Verfahren zum Verschweissen von explosionsplattierten Stahlplatten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweissen von expolionsplattierten Stahlplatten, deren Plattierungsschicht aus einem mit Stahl nicht schmelzschweissbaren Metall besteht, sowie auf eine Anwendung dieses Verfahrens.
Solche explosionsplattierte Stahlplatten eignen sich insbesondere zum Bau von Behältern zur Aufnahme von Stoffen, die mit Bezug auf Stahl aggressiv sind. Diese Stahlplatten sind durch das Explosions-Plattie- rungsverfahren mit einer fest haftenden dünnen Schicht aus einem wertvolleren Metall, z. B. Tantal, versehen, welches infolge seines wesentlich höheren Schmelz punktes nicht mit Stahl schmelzverschweissbar ist. Daher war es bisher nicht möglich, solche explosions- plattierten Stahlplatten z.B. stumpf zusammenzuschweis, sen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, dieses Problem mit relativ einfachen Mitteln zu lösen und ein Verfahren zum Verschweissen solcher explosionsplattierter Stahl platten zu schaffen, welches sich nicht nur zum Stumpfschweissen solcher Platten, sondern auch insbe sondere zum Herstellen von Rohrböden für Wärme austauschvorrichtungen eignet, wodurch die Verwen dung solcher Verbundwerkstoffe für Kühl- oder Heiz- register erschlossen wird, um auch für Stahl aggressive Stoffe in einer dauerhaften Vorrichtung einem Wärme- austauschprozess unterziehen zu können.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zunächst die Stahlschicht der zu verschweissenden Platten an den zu verbindenden Stellen von der der Plattierungsschicht abgelegenen Seite her bis nahezu an die Plattierungsschicht heran spanabhebend bearbeitet wird und der an die Plattierungsschicht angrenzende Rest der Stahlschicht zur Bildung einer Nut soweit weggeätzt wird, dass ein überstehender Rand der Plat- tierungsschicht verbleibt, dass dann dieser überste hende Rand über einen Radius etwa rechtwinklig hoch gebogen wird und dass daraufhin die hochgebogenen Ränder der Plattierungsschicht verschweisst werden.
Dabei kann zum Stumpfschweissen zweier explo- sionsplattierter Stahlplatten nach dem Verschweissen der hochgebogenen Ränder der Plattierungsschicht auch die Stahlschicht verschweisst werden.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Anwen dung dieses Verfahrens zur Herstellung von Rohrbö den für Wärmeaustauschvorrichtungen, deren Plattie- rungsschicht aus einem mit Stahl nicht schmelzver- schweissbarem Metall, z.
B Tantal, besteht, aus wel chem auch die Rohre der Wärmeaustauschvorrichtun gen bestehen, dabei wird so verfahren, dass zunächst an den Stellen, an denen die Rohre mit dem Rohrbo den verbunden werden sollen, sowohl die Stahlschicht als auch die Plattierungsschicht mit Bohrungen kleine ren Durchmessers versehen werden, dass dann jede Bohrung in der Stahlschicht bis nahezu an die Plattie- rungsschicht heran erweitert wird, dass anschliessend der noch an dem nach innen vorstehenden Plattie- rungsschichtrand anhaftende Stahlrest bis zur Bildung einer über den Durchmesser der erweiterten Bohrung der Stahlschicht hinausgehenden Ringnut weggeätzt wird,
dass daraufhin der Plattierungsschichtrand unter Beibehaltung eines Radius zur Bildung einer mit der Stahlschichtbohrung fluchtenden Aushalsung aufgebo gen wird, wonach das aus dem gleichen Werkstoff wie dem der Plattierungsschicht bestehende Rohr in die Gesamtbohrung mit Pressitz eingeschoben wird, bis das Rohrende mit der Aushalsung im wesentlichen bündig abschneidet, woraufhin die Aushalsung mit dem Rohr ende verschweisst wird.
