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CN105263669A - 修复活塞及其集合 - Google Patents

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CN105263669A
CN105263669A CN201480029511.4A CN201480029511A CN105263669A CN 105263669 A CN105263669 A CN 105263669A CN 201480029511 A CN201480029511 A CN 201480029511A CN 105263669 A CN105263669 A CN 105263669A
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repair
deficiency
piston
diameter
combustion chamber
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K·卢伊克
T·帕内尔
A·克拉弗
J·休梅克
D·克拉克
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Caterpillar Inc
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Abstract

一种修复活塞(610)包括由基材(634)和焊接填充材料(638)构成的冠部(616)，并且具有围绕燃烧室(622)延伸的环形边缘(624)。有限数量的修复缺陷(632)在所述环形边缘(624)内，并且具有受多方向间隔参数限制的空间分布和受单方向尺寸参数限制的尺寸分布。

Description

修复活塞及其集合
与其他专利申请的关系
本申请要求2013年4月8日提交的相同标题的临时专利申请61/809,586的优先权。
技术领域
本发明总体上涉及再制造领域，并且更具体地，涉及修复用于填充可互换的更换活塞的库存的缺陷活塞。
背景技术
机器组件回收利用和再制造的领域在近些年显著增长。最近才报废的系统和组件现在被修理和/或翻新，并重新投入使用。多年来，往往只有出于需要在从原始规格修改组件的尺寸或其他的特征和性能后才常规地“重新组装”并再次使用机械组件。在“重新组装”内燃机期间增大缸径将是一个熟悉的实例。然而，在许多情况下更理想的是，也可以在不改变规格的情况下再制造系统和组件使其状况与新的一样好或比新的更好。考虑到这个目标，在某些技术领域和用于某些类组件的再制造策略取得了迅猛发展。然而，在其它领域，以及在某些类型的机器部件的情况下，工程师继续发现其将组件返回到商业上和技术上可接受的状态，这远不如新的状况那样或不比新的好。调合这些挑战是即便非常精确和仔细再制造的部件仍然存在外观上的磨损或先前使用的趋势，当像这样被潜在消费者识破时可导致商业挑战。
虽然已经提出了用于修复组件中的裂缝的技术的所有方式，而除去腐蚀、修复表面光洁度和先前使用痕迹已提出多年，但是以使用尖端仪器检修或恢复使用并观察故障后才显而易见的方式来使用这种技术会改变组件的材料性质，例如微结构。此外，即使存在能更充分满足再制造的技术需求的这类技术，其仍然会呈现不美观的组件。一类机械部件是内燃机活塞，其中已证实平衡这些技术充分度和美观的有时是竞争性目标是相当具有挑战性的。
内燃机具有很多不同的部件。当这种发动机停止使用并且拆卸用于再制造时，可以重复使用各种部件，而报废其它部件。重新组装一旦再制造的内燃机，因此常常需要混合使用再制造部件和新部件二者。在活塞的情况下，由于这样的事实：假定停止使用的许多传入活塞不适用(如果完全不适用，用于再制造)，对于让提供用于安装在再制造的发动机中的更换活塞焕然一新是常见的。Calvert等人提出的美国专利第6,779,660号涉及用于安装预先包装的活塞组件的方法和装置。Calvert等人提出预先包装的活塞组件，其中多个活塞环预先安装在活塞以及围绕活塞和环定位的套管上来使环保持在准备用于安装的压缩位置上。Calvert等人表明他们的开发减少了需要用于重新组装发动机并增加重新组装质量的时间和成本。尽管Calvert等人可以提供用于包装和提供更换活塞的有利策略，但参考文献看起来并没有提供任何指导来从再制造的或新来源中获得更换活塞本身。
发明内容
在一个方面，一种用于加工使用过的活塞的方法包括：接纳使用过的活塞(其中的每个在内燃机中停止使用)，并包括多个无缺陷活塞，和多个有缺陷活塞(其中的每个在其外表面具有缺陷)。所述方法还包括将使用过的活塞的集合分类成用于再制造无缺陷活塞的标准加工类别、用于再制造满足缺陷可焊接准则的缺陷活塞的扩展加工类别以及第三类别。所述方法还包括通过将熔融状态下的焊接填充材料沉积到形成缺陷的活塞基材上并且一旦沉积的填充材料粘结到基材并凝固便对其进行加工来至少部分地修复缺陷。所述方法还包括用来自标准的和扩展的加工类别，而不是第三类别的再制造的活塞填充可互换更换活塞的库存。
在另一方面，一种用于制备在内燃机中恢复使用使用过的活塞的方法，包括接纳使用过的活塞，根据其外表面上的缺陷将使用过的活塞的集合分类成用于再制造的扩展加工类别。所述方法还包括通过将熔融状态下的焊接填充材料沉积到形成缺陷的活塞基材上并且一旦沉积的填充材料粘结到基材并凝固便对其进行加工来至少部分地修复缺陷。所述方法还包括将一旦得以修复活塞转送至可互换的更换活塞的库存，所述库存可由用于再制造的扩展加工类别和标准加工类别填充。
