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CN100409518C - 用于连接火花塞电极与贵金属的方法及火花塞电极 - Google Patents

用于连接火花塞电极与贵金属的方法及火花塞电极 Download PDF

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Abstract

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。

Description

用于连接火花塞电极与贵金属的方法及火花塞电极
技术领域
本发明涉及一种用于连接火花塞电极与贵金属的方法及一种火花塞电极。
背景技术
从现有技术中已经长时间知道带有电极、如中间电极的火花塞，其中，在中间电极的前端部设置有一个贵金属尖或沿圆周在一个区域内设置有贵金属。
因此，例如在EP 0 637 113 B1中描述了一种带有中间电极的火花塞，该中间电极具有耐热和耐腐蚀的镍合金，中间电极的前端部带有由铱或钌制成的贵金属尖。镍合金的导热能力是约30Wm-1K-1或更大。在该文献中，贵金属尖具有盘形的形状并且与电极金属的前端部同心安置。
通过使用例如YAG-激光器使得激光射线施加在电极金属的贵金属尖/前端部的边界面上，贵金属尖通过相应的力被压紧在应附着有贵金属的电极金属前端部上。
从EP 0 400 950 B1中得知一种火花塞制造方法，其中制成一个铱粉压坯，它形成火花塞中间电极的点火尖。该铱粉压坯在一个真空中或在非氧化或还原的气氛中烧结，点火尖与中间电极前端部通过冶金方式连接。这种冶金方式的连接可以例如通过使用电子束焊接或激光焊接来实现。
同样，US 5,811,915和DE 196 41 856A1描述了在火花塞电极、如接地电极或中间电极上设置贵金属小块。按照该文献，贵金属小块的安置通过激光焊接、确切地说借助ND:YAG-激光器来实现。
同样EP 0 575 163 B1也描述了将贵金属小块焊接在火花塞的中间电极上，其中，焊缝位于贵金属小片与中间电极端面之间的交界面圆周上。这里，采用YAG-激光器焊接。
在US 4,963,112中也公开了将贵金属小片固定在火花塞电极上，该固定也通过激光焊接实现。在此描述了优选使用脉冲式激光。
同样，US 5,461,210，EP 0 588 495 B1和EP 0 587 446 B1描述了将贵金属小块安置在火花塞电极上。在此也总是使用脉冲激光束来焊接贵金属小块。
在所有这些从现有技术中已知的将贵金属小块或其它形状的贵金属安置在火花塞电极上的方法中共同的是，借助脉冲激光来实现。
在这种借助脉冲激光束源的连接方法中，待相互固定的材料、即电极和贵金属被不连续地熔化并且再凝固。这就意味着，不产生连续的熔池。
通过使待连接材料不断地熔化并且再凝固，只能有条件地使熔化区充分混合、即实现均匀的合金分布。因此在连接区内产生了相对较高的形成裂纹的倾向，所以，这类作为所谓“长寿命火花塞”使用的火花塞的耐用度最终受到贵金属/电极合金连接的相对较低的耐疲劳强度的限制。
通常用镍合金作为电极材料。通过借助脉冲激光束连接会产生不希望的、富含镍因而对侵害和腐蚀的抵抗能力较低的合金区域。
由于不能产生连续的熔化区域，而是材料被一再地熔化和凝固，因此，借助脉冲激光束焊接的、安置有贵金属的电极的表面非常不规则。因此，该表面在焊接后必须进行再处理。
发明内容
根据本发明，提出了一种用于连接一个火花塞电极与一种贵金属的方法，其中，将该贵金属通过借助一个连续工作的激光束产生的热量输入局部地与该电极连接，将该贵金属与所述电极在一个连接区域中连接，并且，所述激光束定向在该连接区域上，其中，该贵金属不是全部熔化，而是只在该连接区域中熔化。
根据本发明，还提出了一种按照上述方法制成的火花塞电极。
相比而言，在所建议的具有上述方案的用于连接火花塞电极与贵金属的方法中，贵金属借助连续工作的激光束局部地熔化在电极上，这种方法的优点是，能够减少表面的不均匀性。同时，能够避免在全部或至少部分地溶化上的区内产生裂纹、气泡、缩孔和相应合金成分的变化，这些会削弱贵金属/电极材料的连接。因此，通过本发明方法能够提高构件在工作中的耐用度，因为能够避免或至少减小这样的薄弱位置。
通过接触区内的连接双方的均匀熔化避免了在使用脉冲激光束时的已知的凝固裂纹，由此，也能够避免沿裂纹的腐蚀作用并从而阻止连接的过早失效。这特别是在将火花塞用在发动机区域内时这是重要的。
此外，通过使用一个连续工作的激光器可以根据每种材料和所希望的连接方式调整熔化区区域的加热速度和冷却速度，由此也能够在连接区域内达到确定的金相成分。
