KR20120085644A

KR20120085644A - 배기 시스템 및 배기 시스템의 구성 요소를 결합하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20120085644A
Application number: KR1020110134539A
Authority: KR
Inventors: 알프레드 블뤼믈; 홍지앙 추이
Original assignee: 포레시아 이미션스 콘트롤 테크놀로지스, 저머니 게엠베하
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-08-01
Also published as: KR101921754B1; CN102606271B; DE102012000439B4; CN102606271A; DE102012000439A1

Abstract

배기 가스 시스템은 1.20 mm의 크기를 가질 수 있는 땜납 간격에 의해 서로로부터 이격된 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소를 포함한다. 고온 땜납 재료가 땜납 간격 부근에 제공되고, 인덕터에 의해 가열되어 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소 사이에 유도 납땜 조인트를 형성한다.

Description

배기 시스템 및 배기 시스템의 구성 요소를 결합하기 위한 방법{EXHAUST SYSTEM AND METHOD FOR JOINING COMPONENTS OF AN EXHAUST SYSTEM}

본 발명은 특히 자동차용 배기 가스 시스템뿐만 아니라 특히 자동차용 배기 가스 시스템의 2개의 구성 요소를 연결하는 방법에 관한 것이다.

서로 연결될 구성 요소는 특히, 예를 들어 출구 매니폴드로부터 촉매 변환기 또는 소음기(silencer)로 배기 가스 유동을 유도하는 배기 가스 시스템의 파이프이다. 배기 가스 시스템의 구성 요소가 노출되는 높은 온도 및 높은 동적 응력과 관련하여, 이러한 구성 요소는 지금까지 항상 용접 시임(seam)을 통해 연결되어 왔다. 실제로, 배기 가스 시스템의 구성 요소가 서로 용접되면 몇몇 단점이 발생한다. 하나의 이유로는, 방법을 수행하기 위해 상당히 많은 플로어 공간이 예를 들어 자동 용접기 또는 용접 로봇에 대해 요구된다. 2가지 경우에, 서로 용접될 구성 요소는 용접 헤드에 대해 이동되어야 한다. 이러한 이유로, 높은 동적 부하를 수반하여, 서로 용접될 구성 요소의 고정을 위해 복잡한 장치가 요구된다. 이들 장치는 이들의 저장을 위해 용접 캐빈 내에 비교적 높은 공간 요구를 갖는다. 더욱이, 각각의 디자인에 대해 새로운 장치가 일반적으로 요구되기 때문에, 매우 많은 장치가 재고로 유지되어야 한다. 게다가, 용접 시임은 강도에 악영향을 미치는 것으로 판명되었다. 구체적으로, 용접 시임은 연결된 구성 요소의 단면의 급격한 변화 및 대응적으로 배기 가스 시스템의 강성의 변경을 초래하여, 용접 시임의 영역에서 응력 집중을 발생시킨다. 가능하게는 균열의 형성을 위한 근원이 되는 것은 특히 용접 시임 루트(root) 또는 언더컷(undercut)의 영역이다. 마지막으로, 용접 중에 2개의 구성 요소에 도입되는 열은, 필요하다면 용접 후에 왜곡 교정 벤치(straightening bench) 상에서 개별적으로 교정되어야 하는 용접 유발 왜곡을 초래한다. 이러한 모든 단점에도 불구하고, 구성 요소를 서로 용접하는 것이 배기 가스 시스템의 분야에서 일반적으로 용인되고 있고, 이러한 것이 발생하는 온도 응력 및 동적 응력을 견디는 구성 요소의 연결부를 생성하는 유일한 방법이라는 것이 종래 기술의 지배적인 의견이다.

본 발명은 특히 자동차용 배기 가스 시스템뿐만 아니라 특히 자동차용 배기 가스 시스템의 2개의 구성 요소를 연결하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

배기 가스 시스템의 2개의 구성 요소가 전술된 단점을 회피하기 위해 용접 이외의 방법으로 연결된다.

배기 가스 시스템이 2개의 구성 요소 사이의 유도 납땜 조인트를 갖는 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소를 포함한다. 차량 배기 가스 시스템의 제1 배기 구성 요소를 제2 배기 구성 요소와 연결하는 방법은, 이들이 땜납 간격에 의해 분리되도록 2개의 배기 구성 요소를 함께 조립하는 단계, 땜납 간격 부근에 고온 땜납 재료를 제공하는 단계, 그리고 인덕터로 땜납 재료의 영역에서 2개의 구성 요소를 땜납 재료의 용융 온도를 초과하는 온도로 가열하여 땜납 간격을 충전하고 제1 구성 요소와 제2 구성 요소 사이에 납땜된 연결부를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 전문가들 사이에 지배적인 편견에 대조적으로, 고온 납땜된 연결부가 차량 배기 가스 시스템 상에 작용하는 응력을 견딘다는 놀라운 인식에 기초한다. 지금까지, 일반적으로 단지 배기 가스 시스템의 구성 요소에서 발생할 수 있고 가능하게는 600℃ 초과에 있는 온도 때문에, 납땜된 연결부는 불가능한 것으로 가정되었다. 납땜된 구성 요소의 최대 허용 가능한 작동 온도는, 고온 땜납이 사용되었음에도 불구하고 일반적으로 대략 200℃에 있는 것으로 보여진다[예를 들어 2002년 10월의 독일 용접 기술 협회(German Association for Welding Technology)(Deutscher Verband fur Schwei.beta.technik)의 회보 DVS 938-2"전기 아크 납땜(Electric Arc Soldering)"(Lichtbogenschwei.beta.en)의 초안 참조, 여기서 배기 가스 시스템을 위한 납땜된 연결부에 대한 작동 온도가 최대 180℃로 지시되고 180℃ 초과의 온도를 갖는 납땜된 연결부의 채용은 명시적으로 추천되지 않음]. 본 출원인은 납땜된 구성 요소가 납땜된 연결부의 기계적 안정성의 임의의 손상 없이 600℃ 초과의 온도로 심지어 더 긴 시간 동안 노출될 수 있는 것을 실험에서 발견하였기 때문에 이 편견은 무시된다. 땜납 재료의 응고 후에, 초기 용융 온도보다 높은 재용융 온도가 발생한다는 사실은 추가로 납땜된 연결부의 고온 강도에 유리한 영향을 미친다. 이 이유는 아직 결정적으로 분명해지지는 않았다.