在又一方面，更换活塞的库存包括多个标准活塞，所述多个标准活塞中的每个包括经再制造的活塞主体，所述活塞主体具有限定了被环形活塞边缘包围的燃烧室的裙部和附接的冠部，并且每个标准活塞由基材均匀地构成使得每个标准活塞都具有相同的材料成分。所述库存还包括多个非标准活塞，所述多个非标准活塞中的每个包括经再制造的活塞主体，所述活塞主体具有限定了被环形边缘包围的燃烧室的裙部和附接的冠部。非标准活塞的活塞主体由基材和焊接填充材料不均匀地构成，焊接填充材料粘结到基材以修复其中的缺陷，并且使得非标准活塞中的每个具有独特的材料成分。每个标准和非标准活塞还包括对应活塞主体上的外表面，并且外表面满足共同规范集合，使得标准和非标准活塞可互换以用于恢复在内燃机中的服务。
在又一方面，修复活塞包括活塞主体，所述活塞主体限定了纵向轴线并且包括：具有冠部的第一主体端部、具有裙部的第二主体端部以及在第一和第二主体端部之间轴向延伸并且周向围绕纵向轴线延伸的主体外表面。冠部由基材和焊接填充材料构成，并且包括周向围绕燃烧室延伸并且在径向向外方向上从燃烧室延伸到主体外表面的环形边缘。环形边缘主要由基材形成，并且次要由焊接填充材料形成，并且其中具有有限数量的修复缺陷，每个修复缺陷由基材中的空隙形成，所述空隙由焊接填充材料或由焊接填充材料和基材的混合物填充。修复缺陷具有受多方向间隔参数限制的空间分布，使得修复缺陷中的任意两个之间在任意方向上的距离至少与所述两个修复缺陷中的任一个的直径一样大。修复缺陷还具有受单方向尺寸参数限制的尺寸分布，所述单方向尺寸参数随着与燃烧室的距离而变化，并且使得修复缺陷中的每个具有的直径为在径向向外方向上修复缺陷距燃烧室的距离的大约40％或更小。
在又一方面中，一种修复活塞的集合包括多个活塞主体，每一个活塞主体限定纵向轴线并且包括：具有冠部的第一主体端部，具有裙部的第二主体端部，和在第一和第二主体端部之间轴向延伸并且周向围绕纵向轴线延伸的主体外表面。多个活塞主体中的每一个的冠部由基材和焊接填充材料构成，并且包括周向围绕燃烧室延伸且在径向向外方向上从燃烧室延伸到主体外表面的环形边缘。环形边缘主要由基材并且次要由焊接填充材料形成，并且其中具有有限数量的修复缺陷，所述修复缺陷中的每一个由基材中的空隙形成并且由焊接填充材料或由基材与焊接填充材料的混合物填充。修复缺陷具有在环形边缘的每一个内受多方向间隔参数限制的空间分布，使得作为集合之间的平均值，在环形边缘中的任何一个中任何两个修复缺陷之间在任何方向上的距离至少与所述两个中的任一个的直径一样大。修复缺陷还具有在环形边缘的每一个内受单方向尺寸参数限制的尺寸分布，所述单方向尺寸参数随着与对应的燃烧室的距离而改变，使得作为集合之间的平均值，修复缺陷具有的直径为在对应的径向向外方向上修复缺陷与对应的燃烧室的距离的大约40％或更小。
在又一方面中，一种修复活塞包括活塞主体，所述活塞主体限定纵向轴线并且包括：具有冠部的第一主体端部，具有裙部的第二主体端部，和在第一和第二主体端部之间轴向延伸且周向围绕纵向轴线延伸的主体外表面。冠部由基材和焊接填充材料构成，并且包括：周向围绕燃烧室延伸且在径向向外方向上从燃烧室延伸到主体外表面的环形边缘。环形边缘主要由基材并且次要由焊接填充材料形成，并且其中具有有限数量的修复缺陷，修复缺陷中的每一个由基材中的空隙形成，所述空隙由焊接填充材料或由基材与焊接填充材料的混合物填充。修复缺陷还具有受多方向间隔参数限制的空间分布，使得修复缺陷中的任何两个之间在任何方向上的距离至少与两个中的任一个的直径一样大。修复缺陷还具有受单方向尺寸参数限制的尺寸分布，所述单方向尺寸参数随着与燃烧室的距离而改变，使得修复缺陷中的每一个的直径等于或小于根据下述等式的D最大：
D最大＝A*B+C
其中：
A和C是常数；以及
B是由修复缺陷的位置所确定的、从燃烧室到主体外表面的距离的百分比。
附图说明
图1是活塞的前后示意图，示出根据本发明的在再制造之前的一个活塞半体和在再制造之后的另一活塞半体；
图2是根据一个实施例的处于示例性再制造阶段的活塞的示意图；
图3是示出根据一个实施例的活塞加工策略的多个阶段的示意图；
图4是根据一个实施例的修复活塞的示意图；
图5是旋转穿过图4的修复活塞的一部分的轮廓图；
图6是根据一个实施例的修复活塞的集合的示意图；
图7是示出根据一个实施例的允许修复缺陷尺寸的图案的曲线图；以及
图8是图解说明根据一个实施例的缺陷尺寸参数的活塞的示意图。
具体实施方式
参考图1，示出了具有活塞主体12且已经在内燃机内停止使用的活塞10。图1中在活塞主体12上示出了线8。如同在根据本发明再制造之前所可能呈现的那样，活塞主体12示出在线8的右侧，并且如同在已经再制造出来之后所呈现的那样，活塞主体12描绘在线8的左侧。活塞主体12包括活塞冠部16和活塞裙部18且限定纵向轴线14。垂直于轴线14延伸的活塞销孔20形成于裙部18中且配置为接纳用于以传统方式耦接活塞主体12和活塞杆的活塞销。燃烧室22形成在冠部16中且被轴线14周向的环形边缘24所围绕。多个活塞环槽26形成在冠部16内的活塞主体12的外表面28中，且还围绕纵向轴线14周向延伸。线8的右侧示出了多个受腐蚀区域30和多个缺陷32。缺陷32可以具有例如弯折的、凹陷的、凹坑的或划痕的形式。缺陷32中的一个的细部放大图也在图1中被示出。在处理或加工过程中，当停止使用用过的活塞时或在停止使用用过的活塞后，活塞有时会碰撞到正被拆除的发动机的部件，在废料堆内相互碰撞，或者以足够大的力击打某物从而造成破坏。在某些情况下，会因为活塞击打其他东西而被移位的，意味着实际上没有被移除的活塞主体12的基材34而形成缺陷32。在图1中，被移位的基材36以细部放大图被示出，其已从其预定位置被推出从而形成了空隙。在其他情况下，基材34可能并非仅仅被移位，而是被切削、切除或剥落掉从而形成空隙。在任何一种情况下，空隙的存在会违背规格，以至于违背新活塞的或相当于新活塞的表面光洁度。出于从以下描述就可清楚得知的原因，长期以来都无法找到对这些类型和其他类型的缺陷进行的使活塞能够被修复至初始规格的具有足够质量的修复。