此外，通过使用连续工作的激光器还可以使材料的可使用合金成分具有较宽的变化范围。因此，也可以通过优化材料的合金成分而实现耐用度的优化，并且，耐用度优化不是如迄今为止那样由脉冲激光器的良好的或有限的焊接适应性决定。
本发明的另一个优点是，可借助连续激光束获得的熔化区几何形状的频谱比在使用脉冲激光器时宽得多。
此外，能够达到更高的过程速度，这也使得节约了生产成本并且减小了待制造的构件的热负载。
因此，总结而言，总的来说改善了电极与贵金属之间的熔化区，这使得电极的耐用度提高并因而改善了火花塞产品的功能。
按照本发明的一个优选实施形式，贵金属填入物沿周边在一定宽度上呈带状地敷设在电极上。这样制成的电极例如可用于所谓的表面放电火花塞或空气表面放电火花塞中。
按照本发明的另一优选实施形式，贵金属填入物设置在中间电极的一个端面上。但在将贵金属填入物设置在中间电极的端面上时贵金属件最好应当不全部熔化，而是仅在其连接区域内融化。这样可以建成一个这样的火花塞电极，其具有由耐磨贵金属制成的尖。
如果按照本发明借助一个连续工作的激光束进行贵金属的安置，则除了Nd:YAG激光器或CO2激光器还可以使用二极管激光器。
按照本发明，贵金属既可以被这样安置在电极上，即它完全熔化并从而融合到电极内，或者贵金属也可以不全部熔化，而仅在边缘区域上熔化并且在该边缘区域内与电极连接。
本发明主题的有利结构和其它优点从说明书和附图中得出。
附图说明
在附图中示意地简化示出用于连接火花塞电极与贵金属填入物的方法的两个实施例，在以下的描述中详细阐述。图中示出：
图1一种连接方法的示意图，其中贵金属被送进到作为线材构成的电极上，
图2A和图2B分别示意示出另一种按顶式电极(Dachelektrode)方式连接电极与贵金属填入物的方法的一个方法步骤。
具体实施方式
图1举例描述了对一个电极的单级涂覆过程，即用于连接火花塞电极1与贵金属2的方法。本发明的贵金属2可以是一种纯的贵金属、或者也可以是适合于相应用途的所有贵金属合金。
图1特别表示了火花塞电极1的一个剖面，在此，该电极是一个中间电极，该电极在一个预先加工好的槽6中被充填了熔化上的贵金属2并且例如应用于表面放电火花塞或空气表面放电火花塞中。图1所示的对中间电极1的剖切是沿着槽6进行的。
按照本发明，使用一个连续的激光3用于熔化，在此，例如可以使用一个Nd:YAG激光器器或CO2激光器或二极管激光器。二极管激光器特别适合，因为它目前在投资和运行成本上都明显优于Nd:YAG激光器或CO2激光器。
在这里，贵金属2例如可以是铂，按照所示的优选实施形式，贵金属2作为线材被持续送进、借助连续的激光束3在预先加工好的槽6的区域内熔化在中间电极1上并且作为溶液填入槽6中，因此，贵金属2似乎卷绕在电极1上。
同时，中间电极1的原材料也被熔化，由中间电极1的少部分已熔化原材料与贵金属线材2的材料形成合金。
由于将贵金属2焊接上去的该制造过程连续进行，因而能够实现熔化区的均匀的充分混合并因而达到均匀的合金分布，这使得中间电极1的耐用度提高并且表面光滑。
此外能够达到较高的过程速度，由此，又实现了低成本的加工并且降低了构件、指中间电极1的热负载。
通过在整个熔化区区域上均匀地带入温度，能够比从现有技术中已知的脉冲激光方法产生较小的热应力，因此又进一步提高了中间电极1的耐用度。
表面质量的优化在产品上可以明显看出。显微照片也清楚地显示出焊接区特别是在充分混合方面被改善了。
在此，加热和冷却速度可以调节，由此大大抑制或减小了在熔化区域内和电极原材料内裂纹产生。由于加热和冷却速度的可变化也使得合金成分可以有一个宽的变化范围。
在图2A和2B中表示了另一种类型电极、即所谓顶式电极的制造过程。这里，使用一个连续工作的激光束(连续波或CW-激光)、最好是Nd:YAG激光器用来焊接贵金属2与电极1`的镍合金之间的连接。
如在图2A中所看到的，一个由贵金属2制成的、最好是呈圆柱形的件装在电极1`的一个端面上或者插入其凹槽6内，在这里，电极1`是一个火花塞的中间电极或接地电极。
在此，电极1`的端面内的凹槽6最好这样成形出，使得在插入贵金属件2时贵金属件2与电极1`牢固连接。
如从图2B中可看出的，在紧接着的一个方法步骤中，这样接触的连接双方、即贵金属2和火花塞电极1`以一个与CW激光器的能量量相适配的转速沿箭头7方向旋转。激光束3聚焦在旋转的待焊接区上，并且相应于一个与连接双方的熔点、热容量等相关地协调的能量水平接通和关断。
结果是，产生一个火花塞电极1`，其尖用一种贵金属2或一种贵金属合金制成，该贵金属或贵金属合金在一个均匀的熔化区上与电极1`的镍合金持久地连接。在此，在这类设置有贵金属2的电极1`、即所谓顶式电极中，贵金属2不是全部熔化，而是只在其连接区域内熔化。

