激光焊接的活塞组件以及组装和接合活塞的方法技术

本发明专利技术公开一种方法和活塞组件。示例性活塞可以包括活塞主体(102)，活塞主体具有主体径向内侧配合表面和主体径向外侧配合表面。活塞还可以包括冷却通道环(104)，冷却通道环与活塞主体协同形成连续的上燃烧碗表面以及冷却通道。冷却通道环(104)可以具有环径向内侧配合表面和环径向外侧配合表面，环径向内侧配合表面和环径向外侧配合表面抵靠着相应的主体径向内侧配合表面和主体径向外侧配合表面，从而使得冷却通道大致闭合。活塞主体(102)和冷却通道环(104)可以沿着径向内侧边界区域及径向外侧边界区域接合在一起，以形成基本上整体式的活塞组件。径向外侧边界区域可以沿与活塞轴线平行的方向延伸，例如，这有助于激光焊接接合处理。

【技术实现步骤摘要】
激光焊接的活塞组件以及组装和接合活塞的方法本申请是申请日为2012年9月21日、申请号为201280046169.X、专利技术名称为“激光焊接的活塞组件以及组装和接合活塞的方法”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2011年9月21日提交的美国临时专利申请No.61/537,370以及2012年9月20日提交的美国专利申请No.13/623,632的优先权，这些申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
技术介绍
内燃机制造商始终在想办法提高其产品的功率输出和燃料效率。一个常规的提高效率和功率的方法是减小发动机的振荡质量，例如，发动机的活塞、连杆以及其它移动部分的振荡质量。提高发动机功率和/或效率的努力还可能会导致在操作期间燃烧室内的压力和/或温度升高。因此，由于这些重量的减小和与发动机操作相关的压力和温度的上升，发动机，特别是发动的活塞，将承受升高的应力。因此，对于在发动机的整个寿命中承受这种操作条件下的升高的应力来说，活塞冷却变得越发重要。为了降低活塞部件的操作温度，可以围绕活塞的周部设置冷却通道。可以将诸如曲轴箱油等冷却剂引入冷却通道，并且可以借助活塞的往复运动来围绕冷却通道分散冷却剂，由此降低活塞的操作温度。与此同时，冷却通道可能会增加活塞组件的整体复杂性以及制造活塞组件的整体复杂性。例如，冷却通道可能需要诸如冷却通道盖等附加的部件，以便通过临时地捕集(trap)通过冷却通道而循环的冷却剂(例如，油)来促进冷却剂在整个冷却通道中的适当循环。然而，诸如盖板等附加的部件同样增加了复杂性。另外，在诸如轻量活塞或轻载活塞等较小活塞的应用中，冷却通道可能是昂贵的和/或难以形成的。另外，诸如摩擦焊接等在整体式活塞中形成封闭的冷却通道的已知方法需要极高强度的活塞部件才能适当地形成活塞和冷却通道特征且在摩擦焊接处理期间不会产生意外的变形，由此导致活塞的尺寸和重量的增大。在摩擦焊接处理期间施加在活塞部件上的大的力还限制了焊接接头可处的位置。因此，需要这样一种活塞，其中将活塞的整体重量和制造复杂性最小化，同时通过诸如设置冷却通道等而能够将活塞适当地冷却。附图说明现在参考附图，对示例性实例进行详细描述。尽管附图表示在本文中描述的示例性实施方式，然而附图并非必须按比例绘制，而某些特征可以被夸大以便更好地说明和解释示例性实施方式的创新方面。此外，在本文中所描述的示例性实施方式并非意在穷举或者以其它方式将本专利技术限制或局限于在附图中示出并且在以下详细描述中公开的确切的形式和构造。通过参考以下附图来详细描述本专利技术的示例性实施方式：图1是示例性活塞组件的透视图；图2A是示例性活塞组件的局部剖视图；图2B是另一示例性活塞组件的局部剖视图；图2C是另一示例性活塞组件的局部剖视图；图3A示出了活塞主体与冷却通道环之间的径向外侧边界区域的示例性激光焊缝的剖视图；图3B示出了活塞主体与冷却通道环之间的径向内侧边界区域的示例性激光焊缝的剖视图；图3C示出了活塞主体与冷却通道环之间的径向内侧边界区域和径向外侧边界区域的示例性激光焊缝的透视图；以及图4示出了制造活塞的示例性方法的工艺流程图。