專利名稱：制造金屬制催化劑承載體的方法和金屬制催化劑承載體的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制造金屬制催化劑承載體的方法和一種金屬催化劑承載體。
金屬催化劑承載體作為一種用來凈化廢氣的裝置已經眾所周知。例如，這種金屬催化劑承載體的具體結構已經在公開號為平-4-29750的題為“用于廢氣凈化催化劑的金屬載體”的日本專利中進行了介紹。
上述結構將參照上述文件的圖3進行簡要地說明。蜂窩部分1通過把平板10和重疊于該平板上的波紋板卷繞成一個卷筒形而形成，然后把帶狀釬焊填充金屬件2A和2B卷繞在蜂窩部分1上。在這種狀態下，把蜂窩部分1插入到外筒3中，并且利用該釬焊填充金屬件2A和2B把它連接在外筒3上。
然而，上述釬焊過程需要對釬焊填充金屬件2A和2B進行卷繞操作，并且還需要一臺用來對釬焊填充金屬進行加熱和熔化的加熱器。這樣就引起一個使加工步驟增加的問題。
已經有人提出用一種焊接方法來代替上述釬焊方法。
圖6示出了一種相關技術的焊接方法的原理。參看圖6，蜂窩部分10被插入外筒101中并且通過使用激光束的激光焊接方法填角焊接在外筒101上。
形成一個很小的射束點103能夠有效的加工出寬度較窄的每條焊縫，并且由此消除了熱變形。因此，激光焊接方法適用于焊接一種具有0.2毫米或更小厚度的耐熱鋼板制成的平板104。
圖7a至7d是示出通過一種相關的激光焊接方法制造金屬制催化劑承載體的方法的視圖。
圖7a是蜂窩部分102的透視圖。由于蜂窩部分102是通過把平板104和重疊于該平板上的波紋板105卷繞成一個卷筒形而形成的，因而卷繞終端部分必然會在蜂窩部分102的外圓周表面上形成。
圖7b是卷繞終端部分106的放大的視圖。在卷繞終端部分106處，平板104的最外面部分的終端降落在平板104的某個部分104a上，該部分卷繞在該最外面部分的前面一圈處。
圖7c是示出蜂窩部分102插入外筒101中以后的情況的一個局部放大的視圖。如圖7c中所示，平板104的最外面部分和在前部分并沒有與外筒101的內表面產生緊密接觸。也就是說，一個近似三角形的空腔部分107保持在卷繞終端部分106內。
圖7d示出了平板104的最外面部分和在前部分104a焊接在外筒101上的情況。標號108表示焊縫。如圖7d中所示，在卷繞終端部分106附近出現了一個具有長度B的未焊接部分。
出現上述未焊接部分是不合需要的，然而，除非改進卷繞終端部分106的形狀，否則它是不可能完全消除的。卷繞終端部分的形狀的改進例如可以通過二次機械加工逐漸減少波紋板105的波形的高度來實現，但由此也增加了制造成本。鑒于上述情況，本發明打算這樣來設計金屬催化劑承載體，使得必需的連接強度可以只由從整個圓周減去未焊接部分所得到的這一部分焊縫108所達到。
但是，即使金屬制催化劑承載體這樣地設計，從而使未焊接部分的出現是可以允許的，但仍然會發生以下問題(1)如果在外筒101的內表面上存在有不平度，在不平度區域中就可能出現未焊接部分(見下文中要說明的圖4b中的B2部分)。在這種情況下，因為由于不平度造成的未焊接部分加到由于卷繞終端部分的空腔所造成的上述未焊接部分上，就可能不能獲得規定的連接強度。為了消除這些不平度，可以采取的辦法是使用諸如無縫管這樣的具有平整的內表面的外筒101或者通過二次機械加工使外筒101的內表面變得平整；但是，這種辦法的缺點是要增加制造成本。
