摩擦焊接结构件、水冷内燃机的缸盖、水冷内燃机以及装有水冷内燃机的机械装置制造方法
【专利摘要】一种摩擦焊接结构件、水冷内燃机的缸盖、水冷内燃机以及装有水冷内燃机的机械装置，分体压铸的轻合金缸盖上下体各个孔口位于狭小紧凑处，电弧焊搅拌焊焊具到达工作区施焊困难。一种新颖摩擦焊接结构件简单实用，摩擦焊连接件覆盖孔口连接缝隙处并且在压力下高速旋转使得焊接界面升温，焊接界面在压力下降温冷却，实现了压铸缸盖各孔口连接处的密封连接，简单、快速、经济、美观的摩擦焊接结构件，可以应用于各种机械装置。
【专利说明】摩擦焊接结构件、水冷内燃机的缸盖、水冷内燃机以及装有水冷内燃机的机械装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种第一工件穿过第二工件对应孔口后、在表面孔口经由焊接得以连接第一工件和第二工件的焊接结构件，涉及一种应用上述焊接结构件的水冷内燃机缸盖以及装有这种缸盖的水冷内燃机，涉及一种装配有上述水冷内燃机的机械装置。
【背景技术】
[0002]目前，第一工件穿过第二工件的对应孔口后、在表面孔口经由焊接得以连接第一工件和第二工件的焊接结构件，现有技术都是对上述第一工件与第二工件连接的孔口间隙处施焊，电弧焊、气焊、搅拌摩擦焊，都沿着上述孔口周围连接间隙处的轨迹，形成环形贯通封闭的一圈焊缝，密闭连接第一工件与第二工件之间的表面连接孔口。当第一工件与第二工件的孔口连接处位于紧凑的狭小空间位置时，焊枪到达焊接处就有困难，难以施焊。当在紧凑的狭小空间内，还需要高速完成密集设置的第一工件与第二工件连接处多个孔口的密闭焊接时，电弧焊、气焊的焊具接近工作面困难，难以施焊，无法实现高速焊接。搅拌摩擦焊的搅拌针夹具进入紧凑的狭小空间困难，走搅拌轨迹困难。闪光对焊，对于密集设置紧凑的第一连接件与第二连接件连接处多个孔口的焊接，工艺难度与成本，工件的焊接变形，都难以解决。即使上述焊缝连接成功，焊缝表面的粗糙不平，需要打磨，费时间，效果差。
[0003]CN101992348A公开了第一工件与第二工件的邻接表面通过往复移动、旋转移动增加温度以形成焊接界面，然后停止移动，焊接界面在压力下冷却，描述了第一工件与第二工件间表面连接的结构与摩擦焊接的方法；CN102537146A公开了一种盘式制动器底部作搅拌摩擦焊接的结构；CN1651776A公开了一种十字接头管状工件之间旋转摩擦焊接的结构；CN1840886B公开了一种柴油机共轨工件之间的旋转摩擦焊接结构；CN101157158A公开了钢制工件与铝制工件之间的旋转摩擦焊接结构；CN100553850C公开了一种惯性摩擦焊方法和系统。上述现有技术的工件结构，对于需要在紧凑的狭小空间内、高速完成密集设置的第一连接件与第二连接件的连接处多个孔口的密闭焊接，还不能够直接应用解决，迫切需要能够创造一种新的焊接的结构与构造，能够实现第一工件穿过第二工件对应孔口后、在表面孔口作焊接以连接第一工件和第二工件，焊接完成，能够实现焊接的快速、经济、可靠、美观。
[0004]CN102678352A公开了一种装有点火火花塞的水冷内燃机缸盖，将燃料喷射到进气道里与空气混合，再通过进气阀进入汽缸内燃烧；CN102251873A公开了一种中央直接喷射式水冷内燃机汽缸盖，燃料喷射器和火花塞位于缸盖的中央凹部；CN102865154A公开了一种斜置直接喷射式水冷内燃机汽缸盖，燃料喷射器位于水冷缸盖的侧面；CN202991254U和CN103452690A公开了一种分上下两体制造水冷缸盖，然后使用焊接、粘接、螺栓紧固连接和/或铆接方法将上下两个缸盖体连接成一个整体缸盖的技术方案，进一步改进了分体水冷缸盖的结构与构造，有了实现轻合金压铸制造水冷缸盖的一种基本的结构与构造途径。但是，在焊接铝合金、镁合金缸盖上下体的缸盖螺栓孔口、喷燃料器孔口、进排气阀杆孔口，进排气道孔口、火花塞孔口及上下缸盖底部连接处孔口时，连接缸盖螺栓孔上缸盖部与缸盖螺栓孔下缸盖部、喷燃料器孔上缸盖部与喷燃料器孔下缸盖部、进排气阀杆孔上缸盖部与进排气阀杆孔下缸盖部、进排气道孔上缸盖部与进排气道孔下缸盖部、火花塞孔上缸盖部与火花塞孔下缸盖部、上下缸盖底部连接孔上缸盖部与上下缸盖底部连接孔下缸盖部，使用电弧焊、气焊、搅拌摩擦焊、闪光对焊都不能够解决焊接工作面的空间紧凑狭小、高速焊接、焊接变形小、密封可靠、外观美观的技术难题，迫切需要能够创造一种新的水冷内燃机缸盖上下体焊接的结构与构造，能够使用快速、经济、可靠的焊接工艺方式将水冷内燃机缸盖上下体连接为整体缸盖。
【发明内容】
[0005]现有技术水冷缸盖80分成两个不同部位的缸盖体制造，缸盖80上包括进气阀杆孔8812、排气阀杆孔8822、进气道887、排气道889、缸盖螺栓孔881，所述缸盖80由分体制造的上缸盖87与下缸盖88连接组成，其中，所述进气阀杆孔8812、所述排气阀杆孔8822、所述进气道887、所述排气道889、所述缸盖螺栓孔881分别由形成于所述上缸盖87的进气阀杆孔上缸盖部、排气阀杆孔上缸盖部、进气道上缸盖部、排气道上缸盖部、缸盖螺栓孔上缸盖部与形成于所述下缸盖88的进气阀杆孔下缸盖部、排气阀杆孔下缸盖部、进气道下缸盖部、排气道下缸盖部、缸盖螺栓孔下缸盖部连接而成，缸盖水腔83由环绕上缸盖87与下缸盖88外侧连接处的焊缝8030、环绕进气阀杆孔8812的焊缝8032、环绕排气阀杆孔8822的焊缝8033、环绕进气道887的焊缝8037、环绕排气道889的焊缝8038、环绕缸盖螺栓孔881的焊缝8035连接上缸盖87与下缸盖88而成。