具体实施方式说明书中提到的“示例性实施方式”、“实例”或类似的表达是指在至少一个实施方式中包含结合示例性方法而描述的具体特征、结构或特性。在说明书中各个位置出现的短语“在一个示例性实施方式中”或类似的表达不必全部指代相同的实施方式或实例。在本文中示出了活塞组件和制造活塞组件的方法的各个示例性实施方式。示例性活塞可以包括限定活塞轴线的活塞主体，活塞主体具有裙部并且形成冷却通道的下表面。活塞主体可以包括主体径向内侧配合表面和主体径向外侧配合表面。活塞还可以包括冷却通道环，冷却通道环与活塞主体协同形成连续的上燃烧碗(燃烧室)表面。冷却通道环可以包括环径向内侧配合表面，该环径向内侧配合表面在燃烧碗中沿着径向内侧边界区域抵靠主体径向内侧配合表面，并且冷却通道环包括环径向外侧配合表面，该环径向外侧配合表面沿着径向外侧边界区域抵靠主体径向外侧配合表面，从而使得冷却通道大致封闭。活塞主体和冷却通道环可以沿着径向内侧边界区域及径向外侧边界区域接合在一起，以形成基本上整体式的(一体的)活塞组件。径向外侧边界区域可以沿与活塞轴线平行的方向延伸(伸长)。在一些示例性实施方式中，可以在焊接处理，例如激光焊接处理中对活塞进行接合。如将在下文中进一步描述的那样，示例性激光焊接处理对获得制造的灵活性可具有实质性的帮助。在一个实例中，径向内侧配合表面和径向外侧配合表面中的至少一者与活塞轴线不相平行地布置。例如，基本上竖直的焊缝是可行的，即，两个活塞部件的被接合的相应配合表面与活塞的纵轴线基本上相平行地布置。此外，激光焊接接合处的抵靠表面实际上可以限定任何角度，只要入射的焊接激光束能够照射到该接合处即可。在一个示例性实施方式中，细长的焊缝可以基本上通过这样的激光焊接处理而获得：其中，激光束基本上平行于活塞主体和冷却通道环的相应的配合表面而入射。下面参考图1，其中示出了示例性活塞组件100。活塞组件100可以包括活塞主体102和接纳在活塞主体102中的冷却通道环104。由此，活塞主体102和冷却通道环104可以限定具有燃烧碗下表面118的燃烧碗120。活塞主体102可以包括环带部分106，环带部分106构造为将接纳活塞组件100的发动机膛(未示出)密封。例如，环带部分106可以限定一个或多个接纳活塞环(未示出)的周向槽107，这反过来在活塞组件100于发动机膛内作往复运动期间对发动机膛的表面进行密封。将冷却通道环104接纳在活塞主体102内可使得冷却通道环104和/或活塞组件100的尺寸和形状具有灵活性，例如，使得能够降低活塞组件100的整个压缩高度和/或重心。活塞主体102可以包括裙表面103，在发动机操作期间，裙表面103通过例如与发动机膛(未示出)的表面交界(interface，交接)而基本上支撑活塞组件，以便在活塞组件100于发动机膛内作往复运动期间使活塞组件100保持稳定。例如，裙表面103可基本上限定环绕活塞组件100的周部的至少一部分的圆形外形。该外形可以与可为大致圆筒形的发动机膛表面相一致。活塞主体102还可以限定活塞销座105。活塞销座105可基本上形成有孔或销孔109，该孔或销孔109构造为接纳活塞销(未示出)。例如，活塞销可以插入活塞销座105中的销孔109，从而基本上将活塞100固定到连杆(未示出)上。下面参考图2A、图2B和图2C，其中进一步地示出了示例性活塞100a、100b和100c(统一用100表示)。每个活塞100可以具有至少部分地限定了冷却通道108的环带部分106。冷却通道108基本上围绕活塞顶的周部延伸，并且可以在操作期间使冷却剂(例如，发动机油)循环，由此降低活塞的操作温度。另外，冷却剂的循环可有助于在活塞100周围保持更加稳定或均匀的温度，尤其是在活塞组件100的上部，例如，在燃烧碗120的附近。活塞主体102和冷却通道环104可以在例如激光焊接处理中固定接合。