한 가지 이유는 용융 중에 특정 바이-얼로이(by-alloys)가 증발하는 사실에 있을 수 있다. 다른 이유는 땜납 재료 내로의 기초 재료의 원자의 확산일 수 있다.

서로 부착될 2개의 구성 요소 사이의 간격은 매우 엄격한 공차 범위 이내로 정확하게 제어되어야 하는 것이 유도 납땜의 분야에서 또한 공지되어 있다. 구체적으로, 유도 납땜을 위한 공지의 사양은 조인트가 요구된 바와 같이 수행되게 하기 위해 간격 폭이 0.02 내지 0.10 mm의 범위 내에 있어야 하는 것을 지시하고 있다. 이 유형의 제어된 범위는 배기 시스템의 분야 내에서는 가능하지 않다. 이와 같이, 배기 구성 요소를 연결하기 위한 유도 납땜은 간단하게 실행 가능한 옵션으로서 고려되지 않았다.

재차, 이 공지의 규약은 예기치 않게, 본 출원인이 제1 배기 구성 요소와 제2 배기 구성 요소 사이의 땜납 간격이 1.20 mm의 크기일 수 있는 것을 추가로 발견하였기 때문에 무시된다. 일 예에서, 땜납 간격은 0.10 mm 초과, 최대 0.70 mm로서 정의된 범위 이내에 있다. 이는 납땜 조인트에 대한 공차가 덜 엄격한 요건을 갖기 때문에 상당한 비용 절약을 제공한다.

용접된 연결부 대신에 2개의 배기 구성 요소 사이의 납땜된 연결부를 이용하는 것은 또한 다수의 추가의 장점을 수반한다. 하나의 이유로는, 2개의 구성 요소가 용접 방법을 이용하는 경우에서와 같이, 더 낮은 비용 및 더 작은 공간 요구 상황에서 서로 연결될 수 있다는 것이다. 로봇이 원주방향에서 이들의 연결부의 영역에서 2개의 구성 요소 주위로 이동하는 것이 요구되지 않는다. 이 대신에, 콤팩트한 차폐 가스 챔버 내의 2개의 구성 요소 사이에 연결 영역을 수용하는 것이 가능하다. 배기 가스 시스템 내에서 발생하는 작동 온도보다 낮은 특정 온도까지, 강성의 급격한 변화가 이루어지지 않기 때문에, 납땜된 연결부의 동적 강도는 용접된 연결부에서보다 크다. 이들이 서로 용접되는 대신에 납땜되면 더 작은 벽 두께를 갖는 2개의 구성 요소를 형성하는 것이 또한 가능하다. 다시 말하면, 서로 용접될 구성 요소의 벽 두께는, 몇몇 경우에 구성 요소의 요구된 강도의 견지에서가 아니라 용접 중에 용융 관통의 위험과 관련하여 배기 가스 시스템의 분야에서 설계되어야 한다. 이 위험은 2개의 구성 요소가 서로 납땜되면 낮아질 수 있어, 미래에 단지 발생하는 응력만이 치수 설정을 위해 관련될 수 있게 된다. 플랜지 및 클램핑 부품 연결부를 납땜된 연결부로 대체하는 것이 또한 가능하다. 이들의 높은 조립 비용에 기인하여, 그리고 누설 방지성의 견지에서 문제점 때문에, 이러한 연결부가 더욱 더 불리한 것으로 판명되어, 일체형 조인트의 형태의 배기 가스 시스템의 모든 구성 요소를 생성하도록 진행하게 된다.

일 예에 따르면, 구성 요소들 중 하나는 땜납을 위한 지지면을 갖도록 제공된다. 이는 땜납 간격 부근에 땜납을 배치하는 것을 가능하게 하여, 땜납 재료가 땜납이 용융되자마자 모세관력에 의해 땜납 간격 내로 견인되게 된다. 이 프로세스에서, 지지면은 땜납 재료가 땜납 간격으로부터 멀리 구성 요소의 다른 영역을 향해 유동하는 것을 방지한다. 한편으로는, 땜납 재료는 시각적 이유에 기인하여 이들 영역에서 바람직하지 않을 것이고, 다른 한편으로는 이 땜납 재료는 실제 납땜된 연결부를 위해 더 이상 이용 가능하지 않을 것이다.