图1中线8的左侧示出了多个修复缺陷32'，其中一个缺陷通过另一个细部放大图的方式在截面图中被示出。如前所述，活塞主体12可以由比如最初用于制造活塞的钢或铁的铸造金属材料的基材34形成。在再制造活塞10的过程中，可以通过将处于熔融状态的焊接填充材料38沉积至形成缺陷的基材34上，并且一旦粘结至基材34且凝固就加工沉积的填充材料38而至少部分地修复缺陷32。图1中，修复缺陷32'通常将是肉眼不可见的，并且因此以虚线表示。粘结线40位于凝固的填充材料38和基材34之间且邻接热影响区42。在细部放大图中示出的修复缺陷32'的深度44也被图示，且在某些实施例中可能是大约2.0毫米(mm)或更小。修复缺陷32'的其他尺寸，高度和宽度，也可能是大约2.0mm或更小。如本文所使用的，术语“大约”在常规四舍五入的背景下应被理解为一致位数的有效数位。因此，“大约”2.0mm意为从1.95mm至2.04mm等。在某些实施例中，热影响区42的厚度可以是大约0.2mm或更小。
那些熟悉再制造领域的技术人员将熟悉把用过的组件修复至状态与新的一样好或更好的一般原理。对于再制造的部件来说，规格组(比如从新制造的部件获知的耐受度和表面光洁度)通常将应用于用过的部件的再制造。在本发明的示例中，活塞10是再制造的，以使其满足与新活塞的规格组相同的规格组。这些规格中可以包括表面光洁度。尽管定量表面光洁度规格在本文中可考虑使用，但在许多情况下，所依赖的表面光洁度规格可能是定量的，其规定当活塞距观察者，例如一臂距离或任何距离的时候，表面光洁度不存在肉眼可见的缺陷或异常。如上所述，满足这样的规格的修复活塞主体12上的缺陷的方式涉及将焊接填充材料38沉积到基材34上。
图1中在以细部放大图的方式所示的情况下，修复缺陷可以被理解为冠部16内外表面28上的违背规格的空隙。腐蚀区域30也可被理解为违背规格的缺陷，且在一些情况下可能是活塞主体12上外来材料的沉积物，活塞主体12的被腐蚀基材，被腐蚀和凹陷成多孔状态的基材，或再是另一个特征。换句话说，腐蚀区域30本身可能在某些情况下被理解为违背规格的多孔空隙，并且因此通过焊接填充材料的沉积得到修复，但是在其他情况下，可能是通过一些其他不需要添加填充材料的技术修复的缺陷。合适的修复技术的可行例子将通过以下描述被进一步理解。
现在参考图2，图中示出了与图1的活塞10类似且位于焊接站100的活塞110，正如其在被修复的过程中可能出现的位置。虽然活塞100可以与活塞10类型相同，但是根据本文中所描述的技术修复的每个缺陷活塞可以预期具有一组独特的一个或多个缺陷。因此，由于焊接填充材料将被沉积到基材上以修复独特的缺陷组，因此缺陷活塞一旦被修复可以被理解为每个都具有由活塞的基材加上在独特位置上和/或独特的量和/或具有独特的形状的焊接填充材料组成的独特材料成分。相比之下，如本文所描述的在未焊接修复情况下再制造的用过的活塞可以仅由基材形成且因此具有相同的材料成分。
在图2中，所示出的活塞110位于焊接站100的夹具140上。夹具140可以被耦接至具有可旋转基座144和可平移支座146的定位机构142上，其使活塞110能够相对于焊接站110的激光器114旋转和平移。激光器114可以具有电源供应器112且配置为产生光束116，所述光束以线138的形式通过其热能熔融焊接填充材料。所示出的线138通过送线器118馈送但是也可手动适当地定位。可以注意到光束116被定向使得当前被修复的缺陷32处在光束116的光束路径中。同样地，线138处在光束路径中使得光束116熔融活塞110的基材和线138，以将处于熔融状态的焊接填充材料沉积到缺陷32中，在缺陷32处允许其凝固且与基材粘结。
在图2中，示出了凝固的焊接填充材料38已被沉积在活塞110中多个被修复的尽管尚未完成的缺陷内，而许多其他缺陷32尚未被焊接。在一个可行的实施策略中，激光器114的输出功率可以小于100瓦，并且光束116可以以低于20毫秒(ms)的脉冲持续时间进行脉冲。更具体地，输出功率可以是大约60瓦，脉冲持续时间可以在2Hz的频率下大约是10ms，以及激光器114的光束直径可以是大约2mm或更短。如本文所述，一旦缺陷被焊接，活塞110就可以通过定位机构142来调整，以定位用于焊接的另一个缺陷，直到活塞110中的每个缺陷都已被焊接。活塞110然后可以被转送到随后的加工站进行进一步加工。
工业实用性
参考图3，示出了根据一个实施例的用于填充可互换的更换活塞的库存的用过的活塞加工策略的多个阶段的示意图。图3描绘的过程通过接纳内燃机中停止使用的每个用过的活塞的集合200开始，所述内燃机可能是相同的发动机或多个发动机。接纳集合200可以包括例如，装货收据或保管库存活塞。集合200可以包括多个无缺陷活塞410，以及多个缺陷活塞210和310，所述缺陷活塞中每个在其外表面上具有缺陷。如上文所讨论的，当活塞从内燃机中被移除，加工一些活塞通常会在活塞的外表面上引起弯折、刮擦、凹痕等。集合200里的活塞210每个都包括这种缺陷232，并且活塞310包括更显著的缺陷332。所接纳的其他活塞没有缺陷且在集合200里被显示为无缺陷活塞410。
在准备加工时，集合200可以被分类成用于再制造无缺陷或标准活塞410的标准加工类别、用于再制造满足缺陷可焊接准则的缺陷或非标准活塞的扩展加工类别以及第三类别。集合200的分类可以被理解为根据在给定的活塞中究竟是否存在缺陷，如果存在，缺陷是否适合经本文所阐述的焊接技术进行修复来划分三个类别之间的集合200。在活塞310的情况下，缺陷332可以经检查确定为不适合本修复技术，因而不能满足缺陷可焊接准则，并被分在第三类别以归为废料。缺陷活塞的废料集合300被示出为图3中的接纳活塞310。由于活塞不满足分类出的缺陷可焊接准则，在集合200中的另外的无缺陷活塞、活塞410可经受标准加工用于再制造，而必须且可被修复的缺陷活塞、活塞210会经受扩展加工。
在任何情况下，从集合200分类的活塞410和210可接下来被转送到加工阶段50用于清洁。在阶段50中，活塞210中的一个示出在清洁机构400内，所述清洁机构可以是垫圈，喷砂机或一些其它清洁机构。在阶段50进行加工后，活塞210可以被转送到另一个加工阶段60，用于以本文所述的方式在焊接站100修复缺陷。来自阶段60的活塞210一旦修复，就可以被转送到另一个加工阶段70，用于经由机械加工机构500来加工焊接缺陷。来自阶段70的活塞210可以被转送到另一个加工阶段80，在所述加工阶段可以是手动使用砂纸或类似物的喷砂机构600用来混合在阶段70处理过的机械加工过的区域。来自阶段80的活塞210可以被转送到另一个加工阶段90。活塞410可以从加工阶段50转送到加工阶段90以与活塞210相结合。在阶段90，所有活塞410和210可经由喷涂机构700进行处理以施加适当的、已知的插入涂层。
