专利名称：排气系统和连接排气系统部件的方法
技术领域：
本发明涉及一种排气系统，具体地涉及一种用于机动车的排气系统，本发明还涉及一种用于连接具体地用于机动车的排气系统的两个部件的方法。
背景技术：
要相互连接的部件具体地为排气系统的管道，这些管道将排气从输出歧管引导至例如催化式排气净化器或者消音器。鉴于排气系统部件暴露于高温及高动应力下，迄今为止这些部件总是通过焊缝连接。事实上，如果排气系统的部件相互焊接在一起，则存在一些缺陷。其中一个缺陷是，例如，为了实施该方法，对于自动焊接机或焊接机器人而言需要相当大的占地面积。在两种情况下，要被焊接在一起的部件必须相对于焊头移动。因此，需要复杂的装置来固定这些要被焊接在一起的部件，还需要有高的动力载荷。这些装置在焊接室内具有相对较大的空间需求，并且需要大的空间以便存放。另外，需要储存非常多的装置，因为通常而言对于每个设计均需要一个新的装置。另外，焊缝对于强度具有不利的影响。特别地，焊缝使得相连接的部件的横截面上发生突然的变化，从而导致排气系统的刚性发生变化，在焊缝区域中产生应力集中。焊缝的根部区域或底切区域通常成为形成裂缝的区域。最终，在焊接过程中引入两个部件的热量导致由焊接引起的变形，如果需要的话则这一变形在焊接之后必须在矫正椅(straightening bench)上单独进行纠正。尽管存在这些缺陷，这一方法仍然在排气系统领域中广泛被用来将部件焊接到一起；在现有技术中，流行的观点是这是获得经受得住存在的温度应力及动应力的部件连接的唯一方法。
发明内容
本发明的目的在于，采用焊接以外的方法将排气系统的两个部件连接在一起，从而避免在焊接过程中的上述缺陷。
为了解决这个问题，本发明提供一种排气系统，该排气系统包括第一部件和第二部件，其特征在于，在两个部件之间设置有感应钎焊点(induction solder joint)。这个问题还通过提供一种将机动车排气系统的第一部件连接到第二部件的方法得以解决，其中，放置在一起并且提供有高温焊料的两个部件通过感应器在焊料所在的区域中被加热至超过所述焊料的熔融温度。本发明基于令人惊讶的认识，即与在专家中流行的偏见相反，高温钎焊连接经受得住作用在机动车排气系统上的应力。到目前为止，通常认为钎焊连接是不可能的，这是因为在排气系统的部件中可能出现超过600℃的温度。通常认为，即使使用高温焊料，钎焊部件的最大允许工作温度约为200℃(例如，参见2002年10月出版的德国焊接技术协会(Deutscher Verband für Schweiβtechnik)的公报稿DVS 938-2“电弧钎焊”(Lichtbogenschweiβen)，其中排气系统的钎焊连接的工作温度指示为最大180℃，明确地不推荐采用具有超过180℃的钎焊连接)。本发明对这个偏见不予理睬，因为申请人在实验中发现，钎焊部件甚至可以暴露在超过600℃的温度中更长的时间，而不会对钎焊连接的机械稳定性造成任何损害。焊料在凝固之后重新熔融的温度会升高，而这个新的熔融温度比原来的熔融温度要高，这个事实对于钎焊连接的高温强度是有利的。其中的理由还没有最后弄清。一个理由可能基于这样的事实，即在熔融过程中某些次要的合金(by-alloy)蒸发了。另一个理由可能是基本材料的原子扩散到焊料中。
使用钎焊连接而非焊接连接具有许多优势。一个优势是，两个部件可以在比采用焊接方法更低的成本以及更小的空间要求的情况下相互连接。不需要机器人在圆周方向上的连接区域中绕着两个部件活动。可以将两个部件之间的连接区域设置在小型保护气体室中。直至在排气系统中出现低于工作温度的特定温度，钎焊连接的动力强度高于焊接连接，因为在刚性上没有出现突然的改变。如果两个部件通过钎焊方式而不是焊接方式连接，则可以具有更薄的壁厚。也就是说，将要相互焊接的部件的壁厚在某些情况下并非考虑部件的所需厚度而设计在排气系统内，而是考虑到了在焊接过程中发生熔融的风险。如果这两个部件通过钎焊相互连接，则这样的风险就不会存在，从而将来只有存在的应力会与设定尺寸相关。最后，可以用钎焊连接替代凸缘和夹片连接。由于高的装配成本以及密封性，这样的连接越来越不具有优势，从而人们以整体接头(integral joint)的形式生产排气系统的所有部件。
根据本发明的一个优选实施例，规定其中一个部件具有用于支持焊料的支持面。这使得将焊料放置在焊缝附近成为可能，从而焊料熔融时就会被毛细力吸入焊接间隙中。在这个过程中，支持面阻止焊料离开焊缝流向部件的其它区域。一方面，由于视觉上的原因焊料在这个位置上是不需要的，另一方面，这个焊料对于实际的钎焊连接不再可用。
