CN105246639A - 有焊接支承的活塞组件 - Google Patents

Abstract

公开示例性活塞组件和制造同样活塞组件的方法。示例性活塞可包括规定活塞轴的活塞体，活塞体包括裙并且形成冷却通道的下表面。体可包括径向内和外体配合表面。活塞可进一步包括冷却通道环，该冷却通道环与活塞体协作形成冷却通道。活塞体和冷却通道环可沿着径向内和径向外接合区域连接形成一般地一件式活塞组件。在一些示例性途径中，体和环的配合表面可位于支承表面附近设置为禁止或防止在连接环和体的过程中形成的焊接飞溅进入冷却通道。

Description

有焊接支承的活塞组件

对相关申请的交叉引用

本申请要求2013年2月22日递交的美国临时申请No.61/768,182的优先权，内容整体合并于此。

背景技术

内燃机制造商不断追求增加其产品的功率输出和燃料效率。一般来说，增加效率和功率的一种方法是减少发动机的振荡质量，例如活塞的振荡质量，连接杆，和发动机的其他运动部分。增加发动机功率和/或效率的努力同样也可导致运行期间燃烧室内压力和/或温度的增加。

因为这些重量上的减少和与发动机运行相关的增加的压力和温度导致发动机，并且尤其是发动机的活塞，因此承受增加的压力。活塞冷却因此在发动机的寿命中对承受所述运行条件下增加的压力越来越重要。

为减少活塞部件的运行温度，可在活塞周边提供冷却通道。冷却剂例如曲轴箱润滑油可进入冷却通道，并且可通过活塞的往复运动在冷却通道分散，因此减少活塞的运行温度。

同时，冷却通道可增加活塞组件和同样活塞组件制造的总体复杂性。例如，冷却通道可需要额外的部件，例如冷却通道盖，来通过暂时限制在冷却通道循环的冷却剂(例如油)促使冷却剂在冷却通道进行适当的循环。但是，额外的部件例如盖板同样增加复杂性。此外，冷却通道在较小活塞的应用例如在轻量或轻负荷活塞的情况下形成会昂贵和/或困难。在一件式活塞上形成闭合的冷却通道的已知方法，例如摩擦焊接，同样需要极高强度的活塞部件以适当地形成活塞和冷却通道的特性而不在摩擦焊接过程中出现非故意的变形，因此增加导致的活塞的尺寸和重量。摩擦焊接过程中施加在活塞部件上的巨大压力同样限制焊接接头可能的位置。

因此，活塞需要最小化整个活塞的重量和制造复杂性，然而同样允许足够的冷却，例如通过提供冷却通道。

附图说明

现在谈到附图，解说性示例详细示出。尽管附图表示在这里描述的示例性例证，附图不必测量并且某一特性可夸大以更好的例证和解释示例性例证创新的方面。而且，在这里描述的示例性例证并非意为详尽的或不然限制或限定为附图中示出并且在下面详细的例证中公开的精确的形式和构造。本发明的示例性通过涉及到如下附图详细例证。

图1为示例性活塞组件的截面图；

图2A为示例性活塞组件，例如图1所示的示例性活塞组件的冷却通道的放大的截面图；

图2B为另一示例性活塞组件的冷却通道的放大的截面图；

图3为另一示例性活塞组件的冷却通道的放大的截面图；

图4为另一示例性活塞组件的截面图；

图5为另一示例性活塞组件的截面图；并且

图6为制造活塞组件的示例性方法的流程图。

具体实施方式

说明书中谈到“示例性例证”，“示例”或类似表达意味着描述的与示例性途径相关的特定特性，结构，或特征包括在至少一个例证中。说明书中各种位置的短语“在例证中”或类似类型的表达并不都指的是同一例证或示例。

在这里提供活塞组件的各种示例性例证和制造同样活塞组件的方法。示例性活塞可包括规定活塞轴的活塞体，活塞体有裙并且形成冷却通道的下表面。体可包括径向内和外体配合表面。活塞可进一步包括冷却通道环，该冷却通道环与活塞体协作形成冷却通道。活塞体和冷却通道环可沿着径向内和径向外接合区域连接为一体以形成一般地一件式活塞组件。在一些示例性途径中，体和环的配合表面可位于支承表面附近设置为禁止或防止在连接环和体的过程中形成的焊接飞溅进入冷却通道。

