CN1089654C - 将焊料涂覆到金属结构上的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于将焊料涂覆到金属结构，特别是用于废气催化剂的蜂窝体上的方法，其中该焊料以粉末形式涂覆并且通过作为粘结剂、结合剂或粘结促进剂的一种粘结材料而牢固地保持在该金属结构上，用来牢固地保持该焊料粉末的粘结材料在金属结构的生产过程中具有两种粘结作用不同的状态，即粘结性较小的第一种状态和更强有力粘结的第二种状态，该粘结作用可以作为外部条件，特别是温度的一个函数而选择或调节。

Description

将焊料涂覆到金属结构上的方法
本发明涉及将焊料涂覆到金属结构上的方法。
将焊料涂覆到金属结构，如用于废气催化剂的金属催化剂载体上，在这种催化剂载体的制造工艺的效果或载体本身的后期强度和耐久性方面是一个关键问题。
人们已经知道当涂覆焊料时，需要将一种粘结剂或结合剂涂覆到要结合的金属结构上；该焊料物质是一种粉末并且或者事先与粘结剂或结合剂混合，也可以在后来涂覆到它们上面。
德国公开的未审专利申请DE-2924592 A1描述了一种制备用于催化反应器的载体基质的方法，该催化反应器用于净化机车中的内燃机的废气。在这种方法中，波形和光滑的钢板层通过点焊或全表面焊接而焊接在一起，它是通过将一种焊料涂覆到钢板上，特别是以条的形式，如沿着该波形钢板的波纹方向或与其成直角的方向而进行。通过将该基质加热，使全部板层相互焊接在一起。在此液体焊料糊或粉末焊料与一种粘结剂一起涂敷。涂覆焊料介质或粘结剂可以通过多种方法来进行，例如浸入法、压进法、喷入蜂窝体的端表面中等等。为了确保在钢板层之间的所有接触点处均匀地焊接，通常要采用过量的焊料或粘结剂。
在欧洲专利公开EP0049489 B1中，描述了一种制备用于废气催化剂的载体基质的方法。在这种方法中，首先将待涂敷焊料涂覆物的平滑的波形金属板(为形成用于废气催化剂的载体基质，这些金属板要被卷曲起来)涂覆一种压敏粘结剂，这种粘结剂在焊接温度下会挥发掉，不会留下残余物，并且在其表面上，在干燥以后涂覆干焊料粉末的单颗粒层。带有所涂覆的焊料粉末的钢板而后卷起来并相互焊接在一起。该方法的一个缺点在于焊料颗粒将会处在要连结的金属板层之间，从而在焊料颗粒熔化时产生一种不适宜的间隙，该间隙对于焊接结果是有害的。
作为该方法的一种改进，国际专利申请W0 89/11938描述了一种将胶粘物和焊料涂覆到金属催化剂载体上的方法以及有关的设备。在这种方法中，金属板在卷曲和叠放之前在待焊接区域用一种粘结剂或一种结合剂，特别是用一种压敏粘结剂来涂覆。而后，将这些板卷起来或叠放形成一种蜂窝体，然后将焊料粉末作用在该蜂窝体上。当将板在涂覆粘结剂之后进一步输送时，以及当将该催化剂载体卷起来或一层层叠放时，或者换句话说在多个反应步骤之间提供的全部处理或输送步骤中，该粘结剂必需保持介于粘结性至液体之间的状态，结果会出现粘结剂从该催化剂载体中流失和流走的现象，或者至少对于与粘合剂接触的机器零件来说它们受到污染并且最终变得容易失常。
在国际专利申请W0 93/25339中，还描述了用于将焊料涂覆到金属蜂窝体上的方法和设备。在该方法中，如果在制造方法开始时在表面上没有滚动油存在，则首先涂覆一薄层滚动油，然后对其进行热处理以除去高挥发成分。要施加焊料的金属板层的区域与一种表面活性剂的水溶液接触，结果形成一层能够临时作为焊料粉末的粘结促进剂的层。随后，将板卷起或叠放成蜂窝体。该步骤之后，将蜂窝体与焊料粉接触。焊料粉粘结到滚动油的残余物和表面活性剂汇聚的点处，虽然这种方法可以实现比较经济地使用焊料，但不管怎么说都必需在另外的一个操作步骤中将粘接焊料用一种粘结剂或结合剂固定，以防止它们在随后从一个地方运送到另一个地方时流出。
因此，本发明的一个目的在于采用一种粘结材料，用于将焊料粉末牢固地保持在要连接在一起的金属结构中要进行焊接的区域上，其粘结强度在生产制造过程中可以变化，从而可以改变焊料粉末的粘附，这样还可以避免机器或机器部件的污染和阻塞，并且它们不会在各方法步骤之间从涂覆的位置上随意地流走。
本发明提供了一种用于将焊料涂覆到金属结构上的方法，包括下列步骤：-将作为粘结剂、结合剂或粘结促进剂的一种粘结材料涂覆至金属结构上，所述粘结材料可以间歇地呈现没有粘结作用或仅具有轻微的粘结作用的状态和强有力的粘结状态；将所述粘结材料至少活化一次以使其呈强有力的粘结状态；以粉末形式涂覆焊料以使其通过所述活化的粘结材料牢固地保持在金属结构上。
