一种气门杆小端等离子堆焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机气门零部件制造。
【背景技术】
[0002]背景知识1:等离子堆焊是以等离子弧产生的高温将合金粉末与母材表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，等离子粉末堆焊有基体母材与合金层结合强度高。堆焊层组织致密，可极大提高产品的耐蚀及耐磨性。母材与堆焊合金材料的稀释少，材料特性变化小。堆焊产品合格率高，而且等离子粉末堆焊具有较高的生产率，且堆焊过程易于实现机械化及自动化。
[0003]背景知识2:根据发动机气门生产工艺，常规发动机气门杆小端堆焊位置直径Φ 5?Φ 7，要求堆焊高度为I?3，堆焊槽成球坑形状，边缘要求保留母材厚度为0.5左右，合金层位置为杆端中心位置。传统氧乙炔堆焊温度在2800?3200°C左右，因此保持堆焊部位形状不轻易被熔损，而常规等离子弧有温度高，电流密度大的特点，普通的等离子弧最高温度可达10000?50000K，直接将其使用在气门杆小端堆焊工艺上来的话堆焊部位凹坑形状会被轻易熔损，无法保持堆焊部位形状。根据通电导体的热功率密度公式:P = I2XR式中I一电流密度(A/cm2)，R—是导电率(Ω)，从式中可看出，热功率密度与电流密度的平方成正比。因此为了控制好堆焊温度就必须首先对等离子电流进行精确控制。
[0004]本发明之前的工艺技术:人们常说发动机是汽车的心脏，那么气门就是发动机的心脏，发动机进排气门在开启工作过程中气门杆小端要承受着摇臂或挺柱的频繁敲击与摩擦，一般的柴油机气门杆小端承受的敲击力可达到700?800MPa，由此造成气门杆小端的早期磨损是气门失效的典型形式之一，因此目前一些高端发动机气门就明确要求气门杆小端需堆焊StelliteN0.1合金材料，此合金材料有极高的耐磨性及耐冲击性，一直以来各气门生产企业都是采用将圆柱棒材状的合金材料通过氧乙炔堆焊到气门杆小端上的(参见图2)，氧乙炔堆焊工艺虽然是一个很成熟的焊接工艺，但它不紧需要对焊接人员有很高的技能要求，而且其生产效率也很低，不适应自动化生产，相对于大批量生产气门的企业来谈就需要投入大量的专业堆焊人员，这在劳动力紧缺的今天对企业产生很大的用工压力，导致企业招收的人员技能参差不齐，产品堆焊废品率很高，根据我公司十多年的质量数据分析，此气门小端堆焊工艺造成的产品废品率一般在4%左右，对企业生产成本控制造成很大的压力。另外，参见附图1，该图是氧乙炔堆焊合金组织金相图，可以明显地看到合金材料和气门材料之间具有明显的界限。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决气门杆小端的焊接问题。
[0006]为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种气门杆小端等离子堆焊方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]I)制作气门杆，所述气门杆的小端具有球窝。
[0008]2)将所述气门杆送到等离子堆焊机的焊枪下方，气门沿杆轴中心旋转，同时等离子焊枪下降，待焊接过程中再逐步匀速提升。
[0009]3)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为a，开始引弧。
[0010]4)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为b，开始堆焊。
[0011]5)调整调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为C，停止堆焊。待气门杆小端冷却后，将气门杆移走，完成堆焊操作。
[0012]进一步，步骤3)中，开始引弧时，从前到后依次为起始时间段tl、电流上升时间段t2?其中起始时间段tl的电流为II，电流上升时间段t2中，电流由Il逐渐上升到12。
[0013]进一步，步骤4)中，开始堆焊时，分为前时间段t3、后时间段t4和电流下降时间段t5，其中，前时间段t3的电流与后时间段t4的电流大小均为12。电流下降时间段t5中，电流由12逐渐下降到零。前时间段t3的送粉量为SI。后时间段t4的送粉量为S2。
[0014]进一步，步骤5)中，冷却时间为t6。
[0015]进一步，步骤4)开始前，送粉系统延时(预热)为T。
[0016]进一步，步骤4)结束后，送粉系统延时(保温)为T。
[0017]值得说明的是，为了控制好堆焊温度，本发明对等离子电流进行精确控制。所堆焊合金层有I?3的高度要求，因此焊枪必须要求在堆焊过程中有一个匀速同步提升的过程，而且必须对送粉量精确控制。为了保证堆焊合金层能在杆端中心位置，而且为后续气门杆圆柱面无心磨提供一个好的加工条件就必须在堆焊杆端合金时不得有焊瘤在杆圆柱面上产生，因此，优选地，要求在堆焊的过程中气门需沿轴中心线同步旋转。
[0018]本发明的技术效果是毋庸置疑的:
[0019]1、为了能保证等离子焊枪与气门杆端相对位置的准确性及稳定性，本发明采用了日本三菱公司生产的伺服控制电机配合高精度丝杆和直线导轨，使焊枪在堆焊时同步匀速提升，保证了堆焊合金的高度。
[0020]2、为了气门能在堆焊时同步沿中心轴线同步匀速旋转，本发明设计了两个O型轴承作为V型支撑机构在夹紧气门杆圆周面后通过同步滚轮旋转来带动气门匀速旋转。
[0021]3、为了对等离子堆焊中的电流、送粉量、气流等工艺参数进行精确控制，本发明采用了微束等离子弧焊机，并选配了日本三菱PLC控制系统，可以对电流进行0.5A范围内精确控制，同时根据堆焊合金熔池实际情况进行可调式设计，保证气门杆小端堆焊合金部位形状不被熔损的同时能有很高的结合强度及致密的堆焊组织，并且本发明可实现传统氧乙炔堆焊工艺无法做到的全自动等堆焊，经过简单操作培训即可上岗，可一人操作多台设备，大量降低对操作人员的技能要求，同时减轻企业用了压力，并且极大降低了废品率，经过进一年来的生产验证，气门杆端采用等离子堆焊工艺后废品率位0.2%左右，与传统氧乙炔堆焊相比，本工序废品率降低了 20倍，极大降低公司经营成本。