图3仅表示了一些可能被使用的不同的加工阶段，和可能实施的对其他类型的缺陷的检查、清洁和可能修复的附加步骤。然而很显然的是，与活塞410相比，将通过一系列扩展加工阶段转送活塞210，因此，根据非标准系列的加工阶段来再制造活塞210，而根据一系列标准的加工阶段(其步骤数目比非标准系列的更少)来加工活塞410。以类推的方式可以将集合200认为是一个库，其被划分成流向废料的不可修复活塞的第一流、仅需要最少加工以准备用于恢复使用的活塞的较短再制造流，和在活塞准备用于恢复使用前需要修复的活塞的较长再制造流。较短的和较长的流在阶段50后分离，并在阶段90重组，无缺陷活塞和修复缺陷活塞在阶段90是可互换用于恢复使用并且外表上难以区分。
来自阶段90的活塞410和210可以被转送以填充可互换的更换活塞的未封装的库存800，每个示出为活塞组件。具体地，未封装的库存800被示为具有多个再制造的活塞组件210'，每个具有活塞环212和与对应的再制造活塞耦接的活塞杆214。活塞组件410'被示出为其中每个包括一个活塞410，并且还包括活塞环和活塞杆。库存800当然也可以是由松散的活塞构成。填充未封装库存800也是一种新的活塞组件510。在可行的实施策略中，未封装的库存800将因此用来自标准和扩展加工类别而不是第三废料类别的再制造活塞进行填充。库存800还可以用至少一个新活塞或活塞组件进行填充。
将会回顾到的是，根据上文所描述的技术修复的活塞，非标准活塞210，由于用于修复独特的缺陷图案的焊接填充材料所致，每一个都可以具有独特的材料成分。由于标准活塞，即活塞410，没有以这种方式修复，因此每个活塞410可以被理解为具有相同的材料成分。由于非标准活塞均形成来满足与用于标准活塞的外表面的规格相同的规格组，所以每个标准活塞和非标准活塞(即标准的加工类别和扩展的加工类别)中的活塞主体的外表面看起来仍会与非标准活塞210的外表面相同。因此，无论是从预期性能还是从美学外观的角度出发，一旦被再制造，标准活塞410和非标准活塞210均可互换用于恢复在内燃机中的使用。
图3中还示出了活塞组件的封装库存900。在可行的实施策略中，封装库存900可以包括第一组发动机服务包904，所述第一组发动机服务包包含呈第一服务包配置的作为活塞组件210'和活塞组件410'的部件的标准活塞和非标准活塞，以及第二组发动机服务包906，所述第二组发动机服务包也包含呈第二服务包配置的作为活塞组件210'和活塞组件410'的部件的标准活塞和非标准活塞。在某些实施例中，第一组服务包904可以包括活塞组件中的标准活塞和非标准活塞，其中每个都封装有气缸套902以形成准备好用于安装的气缸组。每个服务包904和服务包906还可以包括一个或多个包含新活塞组件510的服务包。
将会回顾到的是，基于在这些各种活塞中的缺陷是否满足缺陷可焊接准则，在集合200内将缺陷活塞210与缺陷活塞310进行分类可能发生。熟悉本领域的技术人员都熟悉机器修复的需求，其对成分的影响尽可能地小，并且因此最终对被修复部件的完整性和预期使用寿命的影响尽可能地小。为此，已经发现某些缺陷通过本修复技术可以被成功且经济地修复，而其他缺陷却不可以。在一个实施例中，缺陷可焊接准则包括缺陷尺寸限制。缺陷尺寸限制可以是缺陷的上限尺寸，其表明了通过当前所描述的焊接修复技术将会在缺陷活塞中形成的热影响区的预期尺寸。换句话说，具有某一尺寸的缺陷可以与太大而难以允许活塞切实可行地准备好恢复使用的热影响区相关联。
现在参照图4，示出了根据本发明的另一个修复活塞610。除了根据本发明修复的大多数任何活塞所固有的修复缺陷的独特图案以外，活塞610可以与本文讨论的其他活塞基本上相同。此外，针对活塞610以及接下来所描述的活塞所讨论的教导可以普遍地应用于任何活塞的修复和再制造以及本文所设想的加工技术，且反之亦然。活塞610包括活塞主体612，所述活塞主体限定纵向轴线614并且包括：具有冠部616的第一主体端部615和具有裙部618的第二主体端部617。主体外表面628在第一主体端部615和第二主体端部616之间轴向延伸且周向围绕轴线614延伸。冠部616还包括环形边缘624，环形边缘624周向围绕燃烧室622延伸且在径向向外的方向上从燃烧室622延伸至主体外表面628。多个环槽626形成在主体外表面628中，并且端环槽脊629从最上面的一个凹槽626延伸至环形边缘624。环形边缘624中还具有有限数量的修复缺陷632a-d。另一个修复缺陷633位于端环槽脊629内。还参照图5，其示出了穿过冠部616围绕轴线614旋转的复合轮廓，使得每个修复缺陷都在相同的视图中被示出。与上述实施例相类似地，冠部616由基材634和焊接填充材料638构成，并且环形边缘624主要由基材634形成且次要由填充材料638形成。修复缺陷632a-d，以及修复缺陷633每个都由基材634中的空隙形成，所述空隙由填充材料638或者由基材634和填充材料638的混合物填充。
如上所述，按照本发明的活塞的分类可以基于与实际上修复和再制造的能力相关的某些准则。除了与绝对缺陷尺寸相关的前述准则，包括一个缺陷与其他缺陷以及某些活塞特征的邻近度的许多其他相互关联的变量、作为位置的函数的缺陷尺寸，以及潜在的还有其他项可以是准则，基于这些准则对活塞进行分类，并且继而选择是修复或不修复。活塞610是满足这个准则的活塞的一个实例，其共同可被理解为涉及缺陷的空间分布和缺陷的尺寸分布。这两个因素通常在再制造期间被保留，使得修复缺陷632a-f和633保留相同的或相似的特征，这首先导致了对用于修复和再制造的活塞的选择。
