專(zhuān)利名稱(chēng)：氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣閥門(mén)小端合金焊接方法。
火焰噴焊工藝是以乙炔-氧為燃?xì)猓ㄟ^(guò)噴焊炬，將合金粉末噴涂并熔化焊接于氣門(mén)小端端面上形成抗磨合金層，其主要工藝為加熱待焊面至300-600℃；噴涂保護(hù)層；加熱保護(hù)層合金粉末至熔化溫度邊噴邊熔至要求尺寸。這種工藝存在的不足是火焰噴焊均由人工操作，焊接質(zhì)量受操作人的工藝水平，精神及情緒的隨意性影響，難以避免焊接質(zhì)量的差異；當(dāng)火焰將氣門(mén)小端表面從常溫加熱到合金熔化溫度時(shí)易氧化，因此界面難以避免過(guò)量氧化夾雜物。雖然合金粉末中含有脫氧元素，主要是B、Si，但這些元素同時(shí)又是保證合金性能的重要元素。所以，脫氧元素一方面產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物需要一定的時(shí)間才能從熔化合金的內(nèi)部和界面上浮到焊層的表面以去除夾雜，這難以避免部分氧化夾雜物存留于合金內(nèi)部，另一方面較大量脫氧要求使這些元素的損失同時(shí)又導(dǎo)致了合金本身性能的惡化，主要表現(xiàn)為硬度下降，抗磨性能下降，焊層和界面性能不穩(wěn)定；合金粉末在噴焊中飛濺損失率大。通常飛濺損失率在20％-30％，尤其噴焊Φ7毫米以下的氣門(mén)小端，粉末飛濺損失率可達(dá)40-70％，合金的有效利用率只有30-60％。飛濺粉末不能重噴利用，但可回收重熔制粉后才能利用。浪費(fèi)十分巨大。為此，本發(fā)明人在發(fā)明專(zhuān)利01107277.6中介紹了一種利用高頻加熱實(shí)現(xiàn)焊接的方法。
在中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1107277.6介紹的方法中，首先將合金焊材由粉末態(tài)變成顆粒態(tài)，然后將合金顆粒置于氣門(mén)小端端面，用高頻電流加熱顆粒和基材達(dá)顆粒熔化溫度進(jìn)行焊接。該方法雖然有一系列優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)材、可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接等，但實(shí)現(xiàn)保證焊接質(zhì)量的精確控制較為復(fù)雜，其控制參數(shù)如頻率、電流、時(shí)間、位置與焊材、氣門(mén)的材質(zhì)、形狀、尺寸、氣門(mén)端面置于高頻圈內(nèi)的位置有關(guān)，控制與調(diào)節(jié)工作繁瑣。另外由于高頻電流對(duì)熔化合金的電磁攪拌作用強(qiáng)烈，使熔化合金的氧化加劇，合金的稀蝕率增加，焊接后的合金性能有較大的波動(dòng)。
本發(fā)明所用焊接設(shè)備包括市售氬弧焊機(jī)，自動(dòng)送件機(jī)構(gòu)，如園盤(pán)送件機(jī)構(gòu)，自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，引弧板，并與計(jì)算機(jī)可編程序控制器即PLC聯(lián)接，按編制程序給予順序動(dòng)作指令。引弧板為自動(dòng)焊時(shí)，完成相鄰兩次焊接氣門(mén)之間的空閑時(shí)間內(nèi)不斷弧而設(shè)置。本發(fā)明可不用自動(dòng)送件機(jī)構(gòu)及顆粒自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，僅用人工操作也能實(shí)現(xiàn)其焊接。
氣門(mén)小端焊接的關(guān)鍵是將焊材及待焊氣門(mén)小端端面加熱到焊材合金的熔點(diǎn)溫度，使焊材與氣門(mén)小端熔接。為此，本發(fā)明采用氬弧焊加熱的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整氬弧焊機(jī)的電流范圍和鎢極離焊料的距離，可以使高溫氬氣離子弧加熱焊材顆粒至熔化態(tài)并同時(shí)加熱氣門(mén)小端端面至焊接溫度實(shí)現(xiàn)焊接。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，其焊接方法如下1、備好滿足氣門(mén)焊接性能的合金顆粒，合金顆粒的粒度為3-22MM。