在一些示例性例证中，例如图1和2A示出的以及下面将进一步描述的示例性例证中，冷却通道环包括沿着活塞的上表面与径向内体配合表面接触的径向内环配合表面。因此，径向内环配合表面和径向内体配合表面之间的接头可位于燃烧碗的径向外侧。冷却通道环之间的径向外接头可位于径向内接头的径向外侧，例如沿着活塞的环带。更加特殊的是，径向外接合区域一般可有与径向外体配合表面接触的冷却通道环的径向外环配合表面规定。冷却通道大体上可由冷却通道环部分和活塞体部分闭合，除了与冷却通道相关的进口/出口。

在其他示例性途径中，例如图2B例证的以及下面将进一步描述中，冷却通道环和活塞体之间的径向内和外接合区域分别位于燃烧碗内和沿着活塞的上表面。更加特殊的是，在这些示例中冷却通道环可包括径向内环配合表面，该径向内环配合表面沿着燃烧碗中的径向内接合区域与径向内体配合表面接触，以及冷却通道环包括径向外环配合表面，该径向外环配合表面沿着径向外接合区域与径向外体配合表面接触使得冷却通道大体闭合。

在一些示例性例证中，活塞可以在焊接过程中连接，例如激光焊接过程。示例性激光焊接过程，如在下面将进一步描述，可在制造灵活性上助长大量收益。在一示例中，至少一个径向内和外配合表面不成直角与活塞轴对齐。例如，可有一般垂直的焊接接头，即两个活塞部件将要连接的相对应的配合表面一般平行于活塞的纵轴对齐。而且，激光焊接接头的接触表面可几乎规定为任何角度只要接头能被冲击的激光焊接束接近。在一示例性例证中，延长的焊接接头一般可由激光焊接过程导致，在该激光焊接过程中激光束一般平行于活塞体和冷却通道环相对应的配合表面冲击。

现在转向图1，示例性活塞组件100以截面示出。更加特殊的是，图1左半边示出的截面是通过活塞组件100的销毂105示出的，然而附图右半边示出的截面是自左半边旋转90度后示出的。活塞组件100可包括活塞体102和冷却通道环104，该冷却通道环104在活塞体102的上部周围接收。活塞体102可规定燃烧碗120。冷却通道环104可规定环带部分106，该环带部分106设置为密封接收活塞组件100的发动机孔(未示出)。例如，环带部分106可规定一个或更多接收活塞环(未示出)的环形槽107，该活塞环相应地在活塞组件100在发动机孔内往复运动期间密封发动机孔表面。

活塞组件100一般的两件式结构，即有冷却通道环104和体102，一般可关于冷却通道环104和/或活塞组件100的尺寸和形状允许灵活性，例如允许活塞组件100有更低的总体压缩高度和/或重心。而且，两件式的结构同样可助长冷却通道内更复杂的形状的形成以允许更易于制造提供冷却能力提高的有效尺寸的通道。

活塞体102可包括裙表面103，该裙表面103一般在发动机运行期间支承活塞组件100，例如通过与发动机孔表面(未示出)接合以在活塞组件100在孔内往复运动期间稳定活塞组件100。例如，裙表面103一般可将活塞部件100周边的至少一部分规定出圆形外形。外形可与一般为圆柱形的发动机孔表面相对应。

体102同样可规定活塞销毂105。活塞销毂105一般可由隙缝或销孔109形成设置为用以接收活塞销(未示出)。例如，活塞销可通过活塞销毂105的销孔109***，因此一般固定活塞100至连接杆(未示出)。

如上所述，活塞100可有环带部分106，该环带部分106至少规定一部分冷却通道108。冷却通道108一般在活塞冠周边延伸，并且可在运行期间使冷却剂(例如发动机润滑油)循环，因此减少活塞的运行温度。此外，冷却剂的循环可促使在活塞100周围，特别是在活塞组件100的上部，例如燃烧碗120附近保持更稳定或一致的温度。

活塞体102和环104可固定连接，例如通过激光焊接过程。

通过固定连接活塞体102和环104，活塞组件100一般形成为一件式组件。

如图1，2A，2B，3，4和5示出并且如在下面将进一步描述，体102和环104部件可沿着径向内接合区域I和径向外接合区域O连接，例如通过激光焊接过程。因此，活塞体102一般可和它们各自的冷却通道环104成整体以致其在固定至冠后相对于彼此不能运动，尽管体102和环104为分离的部件。

