專利名稱：排氣系統(tǒng)和連接排氣系統(tǒng)部件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種排氣系統(tǒng)，具體地涉及一種用于機動車的排氣系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種用于連接具體地用于機動車的排氣系統(tǒng)的兩個部件的方法。
背景技術：
要相互連接的部件具體地為排氣系統(tǒng)的管道，這些管道將排氣從輸出歧管引導至例如催化式排氣凈化器或者消音器。鑒于排氣系統(tǒng)部件暴露于高溫及高動應力下，迄今為止這些部件總是通過焊縫連接。事實上，如果排氣系統(tǒng)的部件相互焊接在一起，則存在一些缺陷。其中一個缺陷是，例如，為了實施該方法，對于自動焊接機或焊接機器人而言需要相當大的占地面積。在兩種情況下，要被焊接在一起的部件必須相對于焊頭移動。因此，需要復雜的裝置來固定這些要被焊接在一起的部件，還需要有高的動力載荷。這些裝置在焊接室內具有相對較大的空間需求，并且需要大的空間以便存放。另外，需要儲存非常多的裝置，因為通常而言對于每個設計均需要一個新的裝置。另外，焊縫對于強度具有不利的影響。特別地，焊縫使得相連接的部件的橫截面上發(fā)生突然的變化，從而導致排氣系統(tǒng)的剛性發(fā)生變化，在焊縫區(qū)域中產生應力集中。焊縫的根部區(qū)域或底切區(qū)域通常成為形成裂縫的區(qū)域。最終，在焊接過程中引入兩個部件的熱量導致由焊接引起的變形，如果需要的話則這一變形在焊接之后必須在矯正椅(straightening bench)上單獨進行糾正。盡管存在這些缺陷，這一方法仍然在排氣系統(tǒng)領域中廣泛被用來將部件焊接到一起；在現有技術中，流行的觀點是這是獲得經受得住存在的溫度應力及動應力的部件連接的唯一方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，采用焊接以外的方法將排氣系統(tǒng)的兩個部件連接在一起，從而避免在焊接過程中的上述缺陷。
為了解決這個問題，本發(fā)明提供一種排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括第一部件和第二部件，其特征在于，在兩個部件之間設置有感應釬焊點(induction solder joint)。這個問題還通過提供一種將機動車排氣系統(tǒng)的第一部件連接到第二部件的方法得以解決，其中，放置在一起并且提供有高溫焊料的兩個部件通過感應器在焊料所在的區(qū)域中被加熱至超過所述焊料的熔融溫度。本發(fā)明基于令人驚訝的認識，即與在專家中流行的偏見相反，高溫釬焊連接經受得住作用在機動車排氣系統(tǒng)上的應力。到目前為止，通常認為釬焊連接是不可能的，這是因為在排氣系統(tǒng)的部件中可能出現超過600℃的溫度。通常認為，即使使用高溫焊料，釬焊部件的最大允許工作溫度約為200℃(例如，參見2002年10月出版的德國焊接技術協(xié)會(Deutscher Verband für Schweiβtechnik)的公報稿DVS 938-2“電弧釬焊”(Lichtbogenschweiβen)，其中排氣系統(tǒng)的釬焊連接的工作溫度指示為最大180℃，明確地不推薦采用具有超過180℃的釬焊連接)。本發(fā)明對這個偏見不予理睬，因為申請人在實驗中發(fā)現，釬焊部件甚至可以暴露在超過600℃的溫度中更長的時間，而不會對釬焊連接的機械穩(wěn)定性造成任何損害。焊料在凝固之后重新熔融的溫度會升高，而這個新的熔融溫度比原來的熔融溫度要高，這個事實對于釬焊連接的高溫強度是有利的。其中的理由還沒有最后弄清。一個理由可能基于這樣的事實，即在熔融過程中某些次要的合金(by-alloy)蒸發(fā)了。另一個理由可能是基本材料的原子擴散到焊料中。
