CN101784360B - 安装设施以及焊接过程 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种安装设施，用于在保护气体环境中焊接或热处理工件(1)，所述安装设施具有工件运输装置(2)、进入所述安装设施的入口(3)、离开所述安装设施的出口(4)、与气流(S)分别传导并使所述气流(S)成为工作温度的炉气或加热气流(B)，以及围绕所述安装设施的绝热体(5)。根据本发明，节约了显著的能量，炉气或加热气流(B)和气流(S)具有大致相应的热容率并且以逆流结构通过所述安装设施。本发明还提出一种有利于节能的过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种安装设施，用于在保护气体环境中焊接或热处理工件，所述安装设施具有工件运输装置、进入所述安装设施的入口、离开所述安装设施的出口、与气流分别传导并使所述气流成为工作温度的炉气或加热气流，以及围绕所述安装设施的绝热体。本发明还涉及用于焊接或热处理的相应的过程。
背景技术
DE10227055B4公开了一种用于连接含有铝或铝合金的构件的钎焊过程。在该文献中，通过电加热提供热气(也可以是保护气体)被认为是有利的。通过这种方式，在该文献中提供了可靠并且迅速的钎焊过程。在该文献中提出的分成两个加热阶段确保了迅速、经济的加热，并且应当产生与炉供暖(无论该特征的具体含义)有关的更低的总体能量输出。
显著更早的DE2254769A公开了用于在保护气体中免钎剂焊接铝工件的另一种焊接过程和焊接炉。同样在该文献中，保护气体优选地被电加热。焊接炉具有预加热室、焊接室和冷却室，工件在预加热室中升到约500℃，焊接本身在焊接室中的保护气体中进行。
如上所述，前文的权利要求1出于US5147083，其中在焊接安装设施中通过炉气或热气将保护气体(其为氮气)升到焊接温度。已知的焊接面分成区域，为每个区域提供炉和蛇形炉气线以及多孔的保护气体进气线。此外，每个区域包含风扇，用于确保通过的工件在所有侧面上受到加热至焊接温度的保护气体的作用。
如已知的，可以通过与逆流传导的放热反应气流的热耦合来实现产生热气流的节能方式，如DE19953233A1或显著更早的DE3402713A1中所描述。使用这样的过程，产生了合成产生或甚至分解产品。
通过利用在焊接点处的物质与在焊接点处产生的氮环境的成分之间的放热反应，也可以实现用于焊接的节能过程。在WO 2007/054306甚至时间更久的出版物中已经描述了相应的示例。
JP05-115934公开了在从无端金属板带加工成管道后直接焊接换热管道。这种加工很经济。通常称为“直进钎焊(inline brazing)”。然而所述文献只提到感应回路作为焊接站。
发明内容
本发明的一个目的是进一步开发上述类型的安装设施以及用于对工件的焊接或热处理的过程，用于减小用于安装设施操作的能量输入。
所述目的通过具有权利要求1的特征的安装设施并且通过具有权利要求15的特征的过程来实现。因为燃料或炉气气流和气流具有大致相应的热容率(吸热能力/散热能力)并且以逆流结构通过所述安装设施，显著降低了用于操作安装设施的能量。气流优选的是具有惰性的保护气体。保护气体气流的吸热能力加上通过安装设施的工件的吸热能力应当大致对应于炉气气流的散热能力。流过安装设施的保护气体气流可以再循环到入口用于任意比率的再利用。保护气体气流的再循环使得出口处的保护气体的温度例如60-100℃再次提供到入口，除不可避免的损失外。在物理上，用于保护气体的再循环线具有良好的绝热性。如果可能，该线也可以设置在安装设施的绝热之内。如果需要，为了补偿损失，新的保护气体在入口处添加到再循环保护气体中。因为实际上没有高温的废气和保护气体被排放到环境中，所以大大降低了能耗。
在一个改进中，镀有适当的高等级金属的催化转化器(例如板型结构或蜂窝状结构)布置在炉气的流路中，该催化转化器的效果是极大地增加炉气(例如甲烷空气混合物)在进入催化转化器的入口处的燃烧温度。催化转化器也可以是催化活性物质。催化活性物质例如可以是用作为固体催化转化器的适当的混合氧化物，即不需要笨重的镀层，例如是具有高等级金属催化剂的情况。由于炉气在催化转化器上的转换，炉气的温度上升，从而炉壁也被加热。由于更热的炉壁，保护气体(例如氮气)也随后被加热，并且由于保护气体和工件之间的加强的接触，工件本身在焊接中最终也被加热，例如有利于达到高于所使用的钎料的固态温度的温度。
