一種氣門桿小端等離子堆焊方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發動機氣門零部件制造。
【背景技術】
[0002]背景知識1:等離子堆焊是以等離子弧產生的高溫將合金粉末與母材表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴散、凝固，等離子粉末堆焊有基體母材與合金層結合強度高。堆焊層組織致密，可極大提高產品的耐蝕及耐磨性。母材與堆焊合金材料的稀釋少，材料特性變化小。堆焊產品合格率高，而且等離子粉末堆焊具有較高的生產率，且堆焊過程易于實現機械化及自動化。
[0003]背景知識2:根據發動機氣門生產工藝，常規發動機氣門桿小端堆焊位置直徑Φ 5?Φ 7，要求堆焊高度為I?3，堆焊槽成球坑形狀，邊緣要求保留母材厚度為0.5左右，合金層位置為桿端中心位置。傳統氧乙炔堆焊溫度在2800?3200°C左右，因此保持堆焊部位形狀不輕易被熔損，而常規等離子弧有溫度高，電流密度大的特點，普通的等離子弧最高溫度可達10000?50000K，直接將其使用在氣門桿小端堆焊工藝上來的話堆焊部位凹坑形狀會被輕易熔損，無法保持堆焊部位形狀。根據通電導體的熱功率密度公式:P = I2XR式中I一電流密度(A/cm2)，R—是導電率(Ω)，從式中可看出，熱功率密度與電流密度的平方成正比。因此為了控制好堆焊溫度就必須首先對等離子電流進行精確控制。
[0004]本發明之前的工藝技術:人們常說發動機是汽車的心臟，那么氣門就是發動機的心臟，發動機進排氣門在開啟工作過程中氣門桿小端要承受著搖臂或挺柱的頻繁敲擊與摩擦，一般的柴油機氣門桿小端承受的敲擊力可達到700?800MPa，由此造成氣門桿小端的早期磨損是氣門失效的典型形式之一，因此目前一些高端發動機氣門就明確要求氣門桿小端需堆焊StelliteN0.1合金材料，此合金材料有極高的耐磨性及耐沖擊性，一直以來各氣門生產企業都是采用將圓柱棒材狀的合金材料通過氧乙炔堆焊到氣門桿小端上的(參見圖2)，氧乙炔堆焊工藝雖然是一個很成熟的焊接工藝，但它不緊需要對焊接人員有很高的技能要求，而且其生產效率也很低，不適應自動化生產，相對于大批量生產氣門的企業來談就需要投入大量的專業堆焊人員，這在勞動力緊缺的今天對企業產生很大的用工壓力，導致企業招收的人員技能參差不齊，產品堆焊廢品率很高，根據我公司十多年的質量數據分析，此氣門小端堆焊工藝造成的產品廢品率一般在4%左右，對企業生產成本控制造成很大的壓力。另外，參見附圖1，該圖是氧乙炔堆焊合金組織金相圖，可以明顯地看到合金材料和氣門材料之間具有明顯的界限。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是解決氣門桿小端的焊接問題。
[0006]為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]I)制作氣門桿，所述氣門桿的小端具有球窩。
[0008]2)將所述氣門桿送到等離子堆焊機的焊槍下方，氣門沿桿軸中心旋轉，同時等離子焊槍下降，待焊接過程中再逐步勻速提升。
[0009]3)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為a，開始引弧。
[0010]4)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為b，開始堆焊。
[0011]5)調整調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為C，停止堆焊。待氣門桿小端冷卻后，將氣門桿移走，完成堆焊操作。
[0012]進一步，步驟3)中，開始引弧時，從前到后依次為起始時間段tl、電流上升時間段t2?其中起始時間段tl的電流為II，電流上升時間段t2中，電流由Il逐漸上升到12。
[0013]進一步，步驟4)中，開始堆焊時，分為前時間段t3、后時間段t4和電流下降時間段t5，其中，前時間段t3的電流與后時間段t4的電流大小均為12。電流下降時間段t5中，電流由12逐漸下降到零。前時間段t3的送粉量為SI。后時間段t4的送粉量為S2。
[0014]進一步，步驟5)中，冷卻時間為t6。
[0015]進一步，步驟4)開始前，送粉系統延時(預熱)為T。
[0016]進一步，步驟4)結束后，送粉系統延時(保溫)為T。
[0017]值得說明的是，為了控制好堆焊溫度，本發明對等離子電流進行精確控制。所堆焊合金層有I?3的高度要求，因此焊槍必須要求在堆焊過程中有一個勻速同步提升的過程，而且必須對送粉量精確控制。為了保證堆焊合金層能在桿端中心位置，而且為后續氣門桿圓柱面無心磨提供一個好的加工條件就必須在堆焊桿端合金時不得有焊瘤在桿圓柱面上產生，因此，優選地，要求在堆焊的過程中氣門需沿軸中心線同步旋轉。
[0018]本發明的技術效果是毋庸置疑的:
[0019]1、為了能保證等離子焊槍與氣門桿端相對位置的準確性及穩定性，本發明采用了日本三菱公司生產的伺服控制電機配合高精度絲桿和直線導軌，使焊槍在堆焊時同步勻速提升，保證了堆焊合金的高度。
[0020]2、為了氣門能在堆焊時同步沿中心軸線同步勻速旋轉，本發明設計了兩個O型軸承作為V型支撐機構在夾緊氣門桿圓周面后通過同步滾輪旋轉來帶動氣門勻速旋轉。
[0021]3、為了對等離子堆焊中的電流、送粉量、氣流等工藝參數進行精確控制，本發明采用了微束等離子弧焊機，并選配了日本三菱PLC控制系統，可以對電流進行0.5A范圍內精確控制，同時根據堆焊合金熔池實際情況進行可調式設計，保證氣門桿小端堆焊合金部位形狀不被熔損的同時能有很高的結合強度及致密的堆焊組織，并且本發明可實現傳統氧乙炔堆焊工藝無法做到的全自動等堆焊，經過簡單操作培訓即可上崗，可一人操作多臺設備，大量降低對操作人員的技能要求，同時減輕企業用了壓力，并且極大降低了廢品率，經過進一年來的生產驗證，氣門桿端采用等離子堆焊工藝后廢品率位0.2%左右，與傳統氧乙炔堆焊相比，本工序廢品率降低了 20倍，極大降低公司經營成本。
【附圖說明】