Zum Herausätzen der Ringnut kann ein säurebe ständiger Stopfen mit freier Innenbohrung in die Boh rung der Stahlschic ht soweit eingeführt werden, dass zwischen seiner Innen-Stirnfläche und dem Plattie- rungsschichtrand ein Abstand verbleibt, welcher der axialen Breite der beabsichtigten Ringnut entspricht, und dass daraufhin jede so vorbereitete Bohrung des Rohrbodens bis zu einer vorbestimmten Füllhöhe in nerhalb der Stopfenbohrung mit einer Säure gefüllt wird, welche man über eine Zeitspanne, die für das Ausätzen der Ringnut notwendig ist, einwirken lässt.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie bei spielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigen die Fig. 1 bis 5 die verschiedenen Verfahrensstufen zum Stumpfschweissen zweier explosionsplattierter Stahlplatten, die Fig. fr bis 10 die Anwendung des erfindungsgemäs- sen Verfahrens zur Herstellung eines Rohrbodens für Wärmeaustauschvorrichtungen in den verschiedenen Verfahrensstufen, während Fig. 11 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäss hergestellten Rohrbodens in Perspektive wiedergibt.
In Fig. 1 sind zwei explosionsplattierte Stahlplatten 1 dargestellt, die aus einer Stahlschicht 2 und einer dünnen (hier etwas stärker gezeichneten) Plattierungs- schicht 3, beispielsweise aus Tantal, bestehen. Es han delt sich bei der Plattierungsschicht 3 um ein Metall, welches infolge seines höheren Schmelzpunktes nicht durch Schmelzschweissung mit Stahl verbunden wer den kann. Durch das bekannte Explosionsplattieren haftet jedoch die Plattierungsschicht 3 sehr fest an der Stahlschicht 2.
Um nun solche explosionsplattierten Stahlplatten 1 stumpf aneinanderschweissen zu können, werden die stumpf zu schweissenden Endflächen der beiden Plat ten 1, wie in Fig. 2 dargestellt, bearbeitet, und zwar wird durch Zerspanungsarbeit die der Plattierungs- schicht 3 abgelegene Kante 4 schräg weggenommen und das an die Plattierungsschicht 3 angrenzende Material der Stahlschicht 2 mit einer Säure weggeätzt, welche die Plattierungsschicht 3 nicht angreift. Durch das Wegätzen. wird eine Nut 5 gebildet, so dass ein Rand 6 der Plattierungsschicht 3 über die Stahlschicht 2 hinaus vorsteht.
Daraufhin werden die Ränder 6 nach oben gebo gen, wie in Fig. 3 dargestellt. Da die Plattierungs- schicht 3 aus einem ziemlich sprödem Material, z. B. Tantal, besteht, muss der Rand 6 der Plattierungs- schicht 3 über einen Radius 7 gebogen werden, und die weggeätzte Nut 5 dient dazu, das Biegen des Radius 7 zu ermöglichen.
Ferner ist das Ausätzen der Nut 5 deshalb notwendig, weil man beim spanabheben den Bearbeiten der schrägen Kante 4 mit dem Zer- spanungswerkzeug nicht bis dicht an die Plattierungs- schicht 3 herangehen kann, da sonst die wertvolle Plat- tierungsschicht 3 beschädigt werden könnte. Anschlies- send werden die Platten 1 zusammengebracht und die hochgebogenen Kanten 6 durchgehend verschweisst, wie bei 8 in. Fig. 4 dargestellt.
Auch hierbei erweisen sich die ausgeätzten Nuten 5 deshalb als nützlich, weil sie beim Schweissen der Kanten 6 der Plattierungs- schicht 3 (was mit sehr hoher Temperatur geschieht) einen ausreichenden Abstand von der Stahlschicht 2 gewährleisten, so dass letztere durch die hohe Schweisstemperatur nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.
Zum Schluss können dann die Stahlschichten 2 der Platten 1 an den schrägen Kanten 4, die eine V-Nut bilden, mit einer V-Naht 9 verschweisst werden, wie in Fig. 5 dargestellt ist.
Auf ähnliche Weise können auch Rohrböden 10 (s. Fig. 11) für Kühl- oder Heizregister hergestellt wer den, wobei die Rohrböden 10 aus einer explosionsplat- tierten Stahlplatte 11 mit einer Stahlschicht 12 und einer Plattierungsschicht 13 bestehen und mit Rohren 14 verbunden werden, die aus dem gleichen Metall wie dem der Plattierungsschicht 13, z. B. aus Tantal, beste- hen. Dadurch werden dauerhafte Wärmeaustauschvor richtungen geschaffen, in denen auch Stoffe verarbeitet werden können, die gegenüber einfachem Stahl aggres siv sind.
In den Fig. 6 bis 10 sind die einzelnen Verfah rensschritte zur Herstellung eines Rohrbodens 10 dar gestellt. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird zunächst die bei spielsweise mit Tantal explosionsplattierte Stahlplatte 11 an denjenigen Stellen, an denen die Rohre 14 (s. Fig. 10 und 11) an der Platte 11 befestigt werden sollen, mit Bohrungen 15 kleineren Durchmessers ver sehen, und zwar werden sowohl die Stahlschicht 12 als auch die Plattierungsschicht 13 durchbohrt. Danach wird nur die Stahlschicht 12, wie in Fig. 7 gezeigt, mit einer erweiterten Bohrung 16 versehen, und zwar bis kurz vor die Plattierungsschicht 13.
Der noch an dem nach innen vorstehenden Plattierungsschichtrand 17 anhaftende Stahlrest 18 wird anschliessend soweit weg geätzt, dass, wie in Fig. 8 dargestellt, an der Grenze zwischen der Plattierungsschicht 13 und der Stahl schicht 12 eine Ringnut 19 gebildet wird (ähnlich der Nut 5 in den Fig. 2 bis 5). Zu diesem Zweck wird in die Bohrung 16 der Stahlschicht 12 ein Stopfen 20 ein geführt, der aus einem weichen, säurebeständigen Material besteht und eine freie Innenbohrung 21 auf weist. Der Stopfen 20 wird soweit eingeführt, dass zwi schen seiner Innen-Stirnfläche 22 und dem nach innen vorstehenden Ringrand 17 der Plattierungsschicht 13 ein Abstand verbleibt, welcher der Breite der beabsich tigten Ringnut 19 entspricht.
Zum Ausätzen der Ringnut 19 wird die gesamte Platte 11, mit der Plattierungsschicht nach unten, auf eine Dichtungsplatte 23 aufgepresst, welche die Boh rungen 15 in der Plattierungsschicht 13 abdichtet. Dann werden die Bohrungen 21 der Stopfen 20, die Bohrungen 16 der Stahlabschnitte 12 (soweit sie durch die Stopfen 20 freigelassen sind) und die Bohrungen 15 der Plattierungsschicht 13 mit einer Säure 24 bis etwa zu einer Füllhöhe 25 gefüllt. Man lässt die Säure 24, die nur die Stahlschicht 12 angreift, solange ein wirken, wie es zum Erreichen der gewünschten Tiefe der Ringnut 19 erforderlich ist.
Danach werden die Säure 24 und die Stopfen 20 ent fernt und die Säurereste abgespült. Die vorstehenden Plattierungsschichtränder 17 (Fig. 7 und 8) werden dann, wie in Fig. 9 dargestellt, über einen Radius 26 zur Bildung von Aushalsungen 27 etwa rechtwinklig aus der Ebene der Plattierungsschicht 13 hochgehoben, und zwar so, dass die Innenbohrungen der Aushalsun- gen 27 mit den Stahlschichtbohrungen 16 fluchten. Nun werden die Rohre 14 in die Bohrungen 16 (s. Fig. 1(i) soweit mit Pressitz eingeschoben, bis die Rohr enden 28 mit den Aushalsungen 27 im wesentlichen bündig abschneiden, woraufhin diese Rohrenden 28 mit den Aushalsungen 27 verschweisst werden, wie bei 29 in den Fig. 10 und 11 dargestellt.
Auch hierbei ermöglichen die Ringnuten 19 das Ausbiegen des Radius 26 an den Aushalsungen 27 und gewährleisten beim Verschweissen der Rohrenden 28 und mit den Aushalsungen 27 einen ausreichenden Ab stand der Schweissnaht 29 vom, der Stahlschicht 12.