使用釬焊連接而非焊接連接具有許多優(yōu)勢。一個優(yōu)勢是，兩個部件可以在比采用焊接方法更低的成本以及更小的空間要求的情況下相互連接。不需要機器人在圓周方向上的連接區(qū)域中繞著兩個部件活動?？梢詫蓚€部件之間的連接區(qū)域設置在小型保護氣體室中。直至在排氣系統(tǒng)中出現低于工作溫度的特定溫度，釬焊連接的動力強度高于焊接連接，因為在剛性上沒有出現突然的改變。如果兩個部件通過釬焊方式而不是焊接方式連接，則可以具有更薄的壁厚。也就是說，將要相互焊接的部件的壁厚在某些情況下并非考慮部件的所需厚度而設計在排氣系統(tǒng)內，而是考慮到了在焊接過程中發(fā)生熔融的風險。如果這兩個部件通過釬焊相互連接，則這樣的風險就不會存在，從而將來只有存在的應力會與設定尺寸相關。最后，可以用釬焊連接替代凸緣和夾片連接。由于高的裝配成本以及密封性，這樣的連接越來越不具有優(yōu)勢，從而人們以整體接頭(integral joint)的形式生產排氣系統(tǒng)的所有部件。
根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，規(guī)定其中一個部件具有用于支持焊料的支持面。這使得將焊料放置在焊縫附近成為可能，從而焊料熔融時就會被毛細力吸入焊接間隙中。在這個過程中，支持面阻止焊料離開焊縫流向部件的其它區(qū)域。一方面，由于視覺上的原因焊料在這個位置上是不需要的，另一方面，這個焊料對于實際的釬焊連接不再可用。
部件上的支持面可以由環(huán)繞焊道以低成本形成，焊環(huán)可以設置在該環(huán)繞焊道上。
根據另一個可選的實施例，可以在焊點區(qū)域中設置一個焊料支架，該焊料支架包括焊料的支持面。這個實施例具有這樣的優(yōu)勢，即部件自身無須變形以形成支持面。優(yōu)選地，焊料支架由非導電材料制成，例如由陶瓷材料制成。這使得在感應釬焊過程中焊料支架將不會被傳導加熱，從而焊料不被粘結到焊料支架。因此，當兩個部件被釬焊到一起時，可以移去焊料支架而不會出現任何問題。
根據本發(fā)明的另一個可選實施例，在兩個部件之間提供一個流出區(qū)域，該流出區(qū)域收集多余的焊料，而這些多余的焊料不與兩個部件建立連接。所以，流出區(qū)域以溢出容器的方式工作，當用焊料將焊縫完全填滿時該溢出容器會被填充。這里規(guī)定，在釬焊期間，流出區(qū)域不被加熱到釬焊溫度，從而焊料一進入流出區(qū)域就開始凝固。這保證焊料不會在焊縫向外的側面上溢出從而導致在兩個部件內部出現不想要的焊料溢出。在排氣系統(tǒng)的工作過程中，這種焊料溢出可能會導致其內部的損壞。
本發(fā)明的各個具有優(yōu)勢的實施例將從所附的權利要求書中變得明顯。


下面將在通過附圖進行闡釋的各種實施例的基礎上描述本發(fā)明，其中圖1示意性地表示本發(fā)明第一個實施例的設置在釬焊裝置中將要通過釬焊連接在一起的兩個部件；
圖2表示在將兩個部件釬焊到一起之后圖1中細部II的放大圖；圖3示意性地表示本發(fā)明第二個實施例的將要通過釬焊連接到一起的兩個部件；圖4表示處于釬焊狀態(tài)下的圖3中的兩個部件；圖5表示圖4中細部V的放大圖；圖6示意性地表示本發(fā)明第三個實施例的將要通過釬焊連接到一起的兩個部件；圖7表示處于釬焊狀態(tài)下的圖6中的兩個部件；圖8表示圖7中細部VIII的放大圖；圖9示意性地表示本發(fā)明第四個實施例的將要通過釬焊連接到一起的兩個部件；圖10表示處于釬焊狀態(tài)下的圖9中的兩個部件；圖11示意性地表示本發(fā)明第五個實施例的將要通過釬焊連接到一起的兩個部件；圖12表示在釬焊過程中處于另一位置的圖11中的部件；圖13示意性地表示本發(fā)明第六個實施例的將要通過釬焊連接到一起的兩個部件。
具體實施例方式
圖1表示兩個部件10和12，在本實施例中是兩個用于機動車的排氣系統(tǒng)的兩個管道。這里，需要注意的是，基本上管道之外的部件也可以相互連接，例如具有管道的漏斗，具有外殼的漏斗等。
