Verfahren zum Verbinden von Metallteilen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Metall teilen mit verschiedenen Wärmeausdehnungs koeffizienten durch Schmelzschweissen.
Beim Verbinden der meisten Arten von austenitischem Stahl mit ferritischen Stählen und wenn die Verbindung im Betrieb hohen Temperaturen unterworfen ist, ergeben unter schiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Stahlsorten hohe Spannungen, wenn die Temperatur der Verbindung relativ grossen Schwankungen ausgesetzt ist.
Bei Temperaturschwankungen kann das Metall Ermüdungserscheinungen zeigen, und bei grosser Temperaturschwankungsbreite kann es schliesslich zum Bruch der Verbin dung kommen. Dies gilt besonders von ge schweissten Verbindungen, da zwischen dem ferritischen und dem austenitischen Teil eine scharfe Demarkationslinie vorhanden ist, an der eine hohe Spannung konzentriert ist.
Erfindungsgemäss ist das Verfahren zum Verbinden durch Schmelzschweissung von zwei Eisenmetallteilen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wobei der eine Teil aus ferritischem Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von an nähernd 14 X 10-6 und der andere Teil aus' einem austenitischen Stahl mit einem Wärme ausdehnungskoeffizienten von 18 X 10-6 be steht, dadurch gekennzeichnet, dass man zwi schen die genannten Metallteile eine Puffer schicht oder Pufferschichten aus einem oder mehreren austenitischen Stählen, deren Aus- dehnungskoeffizient zwischen demjenigen der Metallteile liegt, einsetzt und anschweisst. Auf diese Weise werden die Spannungen be schränkt, die normalerweise bei hohen und schwankenden Temperaturen auftreten.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine einzige Pufferschicht aus einem austenitischen Stahl mit einem Koeffizienten von 16 X 10--6 zwischen die Metallteile eingesetzt bzw. an deren gegenüberliegende Flächen ange schweisst. Dadurch wird für eine gegebene Temperaturänderung die Spannung auf die Hälfte derjenigen Spannung erniedrigt, die bei einer direkten Verschweissung zwischen den beiden. Teilen auftreten würde. Die an der Schweissstelle lokalisierte Spannung kann durch weiteres Unterteilen der Verbindung zwischen dem ferritischen und austenitischen Stahl mittels zusätzlicher Pufferschichten mit abgestuften Wärmeausdehnungskoeffizienten noch weiter verringert werden. So können z. B.
drei Pufferschichten mit Wärmeausdehnungs koeffizienten von 15 bzw. 16 und 17 X 10-6 vorgesehen sein, wobei die Verschweissung vom ferritischen Stahl (Wärmeausdehnungs koeffizient 14 X 10-6) der Reihe nach über die drei Pufferschichten zum austenitischen Stahl (Wärmeausdehnungskoeffizient 18 X 10-6) vorgenommen wird. Dadurch wird die Span nung an jeder der vier Schweissstellen auf 1/4 des bei einer direkten Verschweissung der beiden Teile auftretenden Wertes beschränkt: Bei einem andern Ausführungsbeispiel einer .
Schweissverbindung zwischen einem Teil aus ferritischem Stahl mit einem Wärme ausdehnungskoeffizienten von 14 X 10-6 und einem Teil aus austenitischem Stahl mit einem solchen von 18 X 10-6 werden Schweiss metalle verwendet, deren Zusammensetzung so variiert wird, dass sich der Ausdehnungs koeffizient in der Pufferschicht allmählich von 14 X 10-6 auf 18 X 10-6 ändert.
Bei diesem Beispiel wird die Pufferschicht durch fortschreitendes Anfügen von geschmol-
EMI0002.0002
Kohlen- <SEP> Chrom <SEP> Nickel <SEP> Kobalt <SEP> Niobium <SEP> Wärmeausdehnungs stoff <SEP> koeffizient <SEP> in <SEP> 10-6
<tb> 0,14 <SEP> 10-15 <SEP> 30-40 <SEP> 10-20 <SEP> <B>4</B>3 <SEP> 14
<tb> 0,14 <SEP> 10-15 <SEP> 30-40 <SEP> 5-10 <SEP> 1,3 <SEP> 15
<tb> 0,14 <SEP> 10-15 <SEP> 30-40 <SEP> 0 <SEP> 1,3 <SEP> 16 <SEP> 0,14 <SEP> 10-15 <SEP> 20-25 <SEP> 0 <SEP> 1,3 <SEP> 17
<tb> 0,14 <SEP> 10-15 <SEP> 14-18 <SEP> 0 <SEP> 1,3 <SEP> 18 Es können natürlich je nach dem in Be tracht fallenden Temperaturbereich verschie dene Legierungen erforderlich sein.
