CN1069857C - 制造一种金属结构的方法 - Google Patents

Abstract

制造一种金属结构尤其是蜂窝体的方法，主要用于催化式排气净化器，这种金属结构由至少部分结构化的卷绕、缠结或分层的金属薄板层构成，此方法有下列步骤：-在净化室(2)的真空下结构(1)净化；-将结构(1)转移到作业室(3)内；-实施连接过程，其中可涉及钎焊过程；-将结构(1)转移到冷却室(4)；-在冷却室(4)内将结构(1)冷却到一个预先给定的温度。此方法最好在一种三室的设备中实施，与先有的方法相比，此方法的生产周期短、能量利用率高以及对蜂窝体的表面特性有良好的影响。

Description

制造一种金属结构的方法

本发明涉及一种制造金属结构，尤其是催化式排气净化器，最好是内燃机废气的催化式排气净化器的蜂窝体的方法，这种金属结构由至少部分具有某种结构的卷绕、缠结或分层的金属薄板层构成。

由平整的和结构化的金属薄板层构成的金属结构，尤其是蜂窝体，例如由DE2924592A1和DE3634235C2是已知的。其中，平整的和波形的薄板，彼此交替地一层层堆叠在一起。

各金属薄板层彼此至少部分钎焊。由DE2924592已知制造一种蜂窝体，其中，将一条平整的金属带和一条波形的金属带互相卷绕在一起成为多层；在互相卷绕的层之间，或用一个带滚筒的敷料器将钎料按条状和连续地涂覆在平整的带上，或将钎料涂覆在波形带最外面的隆凸上，然后，在炉子里炉化钎料。

在WO 89/11938中详细介绍了用于这种蜂窝体的其他钎焊方法，按先有技术的所有钎焊方法都采用在钎焊炉内进行钎焊过程。这样的钎焊过程大多在真空下进行，迄今，因为造成真空和加热用的时间很长(例如6个小时)而使生产周期很长，所以只能达到很小生产量。

由DE 2947694A1已知一种制造金属结构尤其是用于内燃机排气净化的催化式排气净化器中蜂窝体的方法，蜂窝体由卷绕的金属带构成，其中，波形的金属带通过其与平整的金属带接触的表面以及必要时还通过围绕着这两种金属带的围绕物，采用熔接连接成一个结构部件。熔接在单一的工艺步骤中完成，其中进行一次热处理，热处理温度低于此金属结构的材料熔点。在另一道工序中例如消除应力退火作再一次的热处理是不必要的。

US 4,742,950公开了一种用于焊接铝制品，尤其是冷热交换器的方法及装置，这种铝制带有涂层，所述装置包括一个炉段和一个冷却腔。一个传输装置，尤其一种托架将待焊物体连续地运输通过炉段和冷却腔。一个加热装置和一个可控制的设置在每一个炉段中，用于引导热空气对准通过各炉段前移的物体。第一温度传感器在改变热空气流动方向的同时测量上游温度，而至少在与第一传感器相对的物体的另一侧设置一个第二传感器，用于测量与物体相接触并对其进行加热之后已经从物体上排出的空气的温度。还可以设置一个辅助辐射加热装置，从而利用已经由加热装置加热的气流所携带的对流热和从辐射加热装置辐射的辐射热来对物体进行加热，由此形成均匀的温升并从两侧对物体进行彻底加热。根据该方法是连续升温焊接，所以有内外温差，因而焊接质量不均匀。

本发明的目的是提供一种方法，采用这种方法可以提高金属结构尤其是蜂窝体连接时的生产能力，并将温度保持在一个恒定的水平上以便使整个温度轮廓平滑。此外，与迄今已知的此类方法相比在能量利用方面本方法是有利的。除此以外，结构的表面特性对于晚些时候用陶瓷修的补基面涂层和催化的活性材料来涂覆有有利的影响。