Claims (14)

1. 用于连接一个火花塞的电极(1，1`)与一种贵金属(2)的方法，其特征在于，将该贵金属(2)通过借助一个连续工作的激光束(3)产生的热量输入局部地与该电极(1，1`)连接，将该贵金属与所述电极在一个连接区域中连接，并且，所述激光束定向在该连接区域上，其中，该贵金属不是全部熔化，而是只在该连接区域中熔化。
2. 按照权利要求1的方法，其特征在于，借助连续工作的激光束(3)产生的热量输入这样进行，使得至少在所述贵金属(2)与所述电极(1，1`)之间的一个边界区域内发生熔化。
3. 按权利要求1或2的方法，其特征在于，将该贵金属(2)沿圆周安置在所述电极(1)上。
4. 按照权利要求1的方法，其特征在于，将该贵金属(2)安置在所述电极(1`)的一个端面上。
5. 按权利要求1或2的方法，其特征在于，激光束(3)由一个Nd:YAG激光器或CO2激光器或二极管激光器产生。
6. 按权利要求1或2的方法，其特征在于，将作为线材构成的贵金属(2)送进给在所述电极(1)上预加工好的一个槽(6)并且同时借助激光束(3)熔化在该电极(1)上。
7. 按照权利要求2的方法，其特征在于，将一个作为圆柱体构成的贵金属(2)安置到所述电极(1`)的端面上，然后借助激光束(3)将在该贵金属(2)与所述电极(1`)之间的边界区域内的边界面熔化。
8. 按照权利要求1的方法，其特征在于：所述连接区域被这样熔化，使得产生在熔化区中连接双方的材料的均匀的充分混合及因此产生均匀的合金分布。
9. 一种火花塞的电极(1，1`)，其特征在于，该电极按照前述权利要求之一所述的方法制成。
10. 按照权利要求9的火花塞的电极(1，1`)，其特征在于，该电极是一个中间电极。
11. 按照权利要求9的火花塞的电极(1，1`)，其特征在于，该电极是一个接地电极。
12. 按照权利要求9至11之一的火花塞的电极(1，1`)，其特征在于，该电极具有镍。
13. 按照权利要求9至11之一的火花塞的电极(1`)，其特征在于，该电极是一个用于表面放电火花塞或空气表面放电火花塞的顶式电极。
14. 按照权利要求9至11之一的火花塞的电极(1)，其特征在于，贵金属填入物(2)完全融合到所述电极(1)中。
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