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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum erstellen von Verbundrohren
aus kaltverformbaren Metallen, die ohne Verwendung einer Zwischenschicht miteinander
metallurgisch verbindbar sind, bei dem die Rohre ineinandergesteckt und mindestens
einem Kaltziehvorgang unterworfen werden.
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Es ist bekannt Lagerbuchsen dadurch herzustellen, daß ein aus einem
Lagermetall wie Bronze oder Messing bestehendes Rohr mit einem Stahlrohr ummantelt
wird, indem die beiden Rohre ineinandergesteckt und einem Kaltziehvorgang unterworfen
werden, bei dem die Rohre fest aufeinandergepreßt werden (USA.-Patentschrift
1839 964). Von solchen Rohren werden dann die als Lagerbuchsen benötigten
Stücke abgeschnitten. Bei diesen bekannten Lagerbuchsen ist es völlig ausreichend,
wenn die beiden Rohre nach Art eines festen Preßsitzes fest ineinanderstecken, weil
sie keinen Beanspruchungen ausgesetzt sind, insbesondere keinen hohen Temperaturschwankungen,
die eine metallurgische Verbindung wünschenswert erscheinen lassen. Tatsächlich
wird mit dem bekannten Verfahren eine metallurgische Verbindung auch keineswegs
erzielt. Es wird nämlich bei diesem Verfahren auch von gewickelten Rohren Gebrauch
gemacht, und es wird dann, wenn das äußere Stahlrohr eine Naht aufweist, diese Naht
an der Innenseite des Rohres angebracht, damit sie in das weichere Innenrohr eingreift
und dadurch ein Verdrehen der Rohre gegeneinander verhindert. Hieraus geht hervor,
daß bei Anwendung sehr großer Kräfte noch eine Relativbewegung zwischen den ineinandergesteckten
und fest aufeinandergepreßten Rohren möglich ist, die aber in vielen Fällen zu erheblichen
Störungen führen könnte.
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Es ist weiterhin bekannt, bei der Herstellung von Double-Draht einen
Kern aus Silber, Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einem Edelmetallblech zu
umhüllen und die beiden Metalle miteinander zu verschweißen, indem der Kern mit
seiner Hülle in einer Eisen- oder Stahlbüchse auf Löttemperatur und unter einen
allseitig wirkenden Druck gebracht wird (deutsche Patentschrift 163 294).
Damit der zum Schweißen erforderliche Druck beim Erwärmen erreicht wird, wird die
Büchse, in der der Kern mit der Edelmetall-Umhüllung eingeschlossen ist, vor dem
Erwärmen durch einen Ziehring gezogen. Eine derartige Maßnahme ist bei der Herstellung
von Rohren größeren Durchmessers und größerer Länge nicht anwendbar, denn es ist
praktisch unmöglich, ein solches Rohr in eine Büchse einzuschließen, zusammen mit
dieser Büchse durch einen Ziehring zu ziehen und danach, ebenfalls zusammen mit
dieser Büchse, bis auf die Schweißtemperatur zu erwärmen.
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Soweit bisher Verbundrohre bekannt sind, bei denen die ineinandergesteckten
Rohre miteinander metallurgisch verbunden sind, wurde von einer Zwischenschicht
aus einem weichen Bindemetall wie Silber, einem Lot od. dgl. Gebrauch gemacht. Eine
Lotschicht führt jedoch ebenfalls nicht zu der angestrebten Festigkeit des Verbundrohres,
denn es sind die Lötstellen wesentlich weniger wärmebeständig als die miteinander
verbundenen Metalle selbst, so daß solche Verbundrohre eine geringere Wärmebeständigkeit
aufweisen als die Metalle, aus denen die miteinander verbundenen Rohre bestehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten
Verbundrohre zu vermeiden und ein Verfahren zum Herstellen von Verbundrohren zu
schaffen, das zu außerordentlich festen Verbindungen zwischen den zusammengefügten
Rohren führt. Zugleich soll das erfindungsgemäße Verfahren einfach durchführbar
sein und relativ geringe Kosten verursachen.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die ineinandergesteckten,
fest aufeinandersitzenden Rohre abwechselnd mehreren Kaltziehvorgängen und Glühvorgängen
unterworfen werden, wobei zum Schluß ein Glühvorgang erfolgt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine echte metallurgische
Verbindung zwischen den ineinandergesteckten Rohren erzeugt, indem diese Rohre aufeinanderfolgenden
üblichen Kaltbearbeitungsvorgängen und Glühvorgängen unterworfen werden, die mit
üblichen Vorrichtungen ausgeführt werden können. Das Verbundrohr wird nicht im heißen
Zustand bearbeitet, beispielsweise heiß gezogen, und auch nicht auf Temperaturen
erwärmt, die ausreichend sind, um das Metall eines der Rohre zum Schmelzen zu bringen,
wie es bei bekannten Verfahren der Fall ist, die von einer Hartlötung oder Schmelzschweißung
der Komponenten eines Verbundrohres Gebrauch machen. Hierdurch wird eine wesentliche
Vereinfachung der bekannten Verfahren und gleichzeitig eine sehr hohe Qualität des
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundrohres erzielt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu benutzt werden, Verbundrohre
mit jeder Kombination von Metallen herzustellen, die kaltverformbar sind und die
eine metallurgische Bindung mit dem anderen, angrenzenden Metall des Verbundrohres
eingehen. So können beispielsweise Stahl, rostfreier Stahl und andere geschmeidige
Eisenlegierungen, Kupfer, Messing, Kupfer-Nickel und andere geschmeidige Kupferlegierungen,
Nickellegierungen, Zinnlegierungen, Titan und Titanlegierungen und sonstige Metalle
und Metallegierungen dazu benutzt werden, um Verbundrohre nach der Erfindung herzustellen.
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Außer den üblichen zweischichtigen Verbundrohren können nach der Erfindung
auch Verbundrohre mit drei oder mehr Metallschichten hergestellt werden. So können
drei voneinander getrennte konzentrische Komponenten ineinandergefügt und dann in
der gleichen Weise behandelt werden wie ein aus zwei Komponenten bestehendes Verbundrohr.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die nach dem ersten
Kaltziehvorgang fest aufeinandersitzenden Rohre vor einem Glühvorgang weiteren Kaltziehvorgängen
unterworfen werden, bei denen ihre Querschnittsfläche um wenigstens etwa
50 % vermindert wird. Die Verminderung der Querschnittsfläche kann
dabei bis zur Grenze der Kaltstreckfähigkeit der Metalle erfolgen, aus denen die
Rohre bestehen.
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Bei typischen Verfahren nach der Erfindung wird die Verbundstruktur,
die durch einen ersten Kaltziehvorgang gewonnen worden ist, weiteren Kaltzieh-oder
Kaltstreckvorgängen unterworfen, die mit einer üblichen Rohrziehvorrichtung ausgeführt
werden können. Bei jedem Ziehvorgang beträgt die Querschnittsverminderung des Metalls
etwa 10 bis 30 %. Durch aufeinanderfolgendes Kaltziehen kann eine
Gesamtverminderung des Querschnittes von 50 11/o erzielt werden, ehe die
Grenze der Kaltstreckfähigkeit erreicht ist und die Verbundstruktur ein erstesmal
geglüht werden muß. Zu diesem Zweck wird die
Verbundstruktur vorzugsweise
auf die Weichglühtemperatur des Metalls erwärmt, das die höchste Weichglühtemperatur
aufweist, und auf dieser Temperatur so lange gehalten, bis die Rohre völlig entspannt
sind. Anschließend wird die kaltgezogene und geglühte Struktur einem zweiten Kaltstreckvorgang
unterworfen, der wiederum nur durch die Kaltstreckfähigkeit der Werkstoffe begrenzt
ist. Danach wird die kaltgezogene Verbundstruktur erneut in der beschriebenen Weise
geglüht. Nach Beendigung des zweiten Glühvorganges besteht eine metallurgische oder
intermetallische Verbinduno, von erheblicher Festigkeit zwischen den Berührungsflächen
der Rohrkomponenten des Verbundrohres. Danach kann der Durchmesser des Verbundrohres
durch weitere Kaltziehvorgänge und Glühvorgänge auf das gewünschte .Maß vermindert
werden. Auf diese Weise wird ein Verbundrohr erzielt, das eine metallurgische Verbindung
großer Festigkeit auf der gesamten Ober-3äche aufweist, auf der die ineinandergesteckten
Rohre miteinander in Berührung gebracht werden.
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Anschließend wird die Erfindung an Hand eines Beispieles näher erläutert,
bei dem nach dem eriindungsgemäßen Verfahren Rohre aus einer rost-#reien Stahllegierung
mit Rohren, die aus einer 90 % Kupfer und 10 D/o Nickel enthaltenden
Legierung be-;tanden, zu Verbundrohren vereinigt wurden. Die 3tahlrohre hatten einen
Außendruchmesser von 38,10 mm und eine Wandstärke von 1,64 mm, wäh--end die
Kupfer-Nickel-Rohre einen Außendurch-.nesser von 33,78 mm und eine Wandstärke
von 3,81 mm aufweisen. Die Oberflächen aller Rohre vurden gereinigt und entfettet.
Außerdem wurden lie Außenflächen der Stahlrohre mit einer Kupferzhicht versehen,
die als Schmiermittel während der 7-iehvorgänge dienen und eine Oxydation des Stahles
vährend des Glühens verhindern sollte.
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Die Rohre aus rostfreiem Stahl wurden über die Jupfer-Nickel-Rohre
geschoben, und es wurde dann ede dieser Verbundstrukturen durch eine kernfreie 5ehform
gezogen. Durch diesen Vorgang wurde der nnendurchmesser des Innenrohres um etwa
1,2 mm
,ermindert und zugleich das Rohr aus rostfreiem ;tahl fest auf das
in seinem Inneren angeordnete Z-upfer-Nickel-Rohr aufgepreßt. Die aus jeweils zwei
est aufeinandersitzenden Rohren bestehenden Ver-)undstrukturen wurden dann so weiterbehandelt,
als hb es sich um ein aus einer einzigen Komponente bestehendes Rohr handeln würde.
Diese Verbundtrukturen wurden durch übliche Ziehvorrichtungen ür Rohre hindurchgezogen,
und es wurde in jeder 'iehstufe die größtmögliche Querschnittsvermindeung angestrebt.
Bei jedem Durchgang durch ein ,iehwerkzeug betrug die Querschnittsflächenverminerung
25 bis 30 %. Weiterhin wurde auch vor jedem ilühen die größtmögliche
Gesamtreduktion der #uerschnittsfläche angestrebt, nämlich eine Gesamt-2duktion
von 50 bis 55 %. Jedes der kaltgezogenen lerbundrohre wurde dann auf
die Weichglüh-,mperatur des rostfreien Stahles erwärmt, die höher #t als diejenige
der Kupfer-Nickel-Legierung und twa 1035 bis 1065' C beträgt. Die
Verbundrohre ,urden auf dieser Temperatur während einer Zeit ehalten, die benötigt
wird, um ein nur aus rost-..eiem Stahl bestehendes Rohr der Abmessungen ,eich zu
glühen, das die gleichen Abmessungen wie as Verbundrohr hat.
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Die Rohre wurden dann auf zwei Endgrößen gezogen, nämlich auf einen
Außendurchmesser von 15,88 mm bei einer Wandstärke von 2,52 mm und
einen Außendurchmesser von 22,22 mm bei einer Wandstärke von 0 ' 99 mm. Die
Stärke der Lage aus rostfreiem Stahl betrug bei dem ersten Verbundrohr
0,38 mm und bei dem zweiten 0,28 mm. Das Flächenverhältnis
der rostfreien Stahlschicht zur Kupfer-Nickel-Schicht beträgt im ersten Fall
3,3: 1 und im zweiten Fall 3,5: 1, während das Verhältnis beim Ausgangsmaterial
3,3 : 1 betrug.
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Nach der ersten Serie von Kaltziehvorgängen war zwischen den jeweils
ineinandergesteckten beiden Rohren noch keine Bindung vorhanden. Nach dem ersten
Ausglühen konnte eine sehr schwache metallurgische Bindung-beobachtet werden, die
während des Kaltziehens nach diesem Glühen aufrechterhalten blieb. Nach dem zweiten
Glühen wurde eine beträchtliche metallurgische Bindung beobachtet. Die Festigkeit
der Verbindung betrug etwa 18 bis 50 kg/cm2. Die Festigkeit der Verbindung
wurde durch das Kaltziehen nach dem zweiten Glühen zwar etwas vermindert, jedoch
erreichten die Verbindungen nach dem dritten Glühen ihre vorhergehende Festigkeit
oder überschritten sogar die nach dem zweiten Glühen erreichte Festigkeit, so daß
die Komponenten nicht mehr für Prüfzwecke voneinander getrennt werden konnten. Auch
nach dem letzten Kaltziehen und Glühen konnte keine der Verbindungen mehr zu Prüftwecken
gelöst werden. Ein Biegen eines Rohrabschnittes bis zum Bruch zeigte einen gleichmäßigen
Bruch ohne eine Trennung der beiden Komponenten.