【附图说明】
[0022]图1:气门结构及堆焊位置示意图。
[0023]图2:现有的氧乙炔堆焊气门杆小端示意图。
[0024]图3:气门杆小端氧乙炔堆焊合金组织金相图。
[0025]图4:气门杆小端等离子堆焊合金组织金相图。
[0026]图中:气门杆小端1、堆焊合金层2、气门杆部3、气门盘部4。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0028]一种气门杆小端等离子堆焊方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0029]I)参见图1，制作的气门杆包括气门杆小端1、气门杆部3和气门盘部4。，所述气门杆的小端具有球窝。这个球窝将要堆焊StelliteN0.1合金材料(堆焊合金层总高度为I?3)。这个球窝的深度为I?1.8。
[0030]2)将所述气门杆送到等离子堆焊机的焊枪下方，焊枪同时下降。本实施例中，采用自动化控制系统，自动将待加工的气门杆送到焊枪下方。待堆焊完成后，自动地将气门杆送走，并送来下一个待加工的气门杆。
[0031]3)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为1.2，开始引弧。开始引弧时，从前到后依次为起始时间段tl = 0.1s、电流上升时间段t2 = 0.8s。其中起始时间段tl的电流为Il = 22k,电流上升时间段t2中，电流由Il逐渐上升到12 = 29A。实施例中，所称的焊枪与气门小端距离、电流均为堆焊设备的参数，可以采用自动控制系统来控制。
[0032]4)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为3，开始堆焊。开始堆焊时，分为前时间段t3 = Is和后时间段t4 = ls，其中，前时间段t3的电流与后时间段t4的电流大小均为12。
[0033]后时间段t4结束后，紧接着是电流下降时间段t5 = Is中，电流由12逐渐下降到零。前时间段t3的送粉量为SI = 6.6克/分。后时间段t4的送粉量为S2 = 8.8克/分。实施例中，所称的焊枪与气门小端距离、送粉量是为堆焊设备参数，可以设定。
[0034]5)调整调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为5.8，停止堆焊。待气门杆小端冷却后，将气门杆移走，完成堆焊操作。
[0035]作为优选，气门杆在堆焊过程中转动。另外，步骤4)开始前，送粉系统延时(预热)为T = 0.1s。步骤4)结束后，送粉系统延时(保温)为T = 0.1s。
[0036]值得说明的是，按照本实施例焊接的气门杆小端的金相图如图4。可以明显地看到，合金与气门材料的界限模糊、相互渗透，其具有很好的力学性能。
【主权项】
1.一种气门杆小端等离子堆焊方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)制作气门杆，所述气门杆的小端具有球窝； 2)将所述气门杆送到等离子堆焊机的焊枪下方，气门沿杆轴中心旋转，同时等离子焊枪下降，待焊接过程中再逐步匀速提升； 3)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为a，开始引弧； 4)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为b，开始堆焊； 5)调整调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离为C，停止堆焊；待气门杆小端冷却后，将气门杆移走，完成堆焊操作。
2.根据权利要求1所述的一种气门杆小端等离子堆焊方法，其特征在于:步骤3)中，开始引弧时，从前到后依次为起始时间段tl、电流上升时间段t2 ;其中起始时间段tl的电流为II，电流上升时间段t2中，电流由Il逐渐上升到12。
3.根据权利要求1所述的一种气门杆小端等离子堆焊方法，其特征在于:步骤4)中，开始堆焊时，分为前时间段t3、后时间段t4和电流下降时间段t5，其中，前时间段t3的电流与后时间段t4的电流大小均为12 ;电流下降时间段t5中，电流由12逐渐下降到零；前时间段t3的送粉量为SI ;后时间段t4的送粉量为S2。
4.根据权利要求1所述的一种气门杆小端等离子堆焊方法，其特征在于:步骤5)中，冷却时间为t6。
5.根据权利要求3所述的一种气门杆小端等离子堆焊方法，其特征在于:步骤4)开始前，送粉系统延时(预热)为T。
6.根据权利要求3所述的一种气门杆小端等离子堆焊方法，其特征在于:步骤4)结束后，送粉系统延时(保温)为T。
【专利摘要】本发明提供一种气门杆小端等离子堆焊方法，包括以下步骤：1)制作气门杆，所述气门杆的小端具有球窝。2)将所述气门杆送到等离子堆焊机的焊枪下方，气门沿杆轴中心旋转，同时等离子焊枪下降，待焊接过程中再逐步匀速提升。3)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离，开始引弧。4)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离，开始堆焊。5)调整所述等离子堆焊机的焊枪与所述气门杆小端的距离，停止堆焊。待气门杆小端冷却后，将气门杆移走，完成堆焊操作。
【IPC分类】B23K10-02
【公开号】CN104722903
【申请号】CN201510127509
【发明人】赵毛兴
【申请人】重庆大东隆腾汽车摩托车气门制造有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月23日