[0006]缸盖80上有喷燃料器孔750，所述喷燃料器孔750由形成于所述上缸盖87的喷燃料器孔上缸盖部与形成于所述下缸盖88的喷燃料器孔下缸盖部经由环绕喷燃料器孔750的焊缝78连接而成。
[0007]缸盖80上有火花塞孔12，所述火花塞孔12由形成于所述上缸盖87的火花塞孔上缸盖部与形成于所述下缸盖88的火花塞孔下缸盖部经由环绕火花塞孔的焊缝14连接而成。
[0008]现有技术中的缸盖上下体焊接连接技术方案，焊接的时间比较长，焊缝的表面形状比较粗糙，影响分体连接水冷缸盖的大批量工业化生产应用。迫切需要创造新的更好的水冷内燃机缸盖上下体的焊接结构与构造，应用这种创新的焊接结构与构造连接上下体缸盖，焊接的时间要加快，焊缝的外观要光洁美观，焊接密封要可靠。装有点火火花塞的水冷内燃机缸盖、无点火火花塞的各种水冷内燃机缸盖、燃料喷射到进气道的水冷内燃机与燃料直接喷射到汽缸内的水冷内燃机，都可以应用。
[0009]实现本发明创造的技术方案是:
[0010]一种摩擦焊接结构件，包括第一工件10B、第二工件10C、摩擦焊连接件10A，其特征在于:第一工件1B穿过第二工件1C相对应的通孔，第一工件1B上有支承第二工件1C下部的支承台阶12B，摩擦焊连接件1A下部有与第一工件1B表面接触的第一摩擦焊接界面10H，摩擦焊连接件1A下部有与第二工件1C表面接触的第二摩擦焊接界面11H，摩擦焊连接件1A压住位置相对固定对应的第一工件1B和第二工件10而作压力下的移动，第一摩擦焊接界面10H、第二摩擦焊接界面IlH的温度升高，摩擦焊连接件1A在压力下停止移动，第一摩擦焊接界面10H、第二摩擦焊接界面IlH的温度降低至冷却，第一工件1B和第二工件1C经由摩擦焊连接件1A连接成摩擦焊接结构件。
[0011]如上所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:第一工件1B上有第一工件内孔11B，摩擦焊连接件1A上有摩擦焊连接件内孔11A，第一工件10B、第二工件1C经由摩擦焊连接件1A连接成的摩擦焊接结构件上，摩擦焊连接件内孔IlA与第一工件内孔IlB贯通。
[0012]如上所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件1A外壁沿口有摩擦焊连接件卡装边沿12A，和/或，摩擦焊连接件1A内孔壁沿口有摩擦焊连接件卡装边沿12A。
[0013]如上所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件1A上有摩擦焊连接件加强边缘1D。
[0014]如上所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件1A上的第一摩擦焊接界面1H与第二摩擦焊接界面IlH位于同一平面和/或同一曲面上，或者，摩擦焊连接件1A上的第一摩擦焊接界面1H与第二摩擦焊接界面IlH位于有落差台阶的平面和/或曲面上。
[0015]如上所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件1A压住位置相对固定对应的第一工件1B与第二工件1C而作压力下的旋转移动。
[0016]如上所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件1A压住位置相对固定对应的第一工件1B与第二工件1C而作压力下的往复移动。
[0017]如上所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:第一工件10B、第二工件1C和/或摩擦焊连接件1A由金属材料和/或合成材料制成。
[0018]如上所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:第一工件10B、第二工件1C和/或摩擦焊连接件1A由招合金、镁合金和/或钛合金材料制成。
[0019]一种水冷内燃机的缸盖，所述缸盖80上包括进气阀杆孔8812、排气阀杆孔8822、进气道887、排气道889、缸盖螺栓孔881，缸盖水腔83，所述缸盖80由分体制造的上缸盖87与下缸盖88连接组成，其特征在于:所述进气阀杆孔8812、所述排气阀杆孔8822、所述进气道887、所述排气道889、所述缸盖螺栓孔881分别由形成于所述上缸盖87的进气阀杆孔上缸盖部、排气阀杆孔上缸盖部、进气道上缸盖部、排气道上缸盖部、缸盖螺栓孔上缸盖部与形成于所述下缸盖88的进气阀杆孔下缸盖部、排气阀杆孔下缸盖部、进气道下缸盖部、排气道下缸盖部、缸盖螺栓孔下缸盖部经由进气阀杆孔摩擦焊连接件98812、排气阀杆孔摩擦焊连接件98822、进气道摩擦焊连接件9887、排气道摩擦焊连接件9889和/或缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881连接而成，缸盖水腔83由形成于上缸盖87的水腔上缸盖部与形成于下缸盖88的水腔下缸盖部经由下缸盖底部摩擦焊连接件988连接而成，或者，所述缸盖水腔83由形成于上缸盖87的水腔上缸盖部与形成于下缸盖88的水腔下缸盖部经由焊缝8030连接而成。
