DE1452194C

DE1452194C - Method and apparatus for Her put a pipe socket

Info

Publication number: DE1452194C
Application number: DE19641452194
Authority: DE
Inventors: Robert D Deep River Watson (Kanada)
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1963-10-25
Filing date: 1964-10-22
Publication date: 1973-08-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer mit der Außenfläche eines Rohres aus Zirkon, Zirkonlegierung, Uran, rostfreiem Stahl oder ähnlichem Metall" fest verbundenen, das Rohrende stirnseitig überragenden Anschlußmuffe aus Aluminium, durch Oxydieren der Rohraußenfläche, anschließendem Erwärmen des Rohres auf 400 bis 600° C und fortlaufendem Aufpressen von Aluminium auf das Rohr durch eine Strangpreßmatrize.The invention relates to a method for producing a zirconium tube with the outer surface, Zirconium alloy, uranium, stainless steel or similar metal "firmly connected to the end of the pipe connecting sleeve made of aluminum protruding at the front, by oxidizing the outer surface of the pipe, then The tube is heated to 400 to 600 ° C and aluminum is continuously pressed on onto the tube through an extrusion die.

In der Kernreaktortechnologie hat sich die Verwendung bestimmter Werkstoffe wie etwa von rostfreiem Stahl, Zirkon, Zirkonlegierungen und Uran wegen ihrer günstigen mechanischen, thermischen und kernphysikalischen Eigenschaften als äußerst vorteilhaft erwiesen. Diese Werkstoffe, die die für die Herstellung von Kernreaktorbauteilen erforderlichen Eigenschaften aufweisen, haben jedoch den Nachteil, daß Bauteile aus diesen Werkstoffen sich miteinander oder mit Teilen aus anderen Werkstoffen nur schwer durch Schweißen oder Löten verbinden lassen. 'In nuclear reactor technology, the use of certain materials such as stainless Steel, zirconium, zirconium alloys and uranium because of their favorable mechanical, thermal and core physical properties have proven to be extremely beneficial. These materials that are used for the Manufacture of nuclear reactor components have the properties required, but have the disadvantage that components made of these materials can only interact with one another or with parts made of other materials difficult to join by welding or soldering. '

Die Verbindungs- oder Nahtstellen an derartigen Reaktorbauteilen müssen jedoch vollständig leckdicht sein und thermischen Wechselbelastungen nahezu unbegrenzt standhalten können.The connection or seams on such reactor components must, however, be completely leak-tight and must be able to withstand alternating thermal loads can withstand indefinitely.

Durch die kanadische Patentschrift 670 910 ist bereits ein Verfahren zum Aufbringen einer mit der Oberfläche eines Uranstabes fest verbundenen Aluminiumschicht bekannt, bei welchem auf der Oberfläche des Uranstabes durch Eloxieren eine dünne Oxydschicht gebildet wird. Zum Aufbringen einer den Uranstab überziehenden Aluminiumschicht wird dieser auf eine Temperatur zwischen 400 und 600° C ' erwärmt und auf diesen durch Strangpressen die Aluminiumschicht fortlaufend aufgebracht. Diese Druckschrift gibt jedoch keine Anregung dazu, die fest mit der Staboberfläche verbundene Aluminiumschicht nur an einem bestimmten Bereich des Stabes aufzubringen und die Schicht als Anschlußstück für - ein weiteres daran anschließendes Bauteil auszubilden. The Canadian patent 670 910 already discloses a method for applying a with the Surface of a uranium rod firmly connected aluminum layer known, with which on the surface a thin oxide layer is formed by anodizing the uranium rod. To apply a The aluminum layer covering the uranium rod is heated to a temperature between 400 and 600 ° C 'is heated and the aluminum layer is continuously applied to this by extrusion. This However, the publication does not suggest the aluminum layer firmly bonded to the rod surface to be applied only to a certain area of the rod and the layer as a connection piece for - Form a further adjoining component.