其制粒方法是將氣門(mén)小端焊接現(xiàn)用合金按現(xiàn)行工藝進(jìn)行熔煉，并將成分合格的合金液流，經(jīng)過(guò)固定孔流入帶有放射狀分布槽的轉(zhuǎn)盤(pán)上，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)各槽等份切割的合金液流，在離心力和合金表面張力作用下滾動(dòng)冷卻成粒，再經(jīng)篩分成為各種對(duì)應(yīng)氣門(mén)小端焊接所要求的等重量顆粒。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度即可獲得不同重量顆粒的正態(tài)分布。對(duì)于難以利用自身表面張力成粒的合金，可利用模具制成規(guī)定形狀。也可用市售合金顆粒。
2、根據(jù)不同直徑的氣門(mén)，調(diào)整氬弧焊機(jī)，使其焊接電流為10-90A。
3、將氣門(mén)置于工作臺(tái)上，控制相鄰兩支氣門(mén)送件焊接時(shí)間的間隙和送件運(yùn)動(dòng)的距離，其間隙一般為5-60秒，將合金顆粒置于氣門(mén)小端端面上，一般每支氣門(mén)小端端面上置放一粒合金顆粒。
4、將有合金顆粒的氣門(mén)小端置于鎢極正下端。調(diào)節(jié)鎢極，使鎢極下端與被焊合金顆粒間的距離為1-5MM。
5、啟動(dòng)氬弧焊機(jī)，在焊接電流下的氬氣離子弧將氣門(mén)小端端面加熱，使其升溫至合金顆粒熔化溫度900-1350℃實(shí)現(xiàn)焊接。焊接時(shí)間為2-30秒。
本發(fā)明具有以下技術(shù)效果本發(fā)明既可用人工送件和送合金顆粒實(shí)現(xiàn)其焊接，也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。該工藝中，利用氬弧焊機(jī)、加上自動(dòng)送進(jìn)氣門(mén)機(jī)構(gòu)和合金顆粒機(jī)構(gòu)以及利用PLC編制相應(yīng)順序動(dòng)作指令，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化氣門(mén)小端的焊接。
與高頻焊相比，控制參數(shù)簡(jiǎn)化，主要控制參數(shù)簡(jiǎn)化為電流、鎢極與被焊合金顆粒的距離、焊接時(shí)間。焊接時(shí)，這些參數(shù)被調(diào)定后，焊接過(guò)程的各步動(dòng)作，按程序執(zhí)行即可，簡(jiǎn)化了操作。
被焊接氣門(mén)小端的質(zhì)量可以充分得到保證高頻焊接時(shí)，由于高頻焊電磁場(chǎng)對(duì)合金熔體的攪拌作用，使其連接界面的氣門(mén)基體金屬迅速溶入熔融的耐磨合金中，稀釋耐磨合金，使焊后耐磨合金成分變得不穩(wěn)定，由此導(dǎo)致金相組織和機(jī)械性能不穩(wěn)定；而本發(fā)明采用氬弧焊加熱耐磨合金焊接，無(wú)磁場(chǎng)攪拌，因此合金稀釋率減少，焊接后合金成分穩(wěn)定，金相組織穩(wěn)定并保持在焊接前的組織狀態(tài)，機(jī)械性能穩(wěn)定性提高。成品合格率達(dá)到99.9％。
由于氬弧焊在進(jìn)行焊接時(shí)，有氬氣保護(hù)，因此與高頻焊相比，連接界面和焊接組織內(nèi)氧化夾雜物較高頻焊工藝低于50％以下。
與高頻焊比較，由于焊接質(zhì)量和成品率的提高，可大幅度提高焊材的利用率，且節(jié)能。
在圖2、圖3中1—CNC系統(tǒng)， 2—自動(dòng)焊接機(jī)構(gòu)，3—焊頭升降機(jī)構(gòu)，4—回轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)，5—自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，6—?dú)忾T(mén)送進(jìn)臺(tái)，7—焊炬，8—床身。
1、人工焊接時(shí)調(diào)整氬弧焊機(jī)的焊接參數(shù)，使焊接電流為40-90A，最好50-70A；調(diào)節(jié)鎢極，使鎢極下端與所焊合金顆粒間的距離為1-5毫米，最好2-3毫米。
加熱升溫至合金顆粒熔化溫度900-1350℃實(shí)現(xiàn)焊接。焊接時(shí)間為5-10秒。其余步驟與技術(shù)方案相同。
2、自動(dòng)焊接時(shí)(1)、調(diào)整氬弧焊機(jī)的焊接參數(shù)，焊接電流40-90A，最好50-70A，基值電流5-10A；焊接時(shí)間為5-10秒；調(diào)節(jié)鎢極，使鎢極下端與引弧板間的距離為1-5毫米，最好2-3毫米，合金顆粒的上頂點(diǎn)與引弧板的上端面應(yīng)齊平，其中基值電流是鎢極在引弧板上的起弧電流，同時(shí)也是為完成兩次焊接之間空閑時(shí)間而設(shè)定的電流值；自動(dòng)園盤(pán)送件機(jī)構(gòu)間隙運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)間為7-14秒，每次運(yùn)動(dòng)的距離是所焊氣門(mén)大端的直徑長(zhǎng)度加4毫米。
(2)氣門(mén)置于圓盤(pán)工作臺(tái)上。
(3)動(dòng)自動(dòng)焊機(jī)，自動(dòng)完成送件、送合金顆粒于氣門(mén)小端端面、焊接、寫(xiě)件。
自動(dòng)焊接設(shè)置的過(guò)程為啟動(dòng)焊機(jī)后，鎢極以5-10A的基值電流在引弧板上起弧。同時(shí)合金顆粒通過(guò)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)送到氣門(mén)小端端面上；圓盤(pán)送件機(jī)構(gòu)間歇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每次運(yùn)動(dòng)將一支有合金顆粒的氣門(mén)送至焊接位置停留待焊；鎢極焊炬從引弧板移動(dòng)至焊接位置，同時(shí)焊機(jī)從基值電流轉(zhuǎn)換成焊接電流進(jìn)行焊接操作。在焊接操作時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)將一合金顆粒送入下一支處于送料位置的氣門(mén)小端端面上；焊接完畢后，焊接電流轉(zhuǎn)變成基值電流，同時(shí)，鎢極焊炬退移到引弧板上；圓盤(pán)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，將焊后氣門(mén)移出焊接位置并自動(dòng)卸料。同時(shí)將下一支有合金顆粒的氣門(mén)移入焊接位置待焊；
1、人工焊接時(shí)調(diào)整氬弧焊機(jī)的焊接參數(shù)，使焊接電流為30-60A，最好40-50A；鎢極下端與被焊合金顆粒間的距離為1-5毫米，最好2-3毫米。
加熱升溫至合金顆粒熔化溫度900-1350℃實(shí)現(xiàn)焊接。焊接時(shí)間為3-8秒。
其余步驟與技術(shù)方案相同。
2、自動(dòng)焊接時(shí)整氬弧焊機(jī)的焊接參數(shù)，焊接電流30-60A，最好40-50A，基值電流5-10A；焊接時(shí)間為3-8秒；鎢極下端與引弧板間的距離為1-5毫米，最好2-3毫米，合金顆粒的上頂點(diǎn)與引弧板的上端面齊平。自動(dòng)園盤(pán)送件機(jī)構(gòu)的間隙運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)間為5-11秒，每次運(yùn)動(dòng)的距離為被焊氣門(mén)大端的直徑長(zhǎng)度加4毫米。
其余方法與實(shí)施例1的自動(dòng)焊接方法相同。
1、人工焊接時(shí)調(diào)整氬弧焊機(jī)的焊接參數(shù)，使焊接電流為10-50A，最好20-40A；鎢極下端與被焊合金顆粒間的距離為1-5毫米，最好2-3毫米。
加熱升溫至合金顆粒熔化溫度900-1350℃實(shí)現(xiàn)焊接。焊接時(shí)間為2-6秒。
其余步驟與技術(shù)方案相同。
2、自動(dòng)焊接時(shí)整氬弧焊機(jī)的焊接參數(shù)，焊接電流10-50A，最好20-40A，基值電流5-10A；焊接時(shí)間為2-6秒；鎢極下端與引弧板間的距離為1-5毫米，最好2-3毫米，合金顆粒的上頂點(diǎn)與引弧板的上端面齊平。自動(dòng)圓盤(pán)送件機(jī)構(gòu)的間隙運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)間為5-10秒，每次運(yùn)動(dòng)的距離為被焊氣門(mén)大端的直徑長(zhǎng)度加4毫米。
其余方法同實(shí)施例1自動(dòng)焊接方法。
