一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构制造技术

本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构
本技术属于中重型柴油发动机
，具体涉及一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构。
技术介绍
本技术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，本技术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。
技术实现思路
本技术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
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：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。优选的，还包括直焊缝活塞本体，所述直焊缝活塞本体的左侧顶部设置有第一顶部直焊缝，且直焊缝活塞本体的左侧侧方设置有燃烧室焊缝，所述直焊缝活塞本体的右侧顶部设置有第二顶部直焊缝，所述直焊缝活塞本体的右侧侧方设置有裙部焊缝。优选的，所述第一带倾角顶部焊缝、带倾角燃烧室焊缝、第二带倾角顶部焊缝和带倾角裙部焊缝相比现有的焊缝具有一定的倾角。优选的，所述第一顶部直焊缝、燃烧室焊缝、第二顶部直焊缝、裙部焊缝以及第一带倾角顶部焊缝、带倾角燃烧室焊缝、第二带倾角顶部焊缝和带倾角裙部焊缝均采用电子束焊接或激光焊接。优选的，所述活塞本体和右侧活塞本体均为抗高压抗高温材质，且材质均为现有技术中的材质。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术结构科学合理，使用安全方便，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；钢活塞高能束焊接的焊缝形式有两种：顶部和燃烧室部位两道焊缝，顶部和环槽部位两道焊缝；使用顶部和燃烧室部位焊缝的结构时，采用增加工艺接头的形式，保证加工、制作方便；使用顶部和环槽部位焊缝的结构时，与直焊缝结构加工工艺相同，但是增大了焊接面积，提高了焊缝的抗疲劳性能。附图说明图1为本技术直焊缝组合形式的结构示意图；图2为本技术顶部斜焊缝的结构示意图；图3为本技术顶部斜焊缝的倾角分析图一；图4为本技术顶部斜焊缝的倾角分析图二；图5为本技术倾斜角度θ对焊缝的受力分析图；图中：1-第一顶部直焊缝、2-燃烧室焊缝、3-第二顶部直焊缝、4-裙部焊缝、5-第一带倾角顶部焊缝、6-带倾角燃烧室焊缝、7-第二带倾角顶部焊缝、8-带倾角裙部焊缝、11-活塞本体、12-燃烧室环、13-内冷油腔A、14-喉口、21-右侧活塞本体、22-内冷油腔B、23-外圆环、24-右侧喉口。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1-图5，本技术提供一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构技术方案：一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构，包括活塞本体11，活塞本体11上设置有内冷油腔A13，内冷油腔A13的外壁设置有燃烧室环12，燃烧室环12的外侧设置有喉口14，活塞本体11对应内冷油腔A13的顶部设置有第一带倾角顶部焊缝5，活塞本体11对应内冷油腔A13的侧方位设置有带倾角燃烧室焊缝6，还包括右侧活塞本体21，右侧活塞本体21上设置有内冷油腔B22，内冷油腔B22的外侧设置有右侧喉口24，还包括外圆环23，外圆环23上内冷油腔B22的下方设置有右侧活塞本体21，且外圆环23上对应内冷油腔B22上方设置有第二带倾角顶部焊缝7，内冷油腔B22的侧方设置有带倾角裙部焊缝8。本实施例中，优选的，还包括直焊缝活塞本体，直焊缝活塞本体的左侧顶部设置有第一顶部直焊缝1，且直焊缝活塞本体的左侧侧方设置有燃烧室焊缝2，直焊缝活塞本体的右侧顶部设置有第二顶部直焊缝3，直焊缝活塞本体的右侧侧方设置有裙部焊缝4。本实施例中，优选的，第一带倾角顶部焊缝5、带倾角燃烧室焊缝6、第二带倾角顶部焊缝7和带倾角裙部焊缝8相比现有的焊缝具有一定的倾角。本实施例中，优选的，第一顶部直焊缝1、燃烧室焊缝2、第二顶部直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构，包括活塞本体(11)，其特征在于：所述活塞本体(11)上设置有内冷油腔A(13)，所述内冷油腔A(13)的外壁设置有燃烧室环(12)，所述燃烧室环(12)的外侧设置有喉口(14)，所述活塞本体(11)对应内冷油腔A(13)的顶部设置有第一带倾角顶部焊缝(5)，所述活塞本体(11)对应内冷油腔A(13)的侧方位设置有带倾角燃烧室焊缝(6)，还包括右侧活塞本体(21)，所述右侧活塞本体(21)上设置有内冷油腔B(22)，所述内冷油腔B(22)的外侧设置有右侧喉口(24)，还包括外圆环(23)，所述外圆环(23)上内冷油腔B(22)的下方设置有右侧活塞本体(21)，且外圆环(23)上对应内冷油腔B(22)上方设置有第二带倾角顶部焊缝(7)，所述内冷油腔B(22)的侧方设置有带倾角裙部焊缝(8)。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构，包括活塞本体(11)，其特征在于：所述活塞本体(11)上设置有内冷油腔A(13)，所述内冷油腔A(13)的外壁设置有燃烧室环(12)，所述燃烧室环(12)的外侧设置有喉口(14)，所述活塞本体(11)对应内冷油腔A(13)的顶部设置有第一带倾角顶部焊缝(5)，所述活塞本体(11)对应内冷油腔A(13)的侧方位设置有带倾角燃烧室焊缝(6)，还包括右侧活塞本体(21)，所述右侧活塞本体(21)上设置有内冷油腔B(22)，所述内冷油腔B(22)的外侧设置有右侧喉口(24)，还包括外圆环(23)，所述外圆环(23)上内冷油腔B(22)的下方设置有右侧活塞本体(21)，且外圆环(23)上对应内冷油腔B(22)上方设置有第二带倾角顶部焊缝(7)，所述内冷油腔B(22)的侧方设置有带倾角裙部焊缝(8)。


2.根据权利要求1所述的一种提高钢活塞焊缝抗疲劳强度的结构，其特征在于：还包括直焊缝活塞本体，所述直焊缝活塞本体的左侧顶部设置有第...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚海，王加伟，
申请(专利权)人：山东进化者新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37