第一部件10具有不變的橫截面，而第二部件12面向第一部件10的一端具有向外朝向的焊道(bead)14以及靠近焊道14的插入部分16。插入部件16的外徑略小于第一部件10的內徑。
焊道14朝向部件10并且垂直于中間軸M排列的區(qū)域形成一個支持面18，其上放置有環(huán)狀焊料20。這樣，焊料位于在第二部件12的插入部分16和第一部件10之間形成的釬焊縫的區(qū)域中。焊料20是銅基或鎳基高溫焊料。
雖然在這些實施例中顯示為焊環(huán)，但是焊料當然可以采用其它的形式，例如金屬薄板條料(sheet metal strip)、糊劑等。
圍繞將要釬焊的兩個部件10和12的區(qū)域設置有釬焊裝置22，釬焊裝置22基本上由兩個殼體24和26組成，兩個殼體事實上以氣密的方式密封將要進行釬焊的區(qū)域。殼體24和26內的保護氣體環(huán)境可以由合適的(未顯示的)裝置產生。感應器28圍繞兩個殼體24和26，并且在兩個部件10和12將要進行釬焊的區(qū)域以及焊料20中產生渦流；由于電阻的作用，這些渦流被轉化為熱量。
為了將兩個部件10和12釬焊到一起，首先將焊料20的焊環(huán)放置在第二部件12的焊道14上。然后用插入部分16將第二部件12插入到第一部件10中。隨后兩個殼體24和26圍繞兩個部件10和12將要釬焊的部分關閉，并且在兩個殼體的內部產生保護氣體環(huán)境。然后，兩個部件10和12的將要釬焊的部分以及焊料20通過感應器28被加熱到1000℃左右。在這個過程中，焊料20熔融，從而被毛細力在背離重力的方向上吸入兩個部件10和12之間的焊縫中，并且完全填滿。這可以從圖2中看出。焊道14上的支持面18確保當焊料20熔融時不會向下流動離開焊縫，而是被吸入焊縫中。作為可選擇的一種方案，釬焊過程也可以在水平或傾斜方向上完成。
當兩個部件10和12冷卻到在空氣中不再剝落時，可以打開兩個殼體24和26，并且可以移出連接到一起的部件。釬焊裝置可以接收隨后的部件。釬焊裝置以及采用它進行感應釬焊的優(yōu)勢在于可以實現非常短的處理時間。焊接兩個部件(包括加熱和冷卻)可以實現的處理時間為40秒左右，事實上，與焊接不同的是，其與縫的長度無關。因此，可以實現高產量而僅需要較小的空間。
圖3至圖5表示第二個實施例。對于從第一個實施例中已知的部件，采用相同的標號，并且在這方面引用前面的解釋。
與第一個實施例不同的是，支持面18并非形成在其中的一個部件上，而是形成在焊料支架30上，焊料支架30在這里形成為封閉環(huán)的形式。焊料支架由非導電材料例如陶瓷材料制成，并且圍住靠近焊縫的第二部件12。換句話說，第一部件10在第二部件12上滑動直至抵住焊料支架30。這允許使用焊料支架30作為兩個部件10和12相互定位的一個參照物。朝向第一組件10的焊料支架30的一面形成將要放置焊料20的焊環(huán)的支持面18。當焊料支架設置為封閉環(huán)時，可以在焊料支架上設置皺褶、突起或凹槽，這使得焊料在部件10的端面之下流入焊縫變得更加容易。
兩個部件10和12上將要進行釬焊的區(qū)域同第一個實施例中一樣由釬焊裝置(圖上沒有顯示)進行加熱，從而使焊料20熔融并且被吸入兩個部件10和12之間的焊縫中(見圖4和圖5)。在這個過程中，一小部分焊料向下流過焊料支架30。然而，由于焊料支架30由非導電材料制成，所以它不會被感應器28加熱，從而焊料在這個區(qū)域凝固。因此，只有非常小部分的焊料不能用于實際的釬焊連接。在圖5中，在移去焊料支架30之后，可以看到兩個部件10和12之間的釬焊連接。這樣做不會出現任何問題，因為在釬焊過程中，焊料支架30并沒有被加熱到釬焊的溫度。因此，焊料20不會與焊料支架的表面粘結在一起。焊料支架30的“印痕”可以清楚地看到。
圖6到圖8表示第三個實施例。即使在這里，對于前面實施例中出現的那些已知部件，采用相同的標號。
