DE1218631C2

DE1218631C2 - Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkoerper, insbesondere Graphitzylinder

Info

Publication number: DE1218631C2
Application number: DE1962J0021793
Authority: DE
Inventors: Yoshio Ando; Tadato Fujimura
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1961-06-16
Filing date: 1962-05-18
Publication date: 1967-01-19
Also published as: NL246023A; DE1218631B; US3170058A; GB996859A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.:

B23k

Deutsche Kl.. 21h-30/11

Nummer: 1218 631

Aktenzeichen: J 21793 VIII d/2.1 h

Anmeldetag: 18. Mai 1962

Auslegetag: 8. Juni 196£

Ausgabetag: 19. Januar 1967

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkörper, insbesondere Graphitzylinder. ·

Graphit wird bei Atomreaktoren in reichem Maße verwendet, und zwar einmal als Moderator und zweitens zur Aufnahme der Atombrennstoffe. Graphit ist jedoch spröde, so daß Bauteile größeren Ausmaßes, wie z. B. Graphitrohre, durch welche ein Medium hindurchströmt, Brüchen ausgesetzt sind. Ein großer Körper aus Graphit muß daher, um der Bruchgefahr widerstehen zu können, verstärkt werden.

Es ist bereits bekannt, auf der Außenseite metallischer Zylinder Schweißraupen in Umfangsrichtung zu ziehen. Die Schweißarbeit muß dabei so durchgeführt werden, daß durch sie keine Verwerfungen am Werkstück infolge der Schrumpfungen der aufgegeschweißten Raupen entstehen. Diese Maßnahme erfolgte jedoch zum vorbeugenden oder nachträglichen Ausgleich von Werkstoffverschleiß und nicht um die mechanische Festigkeit eines schwächeren, andersartigen Werkstoffes zu verbessern. Bekannt ist weiter, um ein zylindrisches Stahlteil Schweißraupen aus Kupfer zu ziehen, insbesondere kupferne Führungsringe um Granaten. Hier dient die Schweißraupe aus Kupfer lediglich als verhältnismäßig weiche und gut gleitende Führungsschicht. Ferner ist auch die Schaffung von Verbundwerkstoffen durch Auftragschweißen für verschiedene Metalle bekannt. In keinem Fall soll aber die Auftragschweißung bei einem Körper aus Graphit angewendet werden, um dessen Festigkeit zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf Graphitkörper zur Vermeidung der Bruchgefahr metallische Bandagen auf einfachste Weise aufzubringen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß Schweißraupen aus reinem oder legiertem Metall um den Graphitkörper herum auf seiner Außenfläche gezogen werden.

Die Schweißraupen haften fest an dem Graphitkörper und umklammern denselben von außen her, und zwar durch die bei der Abkühlung des geschmolzenen Metalls der Schweißraupen auftretende •Schrumpfspannung, wodurch jn dem Graphitbauteil selbst Druckspannungen zustande kommen. Wenn nun in dem Inneren des Graphitbauteils eine Zugbeanspruchung eintritt, dann kann dieselbe durch die Druckbeanspruchung, welche durch die rund um den Umfang des Graphitbauteils aufgebrachte Schweißraupe erzeugt wird, ausgeglichen werden, so daß also der Bauteil vor dem Bruch bewahrt wird, d. h., Festigkeit und Stabilität des Graphitbauteils können Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkörper, insbesondere Graphitzylinder

Patentiert für:

Japan Atomic Energy Research Institute, Tokio

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Eder, Patentanwalt,

München 13, Elisabethstr. 34

Als Erfinder benannt:

Yoshio Ando, Nogata, Nakano-Ku, Tokio;

Tadato Fujimura,

Arayadai, Tokai-Mura, Naka-Gun, Ibaragi

(Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 16. Juni 1961 (21127)

durch die aufgetragene und fest an der Oberfläche haftende Schweißraupe erhöht werden.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird als Auftragsmetall eine Legierung verwendet, welche aus 5 bis 50% Nickel, 5 bis 40% Chrom,Ό bis 4% Molybdän, weniger als 2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

Es sind auch folgende Legierungen möglich: 10 bis 30% Chrom, unter 0,2 % Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen; oder 10 bis 30% Chrom, 6 bis 25% Nickel, 0 bis 4% Molybdän, weniger als 0,2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen; oder 30 bis 50% Nickel, weniger als 0,2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen.

Vorzugsweise wird das Auftragsmetall für die Schweißraupen als Draht oder Pulver am Außenumfang des Graphitkörpers angebracht und in der Atmosphäre eines inerten oder eines reduzierend wirkenden Gases, wie z. B. Argon, Helium, Kohlendioxyd oder Stickstoff, mittels eines elektrischen Lichtbogens auf eine Temperatur von 1200 bis 1600⁰C erhitzt und geschmolzen. Anstatt des elektrischen Lichtbogens kann auch eine Acetylen-Sauerstoff-Schweißflamme angewendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

609 773/340

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen zylindrischen Körpers aus Graphit mit Schweißraupe;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich der Fig. 1, jedoch ist hier die Schweißraupe in der Form einer Spirale auf dem Graphitkörper aufgebracht.

In den beiden Figuren ist mit 1 ein Graphitkörper, hier von Zylinderform, bezeichnet, und 2 ist die Schweißraupe, die nach der Erfindung zur Verstärkung des Graphitkörpers auf diesen aufgetragen worden ist.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut geeigneten Legierungen haben die nachfolgende Zusammensetzung:

Legie rung	Korro sions festigkeit	Ma gnetische Eigen schaften	Wärme beständig keit ⁰C	Zugfestigkeit bei Zimmer temperatur
5 1 2 3	gut besser besser	keine keine keine	bis 700 bis 900 bis 900	kein Bruch kein Bruch kein Bruch

Lfd.	Cr	Ni	Mo	C	0,2	Fe
Nr.	Vo	Vo	Vo	Vo	0,2
1	10 bis 30	0	0	unter	0,2	Rest
2	10 bis 30	6 bis 25	0bis4	unter	Rest
3	0	30 bis 50	0	unter	Rest

Der Grund dafür, warum gerade eine solche Zusammensetzung gewählt wird, ist der folgende:

Chrom ist ein wesentliches Element zur Aufrechterhaltung der Korrosionsfestigkeit der Legierung für die Schweißraupen. Bei einem Anteil von weniger als lO°/o liefert jedoch Chrom keinen Beitrag zu der Korrosionsfestigkeit der Legierung, während ein Zusatz von mehr als 40% Chrom keine weiteren Verbesserungen der Korrosionsfestigkeit bei hohen Temperaturen ergibt, so daß also dadurch die Gestehungskosten nur höher werden, ohne für die Praxis einen Nutzen zu liefern. Ferner ist eine Legierung von Chrom mit Eisen wesentlich für ein gutes Anhaften der Schweißraupen an dem Graphit. Man kann jedoch auch eine Legierung ohne Chromanteil verwenden, wenn man den Nickelanteil erhöht.

Der Zusatz von 6 bis 25% Nickel zu einer Chrom-Eisen-Legierung erhöht die Zug- und die Korrosionsfestigkeit bei hohen Temperaturen, jedoch hat in diesem Falle der Zusatz von mehr als 25 % Nickel keine weitere Wirkung, abgesehen von einer Erhöhung der Kosten der Legierung, während bei weniger als 6 % Nickel keine Verbesserung zu erwarten ist, da dann die Korrosionsfestigkeit bei hohen Temperaturen abnimmt. Wird an Stelle von Chrom Nickel verwendet, dann ist ein Anteilsbereich von 30 bis 50% vorzuziehen, weil bei weniger als 30% Nickel der Ausdehnungskoeffizient rasch zunimmt und das Haftvermögen geringer wird.

Der Zusatz von 0 bis 4% Molybdän zu der Cr-Ni-Fe-Legierung verbessert die Festigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendende Legierung sollte sich also im Bereich der obenerwähnten Anteilsmengen halten.

Die thermischen Eigenschaften der Auftragslegierungen sind die folgenden:

Legierung

(1) Fe-Cr

(2) Fe-Cr-

(3) Fe-Ni

-Ni-Mo

Wärmeausdehnungs-
koeffizient

10 bis 13-ΙΟ"-⁶

17 bis 20-ΙΟ-⁶

2bisl0-10-e

Schmelzpunkt ⁰C

1430 bis 1510 1370 bis 1430 1420 bis 1470

65

Beispiel

Am Außenumfang eines gezogenen Graphitrohres wurde eine Eisen-Nickel-Legierung (30 bis 50% Ni, bis 50% Fe) aufgetragen, worauf das Rohr einem hydraulischen Test unterzogen wurde, wobei der Druck von innen aus ausgeübt wurde. Es wurde festgestellt, daß das Rohr einen hydraulischen Druck aushält, welcher mehr als dreimal so hoch wie bei einem Rohr ohne Auftrag eines geschmolzenen Metalls ist.

Die erfindungsgemäß behandelten Graphitkörper können für die verschiedensten Anwendungszwecke eingesetzt werden, so z. B. für Düsen von Strahltriebwerken, wobei die Düse sehr hohe Wärmebeanspruchungen aushalten kann.

Graphitrohre großer Länge können einem Innendruck des durchströmenden Mediums widerstehen, der die für die Sicherheit zulässige Beanspruchung des Graphits wesentlich überschreitet.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkörper, insbesondere Graphitzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß Schweißraupen (2) aus reinem oder legiertem Metall um den Graphitkörper (1) herum auf seiner Außenfläche gezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmetall eine Legierung verwendet wird, welche aus 5 bis 50% Nickel, 5 bis 40% Chrom, 0 bis 4% Molybdän, unter 2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmetall eine Legierung verwendet wird, welche aus 10 bis 30% Chrom, unter 0,2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

4: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmetall eine Legierung verwendet wird, welche aus 10 bis 30% Chrom, 6 bis 25% Nickel, 0 bis 4% Molybdän, weniger als 0,2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmetall eine Legierung verwendet wird, welche aus 30 bis 50% Nickel, weniger als 0,2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragsmetall für die Schweißraupen als Draht oder Pulver am Außenumfang des Graphitkörpers angebracht und in der Atmosphäre eines inerten

5

oder eines reduzierend wirkenden Gases wie _{In Betracht Qe Druckschriften:}

j. B. Argon, Helium, Kohlendioxyd oder Stickstoff, mittels eines elektrischen Lichtbogens auf E. Sudasch, Schweißtechnik, München, 1950, eine Temperatur von 1200 bis 1600° C erhitzt S. 147; und geschmolzen wird. 5 Welding Journal, 1949, S. 52, und 1958, S.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen