CN101861484B

CN101861484B - 焊接的金属密封件

Info

Publication number: CN101861484B
Application number: CN200880112586.3A
Authority: CN
Inventors: 克劳斯·施密特
Original assignee: FEDERAL MOGUL SEALING SYS SpA
Current assignee: FEDERAL MOGUL SEALING SYS SpA; Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: MX2010003953A; BRPI0817780A2; US20100301567A1; WO2009052875A1; DE102007049925B4; JP2011502231A; KR20100082338A; JP5303564B2; EP2198189A1; DE102007049925A1; CN101861484A

Abstract

本发明公开了一种带有接缝的金属密封件，其中所述金属密封件包括至少一个密封区域，该至少一个密封区域分别由两侧的边界定义，且用于以密封方式接触至少一个对应的密封表面，其中所述接缝设置有至少一个焊缝，每个焊缝仅在所述至少一个密封区域的边界外延伸，使得金属密封件所述至少一个密封区域的边界之间的接缝处在接缝的整个厚度上未被焊接。

Description

焊接的金属密封件

技术领域

本发明涉及密封件。本发明特别涉及金属密封件。本发明还涉及耐高温材料制成的金属密封件。本发明还涉及由线状(wire)或者带状(band)材料制成的非无缝金属密封件。

背景技术

迄今为止，通常的做法是在实心材料上冲压出这样的密封件，或者形成线状或者带状材料的环，其在接合处焊接形成环状密封件。

例如，在G.Moore的标题为“Seal for forming a brazed joint(用于形成铜焊接头的密封件)”的美国专利申请US 2006/0237963、以及Rowe等人的标题为“Seal(密封件)”的美国专利申请US 2004/0239053中，描述了现有的金属密封件。

这种类型的密封件由带状材料弯折成环形而制成，通常具有在该环状密封件通过焊缝闭合的位置处会发生渗漏的缺点。可选的解决方案是利用成型的平板材料来制作这种密封件，该可选方案也是不可行的，因为产生了过多的废料。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种金属密封件，消除高成本和具有渗漏风险的现有缺点。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种带有接缝的金属密封件，也就是，一种至少部分非无缝的金属密封件。在这种情况下，该金属密封件的特征在于具有至少一个密封区域，从而以密封方式接触至少一个对应的密封表面。在这种情况下，至少一个密封区域分别由两侧的边界定义。在接缝处，本发明的金属密封件设置有焊缝，所述焊缝分别仅在至少一个密封区域的边界外延伸，其中，所述金属密封件在所述至少一个密封区域的边界之间的接缝处在接缝的整个厚度上未被焊接。

应该注意，未焊接的接缝延伸到本发明的密封件的所述至少一个密封区域内。闭合所述接缝或者连接所述密封件的端部的焊缝均没有延伸到所述密封区域内或者延伸到边缘上。本发明的金属密封件的特性可以从以下看出：该密封件在密封区域的关键位置处设有(封闭的)间隙(或者未焊接的、但是“没有间隙”的接合处)，而不是焊缝。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用于生产该创造性的金属密封件的方法。

该金属密封件的特征在于具有接缝和至少一个密封区域，该密封区域用于以密封方式接触至少一个对应的密封表面。在这种情况下，至少一个密封区域设置在所述密封件的边缘上。所述接缝设置有焊缝，其中所述焊缝在到达其上设有密封区域的所述边缘前结束。此外，所述焊缝仅在设置在所述密封件的边缘上的密封区域外延伸。

本发明的方法包括提供半成品带状或者线状材料的步骤。该半成品带状或者线状材料被切割成至少一个毛胚(blank)，使得每个毛胚具有端部区域或者切割面。所述毛胚形成的方式使得(一个或多个毛胚的)至少两个端部区域分别彼此邻接并形成接缝。所述毛胚的成形使得至少一个密封区域设置在毛胚上，其中所述密封区域由边界定义。因此所述毛胚以如下方式焊接成密封件：一个或多个焊缝仅在至少一个密封区域外延伸，并且在至少一个密封区域的边界之前结束。在这种情况下，所述金属密封件的接缝在一个密封区域的边界之间保持未被焊接。