为实现上述目的，根据本发明提供制造一种金属蜂窝体的方法，这种金属结构主要用于催化式排气净化器，它由至少部分具有某种结构的卷绕、缠结或分层的金属薄板层构成，此方法包括下列步骤：结构在净化室内真空净化；将结构转移到作业室内；在作业室中的温度起先增至一个第一保持温度并保持在此温度一段时间，然后，温度升至一个第二保持温度，并保持此温度一段时间，接着，温度提高到连接温度，并保持一段时间，以及，紧接着温度下降；在真空下有或没有辅助材料的情况下实施金属薄板层的金属连接过程；将结构转移到冷却室；在冷却室内真空冷却结构，直至一个预先给定的温度。

根据本发明，结构在净化室内加热。净化室用一种惰性气体吹洗。净化室用一种加热的惰性气体吹洗。在净化室内造成的负压在10^-3与10^-6巴之间，最好约10^-5巴。净化室加热到温度约200℃。在作业室内的温度在连接过程结束后部分通过连通作业室与冷却室而下降。结构在冷却室内冷却到温度约150℃。在冷却室内引入和排出惰性气体。金属的连接通过钎焊实现。金属的连接通过熔接实现。

按本发明方法的特征在于，结构首先在净化室内真空下净化。在表面上的许多污染仅仅在负压下便可除去，所以它们以后不会弄脏真正的作业室或妨碍连接过程。完成净化后，将结构转移到作业室，在作业室中实施连接过程。连接过程结束后，结构被移入冷却室，在那里冷却到一个预先规定的温度。若达到了这一预定冷却温度，从冷却室取出结构，并送往进一步加工。在这里应当指出，本文所谈论的结构，当然也可以有多个结构同时进行各道工序。

结构的净化在真空中进行。这种工作方式的优点是，通过降低净化室中的压力，有些在作业室粘上的污染物迅速蒸发，以及其他可能的污染也随之一起消除，从而形成一种对于以后的连接过程有利的已准备好的表面状态。

在真空中进行结构净化还有一个优点，即，对于每一批放入作业室的结构，与净化室连接的作业室无需重新完全抽成真空，因为作业室经由一个闸门间接或直接地与净化室连通。

冷却室与作业室相连，结构在冷却室中冷却到一个预先规定的温度。采用这种方法可以提高产量，因为一个个工艺步骤连续进行，所以，在作业室装有一批，而在此期间在冷却室中处理的是走在前面的那一批，以及在净化室中处理的是下一批。作业室与周围大气不接触，所以作业室无需经常地重新抽真空。此外，脏物不能进入作业室。

结构最好在净化室内加热。为此，净化室加热到温度例如约200℃。这样做的优点，一方面可以加快净化过程，另一方面可以缩短结构在作业室中的停留时间，因为结构从现在起不再需要从环境温度加热到连接温度，而只须从一个较高的温度加热到连接温度。

净化室最好用一种惰性气体吹洗。这种惰性气体可以是技术上的纯氩气。

净化室的吹洗可借助于加热的惰性气体进行。这样做的优点是，在惰性气体通过结构时对它的加热，比装在净化器壁上的一个加热器的加热更加均匀。

业已证明为有利的是，净化室在负压10^-3和10^-6巴之间工作，最好在约10^-5巴。

金属薄板层的金属连接可以在有或没有辅助材料的情况下完成。在这种情况下，各金属薄板层的连接最好采用钎焊或熔接进行。

在作业室中的钎焊或熔接过程在一个与材料相配的温度下进行。在作业室中的温度首先升高至一个第一保持温度，并保持这一温度一段时间。因此在此批量内或在每一个结构内达到均匀的温度分布。接着，在作业室中的温度升高到第二保持温度。作业室在此第二保持温度下保持一段时间。紧接着将作业室内的温度提高到1200℃以上用于连接的温度，并保持这一温度一段时间。