部件上的支持面可以由环绕焊道以低成本形成，焊环可以设置在该环绕焊道上。
根据另一个可选的实施例，可以在焊点区域中设置一个焊料支架，该焊料支架包括焊料的支持面。这个实施例具有这样的优势，即部件自身无须变形以形成支持面。优选地，焊料支架由非导电材料制成，例如由陶瓷材料制成。这使得在感应钎焊过程中焊料支架将不会被传导加热，从而焊料不被粘结到焊料支架。因此，当两个部件被钎焊到一起时，可以移去焊料支架而不会出现任何问题。
根据本发明的另一个可选实施例，在两个部件之间提供一个流出区域，该流出区域收集多余的焊料，而这些多余的焊料不与两个部件建立连接。所以，流出区域以溢出容器的方式工作，当用焊料将焊缝完全填满时该溢出容器会被填充。这里规定，在钎焊期间，流出区域不被加热到钎焊温度，从而焊料一进入流出区域就开始凝固。这保证焊料不会在焊缝向外的侧面上溢出从而导致在两个部件内部出现不想要的焊料溢出。在排气系统的工作过程中，这种焊料溢出可能会导致其内部的损坏。
本发明的各个具有优势的实施例将从所附的权利要求书中变得明显。
下面将在通过附图进行阐释的各种实施例的基础上描述本发明，其中图1示意性地表示本发明第一个实施例的设置在钎焊装置中将要通过钎焊连接在一起的两个部件；
图2表示在将两个部件钎焊到一起之后图1中细部II的放大图；图3示意性地表示本发明第二个实施例的将要通过钎焊连接到一起的两个部件；图4表示处于钎焊状态下的图3中的两个部件；图5表示图4中细部V的放大图；图6示意性地表示本发明第三个实施例的将要通过钎焊连接到一起的两个部件；图7表示处于钎焊状态下的图6中的两个部件；图8表示图7中细部VIII的放大图；图9示意性地表示本发明第四个实施例的将要通过钎焊连接到一起的两个部件；图10表示处于钎焊状态下的图9中的两个部件；图11示意性地表示本发明第五个实施例的将要通过钎焊连接到一起的两个部件；图12表示在钎焊过程中处于另一位置的图11中的部件；图13示意性地表示本发明第六个实施例的将要通过钎焊连接到一起的两个部件。
具体实施例方式
图1表示两个部件10和12，在本实施例中是两个用于机动车的排气系统的两个管道。这里，需要注意的是，基本上管道之外的部件也可以相互连接，例如具有管道的漏斗，具有外壳的漏斗等。
第一部件10具有不变的横截面，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的外径略小于第一部件10的内径。
焊道14朝向部件10并且垂直于中间轴M排列的区域形成一个支持面18，其上放置有环状焊料20。这样，焊料位于在第二部件12的插入部分16和第一部件10之间形成的钎焊缝的区域中。焊料20是铜基或镍基高温焊料。
虽然在这些实施例中显示为焊环，但是焊料当然可以采用其它的形式，例如金属薄板条料(sheet metal strip)、糊剂等。
围绕将要钎焊的两个部件10和12的区域设置有钎焊装置22，钎焊装置22基本上由两个壳体24和26组成，两个壳体事实上以气密的方式密封将要进行钎焊的区域。壳体24和26内的保护气体环境可以由合适的(未显示的)装置产生。感应器28围绕两个壳体24和26，并且在两个部件10和12将要进行钎焊的区域以及焊料20中产生涡流；由于电阻的作用，这些涡流被转化为热量。
为了将两个部件10和12钎焊到一起，首先将焊料20的焊环放置在第二部件12的焊道14上。然后用插入部分16将第二部件12插入到第一部件10中。随后两个壳体24和26围绕两个部件10和12将要钎焊的部分关闭，并且在两个壳体的内部产生保护气体环境。然后，两个部件10和12的将要钎焊的部分以及焊料20通过感应器28被加热到1000℃左右。在这个过程中，焊料20熔融，从而被毛细力在背离重力的方向上吸入两个部件10和12之间的焊缝中，并且完全填满。这可以从图2中看出。焊道14上的支持面18确保当焊料20熔融时不会向下流动离开焊缝，而是被吸入焊缝中。作为可选择的一种方案，钎焊过程也可以在水平或倾斜方向上完成。
当两个部件10和12冷却到在空气中不再剥落时，可以打开两个壳体24和26，并且可以移出连接到一起的部件。钎焊装置可以接收随后的部件。钎焊装置以及采用它进行感应钎焊的优势在于可以实现非常短的处理时间。焊接两个部件(包括加热和冷却)可以实现的处理时间为40秒左右，事实上，与焊接不同的是，其与缝的长度无关。因此，可以实现高产量而仅需要较小的空间。