[0022]圖1:氣門結構及堆焊位置示意圖。
[0023]圖2:現有的氧乙炔堆焊氣門桿小端示意圖。
[0024]圖3:氣門桿小端氧乙炔堆焊合金組織金相圖。
[0025]圖4:氣門桿小端等離子堆焊合金組織金相圖。
[0026]圖中:氣門桿小端1、堆焊合金層2、氣門桿部3、氣門盤部4。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但不應該理解為本發明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明的保護范圍內。
[0028]一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0029]I)參見圖1，制作的氣門桿包括氣門桿小端1、氣門桿部3和氣門盤部4。，所述氣門桿的小端具有球窩。這個球窩將要堆焊StelliteN0.1合金材料(堆焊合金層總高度為I?3)。這個球窩的深度為I?1.8。
[0030]2)將所述氣門桿送到等離子堆焊機的焊槍下方，焊槍同時下降。本實施例中，采用自動化控制系統，自動將待加工的氣門桿送到焊槍下方。待堆焊完成后，自動地將氣門桿送走，并送來下一個待加工的氣門桿。
[0031]3)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為1.2，開始引弧。開始引弧時，從前到后依次為起始時間段tl = 0.1s、電流上升時間段t2 = 0.8s。其中起始時間段tl的電流為Il = 22k,電流上升時間段t2中，電流由Il逐漸上升到12 = 29A。實施例中，所稱的焊槍與氣門小端距離、電流均為堆焊設備的參數，可以采用自動控制系統來控制。
[0032]4)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為3，開始堆焊。開始堆焊時，分為前時間段t3 = Is和后時間段t4 = ls，其中，前時間段t3的電流與后時間段t4的電流大小均為12。
[0033]后時間段t4結束后，緊接著是電流下降時間段t5 = Is中，電流由12逐漸下降到零。前時間段t3的送粉量為SI = 6.6克/分。后時間段t4的送粉量為S2 = 8.8克/分。實施例中，所稱的焊槍與氣門小端距離、送粉量是為堆焊設備參數，可以設定。
[0034]5)調整調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為5.8，停止堆焊。待氣門桿小端冷卻后，將氣門桿移走，完成堆焊操作。
[0035]作為優選，氣門桿在堆焊過程中轉動。另外，步驟4)開始前，送粉系統延時(預熱)為T = 0.1s。步驟4)結束后，送粉系統延時(保溫)為T = 0.1s。
[0036]值得說明的是，按照本實施例焊接的氣門桿小端的金相圖如圖4。可以明顯地看到，合金與氣門材料的界限模糊、相互滲透，其具有很好的力學性能。
【主權項】
1.一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)制作氣門桿，所述氣門桿的小端具有球窩； 2)將所述氣門桿送到等離子堆焊機的焊槍下方，氣門沿桿軸中心旋轉，同時等離子焊槍下降，待焊接過程中再逐步勻速提升； 3)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為a，開始引弧； 4)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為b，開始堆焊； 5)調整調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離為C，停止堆焊；待氣門桿小端冷卻后，將氣門桿移走，完成堆焊操作。
2.根據權利要求1所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟3)中，開始引弧時，從前到后依次為起始時間段tl、電流上升時間段t2 ;其中起始時間段tl的電流為II，電流上升時間段t2中，電流由Il逐漸上升到12。
3.根據權利要求1所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟4)中，開始堆焊時，分為前時間段t3、后時間段t4和電流下降時間段t5，其中，前時間段t3的電流與后時間段t4的電流大小均為12 ;電流下降時間段t5中，電流由12逐漸下降到零；前時間段t3的送粉量為SI ;后時間段t4的送粉量為S2。
4.根據權利要求1所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟5)中，冷卻時間為t6。
5.根據權利要求3所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟4)開始前，送粉系統延時(預熱)為T。
6.根據權利要求3所述的一種氣門桿小端等離子堆焊方法，其特征在于:步驟4)結束后，送粉系統延時(保溫)為T。
【專利摘要】本發明提供一種氣門桿小端等離子堆焊方法，包括以下步驟：1)制作氣門桿，所述氣門桿的小端具有球窩。2)將所述氣門桿送到等離子堆焊機的焊槍下方，氣門沿桿軸中心旋轉，同時等離子焊槍下降，待焊接過程中再逐步勻速提升。3)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離，開始引弧。4)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離，開始堆焊。5)調整所述等離子堆焊機的焊槍與所述氣門桿小端的距離，停止堆焊。待氣門桿小端冷卻后，將氣門桿移走，完成堆焊操作。
【IPC分類】B23K10-02
【公開號】CN104722903
【申請號】CN201510127509
【發明人】趙毛興
【申請人】重慶大東隆騰汽車摩托車氣門制造有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月23日