特别地，提议最后三个步骤的次序可以任意改变。但是所描述的次序具有以下优点：由于后续的处理步骤，接合处的未焊接部分不能扩展成间隙。根据后续的处理步骤的类型，也可以进一步通过相应的成型工艺将该间隙闭合。

该方法优选地还包括使密封区域轧辊定径(roll-sizing)的步骤。由于轧辊定径，密封区域可以以密封表面、密封边缘或者密封唇缘的形式实现。轧辊定径还具有以下优点：密封区域被压缩，因此比较紧凑并被加宽，使得接缝的两个邻接的未焊接区域以更强力的方式彼此挤压，进而改进密封件在接缝处的紧密度。

所述金属密封件优选设置有至少一个焊道(bead)(可以在径向或者轴向上突起)。

焊道使得可能以良好的可定义的接触压力和/或充分的选择来产生密封，以补偿例如由于横向热膨胀而变化的密封间隙。

优选地，所述金属密封件基本上至少部分的形状类似于圆柱套(cylinderjacket)。接下来，所述密封件至少部分垂直于密封间隙延伸，其中密封件被插入该密封间隙内。

所述圆柱套优选地以桶状形式实现。由于桶状形状，密封件尤其适合于密封管道或者类似物的加压腔，这是因为来自于待密封媒介的力分量将设置在“桶状边缘”上的密封区域朝向密封表面挤压。这种构造的另一个优点是，在两个密封表面之间的密封件压缩的过程中，未焊接部分上的接缝被压缩。

所述金属密封件的圆柱套优选地呈渐缩状。在这样的实施例中，内部容积可以被周围的过度压力密封得非常好。根据密封件的设计，在这种情况下，可以通过外部作用的过度压力来压缩接缝。

所述金属密封件优选地设置有表面涂层。可以通过电镀或者气相沉积、化学气相沉积(CVD)或者火焰喷涂的方式，化学地实现所述表面涂层。

所述金属密封件优选地至少在密封区域范围内设置有表面涂层。密封区域范围内的表面涂层可用于改进密封件的密封特性。还可能向密封区域应用表面镀层，以便密封件能够在负载下相对于密封表面移位。这可以分别采用例如弹性材料涂层、(软的或者不含铁的重)金属涂层、或者碳或石墨涂层来实现。

表面涂层可以用于改进密封件对机械和/或化学应力的阻抗，这可以通过例如镀镍或者渗氮的方式来实现。根据相应的应用，还可能分别使用或者应用几个或者不同的表面涂层(内/外、相邻、或者叠加)。

所述表面涂层优选地包括焊料。表面涂层可包括焊料和/或焊剂。特别地，在高温密封中，这使得密封件能够在温度(而不是压力)超载模式下，将它自己焊接到密封表面。这样的实施例还可以用于快速且简单地构造波纹管式(bellow)或者多部分(multipart)密封件。

所应用的表面涂层优选地改进了密封区域的密封特性，从而改进了整个密封件的密封特性。

所述金属密封件优选地设置有至少一个焊道。焊道使得可能给金属密封件提供与碟形弹簧类似的弹性特性。半焊道和/或全焊道使得可能更好地调节或者定义密封区域的表面压力。在这种情况下，焊道可以沿着圆周方向延伸，并可在径向和/或轴向上突起。

所述金属密封件优选地设置有至少一个波纹管。该波纹管用可折叠的波纹管、盘、或者缩成皱纹的波纹管的形式实现。在这种情况下，折痕、盘或者皱纹的数量不是预定的。波纹管类型的密封件使得可能实现特别均匀的表面压力和特别大的空隙以用于密封表面之间的运动(特别是在焊接的密封件中)。

焊缝优选地以激光焊缝的形式实现。激光焊缝可以以特别小的焊缝的形式来实现，而不必提供附加的材料。

焊缝优选地生成在一侧。在一侧生成焊缝足以用于实现期望的密封特性，特别是当使用较薄的材料时。一侧的焊缝优选地形成在密封件的主要出现拉伸应力的一侧面上。一侧的焊缝也可以形成在密封件的不同侧面上，也就是，该一侧的焊缝可以改变侧面。这使得可能优化密封件中的应力的传播。还可能使焊缝的过程适应生产工艺/顺序，例如，以避免密封件在焊接过程中移位。

焊缝优选地在密封件的两侧生成，也就是，以双侧的方式实现。这可以额外地增加密封件在高负载下的强度。此外，双侧焊缝具有使材料承受更少的火焰校正(flame-straightening)的影响的优点。关于双侧焊缝，可以假设缺口效应(notch effect)被减弱，这样密封件至预期生效时的服务寿命可以得到延长。

接缝优选是成型的。接缝或者毛胚的端部区域可分别被成型，使得接缝是自定中心和/或自夹紧的，以改进接缝的未焊接部分的密封特性和/或简化密封件的生产工艺。在这方面，简化特别涉及焊接过程和可能的轧辊定径步骤，而不必涉及长度的切削或者端部区域的处理。在这种情况下，压型可以在密封件的平面内延伸和/或垂直于密封件的平面延伸。

接缝优选地至少部分相对于金属密封件倾斜，这使得可能实现：在较长接缝的情况下，接缝的关键区域没有彼此面对，因此分别由接缝或者焊缝引起的应力或者其它不均匀性。

位于焊缝没有延伸到的密封区域内的接缝的一部分优选地被来自于相邻焊缝的力压缩。到现在为止，这个原理仅在火焰校正中使用。在冷却过程中，焊缝在固化后热收缩，因此将接缝的相邻未焊接端部区域彼此挤压。

焊缝没有延伸到的密封区域的接缝的一部分，优选地被作用于所安装的密封件上的力压缩。这可以例如使用圆锥形的渐缩密封件来实现，其中密封边缘(或者密封区域)设置在圆锥包络的渐缩部分上。如果密封件或者圆锥包络受到来自上部的压缩，在圆锥包络上延伸的接缝被压缩。

虽然前述描述可以解释为金属密封件的密封边缘或者边缘区域设置有部分未焊接的接缝，但是也可能提供未焊接区域(例如，在全焊道区域)，该未焊接区域以两侧(例如，内侧和外侧)的焊缝为界。

焊缝优选地形成在密封件的同样也设置有密封区域的侧面上。

精确的毛胚制作方法可优选地用于制作毛胚。精确的毛胚制作方法意味着形成切口(cut)而没有断裂面。焊缝还可以用激光焊缝的形式实现。焊缝可以分别例如在各密封点、密封边缘或者密封区域前0.2至1mm处停止或者结束。密封表面或者密封边缘优选地以金属切割或者非切割的方式形成在密封区域中。如果密封点在上一个生产步骤中被轧辊定径，间隙的未焊接部分(也)可以被负向压缩，使得密封件在间隙的未焊接部分(也就是，在密封区域)也很紧密。

所述密封件优选地包括分别由边界定义的至少两个密封区域。在这样的密封件中，每个焊缝仅在所述至少两个密封区域的边界外延伸。在这个实施例中，金属密封件在两个密封区域的边界之间的接缝处在整个厚度上都保持未焊接。所有上述的实施例在原理上都可以用例如密封管道或者容器的盘形端部密封件的形式来实现。所有上述的实施例在原理上也都可以实现为具有几个密封区域，其中只有一个在未焊接的接缝上延伸(这种类型的实施例可用于不对称的密封表面)。本发明设计的带有两个密封区域的实施例特别适合于对称的密封表面。

在一个实施例中，至少有一个密封区域设置在密封件的边缘上。在这个实施例中，与密封区域的边界相一致的边缘也可以保持未焊接。

所述金属密封件优选地在从密封区域一直到该边缘的接缝处在整个厚度上都未焊接。如果密封区域是设置在边缘上的，只要待密封的压力不是特别高，在该实施例中就不必另外加强边缘。

所述金属密封件的接缝优选地在密封区域的边界和该边缘之间是被焊接的。在这个实施例中，密封件的边缘在密封区域之上(向外或者向内)延伸，使得该密封件在密封区域内从两侧得到支撑。这个实施例使得可额外地加强密封区域内的未焊接接缝，使得本发明的密封件也可以用于(比一侧焊接的密封区域)更高的压力。

附图说明

本发明在附图中以创造性的金属密封件的两个不同实施例的形式示出。

图1A-1D示出了本发明的具有基本为V形横截面的密封件的实施例的不同视图，其中密封点的横截面的开口朝外。

图2A-2D示出了本发明的基本为U形横截面的密封件的实施例，其中密封点的横截面的开口朝内。

图3示出了密封件的实施例的局部剖视图，其中密封区域未直接设置在密封件的边缘上。

图A-D分别表示透视斜视图、局部放大图、截面图和局部放大的截面图。截面图C和D的剖面线分别沿着接缝延伸。

附图标记清单

2 密封件

4 密封件的内侧

6 密封区域、密封边缘或者密封表面

8 间隙、接合处、接缝

10 焊缝

12 密封件的外侧

16 密封件在密封区域内的未焊接部分

18 密封区域(在径向上的)的外边界

18’密封区域(在径向上的)的内边界

20 密封件的边缘

具体实施方式

图中所示的密封件以单曲面圆密封件(single-curved round seal)的形式实现，该单曲面圆密封件用金属片或者金属带制成，且其边缘分别用作密封单元或者密封区域。

图1A示出了密封件2的总体视图，该密封件2具有沿轴向向外的密封区域6(密封表面、密封边缘或者密封唇)。位于径向外侧的密封件的外侧12在轴向上向内弯曲。这意味着密封件在轴向上为渐缩状。位于径向内侧的密封件2的内侧4在轴向上呈凸面弯曲。因此密封件2基本上形成单叶双曲面的一部分。密封件2由弯成环形的平板材料制成。在接缝8处，该环通过焊缝10闭合。为了简洁起见，应该注意，在该点上，指定的内侧4和外侧12在图示的所有的示范性实施例中总是指的径向上的(而不是例如轴向上)。

图1A-1D中所示的密封件特别适合于当外部过度的压力例如在真空技术或者在水下安装的结构中发生时，使密封腔密封隔绝外界过度的压力。

图1A仅仅示出了接缝8处的焊缝10。由于比例原因，焊缝10的路线(course)和边界的形成方式使得它在密封区域6的边界18’之前、以及密封件2的边缘20之前结束。

图1B示出了密封件的局部放大图，其中示出了带有焊缝10的接缝8。图1B还示出了密封区域6，该密封区域6可以用径向向外的边缘20上的密封表面的形式来实现。还示出了密封件的内侧4和外侧12。

根据图1B，焊缝或者焊道10在密封区域(密封边缘或者密封表面)6的(径向内侧)边界18’之前结束。焊缝或者焊道10还在邻接边缘20的密封区域6的(径向外侧)边界18之前结束。由于这种设计，可能发生的材料改变，例如再结晶或者类似现象，都不会影响密封区域6。

图1C示出了图1A和1B所示的密封件的截面图。截面图的剖面线沿着部分未焊接的接缝8延伸。

该截面图从接缝8的内侧轻微倾斜。接缝8被分为两个区域，即焊缝10(接缝8的焊接部分)和接缝8的未焊接部分16。由于视图方向，焊缝10在密封件2的内侧12上延伸的部分也是可见的。密封件的内侧4在该视图中仅能看见一条线。密封区域6分别从密封件的(径向)内边界18’延伸到(径向)外边界18。密封区域6还在密封件2的边缘20和密封件2的内侧12之间延伸。根据图1C，焊缝10没有延伸到密封区域6内，而仅仅延伸到内边界18’。密封件的径向外边界18、以及边缘20，在图1C中未被焊接。

图1D示出了图1C的放大详细视图。图1C示出了焊缝10未延伸到密封区域6。图1D清楚地示出了焊缝10在密封件2的内边界18’之前结束。接缝的未焊接部分16在密封区域6内延伸，并在这种情况下一直延伸到密封件的边缘20。由于该放大细节图的所选择的透视方向，只有密封件的内侧以表面的形式示出。

