm。其中激光頭的聚焦鏡焦距為 200mm，準(zhǔn)直鏡的焦距為150mm，光纖直徑為200mm。(4)旋轉(zhuǎn)變位機(jī)帶動(dòng)活塞轉(zhuǎn)動(dòng)，使活塞的線速度達(dá)到5m/min，在轉(zhuǎn)動(dòng)30°角后使激光發(fā)射，輻照到活塞表面。(5)使變位機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)15圈，使活塞表面溫度在激光束輻照附近區(qū)域達(dá)到180°C， 遠(yuǎn)離激光束輻照的區(qū)域達(dá)到120°C。激光預(yù)熱的最優(yōu)參數(shù)為活塞旋轉(zhuǎn)速度5m/min，激光功率5000w，激光離焦量 150mm，激光的光斑直徑為16mm。(6)停止激光發(fā)射，同時(shí)停止變位機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將激光頭降到焊接高度直接進(jìn)行焊接，激光功率不需變化。(7)等待活塞表面的溫度下降到30°C -40°C之間時(shí)，抬起激光頭，抬起的高度與步
驟3—致。(8)旋轉(zhuǎn)變位機(jī)帶動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的速度與步驟4 一致，同時(shí)使激光發(fā)射，輻照到活塞表面。(9)將變位機(jī)以步驟4的速度旋轉(zhuǎn)5圈，使活塞的表面溫度在距離激光束近處區(qū)域達(dá)到110°c，遠(yuǎn)離激光束輻照的區(qū)域達(dá)到80°C。激光后熱處理的最優(yōu)參數(shù)為活塞旋轉(zhuǎn)速度為5m/min，激光功率為5000w，激光離焦量為150mm，激光光斑直徑為16mm。(10)停止激光發(fā)射，停止變位機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將活塞用保溫棉包住，取下工件待其冷卻。如圖2所示，在本實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)焊縫處進(jìn)行裂紋檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋，焊縫成形良好。與現(xiàn)有的單獨(dú)激光焊接技術(shù)相比，其裂紋的產(chǎn)生率大大降低，優(yōu)化了激光焊接工藝。最后說(shuō)明的是，以上的實(shí)施例僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，并且在應(yīng)用上可以延伸到其他的修改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例，同時(shí)認(rèn)為所有這樣的修改、 變化、應(yīng)用和實(shí)施例都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有激光熱處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進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱之后直接利用預(yù)熱功率進(jìn)行激光焊接，焊接完成后再利用同樣的功率進(jìn)行后熱處理。
2.按照權(quán)利要求1所述的具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，該方法應(yīng)用在42CrMo活塞環(huán)套和活塞頭的環(huán)形焊縫的激光焊接熱處理上。
3.按照權(quán)利要求1所述的具有激光熱處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纖激光器發(fā)出，其最大輸出功率為6000W。
4.按照權(quán)利要求1所述的具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，活塞由變位機(jī)上的夾具裝夾固定，使活塞的軸線與變位機(jī)的軸線重合，變位機(jī)位于激光頭的正下方，通過(guò)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)控制變位機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、激光頭的升起、下降運(yùn)動(dòng)以及激光器的開(kāi)關(guān)光。
5.按照權(quán)利要求4所述的具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，在激光預(yù)熱或激光后熱處理時(shí)，將激光頭升起或下降至距離活塞表面150-200mm。
6.按照權(quán)利要求4所述的具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，在激光預(yù)熱或后熱處理時(shí)，活塞與變位機(jī)保持相對(duì)靜止，活塞由變位機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；變位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并且其控制集成到數(shù)控系統(tǒng)中，其速度可控。
7.按照權(quán)利要求4所述的具有激光熱處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數(shù)控系統(tǒng)中，出光時(shí)間和出光功率可在數(shù)控系統(tǒng)中調(diào)節(jié)。
8.按照權(quán)利要求4所述的具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，激光預(yù)熱時(shí)，變位機(jī)帶動(dòng)活塞以2-6m/min的速度旋轉(zhuǎn)，并使活塞旋轉(zhuǎn)15-20圈，激光頭在距離活塞的大離焦量處出光，離焦量在150-200mm范圍內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求1所述的具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，激光預(yù)熱的溫度在120°C -180°C之間，激光后熱處理的溫度在80°C _140°C之間，激光后熱處理在焊接過(guò)程結(jié)束后的5-10分鐘內(nèi)進(jìn)行，后熱處理的溫度低于預(yù)熱的溫度30°C -40°C ；激光預(yù)熱或后熱處理的溫度，具體指活塞表面的溫度。
10.按照權(quán)利要求1所述的具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法，其特征在于，激光預(yù)熱的最優(yōu)參數(shù)為激光預(yù)熱速度5m/min，激光預(yù)熱功率5000W，預(yù)熱激光離焦量150mm，激光預(yù)熱的光斑直徑為16mm，預(yù)熱的溫度120°C以上；激光后熱處理的最優(yōu)參數(shù)為焊接后待工件自然冷卻到30°C -40°C后再開(kāi)始后熱處理，激光后熱處理速度為5m/min，激光后熱處理功率為5000w，激光后熱處理的離焦量為 150mm，激光后熱光斑直徑為16mm，后熱處理的溫度80°C以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有激光熱處理的激光焊接活塞的方法。利用激光對(duì)采用過(guò)盈配合的活塞環(huán)套和活塞頭部進(jìn)行預(yù)熱，然后再利用激光對(duì)這個(gè)環(huán)形焊縫進(jìn)行焊接連接，待焊接完成后再對(duì)活塞環(huán)套和活塞頭部進(jìn)行后熱處理。在本發(fā)明的方法中，首先利用丙酮對(duì)過(guò)盈配合的活塞環(huán)套和活塞頭部進(jìn)行清洗，然后將其放在變位機(jī)的夾具上固定，利用由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)所帶的激光頭在活塞上方進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)變位機(jī)，待活塞的表面溫度達(dá)到一定值后再利用激光進(jìn)行焊接，焊接完成后再利用激光進(jìn)行后熱處理。通過(guò)本發(fā)明，解決了激光焊接活塞焊縫開(kāi)裂的問(wèn)題，并且簡(jiǎn)化了熱處理工藝，提高了焊縫成形的穩(wěn)定性，使焊接質(zhì)量更易控制。
文檔編號(hào)B23K26/42GK102463414SQ20101054193
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者張翼飛, 王智超, 石磊, 羅勇, 遲海龍 申請(qǐng)人:杭州中科新松光電有限公司