冷却通道环104可固定至体102以致体102和环104协作形成活塞组件100连续的上燃烧碗表面120。

现在谈到图2A和2B示出的示例性活塞100a，100b，该示例性活塞100a和100b与体102a，102b(统称为102)和环104a，104b(统称为104)的径向外配合表面190,192相对应，可沿着活塞100a，100b的环带部分106分别在径向外接合区域O接触。此外，相对应的体102和环104的径向内配合表面194，196可分别沿着活塞100a，100b的上表面110接触，因此规定径向内接合区域I。在图2A和2B示出的示例中，没有冷却通道环104和体102之间的焊接接头位于活塞100a，100b的燃烧碗120内。

现在谈到图3示出的示例性活塞100c，与图2A和2B示出的示例性途径相比，该示例性途径分别与体102c和环104c的径向外配合表面144,146相对应，可沿着活塞的上表面110在活塞100的径向外接合区域O接触，而该示例性活塞100c与体102c和环104c的径向内配合表面140,142相对应，可在燃烧碗120内沿着径向内接合区域I接触。因此，径向内接合区域I和冷却通道环104c和体102c之间相关的焊接接头位于燃烧碗120内，冷却通道环104c规定燃烧碗120的第一径向外部120a。而且，体102c可规定燃烧碗表面120的径向内部120b，该径向内部120b在径向内接合区域I径向向内安排。

示例性活塞100一般可沿着径向内和/或外接合区域I，O使用一个或更多支承表面来稳定各个接合区域I或O。例如图2A中可见，体102a的径向内配合表面194包括阶梯部分201，该阶梯部分201在环104a的径向内配合表面196下延伸。阶梯部分201规定横向延伸表面202，该横向延伸表面202向上朝径向内接合区域I。此外，冷却通道环104a的径向外配合表面192规定有垂直延伸表面204的第二阶梯部分203。横向延伸表面202和垂直延伸表面204一般可分别各自支持径向内和外接合区域I，O，分别为体102和环104a之间的接头提供支承。而且，表面202,204同样可禁止(或完全防止)焊接飞溅侵入冷却通道108，例如并且因此防止焊接飞溅依附至冷却通道108的内表面。

现在谈到图3，示出体102的径向外配合表面144，该径向外配合表面144包括规定横向延伸表面206的阶梯部分208。表面206一般可支承径向外接合区域O和/或可防止或禁止焊接飞溅侵入冷却通道108。而且，提供飞溅捕捉器170，该飞溅捕捉器170一般在焊接运行期间收集焊接飞溅，因此最小化或完全防止任何焊接飞溅到达冷却通道108。更加特殊的是，飞溅捕捉器170一般在焊接地点后方规定未填充的体积或腔洞171，以致从例如在图3中纵向朝下方向冲击的激光束和/或接头喷溅出来的焊接飞溅一般可收集在飞溅捕捉器170的腔洞171内。

图3示出的示例性冷却通道环104c同样包括咬边部分400以致冷却通道108的上部径向向内延伸的比冷却通道108的内表面108’还远。在径向内焊接接头和接合区域I位于燃烧碗120内的构造中，可简化例如通过加工环104c形成咬边400。制造所述形状可更加简单，因为咬边400位于更能让工具，例如加工工具，接近的环104c地区这个事实。因此，咬边400可更易于形成于冷却通道环104c，与可例如由加工工具，对冷却通道108的接近更加严格的体102c相对。

而且，如图2B所示，在另一示例性途径中咬边部分400’可形成于冷却通道环104b以致咬边部分400’在冷却通道108的径向外部。

活塞100在环岸地区包括径向外接合区域的情况下，例如图2A和2B所示，可提供环***300(见图2B)来加强环槽108的强度并且在那里提高活塞环(未示出)的保持力。而且，由环***300提供的增强的强度可对于由非钢材料，例如铝形成的活塞尤其有利。环***300可由任何便利的材料，例如金属材料形成。