구성 요소 상의 지지면은 땜납 링이 그 위에 배치될 수 있는 주위 비드에 의해 낮은 비용으로 형성될 수 있다.

다른 예에 따르면, 납땜 조인트의 영역에서 땜납 지지체를 배치하도록 마련될 수 있고, 이 땜납 지지체는 땜납 재료를 위한 지지면을 포함한다. 이 실시예는 구성 요소 자체가 지지면을 형성하기 위해 변형될 필요가 없다는 장점을 갖는다. 땜납 지지체는 전기적으로 비전도성인 재료, 예를 들어 세라믹 재료로 이루어지는 것이 바람직할 것이다. 이와 같이, 유도 납땜 프로세스 중에, 땜납 지지체는 유도 가열되지 않아 땜납 재료가 땜납 지지체에 접합되지 않게 될 것이다. 따라서, 땜납 지지체는 2개의 구성 요소가 서로 납땜될 때 임의의 문제점 없이 제거될 수 있다.

다른 예에 따르면, 런아웃 영역(runout region)이 2개의 구성 요소 사이에 제공된다. 런아웃 영역은, 2개의 구성 요소와의 연결을 행하지 않은 상태에서 과잉의 땜납을 수용한다. 따라서, 런아웃 영역은 땜납 간격이 땜납 재료로 완전히 충전될 때 충전될 수 있는 오버플로우 용기의 특징부에 작용한다. 런아웃 영역은 납땜 중에 납땜 온도로 가열되지 않아, 땜납 재료가 런아웃 영역으로 진입하자마자 응고되기 시작하게 된다. 이는 땜납 재료가 땜납 간격으로부터 이격하여 지향하는 측면 상에서 탈출하지 않아, 2개의 구성 요소의 내부에 원하지 않는 땜납 액적을 초래하지 않는 것을 보장한다. 이러한 땜납 액적은 배기 가스 시스템의 작동 중에 내부에 손상을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예가 종속 청구항으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 첨부 도면에 도시되어 있는 다양한 실시예에 기초하여 이하에 설명될 것이다.

본 발명에 따르면, 자동차용 배기 가스 시스템뿐만 아니라 자동차용 배기 가스 시스템의 2개의 구성 요소를 연결하는 방법을 얻을 수 있다.

도 1은 납땜 장치 내에 배치되어 있는 서로 납땜될 2개의 구성 요소를 본 발명의 제1 실시예에 따라 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 2는 2개의 구성 요소가 서로 납땜된 후에 도 1의 상세 Ⅱ를 확대도로 도시하고 있는 도면.
도 3은 서로 납땜될 2개의 구성 요소를 본 발명의 제2 실시예에 따라 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 4는 납땜된 상태에서 도 3의 2개의 구성 요소를 도시하고 있는 도면.
도 5는 도 4의 상세 V를 확대도로 도시하고 있는 도면.
도 6은 서로 납땜될 2개의 구성 요소를 본 발명의 제3 실시예에 따라 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 7은 납땜된 상태에서 도 6의 2개의 구성 요소를 도시하고 있는 도면.
도 8은 도 7의 상세 Ⅷ를 확대도로 도시하고 있는 도면.
도 9는 서로 납땜될 2개의 구성 요소를 제4 실시예에 따라 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 10은 납땜된 상태에서 도 9의 구성 요소를 도시하고 있는 도면.
도 11은 서로 납땜될 2개의 구성 요소를 제5 실시예에 따라 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 12는 납땜 중에 다른 위치에서 도 11의 구성 요소를 도시하고 있는 도면.
도 13은 서로 납땜될 2개의 구성 요소를 제6 실시예에 따라 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 14는 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 15는 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 16은 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 17은 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 18은 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 19는 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 20은 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 21은 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 22는 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 23은 함께 납땜될 2개의 배기 구성 요소의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.
도 24는 함께 납땜될 3개의 배기 구성 요소의 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면.

도 1은 이 경우에 자동차용 배기 가스 시스템의 2개의 파이프인 2개의 구성 요소(10, 12)를 도시하고 있다. 이 시점에서, 예를 들어 파이프를 갖는 깔때기, 하우징을 갖는 깔때기 등과 같이 파이프 이외의 구성 요소가 기본적으로 또한 서로 연결될 수 있다는 것을 언급한다.

제1 구성 요소(10)는 일정한 단면을 갖도록 구성되고, 반면에 제1 구성 요소(10)에 대면하는 제2 구성 요소(12)의 단부는 외향으로 향하는 비드(14)를 갖도록 구성된다. 비드(14)에 인접하여 삽입부(16)가 있다. 삽입부(16)는 제1 구성 요소(10)의 내경보다 약간 작은 외경을 갖는다.

구성 요소(10)에 대면하고 중간축(M)에 수직으로 정렬된 비드(14)의 영역은 땜납 재료(20)의 링이 배치되는 지지면(18)을 형성한다. 따라서, 땜납 재료는 제2 구성 요소(12)의 삽입부(16)와 제1 구성 요소(10) 사이에 형성되어 있는 땜납 간격의 영역에 놓인다. 땜납 재료(20)는 구리 또는 니켈 기반의 고온 땜납이다.

땜납 링이 실시예에 도시되어 있지만, 땜납은 물론 예를 들어 시트 금속 스트립, 페이스트 등과 같은 다른 형태로 제공될 수 있다.

납땜될 2개의 구성 요소(10, 12)의 영역 주위에는, 본질적으로 납땜될 영역을 사실상 기밀 방식으로 둘러싸는 2개의 외피(24, 26)를 포함하는 납땜 장치(22)가 배치된다. 외피(24, 26) 내의 차폐 가스 분위기는 적합한 (도시되어 있지 않은) 장치에 의해 형성될 수 있다. 인덕터(28)가 2개의 외피(24, 26) 주위로 연장되고, 2개의 구성 요소(10, 12)의 영역, 즉 서로 납땜될 2개의 구성 요소(10, 12)의 일부의 영역뿐만 아니라 땜납 재료(20)에 멤돌이 전류를 발생시킨다. 전기 저항에 기인하여, 이러한 멤돌이 전류는 열로 변환된다.

2개의 구성 요소(10, 12)를 서로 납땜하기 위해, 땜납 재료(20)의 링은 제1 단계에서 제2 구성 요소(12)의 비드(14) 상에 배치된다. 다음에, 제2 구성 요소(12)는 제1 구성 요소(10) 내로 삽입부(16)와 함께 삽입된다. 이후에, 2개의 외피(24, 26)는 납땜될 2개의 구성 요소(10, 12)의 부분 주위에서 폐쇄되고, 차폐 가스 분위기가 2개의 외피의 내부에 형성된다. 다음에, 2개의 구성 요소(10, 12)의 일부, 즉 납땜될 2개의 구성 요소(10, 12)의 일부뿐만 아니라 땜납 재료(20)는 1000℃의 범위의 온도로 인덕터(28)에 의해 가열될 수 있다. 이 프로세스에서, 땜납 재료(20)가 용융하여, 2개의 구성 요소(10, 12) 사이의 땜납 간격 내로 모세관력에 의해 중력에 대항하여 견인되어 간격을 완전히 충전하게 될 수 있다. 이는 도 2에서 볼 수 있다. 비드(14) 상의 지지면(18)은 땜납 재료(20)가 용융시에 땜납 간격으로부터 이격하여 하향으로 유동하지 않고 땜납 간격 내로 견인될 수 있게 되는 것을 보장한다. 대안으로서, 땜납 프로세스는 또한 수평 또는 경사 배향으로 수행될 수 있다.

2개의 구성 요소(10, 12)가 공기 내의 스케일링(scaling)이 더 이상 발생하지 않을 때까지 냉각될 때, 2개의 외피(24, 26)는 개방될 수 있고, 이제 서로 연결되어 있는 구성 요소가 제거될 수 있다. 납땜 장치는 다음의 구성 요소를 수용할 준비가 된다. 납땜 장치 및 이에 의해 수행된 유도 납땜 방법의 특정한 장점은 매우 짧은 처리 시간이 가능하다는 사실에 있다. 가열 및 냉각을 포함하는 2개의 구성 요소의 브레이징(brazing)을 위한 성취 가능한 처리 시간은 40초의 범위이고, 실제로 - 용접과 대조적으로 - 시임 길이에 무관하다. 따라서, 작은 공간 요구로 높은 생산량이 성취될 수 있다.

도 3 내지 도 5는 제2 실시예를 도시하고 있다. 제1 실시예로부터 알려진 구성 요소에 대해, 동일한 도면 부호가 사용될 수 있고, 이 관점에서 상기 실시예를 참조한다.

제1 실시예와의 차이점은, 지지면(18)이 구성 요소 자체 중 하나에 형성되지 않고, 여기서 폐쇄된 링으로서 형성되는 땜납 지지체(30) 상에 형성된다는 것이다. 땜납 지지체(30)는 예를 들어 세라믹 재료와 같은 전기적으로 비전도성인 재료로 제조되고, 땜납 간격에 인접하여 제2 구성 요소(12)를 에워싼다. 달리 말하면, 제1 구성 요소(10)는 땜납 지지체(30)에 대해 놓일 때까지 제2 구성 요소(12) 상에서 활주한다. 이는, 땜납 지지체(30)가 서로에 대한 2개의 구성 요소(10, 12)의 위치 설정을 위한 기준으로서 사용되게 할 수 있다. 제1 구성 요소(10)에 대면하는 땜납 지지체(30)의 면은 땜납 재료(20)의 링이 그 위에 배치될 수 있는 지지면(18)을 형성한다. 폐쇄된 링으로서 구성될 때 땜납 지지체 상에 주름부, 돌출부 또는 홈을 제공하는 것이 가능하고, 이는 땜납이 땜납 간격 내로 구성 요소(10)의 단부면 아래로 유동하는 것을 더 용이하게 한다.

땜납될 2개의 구성 요소(10, 12)의 영역은 납땜 장치(여기에는 도시되어 있지 않음)에 의해 제1 실시예에서와 같이 가열되어, 땜납 재료(20)가 용융되고 2개의 구성 요소(10, 12) 사이의 땜납 간격 내로 견인되게 된다(도 4 및 도 5 참조). 이 프로세스에서, 땜납 재료의 작은 부분이 하향 방향으로 땜납 지지체(30)를 지나 유동한다. 그러나, 땜납 지지체(30)는 전기적으로 비전도성 재료로 구성되기 때문에, 이는 인덕터(28)에 의해 가열될 수 없어 땜납이 이 영역에서 응고되게 된다. 이런 이유로, 단지 땜납 재료의 매우 작은 부분만이 실제 납땜된 연결부에 이용 가능하지 않게 된다. 도 5에서, 땜납 지지체(30)가 제거된 후에 2개의 구성 요소(10, 12) 사이의 납땜된 연결부를 볼 수 있다. 이는 납땜 중에 납땜 온도에 도달될 때까지 땜납 지지체(30)가 가열되지 않기 때문에 임의의 문제점 없이 행해질 수 있다. 땜납 재료(20)는 따라서 땜납 지지체의 표면에 접합되지 않는다. 땜납 지지체(30)의 "자국"을 분명하게 볼 수 있다.

도 6 내지 도 8은 제3 실시예를 도시하고 있다. 여기서도, 동일한 도면 부호가 이전의 실시예로부터 알려진 이들 구성 요소에 대해 사용된다.

제1 실시예와의 차이점은, 제3 실시예에서 지지면(18)이 깔때기의 방식으로 확장되는 제2 구성 요소(10)의 단부 부분 상에 형성된다는 사실에 있다. 따라서, 땜납 재료(20)의 링은 제1 구성 요소(10)와 제2 구성 요소(12) 사이에 직접 놓인다. 추가의 차이점은, 액체 땜납 재료를 위한 런아웃 영역(32)이 형성되도록 제1 구성 요소(10)와 제2 구성 요소(12) 사이에 땜납 간격이 구성된다는 사실에 있다. 런아웃 영역은 인덕터(28)에 의해 가열되는 2개의 구성 요소(10, 12)의 영역의 외부에 놓여서 형성되고, 이에 의해 런아웃 영역(32)은 심지어 실제 납땜 작업 중에도 땜납 재료(20)의 응고 온도보다 낮은 온도로 유지될 수 있다.

2개의 구성 요소(10, 12)가 서로 납땜될 때, 땜납 간격의 영역은 인덕터에 의해 가열된다. 땜납 재료(20)가 용융되자마자, 이 땜납 재료는 이것이 2개의 구성 요소(10, 12)의 표면 영역을 적시는 땜납 간격 내로 모세관력에 의해 견인될 것이다. 땜납 재료가 도 7에 대해 땜납 간격의 하부 부분에 도달하자마자, 이 땜납 재료는 실제 땜납 간격으로부터 탈출하여 런아웃 영역(32)에 진입한다. 런아웃 영역은 땜납 재료(20)의 응고 온도보다 낮은 온도를 갖기 때문에, 땜납 재료는 런아웃 영역(32)에서 응고된다. 런아웃 영역(32)은, 땜납 재료가 땜납 간격의 하부측에서 탈출하여 2개의 구성 요소(10, 12)의 내부에 진입하는 것을 방지하기 위해 충분한 길이를 갖도록 선택된다. 도 8에서, 땜납 재료(20)는 이들이 비교적 낮은 온도를 갖기 때문에, 런아웃 영역(32) 내의 2개의 구성 요소(10, 12)의 표면 영역을 적시지 않는다는 것을 알 수 있다. 이에 따르면, 땜납 재료(20)의 단부면은 땜납 간격의 상단부에서 볼 수 있는 바와 같이 오목하지 않고 볼록하다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제4 실시예를 도시하고 있다. 이전의 실시예와의 차이점은, 땜납 재료(20)가 그 내부에 배치되어 있는 수용 챔버(34)가 제공된다는 사실에 있다. 이전의 실시예와는 달리, 이 경우의 땜납 재료(20)는 완전히 둘러싸는 링으로서 배치될 필요는 없다. 땜납 재료는 예를 들어 단지 환형 수용 챔버(34)의 원주의 절반 주위로 연장되면 충분하다. 땜납이 용융되자마자, 이는 모세관력에 기인하여 땜납 간격의 전체 원주를 따라 확산될 수 있어, 2개의 구성 요소 사이에서 둘러싸는 기밀 연결이 형성된다.

서로 납땜될 구성 요소(10, 12)의 영역이 땜납 재료(20)의 용융 온도를 초과하는 온도까지 가열될 때, 이때 액체일 수 있는 땜납 재료는 모세관력에 의해 2개의 구성 요소(10, 12) 사이의 간격 내로 견인된다. 2개의 개별 납땜 조인트, 즉 제2 구성 요소(12)의 단부면과 제1 구성 요소(10)의 외부측 사이의, 즉 수용 챔버의 좌측에서 도 10과 관련된 제1 납땜 조인트와, 제1 구성 요소(10)의 삽입부와 제2 구성 요소(12) 사이의 제2 납땜 조인트가 이 프로세스에서 형성된다.

도 11은 본 발명의 제5 실시예를 도시하고 있다. 이전의 실시예와의 차이점은, 제1 구성 요소(10)가 절두 원추의 형상의 수축부를 구비하는 그 단부를 갖고, 반면에 제2 구성 요소는 깔때기형 전개부(flaring)를 구비하는 그 단부를 갖는다는 것이다. 제1 구성 요소의 수축부는 제2 구성 요소의 전개부 내에 배치된다. 땜납 재료(20)는 제2 구성 요소(12)의 전개부의 단부면에 대해 직접 배치된다. 땜납 재료가 용융되자마자, 이는 모세관력에 의해 땜납 간격 내로 견인될 수 있어 제1 구성 요소와 제2 구성 요소 사이의 균일한 접속이 얻어지게 될 수 있다.

도 12는 도 11로부터 공지된 구성 요소를 도시하고 있지만, 도 11과는 달리 2개의 구성 요소(10, 12)의 종축이 수평 대신에 수직으로 배치된다. 따라서, 제2 구성 요소(12)의 전개부의 단부면은 땜납 재료(20)를 위한 지지면(18)으로서 기능한다.

도 13은 제6 실시예를 도시하고 있다. 이전이 실시예와의 차이점은, 서로 땜납되는 파이프가 존재하지 않는다는 것이다. 대신에, 소음기의 2개의 하우징부, 촉매 변환기 또는 배기 가스 시스템의 다른 구성 요소가 함께 납땜된다. 제1 구성 요소(10)는 하우징의 상부 외피를 형성하고, 제2 구성 요소(12)는 하우징의 하부 외피를 형성한다. 양 구성 요소는 주위 가장자리를 구비하고, 제2 구성 요소의 가장자리는 주위 비드를 구비하여, 제1 구성 요소의 가장자리와 조합하여 땜납 재료(20)를 수용하기 위한 챔버가 형성되게 된다.

제1 구성 요소(10) 및 제2 구성 요소(12)의 가장자리뿐만 아니라 땜납 재료(20)는 유도 가열되어, 땜납 재료가 용융되고 2개의 구성 요소가 서로 연결되게 된다. 매우 큰 시임 길이를 갖는 이들 유형의 구성 요소에서도, 처리 시간은 증가되지 않는다는 것이 여기서 주목할 만하다. 2개의 구성 요소가 서로 용접되어야 하는 경우라면, 이는 큰 시임 길이 때문에 몇 분의 처리 시간을 초래할 것이다.

도 14는 유도 납땜된(브레이징된) 조인트로 서로 연결되는 제1 배기 구성 요소(10) 및 제2 배기 구성 요소(12)의 다른 예를 도시하고 있다. 제1 배기 구성 요소(10) 및 제2 배기 구성 요소(12)는 1.20 mm의 크기일 수 있는 땜납 간격(36)에 의해 서로로부터 이격되어 있다. 제1 배기 구성 요소(10)의 부분은 제2 배기 구성 요소(12) 내의 개구 내에 삽입된다. 고온 유도 재료(20)는 땜납 간격(36) 부근에 위치된다. 이 구성에서, 인덕터(28)는 땜납 간격(36) 부근에서 제1 구성 요소 내에 위치되어야 한다. 인덕터(28)는 서로 납땜될 2개의 배기 구성 요소(10, 12)의 영역뿐만 아니라 땜납 재료(20)에 멤돌이 전류를 발생시킨다. 전기 저항에 기인하여, 이러한 멤돌이 전류는 땜납 재료(20)를 용융시켜 땜납 간격(36)을 충전하게 하는 열로 변환된다. 또한, 인덕터(28)는 제1 배기 구성 요소(10)에 대해 내부에 위치되기 때문에, 간격의 크기가 납땜/브레이징 중에 감소되도록 하기 위해 제1 배기 구성 요소(10)의 열팽창의 양은 제2 구성 요소의 열팽창보다 크다.

전술한 바와 같이, 배기 구성 요소(10, 12) 사이의 땜납 간격(36)은 1.20 mm의 크기일 수 있는데, 이는 유도 납땜 조인트가 0.02 mm 내지 0.10 mm의 범위 내의 땜납 간격을 갖는 구성 요소에 대해서만 사용되어야 한다고 교시하고 있는 종래 기술의 교시에 직접 모순된다. 엄격하게 제어된 이러한 범위는 배기 시스템에서 실용적이지 않고, 이러한 이유로 유도 납땜이 이러한 구성 요소에 대해 이전에 사용되지 않은 것이다. 그러나, 확실한 유도 납땜 조인트가 1.20 mm의 땜납 간격을 갖는 배기 구성 요소들 사이에 형성될 수 있는 것이 확인되었다. 이는 구성 요소의 제조 및 조립을 위한 비용 절감을 제공한다.

이러한 큰 간격은 요구될 수 있는 땜납 재료의 증가된 양에 기인하여 바람직하지 않다. 통상적인 땜납 간격은 0.10 mm 초과, 최대 0.70 mm의 범위 내에 있을 수 있다. 일 예에서, 바람직한 땜납 간격 크기는 상당한 양의 추가의 땜납 재료를 필요로 하지 않고 더 허용 가능한 간격 크기를 여전히 제공하기 때문에 대략 0.50 mm일 수 있다.

땜납 재료(20)는 예를 들어 구리 또는 니켈 합금 재료로 구성된 고온 땜납이다. 니켈 합금 재료를 사용할 때, 브레이징/납땜 온도는 대략 1300℃일 수 있고, 작동 온도는 1000 내지 1100℃의 범위 내에 있을 수 있다.

땜납될 2개의 구성 요소(10, 12)의 일부뿐만 아니라 땜납 재료(20)는 지정된 온도까지 인덕터(28)에 의해 가열될 수 있다. 이 온도에서, 땜납 재료(20)가 용융되고, 2개의 구성 요소(10, 12) 사이의 땜납 간격(36) 내로 모세관력에 의해 견인되어 간격을 완전히 충전한다.

도 14의 예에서, 제1 배기 구성 요소(10)는 제1 배기 파이프를 포함하고, 제2 배기 구성 요소는 제2 배기 파이프를 포함하지만, 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소는 차량 배기 시스템에 이용될 수 있는 임의의 유형의 배기 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소는 파이프, 플랜지 커넥터, 머플러 외피, 단부 플레이트 등을 포함할 수 있다. 도 14 내지 도 24는 상이한 유형의 구성 요소 및 브레이징 구성의 다양한 예를 도시하고 있지만, 청구된 납땜/브레이징 프로세스와 함께 또한 이용될 수 있는 수많은 다른 예가 존재한다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 각각의 구성은 1.20 mm의 크기일 수 있는 땜납 간격을 포함한다. 땜납 간격(36)은 설명의 목적으로 도 14에서 과장되어 있지만, 유사한 간격 구성이 또한 다른 예시적인 구성에 적용 가능하다는 것이 이해되어야 한다.

도 15는, 유도 납땜 조인트에서 제1 배기 구성 요소(10)의 외부에 위치된 제2 배기 구성 요소(12) 내에 형성된 홈(40)에 땜납 재료(20)가 위치되어 있는 구성을 도시하고 있다.

도 16은 도 15와 유사하지만, 또한 제1 배기 구성 요소(10)에 부착되는 단부 플레이트(42)에 연결되는 예시적인 구성을 도시하고 있다. 제2 유도 납땜 조인트(44)는 또한 전술된 방식으로 제1 배기 구성 요소(10)에 단부 플레이트(42)를 연결하는 데 사용될 수 있다.

도 17은 유도 납땜 조인트로 서로 연결되어 있는 단부 플레이트(42) 및 내부 머플러 파이프(48)를 포함하는 머플러(46)를 위한 구성을 도시하고 있다. 땜납 재료(20)는 머플러 캐비티(50)의 외부에 위치되고, 단부 플레이트(42)의 외향으로 연장되는 내부 머플러 파이프(48)의 일부의 외부면 상에 안착된다. 인덕터(28)는 머플러 파이프(48)의 내부에 위치되고, 유도 납땜 조인트가 전술된 방식으로 형성된다.

도 18 및 도 19는 시트 플랜지(52)가 파이프 또는 원추 구성 요소(54)에 부착되어 있는 구성을 각각 도시하고 있다. 도 18은 땜납 재료(20)가 외부에 위치되어 있고 시트 플랜지(52)의 상부 에지 상에 안착되어 있는 상태로 파이프 또는 원추 구성 요소(54)에 대해 외부에 위치되어 있는 시트 플랜지(52)를 도시하고 있다. 도 19는 땜납 재료(20)가 내부에 위치되어 있고 시트 플랜지(52)의 상부 에지 상에 안착되어 있는 상태로 파이프 또는 원추 구성 요소(54)에 대해 내부에 위치되어 있는 시트 플랜지(52)를 도시하고 있다. 어느 구성에서도, 인덕터(28)는 전술한 바와 같이 내부에 위치될 수 있다.

도 20 및 도 21은 부싱(56)이 유도 납땜 조인트로 배기 파이프(58)에 부착되는 구성을 각각 도시하고 있다. 도 20은 부싱(56)이 파이프(58) 내에 완전히 위치되고 땜납 재료(20)가 부싱(56)의 상부 에지 상에 안착되는 구성을 도시하고 있다. 도 21은 땜납 재료(20)가 외부에 위치되어 부싱(56)의 상부 에지에 안착되는 상태로 부싱(56)이 배기 파이프(58)의 외부면을 둘러싸고 있는 구성을 도시하고 있다. 도 21에 도시되어 있는 예에서, 부싱(56)의 상부 에지는 전개된 부분을 포함하지만, 상부 에지는 또한 도 20에 도시되어 있는 것과 같은 직선형일 수도 있다. 어느 구성에서도, 인덕터(28)는 전술한 바와 같이 내부에 위치될 수 있다.

도 22는 단부 플레이트 또는 커버(60)가 배기 파이프(62)에 부착되는 구성을 도시하고 있다. 배기 파이프(62)는 커버(60) 내의 개구 내로 삽입되고, 스토퍼(64)가 파이프(62)의 외부면을 둘러싸서 커버(60)를 적소에 유지한다. 땜납 재료(20)는 커버와 파이프 사이의 계면에서 외부에 위치된다. 스토퍼(64)는 또한 용융된 땜납 재료가 땜납 간격(36)으로부터 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다.

도 23은 배기 파이프(64)가 유도 납땜 조인트에 의해 원추(66)에 연결되어 있는 구성을 도시하고 있다. 파이프(64)는 땜납 간격(36)만큼 원추(66)의 대응 테이퍼부(70)로부터 떨어져 있는 테이퍼부(68)를 포함한다. 파이프(64)는 원추(66)의 내부에 위치되고, 땜납 재료는 원추(66)의 상부 에지 상으로 외부에 위치된다. 원추(66)의 상부 에지는 도시되어 있는 바와 같이 전개될 수 있고, 또는 선택적으로 상부 에지는 직선형일 수 있다.