催化转化器上进行的放热反应的产热率通过对催化转化器相应的设计或通过炉气的量的控制或对炉气的成分的控制来设定。工件可以高速通过安装设施，这在许多情况下对于加速焊接来说是理想的。
催化转化器可以在整个热处理区域上延伸，例如焊接区域。也可以在所述区域中设置多个催化转化器。一个或多个催化转化器的位置可以改变，从而可以调节安装设施以使其根据需要适于焊接或热处理不同产品，即从而以适应于各产品的需要的方式调节安装设施，该产品通过这样的方式处理以确保质量。所述的需要取决于产品的物理形式。
离开催化转化器之后，然后出现的燃烧过的炉气(废气)通过与进入安装设施的保护气体的持续换热被冷却，并且这里保护气体同时被预热。废气例如以60-100℃的温度范围离开安装设施。
所用的安装设施实现为相对细长的隧道，优选地由同轴地一个设置在另一个中的管道构成，管道在相当的长度上延伸。安装设施在端侧处的入口和出口因此相对于安装设施的长度相小，从而显著地有助于维持焊接或热处理区域中的内部环境。安装设施不需要直线延伸。例如可以设置为环形或圈形以适应加工场地的现场要求。在优选实施例中，管道如上所述同轴地设置，内管和外管之间具有全部具有大致相同高度的环形室。然而也可以提供其中在内管的纵向轴和外管的纵向轴之间具有空间的实施例，该管道从而不是同轴地布置，而是一个在另一个内部，并且从而也不具有上述的全部相同高度的环形室。安装设施例如用作为用于由金属板带加工成的无端扁平管道的焊接安装设施。在无端扁平管道的焊接之后，相应长度的每个管道被切下并例如用于生产换热器。为了这个目的，焊接安装设施连接到导轨列，用于通过成型来生产无端扁平管道。这样，也可以用于焊接换热器的子部分，该子部分可以在扁平管道的一个或两个宽侧上具有波浪形的棱。在焊接之后，相应长度的子部分被切下并组装形成换热器。
所提出的过程可以与现有技术已知的方法结合，用于进一步减小能耗。
附图说明
基于示例实施例描述本发明，为此参照以下附图。
图1示出了安装设施和相应的温度曲线的第一视图。
图2示出了安装设施和相应的温度曲线的第二视图。
图3示出了有保护气体流过的扁平管道。
图4示出了优选的扁平管道的横截面。
图5示出了由扁平管道和棱构成的换热器网孔。
图6示出了轨道列，其上产生如图4的无端的扁平管道。
具体实施方式
图1和图2中所示的安装设施可以是焊接安装设施，例如CAB钎焊安装设施或用于优选的金属工件的热处理的安装设施。工件也可以是连续地或不连续地通过安装设施并且同时相应地受到处理的独立的工件。
根据图1和图2的安装设施由彼此同轴地设置的两个管10、20构成。例如氮气的保护气体环境位于内管10中，该保护气体环境由从左向右通过所述管道10的保护气流S(虚线箭头)形成。同样位于所述内管10中的有运输装置2，由多个轧辊装置表示。工件1在轧辊装置之间通过，在所示的示例实施例中的工件1是铝或适当的铝合金构成的无端扁平管道，例如图4的横截面所示，或者是两个宽侧已经设置同样由铝板构成的棱6(焊接到所述宽侧)的扁平管道。这也在图1中示意地示出。这里，由三个无端金属板带a、b、c(两个金属板带a、b形成侧并且第三个金属板带c构成扁平管道的内侧部分)产生的扁平管道被焊接起来，并且同时棱6(如果有)焊接到外部。申请人希望关于此参照更早的德国专利申请DE102006002932.1，其中在焊接之后，扁平管道和两个波浪形的棱6构成的子部分被切下并进一步用于产生换热器。图5示出了换热器网孔的细节(例如用于冷却剂冷却器)。冷却空气流动通过的棱6设置在所述换热器网孔中，使得棱6的波浪相互抵靠地经过两个扁平管道1之间，由此增大了换热器的换热效率。
在这里描述的示例实施例中，焊接安装设施连接到类似图6中的示意形式所示的轨道列。该示图从更早的德国专利申请DE102006033568.6中取得。根据图1的焊接安装设施例如位于图6所示的位置，以任意速率，使用于单独的扁平管道的切割站A在出口4之前，并且使入口3指向轨道列以可以接收靠近的扁平管道1。
