專(zhuān)利名稱(chēng)：用硬釬焊材料對(duì)金屬蜂窩體進(jìn)行硬釬焊的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)金屬蜂窩體進(jìn)行硬釬焊的方法及實(shí)行該方法的裝置，所述蜂窩體是由金屬板層繞卷起來(lái)，層疊或纏繞在一起的;至少部分金屬板層制成一定結(jié)構(gòu)形式的，并且至少在其部分區(qū)域上進(jìn)行硬釬焊。
金屬蜂窩體越來(lái)越廣泛地用于機(jī)動(dòng)車(chē)，例如帶內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動(dòng)車(chē)的排氣系統(tǒng)中作為催化活性材料的載體。出于對(duì)這種催化劑載體的壽命的考慮及對(duì)相似蜂窩體合適的應(yīng)用于它場(chǎng)合的考慮，故將構(gòu)成這些蜂窩體的單個(gè)金屬板層用高質(zhì)量的硬釬焊連接接合起來(lái)是很重要的。至少在某些區(qū)域是這樣。典型地，這些蜂窩體都是抗高溫抗腐蝕的鋼板制成的，并且以高溫進(jìn)行真空硬釬焊而成。
這種蜂窩體例如在德國(guó)專(zhuān)利DEA2302746或DEA2924592中得到了描述。這些參考文獻(xiàn)已經(jīng)提到了用硬釬焊材料進(jìn)行焊接的方法，但這些方法常常使用太多的硬釬焊材料。所以，從一方面講，這些方法不經(jīng)濟(jì);從另一方面講，這些方法由于趨向使板材與硬釬焊材料合金化從而影響板材的特性。
歐洲專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)EPB049489描述了一種在這種蜂窩體中用粘連劑和硬釬材料焊接的方法，它已經(jīng)使得只利用極少量的硬釬焊材料了。德國(guó)專(zhuān)利DEA3818512也描述了用粘連劑和硬釬焊材料對(duì)這種載體進(jìn)行焊接的各種方法，并且還包括當(dāng)時(shí)公知的硬釬焊材料應(yīng)用方法的概述。
至目前為此，所用的各種方法都包括一有問(wèn)題的步驟，在某種意義上講，這就導(dǎo)致了生產(chǎn)過(guò)程的困難或產(chǎn)生不經(jīng)濟(jì)的結(jié)果。在某些方法中，首先用酸洗將板材除去油污，這是高勞動(dòng)強(qiáng)度的和昂貴的并且需要處理所產(chǎn)生的殘留物。使用粘接劑或壓力敏感粘接劑通常還需要使用有機(jī)溶劑，為了環(huán)保，這又需要采取另外的措施，因此是不經(jīng)濟(jì)的。真空爐中蒸發(fā)的材料在保持真空時(shí)也產(chǎn)生了許多困難。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種非常簡(jiǎn)單的使用硬釬焊材料焊接的方法，該方法得以實(shí)現(xiàn)而不需對(duì)卷起的板材進(jìn)行化學(xué)處理，并且不需用有機(jī)溶劑，同時(shí)處理非常迅速。因此該方法可用于大批量生產(chǎn)。本發(fā)明之另一個(gè)目的是創(chuàng)造一種實(shí)施該方法的合適的裝置。
該目的是借助于帶下列步驟的，將焊材料應(yīng)用到金屬蜂窩體中的方法而實(shí)現(xiàn)的。該蜂窩體是由金屬板層繞卷，層疊或纏繞起來(lái)的，至少部分金屬板層是構(gòu)成一定結(jié)構(gòu)形式的并且至少在其部分區(qū)域上是用硬釬焊的a)如果軋用油膜在生產(chǎn)過(guò)程中已不存在了，則至少給一定結(jié)構(gòu)形式的金屬板層提供這種軋用油薄膜;
b)將軋用油膜熱處理以去除揮發(fā)性成份;
c)將欲供給硬釬焊材料的金屬板層區(qū)域與表面活性劑的水溶液接觸;
d)將由金屬板層制成的蜂窩體與粉末化的硬釬焊材料接觸，該硬釬焊材料粘接在軋用油殘留物及表面活性劑一道達(dá)到的地方。
本發(fā)明關(guān)鍵性的一個(gè)步驟是通常從輥壓板材的過(guò)程中存在的油膜首先不必經(jīng)繁雜過(guò)程全部去除，但經(jīng)熱處理后可至少去除一部分;該油膜已作為下列過(guò)程施以硬釬焊材料的基礎(chǔ)。如果在輥壓過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)足夠的油或者油的出現(xiàn)是不合適的，那么盡管這些軋用油可在以后使用、如在金屬板材制成一定結(jié)構(gòu)之前，但在整個(gè)過(guò)程中，直接將適當(dāng)?shù)挠驮谳亯哼^(guò)程中使用并在板材上留下一薄的油膜顯然是最有利的。在熱處理過(guò)程中，高揮發(fā)性成份被除去，并且其它的被轉(zhuǎn)化，然而軋用油的殘留存在。如果將它們與非常稀釋的表面活性劑水溶液接觸，則形成一膜，當(dāng)借助干燥處理將水去除之后，該膜為使用粉末化的硬釬材料提供了最適當(dāng)?shù)南葲Q條件。該膜縮回去，尤其是在板層之間欲硬釬焊的接觸點(diǎn)附近的小間隙區(qū)域是這樣。并且該膜不具足夠的粘接性使粉末化的硬釬焊材料到處都可粘接于其上。只在欲硬釬焊點(diǎn)附近的狹小間隙區(qū)才能將粉末化硬釬焊材料繼續(xù)粘接住。就如將要參照附圖作出的解釋一樣，這剛好是硬釬焊材料最佳施加的先決條件。由于這一結(jié)果，因此本發(fā)明之方法也是優(yōu)于歐洲專(zhuān)利EPB0136514中所述的硬釬焊材料在蜂窩體中的干式操作的方法。該效果是可再現(xiàn)的并且能用更便宜的裝置獲得。
商業(yè)上可獲得的含有礦物質(zhì)，潤(rùn)脂及加工處理材料的軋用油已被證明是適合使用的油。為了產(chǎn)生表面活性劑的水溶液，可使用商業(yè)上可獲得的濃縮物，大約為15-30%的非離子化表面活性劑、檸檬酸及增溶劑，尤其是例如用在餐具洗滌劑中的那種。這種濃縮物用85-97%，最好92-95%的水稀釋?zhuān)缓蠼柚诤＞d狀裝置，尤其是借助層疊不高的絨毛墊將其施加在蜂窩體的表面端，此時(shí)的載體溫度為大約60-95℃，最好70-90℃。
在大約150-250℃最好200-230℃的溫度下對(duì)蜂窩體上的軋用油膜進(jìn)行預(yù)處理，并且該過(guò)程可精確地控制，因此表面活性劑水溶液的使用發(fā)生在大約70-90℃的蜂窩體殘留溫度處。之后，為了干燥將該蜂窩體再加熱至100至160℃，最好為大約130至150℃。最好在每種情況下都在空氣流中進(jìn)行加熱。金屬蜂窩體具有大的表面及良好的加熱條件，所以加熱時(shí)可能是很快地并且在空氣流中加熱不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題。
接著就是將硬釬焊材料施加到蜂窩體上。這可由將蜂窩體浸沒(méi)于液化床中集結(jié)的粉末化硬釬焊材料中。最典型的是用鎳基硬釬焊材料，但這對(duì)本發(fā)明并不是決定性的。然而處于1至200μm，最好大約為38至125uM的粒度尺寸分布是很重要的;在該分布的下半部分的粒度尺寸比該分布上半部分的粒度尺寸產(chǎn)生更經(jīng)常一些。小粒度尺寸必定成比例地大量出現(xiàn)的原因在于它們深入穿入硬釬焊區(qū)域附近的間隙。這對(duì)硬釬焊質(zhì)量是重要的。
為了加速這種對(duì)間隙的穿透，則蜂窩體也應(yīng)該運(yùn)動(dòng)，例如來(lái)回運(yùn)動(dòng)或來(lái)回運(yùn)動(dòng)或使其在流化床中抖動(dòng)。重要的事實(shí)是這種運(yùn)動(dòng)是有效的，所以粒子可被迫穿透進(jìn)入挨著硬釬焊區(qū)域存在的間隙。
本發(fā)明商業(yè)上一個(gè)很重要的方面是利用本發(fā)明之硬釬焊材料應(yīng)用方法只需比常規(guī)方法小得多的硬釬焊材料便可產(chǎn)生高質(zhì)量的硬釬。盡管粉末化的硬釬焊材料變得其小粒度尺寸材料隨著時(shí)間過(guò)程而用完，這是因?yàn)檫@些小粒子能保留卡在間隙中，但剩下的大粒度粉末化硬釬焊材料在一段時(shí)間后可被更換并被用于其它目的。
為了防止輕輕粘接住的粉末化硬釬焊材料在緊跟硬釬焊材料施加步驟的操作步驟中再?gòu)姆涓C體上掉落下來(lái)，較好的是噴涂一粘接物，最好是異丙醇(CH3-CHOH-CH3)。