Durch die britische Patentschrift 874 514 ist es bekannt, zwischen zwei zu verbindenden Rohren, von denen das eine aus Kupfer und das andere aus Aluminium besteht, ein rohrförmiges Zwischenstück anzuordnen, dessen eines Ende ebenfalls aus Kupfer und dessen anderes Ende aus Aluminium besteht. Für das Verbinden des Zwischenstückes mit den beiden Rohren wird die verhältnismäßig gute Schweiß- bzw. Lötbarkeit zweier Teile aus gleichem Werkstoff ausgenutzt. Das Zwischenstück selbst wird aus zwei vorgelochten Platinen aus den entsprechenden Werkstoffen durch Kaltfließpressen erzeugt. Durch die beim Fließpreßvorgang erfolgende Verformung der Platinen wird die innige Verbindung der beiden un-, terschiedlichen Werkstoffe erzeugt.From British patent specification 874 514 it is known between two pipes to be connected, one of which is made of copper and the other of aluminum consists of arranging a tubular intermediate piece, one end of which is also made of copper and the other end of which is made of aluminum. For connecting the intermediate piece with the two Pipes mean that two parts made of the same material can be welded or soldered relatively well exploited. The intermediate piece itself is made from two pre-punched plates made of the appropriate materials produced by cold extrusion. Due to the deformation of the The intimate connection of the two different materials is created.

Des weiteren ist durch die USA.-Patentschrift 3 042428 ein Verfahren zum Herstellen eines ähn-In addition, US Pat. No. 3,042,428 describes a method for producing a similar

ao lieh ausgebildeten Zwischenstückes bekannt, bei dem die Anschlußenden ebenfalls aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, bei dem jedoch ein Anschluß- λ · ende als Muffe ausgebildet ist. Ausgegangen wird hierbei von zwei übereinander geschobenen Rohrenao lent formed intermediate piece, in which the connection ends also consist of different materials, but in which a λ · Connection end is formed as a sleeve. This is based on two tubes pushed one on top of the other

as aus unterschiedlichen Werkstoffen, die durch einen Zieh- oder Walzvorgang durch durchmesserreduzierende Verformung miteinander verbunden werden. Anschließend wird durch spanabhebende Verformung im Bereich des einen Anschlußendes die äußere Rohrschicht und im Bereich des anderen Endes die innere Rohrschicht entfernt. Auch hierbei wird beim Zwischenstück durch ein besonderes Verfahren die Verbindung zwischen den beiden unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt und beim Verbinden der Enden des Zwischenstückes mit den Rohren die gute Schweiß- bzw. Lötbarkeit zweier gleicher Werkstoffe ausgenutzt.as made of different materials that are The drawing or rolling process can be connected to one another by means of diameter-reducing deformation. Then the outer Pipe layer and in the area of the other end the inner pipe layer removed. Here too will in the case of the intermediate piece, the connection between the two different ones is achieved through a special process Materials produced and when connecting the ends of the intermediate piece with the pipes good weldability and solderability of two identical materials are used.

Bei beiden Verfahren ist jedoch ein gesondertes Zwischenstück erforderlich, das zudem zur Erzeugung einer festen Verbindung zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen eine erhebliche Verformung von den Ausgangsstücken bis zum Zwischenstück erfährt. Außerdem müssen die beiden Werkstoffe ausreichend gute Schweiß- bzw. Lötbarkeit ( aufweisen, weil sonst Fehler an den Verbindungs- bzw. Nahtstellen zwischen den Enden des Zwischenstückes und den daran anschließenden Rohren auftreten. !
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Anschlußmuffe an einem aus Zirkon, Zirkonlegierung, Uran, rostfreiem Stahl oder ähnlichem Metall bestehenden rohrförmigen Bauteil zu schaffen, das keine wesentliche span- lose Verformung des Bauteiles erfordert, und bei dem Schweiß- oder Lötarbeiten an dem eigentlichen Reaktorbauteil entfallen.In both methods, however, a separate intermediate piece is required, which also undergoes considerable deformation from the starting pieces to the intermediate piece in order to create a firm connection between the different materials. In addition, the two materials must have sufficiently good weldability or solderability (because otherwise defects will occur at the connection or seams between the ends of the intermediate piece and the pipes connected to it.!
The invention is based on the object of creating a method for producing a connecting sleeve on a tubular component made of zirconium, zirconium alloy, uranium, stainless steel or similar metal, which does not require any substantial non-cutting deformation of the component, and in which welding or Soldering work on the actual reactor component is no longer necessary.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß unter ständigem Drehen des Rohres das Aluminium in der vollen Muffenlänge radial auf das Rohr aufgepreßt wird und anschließend in bekannter Weise ein Teil des Rohres innerhalb der Muffe entfernt wird.To solve this problem, the invention provides that with constant turning of the tube Aluminum is pressed radially onto the pipe in the full length of the socket and then in a known manner Way part of the pipe inside the socket is removed.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Herstellung eines gesonderten Zwischenstückes entfällt und daß die Anschlußmuffe in ihrer endgültigen Länge erzeugt werden kann.This method has the advantage that the production of a separate intermediate piece is unnecessary and that the connecting sleeve can be produced in its final length.

Zur Durchführung des erfinduhgsgemäßen Verfahrens zeichnet sich eine Einrichtung für das EinleitenTo carry out the method according to the invention, a device for the introduction is distinguished

des Aufpreßvorganges vorzugsweise dadurch aus, daß zwischen der Strangpreßmatrize und dem Rohr ein mit dem Rohr mitdrehbarer Blechstreifen angeordnet ist, der einen entgegen der Bewegungsrichtung sich V-förmig erweiternden Ausschnitt aufweist.of the pressing process preferably in that between the extrusion die and the tube a sheet metal strip that can rotate with the tube is arranged, one opposite to the direction of movement has a V-shaped widening cutout.

In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. ,In the drawings, the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. ,

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Strangpreßvorrichtung samt Drehvorrichtung für das Rohr während des Aufbringens der Aluminiumschicht;Fig. 1 shows a cross section through the extrusion device including the rotating device for the pipe during the application of the aluminum layer;

Fig.2 und3 zeigen die Ausbildung des zwischen dem Rohr und der Strangpreßmatrize angeordneten V-förmigen Blechstreifens und die herausgepreßte Aluminiumschicht bei Preßbeginn;Fig.2 and 3 show the formation of the between the tube and the extrusion die arranged V-shaped sheet metal strip and the pressed out Aluminum layer at the start of pressing;

F i g. 4 und 5 zeigen Anschlußmuffen für verschiedene Rohranschlüsse.F i g. 4 and 5 show connecting sleeves for various pipe connections.

Fig. 1 zeigt ein Metallrohr 1, das auf.einem Spanndorn 2 angeordnet ist. Dieser wird von einer Welle 8 getragen, die zweckmäßigerweise in Lagern in einem Rahmen sitzt. Mit der Welle sind Antriebsmittel (nicht dargestellt) verbunden, die den Spanndorn drehen. Der Spanndorn ist unterhalb der öffnung einer Strangpreßmatrize 6 angeordnet. Ein Aluminiumbarren 4 wird in den Aufnehmer 3 einge-, bracht und mittels eines Kolbens 5 aus der Matrize 6 herausgepreßt. Die Strangpreßvorrichtung und ihre Arbeitsweise sind von herkömmlicher Natur und werden deshalb nur schematisch dargestellt.1 shows a metal tube 1 which is arranged on a clamping mandrel 2. This is from a Shaft 8 carried, which is conveniently seated in bearings in a frame. With the shaft are drive means (not shown) connected, which rotate the mandrel. The mandrel is below the opening an extrusion die 6 arranged. An aluminum ingot 4 is inserted into the transducer 3, brought and pressed out of the die 6 by means of a piston 5. The extruder and its The working methods are of a conventional nature and are therefore only shown schematically.

Das Metallrohr!., das aus Zirkon, einer Zirkonlegierung, rostfreiem Stahl, Uran oder einem anderen, mit Hilfe der normalen Schweiß- oder Löttechnik nur schwer zu verbindenden Metall bestehen kann, wird zunächst durch Säubern und danach durch Erhitzen an der Luft zur Ausbildung einer dünnen Oxydschicht auf dem Metall vorbehandelt. Das Rohr wird auf den Spanndorn gebracht, der sich unter der öffnung der Matrize 6 befindet. Die öffnung (in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt) hat vorzugsweise rechteckigen Austrittsquerschnitt. In der Praxis werden gute Ergebnisse dann erzielt, wenn Rohrachse und Längsachse der Matrize aufeinander senkrecht standen.The metal tube!., Which can be made of zirconium, a zirconium alloy, stainless steel, uranium or another metal that is difficult to connect with the help of normal welding or soldering technology, is firstly cleaned and then heated in air to form a pre-treated with a thin oxide layer on the metal. The pipe is brought onto the mandrel, which is located under the opening of the die 6 . The opening (shown in cross section in FIG. 1) preferably has a rectangular exit cross section. In practice, good results are achieved when the tube axis and the longitudinal axis of the die are perpendicular to one another.

Beim Betrieb der Vorrichtung ist der Aufnehmer mit einem Aluminiumbarren geladen. Die ganze Anordnung wird auf etwa 500° C erhitzt. Das Rohr 1 wird auf den Spanndorn 2 gesetzt und in einem elektrischen Ofen auf eine Temperatur im Bereich zwischen 400 und 600° C erhitzt. Das Rohr auf seinem Dorn wird dann unterhalb der Düsenöffnung angebracht -—und zwar so, daß Rohrachse und Matrizenlängsachse senkrecht aufeinander stehen. Über den Preßstempel wird auf das Aluminium Druck aufgebracht; Dorn und Rohr werden langsam (annähernd 1,5 UpM) gedreht, sobald das Aluminium am Ausgang der Düsenöffnung erscheint. Ein Strang Aluminium wird auf das Rohr ausgepreßt und bildet darauf eine Schicht Das Rohr wird so lange gedreht, bis das auf dem Rohr aufgebaute Aluminium die gewünschte Dicke hat.In operation of the device, the transducer is loaded with an aluminum ingot. The whole arrangement is heated to around 500 ° C. The tube 1 is placed on the mandrel 2 and in an electrical Oven heated to a temperature in the range between 400 and 600 ° C. The pipe on his The mandrel is then attached below the nozzle opening - in such a way that the pipe axis and the longitudinal axis of the die are perpendicular to one another. Over the ram is applied to the aluminum print; The mandrel and tube are slowly (approximately 1.5 rpm) as soon as the aluminum appears at the exit of the nozzle opening. One strand Aluminum is pressed onto the pipe and forms a layer on it The pipe is rotated until until the aluminum built on the tube has the desired thickness.

Eine Schwierigkeit, die bei der Verwendung des oben beschriebenen Strangpreßverfahrens auftrat, war die geringe Güte des Verbundes zwischen Aluminium und Rohr im Bereich des ersten Kontaktes und darum herum. Diese Schwierigkeit wurde durch die Verwendung eines Blechbandes 11 mit einem V-förmigen Ausschnitt 14 (in Fig.2 gestrichelt dargestellt) beseitigt. Dieses Blechband wird vor dem Herauspressen des Aluminiums zwischen Rohr- und Matrizenöffnung gebracht. Beim Beginn des Strangpressens bleibt das Aluminium an dem Blechband haften, das senkrecht dazu mit annähernd derselben Geschwindigkeit wie der Rohrumfang bewegt wird. Sobald der V-förmige Ausschnitt 14 unter der Matrize vorbeiläuft, beginnt das Aluminium auf dem nun freiliegenden Metall des Rohres 10 zu haften. IstOne difficulty encountered using the extrusion molding process described above was the poor quality of the bond between aluminum and tube in the area of the first contact and around it. This difficulty was through the use of a sheet metal strip 11 with a V-shaped cutout 14 (shown in dashed lines in Figure 2) eliminated. This sheet metal strip is before Pressing out the aluminum brought between the tube and die opening. At the start of extrusion the aluminum sticks to the sheet metal strip, the perpendicular to it with approximately the same Speed at which the pipe circumference is moved. As soon as the V-shaped cutout 14 is under the die passes, the aluminum begins to adhere to the now exposed metal of the tube 10. is

ίο das Blechband mit seiner vollen Länge unter der Matrizenmündung vorbeigelaufen, wird es beseitigt, indem man es von dem der Kerbe 14,-gegenüberliegenden Ende her anhebt. Auf diese Weise verbleibt für das Aluminium ein dreieckiges Vorderende 12 (s.ίο the sheet metal strip with its full length under the die mouth passed, it is eliminated by removing it from the one opposite the notch 14, - Lifts up at the end. This leaves a triangular front end 12 for the aluminum (see Fig.

Fig. 3). Dreht sich das Rohr so weit, bis dieses Vorderende 12 unter der Matrize vorbeiläuft, so umschließt und umhüllt die herausgepreßte Aluminiumschicht 13 bereitwillig dieses Vorderende und bildet eine glatte Überlappung ohne Unterbrechung des Verbundes mit dem Metallrohr.Fig. 3). The pipe rotates until this front end 12 passes under the die, enclosing and enveloping the extruded aluminum layer 13 willingly this front end and forms a smooth overlap without interrupting the Composite with the metal pipe.

Die Drehung des Rohres erfolgt so lange, bis die gewünschte Aluminiumschichtdicke auf das Rohr aufgebracht ist (beispielsweise 4 Umdrehungen für einen etwa 3 mm dicken Überzug). Danach hält man die Drehbewegung an und nimmt den Kolbendruck weg. Der Spanndorn und das Rohr werden abgesenkt, und der Kolbendruck wird neuerlich aufgebracht, bis das Rohr wenigstens ungefähr 6 mm von der Matrizenöffnung abgesenkt ist. Das Verbindungsstück zwischen Rohr und Matrize kann auf konventionelle Weise mit einem Meißel kalt unterbrochen werden. Rohr und umhüllende Aluminiumschicht können jetzt abkühlen.The tube is rotated until the desired aluminum layer thickness is on the tube is applied (e.g. 4 turns for an approximately 3 mm thick coating). Then you hold the rotary movement and removes the piston pressure. The mandrel and the pipe are lowered, and the piston pressure is reapplied until the tube is at least about 6 mm from the die opening is lowered. The connector between pipe and die can be interrupted in the conventional way with a cold chisel will. The pipe and the surrounding aluminum layer can now cool down.

Es wurde festgestellt, daß der Verbund zwischen dem Aluminium und der oxydierten Metalloberfläche des rotierenden Metallrohres nicht immer so gut war, wie dies erforderlich ist. Es wurde angenommen, daß dieser schwache Verbund durch eine Oxydschicht hervorgerufen wurde, die sich auf der Aluminiumoberfläche während des Zeitraums vom Verlassen der Matrizenöffnung bis zum Auflegen auf dem Rohr bildet. Dieses Problem wurde beseitigt, indem die Matrizenöffnung relativ zum Metallrohr räumlich so eingerichtet wurde, daß sich eine Aufhäufung von Aluminium in der Umgebung des aus der öffnung ausströmenden Aluminiums oder — in bezug auf die sich bewegende Rohroberfläche — vor der öffnung der Matrize bildet. Diese Aluminiumaufstauung (in F i g. 1 bei 9 dargestellt) bildet ein stehendes Bad bzw. eine stillstehende Schicht und schirmt die herausgedrückte, sich bewegende Aluminiumschicht gegen die Atmosphäre und die oxydierenden Auswirkungen der Luft ab. Die Fig.4 zeigt die Weiterbehandlung des mit einer Aluminiumschicht 23 versehenen Rohres 21. Von dem Metallrohr 21, auf das die Aluminiumschicht 23 aufgelegt wurde, wird der (gestrichelt dargestellte) Endabschnitt 22 abgeschnitten. Zurück bleibt das Rohr mit einem darüber hinausragenden Aluminiumkragen. Dieser Kragen oder Ring der entsprechend F i g. 5 auch aufgebördelt sein kann, kann ohne Schwierigkeiten bei der Montage an ein Aluminiumrohr 24 oder an ein anderes, ebenfalls gemäß obiger Schilderung vorbehandeltes Metallrohr mit Aluminium-Übergangsabschnitt angeschweißt werden. It was found that the bond between the aluminum and the oxidized metal surface rotating metal pipe was not always as good as required. It was assumed, that this weak bond was caused by an oxide layer on the Aluminum surface during the period from leaving the die opening until it is placed on forms the pipe. This problem was eliminated by making the die opening relative to the metal tube The space has been set up in such a way that there is a build-up of aluminum in the vicinity of the the opening of the outflowing aluminum or - in with respect to the moving pipe surface - forms in front of the opening of the die. This aluminum impoundment (shown in FIG. 1 at 9) forms a stationary bath or a stationary layer and the pushed out, moving aluminum layer shields against the atmosphere and the oxidizing ones Effects of the air. 4 shows the further treatment of the with an aluminum layer 23 provided tube 21. From the metal tube 21, on which the aluminum layer 23 was placed, the end section 22 (shown in dashed lines) is cut off. Back the tube remains with a protruding aluminum collar. This collar or ring of the appropriately F i g. 5 can also be flared, without any difficulties when mounting on an aluminum tube 24 or to another metal pipe that has also been pretreated as described above Aluminum transition section can be welded on.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for producing a with the outer surface of a tube made of zirconium, zirconium alloy, Uranium, stainless steel or similar metal firmly connected, the end of the tube at the front outstanding connection sleeve made of aluminum, by oxidizing the outer surface of the pipe, then The tube is heated to 400 to 600 ° C and aluminum is continuously pressed on onto the tube through an extrusion die, characterized in that the tube (1, 21) rotates continuously Aluminum is pressed radially onto the pipe (1, 21) over the full length of the socket and then a part of the pipe (1, 21) within the sleeve (23) is removed in a known manner.

2. Device for initiating the pressing process according to claim 1, characterized in that that between the extrusion die (6) and the tube (1, 21) with the tube (1, 21) co-rotatable sheet metal strip (11) is arranged, the one opposite to the direction of movement Has a V-shaped widening cutout (14).