作业室内的温度在连接过程结束后下降。温度的下降可以这样进行，即将作业室对冷却室和/或净化室大面积地打开。作业室通过热辐射将热量传给冷却室和/或净化室。因此冷却过程大约可以缩短15分钟。在这样的温度下将这一批结构从作业室移入冷却室。结构在冷却室内通过引入惰性气体冷却。在引入一种惰性气体的同时，在结构上形成一个氧化层。结构在冷却室中一直冷却到温度约150℃，接着将结构从冷却室取出。

在作业室中进行时间确定的作业步骤。一批构件在前室或在冷却室中的停留时间可以比在作业室中的时间短，所以装料和卸料过程所需的持续时间并不会延长整个过程的循环时间。

下面借助于一种最佳实施例说明按本发明方法的其他优点和特征，但本发明不受此限制。其中：

图1实施本方法的设备结构示意图；以及

图2在真空钎焊炉中温度随时间的变化曲线。

实施用于制造一种催化式排气净化器蜂窝体方法的设备，包括一个净化室2，一个作业室3和一个冷却室4。净化室2有一个圆柱形外壳，此外壳设计为双壁式外套的形式。在双壁式外套之间的环腔内，可通过进口管5引入一种介质，并经出口管6排出。这种介质可以是水。净化室可借助于此介质冷却或加热。

净化室2有一个装料门7，它真空密封地关闭净化室2。

净化室2通过中间门外壳8与作业室3连接。在中间门外壳8内是一扇门，图中没有进一步表示，它将净化室2与作业室3隔开。此门在形式上可设计为闸板。门密闭成能避免相对于周围环境的真空损失。

在净化室2内部设有内部传送装置，通过它可将放在支架上的一批蜂窝体1，从净化室2送入作业室3。传送装置可例如有一个三齿装卸叉，它可通过无级变速的液压传动装置水平运动。支架用带陶瓷涂层的石墨制成。一个个蜂窝体排列在支架上，竖立地放在同样用有陶瓷涂层的石墨制的模具上。这种支架形状稳定和耐温。采用陶瓷涂层还可避免石墨磨损。

在净化室2和作业室3之间的门可通过液压气动装置提升和下降。保证密封性的加压机构设在前室一侧。

作业室3有可更换的电加热元件，它们最好安排在多个区域内。作业室3有一个内室，内室被作业室3的外壳包围。在作业室的内室与外壳之间可通过供入管9和排出管10引入一种冷却介质，所以作业室3可以被冷却。

冷却室4通过中间门外壳11作为中间连接与作业室3相连。冷却室4有一个圆柱形外壳，外壳设计为双壁式的并可通过一种介质冷却或加热。冷却室4通过一个卸料门12可相对于周围环境封闭。为了打开或关闭卸料门12，卸料门12可借助于一个电动机传动装置侧向运动。

在中间门外壳11内是一扇没有进一步表示的中间门，它例如可借助于一个液压气动传动装置提升和下降。

每一个室各有一个造成真空的设备。此设备包括一个阀13、一台扩散泵14和一个泵组15，泵组由一台前置真空泵15a和一台罗茨泵15b组成。

在附图所表示的实施形式中，净化室2、作业室3和冷却室4，通过泵的管道16与一个真空泵组17连接。在管道16a、16b和16c中各设有一个阀18。泵组17用于各室的快速初抽真空，直至各高真空泵组的起始压力，以及在批次加热时用于抽走大量气体。

控制真空度的测试设备在图中没有表示。

设备的装料和卸料例如借助于升降机。为此，打开装料门7，将一批蜂窝体1送入净化室2。然后关闭装料门7。在净化室与作业室之间的以及作业室3与冷却室4之间的门都是关闭着的。关闭阀13。打开阀17，并借助于泵组18在室2、3和4中建立真空度。若在这些室中达到了初真空度，则关闭阀17，打开通向净化室2的真空管道19中的阀13。通过扩散泵2以及泵组15，在前室2中造成高真空度。

这一批蜂窝体1停留在净化室内直至净化过程结束。在建立真空前，净化室2可用惰性气体吹洗。

若净化过程结束，则打开在中间门外壳8中的门，借助于内部传送装置将这一批从净化室2传送到作业室3内。关闭在中间外壳8内的门。关闭在真空管道19中的阀。净化室2可重新装料。

