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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Behälters
einer Aufblasvorrichtung einer aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung.
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Aus
der Druckschrift
GB
2 179 675 A ist ein Stahl bekannt mit bis zu 0,10 % C,
0,20 bis 4,5 % Si, 0,2, bis 5,0 % Mn, bis zu 0,60 % P, bis zu 0,030
% S, 10,0 bis 17,0 % Cr, 3,0 bis 8,0 % Ni, bis zu 0,10 % N und dem
Rest Eisen und Verunreinigungen, wobei ferner bis zu insgesamt 4
% Cu, Mo, W und Co und insgesamt bis zu 1 % Ti, Nb, V, Zr, Al und
B vorhanden sein können.
Ferner sind die Bestandteile des Stahls auf einen bestimmten Bereich
eines sogenannten Ni
eq-Werts festgelegt.
Die Stahlstücke
gemäß dieser
Druckschrift werden bei 1250 °C
geschmiedet und anschließend
heißgewalzt.
Die Kaltwalzdickenreduzierung beträgt 83 % oder 50 %.
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Die
Druckschrift
DE 651 393
C betrifft einen Chrom-Nickel-Stahl, wobei die Legierungen
bei einem Chrom-Gehalt von mehr als 25 % auf Temperaturen zwischen
1000 und 1200 °C
erhitzt und dann langsam abgekühlt
werden. Die Verarbeitung erfolgt im kalten Zustand durch Stanzen
oder Pressen. Bei einer bestimmten Chrom-Nickel-Legierung mit bis
zu 0,2 % Kohlenstoff, 11, 5 bis 13 % Chrom und 11, 5 bis 13 % Nickel,
die also einen engen Bereich innerhalb der vorgenannten bekannten
Grenzen darstellt, soll eine Wärmebehandlung
erfolgen, die aus einem Erhitzen auf 950 °C bis 1090 °C, vorzugsweise auf 1000 bis
1050 °C,
und einer schnellen oder langsamen Abkühlung besteht.
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Die
Druckschrift
DE 2 047
698 A erwägt,
einen verhältnismäßig niedrigen
Grad von Kaltverformung bei einem Stahl mit einem instabilen Austenitgefüge durchzuführen, jedoch
lässt sich
eine große Verbesserung
der mechanischen Eigenschaften aufgrund des niedrigen Grades der
Verformung nicht erwarten.
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Daher
schlägt
diese Druckschrift vor, einen relativ hohen Grad an Warmverformung
vorzunehmen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Behälterherstellung
vorzusehen, wobei der aus Stahl hergestellten Behälter hervorragende
mechanische Eigenschaften aufweist und keine Anzeichen von Spannungskorrosionsrissen
oder Wasserstoffversprödung
entlang der Schweißung
der Gehäuseteile
zeigt.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
gelöst
durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann offensichtlich
bei Betrachtung der folgenden Beschreibung der Erfindung und der
begleitenden Zeichnungen, in denen zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht einer Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung, gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung von 1;
und
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3 ein
schematisches Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Bezugnehmend
auf 1 weist eine Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 10 eine
aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12 auf. In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12 ein
Airbag. Die aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12 könnte zum Beispiel
ein aufblasbarer Sitzgurt, ein aufblasbares Kniepolster, eine aufblasbare
Deckenauskleidung oder Seitenvorhang sein, oder ein Kniepolster,
das von einem Airbag betrieben wird.
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Eine
Aufblasvorrichtung 14 ist der Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12 zugeordnet.
Die Aufblasvorrichtung 14 ist betätigbar, um Aufblasströmungsmittel
zu der aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12 zu
leiten, um die aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12 aufzublasen.
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Das
System weist außerdem
eine Zusammenstoßsensor 16 auf.
Der Zusammenstoßsensor 16 ist
eine bekannte Vorrichtung, die einen Fahrzeugzustand abfühlt, wie
beispielsweise eine Fahrzeugverzögerung,
die anzeigend für
einen Zusammenstoß ist.
Der Zusammenstoßsensor 16 mißt das Ausmaß (Größe) und
die Dauer der Verzögerung.
Wenn das Ausmaß und
die Dauer der Verzögerung
vorbestimmte Schwellenwerte erreichen, überträgt der Zusammenstoßsensor 16 entweder
ein Signal oder sorgt dafür,
daß ein
Signal übertragen
wird, um die Aufblasvorrichtung 14 zu betätigen. Die
aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12 wird dann aufgeblasen
und erstreckt sich in den Fahrgastraum des Fahrzeugs hinein, um
zu helfen, einen Fahrzeuginsassen vor einem kraftvollen Aufprall
mit Fahrzeugteilen zu schützen.
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Während die
Aufblasvorrichtung 14 eine pyrotechnische Aufblasvorrichtung
sein könnte
(nicht gezeigt), ist die Aufblasvorrichtung 14 in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Aufblasvorrichtung 14 für gespeichertes
Gas gemäß U.S. Patent
Nr. 5,348,344.
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Wie
in 2 gezeigt, weist die Aufblasvorrichtung 14 ein
Gehäuse 18 auf.
Das Gehäuse 18 weist
einen Behälter 20 auf.
Der Behälter 20 weist eine
im allgemeinen zylindrische Seitenwand 24 auf, die sich
entlang einer Mittelachse 26 zwischen einem offenen Ende 30 und
einem geschlossenen Ende 28 erstreckt. Die Seitenwand 24 weist
eine zylindrische Innenoberfläche 32 und
eine zylindrische Außenoberfläche 34 auf.
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Das
Gehäuse 18 weist
weiterhin einen betätigbaren
pyrotechnischen Zünder 36 auf,
der durch jedwede geeignete Mittel an dem geschlossenen Ende 28 des
Gehäuses 18 befestigt
ist. Der Zünder 36 weist
ein entzündbares
Material auf (nicht gezeigt).
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Das
Gehäuse 18 weist
außerdem
eine Endkappe 38 auf, die durch jedwede geeignete Mittel, wie
beispielsweise ein Schweißung,
an dem offenen Ende 30 des Behälters 20 befestigt
ist. Die Endkappe 38 weist eine sich radial erstreckende
erste Oberfläche 40 und
eine axial zentrierte zylindrische Oberfläche 42 auf. Die zylindrische
Oberfläche 42 der
Endwand 38 hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der
Durchmesser der Innenoberfläche 32 der
Seitenwand 24, und erstreckt sich axial zwischen der ersten Oberfläche 40 der
Endkappe 38 und einer sich radial erstreckenden zweiten
Oberfläche 44 der
Endkappe 38 und verbindet diese. Die zylindrische Oberfläche 42 definiert
einen Durchlaß 31 durch
die Endkappe 38.
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Eine
Berstscheibe 46 ist an der ersten Oberfläche 40 der
Endkappe 38 durch jedwede geeignete Mittel, wie beispielsweise
eine Schweißung,
befestigt. Die Berstscheibe 46 verschließt den Durchlaß 31.
Gemeinsam verschließen
die Berstscheibe 46 und die Endkappe 38 das offene
Ende 30 der Seitenwand 40, um eine geschlossene
Kammer 48 in dem Behälter 20 zu
definieren. Die Kammer 48 wird durch die Endkappe 38,
die Berstscheibe 46 und die zylindrische Seitenwand 24 definiert.
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Ein
Gasvorrat 50 zum Aufblasen der aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12 ist
in der Kammer 48 gespeichert. Das gespeicherte Gas 50 weist
zumindest ein inertes Gas auf. Das inerte Gas ist vorzugsweise Stickstoff,
Argon oder eine Mischung von Stickstoff und Argon.
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Das
gespeicherte Gas 50 kann auch ein Oxidationsgas und ein
Brennstoffgas aufweisen. Ein bevorzugtes Oxidationsgas ist Sauerstoff.
Bevorzugte Brennstoffgase sind unter anderem Wasserstoff, Stickstoffoxid
und/oder Methan. Das gespeicherte Gas 50 kann Luft und
Wasserstoff aufweisen.
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Vorzugsweise
weist das gespeicherte Gas 50 zumindest eine kleine Menge
eines Indikatorgases auf, wie beispielsweise Helium, um zu helfen, Gaslecks
zu entdecken.
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Das
gespeicherte Gas 50 innerhalb des Behälters 48 steht unter
Druck. Der Druck hängt
ab von solchen Faktoren wie dem Volumen der aufzublasenden aufblasbaren
Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung 12, der für das Aufblasen
zur Verfügung
stehenden Zeit, dem gewünschten
Aufblasdruck und dem Volumen der das Gas speichernden Kammer 48.
Das gespeicherte Gas 50 in der Kammer 48 steht
typischerweise unter einem Druck von ungefähr 13,79 MPa bis ungefähr 55,16
MPa (2000 bis ungefähr 8000
(psi)). Vorzugsweise steht das gespeicherte Gas 50 in der
Kammer 48 unter einem Druck von ungefähr 24,13 MPa bis ungefähr 44,82
MPa (3500 psi bis ungefähr
6500 psi).
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Ein
Diffusor 52 ist mit der zweiten Oberfläche 44 der Endkappe 38 durch
jedwede geeignete Mittel, wie beispielsweise eine Schweißung, verbunden. Der
Diffusor 52 weist eine zylindrische Seitenwand 54 auf,
die koaxial mit der Seitenwand 24 des Behälters 20 und
zentriert auf der Achse 26 ist. Die Seitenwand 54 weist
eine zylindrische Innenoberfläche 56 und
eine zylindrische Außenoberfläche 58 auf.
Der Diffusor hat eine Mittelkammer 60. Die Kammer 60 steht
in Strömungsmittelverbindung
mit dem Durchlaß 31 in
der Endkappe 38.
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Gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, wie schematisch in 3 gezeigt,
wird das Gehäuse 18 der
Aufblasvorrichtung aus ersten und zweiten geglühten Stahlstücken hergestellt.
Der Stahl wird ausgewählt
aus der Gruppe, die besteht aus 301 Austenitstahl und 301N Austenitstahl.
Die Zusammensetzungen des 301 Austenitstahls und des 301N Austenitstahls
werden gesteuert.
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Der
in der vorliegenden Erfindung verwendete 301 Austenitstahl hat eine
Zusammensetzung, die gewichtsmäßig weniger
als ungefähr
0,03 % Kohlenstoff aufweist, weniger als ungefähr 2,00 % Mangan, weniger als
ungefähr
0,005 % Phosphor, weniger als ungefähr 0,030 % Schwefel, weniger
als ungefähr 1,00
% Silizium, zwischen ungefähr
16,00 % und ungefähr
18,00 % Chrom, zwischen ungefähr
6,00 % und ungefähr
8,00 % Nickel, weniger als ungefähr 0,025
% Restelemente. Der Rest der Zusammensetzung ist Eisen. Mit Restelementen
sind zusätzliche Elemente
gemeint, unter anderem Titan, Blei, Niob, Kobalt, Aluminium, Kalzium
und/oder Zinn.
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Die
mechanischen Eigenschaften des in der vorliegenden Erfindung verwendeten
301 Austenitstahls weisen eine Zugfestigkeit von zumindest ungefähr 620,53
MPa (90.000 psi) auf, eine Streckgrenze von zumindest 206,84 MPa
(30.000 psi) und eine Dehnung bei Bruch von zumindest ungefähr 30 %.
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Der
in der vorliegenden Erfindung verwendete 301N Austenitstahl hat
einen Zusammensetzung, die gewichtsmäßig weniger als ungefähr 0,03
% Kohlenstoff aufweist, weniger als ungefähr 2,00 % Mangan, weniger als
ungefähr
0,005 % Phosphor, weniger als ungefähr 0,030 % Schwefel, weniger
als ungefähr
1,00 % Silizium, weniger als ungefähr 0,30 % Stickstoff, zwischen
ungefähr
16,00 % und ungefähr 18,00
% Chrom, zwischen ungefähr
6,00 % und ungefähr
8,00 % Nickel, weniger als ungefähr
0,025 % Restelemente. Der Rest der Zusammensetzung ist Eisen. Mit
Restelementen sind zusätzliche
Elemente gemeint, unter anderem Titan, Blei, Niob, Kobalt, Aluminium,
Kalzium und/oder Zinn.
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Die
mechanischen Eigenschaften des in der vorliegenden Erfindung verwendeten
301N Austenitstahls weisen eine Zugfestigkeit von zumindest ungefähr 655 MPa
(95.000 psi) auf, eine Streckgrenze von zumindest 310,26 MPa (45.000
psi) und eine Dehnung bei Bruch von zumindest ungefähr 40 %.
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Die
ersten und zweiten Stahlstücke
werden mechanisch behandelt, um die Gehäusebestandteile zu bilden.
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Vorzugsweise
haben die ersten und zweiten Stahlstücke jedes eine Dicke von ungefähr 15,24
cm bis ungefähr
19,05 cm. Am meisten bevorzugt haben die ersten und zweiten Stahlstücke jeweils
eine Dicke von ungefähr
17,78 cm.
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Die
ersten und zweiten Stahlstücke
werden in ihrer Dicke wesentlich reduziert, indem die ersten und
zweiten Stahlstücke
heiß gewalzt
werden. Heißwalzen
weist das Führen
eines Stahlstücks,
das erhitzt wurde, durch ein Walzwerk auf. Ein Walzwerk hat typischerweise
zwei Walzen, die sich mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit und
in entgegengesetzte Richtungen um ihre entsprechenden Achsen drehen,
d.h. im und gegen den Uhrzeigersinn. Die Walzen sind so angebracht,
daß der
Abstand zwischen den Walzen etwas kleiner ist als die Dicke des Stahlstücks, das
zwischen den Walzen durchgeht. Unter diesen Bedingungen greifen
die Walzen das Stahlstück
und geben es reduziert in Dicke und erweitert in Breite und Länge aus.
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In
der vorliegenden Erfindung werden die ersten und zweiten Stahlstücke auf
eine Temperatur von ungefähr
1000 °C
bis ungefähr
1200 °C
erhitzt, und, während
sie eine Temperatur von ungefähr
1000 °C
bis ungefähr
1200 °C
haben, werden die ersten und zweiten Stahlstücke durch das Walzwerk geführt. Vorzugsweise
werden die ersten und zweiten Stahlstücke auf eine Temperatur von
ungefähr
1100 °C
erhitzt, und, während
sie eine Temperatur von ungefähr
1100 °C
haben, werden die ersten und zweiten Stahlstücke durch das Walzwerk geführt.
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Die
ersten und zweiten Stahlstücke
werden wenigstens einmal durch das Walzwerk geführt, um die Dicke der ersten
und zweiten Stahlstücke
zu reduzieren. Die ersten und zweiten Stahlstücke können in ihrer Dicke durch mehrmaliges
Durchführen
durch das Walzwerk reduziert werden, wobei jedes Durchführen die
Dicke der ersten und zweiten Stahlstücke geringfügig reduziert.
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Zwei
Stahlbleche werden als ein Ergebnis des Heißwalzens der ersten und zweiten
Stahlstücke geformt.
Die Stahlbleche haben eine Dicke, die wesentlich geringer ist als
die Dicke der ersten und zweiten Stahlstücke. Die Dicke eines jeden
Stahlblechs ist gleichförmig über die
Fläche
jedes der Stahlbleche. Eines der Stahlbleche hat vorzugsweise eine
Dicke von ungefähr
0,3937 cm bis ungefähr 0,4191
cm. Am meisten bevorzugt hat eines der Stahlbleche eine Dicke von
0,4064 cm. Das andere Stahlblech hat vorzugsweise eine Dicke von
ungefähr
0,2286 cm bis ungefähr
0,2794 cm. Mehr bevorzugt hat das andere Stahlblech eine Dicke von
ungefähr
0,254 cm.
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Nach
dem Heißwalzen
werden das eine Stahlblech und das andere Stahlblech durch ein Hochdruck-Wasserspray
abgeschreckt, um die Temperatur des einen Stahlblechs und des anderen Stahlblechs
auf Zimmertemperatur zu reduzieren, d.h. ungefähr 22 °C.
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Wenn
das eine Stahlblech und das andere Stahlblech Zimmertemperatur haben,
können
das eine Stahlblech und das andere Stahlblech in einer sauren Lösung gebeizt
werden, um Schlacken oder Oxide zu entfernen, die während des
Heißwalzens auf
der Oberfläche
des einen Stahlblechs und des anderen Stahlblechs gebildet wurden.
Geeignete Beizlösungen
können
unter anderem Schwefelsäure sein,
Phosphorsäure,
Salpetersäure,
Salzsäure
und Kombination davon.
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Das
eine Stahlblech wird dann weiter in seiner Dicke reduziert, indem
das erste Stahlblech kalt gewalzt wird auf eine erste gleichförmige Dicke über die
Fläche
des einen Stahlblechs. Das andere Stahlblech wird in seiner Dicke
re duziert, indem das andere Stahlblech kalt gewalzt wird auf eine
zweite gleichförmige
Dicke über
die Fläche
des anderen Stahlblechs. Kaltwalzen ist ähnlich dem Heißwalzen,
außer
daß das
Stahlblech nicht erhitzt ist wenn es durch das Walzwerk geht.
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Die
Stahlbleche der vorliegenden Erfindung können vor dem Kaltwalzen mit
einer öl-
oder wasserbasierten Emulsion geschmiert werden, um die Hitze zu
reduzieren, die durch Reibung erzeugt wird, wenn das Stahlblech
zwischen den Walzen hindurchgeht.
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In
der vorliegenden Erfindung werden das eine Stahlblech und das andere
Stahlblech in ihrer Dicke durch mehrmaliges Durchführen durch
das Walzwerk reduziert. Jedes Durchführen reduziert geringfügig die
Dicke eines jeden Stahlblechs bis das eine Stahlblech die erste
gleichförmige
Dicke erreicht und das andere Stahlblech die zweite gleichförmige Dicke
erreicht. Die erste Dicke ist vorzugsweise ungefähr 0,1829 cm bis ungefähr 0,2286
cm. Am meisten bevorzugt wird eine erste Dicke von 0,2032 cm. Die
zweite Dicke ist bevorzug terweise ungefähr 0,1092 cm bis ungefähr 0,1346
cm. Am meisten bevorzugt wird eine zweite Dicke von ungefähr 0,1219 cm.
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Es
ist entscheidend, daß das
eine Stahlblech in seiner Dicke während des letzten Durchführens des
einen Stahlblechs durch das Kaltwalzwerk um weniger als ungefähr 13 %
reduziert wird.
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Außerdem ist
es entscheidend, daß das
andere Stahlblech in seiner Dicke während des letzten Durchführens des
anderen Stahlblechs durch das Kaltwalzwerk um weniger als ungefähr 50 %
reduziert wird.
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Das
andere Stahlblech mit der zweiten Dicke wird dann geglüht. Vorzugsweise
wird das andere Stahlblech bei einer Temperatur von ungefähr 1050 °C für anderthalb
Minuten in einer Ofenluftatmosphäre
geglüht.
Nachdem es geglüht
worden ist, wird das andere Stahlblech mit der zweiten Dicke auf
Zimmertemperatur abgekühlt,
d.h. ungefähr
22 °C, und
in die Form des Behälters 20 tief gezogen
unter Benützung einer
mechanischen Presse. Das eine Stahlblech mit der ersten Dicke wird
durch Stanzen zu der Endkappe 38 geformt.
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Der
Behälter 20 und
die Endkappe 38 werden mit jedweden geeigneten Mitteln,
wie beispielsweise autogenes Gas-Wolfram-Bogen-Schweißen, Reibung,
Elektronenstrahlschweißen
oder Laserschweißen,
zusammengeschweißt,
um das Gehäuse 18 zu
formen. Vorzugsweise werden der Behälter und die Endkappe durch
Laserschweißen
zusammengeschweißt.
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Das
so geformte Gehäuse 18 zeigt
hervorragende mechanische Eigenschaften, unter anderem keine Spannungskorrosionsrisse
in dem geschweißten
Teil des Gehäuses 18,
der die Schweißung
und das Basismaterial der Endkappe 38 und des Behälters 20 benachbart
zu der Schweißung
einschließt. Außerdem zeigte
das Gehäuse 18 keine
Anzeichen von Wasserstoffversprödung
in dem geschweißten Teil.
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Genauer
wurde eine Probe vom C-Ring-Typ von einem geschweißten Teil
des Gehäuses 18 entnommen
und in eine 3 % NaCl gesättigte
Luftatmosphäre
gelegt. Die Probe vom C-Ring-Typ wurde bei einer Temperatur von
ungefähr
25 °C gehalten
und einer Spannung von ungefähr
1,5 V eines Ag/AgCl-Wasserstoffkathoden-Ladungsmechanismus
ausgesetzt. Eine Belastung entsprechend 100 % der tatsächlichen
Zugfestigkeit wurde einen Monat lang an die Probe vom C-Ring-Typ
angelegt.
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Eine
Analyse durch Wärmeaufnahme-Spektrometrie
und Rasterelektronenmikroskopie zeigten nach dem einmonatigen Zeitraum
keine Anzeichen für
Wasserstoffversprödung
in dem geschweißten Teil
oder dem Basismaterial, das den geschweißten Teil der Probe vom C-Ring-Typ
umgibt.
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Zudem
wurde eine Probe vom C-Ring-Typ von einem geschweißten Teil
des Gehäuses
entfernt und in eine 3 % NaCl gesättigte Luftatmosphäre bei einer
Temperatur von ungefähr
80 °C gelegt.
Eine Belastung entsprechend 100 % der tatsächlichen Zugfestigkeit wurde
einen Monat lang an die Probe vom C-Ring-Typ angelegt.
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Eine
Analyse durch Wärmeaufnahme-Spektrometrie
und Rasterelektronenmikroskopie zeigten nach dem einmonatigen Zeitraum
keine Anzeichen für
Spannungskorrosionsrisse in dem geschweißten Teil oder dem Basismaterial,
das den geschweißten Teil
der Probe vom C-Ring-Typ umgibt.
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Vorteile
der vorliegenden Erfindung sollten nun offensichtlich sein. Vorwiegend
nutzt die vorliegende Erfindung die verbesserten mechanischen Eigenschaften
eines Gehäuses 18,
das aus 301 Austenitstahl oder 301N Austenitstahl hergestellt wurde, deren
Zusammensetzung gesteuert wurde und die mechanisch behandelt wurden
mit kontrolliertem Heißwalzen
und Kaltwalzen des Stahls. Das Gehäuse 18 zeigt keine
Anzeichen von Spannungskorrosionsrissen entlang der Schweißung zwischen
den Gehäusebestandteilen.
Weiterhin gibt es keine Anzeichen für Spannungskorrosionsrisse
des zu der Schweißung
benachbarten Teiles des Gehäusebestandteile.
Außerdem
zeigen 301 Austenitstahl und 301N Austenitstahl mit der Zusammensetzung
der vorliegenden Erfindung und durch die Methode der vorliegenden
Erfindung mechanisch behandelt keine Anzeichen von Wasserstoffversprödung in
der Schweißung
oder in zu der Schweißung
benachbarten Teilen der Gehäusebestandteile.
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Aus
der obigen Beschreibung der Erfindung wird der Fachmann Verbesserungen,
Veränderungen und
Modifikationen entnehmen. Solche Verbesserungen, Veränderungen
und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen von den angefügten Ansprüchen abgedeckt
werden.