도 24는 3개의 상이한 배기 구성 요소가 유도 납땜 조인트와 함께 연결되는 다중-조인트 구성을 도시하고 있다. 단부 플레이트(72)가 예를 들어 주름형 연결부(76)로 머플러 외피(74)에 부착된다. 단부 플레이트(72)는 차량 배기 시스템의 나머지 부분에 연결되는 외부 배기 파이프(80)에 연결된 내부 머플러 파이프(78)에 연결된다. 내부 머플러 파이프(78)의 외부 단부는 외부 배기 파이프(80)와 단부 플레이트(72) 사이에 위치된다. 땜납 간격(36)이 따라서 외부 배기 파이프(80)와 내부 머플러 파이프(78) 사이 그리고 내부 머플러 파이프(78)와 단부 플레이트(72) 사이에 형성된다. 땜납 재료(20)는 중간 구성 요소의 상부 에지, 즉 내부 머플러 파이프(78)의 외부 단부에 안착되고, 땜납 간격(36) 내로 견인된다. 이 예시적인 구성에서, 인덕터(28)는 유도 납땜 조인트의 외부에 위치되는데, 즉 인덕터는 머플러(78) 및 배기 파이프(80)에 대해 외부에 위치된다.

원칙적으로, 배기 가스 시스템의 모든 구성 요소는 전술한 방법에 의해 서로 연결될 수 있다. 이 관점에서, 구성 요소가 연속적으로, 동시에 그룹으로, 또는 동시에 이들 모두가 서로 납땜되는지 여부는 중요하지 않다. 상이한 재료를 서로 납땜하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 테일 파이프 - 비철 금속으로 이루어지고 이에 의해 실제 배기 가스 파이프의 재료와는 상이한 재료로 이루어짐 - 를 배기 파이프에 납땜하는 것이 가능하다.

10: 제1 구성 요소 12: 제2 구성 요소
14: 비드 16: 삽입부
18: 지지면 20: 땜납 재료
24, 26: 외피 28: 인덕터
30: 땜납 지지체 32: 런아웃 영역
36: 땜납 간격 40: 홈
42: 단부 플레이트 46: 머플러
48: 머플러 파이프 50: 머플러 캐비티
52: 시트 플랜지 54: 원추 구성 요소

Claims

제1 배기 구성 요소와,
상기 제1 배기 구성 요소에 대해 위치되어 상기 제1 배기 구성 요소와 제2 배기 구성 요소 사이에 1.20 mm의 크기일 수 있는 땜납 간격을 형성하는 제2 배기 구성 요소와,
상기 땜납 간격에서 상기 제1 배기 구성 요소와 제2 배기 구성 요소 사이에 형성되는 유도 납땜 조인트
를 포함하는 배기 구성 요소 조립체.
제1항에 있어서, 상기 땜납 간격은 0.10 mm 초과인 것인 배기 구성 요소 조립체.
제2항에 있어서, 상기 땜납 간격은 0.70 mm 이하인 것인 배기 구성 요소 조립체.
제1항에 있어서, 상기 땜납 간격은 0.10 mm 초과, 0.50 mm 이하의 범위 내에 있는 것인 배기 구성 요소 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 배기 구성 요소는 배기 파이프를 포함하고, 상기 제2 배기 구성 요소는 제2 배기 파이프, 연결 플랜지, 원추 또는 머플러 외피 중 하나를 포함하는 것인 배기 구성 요소 조립체.
제5항에 있어서, 상기 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소는 상기 유도 납땜 조인트에 의해 임의의 개입 구조체 없이 서로 직접 연결되는 것인 배기 구성 요소 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소는 단지 상기 유도 납땜 조인트에 의해 서로 연결되는 것인 배기 구성 요소 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 배기 구성 요소의 일부는 상기 제2 배기 구성 요소의 개구 내에 삽입되고, 상기 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소 내에 적어도 부분적으로 위치되어 상기 땜납 간격 부근에 제공된 고온 땜납 재료를 가열하는 인덕터를 포함하는 것인 배기 구성 요소 조립체.
(a) 1.20 mm의 크기일 수 있는 땜납 간격에 의해 분리되도록 제2 배기 구성 요소에 대해 제1 배기 구성 요소를 위치시키는 단계와,
(b) 상기 땜납 간격 부근에 고온 땜납 재료를 제공하는 단계와,
(c) 고온 땜납 재료를 가열하는 단계와,
(d) 상기 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소를 유도 납땜 조인트와 함께 부착하기 위해 상기 땜납 간격을 땜납 재료로 충전하는 단계
를 포함하는 배기 구성 요소를 함께 부착하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 땜납 간격은 0.10 mm 초과인 것인 배기 구성 요소를 함께 부착하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 땜납 간격은 0.10 mm 초과, 0.50 mm 이하의 범위 이내인 것인 배기 구성 요소를 함께 부착하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 제2 배기 구성 요소의 개구 내에 상기 제1 배기 구성 요소의 일부를 위치시키는 것과, 고온 땜납 재료를 가열하기 위해 상기 제1 배기 구성 요소의 내부에 적어도 부분적으로 인덕터를 삽입하는 것을 포함하는 것인 배기 구성 요소를 함께 부착하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 배기 구성 요소와 제2 배기 구성 요소 사이의 유일한 연결 계면으로서 유도 납땜 조인트를 제공하는 것을 포함하는 것인 배기 구성 요소를 함께 부착하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 배기 구성 요소는 제1 배기 파이프를 포함하고, 상기 제2 배기 구성 요소는 제2 배기 파이프, 플랜지 커넥터, 원추 또는 머플러 외피 중 하나를 포함하고, 상기 제1 배기 구성 요소 및 제2 배기 구성 요소를 유도 납땜 조인트로 함께 직접 연결하는 것을 포함하는 것인 배기 구성 요소를 함께 부착하는 방법.