與第一個實施例不同的是，在第三個實施例中，支持面18形成在第二部件10的末端上，以漏斗的形式延伸。焊料20的焊環(huán)直接位于第一部件10和第二部件12之間。與第一個實施例的另一個不同之處在于，第一部件10和第二部件12之間的焊縫配置為形成液體焊料的流出區(qū)域32。流出區(qū)域定義為位于兩個部件10和12上由感應器28加熱的區(qū)域之外；因此，它將保持在一個溫度上，這個溫度即使在實際的釬焊工作過程中也低于焊料20的凝固溫度。
當兩個部件10和12被釬焊在一起時，焊縫區(qū)域被感應器加熱。只要焊料20熔融，焊料20將被毛細力吸入焊縫中，在焊縫中，焊料20浸潤兩個部件10和12的表面區(qū)域。只要焊料到達焊縫的稍低部分，如圖7所示，它將離開實際的焊縫而進入流出區(qū)域32。由于流出區(qū)域32具有低于焊料20的凝固溫度，所以焊料在流出區(qū)域32中凝固。流出區(qū)域32選擇為具有足夠的長度，從而阻止焊料在焊縫的稍低側面上流走并且進入兩個部件10和12的內部。在圖8中可以看到，焊料20在流出區(qū)域32中并沒有浸潤兩個部件10和12的表面區(qū)域，因為其具有相對低的溫度。因此，焊料20的端面并非和在焊縫的上端面上看到的一樣為凹面，而是凸面。
圖9和10為本發(fā)明的第四個實施例。與前面的實施例不同的是，這里提供了一個收集器34，焊料20放置在其中。與前面的實施例不同，本實施例中的焊料20不是必須為完全的圍繞環(huán)。例如，焊料只要圍繞環(huán)形收集器34的半個周長即已足夠。只要焊料已經熔融，它將由于毛細力的作用沿著焊縫的整個周長擴散，從而在兩個部件之間建立起環(huán)繞的密封連接。
當部件10和12上將要通過釬焊連接的區(qū)域被加熱到焊料20的熔融溫度之上時，此時將要成為液體的焊料被毛細力吸入兩個部件10和12之間的縫中。在這個過程中形成兩個不同的釬焊點，即，第二部件12的端面和第一部件10的外側之間的第一焊點，即在圖10中收集器的左側上，以及第一部件10的插入部分16和第二部件12之間的第二焊點。
圖11表示本發(fā)明的第五個實施例。與前面實施例不同的是，第一部件10的端部具有截錐形狀的收縮結構，而第二部件的端部具有漏斗形狀的擴口。第一部件的收縮結構設置在第二部件的擴口中。焊料20直接抵靠在第二部件12的擴口的端面上。只要焊料熔融，它將被毛細力吸入焊縫中，從而獲得第一部件和第二部件之間的均勻連接。
圖12表示圖11中的已知部件，但是與圖11不同的是，兩個部件10和12的縱向軸垂直設置，而非水平設置。這樣，第二部件12的擴口端面用作焊料20的支持面18。
圖13表示第六個實施例。與前面實施例不同的是，被釬焊到一起的不是管道，消音器、催化式排氣凈化器或排氣系統(tǒng)的其它部件的的兩個外殼部分。第一部件10構成外殼的上部殼體，第二部件12構成外殼的下部殼體。兩個部件均具有環(huán)繞邊緣，第二部件的邊緣具有環(huán)繞焊道，從而與第一部件的邊緣相結合形成用于收集焊料20的收集器。
第一部件10和第二部件12的邊緣以及焊料20被傳導加熱，從而使焊料熔融，并使兩個部件相互連接。值得注意的是，即使這類部件的焊縫長度非常大，處理時間也不會增加；而如果兩個部件是被焊接到一起，則將由于焊縫長度大而導致幾分鐘的處理時間。
原則上，排氣系統(tǒng)的所有部件都可以使用本發(fā)明的方法進行連接。在這方面，這些部件是以連續(xù)的方式、以分組同時進行的方式還是以全部同時進行的方式被釬焊到一起都是不重要的。還可以將不同的材料釬焊到一起。另外，例如還可以將由非鐵金屬這一與實際排氣管不同材料制成的尾管釬焊到排氣管上。
權利要求
1.一種排氣系統(tǒng)，包括第一部件和第二部件，其特征在于，在所述兩個部件(10，12)之間設置有感應釬焊點。
2.根據權利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個部件(10，12)通過推入配合連接方式相互連接。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，部件(10，12)中的至少一個為管道。