用于将焊料涂覆到金属结构(优选地用于废气催化剂的蜂窝体)上的方法包括涂覆作为粘结剂、结合剂或粘结促进剂的粘结材料和粉末形式的焊料，这些焊料通过该粘结材料粘附在金属结构上。根据本发明，采用一种粘结材料来粘附焊料粉末，该粘结材料在涂覆后暂时是不粘结的或者仅仅轻微地粘结并且在随后可暂时活化用作粘结材料，特别是在金属结构的制造过程中，或者换句话说在用于该制造过程的各个方法步骤中，在涉及其粘结作用方面至少具有两个不同的状态。一种状态是粘性较小的，而第二种状态是比较强有力的粘结状态，粘结材料的状态可以作为外部条件如温度的函数而变化，特别是可以可逆地变化。还可以采用通过光、紫外线、或其它的辐射、化学作用或其它的外部因素而达到其状态相互转化(可逆)的粘结材料。
优选地，在第一种实施方案中的粘结材料具有两种聚集状态，即固态和液态，粘结材料的固态在所允许的温度范围内可以转变成液态，反之亦然，所说的温度范围是在生产过程中允许出现的温度范围。在大约0℃-50℃的常规温度下为固体而在更高的温度下为液体的蜡可以用来作为特别优选的粘结材料。一种类似的更加优选的实施方案采用一种热熔粘结剂作为该粘结材料，这种粘结制在低于其熔化温度的温度下，即约200℃下在其表面上没有或仅有轻微的粘结性能，但是，在其熔化温度以上时则产生强有力的粘结作用。
原则上，本发明的粘结材料可以用于所有的已知的焊料涂覆方法中，在这些方法中至今一直采用粘结剂，结合剂、压敏粘结剂或粘结促进剂。因此，该粘结材料可以在蜂窝体缠绕或叠放之前、过程中或之后涂覆，并且可以通过浸入、喷涂、涂刷、卷绕粘结材料箔等等而实现。
这种可改变其状态的粘结材料特别适用于国际专利申请WO93/25339中所说的方法。在该方法中通过滚轧工艺而获得的金属板层上带有滚动油，将其加热使之热去油，从而获得基本上没有油脂的表面。从表面中至少除去高挥发性的油脂对某些粘结材料是有利的，因此粘结材料可以涂覆到仍然很热的金属板层上，而粘结材料不能与该金属板层的表面充分粘结的危险不存在。
将粘结材料涂覆到所要求的区域中。根据所需应用和所要求的强度，粘结材料的涂覆区域可以较大也可以较小和/或可以是连续的也可以是非连续的。这一点优选地可以通过一条固态粘结材料而实现。该粘结材料在与热金属板接触时变成液态并且形成一种液体涂覆。在某些工艺中，必需在卷起或叠放之前单独地使金属板层冷却，这可以使该液态压敏粘结涂覆层转化成粘性较小的状态。但是优选地还可以这样来安排工艺，即在卷起或叠放步骤之前的处理或运送步骤中，将温度适当降低从而使该粘结材料变成粘性较小并且特别是固态的。这样微的优点在于在随后的工艺步骤中，该粘结材料不会再从涂覆的位置流失，并且污染或堵塞机器或机器台的危险没有了。在冷却的粘结性较小的状态下，将带有粘结材料的金属板层卷起、缠绕或叠放，以形成一种蜂窝体。在该过程中，具有一定结构的带有粘结材料层的金属板层之间的接触区域相互叠放在一起或者相互滑动，但不粘连在一起。如果将蜂窝体重新加热到该粘结材料强烈粘结，特别是呈液态温度时，则该粘结材料将特别集中在待焊接的区域附近的间隙中。在该粘结材料的这种更强的粘结状态下，用焊料粉末作用于蜂窝体或其部分区域，这些粉末与带有粘结材料的点保持粘结，而不存在任何困难。外部条件的影响越大，优选地粘结材料所暴露的温度越高，该粘结材料将变得越有粘结性。因此利用本发明的方法还可以将由粘结材料接纳的焊料粉末的量控制在一定的范围内，这取决于所需的强度，并且还可以影响焊料粉末在实际待焊接的点处的空间分布，特别是使它集中在接口区域。
对于某些粘结材料，特别是热熔胶，还可以将它们涂覆到存在的滚动油膜上并且实现与金属板的足够粘结。这样可以采用滚动油来使后面或卷起或叠放的步骤更加容易。然后将制成的蜂窝体首先热脱油；粘结剂仍然保持并且随后在液态下在焊料涂覆步骤中获取焊料粉末，所说的涂覆步骤也是在较高的温度下进行。以这种方式来进行从能源观点来说要比在叠放或卷起蜂窝体之前进行热脱油而更加有利，而且随后可任选地使用仍然热的蜂窝体进行焊接，，从而进一步节能。
优选地，该粘结材料以较强粘性的状态，特别是液态，以一种已知的方式涂覆在金属板层的所要求的点上。优选地，在该粘结材料粘结性较小，特别是固态的时候将金属板层卷起、缠绕或叠放。