1、人工焊接時(shí)調(diào)整氬弧焊機(jī)的焊接參數(shù)，使焊接電流為50-90A，最好50-80A；鎢極下端與被焊合金顆粒家間的距離為2-5毫米，最好2-3毫米。
加熱升溫至合金顆粒熔化溫度900-1350℃實(shí)現(xiàn)焊接。焊接時(shí)間為8-30秒。
其余步驟與技術(shù)方案相同。
2、自動(dòng)焊接時(shí)調(diào)整氬弧焊機(jī)的焊接參數(shù)，焊接電流50-90A，最好50-80A，基值電流5-10A，焊接時(shí)間為8-30秒；鎢極下端與引弧板間的距離為1-5毫米，最好2-3毫米，合金顆粒的上頂點(diǎn)與引弧板的上端面齊平。自動(dòng)圓盤(pán)送件機(jī)構(gòu)的間隙運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)間為10-34秒，每次運(yùn)動(dòng)的距離是所焊氣門(mén)大端的直徑長(zhǎng)度加4毫米。其余方法同實(shí)施例1自動(dòng)焊接方法。
權(quán)利要求
1.一種氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于(1)備好滿足氣門(mén)焊接性能的合金顆粒，其粒度為3-22mm；(2)根據(jù)不同直徑的氣門(mén)，調(diào)整氬弧焊機(jī)，使其焊接電流為10-90A；(3)將氣門(mén)置于工作臺(tái)上，控制相鄰兩支氣門(mén)送件及焊接時(shí)間間隙和每次送件運(yùn)動(dòng)的距離，將合金顆粒置于氣門(mén)小端端面上；(4)將有合金顆粒的氣門(mén)小端端面置于鎢極正下端，調(diào)節(jié)鎢極，使鎢極下端與被焊合金顆粒之間的距離為1-5mm；(5)啟動(dòng)氬弧焊機(jī)，在焊接電流下的氬氣離子弧將氣門(mén)小端端面加熱，使其升溫至合金顆粒熔化溫度900-1350℃，焊接時(shí)間為2-30秒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于直徑為8-12mm的中型內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)小端端面的人工焊接方法(1)備好直徑為6-10mm球形合金顆粒；(2)調(diào)整氬弧焊機(jī)，使焊接電流為40-90A；(3)調(diào)節(jié)鎢極，使鎢極下端與被焊合金顆粒之間的距離為1-5mm；(4)焊接時(shí)間為5-10秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于直徑為8-12mm的中型內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)小端端面的自動(dòng)焊接方法(1)鎢極在引弧板上起弧電流為5-10A；(2)調(diào)節(jié)鎢極，使鎢極下端與引弧板之間的距離為1-5mm，合金顆粒的上頂點(diǎn)與引弧板的上端面齊平；(3)自動(dòng)圓盤(pán)送件機(jī)構(gòu)的間隙運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)間為7-14秒，該機(jī)構(gòu)每次運(yùn)動(dòng)的距離是被焊氣門(mén)大端的直徑長(zhǎng)度加4mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于焊接電流為50-70A，鎢極下端與合金顆粒之間的距離為2-3mm，或鎢極下端與引弧板之間的距離為2-3mm。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于直徑為6-8mm的小型內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)小端端面的人工焊接方法a)備好直徑為4-6mm的球形合金顆粒；b)調(diào)整氬弧焊機(jī)，使焊接電流為30-60A；c)焊接時(shí)間為3-8秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于直徑6-8mm的小型內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)小端端面的自動(dòng)焊接方法是自動(dòng)圓盤(pán)送件機(jī)構(gòu)的間隙運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)間為5-11秒，該機(jī)構(gòu)每次運(yùn)動(dòng)的距離是被焊氣門(mén)大端的直徑長(zhǎng)度加4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于焊接電流最好為40-50A。