无需更详细地说明，为了焊接，无端扁平管道1受到如去油、熔解(如果适合)、干燥等的相应的预处理。但是，应尽可能地避免使用熔解。此外，还应提到扁平管道可以具有非常小的管道壁厚，范围从0.03-0.15mm。内侧部分的厚度不大于0.03-0.1mm。这样的扁平管道构成很低的热质量，在本文中是用于加热处理过程的权宜之计。
回到图1，也可以看出炉气或热气气流B(点线箭头)从右向左通过上述的内管10和外管20之间的环形室15。因此，在流动中，保护气流S和炉气气流B为逆流结构。内管10的管壁11具有能做到的最好的热传导特性，从而热能可以迅速、有效地从炉气气流B传递到保护气流S，反之亦然。安装设施的横截面未示出。管10、20可以(但并非必需)具有圆形截面。环形室15中由平行的点线表示的催化转化器K大体上在焊接安装设施的中心。板的表面例如镀有铂，其是产生实际催化作用的高等级金属。已经被接近的保护气流S预热的炉气气流B碰撞并流过催化转化器K。那里发生相对急剧的放热反应，该反应与催化的燃烧反应产生的剧烈温度升高相关。电气辅助装置或起动加热器60设置在催化转化器K上，该辅助装置或起动加热器60激活催化转化器K，即将催化转化器K的温度升高到炉气的催化点火温度。点火之后，电加热器60可以关断。因此，催化转化器K的区域也已经位于内管10的区域，其中最高温度在保护气流S中占主导，并且工件1的焊接最终在这里进行。在催化转化器K中燃烧的炉气B(即废气)在那里仍具有很高的温度。所述炉气B处于非常适于预热从入口3到达内管10的保护气流S的任意速率。在图1的左侧处离开焊接安装设施的废气B仍具有处于约60-100℃的范围内的温度。从右侧接近的“消耗”的保护气体S也在该温度范围，并且保护气体S从那里再循环以用于再利用。进给装置50在保温的再循环线中示出。需要确保高度污染的保护气体S不被再循环或是先被净化。足量的新的保护气体S从而添加到回路。在图1和图2中，示出的空调单元70在流过的保护气体S的方向可具有过滤器、吸气剂和另一个催化转换器，用于使保护气体S复原，即例如用于滤出有害成分或使所述有害成分反应形成无害成分，并且/或为于添加有助于热处理的添加剂。吸气剂可以形成为化学反应材料，通过对吸气剂材料(例如石墨)进行化学键合或吸着，在焊接过程中用于减小保护气体S中的不需要的微量气体(例如氧气)的分压。
此外，这里也可以使适当的成分添加到保护气体S，直接在焊接点处构成对放热反应的贡献，如引言(WO2007/054306)中所述。为了该目标，在焊接点处提供足量的反应放热的物质。因此，这里提出的过程也可以与已知的过程结合，产生进一步的节能。
仅示出在外管20周围延伸的绝热体5。许多其它细节未在图中示出。例如，炉气气流B和保护气体气流S两者可以经历相应的偏转，例如可以具有蛇形的流路。图3用于示出仅在扁平管道1的一部分周围的保护气体S的盘旋流动。
图2与根据图1的示例实施例的不同在于保护气体气流S大约在安装设施的中心处导入。为了该目标，安装设施装有另一个(更大的)管道30，然而仅延伸到保护气体S的引入点，即不需要延伸过安装设施的整个长度。同样这里保护气体S相对于炉气B以逆流结构流动，并且由热的炉气B或由废气预热，因为管20的管壁也设计为在该区域具有良好的热导率。在所示的示例实施例中，预热的保护气体气流S在催化转化器K的区域通过中心管20引入内管10，并且传播到内管10的左侧和右侧。该设计的优点是保护气体气流S不会被污染，但是在进入热区域之前不能充分预热。
图1和图2通过三条曲线还示出炉气气流B、保护气体气流S以及扁平管道1的从焊接安装设施的入口3到出口4的相关温度曲线。可以看出入口3和出口4处温度约在60-100℃之间，如上所述。然而所述温度也可以在环境温度的区域中，即低于所指定的。在安装设施的中心焊接区域中，考虑炉气气流B中发生的放热反应，可以使那里的温度甚至位于铝材料的实际焊接温度以上。发明人正通过100m/min或更高的转速来努力实现。