本发明的方法的一个特别优选的实施方案是制造蜂窝体的方法，该蜂窝体特别适用于机动车辆的废气催化剂，并且特别适用于安置在发动机附近的、在冷起时为降低有害物所需的、应具有特别高的焊接强度的催化剂，该蜂窝体是从具有一定结构的金属板层卷起、缠绕或叠放而成的。为了将焊料粉末涂覆到粘结材料上，首先将该材料变成具有粘结力的，特别是液体的状态，然后将蜂窝体完全或某些部分与焊料粉末接触，然后这些粉末在所涉及的点处与粘接材料保持粘结，该粘结材料基本上是处于液态。
如果在进一步优选的实施方案中，选择粘结材料，该粘结材料在较强的粘结性，特别是液体状态下时对金属结构具有这样高的一种粘度和粘附，从而使之特别集中于金属结构的接触点处待焊接的间隙和接口处，可直接在这些地方粘结焊接所需的焊料粉末，而无需消耗很多不必要的焊料粉末。所获得的总体结果是当制造一种焊接的金属蜂窝体时不仅可以通过选择粘结材料而且可以通过有意识地变化作用焊料时的外部条件可以获得对所需的粘结性能的最佳适应。
该方法的一种特定的变化形式包括将热焊料粉作用于具有粘结材料的蜂窝体上，这种热焊料粉末能够在出现焊料颗粒处将该粘结材料短时间转变成更加有粘性的状态并且保持粘结。在这种情况下将整个蜂窝体加热就没有必要了。
还可以采用一种以第一(例如化学溶解)状态涂覆的粘结材料。而后，该材料变成第二种状态，在该状态下它没有粘性或只有轻微的粘性，直到蜂窝体完全卷曲、缠绕或或叠放。此后该粘结材料转变成更加有粘性的状态，这一点可以通过温度或其它外部条件，包括蒸汽的作用的影响而实现。
在按照本发明制备蜂窝体之后的实际焊接工艺可以包括在一种焊接炉中焊接，优选的是一种高温真空焊接工艺，在该工艺中粘结材料在真空和/或温度的作用下基本上蒸发掉而没有残余物。可能的残余物，如微量的碳或其类似物不会影响焊接的结果。
下面将结合附图、根据采用粘结材料来实现本发明的方法的具体实施方案对本发明的其它的优点、特点或可行的应用进行描述。
图1是表示将粘结材料大面积涂覆到一种箔的两面；
图2表示以条状涂覆粘结材料；
图3表示将粘结材料局部涂覆到波形箔的波峰上；
图4表示在波峰的整个长度(波形箔的宽度方向上)上涂覆的粘结材料层；
图5表示用于涂覆粘结材料层的其它选择；以及
图6表示以带状形式涂覆到波形条上的粘结材料层。
图1表示了一种涂覆设备，利用该涂覆设备可以将诸如蜡或一种热熔粘结剂11、12涂覆到涂蜡的金属板1(Wachsblech)的两面上，而后将光滑的板1与波形金属板2一起卷起。粘结材料11、12分别来自在传送辊13和14上的供料容器，并且由传送辊13和14传送到涂覆辊15和16上，这些涂覆辊在板1上进行均匀涂覆。对于这种涂覆，所有的涂覆站部分应该处于粘结材料呈粘性或液态的温度下。在此光滑的板1可以是冷的或热的。
图2表示粘结材料的涂覆还可以在光滑的板1上以条27的形式进行。
图3表示可以将粘结材料不涂覆到光滑的板1上而是涂覆到有一定结构的板2上，优选的是仅仅涂覆到波峰的两面上。在该图中，粘结材料可以例如从固定块31上移去，该固定块压向具有一定结构的板2，优选通过使板2具有比固定块31更高的温度而进行。
图4表示粘结材料还可以以条47涂覆到具有一定结构板2上，例如通过将波形板2从多个粘结材料块或粘结材料条之间拖过，优选地是在该波形板的升高的温度下。
图5表示用于将粘结材料涂覆到平滑的板1和/或具有一定结构的板2上的多种选择。这种涂覆可以通过在光滑的板1上以条53、54、55的形式和/或在具有一定结构的板2的波峰上的所选择的点57处或者在具有一定结构的板2的波峰56的整个长度上来实现。然后将涂覆了粘结材料的板1、2卷起或叠放从而形成蜂窝体8；该结构形成了废气可以从中流过的通道59。如上所说，显然还可以在两面上用粘结材料涂覆板。
另一种涂覆粘结材料的可能性示于图6中，该图表示粘结材料如何在平滑的板1和波形板2之间以条形式卷入。这种涂覆粘结材料的方式显然必需在较低的温度或在粘结材料不具有粘结性并且不是液态的条件下进行。
应当指出的是本发明并不限于所说的实施方案。尤其是，待涂覆焊料的蜂窝体还可以包括结构与所示的不同的金属板层，并且不一定要用光滑的中间层。除了螺旋卷曲蜂窝体以外，蜂窝体还可以以S形缠绕，而且具有渐曲线形金属板层的蜂窝体以及叠放的蜂窝体也是可行的。在要涂覆焊料的区域的选择方面同样存在极大的自由，因此可以在蜂窝体的不同区域上涂覆不同区域的焊料。举例来说，蜂窝体的端面，盘形部分，或空心柱区域还可以供以粘结材料并且随后将焊料涂覆到这些粘结材料上。还需要指出的是还存在将焊料粉末甚至在卷起之前以及在某些情况下甚至与粘结材料一起同时涂覆到涂覆粘结材料的区域上。本发明的粘结材料还具有多种优点，特别是通过随后将粘结材料转变成粘结状态可以使焊料在板接触点附近增加聚集。
