申路军，张中华
长城汽车股份有限公司
汽车催化器超薄壁载体封装工艺浅析
申路军，张中华
长城汽车股份有限公司
汽车三元催化器特性的作用是降低车辆排放有毒有害物质，提高净化能力。汽车排放污染及净化问题已引起各国政府的高度重视，控制汽车排放污染也一直是竞相研究的重要课题。本文研究的目的是随着排放法规日趋严格，为提高催化净化能力，设计陶瓷载体发展趋势为：多目数薄壁型，强度有所下降。强度的降低，对封装工艺设计提出更高的要求，前期若缺少排气系统热端封装工艺的严格控制，会导致后期各车型载体失效问题频繁发生。
薄壁载体；封装工艺；催化器；GBD
前言
随着我国汽车保有量的剧增，汽车排放尾气造成的大气污染已成为危害环境和人类健康的主要因素。针对此问题，排放法规对汽车排放要求越来越高，由目前的欧IV逐渐过渡到欧V，甚至欧Ⅵ；随着排放法规日趋严格，为提高催化净化能力，陶瓷载体发展趋势为：多目数薄壁型，强度有所下降。且催化器达到欧Ⅵ排放标准，需满足五年十万公里三包质量要求，售后面临的问题严峻；现有封装工艺水平无法满足薄壁、超薄壁载体封装要求，需开发出适用于催化器薄壁发展趋势的先进工艺技术。
1、封装工艺关键控制参数
排气系统催化器的设计，主要是封装密度设计，这项指标的合理设计及工艺控制是催化器达标的必要条件。衬垫封装密度（简称GBD）按以下计算：
目前常用的封转工艺有蚌壳式封装工艺、捆绑式封装工艺、塞入式封装工艺及导入式封装工艺。而只有后两种工艺适用于薄壁及超薄壁载体的封装。
2、薄壁载体封装工艺
薄壁载体是指针对壁厚3.0mil～4.0mil的载体统称，mil为壁厚单位，cpsi为目数；目前常用载体为600cpsi/3.5mil，此类载体可满足欧V阶段排放法规要求。
塞入式封装工艺：
（1）工作原理
塞入式封装先将不锈钢板通过卷板机卷圆并焊接成壳体，然后将涂覆载体在外力的作用下压入，属于定型腔封装，其型腔尺寸能精确控制，受力状况比蚌壳式好，采取一些辅助措施后可得到较长使用寿命，塞入式封装又可分为分组封装和缩径封装。适用于规则形状载体进行精准GBD缩径。见下图封装过程：
（2）工艺缺陷分析
①包裹衬垫的薄壁载体是封装过程应力承受体，同时直接承受着径向和轴向压力作用无法回避的极限应力峰值的影响，陶瓷载体本身可承受一定的压力，但易碎，耐冲击性差。
②载体挤压衬垫过程中，衬垫变形无法控制，挤压阻力反作用于载体，使载体多重受力；
③封装过程过快会导致衬垫中挤压气体高压冲击；
④对壳体零件尺寸要求高，缩径时按照外径尺寸计算准确度差，缩径时易将薄壁载体压碎；不适用于超薄壁载体的封装。
3、超薄壁载体封装工艺
超薄壁载体是指针对壁厚小于3.0mil的载体的统称；目前常用载体为四边形900cpsi/2.0mil，甚至一些产品采用了六边形载体；此类载体可满足欧Ⅵ阶段排放法规要求。
导入式封装工艺：
（1）工艺原理
其原理是将原超薄壁载体承受的应力转移给衬垫，避免超薄壁载体在封装过程中受应力直接冲击，由于衬垫为弹性结构，在GBD缩径封装基础上增加导柱装置，将塞入式变为导入式封装。
传统封装工艺与导入式封装承受应力对比分析如下图：
（2）降低薄壁载体产生裂纹的原因
①工艺导柱支撑衬垫为封装应力承受体，避免了载体受到极限应力峰值的影响；
②工艺导柱挤压衬垫过程中，衬垫沿导柱方向导力，挤压阻力反作用于导柱上，不作用于载体，保护了涂覆载体；
③导入式封装过程快，工艺导柱可承受冲击，直径比载体略大，先过渡挤压衬垫，排气较充分。工艺导柱通过后载体只承受衬垫回复弹力，对载体起到引导和保护作用，载体承受应力大为降低；
④对壳体零件尺寸要求低，采用扩口保证内径尺寸，按照内径尺寸计算准确度高，满足GBD值要求；
4、封装效果验证
通常采用轴向推力试验验证封装效果及GBD保证能力，试验方式为在室温下，将试验样件安放在电子万能试验机上，通过直径30mm的推杆沿载体压入方向均匀施加1500N轴向推力，保持2min，卸载后查看载体位移情况，要求总位移≤3mm。
5、结论
国家对排放标准的日趋严格，为催化器的科学研究提供了必要的条件，但要真正控制汽车的排放，不仅对设计、匹配方面提出了更高的要求，工艺设计及控制也更突出，鉴于此，封装工艺的先进性需结合自动化的高精准优点，由此诞生的自动封装线体已陆续实现量产，并逐步替代人工封装，后期进一步深入研究自动化机器人在封装工艺中得应用势在必行。
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