DE1602406A1

DE1602406A1 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Rohr und einer Fassung

Info

Publication number: DE1602406A1
Application number: DE19671602406
Authority: DE
Inventors: Whittaker Stanley J; Cecil Rhodes
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1966-11-09
Filing date: 1967-07-28
Publication date: 1969-12-04
Also published as: CH485973A; SE340019B; DE1602406B2; GB1160407A; US3434194A; FR1550178A

Description

PATENTANWÄLTE

t6-02 406

Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling

Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. Dipl.-Chem.

8000 MÖNCHEN 2

TAL 33

TELEFON Ο« 11/22 M 94

TELEQRAMMAORESSE: THOPATENT

MÖNCHEN l. April 196S Patentanmeldung P 16 02 «+06.9 case 10-36 G / T 2431

Atomic Energy of Canada Limited Ottawa / Kanada

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Rohr und einer Fassung

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Vereinigung von Rohren. Sie bezieht sich insbesondere.auf ein Verfahren, nach dem ein Rohr unter plastischer Verformung, die mit großer Energie "betrieben wird, in Verbindungsberührung mit einer benachbarten Passung gebracht wird» -■...'

Bisher war es schwierig, Anschlüsse an dünnwandige Wärmebehandelte Rohre aus Zr-Nb legierung für Atomreaktoren, insbesondere Anschlüsse oder Verbindungen zwischen wäraebehandeltem Zr-2,5?* ITb und rostfreiem Stahl herzustellen*. Diese Materialien haben eine geringe Dehnbarkeit, wobei die Zirkoniumlegierung bei übermäßiger Beanspruchung Änderungen in der Hydridorien^mmj ^r*mfo Ausserdem muß einer Reihe ·

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von scharfen Bedingungen Rechnung getragen werden.

Die Festigkeit der Verbindung oder des Anschlusses bei Axialbelaatung muß der Festigkeit des Rohres nahekommen. Die. Verbindung muß für Axialzug, der durch Innendruck oder durch andere. Lasten auftreten kann, eine hohe Streckgrenze besitzen. Ea muß ein hoher Leckwiderstand vorliegen. Diese Bedingungen müssen über einen großen Temperatur-und Druckbereich., und zwar bis zu 105 kg/cm. (15OO psig) und 300⁰C erfüllt sein. Schweißen, Hartlöten oder eine andere Verbindungsart iat mit Rücksicht auf die Beeinflussung der Eigenschaften des wännebehandelten Druckrohrs und die Verunreinigung von Dichtungs- und Flugverbindungen nicht durchführbar. Eine Schraubverbindung ist. unannehmbar·

Unter den gegenwärtigen Verfahre» würde der normale Vfeg

der Vereinigung eines Rohrs und einer Fassung dieser Art In der Verwendung einer Walzverbindung liegen* Bei einer derartigen Verbindung ist es üblich» die Fassung alt einer Hut zu versehen, von der das Rohr aufzunehmen ist, und dann das Rohr in die ,Fassung und in die Nut unter Verformung einzuziehen. In den Fällen, In denen das Rohr so dünn ist, daß nach der Verformung keine ausreichende Dichtkraft verbleibt, wird die Verbindung sandwichartig aufgebaut, wobei auf der der Fassung angewandten Seite des Rohrs ein Ringelement vorgesehen und dieses

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n ir.it de:n Rohr verformt wird, bo aa3 dna Rohr cv-ischen diesem Eingelement ¹OHd der Passung eingeklemmt ist.