[0020]如上所述的缸盖，其特征在于:缸盖80上有喷燃料器孔750，所述喷燃料器孔750由形成于所述上缸盖87的喷燃料器孔上缸盖部与形成于所述下缸盖88的喷燃料器孔下缸盖部经由喷燃料器孔摩擦焊连接件9750连接而成。
[0021]如上所述的缸盖，其特征在于:缸盖80上有火花塞孔12，所述火花塞孔12由形成于所述上缸盖87的火花塞孔上缸盖部与形成于所述下缸盖88的火花塞孔下缸盖部经由火花塞孔摩擦焊连接件912连接而成。
[0022]—种电感应加热焊接结构件，包括电感应加热线圈30、第一工件30A、第二工件30E，感应加热变形凸缘30C、感应加热变形凸缘30G，其特征在于:第一工件30A穿过第二工件30E相对应的通孔，第一工件30A上有支承第二工件30E下部的支承台阶30H，电感应加热线圈30环绕于感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G的周围，电感应加热温度上升至感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G融化，焊接第一工件30A和第二工件30E为一整体结构件。
[0023]一种电感应加热焊接结构件，包括电感应加热线圈30、第一工件30A、第二工件30E，感应加热变形凸缘30C、感应加热变形凸缘30G，其特征在于:第一工件30A穿过第二工件30E相对应的通孔，第一工件30A上有支承第二工件30E的支承台阶30H，电感应加热线圈30环绕于感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G的周围，电感应加热温度上升至感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G处于融熔半固态时，使用工件挤压感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G在相互融合状态下冷却，焊接第一工件30A和第二工件30E为一整体结构件。
[0024]如上所述的电感应加热焊接结构件，其特征在于:第一工件30A的感应加热变形凸缘30C根部有凹槽30D，第二工件30E的感应加热变形凸缘30G的根部有凹槽30F。
[0025]一种水冷内燃机的缸盖，所述缸盖80上包括进气阀杆孔8812、排气阀杆孔8822、进气道887、排气道889、缸盖螺栓孔881，缸盖水腔83，所述缸盖80由分体制造的上缸盖87与下缸盖88连接组成，其特征在于:所述进气阀杆孔8812、所述排气阀杆孔8822、所述进气道887、所述排气道889、所述缸盖螺栓孔881分别由形成于所述上缸盖87的进气阀杆孔上缸盖部的感应加热变形凸缘、排气阀杆孔上缸盖部的感应加热变形凸缘、进气道上缸盖部的感应加热变形凸缘、排气道上缸盖部的感应加热变形凸缘和/或缸盖螺栓孔上缸盖部的感应加热变形凸缘与形成于所述下缸盖88的进气阀杆孔下缸盖部的感应加热变形凸缘、排气阀杆孔下缸盖部的感应加热变形凸缘、进气道下缸盖部的感应加热变形凸缘、排气道下缸盖部的感应加热变形凸缘和/或缸盖螺栓孔下缸盖部的感应加热变形凸缘经由电感应加热线圈30加热至融化焊接连接而成，缸盖水腔83由形成于上缸盖87的水腔上缸盖部的感应加热变形凸缘与形成于下缸盖88的水腔下缸盖部的感应加热变形凸缘经由电感应加热线圈30加热至融化焊接连接而成，或者，所述缸盖水腔83由形成于上缸盖87的水腔上缸盖部与形成于下缸盖88的水腔下缸盖部经由焊缝8030连接而成。
[0026]如上所述的缸盖，其特征在于:缸盖80上有喷燃料器孔750，所述喷燃料器孔750由形成于所述上缸盖87的喷燃料器孔上缸盖部的感应加热变形凸缘与形成于所述下缸盖88的喷燃料器孔下缸盖部的感应加热变形凸缘经由电感应加热线圈30加热至融化焊接连接而成。
[0027]如上所述的缸盖，其特征在于:缸盖80上有火花塞孔12，所述火花塞孔12由形成于所述上缸盖87的火花塞孔上缸盖部的感应加热变形凸缘与形成于所述下缸盖88的火花塞孔下缸盖部的感应加热变形凸缘经由电感应加热线圈3)加热至融化焊接连接而成。