(2)由于卷繞終端部分106的空腔部分107的尺寸隨著每個平板104和波紋板105的厚度而變化，在空腔部分107的深度等于或大于一個特定值的情況下，就將出現未焊接部分；而在空腔部分107的深度小于該特定值的情況下就不會出現任何未焊接部分。當然，從連接強度的觀點來看，最好是不出現任何未焊接部分。
本發明人努力研制出一種制造金屬制催化劑承載體的方法，該方法能夠保證足夠的連接強度，同時又能使用普通的、其內表面具有不平度的便宜的外筒和在其卷繞終端部分處容易產生間隙的蜂窩部分。
在研制的過程中得知，卷繞終端部分的空腔的深度隨著所使用的每個平板和波紋板的厚度以及波紋板的高度和間距而變化；以及如果該空腔比較小，就可以通過使用激光束的激光焊來對于該空腔進行焊接，而如果該空腔大到該激光束可以穿過該空腔的程度時則不能用激光焊來對于該空腔進行焊接。這樣就導致了本發明的產生。
根據權利要求1中所述的本發明，提供了一種制造金屬制催化劑承載體的方法，包括如下步驟準備一個外筒和一個蜂窩部分，該外筒通過把平板卷繞成一個圓筒形并且從外側把該平板的對接部分互相焊接成一個對接的焊縫部分而形成，該蜂窩部分通過把平板和重疊于該平板上的波紋板卷繞成一個卷筒形而形成；測量或者預測在蜂窩部分的卷繞終端部分附近的空腔的深度；以及當該空腔的深度大于一個特定值時，把蜂窩部分以一種使卷繞終端部分與對接焊縫部分相對準的狀態插入該外筒中，然后再把蜂窩部分填角焊接在該外筒上，或者當該空腔的深度等于或小于該特定值時，把蜂窩部分以一種使卷繞終端部分與對接焊縫部分相偏置的狀態插入該外筒中，然后再把蜂窩部分填角焊接在該外筒上。
也就是說，當卷繞終端部分的空腔的深度大于該特定值時，故意地使蜂窩部分的卷繞終端部分與外筒的對接焊縫部分相對準。同時，當該空腔的深度等于或小于該特定值時，故意地使蜂窩部分的卷繞終端部分與外筒的對接焊縫部分相偏置。
根據權利要求2中所述的本發明，提供了一種金屬制的催化劑承載體，包括一個外筒，該外筒通過把平板卷繞成圓筒形，然后從外側把該平板的對接端互相焊接成一個對接焊縫部分而形成；以及一個蜂窩部分，該蜂窩部分通過把平板和重疊在該平板上的波紋板卷繞成一個卷筒形而形成，該蜂窩部分被插入到該外筒中并且被填角焊接在該外筒上；其中該蜂窩部分的卷繞終端部分與該外筒的對接焊縫部分相對準。
因為由于外筒的對接焊縫部分所造成的未焊接部分重疊在由于卷繞終端部分所造成的未焊接部分上，從而就可以縮短未焊接部分的長度，并且由此保證了一個足夠的有效焊接長度。
圖1是應用了本發明的排氣系統的側視圖；圖2是示出應用了本發明的消音器的主要部分的剖面圖；圖3是本發明的金屬制催化劑承載體的正視圖；圖4a和4b是分別示出該金屬制催化劑承載體的一個實施例和一個對比實例的視圖；圖5是示出該金屬制催化劑承載體的另一個實施例的視圖；圖6是示出相關技術的焊接方法的原理的視圖；圖7a至7d是示出按照相關技術的激光焊接方法來制造金屬制催化劑承載體的視圖。
在下文中將參照附圖對本發明的實施例進行說明。應該指出，附圖應沿著標記的取向看去。
圖1是應用了本發明的排氣系統的側視圖。排氣系統1包括用來引導從內燃機中產生的廢氣的排氣管2，作為噪音消除器的消音器10，以及用來把排氣管2和消音器10固定在機架4上的支架5。