图3至图5表示第二个实施例。对于从第一个实施例中已知的部件，采用相同的标号，并且在这方面引用前面的解释。
与第一个实施例不同的是，支持面18并非形成在其中的一个部件上，而是形成在焊料支架30上，焊料支架30在这里形成为封闭环的形式。焊料支架由非导电材料例如陶瓷材料制成，并且围住靠近焊缝的第二部件12。换句话说，第一部件10在第二部件12上滑动直至抵住焊料支架30。这允许使用焊料支架30作为两个部件10和12相互定位的一个参照物。朝向第一组件10的焊料支架30的一面形成将要放置焊料20的焊环的支持面18。当焊料支架设置为封闭环时，可以在焊料支架上设置皱褶、突起或凹槽，这使得焊料在部件10的端面之下流入焊缝变得更加容易。
两个部件10和12上将要进行钎焊的区域同第一个实施例中一样由钎焊装置(图上没有显示)进行加热，从而使焊料20熔融并且被吸入两个部件10和12之间的焊缝中(见图4和图5)。在这个过程中，一小部分焊料向下流过焊料支架30。然而，由于焊料支架30由非导电材料制成，所以它不会被感应器28加热，从而焊料在这个区域凝固。因此，只有非常小部分的焊料不能用于实际的钎焊连接。在图5中，在移去焊料支架30之后，可以看到两个部件10和12之间的钎焊连接。这样做不会出现任何问题，因为在钎焊过程中，焊料支架30并没有被加热到钎焊的温度。因此，焊料20不会与焊料支架的表面粘结在一起。焊料支架30的“印痕”可以清楚地看到。
图6到图8表示第三个实施例。即使在这里，对于前面实施例中出现的那些已知部件，采用相同的标号。
与第一个实施例不同的是，在第三个实施例中，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的焊环直接位于第一部件10和第二部件12之间。与第一个实施例的另一个不同之处在于，第一部件10和第二部件12之间的焊缝配置为形成液体焊料的流出区域32。流出区域定义为位于两个部件10和12上由感应器28加热的区域之外；因此，它将保持在一个温度上，这个温度即使在实际的钎焊工作过程中也低于焊料20的凝固温度。
当两个部件10和12被钎焊在一起时，焊缝区域被感应器加热。只要焊料20熔融，焊料20将被毛细力吸入焊缝中，在焊缝中，焊料20浸润两个部件10和12的表面区域。只要焊料到达焊缝的稍低部分，如图7所示，它将离开实际的焊缝而进入流出区域32。由于流出区域32具有低于焊料20的凝固温度，所以焊料在流出区域32中凝固。流出区域32选择为具有足够的长度，从而阻止焊料在焊缝的稍低侧面上流走并且进入两个部件10和12的内部。在图8中可以看到，焊料20在流出区域32中并没有浸润两个部件10和12的表面区域，因为其具有相对低的温度。因此，焊料20的端面并非和在焊缝的上端面上看到的一样为凹面，而是凸面。
图9和10为本发明的第四个实施例。与前面的实施例不同的是，这里提供了一个收集器34，焊料20放置在其中。与前面的实施例不同，本实施例中的焊料20不是必须为完全的围绕环。例如，焊料只要围绕环形收集器34的半个周长即已足够。只要焊料已经熔融，它将由于毛细力的作用沿着焊缝的整个周长扩散，从而在两个部件之间建立起环绕的密封连接。
当部件10和12上将要通过钎焊连接的区域被加热到焊料20的熔融温度之上时，此时将要成为液体的焊料被毛细力吸入两个部件10和12之间的缝中。在这个过程中形成两个不同的钎焊点，即，第二部件12的端面和第一部件10的外侧之间的第一焊点，即在图10中收集器的左侧上，以及第一部件10的插入部分16和第二部件12之间的第二焊点。
图11表示本发明的第五个实施例。与前面实施例不同的是，第一部件10的端部具有截锥形状的收缩结构，而第二部件的端部具有漏斗形状的扩口。第一部件的收缩结构设置在第二部件的扩口中。焊料20直接抵靠在第二部件12的扩口的端面上。只要焊料熔融，它将被毛细力吸入焊缝中，从而获得第一部件和第二部件之间的均匀连接。
图12表示图11中的已知部件，但是与图11不同的是，两个部件10和12的纵向轴垂直设置，而非水平设置。这样，第二部件12的扩口端面用作焊料20的支持面18。
图13表示第六个实施例。与前面实施例不同的是，被钎焊到一起的不是管道，消音器、催化式排气净化器或排气系统的其它部件的的两个外壳部分。第一部件10构成外壳的上部壳体，第二部件12构成外壳的下部壳体。两个部件均具有环绕边缘，第二部件的边缘具有环绕焊道，从而与第一部件的边缘相结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的边缘以及焊料20被传导加热，从而使焊料熔融，并使两个部件相互连接。值得注意的是，即使这类部件的焊缝长度非常大，处理时间也不会增加；而如果两个部件是被焊接到一起，则将由于焊缝长度大而导致几分钟的处理时间。