[0028]一种水冷内燃机的缸盖，所述缸盖80上包括进气阀杆孔8812、排气阀杆孔8822、进气道887、排气道889、缸盖螺栓孔881，缸盖水腔83，所述缸盖80由分体制造的上缸盖87与下缸盖88连接组成，其特征在于:所述进气阀杆孔8812、所述排气阀杆孔8822、所述进气道887、所述排气道889、所述缸盖螺栓孔881分别由形成于所述上缸盖87的进气阀杆孔上缸盖部的感应加热变形凸缘、排气阀杆孔上缸盖部的感应加热变形凸缘、进气道上缸盖部的感应加热变形凸缘、排气道上缸盖部的感应加热变形凸缘和/或缸盖螺栓孔上缸盖部的感应加热变形凸缘与形成于所述下缸盖88的进气阀杆孔下缸盖部的感应加热变形凸缘、排气阀杆孔下缸盖部的感应加热变形凸缘、进气道下缸盖部的感应加热变形凸缘、排气道下缸盖部的感应加热变形凸缘和/或缸盖螺栓孔下缸盖部的感应加热变形凸缘经由电感应加热线圈30加热至感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G处于融熔半固态时，使用工件挤压感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G至相互融合状态下冷却，缸盖水腔83由形成于上缸盖87的水腔上缸盖部的感应加热变形凸缘与形成于下缸盖88的水腔下缸盖部的感应加热变形凸缘经由电感应加热线圈30加热至感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G处于融熔半固态时，使用工件挤压感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G至相互融合状态下冷却连接而成，或者，所述缸盖水腔83由形成于上缸盖87的水腔上缸盖部与形成于下缸盖88的水腔下缸盖部经由焊缝8030连接而成。
[0029]如上所述所述的缸盖，其特征在于:缸盖80上有喷燃料器孔750，所述喷燃料器孔750由形成于所述上缸盖87的喷燃料器孔上缸盖部的感应加热变形凸缘与形成于所述下缸盖88的喷燃料器孔下缸盖部的感应加热变形凸缘经由电感应加热线圈30加热至感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G处于融熔半固态时，使用工件挤压感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G至相互融合状态下冷却连接而成。
[0030]如上所述的缸盖，其特征在于:缸盖80上有火花塞孔12，所述火花塞孔12由形成于所述上缸盖87的火花塞孔上缸盖部的感应加热变形凸缘与形成于所述下缸盖88的火花塞孔下缸盖部的感应加热变形凸缘经由电感应加热线圈30加热至感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G处于融熔半固态时，使用工件挤压感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G至相互融合状态下冷却连接而成。
[0031]如上所述的水冷内燃机缸盖，其特征在于:上缸盖87上有安装凸轮轴85的支架。
[0032]一种水冷内燃机，包括机体70，其特征在于:所述机体70上装有如上所述任一技术方案所述的缸盖80。
[0033]一种装有水冷内燃机的机械装置，其特征在于:所述机械装置上所安装的水冷内燃机是如上所述的水冷内燃机。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]下面结合附图与实施例对本发明进一步说明。
[0035]图1是一种摩擦焊接结构件的剖面图。
[0036]图2是图1中摩擦焊连接件的仰视图。
[0037]图3是一种装有点火火花塞的水冷四缸内燃机缸盖的俯视图。
[0038]图4是一种装有点火火花塞的水冷内燃机缸盖的剖面图。
[0039]图5是一种装有点火火花塞的缸内直喷燃料的水冷内燃机缸盖的剖面图。
[0040]图6是一种装有点火火花塞的缸内直喷燃料的水冷内燃机缸盖的剖面图。
[0041]图7是一种无点火火花塞的水冷四缸内燃机缸盖的俯视图。
[0042]图8是一种装有点火火花塞的缸内直喷燃料的水冷内燃机缸盖的剖面图。
[0043]图9是一种装有点火火花塞的缸内直喷燃料的水冷内燃机缸盖的剖面图。
[0044]图10是一种水冷四缸内燃机缸盖的俯视图，图中箭头指示摩擦焊接旋转移动的方向。
[0045]图11是图9中N部的放大图。
[0046]图12是图9中M部的放大图。
[0047]图13是一种电感应加热焊接结构件的剖面图。
[0048]附图标记说明
[0049]10A.摩擦焊连接件，11A.摩擦焊连接件内孔，12A.摩擦焊连接件卡装边沿，13A.摩擦焊连接件卡装边角，14A.摩擦焊连接件卡装底边倒角，10B.第一工件，11B.第一工件内孔，12B.第一工件支承台阶，10C.第二工件，11C.摩擦焊连接件与第二工件沉孔壁之间的空隙，10D.摩擦焊连接件加强边缘，10H.第一摩擦焊接界面，11H.第二摩擦焊接界面，12H.摩擦焊接界面，10.火花塞，12.火花塞孔，912.火花塞孔摩擦焊连接件，14.环绕火花塞孔的焊缝，18.燃烧室，20.活塞，30.感应加热线圈，70.机体，71.进气歧管，72.机体水腔，73.机体水腔与缸盖水腔的通水孔，75.喷燃料器，78.环绕喷燃料器孔的焊缝，750.喷燃料器孔，9750.喷燃料器孔摩擦焊连接件，80.缸盖，81.缸盖水腔与机体水腔的通水孔，83.缸盖水腔，85.凸轮轴，87.上缸盖，8701.凸缘，8702.凹槽，88.下缸盖，988.下缸盖底部摩擦焊连接件，9880.摩擦盘，918.下缸盖底部摩擦焊连接件上的燃烧室通孔，981.下缸盖底部摩擦焊连接件上的通水通孔，8801.凸缘，8802.凹槽，831.进水口，832.出水口，881.缸盖螺栓孔，9881.缸盖螺栓孔摩擦焊连接件，98810.缸盖螺栓孔摩擦焊连接件与缸盖沉孔壁之间的空隙，8035.环绕缸盖螺栓孔的焊缝，887.进气道，9887.进气道摩擦焊连接件，8037.环绕进气道的焊缝，889.排气道，9889.排气道摩擦焊连接件，8038.环绕排气道的焊缝，8812.进气阀杆孔，98812.进气阀杆孔摩擦焊连接件，8813.进气阀杆，8032.环绕进气阀杆孔的焊缝，8822.排气阀杆孔，98822.排气阀杆孔摩擦焊连接件，8823.排气阀杆，8033.环绕排气阀杆孔的焊缝，8030.环绕上缸盖与下缸盖外侧连接处的焊缝。