就如結(jié)合附圖所詳細(xì)描述的一樣，將硬釬焊材料施加到所述蜂窩體的裝置包括下列元件a)一個(gè)為了使熱空氣通過(guò)蜂窩體的加熱站(15)，在該加熱站中，可以大約150至250℃最好200至230℃的溫度對(duì)油膜進(jìn)行熱處理;
b)一操作站(16)，借助于吸收材料(17)，該站(16)可使表面活性劑水溶液施加到蜂窩體的一表面端或兩表面端;
c)一個(gè)為確保在空氣流中以大約100至160℃最好130-150℃的溫度干燥的干燥站(18);
d)一個(gè)具有粉末化硬釬焊材料(14)集結(jié)器的硬釬焊材料操作站(12、13、14)，其經(jīng)受一氣流從下吹過(guò)它，從而形成一流化床。
現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的某些示范性的實(shí)施例，部件及細(xì)節(jié)作出詳細(xì)說(shuō)明，這種說(shuō)明是為了更好地理解本發(fā)明之緣故，但本發(fā)明并不僅限于這些說(shuō)明。


圖1是一未完成卷繞的蜂窩體;
圖2是正確使用硬釬焊的蜂窩體的詳細(xì)橫剖面圖;
圖3是硬釬焊材料應(yīng)用不適當(dāng)?shù)南鄳?yīng)部分的詳細(xì)圖;
圖4是焊材料分布不正確的相應(yīng)部分的詳細(xì)圖;
圖5是通過(guò)一容器的示意性剖視圖，該容器帶有一流化床以便載納粉末化的硬釬焊材料;
圖6是圖5的裝置中所用的粉末化硬釬焊材料的典型粒度尺寸分布圖，該裝置將硬釬焊材料應(yīng)用到蜂窩體中;
圖7是硬釬焊材料應(yīng)用裝置的示意圖。
圖1示出了蜂窩體1的一種典型結(jié)構(gòu)，也即那種專(zhuān)門(mén)用于廢氣催化轉(zhuǎn)化器的載體。一波紋板2和平板3卷繞成一螺旋體，在金屬板層2、3之間形成典型的接觸點(diǎn)5、6。這些接觸點(diǎn)具有象夾鉗形和象楔形的形狀。波紋板2和/或平板3的表面由軋用油膜4覆蓋。整個(gè)卷繞的蜂窩體1在其表面端與表面活性劑水溶液接觸至深率t之前進(jìn)行熱處理。所示出的蜂窩體代表任何類(lèi)型的卷繞，層疊或其它組裝方式裝成的蜂窩體，其由一定結(jié)構(gòu)的板材制成。本發(fā)明同樣可用在加熱交換器或類(lèi)似場(chǎng)合。
圖2、3和4示出了本發(fā)明的方法中的重要因素。通過(guò)該一蜂窩體的詳細(xì)剖面圖示出了波紋板2和平板3之間的典型接觸點(diǎn)。而蜂窩體在這三幅附圖中只是示意性示出了。尤其是如果蜂窩體由各種不同的金屬波紋板層構(gòu)成，則相似的接觸點(diǎn)同樣產(chǎn)生在結(jié)構(gòu)稍之不同的板上。圖2示出了硬釬焊材料7正確地集結(jié)于接觸點(diǎn)區(qū)域的情況，而圖3示出了堆集的硬釬焊材料8過(guò)小的情況，圖4示出了硬釬焊材料9不正確的分布情況。根據(jù)本發(fā)明，將軋用油進(jìn)行熱處理并直接與輸入的表面活性劑水溶液接觸，兩者結(jié)合經(jīng)正確的干燥處理后就形成正確的硬釬焊材料堆集物7，而其它方法產(chǎn)生過(guò)少的硬釬焊材料堆集物8，尤其是產(chǎn)生不正確的硬釬焊材料分布，典型地講這主要要看是否表面端供給有到某一深度t的粘接劑或結(jié)合劑，然后使用硬釬焊材料。圖4之硬釬焊材料應(yīng)用情況使用了不必要的大量硬釬焊材料而沒(méi)有成比例地改善硬釬焊連接的質(zhì)量。在本發(fā)明中，在應(yīng)用硬釬焊材料于蜂窩體的表面端的情況下，對(duì)一個(gè)每平方時(shí)具有100個(gè)孔眼(Cpsi)的蜂窩體來(lái)說(shuō)表面端聚集的硬釬焊材料為大約在表面端面積的0.1g/cm2的范圍內(nèi)，在400Cpsi時(shí)大約為0.15g/cm2，并且在600Cpsi時(shí)，大約為0.2g/cm2。這明顯大大小于由先有技術(shù)中公知的帶良好硬釬焊質(zhì)量的銅焊材料使用方法所能獲得的數(shù)值。