4.根據前面任一權利要求所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，部件(10，12)中的一個部件具有用于支持焊環(huán)(20)的支持面(18)。
5.根據權利要求4所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述支持面(18)由環(huán)繞焊道(14)形成。
6.根據權利要求4或5中任一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，設置有所述支持面(18)的部件(10，12)容納在另一部件(12，10)中。
7.根據前面任一權利要求所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，在所述兩個部件(10，12)之間設置流出區(qū)域(32)，所述流出區(qū)域收集多余的焊料(20)，所述多余的焊料與所述兩個部件(10，12)之間沒有連接。
8.根據前面任一權利要求所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，在部件(10，12)中的一個部件上設置有用于收集焊料的環(huán)繞收集器(34)。
9.根據權利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述收集器(34)由焊道形成。
10.一種連接排氣系統(tǒng)，具體是連接用于機動車排氣系統(tǒng)的第一部件和第二部件的方法，其特征在于，放置在一起并且設置有高溫焊料(20)的兩個部件(10，12)通過感應器(28)在所述焊料(20)的區(qū)域中被加熱至超過所述焊料(20)的熔融溫度。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述焊料(20)放置在支持面(18)上。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，在焊點區(qū)域中設置焊料支架(30)，所述焊料支架包括用于支持焊料(20)的支持面。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，所述焊料支架(30)由非導電材料制成。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述焊料支架(30)由陶瓷材料制成。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的方法，其特征在于，所述焊料支架(30)設置在所述焊點下面。
16.根據權利要求10至15中任一項所述的方法，其特征在于，所述焊料(20)的用量與兩個部件(10，12)之間的焊縫相匹配，從而所述焊料完全填滿所述焊縫，而多余的焊料則被收集在流出區(qū)域中。
17.根據權利要求10至16中任一項所述的方法，其特征在于，所述焊料(20)為鎳基焊料。
18.根據權利要求10至16中任一項所述的方法，其特征在于，所述焊料(20)為銅基焊料。
全文摘要
一種排氣系統(tǒng)，包括第一部件和第二部件，其特征在于，在所述兩個部件(10，12)之間設置有感應釬焊點。在一種將機動車排氣系統(tǒng)的第一部件連接到第二部件的方法中，放置在一起并且設置有高溫焊料(20)的兩個部件(10，12)通過感應器(28)在所述焊料(20)的區(qū)域中被加熱至超過所述焊料(20)的熔融溫度。
文檔編號B23K1/002GK101044302SQ200580026044
公開日2007年9月26日 申請日期2005年7月4日 優(yōu)先權日2004年8月5日
發(fā)明者艾爾弗雷德·布呂姆, 崔洪江 申請人:阿文美馳排放技術有限公司