由此，修复活塞632a-d可以具有在环形边缘624内受多方向间隔参数限制的空间分布，使得修复缺陷632a-d的任意两者之间的在任何方向上的距离至少与所述两者中的任一者的直径一样大。在图4中，示出了从修复缺陷632a的几何中心到修复缺陷632b的几何中心的距离652。可以注意到，距离652和两个缺陷632a-d的任何其他组合之间的类似的但是未标记的距离，大于所述两者中的任一者的直径。两者中的“任一者”是指单独考虑的全部两者。如本文使用，结合修复缺陷使用的术语“直径”将被理解为所谓的主直径，对应于由修复缺陷的任一项所定义的三维空间的最大线性尺寸。因此，直径可以是由环形边缘624所定义的平面中的直径，例如在径向方向或圆周方向的直径，并且也可以是横向于所述平面的方向上的直径，以及在垂直于所述平面的方向的情况下，是来自环形边缘624的暴露表面的各自修复缺陷的深度。
修复缺陷632a-d还可具有受单方向尺寸参数限制的尺寸分布，该单方向尺寸参数随着与燃烧室622的距离而变化。内周缘640位于环形边缘624邻接燃烧室622的地方，并且外周缘642位于环形边缘624邻接主体外表面628的地方。为了理解单方向尺寸参数以及其作为距燃烧室622的距离的函数的变化，内周缘644可以被理解为燃烧室622的外边缘。因此，距燃烧室622的距离可以与距边缘644的距离相同。在可行的实施策略中，单方向尺寸参数可以在与起始于轴线614的半径对齐的径向向外方向上与距燃烧室622的距离直接成比例地变化。如将通过下面的描述来进一步理解的，尺寸分布会受到限制，使得修复缺陷632a-d中的每个的直径为在径向向外方向上修复缺陷632a-d距燃烧室622的距离的大约40％或更小。例如，选取修复缺陷632a-d中的任何一个，并确定其直径。该直径将通常等于在径向向外方向上暴露在环形边缘624上的修复缺陷的中心距燃烧室622的线性距离的大约40％或更小。
活塞610的其他尺寸属性和比例属性将通过图5中描述的特征的方式被进一步理解。在可行的实施策略中，修复缺陷632a-d可位于环形边缘624中的后退区644的外侧。后退区644可以无修复缺陷并在径向向外方向上从内周缘640延伸。已经发现，后退区644是活塞610和类似活塞的区域，其在内燃机中服务期间可经受相对极端的温度和热循环。至少出于此原因，除非在活塞610有任何缺陷的情况下，否则认为实际上是可修复的，但是在后退区644内，活塞610将有可能被废弃。应当注意，后退区644通常无修复缺陷，但不一定完全无任何特征，例如可以视为缺陷的微小的坑、腐蚀区域或划痕。如果活塞610在其他情况下是可修复的，那么任何这种缺陷都可能被忽略。在另一可行的实施策略中，通过在图5中的附图标记680示出的后退区644的半径范围可为从内周缘644到外周缘642的径向距离的大约10％至大约15％。更具体地，半径范围或尺寸680可以是径向距离的大约12％，并且在某些实施例中可为大约2mm至大约3mm。图5中还示出了缺陷632a-d的相对直径和深度。具体地，示出了修复缺陷632a的直径650。直径650可为大约8mm或更小，然而缺陷632b-d的类似定义的直径可以小于直径650，但不一定要小于，只要其他缺陷满足修复准则。换句话说，只要满足单方向尺寸参数，活塞610可能具有接近外周缘642的相对较大的修复缺陷和位于更径向向内的相对较小的修复缺陷。
在图5中还示出了缺陷632a的深度尺寸660。深度尺寸660在某些情况下可以是大约1mm或更小。虽然本文构想的活塞不需要任何具有特定样式的直径或深度，但在应用本文所讨论的分类和可修复准则的某些情况下可能产生如活塞610这样的活塞，其中修复缺陷632a-d在径向向外的方向上在它们之中具有逐渐增加的直径和逐渐增加的深度中的至少一个，并且在某些情况下兼具两者。在许多情况下，修复缺陷632a-d的有限数目可以少于20个，并且可以少于10个，然而，对修复缺陷的数量的限制倾向于基于机械加工时间的相对本地成本并且可能是其他因素，如材料成本。因此，具有大于20个、大于50个或甚至更多的有限数量的修复缺陷可能仍然落在本发明的范围之内。
可以回顾缺陷632a-d可以具有的直径为在径向向外方向上修复缺陷距燃烧室622的距离的大约40％或更小。在图5中，从缺陷632a的中心到内周缘640的距离通过附图标记670示出。将容易注意到，直径650是较接近但小于距离670的40％。在根据本发明修复活塞的过程中，可以预料到，具有在单方向尺寸参数允许的尺寸限制下的修复缺陷的活塞至少偶尔可以被修复。因此，分别位于距燃烧室第一和第二距离处的第一和第二修复缺陷可以各自具有针对它们各自的位置的最大允许尺寸。在另外的其他实例中，所有或没有一个修复缺陷可以具有最大允许直径。
现在参考图6，示出了根据本发明的修复活塞710、810、910的集合1000。每个活塞710、810和910可与本文所讨论的其他活塞基本相同，修复缺陷的独特样式除外。活塞710包括在其中具有多个修复缺陷732和732'的环形活塞边缘724。活塞810包括在其中具有多个缺陷832的环形边缘824，且活塞910包括在其中具有多个修复缺陷932和932'的活塞边缘924。在集合1000中，在各活塞710、810和910中的修复缺陷可以具有在各环形边缘724、824和924内由多方向间隔参数限制的空间分布，这很像上述活塞610。修复缺陷可以类似地具有在边缘724、824和924内由单方向尺寸参数限制的尺寸分布，所述单方向尺寸参数随着与对应燃烧室的距离来变化。
将回顾到，在活塞610的情况下，空间分布受到限制，使得修复缺陷的任意两者之间的在任何方向的距离至少与所述两者中的任一个的直径一样大。也将回顾到，在活塞610的情况下，修复缺陷的尺寸分布受到限制，使得每个修复缺陷的直径为在径向向外方向上修复缺陷距燃烧室的距离的大约40％或更小。在集合1000的情况下，多方向间隔参数和单方向尺寸参数总体来说由活塞710、810和910满足。具体地，在集合1000中，修复缺陷具有空间分布使得边缘724、824和924中的任意一个中的任意两个修复缺陷之间在任何方向上的距离，作为集合1000的平均值，至少与所述两个修复缺陷中的任一个的直径一样大。类似地，在集合1000中的修复缺陷的尺寸分布受到限制，使得修复缺陷的直径(作为集合1000的平均值)为在对应的径向向外方向上修复缺陷距对应燃烧室的距离的约40％或更小。