涂覆焊料的方式以及该工艺的参数全部公开在DE-2924592 A1和WO89/11938中，因此在此不作更详细的描述。另一种涂覆粉末焊料的可行方式是例如采用硫化床。
1             光滑金属板2             波形金属板8             蜂窝体11、12、31    粘结材料存料13、14        配料辊15、16        涂敷辊17、27、37、47、53、54、55、56、57粘结材料涂层58            接触点59            流通道61、62       粘结材料带

Claims (19)

1.一种用于将焊料涂覆到金属结构(1，2)上的方法，包括下列步骤：-将作为粘结剂、结合剂或粘结促进剂的一种粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)涂覆至金属结构(1，2)上，所述粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)可以间歇地呈现没有粘结作用或仅具有轻微的粘结作用的状态和强有力的粘结状态；
-将所述粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)至少活化一次以使其呈强有力的粘结状态；
-以粉末形式涂覆焊料以使其通过所述活化的粘结材料牢固地保持在金属结构(1，2)上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于为了牢固地保持该焊料粉末，采用粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)，该材料在金属结构的生产过程中可以出现两种粘结作用不同的状态，即粘结性较小的状态和更加强有力的粘结状态，该粘结作用是外部条件的一个函数。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述粘结材料的粘结作用是温度的函数。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)可以在所允许的温度范围内出现两种聚集状态，即固态和液态，所说的温度范围出现在在实际的焊接过程之前的生产过程中。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)是一种蜡，它在0-50℃的常规温度下为固体，在更高的温度下则为液体。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)是一种热熔粘结剂，它在低于其熔化温度下在其表面上没有粘结性能或仅具有轻微的粘结性能，而在该温度上则形成强有力的粘结作用。
7.按照权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于采用该方法来生产由具有一定的结构的金属板层(1，2)卷曲、缠绕或叠放而形成的用于机动车辆的废气催化剂的蜂窝体(8)形式的金属结构。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)以粘结性的状态涂覆到金属板层(1，2)上的所需位置。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于在粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)处于较小的粘结性状态的同时将金属板层(1，2)卷曲、缠绕或叠放。
10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于卷曲、缠绕或叠放金属板层(1，2)以后，使粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)呈粘结性状态，并且将金属结构完全或以所需的部分与焊料粉末接触，焊料粉末牢牢地保留在具有粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)的并作用了焊料粉末的点上。
11.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)在作用了焊料粉末后为便于为进一步加工而进行的运输过程而重新变为粘结性较小的状态。
