发动机用电热塞焊接工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种发动机用电热塞焊接工艺，它是这样实现的：ａ、对待焊接电热塞部件进行表面处理，除去其表面油渍和杂质；ｂ．按照电热塞装配技术要求对待焊接电热塞进行装配、固定；ｃ、采用工件旋转法进行加热；ｄ、将装配固定好的电热塞移至电子束真空室进行隔离抽真空，真空度约１×１０－２Ｐａ；ｅ、利用真空电子束焊机对电热塞进行电子束钎焊，其中加速电压Ｕ１＝２０～１５０ｋＶ、电子束流Ｉｂ＝１５～３０ｍＡ、聚焦电流ＩＦ＝４００～４８０ｍＡ、工件旋转速度为８～１２ｒ／ｍｉｎ，焊接时在１０５０～１１００℃温度停留４０～７０ｓ；该工艺具有焊接可靠性高、寿命长、生产效率高、成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子束焊接领域，尤其涉及一种发动机用电热塞电子束焊接工艺。
技术介绍
电热塞一般由壳体、电热丝、内部填充物等组成，电热丝周围填充三氧化二铝等氧 化物，壳体为很薄的高温合金，壁厚约0. 3mm 0. 8mm，点火时，电热丝与外接电源导通，迅 速发热，对可燃气体点火。电热塞广泛应用于内燃机、锅炉、热气机等领域，特别是在发动 机领域，电热塞是发动机的核心元件，它直接关系到发动机的工作可靠性和效率、油耗等参 数，而电热塞与点火器其他零件的连接工艺一直是电热塞制造的难点，重点要对高温燃气 形成密封，防止高温燃气进入电热塞内部，影响其工作寿命。传统的内燃机用电热塞与点火 器其他部件的连接工艺常采用紧配合压制锥面机械密封方式，特点是工艺简单，生产效率 高，成本低。 热气机用电热塞的工作应力远高于内燃机，其电热塞接头需要可靠的气密性防止 燃气泄漏，保证使用安全。传统的机械密封连接方式密封效果不理想，使用过程中存在漏 气现象。最可靠的密封连接形式是采用焊接连接。而热气机用电热塞工作温度在85(TC以 上，甚至高达100(TC以上，曾经对以下几种焊接方法进行了试验焊管机氩弧焊、手工氩弧 焊、真空电子束焊、真空钎焊。由于电热塞外壳是一种耐热高温合金材料，为异种金属焊接 接头，三种焊接方法都属于熔化焊接，焊缝中都存在裂纹，都难以保证焊接接头的气密性和 强度。 采用钎焊连接工艺，能够避免焊缝产生裂纹问题，由于热气机用电热塞工作温度 高，钎焊时必须采用镍基高温钎料，但镍基钎料需要较高的加热温度，为了防止工件氧化， 一般需要采用真空钎焊工艺。真空钎焊试验结果表明，钎缝形成圆滑接缝，连接接头气密性 达到设计要求。目前大多数厂家使用的也都是真空钎焊工艺，优点是能保证很好的密封要 求，强度也较好，但存在如下不足之处 1、可靠性差，内部电热丝容易出现断路现象，原因是真空钎焊时，由于工件只能放 在真空炉内整体加热，电热塞不可避免地受到长时间高温加热影响，导致电热塞内部电阻 丝老化所致。 2、电热塞使用寿命縮短，短则数十小时就损坏。 3 、真空炉内整体钎焊焊接时间长，生产效率低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种发动机用电热塞焊接工艺，解决传统的焊接工艺存在的可靠性 差、使用寿命短、生产效率低的问题，其具有可靠性好、生产效率高、成本低的优点。 本专利技术的目的是通过以下的技术方案来解决的 —种发动机用电热塞焊接工艺，其特征在于a、对待焊接电热塞部件，如外壳、接 管等进行表面处理，除去其表面油渍和杂质；b.按照电热塞装配技术要求在专用工装上对3待焊接电热塞进行装配、固定；c、采用工件旋转法进行加热；d、将装配固定好的电热塞移 至电子束真空室进行隔离抽真空，真空度约1 X 10—2Pa ;e、当真空度达到焊接要求时，利用 真空电子束焊机对电热塞进行电子束钎焊，其中加速电压Ul = 20 150kV、电子束流Ib = 15 30mA、聚焦电流IF = 400 480mA、工件旋转速度为8 12r/min，焊接时在1050 IIO(TC温度停留40 70s。 上述的发动机用电热塞焊接工艺，加热方式采用散焦加热、加工件快速旋转的方 式，电子束斑直径为6 10mm。 上述的发动机用电热塞焊接工艺，焊接时采用非接触式的红外测温系统，严格控 制加热温度。 上述的发动机用电热塞焊接工艺，焊接钎料为镍基三号(BNi-2)。 采用本专利技术的焊接工艺，可以显著提高电热塞的可靠性和工作寿命，用该工艺方法制造的电热塞，钎焊接头做气密性试验，在压力2. 