在图1，2A，2B和3各自示出的示例中，燃烧碗表面120可大体平滑的通过环104和体102之间的接合，例如径向内接合区域I和/或径向外接合区域O，因此最小化表面120的中断和/或不连续。例如，在图2A和2B的示例中，没有焊接接头出现在燃烧碗120内并且因此燃烧碗相对平滑。另一方面，在图3示出的示例中，燃烧碗在环104和体102之间包括接头，在活塞组件100的形成中使用的焊接和/或加工运行一般可尝试减少燃烧碗表面120的表面不平整。最小化所述中断或不连续一般可在正常的长期运行期间减少体102和环104之间沿着接合区域I的接合处的破裂或其他松弛。因此，燃烧碗表面120的任何缺点或不足，例如因为发生在使用活塞组件100的发动机运行期间的磨损，可最小化。

现在转向图4，示出另一示例性活塞组件100d，该活塞组件100d包括体102d和冷却通道104d。冷却通道104d分别规定径向内和外配合表面452，454。冷却通道104d的内和外配合表面452，454与活塞体102d相对应的径向内和外配合表面456，458啮合。内和外配合表面452，454，456，458各自相对于活塞组件100d在大体垂直的方向对齐，即大体平行于活塞组件100d的纵轴D-D。冷却通道环104d可在由体102d的径向内和外配合表面456，458形成的渠道内接收。随后，冷却通道环104d可连接至体102d，例如通过沿着由径向内配合表面452，456规定的径向内接合区域I激光焊接，并且同样沿着由径向外配合表面454，458规定的径向外接合区域O激光焊接。

如上所述，冷却通道环104d最初可在体102d的径向内和外配合表面456，458之间规定的渠道内被接收。冷却通道环104d可由横向延伸的支承表面460，462支承，允许冷却通道环104d在冷却通道环104d和体102d有任何连接运行之前在体102d的径向内和外配合表面456，458之间规定的渠道内安置。更加特殊的是，横向延伸的支承表面包括径向内支承表面460和径向外支承表面462。支承表面460，462一般各自相对于活塞组件100d在横向延伸，即在与活塞组件100d的轴D-D大体垂直的方向。

在以示例性途径中，冷却通道环104d可用激光焊接过程焊接至体102d。在所述示例中，支承表面460，462各自可禁止或防止激光焊接运行中形成的焊接飞溅进入冷却通道108。更加特殊的是，可凭借横向延伸的支承表面460，462防止焊接飞溅到达冷却通道108，该横向延伸的支承表面460，462一般将配合表面452，454，456和458自冷却通道108横向分隔和/或分隔自配合表面452，454，456和458进入冷却通道108的入口。此外，支承表面460，462与冷却通道环104d的后侧表面464合作形成波动或曲径，该波动或曲径禁止焊接飞溅到达冷却通道108。

现在转向图5，示出另一示例性活塞组件100e，该活塞组件100e包括体102e和冷却环104e。冷却环104e分别规定径向内和外配合表面552，554。冷却环104e的内和外配合表面552，554与活塞体102e相对应的径向内和外配合表面556，558啮合。活塞组件100e的内配合表面552，554相对于活塞组件100e的纵轴E-E大体平行对齐，同时径向外配合表面556，558大体垂直于轴E-E对齐。冷却通道环104e可置于体102d上以致配合表面552，554分别与体102e相对应的配合表面556，558对齐。随后，冷却通道环104e可连接至体102e，例如通过沿着由径向内配合表面552，556规定的径向内接合区域I激光焊接，并且同样沿着由径向外配合表面554，558规定的径向外接合区域O激光焊接。

冷却通道环104e可包括垂直延伸的支承580，该垂直延伸的支承580在相对于活塞组件100e径向向外的对立面规定垂直延伸的支承表面582。此外，活塞体102e可规定横向延伸的支承584，该横向延伸的支承584规定横向延伸的支承表面586。

在一示例性途径中，冷却通道环104e可用激光焊接过程焊接至体102e。在所述示例中，支承表面582，586可各自禁止或防止激光焊接运行形成的焊接飞溅进入冷却通道108。更加特殊的是，焊接飞溅可凭借垂直延伸的支承表面582防止或禁止从径向外接合区域O到达冷却通道108，该垂直延伸的支承表面582一般将配合表面554，558自冷却通道108的入口垂直分隔。类似地，径向内接合区域I的焊接飞溅可通过横向延伸的支承表面586防止或禁止到达冷却通道108。体102e的支承表面586可与冷却通道环104e的后侧表面588合作形成位于配合表面552，556和冷却通道108之间的波动或曲径，因此禁止或防止焊接飞溅从径向内接合区域I到达冷却通道108。此外，冷却通道环104e的支承表面582可与体102e的后侧表面590合作形成位于配合表面554，558和冷却通道108之间的波动或曲径，因此禁止或防止焊接飞溅从径向外接合区域O到达冷却通道108。

