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1、双金属气门连续驱动摩擦焊焊接工艺分析李金民周东:双金属气门连续驱动摩擦焊焊接工艺分析25双金属气门连续驱动摩擦焊焊接工艺分析Weldingprocessanalysisofbimetalvalvefrictionwielding李金民周东(石家庄金刚内燃机零部件集团有限公司)【摘要)对于双金属摩擦焊接气门,通过采取合理的摩擦焊接的工艺流程和合理摩擦焊接参数,使产品的质量最优,生产成本降到最低.(关键词】摩擦焊工艺流程热量计算焊接质量1前言随着内燃机的不断进步,双金属摩擦焊接气门的不断普及,摩擦焊接的质量的要求也越来越
2、高,选择合理的摩擦焊接的工艺流程和合理摩擦焊接参数就显得特别重要.合理的摩擦焊接的工艺流程可以减少原材料的消耗,减少热处理的成本;合理摩擦焊接参数可以提高焊接处的强度,甚至可以大于基体的强度,从而提高气门的可靠性.本文分析了焊接前热处理和焊接后热处理的工艺的利弊,连续驱动摩擦焊的产热原理和热量的计算.2双金属摩擦焊气门的工艺流程1,方案A—————_-J崭目棒料摩擦焊接热年t边一一一3,方案C瓣卜_.J察擦接—热车飞边—一消除应处理L—校直3双金属摩擦焊气门的工艺方案分析上三方案,对于热处理来说,实质上是两种方案,工
3、艺方案A是先焊接后热处理,而工艺方案B和C是头,杆分别进行热处理后再焊接.现以4Cr5)Si2与5Cr21Mn9Ni4N焊接气门进行分析.1先焊接后热处理工艺方案此工艺方案的优点是节约能源,简化热处理工序.其难点在于恰当选择同时能保证不同材料使用性能的热处理工艺参数.因为5Cr21Mn9Ni4N固溶和时效温度比4Cr9Si2调质工艺中的淬火,回火温度高得多.所以,不能简单的选用5Cr21Mn9Ni4N或4Cr9Si2的热处理工艺参数.只能根据气门的使用要求,图纸的技术条件,同时兼顾头杆的性能来确定热处理工艺参数.实际
4、上除了参照一些成熟的经验外,还应反复进行工艺性能试验,来选择合适的工艺参数.1,焊接后消除应力处理工艺焊接后的焊缝存在很大的应力,焊缝附近的4Cr9Si2段是淬火马氏体组织,硬而脆,不利于以后的校直工序.所以必须在焊接后及时采取消除应力的热处理.这种热处理工艺参数的选择要考虑两个方面:一是消除焊接应力;二是使4Cr9Si2段焊缝及其影响区的淬火马氏体转变回火索氏体,降低该区域的硬度,便于校直.一般采用的消除应力处理的工艺为700℃保温90min空冷.2,最终热处理(1)淬火(固溶)温度的选择对于钢厂供应的5Cr21M
5、n9Ni4N钢是不完全固溶状态,所以淬火温度主要考虑4Cr9Si2的淬火温度.温度过高将使4Cr9Si2的晶粒度粗大,室温性能下降,且不利于以后的杆端高频淬火.因而把加热温度定为1050℃.由于两种材料的传热系数不同,为使淬火时加热均匀,一般在装入淬火炉前,26内燃机配件2009年第3期先在82013进行预热.(2)回火(时效)温度的选择按5Cr21Mn9Ni4N时效温度,应在75013最佳,但对于4Cr9Si2段,如果采用75013回火,其机械性能将下降很多.为不使4Cr9Si2的性能下降,采用65013回火.圆火
6、后的冷却,为防止4Cr9Si2的第二回火脆性,采用水冷.(3)对于先焊接后热处理的较合适的工艺是:820E预热15分钟+105013保温l0分钟油淬+65013保温90分钟水冷.2先热处理后焊接的工艺方案对于5Cr21Mn9NN和4Cr9Si2各自进行最佳的热处理,然后进行焊接,焊接后进行消除应力处理.l,5Cr21Mn9Ni4N固溶一时效处理:试验得到适宜工艺参数115013～119013固溶加热保温0.5～1小时,水冷至室温,74013～78013时效10～14小时,时效后空冷.2,4Cr9Si2调质处理:820
7、13预热14min+1050℃保温10min油冷+650℃保温90rain水冷.3,焊接后消除应力处理:先热处理后焊接,在焊缝区0.5mm左右范围内有明显的热影响区.此区对5Cr21Mn9Ni4N没有什么影响,只是晶粒度发生变形,而对于4Cr9Si2影响较大.由于摩擦焊接已达4Cr9Si2的淬火温度,随后空冷时转变为马氏体组织,硬度达到HRC56—59.因此焊接后必须进行消除应力处理.同时使热影响区的4Cr9Si2部分的淬火马氏体组织转变为回火索氏体.消除应力处理工艺参数650℃保温90min水冷.通过上述工艺方案分
8、析可看出,为了达到同时发挥两种材料的最佳性能值,各自先进行热处理再焊接的工艺方案比较合理,但有的钢厂的5Cr21Mn9Ni4N已经不完全固溶处理,性能已达到图纸技术要求,那么先焊接后热处理的工艺方案也是可行的.4双金属摩擦焊气门的连续驱动摩擦焊工艺1,连续驱动摩擦焊原理焊前,待焊接的一对工件中,一件夹持于旋转夹具,称为旋转工件,另一件夹持于移动
