活塞和制造方法技术

一种特别适用于重型柴油机的活塞是用单独的部件构成的，所述部件具有周向延伸的接合表面，这些接合表面在结合前被加热至足以使其结合起来的升高的温度，其后，将接合表面相互接触并扭转，从而在接合表面的界面实现永久的冶金焊接。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为"200380107217.2"、申请日为2003年11月5 日、专利技术名称为""的专利申请的分案申请。
技术介绍
用于结合单独形成的活塞各部分以产生活塞结构的各种方法是公 知的。 一种这样的方法是摩擦焊接法，其中活塞的一个部分以高速转 动，同时压罩在另一部分上，所得到的摩擦能量产生足够的热量而将 两部分结合在一起。其它技术包括电阻焊接法、感应加热焊接法等， 其中，在使两部分彼此接触后，使能通量穿过接合表面，这使其被充 分加热而使两表面彼此接合。美国专利第5，150，517号是摩擦焊接法的一个实例，而美国专利 第6， 291 806号是典型的感应加热法的另一实例，其中线圏配置于接 触接合表面侧面以感应能量，从而在界面感应出热量。这种感应线圏 的侧面配置有一种倾向，在邻近感应线圏的材料边缘附近的接合表面 区域加热速率快于远离线圏的那些区域，因而在邻近界面的材料区域 中产生热流变化和受热影响区。在需要的、高负载应用场合如柴油发 动机的活塞中，需要提供横跨界面热影响区中均匀的焊接接头，以便 尽量减小材料强度和整体性的任何变化。美国专利第6，155，157号公开了一种活塞，这种活塞具有第一和 第二部分，这两个部分借助摩擦焊接法横跨两个径向间隔开来的接合 表面组相接合。可以看出，这种结构显示对于借助感应加热焊接法接 合两部分的挑战，这是由于对于接合表面所在的区域的接近受到限制， 而且在内部冷却通道的情形中，不可能接近相邻于配合的接合表面的 任何感应线圏的位置。在活塞领域中公知现有技术的基础上，人们并 不知道存在一种用于感应加热焊接如上述'642号专利中所示那种复杂 活塞结构的适当技术，而且，由于使这种感应加热技术适用于带有多个径向间隔开来的接合表面的复杂活塞结构的实际困难，并不知道使 用过这样的适当技术。在重型活塞领域以外，感应加热法被用于接合简单的结构，例如， 载运石油产品的对焊金属管。这种管道是简单的单壁圆筒形结构，具 有平面端面。为了将一个端面接合于另一端面， 一个感应线圏被引至 两端面之间，端面被加热至升高的温度，其后将线圏抽出，并将端面 彼此接合以形成焊缝。在使端面接触时，最好使其扭转一个小量(几 度)以取得焊接表面更密切的结合。令人惊讶的是，本专利技术人已经发 现，至今为止局限于接合简单的单壁圆筒形石油管道的感应加热焊接 技术可被改进，从而成功地用于接合复杂的活塞结构，实现牢固、高 整体性接头，横跨接合表面的界面具有均匀而很小的热影响区。
技术实现思路
按照本专利技术的第一方面， 一种制造活塞的方面包括制造活塞的第 一和第二部分，每个部分具有至少两个接合表面。所述部分借助所述 表面以彼此间隔开来的关系被支承。当被间隔开来时，将接合表面加 热至一个提高的温度，其后停止加热，使接合表面彼此接触以形成横 过接合表面的冶金结合。按照本专利技术的另一方面，提供一种制造活塞的方法，其中活塞第 一部分的接合表面以间隔开来的关系支承在活塞第二部分的接合表面 上，当间隔开来时，所述表面被加热，然后使其彼此接触以形成冶金 结合。按照本专利技术的另一方面，提供一种活塞，该活塞具有第一和第二 部分，这两个部分带有借助感应加热焊接接合部结合的配合的接合表 面，并且具有横过接合部的均匀的热影响区。本专利技术的优点是可提供一种简单、低成本的焊接多件式活塞的方法。本专利技术还具有提供一种高整体性焊接接头的优点，邻近焊接接头 具有小而均匀的热影响区。本专利技术还具有提供一种能精确控制两活塞部分的接合表面的加热的感应加热方法的优点，从而在将接合表面加热至提高的结合温度的 过程中，每个活塞部分的接合表面不会过热或加热不足。本专利技术的另 一个优点是，在彼此间隔开来时加热活塞部分的接合 表面，与彼此接合后加热表面相比较，表面的加热更为精确、均匀及 受到控制。例如，在摩擦焊接时，活塞具有上、下冠部，在活塞部分 的径向间隔开来的内、外壁部的端面设置连接表面，这必然导致外壁 比内壁相对更充分的加热，这是由于外壁直径较大，因而以比内壁更 大的角速度转动，从而以比内壁更大的速率产生摩擦热。与摩擦焊接 不同，按照本专利技术，感应加热能够精确控制这种活塞的内、外壁的相 对加热，从而在内、外壁间形成更为均匀的焊接接合部。控制借助本专利技术的方法接合的活塞的内、外壁的加热，可避免过度地加热外壁，在外壁上形成环槽，以便与摩擦焊接比较，更好地控 制在环带区域中的热流。按照本专利技术的感应加热的另一优点是，与摩擦焊接比较，用感应 加热接合活塞部分需要较低的压力，在摩擦焊接中焊接所需的热量是 通过活塞部分在相对较高的压缩负载下相对转动而产生的(大约1000psi对摩擦焊接的20，000psi)。因此，按照本专利技术固定和支承感应 焊接的部分所需的夹具和设备无需象摩擦焊接所需要的那么牢固。另 外，由于结构不必承受摩擦焊接中的那种往往超过活塞使用中所受载 荷的重压载荷，因而活塞结构更为自由。因此，使用感应加热焊接使 活塞各部分更薄，重量更轻，节约了制造成本，并使这样的活塞的使 用者认可燃油和排放效能。 附图说明当结合下面的详细说明和附图来考虑时，将更容易理解本专利技术的 上述的和其它的特征和优点。图l是焊接前活塞上、下部件的立体图2与图1的视图类似，表示被固定的部件及其被加热的接合表面；图3是图2中所使用的加热线圏的平面图；图4是图2部件的横剖图5与图2的视图类似，但表示在加热后移入彼此接触且被扭转 的部件；图6是最后加工的活塞的立体图； 图7是沿图6中7-7线截取的剖面图8是放大剖面图表示加热线圏设置成离活塞部件之一比另一部 件更近。 具体实施例方式按照本专利技术推荐实施例构制的活塞在附图中以附图标记10表示， 由至少两个部件制成，这两个部件彼此单独形成，提供至少一组、最 好至少两组周向延伸的可配合的接合表面，所述接合表面最初彼此间 隔开来，被加热至足以焊接部件的温度，其后，表面的加热被终止， 使表面彼此接合以实现部件间的永久焊接。在图示实施例中，活塞IO包括第一部件12和第二部件14。两部 件12， 14是由金属、最好是由合金钢制成的，不过，本专利技术并不局限 于这些材料。第一和第二部件可铸造、锻造、由粉末金属制成或由用 于制造金属部件的任何其它方法制成。第一和第二部件12， 14所用合 金可以是相同的或不同的，因此，为实现材料的焊接第一和第二部件 所需加热温度可以是相同的或不同的，这取决于具体应用场合的需要。在图示实施例中，第一部件12包括活塞10的上冠部，图中第二 部件14为活塞10的下冠部，与上部件12互补，因而在接合时，部件 12， 14构成活塞10。第一部件12具有一个上壁16,该上壁形成有一个燃烧碗18，以 及可选择设置一个或多个阀槽20。燃烧碗18可以围绕活塞10的纵轴 线A对称，或者可以按照具体应用场合而象图示那样是非对称的。阀 槽22关于下部件14是非对称的。换言之，阀槽20和燃烧碗18被形 成得相对于下面的部件14具有特定的位置或定向，从而，如果非对称 特征被形成在活塞10上，使阀槽20和燃烧碗18的位置相对于下部件 14的角位对于活塞10的操作是决定性的。上部件12形成有一个环形内壁22和一个环形外壁或环带24,所 述内环壁在燃烧碗18下面向下延伸，所述外壁或环带在内壁22径向 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活塞，包括：　一个具有配合表面的活塞上部；　一个具有配合表面的活塞下部；　一个结合上述配合表面的感应加热焊接接合部。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：C里贝罗，T埃格雷尔，R盖泽，
申请(专利权)人：联邦莫沃尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]