一种贵金属火花塞电极的激光焊接方法.pdf

一种贵金属火花塞电极的激光焊接方法，电极基体材料的的端面为平面，且基体材料的熔点低于贵金属材料，将贵金属材料直接放在基体材料电极端面平面上，通过普通电阻焊使贵金属固定在电极端面平面上，利用激光脉冲从材料顶部对材料进行微小区域内的局部加热，使得贵金属和基体材料端面平面分别按照不同的时序熔解，首先由安放贵金属的电极端面平面的中心部分逐步熔化，在端面平面的中心部分形成向内凹的熔池；贵金属将落入所形成的熔池内；再继续加热，贵金属在所形成的熔池内熔解，并与已经熔解的基体材料熔焊在一起；再将熔焊在一起的

1、  一种贵金属火花塞电极的激光焊接方法，其特征在于：火花塞用于与贵金属焊接的电极基体材料的端面为平面，且用于安放贵金属材料的基体材料的熔点低于贵金属材料，将贵金属材料制作成片状或采用贵金属丝直接放在安放贵金属材料的基体材料电极端面平面上，通过普通电阻焊使贵金属固定在电极端面平面上，利用高能量的激光脉冲从材料顶部对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，使得贵金属和安放贵金属的电极端面平面分别按照不同的时序熔解，首先由安放贵金属的电极端面平面的中心部分在激光照射后通过热传导被逐步熔化，在安放贵金属的电极端面平面的中心部分形成向内凹的熔池；此时贵金属将落入安放贵金属的电极端面平面所形成的熔池内；再继续加热，使得贵金属在安放贵金属的电极端面平面所形成的熔池内熔解，并与已经熔解的安放贵金属的电极端面平面所形成的熔池内的安放贵金属的电极端面平面基体材料熔焊在一起；再将熔焊在一起的贵金属在冷却后，通过普通机加工对其进行整形加工，使表面平整、压实，形成贵金属与普通材料复合的火花塞电极。

2、  如权利要求1所述的贵金属火花塞电极的激光焊接方法，其特征在于：所述的焊接方法可以同时应用于中心电极和/或侧电极的贵金属焊接。

3、  如权利要求1所述的贵金属火花塞电极的激光焊接方法，其特征在于：所述的贵金属包括铂、铱贵金属片状结构等形式。

4、  如权利要求3所述的贵金属火花塞电极的激光焊接方法，其特征在于：所述的片状结构是采用焊接后压平成型。

5、  如权利要求4所述的贵金属火花塞电极的激光焊接方法，其特征在于：所述的焊接后压平成型具体工序是：中心电极电阻焊接-激光焊接-压平-车成。

6、  如权利要求4所述的贵金属火花塞电极的激光焊接方法，其特征在于：所述的焊接后压平成型具体工序是：侧电极上的片状贵金属结构与中心电极片状结构一样，生产工艺只是无须普通机加工的车成工序，只需中心电极电阻焊接-激光焊接-压平即可。