圖5示出了一容器10在其下部區(qū)域設(shè)有一進(jìn)口11以便干燥空氣或干燥的惰性氣體進(jìn)入。這些空氣是鼓風(fēng)吹入，具有良好的分布，從氣體腔12通過(guò)燒結(jié)金屬板13進(jìn)入粉末化的硬釬焊材料集結(jié)器14，由于這一結(jié)果，從而形成了一流化床。硬釬焊材料顆粒實(shí)際上浮于該流化床中并且能極容易地粘到浸沒(méi)于該流化床中的蜂窩體上。圖6示出了這種粉末化硬釬焊材料的典型的較合適的粒度分布情況;對(duì)廢氣催化轉(zhuǎn)化器載體最好用鎳基硬釬焊材料。在圖中，比例(用百分比表示)是相應(yīng)于粒度尺寸(用微米表示)畫(huà)出的。其X軸尺標(biāo)不是線性的并且曲線是非對(duì)稱(chēng)的，所以整體上講，主要百分比的粒度處于38至75μm之間，這對(duì)如圖2一樣正確地堆積硬釬焊材料是很重要的。
圖7示意性地示出了本發(fā)明裝置的一個(gè)示范性實(shí)施例。一操作器19用來(lái)將蜂窩體1傳遞至各站即為了對(duì)蜂窩體1的表面上的軋用油進(jìn)行熱處理的加熱站15;
操作站16，表面活性劑水溶液在其中與吸收材料最好是低層疊的絨墊17一起應(yīng)用;
為了干燥所用的涂層的干燥站18;及硬釬焊材料操作站，其帶有一粉末化硬釬焊材料14集結(jié)器，空氣從下部12吹過(guò)該硬釬焊材料，并在燒結(jié)金屬板13上方形成一流化床。
本發(fā)明適用于大規(guī)模地經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用硬釬焊材料于金屬蜂窩體，并且可節(jié)儉使用硬釬焊材料，而硬釬焊質(zhì)量同樣保持很高。它的特殊應(yīng)用領(lǐng)域是為機(jī)動(dòng)車(chē)廢氣催化轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)金屬載體。
權(quán)利要求
1.將硬釬焊材料硬釬焊到蜂窩體中的方法，該蜂窩體例如是金屬制成的，是由金屬板層卷繞，層疊或纏繞而成的，該金屬板層至少部分是具有一定結(jié)構(gòu)(2、3)的并且至少在部分區(qū)域進(jìn)行硬釬焊，步驟如下a)如果軋用油膜在生產(chǎn)過(guò)程中已不存在，則至少給構(gòu)成的金屬板層提供這種軋用油薄膜；b)將該軋用油膜熱處理以去除高揮發(fā)性成份；c)將提供硬釬焊材料的金屬板層的區(qū)域放入與表面活化劑水溶液接觸；d)將由金屬板層制成的蜂窩體放入與粉末化硬釬焊材料接觸，該材料粘接在軋用油殘留物及表面活性劑一道達(dá)到的地方。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于該軋用油在輥壓金屬板層(2、3)的操作中已經(jīng)被施加上。
3.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于該軋用油是由礦物油，滑脂及加工材料組成的。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述方法，其特征在于一種含有大約15-30%的非離子表面活性劑、檸檬酸及增溶劑的濃縮物由大約85至97%最好是92至95%的水稀釋?zhuān)缓蠓湃肱c施加上硬釬焊材料的區(qū)域(5、6)接觸。
5.如前述權(quán)利要求之一所述方法，其特征在于借助于低層疊絨墊應(yīng)用表面活性劑的水溶液，其中該墊用該水溶液浸透并壓靠在蜂窩體(1)的表面端部。
6.如前述權(quán)利要求之一所述方法，其特征在于大約150至250℃最好在大約200至230℃時(shí)將軋用油進(jìn)行熱處理是有效的。
7.如前述權(quán)利要求之一所述方法，其特征在于在蜂窩體的溫度為大約60至95℃最好為70至90℃時(shí)將蜂窩體放入與表面活性劑水溶液接觸。
8.如前述權(quán)利要求之一所述方法，其特征在于當(dāng)蜂窩體放進(jìn)去與表面活性劑水溶液接觸后在大約100至160℃最好為大約130至150℃時(shí)進(jìn)行干燥。
