JP4686051B2 - メタルハニカム担体の溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車エンジンの排気浄化用キャタライザ等に使用するメタルハニカム担体の溶接方法に関する。更に詳しくは金属製の平板と波板とを重ねて渦巻き状に巻回したメタルハニカム担体における上記平板と波板との溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、メタルハニカム担体の平板と波板とを溶接する方法の一つとして、メタルハニカム担体の端面にレーザービームを照射することにより、上記平板と波板との接触部を溶融接合させることが知られている。具体的には例えばメタルハニカム担体の端面を上に向けて前後左右に多数並べて配置し、それらの上方からレーザー溶接装置のヘッドを左右方法に往復移動させると同時に前後方向に移動走査して各メタルハニカム担体端面の略全面にレーザービームを照射し、それによって上記平板と波板との上記端面側における接触部の略全面を溶融接合させるものである。
【０００３】
ところが、上記のように平板と波板との接触部の略全面を溶融接合させると、自動車エンジンのキャタライザ等に実際に使用した場合には、排気ガスによる熱応力で平板と波板との接合部が剥離する等のおそれがある。例えばエンジンの始動時にはハニカム内の中央部が外周部より高温になるのに対し、通常運転からアイドル運転に移行したときには、ハニカム内の中央部が外周部よりも早く低温になり、ハニカム内の中央部と外周部とで大きな温度差が生じる。そのため、平板と波板との略全面が接合されていると、熱膨張差による応力を吸収することができず、平板と波板との接合部が剥離したり、亀裂が生じる等のおそれがある。
【０００４】
そこで、レーザービームを照射する際にメタルハニカム担体の端面を部分的に覆う遮蔽部材を設けることによって、メタルハニカム担体の端面の一部を溶接することなく非溶接部として残し、これによって上記平板と波板との接合部に作用する応力を軽減することが提案されている（例えば特開平７−８０６６７号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような遮蔽部材を用いるものは、その製作および組付けが面倒であると共に、レーザービームによって比較的短時間で変形もしくは劣化するため繰り返して多数回使用することはできない。そのため製作コストが増大する等の問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、上記のような遮蔽部材を用いることなく、容易に被溶接部を残して溶接接合することのできるメタルハニカム担体の溶接方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法は、以下の構成としたものである。
【０００８】
即ち、金属薄板よりなる平板と波板とを重ねて多重に巻回したメタルハニカム担体の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することにより、前記平板と前記波板との接触部につき溶接部と非溶接部を形成するように溶接接合することを特徴とする。この場合、前記電子ビームを渦巻き状に照射する際の渦巻きのピッチは、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内とするのが望ましく、またメタルハニカム担体端面における電子ビームの断続ピッチは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとするのが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法を図に基づいて具体的に説明する。図１（ａ）は本発明を適用したメタルハニカム担体の平面図、同図（ｂ）はその正面図、図２（ａ）は溶接状態の概略構成の説明図、同図（ｂ）はその一部の平面図、図３（ａ）はメタルハニカム担体の平面図、同図（ｂ）はそれに対応する電子ビーム照射軌跡の平面図、同図（ｃ）はその一部の拡大図である。
【００１０】
図示例のメタルハニカム担体１は、金属薄板よりなる平板２と波板３とを重ねて渦巻き状に巻回したものを、金属厚板よりなる外筒４内に収容配置した構成である。上記平板２と波板３および外筒４の材質や厚さは適宜であるが、本実施形態にいては平板２および波板３として厚さ０．１５ｍｍのステンレス鋼板が用いられ、また外筒４としては厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼板が用いられている。
【００１１】
上記メタルハニカム担体１の平板２と波板３とを溶接するに当たっては、例えば図２に示すようにメタルハニカム担体１の一端側を上に向けて配置すると共に、そのハニカム担体１の上方の所定距離Ｄだけ離れた位置に電子ビーム溶接機１０のヘッド１１を上記メタルハニカム担体１の略中心部に向けて配置する。
【００１２】