图2A示出了基本为U形横截面的密封件2的总体视图。密封件2基本以桶形的方式实现。密封件2具有凹进的内侧4和凸出的外侧12。该金属密封件设置有(径向)向内的边缘20，且以密封表面、密封边缘或者密封唇的形式实现的密封区域6可靠近该边缘20设置。图2A示出了带有焊缝10的接缝，由于比例大小，不能清楚看到焊缝10和接缝的路线。

图2A-2D中示出的密封件2特别适合于在发动机和涡轮增压器、以及加工工程和发电站工程中密封压力腔。图2A-2D中示出的密封件2的形状类似于自行车轮胎或者汽车轮胎，也就是，基本上对应于内侧开口的超环面(toroidalsurface)。

图2B示出了密封件2的详细放大图，该密封件2在接缝8处具有焊缝10。焊缝10设置在密封件的外侧12上。该细节图清楚地显示出，焊缝10或者焊道在密封件的内边界18’处的密封区域(密封边缘或者密封表面)之前结束。由于焊缝10没有延伸到到密封区域6内，在这个位置，不会发生可能对密封区域6造成负面影响的材料改变，例如再结晶或者类似改变。

图2C示出了根据图2A和2B的密封件2的截面图，截面线沿着接缝8延伸。由于是斜视图，可以看见密封件的内侧4和密封件的外侧12。在水平投影中也特别示出了(径向)向内的密封件的边缘20。该截面图表明，焊缝在密封件2的密封区域6的内边界18’之前结束。由于是截面，不仅在这个图中示出了焊缝10的外部可见部分，还示出了焊缝10的连接与接缝邻接的两个端面的一部分。根据图2C的实施例还特别表明，焊缝10没有连接整个接缝。这个图示出了接缝8在两侧上(也就是，内侧4和外侧12上)都未被焊接，因此在密封区域6内的接缝8的整个厚度上都未被焊接。

图2D示出了图2C的放大详细视图。图2D示出了接缝8的区域内的焊缝10的路线。焊缝10在密封件2的外侧12的外部生成，焊缝10没有在密封件的整个厚度之上延伸，因为否则密封件在焊接的过程中可能严重变形。但是，应该注意到，可以在另一个生产步骤中，在密封件的内侧4上生成第二焊缝。该焊缝在密封区域的内边界18’之前结束，使得它没有延伸到密封区域6内。密封区域6可以用轧辊定径、碾磨、研磨或者打磨等方式来实现。

为了防止不必要的复杂的附图，没有示出带有不同表面涂层的实施例。

图3示出了本发明一个实施例的部分截面侧视图，其中密封区域没有直接设置在密封件的边缘上。在这种情况下，密封件的密封区域6可以用相邻设置的焊道的形式来实现。密封区域6分别彼此间隔开，并与密封件的边缘20间隔开。密封区域6由边界定义，由于所选择的透视方向的原因，图中仅示出边界中的内边界18’。

与其它图中所示的实施例形成对比的是，接缝通过密封区域的两侧上的焊缝10焊接。在接缝处，密封件在两侧(也就是，内侧4和外侧12)上通过焊缝10连接。接缝仅在密封区域8的范围内保持未被焊接，并且没有焊缝10延伸到密封区域内。但是，焊缝10可以在两个不同的密封区域6的边界之间延伸。图3所示的密封件也分别在密封区域6和边缘20之间的区域被焊接，以加强密封区域。用语外侧12和内侧4仅可有条件地参照图3所示的实施例使用。密封件的主要与外部区域接触的一侧被称为外侧4。密封件的主要被分配为内部区域的一侧被称为内侧4。

还应该注意，在图3中以焊道形式示出的密封区域接下来可以在附加的步骤中通过轧辊定径、碾磨、或者研磨等方法来进行处理。

还应该注意，本发明还可能实现带有几个密封区域的密封件，该密封区域的设计不同，且包括图示实施例的多个组件。

Claims

1.一种带有接缝（8）的金属密封件，其中所述金属密封件具有至少一个密封区域（6），该至少一个密封区域（6）分别由两侧的边界（18、18’）定义且用于以密封方式接触至少一个对应的密封表面，其中所述接缝（8）设置有至少一个焊缝（10），其特征在于，