Bei der Vereinigung von Zr-Nb legierungen "besteht eine rchwerviegende Beschränkung in der Größe der Dehnung, die den Rohr gegeben werden' kann, da eine geringe formbarkeit vorliegt und die Gefahr von Änderungen in der Hydridorientierung besteht, was zn Sprödigkeit führt. Bei Anwendung des Sandwichbauart nuß d'as Rohr zunächst zur Anpassung an daa Ringelenent verformt v/erden und dann anschliessend durch erneutes Ver- · formen in den Klenmsitz in der Passung gebracht werden. Abgesehen von den beiden Verformungen führt die V/alz- oder Rollwirkung zu axialem Pliessen im Ringelement und im Rohr. Dieses Pliessen beeinträchtigt die Dichtwirkung und begrenzt die Y/ahl der Grenzfläohenprofilierung zwischen Rohr und Passung. Ausserdem ergibt sich Relatiydrehung zwischen Rohr und Passung, , wodurch ebenfalls der Dichtungseffekt beeinträchtigt wird.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum.Verbinden oder Vereinigen von Rohren mit geringer Pormbarkeit geschaffen, bei der nur ein geringer Betrag an Verformung oder Verdrehung zugelassen werden kann. Unter Anwendung der Erfindung können zwei Arten von Verbindungen bequem hergestellt werden. Zu der ersten Art gehört eine Verbindung bei Reaktor-ireibet offkanal en," wo'die Verbindung einen Innendurchmesser haben nuß, der nicht kleiner als derjenige des damit verbundenen Rohrs ist. Im zweiten

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Fall, und zv,^rar bei Druclcrohren in einem Reaktor, die auctauschbar sein müssen, wird eine Verbindung benötigt, bei der der Aussendurchme3ser nicht .größer als derjenige des angeschlossenen Eohrs ist.

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In Ausführung der Lehre der Erfindung wurde eine neue und erfinderische Form einer einfachen und einer Sandwich-Verbindung für Rohre geringer Formbarkeit entwickelt.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:. ; ·

Fig. 1 .in loser Vereinigung ein Rohr und'eine Fassung zusammen mit einem inneren Sandwichelement vor Ausdehnung des Rohrs; Fig. 2. die Verbindung nach Fig. 1 nach Fließver-. formung des Rohrs in Dichtlager

. . Fig. 3 "eine zweite AusfUhrungsform einer Verbindung,

bti der der Ausstndurchmeeeer der Passung . _v nicht größer sein 4arf al· derjenige dee

Rohre, wobei dieee Vtrb^ndung vor der Verformung dee Rohrs in Dichtungelage darger ·'■■.'. · stellt ist und

Fig. 4 die Verbindung nach Fig. 3 nach der Fertig-

• stellung. .· - ■ · . . .

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Gemäß Pig. 1 wird in einer Backe 2 eine Passung 1 seilten, in die ein Rohr 3 eingesetzt ist, welches- in Berührung mit der Passung ausgedehnt werden soll, um gegen die in der Passung ausgebildete genutete Fläche 4 abzudichten. In das Rohr ist mit Pressits ein Stützring'5 eingesetzt, der einen übergreifenden, lagebestinmenden Plansch 6 besitzt. Der Ring' ist an seinem oberen Rand 18 abgefast. Per Plansch 6 liegt neben einem in der Passung 1 ausgebildeten Ring-7. In ä.en Ring 5 wird eine Sprengladung 9 mit Zündlcabel 10 eingeführt. In die Passung 1 wird gegen den Boden des Rohrs 3 eine Druck- W scheibe 15 eingeführt. Bis zur Höhe des oberen Randes 18 wird V/asser 16 in den Ring 5 eingefüllt.

Wird die ladung 9 gezündet, wird über das Wasser Druck übertragen, der auf den Ring 5 in Richtung der Pfeile 17 wirkt und dazu führt, da3. Ring und. Bohr unter,plastischer Verformung in die. in Pig. 2 dargestellte Porm fliessen. Die Passung 1 wird dann aus der Backe 2 .(die Scheibe 15 ist herausgeblasen worden) herausgezogen. μ

Diese Anordnung führt zu einer Verbindung, in der· der Durchmesser de» Innenrings 5 nicht kleiner als derjenige des Rohrs 3 und der Passung 1 ist« Die Abfasung am Rand 1*8 ge- * währleistet, daß dort keine abrupte Stufe oder kein plötzlicher Durchmesaerwechsel im. Rohr und in der Verbindung entsteht. Anstelle einer Sprengladung 9 als Druckq.uellö kann in

manchen Fällen die Verwendung einer anderen Maßnahme, wie plötzlich entwickelter Druck infolge Stoßwirkur.g auf einen .Hydraulisch mit der Verbindung gekoppelten Kolben für das Ausdehnen des Rings 5 zwecknessig sein» Der Vorteil der Ausdehnung