そして上記ヘッド１１からメタルハニカム担体１に向けて電子ビームを断続的に照射すると同時に、溶接機１０に備えられた電磁石、図の場合は４つの電磁石１２に適宜通電して上記ヘッド１１から照射された電子ビームＢを渦巻き状に回動走査するもので、図３（ｂ）はその電子ビームＢの上記メタルハニカム担体端面（上面）上における照射軌跡を示す。
【００１３】
上記平板２および波板３を図示例のように渦巻き状に巻いたものにあっては、その巻き方向と、電子ビームＢの渦巻きの巻き方向とを互いに反対方向にするのが望ましく、また電子ビームＢの強度は、例えばビーム電力１．４ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流３５ｍＡ）程度のものを用いればよい。なお最も外側の平板２または波板３と外筒４とも同時にビーム溶接するのが望ましく、その場合のビーム電力は４．０ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流１００ｍＡ）程度のものを用いればよい。
【００１４】
さらに上記の渦巻き状に照射したメタルハニカム担体端面上における渦巻きのピッチＰ２は図３（ａ）における平板２および波板３の積層ピッチＰ１よりも小さくするのが望ましく、例えば平板２および波板３の積層ピッチＰ１は通常３．８ｍｍ程度であるが、それに対して上記渦巻きのピッチＰ２は０．１〜１．０ｍｍ程度、より好ましくは０．５ｍｍ程度とすればよい。また図３（ｃ）に示すメタルハニカム担体端面上における電子ビームの断続ピッチ（ドットピッチ）Ｐ３は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度、より好ましくは０．４ｍｍ程度とすればよい。なお図示例は電子ビームをドット状（点状）に照射したが、破線状に照射してもよい。
【００１５】
上記のようにメタルハニカム担体１の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することによって、上記平板２と波板３とを非溶接部を残して良好に溶接接合することができるものである。
【００１６】
なお上記の実施形態は、メタルハニカム担体１の端面を上に向けて、その上方から電子ビームを照射するようにしたが、例えばメタルハニカム担体１の端面を横向きにして、その横方向外方から電子ビームを照射するようにしてもよい。
【００１７】
また上記平板２と波板３との溶接は、メタルハニカム担体１の軸線方向両端部を溶接するのが望ましく、この場合、両端面同時に溶接することも可能であり、また両端面への電子ビームを照射条件を異ならせることもできる。
【００１８】
さらに必要に応じて前記筒体４の端部、特に排気流通方向下流側の端部４ｂに図４に示すような絞り加工を施し、その段部４ｄに平板２と波板３の端部を当接させる、あるいは図５に示すように筒体４の下流側端部４ｂにＳ字状もしくは直線状のストッパ５をビーム溶接等で一体的に設けて上記平板２と波板３とを位置決め固定するようにしてもよい。そのように構成した場合には、排気流通方向下流側端部における平板２と波板３との溶接、および最も外側の平板２または波板３と外筒４との溶接を省略することができる。
【００１９】
また上記実施形態は、平板２と波板３とを渦巻き状に巻回したものに適用したが、例えば平板２と波板３とを同心状に積層巻回したもの等にも適用できる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法を適用した具体的な実施例について説明する。
【００２１】
メタルハニカム担体１として、厚さ０．１５ｍｍのステンレス鋼板よりなる平板２および波板３を前記図１のように渦巻き状に巻回し、それを厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼板よりなる外筒４内に収容配置したものを用いた。なお上記平板２および波板３の渦巻きのピッチＰ１は約０．５ｍｍとした。
【００２２】
そのメタルハニカム担体１の一端側を、図２のように上に向けて配置すると共に、そのハニカム担体１の上方に前記の距離Ｄとして約３０ｃｍ離して電子ビーム溶接機１０のヘッド１１を、メタルハニカム担体１の略中心部に向けて配置した。
【００２３】
そして上記ヘッド１１からビーム電力は４．０ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流１００ｍＡ）程度の電子ビームＢを断続的に照射して最外側の平板２と外筒４とを周方向全長にわたって溶接すると共に、ビーム電力１．４ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流３５ｍＡ）程度の電子ビームＢをドット状に断続的に照射しながら溶接機１０に備えられた電磁石１２により電子ビームＢを渦巻き状に回動走査して平板２と波板３とを溶接した。なお上記電子ビームＢの渦巻き方向は、平板２および波板３の巻き方向と反対方向にした。またメタルハニカム担体端面上における渦巻きのピッチＰ２は０．５ｍｍ程度とし、電子ビームのメタルハニカム担体端面上における断続ピッチ（ドットピッチ）Ｐ３は約０．４ｍｍとした。
【００２４】