消耗的保护气体S也可以添加到炉气气流B，用于调节后者的热容，最后也用于实现甚至更经济的能耗。
Claims (20)
1.一种安装设施，用于在保护气体环境中焊接或热处理工件(1)，所述安装设施具有工件运输装置(2)、进入所述安装设施的入口(3)、离开所述安装设施的出口(4)、与保护气体气流(S)分别传导并使所述保护气体气流(S)成为工作温度的炉气或加热气流，以及围绕所述安装设施的绝热体(5)，特征在于：炉气或加热气流和保护气体气流(S)具有大致相应的热容率并且至少在所述安装设施的长度的有效部分上以逆流结构通过所述安装设施。
2.根据权利要求1所述的安装设施，特征在于：流过所述安装设施的气体是可以再循环到所述入口(3)的保护气体气流(S)。
3.根据权利要求1或2所述的安装设施，特征在于：至少消耗的保护气体气流(S)的成分被添加到炉气或加热气流。
4.根据权利要求1或2所述的安装设施，特征在于：所述安装设施至少具有两个管道(10，20)，其中第一管道(10)设置在第二管道(20)内部，保护气体气流(S)流过第一管道(10)并且炉气气流流过所述第一管道(10)和第二管道(20)之间的环形室。
5.根据权利要求4所述的安装设施，特征在于：至少所述第一管道(10)有具有良好热导率的管道壁(11)。
6.根据权利要求5所述的安装设施，特征在于：所述安装设施具有仅延伸到保护气体气流的引入点的第三管道(30)，其中所述绝热体(5)间接或直接围绕所述第二管道(20)或所述第三管道(30)。
7.根据权利要求6所述的安装设施，特征在于：所述第三管道(30)用于预热保护气体气流(S)并用于将保护气体气流传导到所述第一管道(10)中。
8.根据权利要求4所述的安装设施，特征在于：催化转化器(K)设置在所述环形室(15)中，所述炉气气流的燃烧在所述催化转化器(K)上发生。
9.根据权利要求8所述的安装设施，特征在于：所述催化转化器(K)在所述环形室(15)中的位置可以改变。
10.根据权利要求4所述的安装设施，特征在于：所述工件运输装置(2)和用于所述工件(1)的处理部分设置在所述第一管道(10)中。
11.根据权利要求1所述的安装设施，特征在于：所述工件运输装置(2)由一系列导轨构成，适于传输所述工件以及将所述工件(1)以适于焊接的方式保持在一起。
12.根据权利要求1所述的安装设施，特征在于：所述工件的传输方向选取为与炉气气流的流向相反。
13.根据权利要求1所述的安装设施，特征在于：所述安装设施为细长的隧道形，长度显著大于直径。
14.根据权利要求1所述的安装设施，特征在于：所述安装设施设置为与一系列导轨共同作用的焊接安装设施，所述工件是无端的扁平管道，在所述一系列导轨上从至少一个无端的镀有钎料的金属板带形成扁平管道，并且可以被引导通过所述焊接安装设施，在单独的换执器管切下之前进行焊接。
15.一种用于在保护气体环境中焊接或热处理工件的过程，在安装设施中进行，炉气气流和被所述炉气气流加热的保护气体气流(S)彼此分别地传导到所述安装设施中，特征在于：炉气气流和保护气体气流(S)在相反的流动方向上被引导到所述安装设施中，并且被设置为换热地接触，使得首先形成的燃烧的炉气预热流入的保护气体气流(S)，其次形成的保护气体气流(S)预热流入的炉气。
16.根据权利要求15所述的过程，特征在于：所述炉气气流与催化转化器(K)接触。
17.根据权利要求15或16所述的过程，特征在于：所述保护气体气流被引入第一管道(10)，并且所述炉气气流被引入所述安装设施的所述第一管道和第二管道(20)之间的环形室。
18.根据权利要求17所述的过程，特征在于：所述保护气体气流首先被引入包围所述第二管道(20)的第三管道(30)，并且仅在所述安装设施的大致中心位置处被引入所述第一管道(10)。
19.根据权利要求15所述的过程，特征在于：从所述安装设施形成的消耗的保护气体气流再循环到进入所述安装设施的入口。
20.根据权利要求15所述的过程，特征在于：至少消耗的保护气体气流的成分被添加到所述炉气气流。
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