der Verbindung in dieser V/eise liegt darin, da3 die Ausdehnung mit hoher Geschwindigkeit bewirkt wird', so da3 sich alle Teile dicht ineinander passen und das Rohr an Ort und Stelle so verfornrt wird, da.3 die verbleibende notwendige α Nachbearbeitung 'minimal ist. Im ungünstigsten !fall ist nur ein geringes Walzen notwendig, bei dem keine .Relativdrehung zwischen Passung und Rohr stattfindet. Kit Rücksicht auf.die Axialsymmetrie des Ausdehnungsvorgangs ist die Verbindung nach der Ausdehnung in Axialrichtung symmetrisch. Dies wird nicht bei Verbindungen erreicht, die au33chlie3-• lieh durch Walzen gebildet werden.

Ist es notwendig, ein Rohr in eine Passung einzupassen, wobei der Aussendurchmesser der Verbindung nicht größer als " derjenige des Rohr ist, wird das in Pig» 3 gezeigte Schema angewendet. Das Rohr 21 wird"von einer Passung 22 aufgenommen, die auf einem Dorn 23 sitzt. In der Passung 22 sind zur Aufnahme des Rohrs beim Zusammenziehen Hüten 24- vorgesehen. Das Rohr 21 umgibt ein- Klemmring 25., in dem eine Schernut 26 ausgebildet ist, welche sich neben einer,in der Passung 22 ausgebildeten tJmfangsstufe 27 befindet. Der Ring ist an seinen unteren Rand 23 abgefast.

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Ausserhalb ies Ringes 25 ist ein Sprengstreifen 28 angeordnet, der mit dem Ring über einen Wasserring 29 verbunden ist (das Wasser wird durch eine Ringocheibe 30 gehalten); der liasserring 29 erstreckt sich entlang der Passung über die Hohe der genuteten Ausnehmung 24. Für die richtige Arbeitsweise du3 der Explosivstreifen 28 an einer Kante gleichzeitig rundherum zur Zündung gebracht werden. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß an die Umfangskante 31 ein linienwellengenerator angeschlossen wird. Diese Genoratoren sind Im Handel erhältlich und bestehen aus einem gelochten dreieckfö'rmigen Blatt aus Sprengstoff, welches bei der Zündung an einer Spitze eine Detonationsfront bildet, die in Fora einer geraden Linie an der entgegengesetzten Seite des Dreiecks ankommt· Es wird daher ein Linienwellengenerator so angeordnet, daß seine Seite mit dem Umfang der Kante 31 zusammenfällt, an der er befestigt ist.-Hach der Zündung liefert der. sich in Längsrichtung er streckende Teil 32 des Rings 25 einen Schutz am Ende der Ver bindung gegen Wasser und Explosionsprodukte, wenn die Druck welle über den durch das Wasser berührten Bereich auf die Verbindung trifft. Der Eingabeehnitt 32 wird während des Formungsvorgangs abgeschert, wenn die Stufe 27 in die Kerbe 26 einschneidet; der Ringabsehnitt 32 wir.d vorzugsweise durch die Druckwelle nicht zerstört und kann von der Fassung 22 abgestreift werden, Anschließend wird der Dorn 23 weggezogen.

Auch bei dieser Ausführungsform befindet sich das Rohr 21 bei dem mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Einf oriaen in

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die Ausnehmung 24 in vollständig plastischem Zustand. Die Porn der Passung wird verhältnismäßig wenig verändert, auch wenn dessen Härte geringer als diejenige des Rohrs sein kann; das Rohr passt sich genau der Form der Passung an, ohne daß £?ich ·Hohlstellen bilden. Der Aussendurchmesser von Rohr und Passung ist gleich und es wird eine abrupte Stufe durch die Ab fasung bei 33 vermieden", !fach V/uns ch kann die Passung abschliessend inisi gewalzt werden, um den Zv/iachenflächendruck zwischen Rohr und Passung zu erhöhen;, es ist jedoch nur ein geringes Pliessen erforderlich, da alle Hohlstellen ausgefüllt sind und es lediglich notwendig ist, die verbleibenden Spannungen im Rohr und im Ring zu vergrößern.