在图1，2A，2B，3，4和5示出的各个示例性例证中，活塞体102和冷却通道环104可在焊接操作中(例如激光焊接)确定或固定连接至彼此。在一示例性例证中，活塞体102和冷却通道环104沿着径向内和外接合区域I，O确定至彼此。激光焊接可允许焊接工具沿着活塞100的外表面在接合区域I，O附近形成一般平滑的表面。这可尤其有利于在接头位于燃烧碗120的情况下提供相对平滑的燃烧碗表面120，并且可因此减少随后加工外活塞表面例如燃烧碗表面120的任何需要。在一示例性例证中，最多可在与连接体102和冷却通道环104相关的焊接过程之前和/或之后需要极小的加工运行。而且，在一些示例中可不需任何加工。

激光焊接运行一般可允许在体102和环104之间形成固体金属焊接然而同样最小化相关热影响区的尺寸。更加特殊的是，焊接激光一般可用于在径向内接合区域I和/或径向外接合区域O扩大热影响区，该热影响区可包括或直接邻近体102和环104的配合表面，因此沿着接合区域I，O的配合表面焊接体102和环104为一体。

示例性热影响区(HAZ)600，602在图1分别在径向内和外接合区域I，O示出，如阴影区域指示。HAZ600，602一般可代表区域，在该区域内冷却通道环104和体102的材料熔化或不然被影响连接至两个部件。如在图1中最好的看出，热影响区600，602一般可规定越延伸进接头越变窄的宽度，该宽度一般与激光对影响材料越来越小的能力相对应，该材料横向阻隔激光往接头越来越深的方向移动。

使用激光焊接过程连接环104和体102时，焊接激光一般可用于连续的焊接过程，该连续的焊接过程大体关于接合区域I和/或O的整个周边延伸，以致焊接大体关于整个活塞100延伸。可供选择地，一系列非连续的焊接可沿着接合区域I和/或O的周边范围进行。

用于连接体102和冷却通道环104的激光焊接运行与其他焊接方法例如摩擦焊接相比可有数个优点。激光焊接运行通常导致相对较小的热影响区，有时仅有几毫米小。不过，热影响区可有利的包括体102的配合表面和环104相对应的配合表面，如将在下面进一步描述。此外，激光焊接几乎可在活塞100任何能被冲击的激光束接近的位置发生。因此，激光焊接运行可在活塞100选择体102和环104之间接合区域的位置时允许很大的灵活性，例如径向内和外接合区域I，O。

相比之下，已知的摩擦焊接方法一般要求要连接的部件的配合表面与焊接和/或活塞轴正交。更加特殊的是，要摩擦焊接为一体的表面一般必须在摩擦焊接过程期间与相关的焊接部件运动的方向正交对齐，该方向通常平行于活塞轴。此外，用于驱使部件摩擦焊接为一体的极大压力要求对要焊接的表面相对应的极大程度的支承以便防止在焊接期间对部件的损坏。最后，摩擦焊接需要求该部件旋转对称以便允许通过高速旋转连接圆柱形部分。相比之下，激光焊接过程不要求活塞部件，例如体102和环104，承受极大的作用力，例如那些在摩擦焊接过程中的作用力。此外，激光焊接过程不要求旋转对称因为在激光焊接过程中没有一部分需要移动或旋转。事实上，可使用不对称或偏心的接合区域，例如导致不对称的燃烧碗(未示出)。

冷却通道108可有利的规定一个或更多开口(未示出)，该开口允许气体在激光焊接过程中漏出。在任何出现在冷却通道108内的气体或空气趋向快速扩散时，提供至少一个开口可在焊接过程中有益。开口可因此防止对冷却通道10和因为气体或空气的扩散对活塞100相邻表面的损坏。而且，扩散气体的“小孔效应”可损坏沿着接合区域I，O的焊接。更加特殊的是，由于焊接密封冷却通道108，扩散的气体将趋向于通过在材料充分硬化之前从熔化的材料中漏出来损坏焊接区，除非为扩散的气体提供漏出的路径，例如通过开口。此外，开口可需要允许冷却剂，例如油，在运行期间循环通过冷却通道。而且，任何开口可同样允许在激光焊接过程中去除焊接飞溅，如在下面将进一步描述。在一示例性例证中，一个或更多开口，例如开口150提供在冷却通道108的下表面，因此允许开口在活塞100运行期间作为油/冷却循环进口或出口使用。