5MPa下稳压15min无泄漏，在发动机上累计点火4000次以上，仍工作正常，满足可靠性要求。此外，采用该工艺方法，还可大幅度提高电热塞的生产效率，提高产品质量，縮短生产周期，如与真空炉整体钎焊相比，焊接时间可大大縮短，电子束钎焊加热时间从室温到钎焊结束冷却至400°C以下，只有7min，而真空炉钎焊仅在90(TC以上停留时间就达67min以上，整个钎焊周期更需8h以上。附图说明 图1是电热塞的结构示意图。 具体实施例方式如图l所示，电热塞是发动机点火器的核心部件，由接管1、外壳2、电热丝4和内 部填充物3等组成，电热塞外壳2将电热丝4罩在内部，电热丝4周围填充三氧化二铝等氧 化物，电热塞外壳2由高温合金做成，壁厚很薄，通常为0. 3 0. 8mm。接管1材料一般为奥 氏体不锈钢。接管1和外壳2连接在一起，形成密封，要防止燃气通过电热塞接缝泄漏到外 部。接管1和外壳2连接的一般采用冷压制或焊接方式连接，图1中A即为接管1和外壳 2的连接部位。 发动机运行时，电热塞处于高温火焰或燃气中，特别是热气机等应用场合，燃烧时 压力较高，有的高达2. 0 3. 6MPa，因此电热塞接管和外壳的密封十分重要，传统的电热塞 一般采用锥面冷压制的方法进行外壳和接管的连接和密封，但密封效果较差；也有采用其 他焊接方法的，包括整体式真空钎焊，但由于钎焊时温度过高，最高超过IIO(TC ，容易导致 电阻丝4老化，采用整体式真空钎焊方法，密封性较好，但难以满足电热塞的可靠性。 真空电子束钎焊工艺既具有真空炉钎焊焊接接头密封性好的优点，又具有焊接时 加热集中的特点，它只在钎缝处局部加热，可以保证电热塞头部即电热丝与外包覆壳连接 部位温度较低，可以避免电热塞内部电热丝在高温下老化的问题。 下面是本专利技术的第一个实施例 电子束焊接设备采用EBW2100/15-150CNC型真空电子束焊机，配备德国PTR公司 产高电压计算机数字控制设备，电子束流、聚焦电流、电子束振动频率和振幅以及图形均可 通过计算机控制调节。真空室真空度约为1X10—2Pa。电子束焊机主要技术参数见表l。 表1EBW2100/15-150CNC电子束焊机技术参数 <table>table see original document page 5</column></row><table> 钎焊过程必须有严格的温度控制，保证加热温度保持在钎料熔化温度范围内。焊 件温度测量采用美国Raytek公司的MRIS红外测温仪，该仪器是双色红外非接触温度测量 系统。该测温仪可以透过电子束焊机真空室的铅玻璃观察窗口进行检测，即使电热塞接头 目标不够大，该测温仪也能够准确地测量温度，其温度测量范围700°C 1800°C，响应时间 lOms，温度分辨率rc。测温监控软件系统采用高速数字信号处理器，测试现场与微机之间 双向RS485通讯，使用DateTemp⑧软件测量温度可监控，数据存储。工艺方法如下 a)焊接前对待焊接件如外壳2、接管1等进行表面处理，除去其表面油渍和杂质； b)按照电热塞装配技术要求在专用工装上对电热塞进行装配、固定； c)采用工件旋转法进行加热； d)将装配固定好的电热塞移至电子束真空室进行隔离抽真空，真空度约 1 X 10—2Pa ; e)当真空度达到焊接要求时，利用真空电子束焊机对电热塞进行电子束焊接，其中加速电压Ul = 20 150kV、电子束流Ib = 15 30mA、聚焦电流IF = 400 480mA、工件旋转速度为8 12r/min，焊接时在1050 IIO(TC温度停留40 70s ; f)加本文档来自技高网...

【技术保护点】
发动机用电热塞焊接工艺，其特征在于：ａ、对待焊接电热塞部件，如外壳（２）、接管（１）等进行表面处理，除去其表面油渍和杂质；ｂ．按照电热塞装配技术要求在专用工装上对待焊接电热塞进行装配、固定；ｃ、采用工件旋转法进行加热；ｄ、将装配固定好的电热塞移至电子束真空室进行隔离抽真空，真空度约１×１０↑［－２］ｐａ；ｅ、当真空度达到焊接要求时，利用真空电子束焊机对电热塞进行电子束钎焊，其中加速电压Ｕ１＝２０～１５０ｋＶ、电子束流Ｉ↓［ｂ］＝１５～３０ｍＡ、聚焦电流Ｉ↓［Ｆ］＝４００～４８０ｍＡ、工件旋转速度为８～１２ｒ／ｍｉｎ，焊接时在１０５０～１１００℃温度停留４０～７０ｓ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国强，陈志林，
申请(专利权)人：上海齐耀动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]