12.按照权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)在强有力的粘结性状态下时对金属结构(1，2)有这样高的粘度和粘附，从而使之集中于金属结构(1，2)的接触点(58)处的间隙和接口处并且在那儿可以粘结焊料粉末。
13.按照权利要求1所述的方法，具有下列步骤：-将具有滚动油的金属板层(1，2)通过加热热去油；-将粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)在为此预定的区域涂覆到还热的金属板层(1，2)上；-将金属板层(1，2)冷却至粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)具有较小粘结性的温度；-将金属板层(1，2)卷曲，缠绕或叠放，以形成蜂窝体(8)；-将蜂窝体(8)再加热到粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)具有强有力的粘结性的温度，其中粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)集中在要焊接的接触点(58)附近的间隙中；-将焊料粉末作用到蜂窝体(8)或蜂窝体(8)的部分区域上，这些焊料粉末粘结在带有粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)的点上。
14.按照权利要求13所述的方法，其中通过至少一条固体状态的粘结材料条31将所述粘结材料涂覆到还热的金属板层(1，2)上，该材料在与热金属板层(1，2)接触时形成液体涂覆层(37)。
15.按照权利要求1所述的方法，具有下列步骤-在带有滚动油的金属板层(1，2)上向为此规定的区域上涂覆粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)；-将该金属板层(1，2)卷曲、缠绕或叠放，以形成蜂窝体(8)；-将蜂窝体的金属板层(1，2)加热热去油，但是此时不除去粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)；-在粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)仍然具有强有力的粘结性的温度下，其中粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)集中在待焊接的接触点(58)附近的间隙中，将焊料粉末作用到蜂窝体(8)或蜂窝体(8)的部分区域上，这些焊料粉末粘结在带有粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)的点上。
16.按照权利要求13或15所述的方法，其特征在于涂覆焊料的蜂窝体(8)再次冷却到粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)变成固体的温度，并且在该较低的温度下进行进一步操作和传送步骤。
17.按照权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于涂覆焊料的蜂窝体(8)在一种焊接炉中被硬焊接，在此粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)基本上蒸发掉，没有残余物。
18.按照权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于在将金属板层(1，2)卷曲、缠绕或叠放形成蜂窝体(8)以后，将蜂窝体(8)全部或在所需的部分的区域作用热焊料粉末，在这些焊料粉末与粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)接触时将这种粘结材料短时间变成粘结状态并且焊料粉末与其保持粘结。
19.按照权利要求1所述的方法，其特征在于粘结材料(11、12、17；27；31、37；47；53、54、55、56、57；61、62)具有三个状态，及适用于涂覆的第一种状态，在卷曲、缠绕或叠放过程中没有粘性或仅有较弱粘性的第二种状态，以及在作用焊料粉末时的第三种粘结状态。
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