【具体实施方式】
[0050]下面，参照附图对本发明进行说明。
[0051]在图1中，一种摩擦焊接结构件，第一工件(1B)穿过第二工件(1C)相对应的通孔，第一工件(1B)上有支承第二工件(1C)下部的支承台阶(12B)，摩擦焊连接件(1A)下部有与第一工件(1B)表面接触的第一摩擦焊接界面(1H)，摩擦焊连接件(1A)下部有与第二工件(1C)表面接触的第二摩擦焊接界面(IlH)，摩擦焊连接件(1A)压住位置相对固定对应的第一工件(1B)和第二工件(1C)而作压力下的移动，以使第一摩擦焊接界面(1H)、第二摩擦焊接界面(IlH)的温度升高，摩擦焊连接件(1A)在压力下停止移动，以使第一摩擦焊接界面(1H)、第二摩擦焊接界面(IlH)的温度降低至冷却，以使第一工件(1B)和第二工件(1C)经由摩擦焊连接件(1A)连接成摩擦焊接结构件。第一工件(1B)、第二工件(1C)经由摩擦焊连接件(1A)连接成的摩擦焊接结构件上，摩擦焊连接件内孔(IlA)与第一工件内孔(IlB)贯通。
[0052]在图2中，画出了摩擦焊连接件(1A)下部表面，摩擦焊连接件(1A)外壁沿口有摩擦焊连接件卡装边沿(12A)。或者，摩擦焊连接件(1A)内孔壁沿口也可以有摩擦焊连接件卡装边沿(12A)。箭头指示可以选择的移动方式，包括旋转。摩擦焊连接件(1A)上有摩擦焊连接件加强边缘(1D)。
[0053]图3是一种装有点火火花塞的水冷四缸内燃机缸盖的俯视图，两件凸轮轴85旋转时，带动四个汽缸各个汽缸的四气门开闭。图中显示了两种在不同位置设置的喷燃料器孔750，图中左侧标注出了中央直接喷射式水冷内燃机缸盖的喷燃料器孔750，同时也在图中右侧标注给出了斜置的喷燃料器孔750，具体实施时，可以任选一种，或者，组合使用，都可以应用本发明。凸轮轴85下面所有的通孔，原始设计都是可以使用旋转刀具作切削加工的，这就可以方便创造一种新的摩擦焊接结构件，新增加一个表面覆盖各个通孔的缸盖上下体连接缝口平面的摩擦焊连接件，摩擦焊连接件压住缸盖上下体连接孔口处的平面作旋转移动，焊接界面温度上升至设定值时，停止移动，连接处的焊接界面在压力下温度降低至冷却，可以实现高速、可靠、美观的密封连接。还可以选择与铝合金镁合金缸盖上下体不同的金属材料制作摩擦焊连接件，提高摩擦焊连接件表面的强度硬度。
[0054]图4是一种装有点火火花塞的水冷内燃机缸盖的剖面图，燃料喷射到进气道887内，与空气混合，再通过进气阀进入汽缸内燃烧。为了说明这一种缸盖内部没有喷燃料器孔750，由此省略了缸盖螺栓孔881及缸盖上部壳体的图面。下缸盖底部摩擦焊连接件988上有与缸盖水腔与机体水腔的通水孔81和机体水腔与缸盖水腔的通水孔73都连接相通的通孔。
[0055]图5是一种装有点火火花塞的缸内直喷燃料的水冷内燃机缸盖，是斜置直接喷射式水冷内燃机缸盖，燃料喷射器位于水冷缸盖的侧面。图中环绕贯通上缸盖与下缸盖外侧连接处的焊缝8030，裸露在缸盖外表面，可以方便采用成本低的氩弧焊工艺实施自动化焊接。其他焊缝，特别是凸轮轴85下方的环绕火花塞孔的焊缝14、环绕喷燃料器孔的焊缝78、环绕缸盖螺栓孔的焊缝8035、环绕进气阀杆孔的焊缝8032、环绕排气阀杆孔的焊缝8033，位置都处于狭小、紧凑的空间内，使用自动化电弧焊焊接时，焊枪进入焊接区域非常困难，摩擦焊接的搅拌针进入工作区也非常困难，需要采用创新的焊接结构与构造以便采用旋转摩擦焊接工艺，高速、可靠、美观地实施焊接。进气道排气道的焊接孔口，也需要尽量采用圆形设计，方便实施摩擦焊接。
[0056]图6是一种装有点火火花塞的缸内直喷燃料的水冷内燃机缸盖,是一种中央直接喷射式水冷内燃机缸盖，燃料喷射器和火花塞都位于缸盖底部对于燃烧汽缸上方的中央凹部。图中环绕贯通上缸盖与下缸盖外侧连接处的焊缝8030，裸露在缸盖外表面的平面上，可以采用搅拌摩擦焊实施焊缝8030以连接缸盖的上下体。缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881设置在缸盖底部，缸盖螺栓孔体单独加工后，下端用摩擦焊接方法，经由缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881将单独加工的缸盖螺栓孔与缸盖底部连接；上端用普通缝焊方法，经由焊缝8035将单独加工的缸盖螺栓孔与缸盖底部连接。给出了组合选择使用各种焊接方法连接上下体缸盖为一整体缸盖的一个实施例。
[0057]图7是一种无点火火花塞的水冷四缸内燃机缸盖的俯视图，柴油机压缩燃烧，缸盖不需要点火火花塞。