圖2是示出應用了本發明的消音器的主要部分的剖面圖。如在圖2中的配置實例所示，消音器10包括一個殼體11，多個吸音材料12，多個吸音材料的固定圓筒13，一塊隔板14，穿透隔板14的第一內管15和第二內管16，一個在第一內管15的出口端處形成的錐形管以及一個固定在錐形管17的出口端上的金屬制催化劑承載體20。
圖3是本發明的金屬制催化劑承載體的正視面。金屬制催化劑承載體是這樣制成的先把平板21和重疊在該平板上的波紋板22卷繞成卷筒的形狀從而形成了蜂窩部分23，然后把蜂窩部分23插入到外筒25中，最后通過使用激光束的激光焊接方法把蜂窩部分23的外圓周部分填角焊接在外筒25上。
平板21是由其厚度約為0.1毫米(100微米)的不銹鋼板制成；波紋板22是由其厚度約為0.1毫米(100微米)的不銹鋼板制成；以及外筒25是由其厚度約為1.5毫米的不銹鋼板制成。
蜂窩部分23適合于承載由鉑-銠代表的金屬催化劑，該催化劑與廢氣中的未燃燒成分起反應并且使該未燃燒成分氧化(燃燒)，因此這種蜂窩部分被稱為金屬制催化劑承載體。
一種具有上述構形的金屬制催化劑承載體的制造方法將在下文中說明。
首先，圖3中所示的外筒25和蜂窩部分23按下述方法制造外筒25通過先把平板彎曲，然后從外部將彼此對接的端部通過鎢極惰性氣體(TIG)保護焊接方法連接成對接焊縫部分26而制成的。此時，由于對接焊縫部分26因焊接熱和熱收縮而發生變形，從而使它向外伸出。填角焊縫部分26的伸出量隨著焊接條件的變化而變化。應當指出，如果平板的對接端從內側進行焊接，那么焊縫將向內伸出，從而阻礙了蜂窩部分23插入到外筒25中。因此，在該實施例中，平板的對接端應從外側進行焊接。蜂窩部分23通過從中心向外地把平板21和重疊在該平板上的波紋板23螺旋地卷繞而形成。在卷繞的過程中，兩塊板通過點焊適當地互相固定。在焊接的終端部分28處，平板21的末端只緊靠在平板21的內鄰接部分21a上，因此，波紋板23的任何部分不會在卷繞的終端部分出現。從而，在卷繞終端部分28處將形成一個V形或者非對稱V形的空腔部分28。
然后把蜂窩部分23插入外筒25中，并且通過使用激光束的激光焊接把蜂窩部分23的外圓周部分填角焊接在外筒25的內圓周表面上(見圖6)。
使用形成一個小激光光點的激光束的激光焊接適用于使很薄的金屬板之間的互相連接；但是，它也具有一個問題在被焊的兩塊板之間的根部間隙是很小的情況下，將由于該小激光點而發生激光束的滲漏現象，從而導致焊接失效。
為了解決這個問題，本發明方法的特征在于包括以下步驟準備一個外筒和一個蜂窩部分，該外筒通過把平板卷繞成一個圓筒形并且從外側焊接該平板的對置端而形成，該蜂窩部分通過把平板與重疊于該平板上的波紋板卷繞成一個卷筒形而形成；以及測量或預測該蜂窩部分的卷繞終端部分的空腔的深度。
關于術語“預測”，通過實驗可知在每塊板(平板、波紋板)的材料、厚度和形狀；波紋板的波形的高度和間距，總圈數，卷繞方式以及點焊程序都作出規定的情況下，金屬制催化劑承載體的空腔深度的變化在一批中是等于或小于一個控制值的，因此，上述控制值可以作為一個預測值采用。
同時，可焊的根部間隙(空腔的深度)的極限值可以根據每塊板的材料用經驗或實驗方法來確定。該極限值可取來作為“一個特定值”。
在下文中，在權利要求1中所述的本發明的一個典型實施例將參照圖4a、4b和5進行說明。
圖4a和4b分別示出了金屬制催化劑承載體的一個實施例和一個對比實例。