Versuche haben .gezeigt, daß Verbindungen, die in der beschriebenen Viel se hergestellt worden sind, eine 3ehr hohe Zugfestigkeit besitzen und nach beträchtlicher thermischer \/e'chs elbehand lung-..keine Leckverluste zeigten. Die Ringe 5 und 25 sind weder Teil des Rohrs noch der Passung und sie können völ-,' lig unterschiedliche Eigenschaften gegenüber beiden haben.· Die Ringe bewirken, als ob die' Rohrwand im Bereich des Ringes dicker wäre, so daß die dem Rohr für einen vorgegebenen Zwiechenflächendruck gegebene Spannung geringer als sonst ist. Durch Wahl eines Ringmaterials, das weniger kriecht als das Rohr, ^kann eine Verbindung hergestellt v/erden, die weniger zum Spannungsabfall neigt.. Bei einem Ringmaterial mit einen geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten können unter heißen

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und kalten Bedingungen ,höbe Zwischenfläcnenarüolce aufrechterhalten werden. Sine weitere nützliche Aufgabe der Ringe "beateht darin, daß sie Raum ausfüllen und in jedem Fall zu einem kontinuierlichen Druchmesser führen. Dies vereinfacht es, die Verbindung zu walzen.

Die Ringe beseitigen ausserdem die Stufe oder Kante im verformten". Rohr, die sonst die Verbindungsaus führung unannehmbar machen könnte. ' ·' .

Zwar befaßt sich die Beschreibung mit'Sandwich-Verbindungen; die Erfindung kann jedoch in mancnen Fällen auch bei einfachen Verbindungen zwischen zwei Rohren oder einem Rohr und einer Passung' angewendet werden,' wo- das Rohr dick genug ist, so daß der Ring'nicht benötigt wird.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen ■ einem Rohr und einer Passung, dadurch gekennzeichnet, daß men zur Bildung einer"Zwischenfläche nit bestimmtem Profil Ilaterial aus der Passung ausnimmt, das Rohr neben der Zwiachenflache in "Fluchtung mit der Fassung bringt und das Rohr in.diesem . Zwischenflächenbereich mit einem Ring in Arbeitsberührung bringt, daß man Ring und Rohr plastisch und gleichförmig unter einer plötzlich entwickelten Kraft in die Zwischenfläche einformt, wobei der Ring auf das Rohr zur Verbesserung der Dichtverbindung zwischen Rohr und Fassung einen Restdruck ausübt und wobei die aus der Fassung im Bereich der Zwischenfläche ausgenommene Materialmenge ausreicht, das verformte Material von Rohr und Ring derart aufzunehmen, daß die Durchmesseränderung des Rohres ausgeglichen wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 dj

da3 die sich ergebenden Spannungen in der Verbindung durch Walzen der Verbindung nach der Verformung erhöht werden.

3J.Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ring und Rohr durch Explosionsdruck in die Ausnehmung der Passung eingeformt werden.

4) Verfahren nach Anspruch-1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung des Radialdruckes eine Flüssigkeit verwendet wird»*-. -_; * - ·

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5) Verfahren nach Anspruch 4, "bei den daö Rohr aus sen auf eine Passung aufgesteckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man im Überlappung s "bei-ei cn von Rohr und Passungsausnelinung einen Fluesigkeit3mantel alt einen diesen umgebenden Sprengstoff anordnet und den zwischen Flüssigkeit und Rohr eingeschalte ten Ring über das Rohrende hinaus verlängert und in Höhe der zugeordneten Ausnehmungsenaen mit einer Schernut versieht.

S) Verfahren nach Anspruch 4» bei dem das Rohr in eine

Innenausnehmung der Fassung eingesetzt v/ird, dadurch .gekennzeichnet, daß auf der radial innen liegenden Seite des Rings ein Plüseigkeitskb'rper vorgesehen und in diesen ein Sprengstoff eingeführt wird.

7) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ring zur Vermeidung eines abrupten Durchmesserwechsels zwischen Rohr und Ring an einem Ende abfast.

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