Die genannten Wärmeausdehnungskoeffi zienten sind Durchschnittswerte für den Be reich von 20 C bis 550 C.
Method for joining metal parts with different coefficients of thermal expansion. The present invention relates to a method for connecting metal parts with different coefficients of thermal expansion by fusion welding.
When joining most types of austenitic steel with ferritic steels and when the connection is subjected to high temperatures during operation, different thermal expansion coefficients of the two types of steel result in high stresses when the temperature of the connection is exposed to relatively large fluctuations.
In the event of temperature fluctuations, the metal can show signs of fatigue, and in the event of a large temperature fluctuation range, the connection can ultimately break. This is particularly true of welded connections, as there is a sharp demarcation line between the ferritic and austenitic part, on which a high stress is concentrated.
According to the invention, the method for joining by fusion welding of two ferrous metal parts with different thermal expansion coefficients, one part made of ferritic steel with a thermal expansion coefficient of approximately 14 X 10-6 and the other part made of an austenitic steel with a thermal expansion coefficient of 18 X 10 -6 exists, characterized in that a buffer layer or layers made of one or more austenitic steels, the expansion coefficient of which lies between that of the metal parts, is used and welded between the metal parts mentioned. This limits the stresses that normally occur at high and fluctuating temperatures.
In one embodiment, a single buffer layer made of an austenitic steel with a coefficient of 16 X 10-6 is inserted between the metal parts or welded to their opposing surfaces. As a result, for a given change in temperature, the voltage is reduced to half the voltage that would occur between the two in the case of a direct weld. Sharing would occur. The stress localized at the welding point can be further reduced by further subdividing the connection between the ferritic and austenitic steel by means of additional buffer layers with graded thermal expansion coefficients. So z. B.
three buffer layers with thermal expansion coefficients of 15 or 16 and 17 X 10-6 can be provided, whereby the welding of ferritic steel (thermal expansion coefficient 14 X 10-6) in sequence over the three buffer layers to austenitic steel (thermal expansion coefficient 18 X 10- 6) is made. As a result, the tension at each of the four welding points is limited to 1/4 of the value that occurs when the two parts are welded directly: in another exemplary embodiment, one.
Welded joint between a part made of ferritic steel with a thermal expansion coefficient of 14 X 10-6 and a part made of austenitic steel with a part of 18 X 10-6, welding metals are used whose composition is varied so that the expansion coefficient is in the Buffer layer gradually changes from 14 X 10-6 to 18 X 10-6.
In this example, the buffer layer is melted by progressively adding
EMI0002.0002
Carbon <SEP> Chromium <SEP> Nickel <SEP> Cobalt <SEP> Niobium <SEP> Thermal expansion material <SEP> coefficient <SEP> in <SEP> 10-6
<tb> 0.14 <SEP> 10-15 <SEP> 30-40 <SEP> 10-20 <SEP> <B> 4 </B> 3 <SEP> 14
<tb> 0.14 <SEP> 10-15 <SEP> 30-40 <SEP> 5-10 <SEP> 1.3 <SEP> 15
<tb> 0.14 <SEP> 10-15 <SEP> 30-40 <SEP> 0 <SEP> 1.3 <SEP> 16 <SEP> 0.14 <SEP> 10-15 <SEP> 20-25 <SEP> 0 <SEP> 1,3 <SEP> 17
<tb> 0.14 <SEP> 10-15 <SEP> 14-18 <SEP> 0 <SEP> 1.3 <SEP> 18 Depending on the temperature range in question, different alloys may of course be required.
The specified coefficients of thermal expansion are average values for the range from 20 C to 550 C.