鎢極下端與合金顆粒之間的距離為2-3mm，或鎢極下端與引弧板之間的距離為2-3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于直徑為4-7mm的摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)小端端面的人工焊接方法(1)備好直徑為3-6mm球形合金顆粒；(2)調(diào)整氬弧焊機(jī)，使焊接電流為10-50A；(3)焊接時(shí)間為2-6秒。
9.據(jù)權(quán)利要求3或8所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于直徑為4-7mm的摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)小端端面的自動(dòng)焊接方法是自動(dòng)圓盤(pán)送件機(jī)構(gòu)的間隙運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)間為5-10秒，每次運(yùn)動(dòng)的距離為被焊氣門(mén)大端的直徑長(zhǎng)度加4mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于焊接電流最好為20-40A，鎢極下端與合金顆粒之間的距離為2-3mm，或鎢極下端與引弧板之間的距離為2-3mm。
11.權(quán)利要求1所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于直徑為12-25mm的大型內(nèi)燃機(jī)的氣門(mén)小端端面的人工焊接方法(1)備好直徑為8-22mm的球形合金顆粒；(2)調(diào)整氬弧焊機(jī)，使焊接電流為50-90A；(3)調(diào)節(jié)鎢極下端與被焊合金顆粒之間的距離為2-5mm；(4)焊接時(shí)間為8-30秒。
12.據(jù)權(quán)利要求3或11所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于直徑為12-25mm的大型內(nèi)燃機(jī)的氣門(mén)小端端面的自動(dòng)焊接方法是自動(dòng)圓盤(pán)送件機(jī)構(gòu)的間隙運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)間為10-34秒，每次運(yùn)動(dòng)的距離為被焊氣門(mén)大端的直徑長(zhǎng)度加4mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法，其特征在于焊接電流最好為50-80A。鎢極下端與合金顆粒之間的距離為2-3mm，或鎢極下端與引弧板之間的距離為2-3mm。
全文摘要
氣門(mén)小端的耐磨合金焊接方法屬于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣閥門(mén)小端合金焊接方法。該方法包括備好合金顆粒,調(diào)整氬弧焊機(jī)的操作參數(shù),將氣門(mén)置于工作臺(tái)上,將合金顆粒置于氣門(mén)小端端面上,將氣門(mén)小端置于焊接位,啟動(dòng)氬弧焊機(jī)加熱熔化合金顆粒實(shí)現(xiàn)焊接。本發(fā)明焊接質(zhì)量高、效率高、低耗材、節(jié)能。不僅能人工操作實(shí)現(xiàn)其焊接,而且能自動(dòng)化操作完成焊接。
文檔編號(hào)B23K9/095GK1371776SQ0211355
公開(kāi)日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2002年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月1日
發(fā)明者江濤, 于今, 王世耕, 李慶勇 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)