原则上，排气系统的所有部件都可以使用本发明的方法进行连接。在这方面，这些部件是以连续的方式、以分组同时进行的方式还是以全部同时进行的方式被钎焊到一起都是不重要的。还可以将不同的材料钎焊到一起。另外，例如还可以将由非铁金属这一与实际排气管不同材料制成的尾管钎焊到排气管上。
权利要求
1.一种排气系统，包括第一部件和第二部件，其特征在于，在所述两个部件(10，12)之间设置有感应钎焊点。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述两个部件(10，12)通过推入配合连接方式相互连接。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的排气系统，其特征在于，部件(10，12)中的至少一个为管道。
4.根据前面任一权利要求所述的排气系统，其特征在于，部件(10，12)中的一个部件具有用于支持焊环(20)的支持面(18)。
5.根据权利要求4所述的排气系统，其特征在于，所述支持面(18)由环绕焊道(14)形成。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的排气系统，其特征在于，设置有所述支持面(18)的部件(10，12)容纳在另一部件(12，10)中。
7.根据前面任一权利要求所述的排气系统，其特征在于，在所述两个部件(10，12)之间设置流出区域(32)，所述流出区域收集多余的焊料(20)，所述多余的焊料与所述两个部件(10，12)之间没有连接。
8.根据前面任一权利要求所述的排气系统，其特征在于，在部件(10，12)中的一个部件上设置有用于收集焊料的环绕收集器(34)。
9.根据权利要求8所述的排气系统，其特征在于，所述收集器(34)由焊道形成。
10.一种连接排气系统，具体是连接用于机动车排气系统的第一部件和第二部件的方法，其特征在于，放置在一起并且设置有高温焊料(20)的两个部件(10，12)通过感应器(28)在所述焊料(20)的区域中被加热至超过所述焊料(20)的熔融温度。
11.根据权利要求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.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在焊点区域中设置焊料支架(30)，所述焊料支架包括用于支持焊料(20)的支持面。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述焊料支架(30)由非导电材料制成。
14.根据权利要求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.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述焊料支架(30)设置在所述焊点下面。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述焊料(20)的用量与两个部件(10，12)之间的焊缝相匹配，从而所述焊料完全填满所述焊缝，而多余的焊料则被收集在流出区域中。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述焊料(20)为镍基焊料。
18.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述焊料(20)为铜基焊料。
全文摘要
一种排气系统，包括第一部件和第二部件，其特征在于，在所述两个部件(10，12)之间设置有感应钎焊点。在一种将机动车排气系统的第一部件连接到第二部件的方法中，放置在一起并且设置有高温焊料(20)的两个部件(10，12)通过感应器(28)在所述焊料(20)的区域中被加热至超过所述焊料(20)的熔融温度。
文档编号B23K1/002GK101044302SQ200580026044
公开日2007年9月26日 申请日期2005年7月4日 优先权日2004年8月5日
发明者艾尔弗雷德·布吕姆, 崔洪江 申请人:阿文美驰排放技术有限公司