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Verfahren zum dichten Verbinden zweier rohrförmiger Bauteile aus Metall
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum dichten Verbinden zweier rohrförmiger
Bauteile aus Metall, die miteinander verschraubt sind und stirnseitig einander zugekehrte
genutete Dichtungsflächen haben, zwischen denen eine Weichmetalldichtung angeordnet
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Rohrverbindung
hinsichtlich ihrer Lecksicherheit auch bei hohen Temperaturbelastungen zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß nach dem Zusammenbau
der Teile ein den Gewindeteil und die Dichtungsfläche umfassender Abschnitt von
mindestens einem der Bauteile durch Radialdruck von innen derart plastisch verformt
wird, daß nicht nur in radialer Richtung die Gewindegänge mit Rohrwerkstoff, sondern
auch in axialer Richtung die Nuten der Dichtungsflächen mit Dichtungswerkstoff unter
Preßdruck ausgefüllt werden.
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Dabei kann vorteilhaft der Radialdruck durch Walzverformung erzeugt
werden.
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Benachbart den Dichtungsflächen sind die beiden Bauteile gegen relative
Axialverschiebung festgehalten, und zwar entweder dadurch, daß die Bauteile unmittelbar
miteinander verschraubt sind, oder dadurch, daß die Bauteile über eine gemeinsame
Schraubmuffe miteinander verschraubt sind.
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Zum dichten Verbinden zweier rohrfönniger Bauteile aus Metall, die
gegen relative Axialverschiebung durch ineinandergreifende Wülste und Rollen festgehalten
sind, ist es bereits bekannt, daß nach dem Zusammenbau der Teile ein den Wulst-
und Rollenteil umfassender Abschnitt von einem der Teile durch Radialdruck von innen
derart plastisch verfonnt wird, daß ein völliges Ausfüllen der Rollen in radialer
Richtung mit Rohrwerkstoff bewirkt wird. Bei dieser bekannten Ausführungsforin ist
jedoch keine zusätzliche Abdichtung der Rohrverbindung vorgesehen. Weiterhin ist
es zum dichten Verbinden zweier rohrförmiger Bauteile aus Metall, die gegen relative
Axialverschiebung durch ineinandergreifende Wülste und Rollen festgehalten und durch
Einlage einer Weichmetalldichtung in eine der Rillen zusätzlich abgedichtet sind,
bekannt, daß nach dem Zusammenbau der Teile ein die Verbindungs- und Dichtstelle
umfassender Abschnitt von einem der rohrförmigen Teile durch Radialdruck von innen
derart plastisch verformt wird, daß ein völliges Ausfüllen der Halterille mit Rohrwerkstoff
und der Dichtungsrille mit Dichtungswerkstoff in radialer Richtung bewirkt wird.
Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Radialdruck nicht nur erwartungsgemäß
in Umfangsrichtung zum völligen Ausfüllen der Gewindegänge mit Rohrwerkstoff, sondern
auch überraschenderweise in Achsrichtung zum völligen Ausfüllen der Nuten in den
radialen Dichtungsflächen mit Dichtungswerkstoff herangezogen.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen die F i g. 1 und 2 Halblängsschnitte
von zwei Ausführungsbeispielen von Rohrverbindungen, die nach der Erfindung hergestellt
sind.
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F i g. 1 zeigt einen rohrfönnigen Bauteil in Form eines Metallrohrs
1 von kreisförmigem Querschnitt mit einem nach innen gerichteten Flansch
2, an welchem eine genutete Dichtungsfläche 3 gebildet ist, die im allgemeinen
lotrecht oder senkrecht zur Achse des Rohrs 1 ist. Ein koaxialer rohrförmiger
Bauteil in Form eines Metallrohrs 4, welches ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist, hat einen Endabschnitt 5 in dem Rohr 1, wobei eine genutete
Abdichtungsfläche 6, die an dem vorderen Ende des Rohrs 4 gebildet ist, im
allgemeinen parallel zu der Fläche 3 liegt. Die Rohre 1, 4 sind mit
einer ringfönnigen Weichmetalldichtung 7 von Plattenform angeordnet, welche
sich zwischen Dichtungsflächen 3,
6 befindet, und benachbart diesen
Flächen stehen die Rohre in unmittelbarer Schraubverbindung miteinander, wie durch
das Bezugszeichen 8 gezeigt ist. Die Dichtungsflächen 3, 6 sind ringförmig
mit konzentrischen Nuten versehen. Wenn die Rohre 1, 4 und die Dichtung
7, wie in F i g. 1 gezeigt, zusammengebaut
sind,
wird ein vorübergehender äußerer Stützring 9, der in strichpunktiertem Umriß,gezeigt
ist, um
diesen Abschnitt des Rohrs 1, welcher die Dichtungsflächen
3, 6, den Rohrendabschnitt 5 und die Schraubverbindung 8 umfaßt,
angeordnet. Eine zurückziehbare Rohrausdehnungsvorrichtung, welche mit Walzen versehen-
ist, wird in das Rohr 1 eingeführt und betätigt, um den Rohrendabschnitt
5 durch Drehen der Walzen in Druckberührung mit der Innenwand des Abschnitts
5 zu verformen. Diese Dauerverformung durch Ausdehnung hat die Funktion,
praktisch den ganzen Radialzwischenraum -an der Schraubgewindeverbindung
8 auszufüllen ' und bewirkt eine Verlängerung oder Streckung des Abschnitts
5 axial nach vorn, wie durch den Pfeil 10
angedeuteti wodurch die Dichtung
7 axial zusammengedrückt'wird, welche plastisch fließt, um praktisch die
Nuten auszufüllen und dadurch eine dichte Verbindung zwischen den Dichtungsflächen
3, 6 zu bewirken. Dadurch ergibt sich eine abgedichtete Verbindung, die eine
sehr gute Lecksicherheit hat.
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Für. die dargestellten Formen der Dichtungsflächen kann die
Weichmetalldichtung beispielsweise aus Silber, Nickel, Kupfer, Weicheisen oder Gold
hergestellt sein, während die Rohre aus relativ hartem Metall, wie beispielsweise
Stahl, bestehen können. Die Schraubverbindung 8 dient dazu, eine relative
Axialbewegung zwischen den beiden Rohren hintanzuhalten.
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F i g. 2 zeigt einen rohrförmigen Bauteil 20 mit einer genuteten
Dichtun'gsfläche 21 an der Stirnseite ähnlich der Fläche 3 von F i
g. 1. Das Rohr 20 hat zwei axial im Abstand voneinander gehaltene und einwärts
gerichtete Wülste 22, 23. Ein rohrförmiger Bauteil 24 hat stimseitig eine
genutete Dichtungsfläche 25 ähnlich der Fläche 6 von F i
g. 1 und zwei axial im Abstand voneinander gehaltene und einwärts gekehrte
Wülste 26, 27. Eine ringförmige Weichmetalldichtung 28, ähnlich der
Dichtung 7 von F i g. 1,
befindet sich zwischen den Dichtungsflächen
21, 25.
Außen um die Rohre 20, 24 (welche kreisförmigen Querschnitt haben)
herum im Bereich der Dichtungsflächen 21, 25 und der Wülste 22,
23, 26 und 27 ist eine Muffe 29 vorgesehen. Das Rohr 20 befindet
sich in Schraubverbindung mit der Muffe 29, wie durch das Bezugszeichen
30 angedeutet, während das Rohr 24 in Schraubverbindung mit der Muffe
29 steht, wie bei 31 angezeigt. Die Muffe 29 dient somit als
gemeinsamer Bauteil für beide Rohre und hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die lineare Ausdehnung von ungefähr der Hälfte zwischen demjenigen vom Material
des einen und des anderen Rohrs. Wenn die einzelnen Bauteile, wie in F i
g. 2 gezeigt, zusammengebaut werden, wird ein vorübergehender Haltering
32 außen um die Muffe 29 herum angeordnet. Unter Verwendung der Rohrausdehnungstechnik,
wie sie vorstehend beschrieben ist, werden die Wülste 22, 26 zunächst ausgedehnt,
um die Gewindegänge der Schraubverbindungen 30, 31
radial auszufüllen, und
dann werden die Wülste 23,
27 ausgedehnt, um eine axiale Druckbelastung
der Dichtung 28 zu verursachen, wie die Pfeile 33, 34 zeigen. Unter
diesen Bedingungen fließt die Dichtung 28 plastisch, um die Nuten praktisch
auszufüllen und eine dichte Verbindung zwischen den Flächen 21, 25
zu bewirken.
Eine derartige Verbindung bei einem Durchmesser von etwa 10 cm hält ein hohes
Niveau an Lecksicherheit aufrecht, wenn sie Temperaturunterschieden zwischen Umgebungstemperatur
und 400' C ausgesetzt wird.
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Die Rohrverbindung gemäß F i g. 2 findet eine ihrer Anwendungsmöglichkeiten
in einem wassergekühlten Kerureaktor, in welchem Kernbrennstoffelemente in Druckrohren
untergebracht sind, die jeweils ein Rohr aus Zirkonium oder Zirkonlegierung aufweisen,
welches mit einem Stahlrohr dicht verbunden ist. Die Muffe wirkt nicht nur einer
relativen Axialbewegung zwischen den Rohren entgegen, sondern verringert auch die
Schwierigkeit der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Rohre. Da Zirkon- oder auf
Zirkon basierende Legierungen mit Stahl nicht leicht zusammenzuschweißen sind, bietet
die Erfindung eine Lösung für das Problem, abgedichtete Verbindungen zwischen Rohren
aus diesen Materialien herzustellen.