示例性活塞100的活塞体102和冷却通道环104可由任何便利的材料构成，例如能接受激光焊接的材料。仅作为示例，可使用任何可接受激光焊接的含金属混合物。在一示例性例证中，体102和冷却通道环104由同样的材料形成，例如铝。在另一示例中，体102和冷却通道环104各自由钢材料形成。而且，体102和冷却通道环104需要不由同样的材料形成。因此，用作部件的材料可更紧密的适用于一般要求以及与之有关的运行条件。仅供示例，活塞体102可包括与冷却通道环104不同的机械性能，例如软化点，抗拉强度或缺口韧性。可使用任何便利的材料或组合于体102和冷却通道环104。仅供示例，体102和/或冷却通道环104可由铝材料，钢材料，铸铁，复合材料，或粉状金属材料。体102和/或冷却通道环104同样可由不同的过程形成，例如体102一般可为单独铸件，然而冷却通道环104可为锻造。可使用任何便利的材料和/或形成的组合。如上所述，一定材料的选择，例如用铝制造体102和冷却通道环104，可有益于在这里描述的特性，为例如活塞环***300和/或在活塞100的一个或两个接合区域I，O的支承表面提供增加的局部硬度或强度。

在确定体102和环104为一体之前，例如通过激光焊接，体102和环104可以确定但不永久的方式预组装。例如，可在两个部件之间使用热压配合或过盈配合。在一示例中，体102置于升高的温度中，开始热膨胀直至足以允许环104***体102。冷却体102至较低温度时，体102的热膨胀反转，因此限制环104在位置上。在另一示例性例证中，体102和环104由具有不同热膨胀系数的材料形成，以致对两个部件供热导致体102更大程度的热膨胀，允许环104的***。

可供选择地或除了如上所述的热压配合或过盈配合，可提供小的焊钉来在例如通过激光焊接过程永久的连接体102和环104之前进一步确定体102和环104为一体。

如上所述，激光焊接过程可有利地在要焊接为一体的部件允许较小的热影响区，例如仅有几毫米。但是，相对较小的热影响区可同样导致热影响区或焊接附近的材料内极端的温度梯度。因此，可因为极小距离的材料中极大的温度变化导致破裂扩大。因此可取的是通过预热焊接部件来减少该梯度，例如在熔炉中或通过电磁感应。在一示例性例证中，体102和环104均加热至约200到600摄氏度。

各种类型的激光焊接***都可用作示例性激光焊接过程的一部分。例如，可使用固态，磁盘，二氧化碳，或光纤激光。二氧化碳激光***众所周知并且可因此比，例如最近发展起来的光纤激光***在大型制造环境中更常见。但是，二氧化碳激光过程同样通常要求大型机械，该大型机械不能例如在制造设备周围轻易的移动，而固态激光可使用于任何光纤或导光介质可延伸到的地方。

通常，较厚的焊接接头可要求较高功率的激光来适当的熔化要连接的材料。在一示例性例证中，6毫米(mm)厚的要连接的材料用6千瓦(kW)激光以2.0米每分钟的进给速度充分焊接，使用300-400微米宽或厚的束。

在另一示例性例证中，可使用多重激光束来完成激光焊接过程。更加特殊的是，可使用两束激光一起在活塞100的接合区域I或O移动，一束激光跟在另一束激光后面。激光的功率一般可均分在两束激光。在一示例中，激光束之间可使用0.2-0.5毫米的间隔。在另一示例中，使用0.39毫米的间隔。激光束的焦距可约在150-400毫米之间并且在一示例中约为300毫米。而且，可使用激光的功率电平约为3.5kW-6.0kW,并且进给速度(即激光束在焊接运行期间沿着接合区域I和/或O移动的速度)为1.0-2.0米/秒。

焊接体102和环104为一体后，任何焊接飞溅可从冷却通道108去除。在一示例性例证中，可使用高压冲刷运行，指流体在高压下循环通过冷却通道108。如上所述，在冷却通道108的内表面上使用涂层，例如碳涂层可促进焊接飞溅的去除。上述关于活塞100的示例性支承表面一般可减少去除焊接飞溅的需要，并且在一些情况下可完全排除该需要。