上記の要領でメタルハニカム担体１の軸線方向両側の平板２と波板３および外筒４とを溶接したメタルハニカム担体を用いてキャタライザを作製し、それを排気量２０００ｃｍ３ の自動車用エンジンの排気系内に装着して走行距離約２００００ｋｍに相当する実車を模した運転操作を行ったところ、上記溶接部に亀裂が生じるようなことはなく、また溶接箇所の剥離も殆どなく、良好に接合状態を維持できることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法は、上記のようにメタルハニカム担体１の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することによって、上記平板２と波板３とを非溶接部を残して良好に溶接接合することができるもので、前記従来のように遮蔽部材を用いる必要がないから、製作が容易であり、熱応力による剥離や亀裂の生じるおそれの少ないメタルハニカム担体を安価に製作出来る等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明を適用したメタルハニカム担体の平面図。
（ｂ）はその一部縦断正面図。
【図２】（ａ）は溶接状態の概略構成の説明図。
（ｂ）はその一部の平面図。
【図３】（ａ）はメタルハニカム担体の平面図。
（ｂ）はそれに対応する電子ビーム照射軌跡の平面図。
（ｃ）は電子ビーム照射軌跡の一部の拡大図。
【図４】外筒の端部に絞り加工を施したメタルハニカム担体の一部縦断正面図。
【図５】（ａ）は外筒端部にストッパを設けたメタルハニカム担体の一部縦断正面図。
（ｂ）はその底面図。
【符号の説明】
１ メタルハニカム担体
２ 平板
３ 波板
４ 外筒
５ ストッパ
１０ 電子ビーム溶接装置
１１ ヘッド
１２ 電磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車エンジンの排気浄化用キャタライザ等に使用するメタルハニカム担体の溶接方法に関する。更に詳しくは金属製の平板と波板とを重ねて渦巻き状に巻回したメタルハニカム担体における上記平板と波板との溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、メタルハニカム担体の平板と波板とを溶接する方法の一つとして、メタルハニカム担体の端面にレーザービームを照射することにより、上記平板と波板との接触部を溶融接合させることが知られている。具体的には例えばメタルハニカム担体の端面を上に向けて前後左右に多数並べて配置し、それらの上方からレーザー溶接装置のヘッドを左右方法に往復移動させると同時に前後方向に移動走査して各メタルハニカム担体端面の略全面にレーザービームを照射し、それによって上記平板と波板との上記端面側における接触部の略全面を溶融接合させるものである。
【０００３】
ところが、上記のように平板と波板との接触部の略全面を溶融接合させると、自動車エンジンのキャタライザ等に実際に使用した場合には、排気ガスによる熱応力で平板と波板との接合部が剥離する等のおそれがある。例えばエンジンの始動時にはハニカム内の中央部が外周部より高温になるのに対し、通常運転からアイドル運転に移行したときには、ハニカム内の中央部が外周部よりも早く低温になり、ハニカム内の中央部と外周部とで大きな温度差が生じる。そのため、平板と波板との略全面が接合されていると、熱膨張差による応力を吸収することができず、平板と波板との接合部が剥離したり、亀裂が生じる等のおそれがある。
【０００４】
そこで、レーザービームを照射する際にメタルハニカム担体の端面を部分的に覆う遮蔽部材を設けることによって、メタルハニカム担体の端面の一部を溶接することなく非溶接部として残し、これによって上記平板と波板との接合部に作用する応力を軽減することが提案されている（例えば特開平７−８０６６７号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような遮蔽部材を用いるものは、その製作および組付けが面倒であると共に、レーザービームによって比較的短時間で変形もしくは劣化するため繰り返して多数回使用することはできない。そのため製作コストが増大する等の問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、上記のような遮蔽部材を用いることなく、容易に被溶接部を残して溶接接合することのできるメタルハニカム担体の溶接方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法は、以下の構成としたものである。
【０００８】
即ち、金属薄板よりなる平板と波板とを重ねて多重に巻回したメタルハニカム担体の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することにより、前記平板と前記波板との接触部につき溶接部と非溶接部を形成するように溶接接合することを特徴とする。この場合、前記電子ビームを渦巻き状に照射する際の渦巻きのピッチは、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内とするのが望ましく、またメタルハニカム担体端面における電子ビームの断続ピッチは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとするのが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法を図に基づいて具体的に説明する。図１（ａ）は本発明を適用したメタルハニカム担体の平面図、同図（ｂ）はその正面図、図２（ａ）は溶接状態の概略構成の説明図、同図（ｂ）はその一部の平面図、図３（ａ）はメタルハニカム担体の平面図、同図（ｂ）はそれに対応する電子ビーム照射軌跡の平面図、同図（ｃ）はその一部の拡大図である。