在圖4a中所示的實施例中，當空腔的深度D大于一個特定值時，把蜂窩部分23以一種使卷繞終端部分28與對接焊縫部分26相對準的狀態插入外筒25中，然后再填角焊接在外筒25上。此時，卷繞終端部分28處于未焊接狀態。設B1為該未焊接部分的長度，有效焊接長度L1就可以通過從外筒25的內圓周部分的360°圓周長度或者蜂窩部分23的外圓周部分減去長度B1而獲得。
此外，為了使卷繞終端部分28與對接焊縫部分26相對準，可以使空腔部分29的中心基本上與對接焊縫部分26相對準。
在圖4b所示的對比實例中，當空腔的深度D大于該特定值時，蜂窩部分23以一種使卷繞終端部分28不與對接焊縫部分26對準的狀態(例如，卷繞終端部分28處于從對接焊縫部分26順時針方向偏移約80°的位置)插入外筒25中，然后再被填角焊接在外筒25上。此時，除了具有長度B1的未焊接部分以外，又由于焊縫部分26出現了一個具有長度B2的未焊接部分，因此，有效焊接長度(L2+L3)可以從360°圓周長度減去長度(B1+B2)而獲得。
在對比實例中的有效焊接長度(L2+L3)小于在實施例中的有效焊接長度L1。這就意味著在對比實例中的連接強度的裕度不合需要的小于實施例中的裕度。
圖5示出了金屬制催化劑承載體的另一個實施例。在該實施例中，當空腔的深度D等于或小于該特定值時，把蜂窩部分23以一種使卷繞終端部分28與對接焊縫部分26相偏置的狀態插入外筒25中，然后再被填角焊接到外筒25上。
也就是說，由于空腔的深度D比較小，卷繞終端部分28可以焊接在外筒25上。此外，在外筒25的對接焊縫部分26的伸出量較小的情況下，對接焊縫部分26可以焊接在蜂窩部分23上。此時，360°的圓周長度都成為有效焊接長度。
為什么要故意使卷繞終端部分28同時接焊縫部分26偏置的原因如下在卷繞終端部分28與對接焊縫部分26相對準的情況下，即使空腔的深度D等于或小于該特定值，仍可能發生以下的不方便。
在某些情況下，雖然空腔的深度D小于該特定值，但增值(D+t)仍然超過該特定值，其中t是外筒的對接焊縫部分26的內腔的深度。此外，在增值(D+t)超過該特定值的情況下，就會發生如圖4a中所示的焊接失效。在圖4a所示狀態下的有效焊接長度將不合需要的小于在圖5所示狀態下的有效焊接長度。此外，圖5所示的狀態可以進行360°周長的整圈焊接。
因此，當卷繞終端部分28的空腔的深度大于該特定值時，就故意使蜂窩部分的卷繞終端部分28與外筒的對接焊縫部分26對準。這樣將產生圖4a中所示的狀態。同時，當空腔的深度D等于或小于該特定值時，就故意使蜂窩部分的卷繞終端部分28同外筒的對接焊縫部分26相偏置。這樣將產生圖5中所示的狀態。
上述制造方法(根據本發明權利要求1中所述的制造方法)在保證足夠的有效焊接長度方面是有利的；但是這種方法由于它需要有測定或預測空腔深度的步驟而有點復雜了。
其次，將說明在權利要求2中所述的本發明的一個典型實施例，該實施例可用來減少制造成本。
促使減少金屬制催化劑承載體的成本往往會使空腔的深度D和對接焊縫部分26的內腔的深度都增大。在這方面，根據在權利要求2中所述的本發明，在圖4a中所示的金屬制催化劑承載體的結構(其中卷繞終端部分28與對接焊縫部分26相對準)可以采用，而與空腔的深度D和對接焊縫部分26的內腔的深度無關。