9.如前述權(quán)利要求之一所述方法，其特征在于當(dāng)與表面活性劑水溶液接觸后，借助于熱空氣將軋用油膜熱處理和/或干燥是有效的。
10.如前述權(quán)利要求之一所述方法，其特征在于將蜂窩體之表面端放入粉末化硬釬焊材料(14)的流化床中，所以區(qū)域(5、6)開(kāi)始與粉末化硬釬焊材料(14)接觸，在該區(qū)域(5、6)中軋用油(4)殘留物和表面活性劑水溶液已經(jīng)接連進(jìn)行了接觸。
11.如權(quán)利要求10所述方法，其特征在于流化床(12、13、14)包括一細(xì)粒子粉末化硬釬焊材料(14)集結(jié)器，該粉末由干燥氣體，最好由一惰性氣體從下吹起形成流體狀。
12.如權(quán)利要求11所述方法，其特征在于細(xì)粒度的粉末化硬釬焊材料(14)其粒度為1和200μm之間，最好在38和125μm之間，在這個(gè)分布下半部分的粒度尺寸常常比在其上半部分的粒度尺寸更經(jīng)常出現(xiàn)。
13.如權(quán)利要求10、11或12所述方法，其特征在于在蜂窩體(1)處于流化床(12、13、14)中時(shí)，它來(lái)回運(yùn)動(dòng)，所以粉末化硬釬焊材料(7)被壓入硬釬焊點(diǎn)(5)附近的間隙。
14.如前述權(quán)利要求之一所述方法，其特征在于為了確保所用的粉末化硬釬焊材料不在進(jìn)一步的處理過(guò)程中掉落，在其上噴涂一層粘接物膜，最好是異丙醇。
15.如前述權(quán)利要求之一所述方法，其特征在于當(dāng)將硬釬焊材料應(yīng)用于蜂窩體表面端部時(shí)，每端面只用大約下列硬釬焊材料的量對(duì)100Cpsi的蜂窩體大約是0.1g/cm2，對(duì)400Cpsi的蜂窩體大約是0.15g/cm2，對(duì)600Cpsi的蜂窩體大約是0.2g/cm2。
16.將硬釬焊材料用于金屬蜂窩體(1)的裝置，該蜂窩體是由金屬板層(2、3)卷繞、層疊或纏繞而成的，至少部分金屬板層是構(gòu)成一定結(jié)構(gòu)的，并且至少在部分區(qū)域(5、6)內(nèi)進(jìn)行硬釬焊，其包括下列部件a)一個(gè)為了使熱空氣通過(guò)蜂窩體的加熱站，在該加熱站中，可以大約150至250℃，最好200至230℃的溫度對(duì)油膜進(jìn)行熱處理;b)一操作站，借助于吸收材料，該站可使表面活性劑水溶液施加到蜂窩體的一表面端或兩表面端;c)一個(gè)為確保在空氣流中以大約100至160℃最好是130-150℃的溫度干燥的干燥站;d)一個(gè)具有粉末化硬釬焊材料(14)的集結(jié)器的硬釬焊材料操作站，其經(jīng)受一氣體(11，12)從下吹過(guò)它，從而形成一流化床。
17.如權(quán)利要求16所述裝置，其特征在于該表面活性劑水溶液操作站具有一可被表面活性劑水溶液浸透的低層疊絨墊。
18.如權(quán)利要求16所述之裝置，其特征在于該硬釬焊材料操作站具有一充滿(mǎn)粉末化硬釬焊材料(14)的容器(10)，其活動(dòng)底是由一燒結(jié)的金屬板(13)制成，并能經(jīng)受一壓縮空氣或惰性氣體流從下吹過(guò)它。
全文摘要
一種施加硬釬焊料到由至少部分經(jīng)成型的金屬片層卷繞、層疊或纏繞而成的金屬蜂窩體上來(lái)對(duì)至少部分區(qū)域進(jìn)行焊接的方法，包括在不存在油膜時(shí)對(duì)至少成型層涂上油膜，將油膜加熱以去除揮發(fā)性成分，將金屬片層的要上焊料的區(qū)域跟表面活化劑水溶液接觸，然后將蜂窩體跟粉狀硬釬焊料接觸使焊料粘附到留有油的剩余物及表面活化劑的部位。本方法促成焊料的經(jīng)濟(jì)使用以及持續(xù)提供高質(zhì)焊道。特別適用于機(jī)動(dòng)車(chē)的催化凈化器的載體的焊接。
文檔編號(hào)F28D19/04GK1089893SQ93107689
公開(kāi)日1994年7月27日 申請(qǐng)日期1993年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月11日
發(fā)明者L·韋利斯 申請(qǐng)人:埃米特放射技術(shù)股份有限公司