现在转向图6，示出制作活塞组件的示例性过程600。过程600可从阻塞602开始，该阻塞602提供活塞体。例如，可如上所述形成活塞体102，例如通过铸造，锻造，或加工过程，仅供示例。而且，活塞体102可包括径向内和外表面，例如，如上所述的活塞组件100a，100b，100c，100d，或100e。过程600可以随后发生在阻塞604中。

在阻塞604中，冷却通道环可被组装到体中。例如，如上所述可以形成一个通道冷却环104，例如通过铸造，锻造，或加工过程，仅供示例。而且，冷却通道环104可包括径向内和外配合表面，该径向内和外配合表面与活塞体102的径向内和外配合表面相对应。在一些示例性途径中，环104可通过一种方式组装至体102来促进确定环104相对于体102的定位，而不会永久的确定两个部件为一体。例如，可使用热压配合，例如通过升高体102的温度至充分高的温度以致环104配合进入体102，或反之亦然。而且，可在体102和环104之间使用相对较小的机械系牢，例如焊钉。此外，如上所述环104可用与体102同样或不同的材料形成。接着过程600可进入阻塞606。

在阻塞406，体102可沿着至少一个接合区域连接至环104。例如，如上所述在一些示例性途径中，可使用激光焊接沿着径向内接合区域I和/或径向外接合区域O连接环104和体102相对应的配合表面。至少一个冷却通道环104和体102可预热，例如来促进环104和体102的预组装，并且因为激光焊接过程减少环104和/或体102内的温度梯度。

进入阻塞408，可在冷却通道环104和/或体102的配合表面附近提供至少一个支承表面。仅供示例，如上所述的活塞组件100a的表面202和/或204，活塞组件100c的表面206，活塞组件100d的表面460，462，和活塞组件100e的表面582，586一般可部分规定折径或曲径，和/或波动，该折径或曲径，和/或波动一般禁止冷却通道环104和/或体102的配合表面附近的焊接飞溅到达冷却通道108。

在一些示例中，焊接飞溅随后可从活塞去除，并且尤其是从冷却通道108去除，例如通过在激光焊接之前置于冷却通道108内的耐热材料或耐火材料“抓住”飞溅，或通过使用高压冲刷运行来移除和去除任何依附在冷却通道108内表面的焊接飞溅。不过，支承表面可禁止或完全消除冷却通道108内产生的焊接飞溅，在一些示例中减少或消除去除焊接飞溅的需要。

在这里公开的示例性活塞100可使用在小和大孔径应用中，一般没有限制。减少闪光材料和焊接接头尺寸可有利地允许活塞100有较小的综合几何形状。可减少压缩高度，即活塞直径与上表面110和由销毂105规定的孔心之间的距离的比率。在一示例性例证中，活塞100的压缩高度可约为25﹪到55﹪(与可比较的摩擦焊接设计已知约为55﹪到70﹪的压缩高度相比)。最小化或使焊接闪光不存在同样可促进碗的几何形状变浅。最后，较小的压缩高度减少活塞100的尺寸和重量，允许综合较小的发动机组和较小的部件，允许在发动机组周围的车辆包装有更大的自由。压缩高度最小化时同样可使用较长的连接杆，在发动机运行期间减少发动机孔上的横向压力。这样可相应的减少活塞100和孔之间的摩擦，提高发动机效率。

此外，活塞组件100同样可忍受增加的燃烧压力峰值，因为活塞组件100的硬度和另外材料选择的灵活性。制造花费同样可减少，因为可在一些示例性例证中使用的简化的锻造和焊接过程。

关于在这里描述的过程，***，方法，试探等等，尽管描述的所述处理的步骤等等根据某些有序的顺序发生，需要理解的是所述处理可为描述的步骤按顺序进行实践而非按这里描述的顺序。进一步需要理解的是某些步骤可同时进行，可增加其他步骤，或者在这里描述的某些步骤可省略。换句话说，在这里的处理的描述提供的目的是说明某些实施方式，并且绝不可被解释以限制申请权利要求的本发明。