采用這種結構對于取消測定或預測空腔的深度的步驟是有效的，因而提高了生產率。也就是說，因為由于外筒的對接焊縫部分所造成的未焊接部分重疊在由于卷繞終端部分所造成的未焊接部分上，所以只出現一個未焊接部分，這樣就可以保證一個足夠的有效焊接長度。此外，由于焊接是在卷繞終端部分與對接焊縫部分相對準的情況下進行的，因而便于焊接的調整，并且由此也提高了生產率。
在實施本發明時，使用激光束的激光焊接方法適用來把蜂窩部分焊接在外筒上；但是，這種激光焊接方法可以用不同的焊接方法(例如電子束焊接方法)所代替。
具有上述結構的本發明可達到以下的有利的效果。
根據在權利要求1所述的本發明，當卷繞終端部分的空腔的深度大于該特定值時，就故意使蜂窩部分的卷繞終端部分與外筒的對接焊縫部分相對準，而當該空腔的深度等于或小于該特定值時，就故意使蜂窩部分的卷繞終端部分同外筒的對接焊縫部分相偏置，這樣就只出現一個未焊接部分或者沒有未焊接部分，這樣就可以保證一個足夠的有效焊接長度。
根據在權利要求2所述的本發明，因為由于外筒的對接焊縫部分所造成的未焊接部分重疊在由于卷繞終端部分所造成的未焊接部分上，所以只出現一個未焊接部分，這樣就可以保證一個足夠的有效焊接長度。此外，由于焊接是在卷繞終端部分與對接焊縫部分相對準的情況下進行的，因而便于焊接的調整，并且由此也提高了生產率。
權利要求
1．一種制造金屬催化劑承載體(20)的方法，包括以下步驟準備一個外筒(25)和一個蜂窩部分(23)，該外筒通過把平板(21)卷繞成一個圓筒形并且從外側把該平板的對接部分互相焊接成一個對接的焊縫部分(26)而形成，該蜂窩部分通過把平板(21)和重疊于該平板上的波紋板(22)卷繞成一個卷筒形而形成；測量或者預測在該蜂窩部分的卷繞終端部分(28)附近的空腔的深度；以及當該空腔的深度大于一個特定值時，把該蜂窩部分以一種使該卷繞終端部分與該對接焊縫部分相對準的狀態插入該外筒中，然后再把該蜂窩部分填角焊接在該外筒上；或者當該空腔的深度等于或小于該特定值時，把該蜂窩部分以一種使該卷繞終端部分與該對接焊縫部分相偏置的狀態插入該外筒中，然后再把該蜂窩部分填角焊接在該外筒上。
2．一種金屬制的催化劑承載體(20)，包括一個外筒(25)，該外筒通過把平板(21)卷繞成圓筒形，然后從外側把該平板的對接端互相焊接成一個對接焊縫部分(26)而形成；以及一個蜂窩部分(23)，該蜂窩部分通過把平板(21)和重疊在該平板上的波紋板(22)卷繞成一個卷筒形而形成，所述蜂窩部分被插入到所述外筒中并且被填角焊接在該外筒上；其中所述蜂窩部分的卷繞終端部分(28)與所述外筒的對接焊縫部分(26)相對準。
全文摘要
在一圖所示的金屬制催化劑承載體中,卷繞終端部分(28)與對接焊縫部分(26)相對準,而在另一圖所示的金屬制催化劑承載體中,卷繞終端部分(28)與對接焊縫部分(26)不對準。因為由外筒(25)的對接焊縫部分所造成的未焊接部分重疊在由卷繞終端部分所造成的未焊接部分上,所以與出現兩個未焊接部分的結構相比較只出現一個未焊接部分,從而可保證足夠的有效焊接長度。由于在卷繞終端部分與對接焊縫部分對準情況下焊接,便于焊接的調整,且提高生產率。
文檔編號B01J35/04GK1231218SQ9910454
公開日1999年10月13日 申請日期1999年3月30日 優先權日1998年3月30日
發明者仲森正治, 大久保克紀, 金田幸悟, 竹川光典, 岡田敏明 申請人:本田技研工業株式會社, 株式會社豐技研