一种贵金属火花塞电极的激光焊接方法
技术领域
本发明专利涉及一种火花塞电极的制作方法，尤其是指一种通过激光焊接制作贵金属火花塞电极的方法。主要用于各种贵金属火花塞中心电极的生产制作工艺中。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展和人们对环境意识的不断提高，顾客对汽油机点火核心零件一火花塞的要求也日益提高，主要体现在点火可靠性、产品的使用寿命以及其对点火高电压的要求。为此，近十年来我公司借鉴国外同行业先进技术，在国内首先推出了铂金火花塞和铱金贵金属火花塞。但贵金属火花塞的焊接作为该项目的一个关键技术多年制约着该类产品的快速发展。
中国专利ZL90105644，公开了一种发明名称为“一种火花塞镍铜电极制造方法”，该专利主要技术为“镍铜材料复合技术——火花塞镍铜复合电极制造，系采用机械方法将铜芯插入镍棒，并伴之以机械、物理、化学方法使镍铜紧密结合成实芯的镍铜复合体。复内部为导热性能很好的铜芯，而外层则为抗高温、耐化学腐蚀能力很强的镍保护层。”该专利显然没有解决贵金属作为中心电极的焊接问题。中国专利ZL 97191027.8也公开了一种发明名称为“用于内燃机火花塞的电极和其制造方法”的相关专利，该专利提出了一种“用于内燃机火花塞的电极具有一种在电极上覆置的抗磨防护层，其特征在于：为了电极的涂层，设置一个激光装置作为热力源；该抗磨防护层是在应用粉末形状的涂层材料条件下可借助激光粉末涂层工艺在一个工作步骤中覆置的。”该专利虽提出了抗磨防护层增加焊接性能的方法，但操作起来十分的不便，很难掌握，因此不具备实用性。中国专利ZL 01807145也公开了一种发明名称为“用于制造火花塞电极的方法”的相关专利，该专利提出了一种“描述了一种用于连接火花塞电极(1，1′)与贵金属(2)的方法。在该方法中，将贵金属(2)通过借助连续工作的激光束(3)产生的热量输入与电极(1，1′)连接。”该项专利系国外公司在我国申请的专利，虽说在专利中提出了利用激光焊接贵金属的方法，但从所公开的方法来看，主要是强调由周边向中心发射连续激光。将贵金属一部分插入中心电极的一个孔中，通过向中心电极插有贵金属孔的侧面发射激光，使中心电极插有贵金属孔周边的边界区域部分或全部熔解来进行焊接，实践证明该种侧面激光焊接方法的质量仍不是很好。尤其是贵金属与周边的金属相熔后，极易出现贵金属致密性不均匀的现象，从而影响焊接的整体质量。而且采用该种激光焊接方法，需要对中心电极先进行孔的加工，再将贵金属放入孔中，工艺较为复杂，保证加工精度的难度很大，因此很有必要对此进一步加以改进。
发明内容
本发明的目的在于：为了克服现有火花塞的贵金属电极制作方法的不足，本发明提供一种新的火花塞的贵金属电极激光焊接制作方法，该方法所制作的火花塞电极，可以有效降低激光焊接时在贵金属底部形成间隙的现象。所焊接出来的火花塞不仅点火更可靠(提高燃气利用率)，而且很少的材料就可以满足甚至超出普通火花塞寿命(一般可达到普通产品的3倍)，同时由于点火面积小可有效的降低点火电压，适应近年来汽车高输出，低油耗和低污染的要求。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种火花塞的电极制作方法，火花塞用于与贵金属材料焊接的电极基体材料的端面为平面，且用于安放贵金属材料的基体材料的熔点低于贵金属材料，将贵金属材料制作成片状或采用贵金属丝直接放在安放贵金属材料的基体材料电极端面平面上，先通过普通电阻焊使贵金属固定在基体材料电极端面平面上，再利用高能量的激光脉冲从贵金属材料顶部对贵金属材料和基体材料电极端面中心部位进行微小区域内的局部加热，并让激光辐射的能量通过热传导向贵金属材料的内部扩散，使得贵金属材料和安放贵金属材料的基体材料电极端面平面因熔点的不同而分别按照不同的时序熔解，首先由安放贵金属材料的基体材料电极端面平面的中心部分在激光照射后通过热传导被逐步熔化，在安放贵金属材料的基体材料电极端面平面的中心部分形成向内凹的熔池；此时贵金属材料将落入基体材料电极端面平面所形成的熔池内；再继续加热，使得贵金属材料在基体材料电极端面平面所形成的熔池内熔解，并与已经在基体材料电极端面平面所形成的熔池内熔解的基体材料熔焊在一起；再将熔焊在一起的贵金属材料和基体材料在冷却后，通过普通机加工对其进行整形加工，使表面平整、压实，形成贵金属与普通基体材料复合的火花塞电极。
该类产品主要为焊接贵金属片或丝等形式，其中，中心电极是采用焊接后，再平整、压实，再车削成型，具体工序是电阻焊接-激光焊接-压平-车成；侧电极上的片状贵金属结构与中心电极片状结构一样，生产工艺只是无须车成工序。
本发明的突出优点在于：本发明是利用了高熔点金属或两种不同金属的熔点不同，从电极焊接的顶部进行激光照射，进行激光焊接的；这种激光焊接光斑小，热变形小，焊接过程工件无须接入电回路。火花塞中心电极和侧电极上焊接铂铱金也是同样利用该原理和贵金属与镍材的互熔性，在保证外观尺寸的前提下使贵金属和镍材完全熔和达到焊接效果。
附图说明：
图1是一种铂铱金火花塞的中心极结构示意图
图2是本发明火花塞中心电极激光焊接示意图；
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
附图1为一种铂铱金火花塞的中心极结构示意图，从附图可以看出火花塞中心电极和侧电极的外型及结构变化。一般普通火花塞的中心电极1和侧电极2的材料均为镍材，其熔点为1400多度，为保证产品使用寿命，汽车用的普通火花塞中心电极直径为Φ2.54mm，侧电极的宽度为2.6mm以上，即跳火面的直径为Φ2.54mm。而铂铱金火花塞的中心电极1和侧电极2采用比原镍材上焊接高熔点的贵金属材料(铂熔点1700多度，铱熔点2400多度)，良好的贵金属导电性材料一般采用Φ1.1mm厚度0.2mm薄片(见图1)。
本发明的特点在于所述的激光焊接与常规的激光焊接不一样，其焊接工艺如附图2所示，从附图2可以看出，本发明为一种火花塞的电极制作方法，火花塞用于与贵金属材料焊接的电极基体材料3的端面4为平面，且用于安放贵金属材料的基体材料3的熔点低于中心电极1的贵金属材料，将中心电极1的贵金属材料制作成片状或采用贵金属丝直接放在安放贵金属材料的基体材料电极端面平面4上，先通过普通电阻焊使中心电极1的贵金属材料固定在基体材料电极端面平面4上，再利用高能量的激光脉冲5从中心电极1的贵金属材料顶部对中心电极1的贵金属材料和基体材料3电极端面4中心部位进行微小区域内的局部加热，并让激光辐射的能量通过热传导向贵金属材料的内部扩散，使得中心电极1的贵金属材料和安放贵金属材料3的基体材料电极端面平面4因熔点的不同而分别按照不同的时序熔解，首先由安放贵金属材料的基体材料电极端面平面4的中心部分在激光照射后通过热传导被逐步熔化，在安放中心电极1的贵金属材料的基体材料3电极端面平面4的中心部分形成向内凹的熔池；此时中心电极1的贵金属材料将落入基体材料电极端面平面所形成的熔池内；再继续加热，使得中心电极1的贵金属材料在基体材料电极端面4平面所形成的熔池内熔解，并与已经在基体材料3电极端面平面4所形成的熔池内熔解的基体材料3熔焊在一起；再将熔焊在一起的贵金属材料和基体材料在自然冷却后，通过普通机加工对其进行整形加工，使表面平整、压实，形成贵金属与普通基体材料复合的火花塞电极。
该种焊接方法可以同时应用于中心电极和/或侧电极的贵金属焊接；所述的贵金属包括铂、铱贵金属片状结构等形式。所述的片状结构是采用焊接后压平成型，具体工序是：中心电极电阻焊接-激光焊接-压平-车成；侧电极上的片状贵金属结构与中心电极片状结构一样，生产工艺只是无须普通机加工的车成工序，只需中心电极电阻焊接-激光焊接-压平即可。