因此，需要理解的是上述描述意为说明性而非限制性。阅读上述描述时需提供许多实施方式和应用而不是示例。本发明的范围不应关于上述描述确定，反而应关于所附权利要求确定，所述权利要求享有该范围和其对等物的全部范围。预料到和意味着的是在这里讨论的工艺会发生进一步的发展，并且揭露的***和方法将并入所述未来的实施方式。总而言之，需要理解的是本发明可以改进和变化并且仅受以下权利要求限制。

权利要求中使用的所有术语在被本领域技术人员理解时意为其最宽广且合理的解释和其平常的意思，除非在这里给出明确指示反面。特别地，单个冠词例如“一”，“这”，“这”等的使用应读出以列举一个或更多指示的元件，除非权利要求对反面列举明确的限制。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

提供活塞体，该活塞体规定活塞轴和至少一部分上燃烧碗表面，所述活塞体形成冷却通道的下表面，所述体包括径向内和外体配合表面；

组装冷却通道环和所述活塞体，所述冷却通道环包括径向内环配合表面和径向外环配合表面；

沿着径向内接合区域激光焊接所述体至所述冷却通道环，所述径向内接合区域包括所述体和冷却通道环的所述径向内配合表面；并且

沿着径向外接合区域激光焊接所述体之所述冷却通道环，所述径向外接合区域包括所述体和所述冷却通道环的所述径向外配合表面；

其中至少一个所述配合表面包括阶梯部分，该阶梯部分支承所述冷却通道环和所述活塞体之间相邻的接合区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光焊接包括指示焊接激光器大体平行于所述活塞轴朝向所述体和冷却通道环的一个所述径向内和径向外配合表面。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光焊接包括指示焊接激光器朝向所述体和冷却通道环的所述径向内和径向外配合表面的方向，所述方向相对于所述活塞轴规定不平行的角度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述活塞体包括裙，该裙设置为与发动机膛壁接合。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述激光焊接之前加热至少一个所述体和所述冷却通道环。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述阶梯部分包括飞溅捕捉器，该飞溅捕捉器设置为接收焊接飞溅，所述飞溅捕捉器在与一个径向内和外接合区域相关的焊接地点附近规定闭合的体积。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述活塞体和冷却通道环分别由铝材料形成。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述径向外接合区域在平行于所述活塞轴的方向延长。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在至少一个所述配合表面附近提供至少一个支承表面。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述支承表面在所述至少一个所述配合表面和所述冷却通道之间规定至少一部分曲径。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述支承表面设置为禁止焊接飞溅到达所述冷却通道。

12.一种活塞组件，包括：

活塞体，该活塞体规定活塞轴和至少一部分上燃烧碗表面，所述活塞体包括裙并且形成冷却通道的下表面，所述体包括径向内和外体配合表面；和

冷却通道环，该冷却通道环包括径向内环配合表面，该径向内环配合表面沿着径向内接合区域接触所述径向内体配合表面，所述冷却通道环包括径向外环配合表面，该径向外环配合表面沿着径向外接合区域接触所述径向外体配合表面以致所述冷却通道大体上闭合；

其中所述活塞体和冷却通道环沿着所述径向内和外接合区域焊接为一体；并且

其中至少一个所述配合表面包括阶梯部分，该阶梯部分在所述冷却通道环和所述活塞体之间支承相邻的接合区域。

13.根据权利要求12所述的活塞组件，其中所述体规定所述燃烧碗表面的径向外部并且所述环规定所述燃烧碗表面的径向内部。

14.根据权利要求12所述的活塞组件，其中所述体规定所述燃烧碗表面的整体部分。

15.根据权利要求12所述的活塞组件，其中所述阶梯部分包括设置为接收焊接飞溅的飞溅捕捉器。

16.根据权利要求15所述的活塞组件，其中所述飞溅捕捉器在与一个径向内和外接合区域相关的焊接地点附近规定闭合的体积。

17.根据权利要求12所述的活塞组件，进一步包括在活塞环槽内接收的环***，所述环***规定设置为保留活塞环的腔洞。

18.根据权利要求12所述的活塞组件，其中所述活塞体和冷却通道环分别由铝材料形成。

19.根据权利要求12所述的活塞组件，其中指示一个所述冷却通道环和所述活塞体在至少一个所述配合表面附近规定支承表面。

20.根据权利要求19所述的活塞组件，其中所述支承表面在所述至少一个所述配合表面和所述冷却通道之间规定至少一部分的曲径。