在许多情况下，将严格应用间隔和尺寸参数，但是在另一些情况下，可授予技术人员一些自由，能够使用他或她的判断来判定给定的活塞是否应进行修理，或特定的缺陷是否应该被修复。换句话说，在修复和再制造相对较大量(可能是数百、数千或更多)的活塞的情况下，在技术人员的判断下，可以修复在字面上落在多方向间隔参数和单方向尺寸参数之外的某些活塞和/或活塞内的某些缺陷。活塞的集合作为一个整体将仍然存在具有空间和尺寸分布的修复缺陷，平均来说遵循这些参数。在活塞710的情况下，可以注意到，修复缺陷732'可被理解为相对于修复缺陷732'的直径，更靠近修复缺陷732的最近的一个。也可以注意到，能适当地说，修复缺陷732'的直径比缺陷732距活塞710的燃烧室的距离大大约40％，从而作为违背单方向尺寸参数的单独的活塞。就活塞710中的缺陷732和732'而言，可以注意到，在六个缺陷中，有两个可以被认为是相对更靠近两个缺陷中的一个的直径，从而作为违背多方向间隔参数的单独的活塞。缺陷732和732'可以被理解为彼此间隔约缺陷732的直径的一半的距离。其中任意两者之间的其它缺陷和距离将被理解为大于所述两者中任一个的直径。同样地，在活塞910中的缺陷932'和最近的其他缺陷932可以被认为是比所述两者中的任一个的直径更接近彼此。但总的来说，在环形边缘724、824和924内分离缺陷的平均距离至少和所述两个目标缺陷中的任一个的直径一样大。换一种说法，在活塞710、810和910中的任一个内的任意两个修复缺陷之间的间隔，作为集合1000之间的平均值，将小于所述两者的任一个的直径的100％。类似的分析导致的结论是，作为集合之间的平均值，各修复缺陷的直径是在对应的径向向外方向上目标缺陷距对应的燃烧室的距离的约40％或更小。
由应用作为距燃烧室的距离函数而变化的单方向尺寸参数施加的尺寸限制可以根据等式被进一步理解为：
D最大＝A*B+C
其中：
D最大＝最大修复缺陷直径；
A和C是常数；以及
B是由修复缺陷的位置所确定的、从燃烧室到主体外表面的距离的百分比。
已经发现，根据本发明的实际上允许的缺陷尺寸可以基本上线性地随着距燃烧室的距离而变化。
以上等式中所提出的术语D最大可被理解为在所述缺陷的任何一个中的最大允许直径，并且可以等于：常数A乘以从燃烧室到主体外表面被目标缺陷的位置所确定的距离的百分比，加上常数C。在可行的实施策略中，A可以是从大约5mm至大约7mm，并且常数C可以是从大约0.5mm至大约1.5mm。更具体地，A可以为大约6mm，并且C可以为大约1.3mm。因此应当理解，在任何给定的活塞中，对于在距离百分比为100％处的修复缺陷(诸如包括外周缘642的一部份的修复缺陷)的D最大可以等于大约A+C。对于定位在从内周缘644到外周缘642的途径的50％处的修复缺陷的D最大可以为大约A(0.50)+C。关于修复缺陷的允许深度，允许的最大修复缺陷深度可以等于另一常数E乘以距离百分比B，并且由下等式表示：缺陷深度＝E*B。在可行的实施策略中，E可以为大约0.6mm，更特别为大约0.64mm。鉴于前述数学关系，应当理解，允许缺陷直径能够在相对较大程度上变化，同时允许缺陷深度能够在较小的相对程度上变化。对于变量A，C和E所公开的值被预期可应用于修复具有一定尺寸范围的活塞，但仍然可以被放大或缩小而用于相对较大或较小的活塞，视情况而定。
现在参考图7，示出了在Y轴上的修复缺陷尺寸相对于在X轴上的距离百分比的曲线图1012，所述距离百分比即：在活塞610的情况下，如由缺陷的位置所确定的从内周缘640到外周缘642的径向距离的百分比。缺陷尺寸“1”表示一个活塞或一类活塞的最大允许缺陷尺寸，并且将适用于在外周缘642处的修复缺陷。第一曲线1014示出了可能预期的缺陷直径的范围，在所述范围中所有修复缺陷是处于或接近于最大允许直径处。第二曲线1016类似地示出最大允许缺陷深度。还应该注意到，曲线1014比曲线1016相对更陡，曲线1014的斜率略小于1，且曲线1016的斜率比曲线1014的斜率小得多。因此，允许修复缺陷直径比允许修复缺陷深度在径向向外方向上增加较大的相对程度。现在还参考图8，示出包括边缘1024的活塞1010，而第一图形1018表示在径向向外方向上的允许缺陷直径和深度，并且第二图形1020表示在活塞1010的端环槽脊部中的允许缺陷尺寸和深度。虽然当然图形1018和1020并不表示待修复活塞中的任何典型的实际损害，它们的形状和尺寸使人能够可视化横跨边缘1024的在径向向外方向上的缺陷的增大的允许尺寸，以及一次在边缘1024的最外极限处，在端环槽脊部中的允许缺陷尺寸，其可基本上相同于在边缘1024上的径向最外点处的允许缺陷尺寸。
本描述仅用于说明目的，并且不应被解释为以任何方式窄化本发明的广度。因此，本领域技术人员将理解，可以对本发明的实施方式进行各种修改而不脱离本发明内容的完整的和合理的范围和精神。其它方面、特征和优点将在研读附图和随附权利要求时变得显而易见。

Claims (10)

1.一种修复活塞(10，110，210，610，710，810，910，1010)，其包括：
活塞主体(12，612)，其限定纵向轴线(14，614)并且包括：具有冠部(16，616)的第一主体端部(615)，具有裙部(18，618)的第二主体端部(617)，和在所述第一和第二主体端部(615，616)之间轴向延伸且周向围绕所述纵向轴线(14，614)延伸的主体外表面(28，628)；
所述冠部(16，616)由基材(34，634)和焊接填充材料(38，638)构成，并且包括：周向围绕燃烧室(22，622)延伸且在径向向外方向上从所述燃烧室(22，622)延伸到所述主体外表面(28，628)的环形边缘(24，624，724，824，924)；