[0058]图8是一种装有点火火花塞的缸内直喷燃料的水冷内燃机缸盖，是斜置直接喷射式水冷内燃机缸盖，燃料喷射器位于水冷缸盖的侧面。这一个实施例全部使用摩擦焊接方法连接各个孔口，每一个摩擦连接的孔口，都有支承台阶12B，能够支承摩擦焊接所需的压力。下缸盖88嵌入上缸盖87向下敞开的孔，下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面压住上缸盖下缸盖连接的平面，形成焊接界面12H，下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面与上缸盖下缸盖连接的平面间在压力下作相对移动，包括往复移动与旋转移动，焊接界面12H温度上升，在压力下停止移动，焊接界面12H温度下降冷却，下缸盖88嵌入上缸盖87向下敞开的孔后的外平面与下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面间实现摩擦焊接连接。下缸盖底部摩擦焊连接件988设置有与下缸盖底部汽缸孔、通水孔及缸盖螺栓孔对应的通孔。也可以由单独设置的摩擦盘对下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面与上缸盖下缸盖连接的平面分别作压力下的移动摩擦，包括往复移动或旋转移动，包括一片摩擦盘的两面同时摩擦下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面与上缸盖下缸盖连接的平面，或者，二片摩擦盘的各一面分别同时摩擦下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面与上缸盖下缸盖连接的平面，焊接界面12H温度上升至设定温度时，移去掉单独设置的摩擦盘，将下缸盖底部摩擦焊连接件988与上缸盖下缸盖连接的平面作对应紧密贴合，焊接界面12H在压力下温度下降冷却，下缸盖88嵌入上缸盖87向下敞开的孔后的外平面与下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面间实现摩擦焊接连接。进气阀杆孔处的进气阀杆孔套管外露端面、进气阀杆孔上缸盖部的外露端面与进气阀杆孔下缸盖部的外露端面共三处外露端面，经由进气阀杆孔摩擦焊连接件98812密封连接为整体进气阀杆孔摩擦焊接结构件。排气阀杆孔处的排气阀杆孔上缸盖部的外露端面与排气阀杆孔下缸盖部的外露端面共二处外露端面，经由排气阀杆孔摩擦焊连接件98822密封连接为整体排气阀杆孔摩擦焊接结构件，排气阀杆孔套管没有摩擦焊接，排气阀杆孔套管单独嵌入排气阀杆孔。上述进气阀杆孔与排气阀杆孔两种孔的摩擦焊接结构，可以根据需要选择使用。进气道887、排气道889、火花塞孔12的孔口与进气道摩擦焊连接件9887、排气道摩擦焊连接件9889、火花塞孔摩擦焊连接件912的连接处，优选地采用圆形，进气道摩擦焊连接件9887、排气道摩擦焊连接件9889、火花塞孔摩擦焊连接件912的平面分别压住进气道887、排气道889、火花塞孔12的孔口平面，分别在压力下作旋转移动，以使得摩擦焊接界面的温度上升，停止移动，摩擦焊接界面的温度下降至冷却，上述各个孔实现焊接密封。任何缸盖上下体的连接处，都可以根据需要采用电弧焊焊缝连接，或者搅拌摩擦焊焊缝连接，或者增加一个摩擦焊连接件作旋转摩擦焊连接，或者增加一个摩擦焊连接件作往复线性摩擦焊连接，组合使用各种焊接结构、焊接方法，以取得最佳效果。
[0059]图9是一种装有点火火花塞的缸内直喷燃料的水冷内燃机缸盖,是一种中央直接喷射式水冷内燃机缸盖，燃料喷射器和火花塞都位于缸盖的对应各个汽缸的中央凹部。如果是压缩燃烧的内燃机，如柴油机，缸盖上就没有点火的火花塞。目前，四气门内燃机的缸盖进气道，采用同单一汽缸的两个进气阀的两个进气道合并为一个进气道后再与进气歧管螺接，压铸是无法脱模的，要实施旋转摩擦焊接密封住进气道处的缸盖上下体连接缝，不是圆形比较困难，妨碍了 PCT/CN2013/086928、201310746251.X中的水冷缸盖结构与构造的工业化应用实施。需要在原始设计时，将缸盖单一汽缸的两个进气阀的两条进气道直接直线向缸盖外表面的与进气歧管螺接的表面延伸，进气歧管螺接表面的进气道孔口设计成圆形，实施摩擦焊接的基础就有了。排气道可以同样设计。如上述改进，既方便了压铸脱模，又加大了进气道排气道的截面积，有利于增加进气量，加速排气。排气道外表面接触冷却水的面积增加，有利于缸盖散热。下缸盖88嵌入上缸盖87向下敞开的孔，下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面压住上缸盖下缸盖连接的平面，形成焊接界面12H，下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面与上缸盖下缸盖连接的平面间在压力下作相对移动，包括往复移动与旋转移动，焊接界面12H温度上升，在压力下停止移动，焊接界面12H温度下降冷却，下缸盖88嵌入上缸盖87向下敞开的孔后的外平面与下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面间实现摩擦焊接连接。下缸盖底部摩擦焊连接件988设置有与下缸盖底部汽缸孔、通水孔及缸盖螺栓孔对应的通孔。摩擦焊连接件988还可以采用与铝合金镁合金缸盖上下体不同的金属材料，取得更好技术经济效果。