【００１０】
図示例のメタルハニカム担体１は、金属薄板よりなる平板２と波板３とを重ねて渦巻き状に巻回したものを、金属厚板よりなる外筒４内に収容配置した構成である。上記平板２と波板３および外筒４の材質や厚さは適宜であるが、本実施形態にいては平板２および波板３として厚さ０．１５ｍｍのステンレス鋼板が用いられ、また外筒４としては厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼板が用いられている。
【００１１】
上記メタルハニカム担体１の平板２と波板３とを溶接するに当たっては、例えば図２に示すようにメタルハニカム担体１の一端側を上に向けて配置すると共に、そのハニカム担体１の上方の所定距離Ｄだけ離れた位置に電子ビーム溶接機１０のヘッド１１を上記メタルハニカム担体１の略中心部に向けて配置する。
【００１２】
そして上記ヘッド１１からメタルハニカム担体１に向けて電子ビームを断続的に照射すると同時に、溶接機１０に備えられた電磁石、図の場合は４つの電磁石１２に適宜通電して上記ヘッド１１から照射された電子ビームＢを渦巻き状に回動走査するもので、図３（ｂ）はその電子ビームＢの上記メタルハニカム担体端面（上面）上における照射軌跡を示す。
【００１３】
上記平板２および波板３を図示例のように渦巻き状に巻いたものにあっては、その巻き方向と、電子ビームＢの渦巻きの巻き方向とを互いに反対方向にするのが望ましく、また電子ビームＢの強度は、例えばビーム電力１．４ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流３５ｍＡ）程度のものを用いればよい。なお最も外側の平板２または波板３と外筒４とも同時にビーム溶接するのが望ましく、その場合のビーム電力は４．０ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流１００ｍＡ）程度のものを用いればよい。
【００１４】
さらに上記の渦巻き状に照射したメタルハニカム担体端面上における渦巻きのピッチＰ２は図３（ａ）における平板２および波板３の積層ピッチＰ１よりも小さくするのが望ましく、例えば平板２および波板３の積層ピッチＰ１は通常３．８ｍｍ程度であるが、それに対して上記渦巻きのピッチＰ２は０．１〜１．０ｍｍ程度、より好ましくは０．５ｍｍ程度とすればよい。また図３（ｃ）に示すメタルハニカム担体端面上における電子ビームの断続ピッチ（ドットピッチ）Ｐ３は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度、より好ましくは０．４ｍｍ程度とすればよい。なお図示例は電子ビームをドット状（点状）に照射したが、破線状に照射してもよい。
【００１５】
上記のようにメタルハニカム担体１の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することによって、上記平板２と波板３とを非溶接部を残して良好に溶接接合することができるものである。
【００１６】
なお上記の実施形態は、メタルハニカム担体１の端面を上に向けて、その上方から電子ビームを照射するようにしたが、例えばメタルハニカム担体１の端面を横向きにして、その横方向外方から電子ビームを照射するようにしてもよい。
【００１７】
また上記平板２と波板３との溶接は、メタルハニカム担体１の軸線方向両端部を溶接するのが望ましく、この場合、両端面同時に溶接することも可能であり、また両端面への電子ビームを照射条件を異ならせることもできる。
【００１８】
さらに必要に応じて前記筒体４の端部、特に排気流通方向下流側の端部４ｂに図４に示すような絞り加工を施し、その段部４ｄに平板２と波板３の端部を当接させる、あるいは図５に示すように筒体４の下流側端部４ｂにＳ字状もしくは直線状のストッパ５をビーム溶接等で一体的に設けて上記平板２と波板３とを位置決め固定するようにしてもよい。そのように構成した場合には、排気流通方向下流側端部における平板２と波板３との溶接、および最も外側の平板２または波板３と外筒４との溶接を省略することができる。
【００１９】
また上記実施形態は、平板２と波板３とを渦巻き状に巻回したものに適用したが、例えば平板２と波板３とを同心状に積層巻回したもの等にも適用できる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法を適用した具体的な実施例について説明する。
【００２１】
メタルハニカム担体１として、厚さ０．１５ｍｍのステンレス鋼板よりなる平板２および波板３を前記図１のように渦巻き状に巻回し、それを厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼板よりなる外筒４内に収容配置したものを用いた。なお上記平板２および波板３の渦巻きのピッチＰ１は約０．５ｍｍとした。