所述环形边缘(24，624，724，824，924)主要由所述基材(34，634)并且次要由所述焊接填充材料(38，638)形成，并且其中具有有限数量的修复缺陷(632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')，所述修复缺陷中的每一个由所述基材(34，634)中的空隙形成并且由所述焊接填充材料(38，638)或由所述基材(34，634)与所述焊接填充材料(38，638)的混合物进行填充；
所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')具有受多方向间隔参数限制的空间分布，使得所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')中的任何两个之间在任何方向上的距离至少与所述两个中的任一个的直径一样大；以及
所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')还具有受单方向尺寸参数限制的尺寸分布，所述单方向尺寸参数随着与所述燃烧室(22，622)的距离而改变，使得所述修复缺陷(632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')中的每一个具有的直径为所述修复缺陷(632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')与所述燃烧室(22，622)在径向向外的方向上的距离的大约40％或更小。
2.根据权利要求1所述的活塞(10，110，210，610，710，810，910，1010)，其中所述环形边缘(24，624，724，824，924)在内周缘(640)处邻接所述燃烧室(22，622)，并且在外周缘(642)处邻接所述主体外表面(28，628)，并且其中所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')位于无修复缺陷的所述环形边缘(24，624，724，824，924)中的后退区(644)的外部并且在所述径向向外方向上从所述内周缘(640)延伸；
其中所述后退区(644)的径向范围是所述内周缘(640)到所述外周缘(642)的径向距离(670)的大约10％至大约15％。
3.根据权利要求2所述的活塞(10，110，210，610，710，810，910，1010)，其中所述后退区(644)的所述径向范围为所述径向距离的大约12％；
其中所述后退区(644)的所述径向范围为大约2mm至大约3mm。
4.根据权利要求2所述的活塞(10，110，210，610，710，810，910，1010)，其中所述直径包括在环形边缘(24，624，724，824，924)所限定的平面中的直径，并且其中所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')具有在它们之间、在所述径向向外方向上、逐渐增加的直径和逐渐增加的深度中的至少一者。
5.根据权利要求2所述的活塞(10，110，210，610，710，810，910，1010)，其中所述直径为大约8mm或更小，并且所述深度为大约1mm或更小；
其中所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')的有限数量小于20。
6.一种修复活塞(610，710，910，1010)的集合(800，900，1000)，其包括：
多个活塞主体(12，112，612)，每一个所述活塞主体限定纵向轴线并且包括：具有冠部(16，616)的第一主体端部(615)，具有裙部(18，618)的第二主体端部(617)，和在所述第一和第二主体端部(615，617)之间轴向延伸并且周向围绕所述纵向轴线延伸的主体外表面(28，628)；
所述多个活塞主体(12，112，612)中的每一个的冠部(16，616)由基材(34，634)和焊接填充材料(38，638)构成，并且包括周向围绕燃烧室(22，622)延伸且在径向向外方向上从所述燃烧室(22，622)延伸到所述主体外表面(28，628)的环形边缘(24，624，724，824，924)；
所述环形边缘(24，624，724，824，924)主要由所述基材(34，634)并且次要由所述焊接填充材料(38，638)形成，并且其中具有有限数量的修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')，所述修复缺陷中的每一个由所述基材(34，634)中的空隙形成并且由所述焊接填充材料(38，638)或由所述基材(34，634)与所述焊接填充材料(38，638)的混合物填充；
所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')具有在所述环形边缘(24，624，724，824，924)中的每一个内受多方向间隔参数限制的空间分布，使得作为所述集合(800，900，1000)之间的平均值，在所述环形边缘(24，624，724，824，924)中的任何一个中任何两个修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')之间在任何方向上的距离至少与所述两个中的任一个的直径一样大；以及
所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')还具有在环形边缘(24，624，724，824，924)中的每一个内受单方向尺寸参数限制的尺寸分布，所述单方向尺寸参数随着与对应的燃烧室(22，622)的距离而改变，并且使得作为所述集合(800，900，1000)之间的平均值，所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')具有的直径为在对应的径向向外方向上所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')与所述对应的燃烧室(22，622)的距离的大约40％或更小。