根据温度控制，改变在作业室3中的温度。图2表示了温度随时间的变化曲线。

若作业室3达到连接温度T_v并已在一段时间H_v保持这一温度，则打开在中间外壳11内的门，并通过内部传送装置将这一批引入冷却室4内。在冷却室4内造成负压，这一负压基本上与作业室内的负压一致。在将这一批从作业室3送出后，关闭在中间门外壳11内的门。冷却剂经由冷却介质供入和排出管道20或21，引入冷却室4的双壁外壳中，因此这一批蜂窝体被冷却。

达到出料温度T_A后，打开冷却室4的卸料门12，将这一批从室4取出。在此期间，钎焊炉的温度冷却到入料温度T_E。在这一批卸出后关闭冷却室4并重新抽真空。

图2中作为举例表示了在作业室和在冷却室内的温度随时间的变化曲线。作业室加热到温度T_E。在这一温度下将这批料从前室送入作业室内。在作业室内的温度被提高到第一保持温度T₁。提高到达到这一温度的速度取决于作业室的加热功率。作业室在这一温度T₁保持一段时间H₁。在此期间在作业室内的温度进行均匀化。接着，作业室内的温度上升到第二保持温度T₂，并在这一温度下保持一段时间H₂。最后将作业室内的温度提高到连接温度，它可以在1200℃以上。作业室在这一温度T_v工作一段时间H_v。经过时间H_v后，关闭作业室的加热器，并打开去冷却室的通道。因此作业室内的温度迅速下降到温度T₃。图2中用虚线表示了温度在冷却室中的变化过程。在冷却室内的温度变化过程未加控制。这是借助于一台鼓风机引入一种保护气体以及通过保护气体在冷却室内的循环带来的结果。若冷却室内的温度达到约150℃时，便可以取出这一批料。

Claims (12)

1．制造一种金属蜂窝体的方法，这种金属结构主要用于催化式排气净化器，它由至少部分具有某种结构的卷绕、缠结或分层的金属薄板层构成，此方法包括下列步骤：

-结构(1)在净化室(2)内真空净化；

-将结构(1)转移到作业室(3)内；

-在作业室(3)中的温度(T)起先增至一个第一保持温度(T₁)并保持在此温度一段时间(H₁)，然后，温度(T)升至一个第二保持温度(T₂)，并保持此温度一段时间(H₂)，接着，温度(T)提高到连接温度(T_v)，并保持一段时间(H_v)，以及，紧接着温度(T_A)下降；

-在真空下有或没有辅助材料的情况下实施金属薄板层的金属连接过程；

-将结构(1)转移到冷却室(4)；

-在冷却室(4)内真空冷却结构(1)，直至一个预先给定的温度。

2．按照权利要求1所述之方法，其特征为：结构(1)在净化室(2)内加热。

3．按照权利要求1或2所述之方法，其特征为：净化室(2)用一种惰性气体吹洗。

4．按照权利要求3所述之方法，其特征为：净化室(2)用一种加热的惰性气体吹洗。

5．按照权利要求1所述之方法，其特征为：在净化室(2)内造成的负压在10^-3与10^-6巴之间。

6．按照权利要求6所述之方法，其特征为：在净化室(2)内造成的负压为10^-5巴。

7．按照权利要求2所述之方法，其特征为：净化室加热到温度约200℃。

8．按照权利要求1所述之方法，其特征为：在作业室(3)内的温度(T)在连接过程结束后部分通过连通作业室与冷却室(3；4)而下降。

9．按照权利要求1所述之方法，其特征为：结构(1)在冷却室(4)内冷却到温度150℃。

10．按照权利要求1所述之方法，其特征为：在冷却室(4)内引入和排出惰性气体。

11．按照权利要求1所述之方法，其特征为：金属的连接通过钎焊实现。

12．按照权利要求1所述之方法，其特征为：金属的连接通过熔接实现。