【００２２】
そのメタルハニカム担体１の一端側を、図２のように上に向けて配置すると共に、そのハニカム担体１の上方に前記の距離Ｄとして約３０ｃｍ離して電子ビーム溶接機１０のヘッド１１を、メタルハニカム担体１の略中心部に向けて配置した。
【００２３】
そして上記ヘッド１１からビーム電力は４．０ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流１００ｍＡ）程度の電子ビームＢを断続的に照射して最外側の平板２と外筒４とを周方向全長にわたって溶接すると共に、ビーム電力１．４ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流３５ｍＡ）程度の電子ビームＢをドット状に断続的に照射しながら溶接機１０に備えられた電磁石１２により電子ビームＢを渦巻き状に回動走査して平板２と波板３とを溶接した。なお上記電子ビームＢの渦巻き方向は、平板２および波板３の巻き方向と反対方向にした。またメタルハニカム担体端面上における渦巻きのピッチＰ２は０．５ｍｍ程度とし、電子ビームのメタルハニカム担体端面上における断続ピッチ（ドットピッチ）Ｐ３は約０．４ｍｍとした。
【００２４】
上記の要領でメタルハニカム担体１の軸線方向両側の平板２と波板３および外筒４とを溶接したメタルハニカム担体を用いてキャタライザを作製し、それを排気量２０００ｃｍ３ の自動車用エンジンの排気系内に装着して走行距離約２００００ｋｍに相当する実車を模した運転操作を行ったところ、上記溶接部に亀裂が生じるようなことはなく、また溶接箇所の剥離も殆どなく、良好に接合状態を維持できることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法は、上記のようにメタルハニカム担体１の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することによって、上記平板２と波板３とを非溶接部を残して良好に溶接接合することができるもので、前記従来のように遮蔽部材を用いる必要がないから、製作が容易であり、熱応力による剥離や亀裂の生じるおそれの少ないメタルハニカム担体を安価に製作出来る等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明を適用したメタルハニカム担体の平面図。
（ｂ）はその一部縦断正面図。
【図２】（ａ）は溶接状態の概略構成の説明図。
（ｂ）はその一部の平面図。
【図３】（ａ）はメタルハニカム担体の平面図。
（ｂ）はそれに対応する電子ビーム照射軌跡の平面図。
（ｃ）は電子ビーム照射軌跡の一部の拡大図。
【図４】外筒の端部に絞り加工を施したメタルハニカム担体の一部縦断正面図。
【図５】（ａ）は外筒端部にストッパを設けたメタルハニカム担体の一部縦断正面図。
（ｂ）はその底面図。
【符号の説明】
１ メタルハニカム担体
２ 平板
３ 波板
４ 外筒
５ ストッパ
１０ 電子ビーム溶接装置
１１ ヘッド
１２ 電磁石
Claims (2)
- 金属薄板よりなる平板と波板とを重ねて多重に巻回したメタルハニカム担体の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することにより、前記平板と前記波板との接触部につき溶接部と非溶接部を形成するように溶接接合することを特徴とするメタルハニカム担体の溶接方法。
- 前記電子ビームを渦巻き状に照射する際の渦巻きのピッチを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとし、且つメタルハニカム担体の端面における電子ビームの断続ピッチを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとした請求項１記載のメタルハニカム担体の溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001128647A JP4686051B2 (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | メタルハニカム担体の溶接方法 |
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|---|---|
| JP2002321071A JP2002321071A (ja) | 2002-11-05 |
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|---|---|---|---|---|
| CN106091734A (zh) * | 2016-08-16 | 2016-11-09 | 甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司 | 一种平板式传热组件 |
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