7.根据权利要求6所述的集合(800，900，1000)，其中所述直径包括在所述对应的环形边缘(24，624，724，824，924)所限定的平面中的直径；
其中所述直径为大约8mm或更小，并且所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')中的每一个的深度为大约1mm或更小。
其中所述环形边缘(24，624，724，824，924)中的每一个在内周缘(640)处邻接所述燃烧室(22，622)并且在外周缘(642)处邻接所述主体外表面(28，628)，并且其中所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')位于无修复缺陷的所述环形边缘(24，624，724，824，924)中的每一个中的后退区(644)的外部并且在所述径向向外方向上从所述内周缘(640)延伸；
其中所述后退区(644)的径向范围是所述内周缘(640)到所述外周缘(642)的径向距离的大约10％至大约15％。
8.一种修复活塞(10，110，210，610，710，910，1010)，其包括：
活塞主体(12，612)，其限定纵向轴线，并且包括：具有冠部(16，616)的第一主体端部(615)，具有裙部(18，618)的第二主体端部(617)，和在所述第一和第二主体端部(615，617)之间轴向延伸且周向围绕所述纵向轴线延伸的主体外表面(28，628)；
所述冠部(16，616)由基材(34，634)和焊接填充材料(38，638)构成，并且包括：周向围绕燃烧室(22，622)延伸且在径向向外方向上从所述燃烧室(22，622)延伸到所述主体外表面(28，628)的环形边缘(24，624，724，824，924)；
所述环形边缘(24，624，724，824，924)主要由所述基材(34，634)并且次要由所述焊接填充材料(38，638)形成，并且其中具有有限数量的修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')，所述修复缺陷中的每一个由所述基材(34，634)中的空隙形成并且由所述焊接填充材料(38，638)或由所述基材(34，634)与所述焊接填充材料(38，638)的混合物填充；
所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')具有受多方向间隔参数限制的空间分布，使得所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')中的任何两个之间在任何方向上的距离至少与所述两个中的任一个的直径一样大；以及
所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')还具有受单方向尺寸参数限制的尺寸分布，所述单方向尺寸参数随着在径向向外方向上与所述燃烧室(22，622)的距离而改变，并且使得所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')中的每一个的直径等于或小于根据下述等式的D最大：
D最大＝A*B+C
其中：
A和C是常数；以及
B是由所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')的位置所确定的、从所述燃烧室(22，622)到所述主体外表面(28，628)的距离的百分比。
9.根据权利要求8所述的活塞(10，110，210，610，710，910，1010)，其中A为大约5mm至大约7mm，并且C为大约0.5mm至大约1.5mm；
其中所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')包括：第一修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')和第二修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')，所述第一修复缺陷和所述第二修复缺陷分别定位在与所述燃烧室(22，622)的第一和第二距离处并且分别具有第一和第二直径，每一个等于根据所述等式计算出的D最大；
其中所述环形边缘(24，624)在内周缘(640)处邻接所述燃烧室(22，622)并且在外周缘(642)处邻接所述主体外表面(28，628)，并且其中所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')位于无修复缺陷的所述环形边缘(24，624，724，824，924)中的每一个中的后退区(644)的外部并且在所述径向向外方向上从所述内周缘(640)延伸。
10.根据权利要求9所述的活塞(10，110，210，610，710，910，1010)，其中所述后退区(644)的径向范围是所述内周缘(640)到所述外周缘(642)的径向距离的大约10％至大约15％；
其中所述径向范围为大约2mm至大约3mm，并且所述径向距离为大约15mm至大约30mm；以及
其中所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，832，932，932')中的每一个的直径(650)包括在由所述环形边缘(24，624，724，824，924)所限定的平面中的直径，并且其中所述直径为大约8mm或更小，并且所述修复缺陷(32'，632，632a，632b，632c，732，732'，932，932')中的每一个具有大约1mm或更小的深度。
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