[0060]图10是对非圆形缸盖底部实施摩擦焊接的示意图，摩擦盘9880压住缸盖底部按照箭头所示旋转移动，使得缸盖底部的焊接界面的温度升高；同时另一个摩擦盘9880压住下缸盖底部摩擦焊连接件988作旋转移动，使得下缸盖底部摩擦焊连接件988的焊接界面的温度升高；当缸盖底部与下缸盖底部摩擦焊连接件988的温度都达到设定值时，两个摩擦盘9880撤离，缸盖底部与下缸盖底部摩擦焊连接件988在互相贴紧的压力下冷却，实现摩擦焊连接。上述摩擦焊接的移动方式，也可以选择压力下作往复线性移动实现温度升高至设定值。
[0061]图11是图9中的N部的放大图，下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面压住缸盖螺栓孔881和下缸盖88的平面形成焊接界面12H，下缸盖底部摩擦焊连接件988的平面压住缸盖螺栓孔881和下缸盖88的平面作移动，包括旋转移动与往复移动以使得焊接界面12H的温度升高，停止移动，压力下焊接界面12H处的温度降低至冷却，实现下缸盖底部摩擦焊连接件988、缸盖螺栓孔881和下缸盖88的摩擦焊接连接密封。
[0062]图12是图9中M部的放大图，缸盖螺栓孔881穿过上缸盖87的通孔，支承台阶12B支承住上缸盖87，缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881压住焊接界面1H和11H，缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881在压力下旋转移动导致缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881在压力下旋转移动升高至设定值，缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881在压力下的旋转移动停止，缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881在压力下旋转移动停止，焊接界面1H和IlH的温度降低至冷却，实现连接密封。缸盖螺栓孔摩擦焊连接件与缸盖沉孔壁之间的空隙98810可以容纳夹具进入，方便夹住缸盖螺栓孔摩擦焊连接件9881作旋转移动。
[0063]图13是一种电感应加热焊接结构件，包括电感应加热线圈30、第一工件30A、第二工件30E，感应加热变形凸缘30C、感应加热变形凸缘30G，其特征在于:第一工件30A穿过第二工件30E相对应的通孔，第一工件30A上有支承第二工件30E下部的支承台阶30H，电感应加热线圈30环绕于感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G的周围，电感应加热温度上升至感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G融化，焊接第一工件30A和第二工件30E为一整体结构件。或者，是一种电感应加热焊接结构件，包括电感应加热线圈30、第一工件30A、第二工件30E，感应加热变形凸缘30C、感应加热变形凸缘30G，其特征在于:第一工件30A穿过第二工件30E相对应的通孔，第一工件30A上有支承第二工件30E的支承台阶30H，电感应加热线圈30环绕于感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G的周围，电感应加热温度上升至感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G处于融熔半固态时，使用工件挤压感应加热变形凸缘30C和感应加热变形凸缘30G在相互融合状态下冷却，焊接第一工件30A和第二工件30E为一整体结构件。如上所述的电感应加热焊接结构件，其特征在于:第一工件30A的感应加热变形凸缘30C根部有凹槽30D，第二工件30E的感应加热变形凸缘30G的根部有凹槽30F。
[0064]单缸与多缸的水冷内燃机缸盖都能够应用上述发明，上述发明用于轻合金压铸缸盖，能够满足发动机进一步紧凑设计的要求，得到更加精密、光洁、一致的进气道排气道，提高汽缸内进入空气的流动质量，与燃料混合更加均匀，提高燃烧的质量，排气更加畅通，内燃机更加节能环保。
【权利要求】
1.一种摩擦焊接结构件，包括第一工件(1B)、第二工件(1C)、摩擦焊连接件(1A)，其特征在于:第一工件(1B)穿过第二工件(1C)相对应的通孔，第一工件(1B)上有支承第二工件(1C)下部的支承台阶(12B)，摩擦焊连接件(1A)下部有与第一工件(1B)表面接触的第一摩擦焊接界面(1H)，摩擦焊连接件(1A)下部有与第二工件(1C)表面接触的第二摩擦焊接界面(IlH)，摩擦焊连接件(1A)压住位置相对固定对应的第一工件(1B)和第二工件(1C)而作压力下的移动，第一摩擦焊接界面(1H)、第二摩擦焊接界面(IlH)的温度升高，摩擦焊连接件(1A)在压力下停止移动，第一摩擦焊接界面(1H)、第二摩擦焊接界面(IlH)的温度降低至冷却，第一工件(1B)和第二工件(1C)经由摩擦焊连接件(1A)连接成摩擦焊接结构件。
2.如权利要求1所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:第一工件(1B)上有第一工件内孔(IlB)，摩擦焊连接件(1A)上有摩擦焊连接件内孔(IlA)，第一工件(1B)、第二工件(1C)经由摩擦焊连接件(1A)连接成的摩擦焊接结构件上，摩擦焊连接件内孔(IlA)与第一工件内孔(IlB)贯通。
3.如权利要求1所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件(1A)外壁沿口有摩擦焊连接件卡装边沿(12A)，和/或，摩擦焊连接件(1A)内孔壁沿口有摩擦焊连接件卡装边沿(12A)。
4.如权利要求1所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件(1A)上有摩擦焊连接件加强边缘(1D)。
5.如权利要求1所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件(1A)上的第一摩擦焊接界面(1H)与第二摩擦焊接界面(IlH)位于同一平面和/或同一曲面上，或者，摩擦焊连接件(1A)上的第一摩擦焊接界面(1H)与第二摩擦焊接界面(IlH)位于有落差台阶的平面和/或曲面上。
6.如权利要求1所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件(1A)压住位置相对固定对应的第一工件(1B)与第二工件(1C)而作压力下的旋转移动。
7.如权利要求1所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:摩擦焊连接件(1A)压住位置相对固定对应的第一工件(1B)与第二工件(1C)而作压力下的往复移动。
8.如权利要求1所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:第一工件(1B)、第二工件(1C)和/或摩擦焊连接件(1A)由金属材料和/或合成材料制成。
9.如权利要求1所述的摩擦焊接结构件，其特征在于:第一工件(1B)、第二工件(1C)和/或摩擦焊连接件(1A)由铝合金、镁合金和/或钛合金材料制成。
10.一种水冷内燃机的缸盖，所述缸盖(80)上包括进气阀杆孔(8812)、排气阀杆孔(8822)、进气道(887)、排气道(889)、缸盖螺栓孔(881)，缸盖水腔(83)，所述缸盖(80)由分体制造的上缸盖(87)与下缸盖(88)连接组成，其特征在于:所述进气阀杆孔(8812)、所述排气阀杆孔(8822)、所述进气道(887)、所述排气道(889)、所述缸盖螺栓孔(881)分别由形成于所述上缸盖(87)的进气阀杆孔上缸盖部、排气阀杆孔上缸盖部、进气道上缸盖部、排气道上缸盖部、缸盖螺栓孔上缸盖部与形成于所述下缸盖(88)的进气阀杆孔下缸盖部、排气阀杆孔下缸盖部、进气道下缸盖部、排气道下缸盖部、缸盖螺栓孔下缸盖部经由进气阀杆孔摩擦焊连接件(98812)、排气阀杆孔摩擦焊连接件(98822)、进气道摩擦焊连接件(9887)、排气道摩擦焊连接件(9889)和/或缸盖螺栓孔摩擦焊连接件(9881)连接而成，缸盖水腔(83)由形成于上缸盖(87)的水腔上缸盖部与形成于下缸盖(88)的水腔下缸盖部经由下缸盖底部摩擦焊连接件(988)连接而成，或者，所述缸盖水腔(83)由形成于上缸盖(87)的水腔上缸盖部与形成于下缸盖(88)的水腔下缸盖部经由焊缝(8030)连接而成。
11.如权利要求10所述的缸盖，其特征在于:缸盖(80)上有喷燃料器孔(750)，所述喷燃料器孔(750)由形成于所述上缸盖(87)的喷燃料器孔上缸盖部与形成于所述下缸盖(88)的喷燃料器孔下缸盖部经由喷燃料器孔摩擦焊连接件(9750)连接而成。
12.如权利要求10所述的缸盖，其特征在于:缸盖(80)上有火花塞孔(12)，所述火花塞孔(12)由形成于所述上缸盖(87)的火花塞孔上缸盖部与形成于所述下缸盖(88)的火花塞孔下缸盖部经由火花塞孔摩擦焊连接件(912)连接而成。
13.如权利要求10至权利要求12中任一项所述的水冷内燃机缸盖，其特征在于:上缸盖(87)上有安装凸轮轴(85)的支架。
14.一种水冷内燃机，包括机体(70)，其特征在于:所述机体(70)上装有如权利要求10至权利要求12中任一项权利要求所述的缸盖(80)。
15.一种装有水冷内燃机的机械装置，其特征在于:所述机械装置上所安装的水冷内燃机是如权利要求14所述的水冷内燃机。
【文档编号】B23K13/01GK203948184SQ201420234388
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】蒋尧夫, 丁文江, 彭立明, 付彭怀, 朱永奎 申请人:上海交通大学, 蒋一民, 蒋尧夫