每个焊缝（10）仅在所述至少一个密封区域（6）的边界（18、18’）外延伸，使得所述金属密封件在所述至少一个密封区域（6）的边界之间的接缝（8）处、在接缝（8）的整个厚度上未被焊接；位于焊缝（10）没有延伸到的所述至少一个密封区域（6）内的接缝（8）的一部分被来自于相邻焊缝（10）的力压缩；在冷却过程中，焊缝在固化后热收缩，因此将接缝的相邻未焊接端部区域彼此挤压。

2.根据权利要求1所述的金属密封件，其特征在于，所述金属密封件包括至少一个焊道。

3.根据权利要求1所述的金属密封件，其特征在于，所述金属密封件基本上具有圆柱套的形状。

4.根据权利要求3所述的金属密封件，其特征在于，所述圆柱套被弯曲成桶状。

5.根据权利要求3所述的金属密封件，其特征在于，所述圆柱套为渐缩状。

6.根据前述权利要求任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述金属密封件设置有表面涂层。

7.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述金属密封件至少在密封区域（6）的边界（18、18’）之间设置有表面涂层。

8.根据权利要求6所述的金属密封件，其特征在于，所述表面涂层包括焊料。

9.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述金属密封件形成有至少一个波纹管。

10.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述焊缝（10）包括激光焊缝。

11.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述焊缝（10）生成在一侧。

12.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述焊缝（10）生成在两侧。

13.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述接缝（8）是成型的。

14.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述接缝（8）至少部分相对于金属密封件倾斜。

15.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，位于焊缝（10）没有延伸到的所述密封区域（6）内的接缝（8）的一部分被在安装状态下作用于密封件上的力压缩。

16.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述焊缝（10）形成在密封件的同样也设置所述至少一个密封区域（6）的侧面上。

17.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，所述密封件包括分别由边界（18、18’）定义的至少两个密封区域（6），其中每个焊缝（10）仅在所述两个密封区域（6）的边界（18、18’）之外延伸，使得所述金属密封件在所述两个密封区域（6）的边界之间的接缝处（8）在整个厚度上未被焊接。

18.根据权利要求1-5任一项所述的金属密封件，其特征在于，至少一个所述密封区域（6）设置在密封件的边缘（20）上。

19.根据权利要求18所述的金属密封件，其特征在于，所述金属密封件在从所述设置在所述边缘（20）上的密封区域（6）一直到所述边缘（20）的接缝（8）处在整个厚度上都未被焊接。

20.根据权利要求18所述的金属密封件，其特征在于，所述接缝（8）在所述设置在所述边缘（20）上的密封区域（6）的边界（18、18’）和所述边缘（20）之间被焊接。

21.一种用于生产根据权利要求1所述的金属密封件（2）的方法，其中所述方法包括：

提供半成品带状或者线状材料；

将所述半成品带状或者线状材料切割成至少一个毛胚，使得每个毛胚具有端部区域；

将至少一个毛胚成形，使得至少两个端部区域彼此邻接；以及

将所述毛胚成形，使得由边界（18、18’）定义出至少一个密封区域（6）；且

其中所述方法的特征在于：

将所述毛胚焊接成密封件（2），使得至少一个焊缝（10）仅在密封区域（6）的边界（18、18’）外延伸，并且所述金属密封件的接缝（8）在密封区域（6）的边界（18、18’）之间保持未被焊接；位于焊缝（10）没有延伸到的所述至少一个密封区域（6）内的接缝（8）的一部分被来自于相邻焊缝（10）的力压缩；在冷却过程中，焊缝在固化后热收缩，因此将接缝的相邻未焊接端部区域彼此挤压。

22.根据权利要求21所述的用于生产金属密封件的方法，其特征在于，所述方法还包括：

轧辊定径至少一个密封区域（6）。