通过使活塞主体102与冷却通道环104固定接合，活塞组件100a、100b、100c基本上形成为整体式组件。如将在下文中进一步描述的那样，在激光焊接处理中，在每个活塞100a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：提供活塞主体，所述活塞主体限定活塞轴线，所述活塞主体形成冷却通道的下表面，所述活塞主体包括主体径向内侧配合表面和主体径向外侧配合表面；将冷却通道环与所述活塞主体组装起来，使得所述活塞主体与所述冷却通道环协同形成连续的上燃烧碗表面，所述连续的上燃烧碗表面包括由所述活塞主体所限定的径向内侧部分和由所述冷却通道环所限定的径向外侧部分，所述冷却通道环包括环径向内侧配合表面和环径向外侧配合表面；沿着径向内侧边界区域将所述活塞主体与所述冷却通道环接合起来，所述径向内侧边界区域包括所述活塞主体的主体径向内侧配合表面和所述冷却通道环的相应的环径向内侧配合表面；沿着径向外侧边界区域将所述活塞主体与所述冷却通道环接合起来，所述径向外侧边界区域包括所述活塞主体的主体径向外侧配合表面和所述冷却通道环的环径向外侧配合表面，其中，所述径向外侧边界区域沿着与所述活塞轴线平行的方向延伸；以及以包含激光焊接的方式实现所述活塞主体与所述冷却通道环的沿着径向内侧边界区域的接合和所述活塞主体与所述冷却通道环的沿着径向外侧边界区域的接合中的至少一者，其特征在于，所述激光焊接包括：第一阶段，其中以第一激光能量施加激光；以及第二阶段，其中以比所述第一激光能量小的第二激光能量施加激光，所述第二阶段在所述第一阶段之后。...

【技术特征摘要】
2011.09.21 US 61/537,370;2012.09.20 US 13/623,6321.一种方法，包括：提供活塞主体，所述活塞主体限定活塞轴线，所述活塞主体形成冷却通道的下表面，所述活塞主体包括主体径向内侧配合表面和主体径向外侧配合表面；将冷却通道环与所述活塞主体组装起来，使得所述活塞主体与所述冷却通道环协同形成连续的上燃烧碗表面，所述连续的上燃烧碗表面包括由所述活塞主体所限定的径向内侧部分和由所述冷却通道环所限定的径向外侧部分，所述冷却通道环包括环径向内侧配合表面和环径向外侧配合表面；沿着径向内侧边界区域将所述活塞主体与所述冷却通道环接合起来，所述径向内侧边界区域包括所述活塞主体的主体径向内侧配合表面和所述冷却通道环的相应的环径向内侧配合表面；沿着径向外侧边界区域将所述活塞主体与所述冷却通道环接合起来，所述径向外侧边界区域包括所述活塞主体的主体径向外侧配合表面和所述冷却通道环的环径向外侧配合表面，其中，所述径向外侧边界区域沿着与所述活塞轴线平行的方向延伸；以及以包含激光焊接的方式实现所述活塞主体与所述冷却通道环的沿着径向内侧边界区域的接合和所述活塞主体与所述冷却通道环的沿着径向外侧边界区域的接合中的至少一者，其特征在于，所述激光焊接包括：第一阶段，其中以第一激光能量施加激光；以及第二阶段，其中以比所述第一激光能量小的第二激光能量施加激光，所述第二阶段在所述第一阶段之后。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光焊接包括：与所述活塞轴线大致平行地朝向所述活塞主体的主体径向外侧配合表面和所述冷却通道环的环径向外侧配合表面引导焊接激光。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述激光焊接包括：沿着朝向所述活塞主体的主体径向内侧配合表面和所述冷却通道环的环径向内侧配合表面的方向引导焊接激光，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈·赖因，迪特尔·加布里埃尔，史蒂夫·瓦尔克，福尔克尔·魏瑟，米夏埃尔·乌尔里希，
申请(专利权)人：马勒国际公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE