DE1527250B2 - Verfahren zum flaechigen verbinden zweier koerper aus unterschiedlichen metallen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum flächigen Verbinden zweier Körper aus unterschiedlichen Metallen durch Druck, insbesondere zur festhaftenden Vereinigung von Rohren ineinander, bei welchem einer der beiden Körper an der dem ande'ren Körper zugewandten Fläche mit einer die Bildung intermetallischer Diffusionsverbindungen zwischen den beiden Metallen verhindernden aus der Verbindung __ eines Metalls mit einem Nichtmetall bestehender?^ Trennschicht· versehen und die Oberfläche des anderen Körpers vor dem Verbinden gereinigt wird.

Zur Vermeidung spröder intermetallischer Zonen zwischen zwei zu verbindenden Metallen ist es aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt, einen der Metallkörper mit einer Beschichtung aus einem dritten Metall zu versehen, das nicht die Neigung hat, mit einem der beiden anderen Metalle Diffusionsverbindungen einzugehen. Auf diese Weise wird verhindert, daß Diffusionszonen, die spröde sind und schlechte mechanische Eigenschaften haben, die Außenplattierüng durchsetzen. Es ist auch bekannt, hierzu als Zwischenschicht ein Metallkarbid zu verwenden.

Weiterhin ist es bekannt, beim Kaltpreßschweißen von Aluminiumteilen zwischen die beiden Aluminiumteile eine spröde Zwischenschicht einzubringen, die aus Aluminiumoxyd bestehen kann. Während des Kaltpreßschweißens soll diese Zwischenschicht jedoch zertrümmert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das bekannte Verfahren zum flächigen Verbinden zweier Körper unter Vermeidung spröder intermetallischer Diffusionsverbindungen im Hinblick auf eine Vereinfachung der Herstellung der Zwischenschicht und auf deren Beschaffenheit zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Trennschicht eine Metalloxydschicht durch Oxydation der Oberfläche des die Trennschicht tragenden Körpers gebildet wird und die Körper durch eine Explosion gegeneinander gesprengt werden.

Es ist bekannt, zwei ineinanderliegende Rohre durch Zünden einer im Innenrohr angeordneten Sprengladung miteinander zu verbinden, um beispielsweise ein Stahlrohr mit einer korrosionsfesten Auskleidung aus Titan oder einem anderen widerstandsfähigem Material zu versehen. Als Druckübertragungsmedium kann dabei Wasser oder eine andere Flüssigkeit eingesetzt werden, um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung und damit homogene Verbindungszonen zu erhalten.

Auch ist es vom Sprengplattieren her bekannt, mehrere Metallschichten durch Abstandhalter voneinander zu trennen und das Sprengmittel auf der obersten Schicht anzuordnen. Durch die Explosion werden sämtliche Platten gleichzeitig miteinander verbunden, so daß ein mehrschichtiges Verbündmaterial entsteht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird einer der beiden Körper mit einer diffusionssperrenden Oxydschicht versehen, die auch während der Explosionsverformung geschlossen erhalten bleibt. Sollten sich nach dem Reinigen des anderen Körpers auf diesem bereits wieder oxydierte Stellen gebildet haben, so werden diese durch die Explosion abgesprengt oder - wenigstens zerstört. Die zusammenhängende Oxydschicht des ersten Körpers bleibt jedoch erhalten und bildet in dem fertigen Verbindmaterial eine geschlossene Trennschicht zwischen den beiden Materialien.

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt ohne eine zusätzliche Beschichtung aus einem dritten Metall aus und ist in der Anwendung außerordentlich einfach.

Die beiden Metallkörper werden unmittelbar nebeneinander angeordnet, so daß ihre Verbindungsflächen sich nahe beieinander befinden, wobei der mit der Trennschicht ausgerüstete Metallkörper so gelagert werden kann, daß zur Verbindung auf ihn ausgeübte Druckkräfte vermindert werden, wie dies in der Zeichnung zur Verbindung zweier konzentrischer Rohre miteinander dargestellt ist.

Der Raum zwischen den Metallteilen wird zweckmäßig evakuiert, weil nämlich

a) zwischen den Metallkörpern eingeschlossene Luft bei Druckanwendung Hitze erzeugt, welche die Bildung von Strukturänderungen begünstigt* weil

b) durch die Kompression der Luft ein beträchtlicher Energieverlust eintritt, weil

c) die Luft eine innige Verbindung des in die Trennschicht einfließenden Metallkörpers behindert und weil

d) Luft auch während der Verbindung zur Entstehung eines schädlichen Oxydfilmes auf dem eindringenden Metallkörper führen könnte.

Die Energiequelle wird zweckmäßig, im Abstand von den zu verbindenden Metallkörpern so verteilt angeordnet, daß im gleichen Zeitpunkt auch eine gleichförmige Stoßwelle die zu verformende Metallfläche erreicht, keine reflektierten Wellen sich mit der Stoßwelle kreuzen und 6ine Verminderung Umformungsenergie hervorrufen können.

Die »saubere«; Verbiiidüngsöberfläche des weniger harten Metallkörpers wird also gegebenenfalls durch zwei Reinigungsvorgänge erzielt. Zuerst wird die übliche grobe Entfernung von Oxyden und Verunreinigungen durch Bürsten, Entfetten und ähnliche Mittel vorgenommen. Der zweite Reinigungsvorgang besteht darin, daß dann während des Umformungsprezesses hinreichend große Druckkräfte

den sich unvermeidbar neu bildenden Oxydfilm aufbrechen, der auf einer Oberfläche nach der normalen Reinigung und während der Verzögerung entsteht, die notwendigerweise eintritt, wenn der vorgereinigte Metallkörper zur Durchführung des Verfahrens dem anderen Metallkörper mit der 'erfindungsgemäßen Trennschicht genähert wird. Wegen der hohen Umformungsgeschwindigkeit können dann beim Verbinden der beiden Metallkörper keine weiteren Oxydbildungen entstehen, wenn die neu gebildete Oxydschicht unter Freilegung des unoxydierten Metalls aufbricht und dieses Metall tatsächlich in die Trennschicht des anderen Metalls hineinfließt.

Gegenstände, insbesondere Rohre aus ganz verschiedenen Metallen, können mit dem vorgeschlagenen Verfahren fest haftend und diffusionsfrei miteinander verbunden werden. Daher erlaubt das Verfahren insbesondere die Verbindung Aluminium mit rostfreiem Stahl, Aluminium mit einer Zirkonlegierung oder einer Zirkonlegierung mit rostfreiem Stahl. Für die beiden zuerst genannten Verbindungen überstieg die an Versuchsbolzen ermittelte Haftfestigkeit von 12 kg/mm² und die für die letztgenannte Verbindung durch Abschälversuche ermittelte Haftfestigkeit überstieg sogar die Zerreißfestigkeit der Zirkonlegierung von 60 kg/mm².

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel die Verbindung zweier rohrförmiger Metallkörper dargestellt. Ein Rohr 10 aus rostfreiem Stahl wird in einer zweiteiligen Form 11 abgestützt und soll mit einem koaxial eingelagerten Rohr 12 aus Aluminium festhaftend verbunden werden. Bekanntlich hat dieses Rohr 12 aus Aluminium auch nach vorausgegangener sorgfältiger Reinigung einen dünnen Oxydfilm 13 in der Größenordnung von 2 + 1 Mikron, während die Innenfläche des äußeren Rohres 10 erfindungsgemäß durch Oxydation mit einer ausreichend dicken

ίο Trennschicht 14 versehen wird. Der Spalt zwischen den miteinander zu verbindenden Schichtflächen 13 und 14 wird so bemessen, daß das eine Energiequelle 15 umschließende Metall des Rohres 12 sich mehr strecken kann als der Dehnungsgrenze seines Oxydfumes 13 entspricht, jedoch weniger, als seine eigene Dehnungsgrenze erlauben würde. Dieser Spaltraum wird, wie bereits erwähnt, vor der Explosionsumformung evakuiert.

Die Energiequelle 15 besteht aus einer Zündladung, die axial innerhalb der beiden Rohre 10 und 12 angeordnet ist. Die Druckwelle der Explosion kann mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von etwa 6000 bis 9000 m/sec auf das Aluminiumrohr 12 auftreffen und dieses festhaftend in die Trennschicht 14 hineindrücken. Der Raum zwischen der Zündladung 15 und der Innenfläche des Rohres 12 ist mit Wasser 16 gefüllt, das als Energieübertragungsmedium dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum flächigen Verbinden zweier Körper aus unterschiedlichen Metallen durch Druck, insbesondere zur festhaftenden Vereinigung von Rohren ineinander, bei welchem einer der beiden Körper an der dem anderen Körper zugewandten Fläche mit einer die Bildung inter- ίο metallischer Diffusionsverbindungen zwischen den beiden Metallen verhindernden, aus der Verbindung eines Metalls mit einem Nichtmetall bestehenden Trennschicht versehen und die Oberfläche des anderen Körpers vor dem Verbinden gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennschicht eine Metalloxydschicht durch Oxydation der Oberfläche des die Trennschicht tragenden Körpers gebildet wird und die Körper durch eine Explosion gegeneinander gesprengt werden.