DE1627503C3

DE1627503C3 - Method for explosively welding a stopper to a pipe or pipes to one another

Info

Publication number: DE1627503C3
Application number: DE19671627503
Authority: DE
Inventors: Paolo Modena Holtbecker Helmut Dipl-lng Gardana di Besozzo Montagnani Mario Dr -Ing Bologna Verzeletti Guido Ispra Golinelli, (Italien), Remmerswaal, Joost Louis, Voorburg (Niederlande)
Original assignee: Europaische Atomgemeinschaft (EURATOM), Brüssel
Priority date: 1967-12-01
Filing date: 1967-12-01
Publication date: 1977-09-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Explosiv-Verschweißen eines Stopfens mit einem Rohr oder von Rohren miteinander, wozu die zu verbindenden Komponenten im Bereich der Schweißzone unter Belassung eines Ringspaltes ineinandergefügt werden und die Explosivladung in Gestalt einer Belagsfolie außen um die Anordnung gelegt, an äquidistanten Punkten entlang des Umfangs mit Zündleitungen verbunden und an allen Anschlußpunkten synchron gezündet wird.The invention relates to a method for explosively welding a plug to a pipe or from Pipes with each other, including the components to be connected in the area of the welding zone below Leaving an annular gap can be inserted into one another and the explosive charge in the form of a covering film placed on the outside around the arrangement, at equidistant points along the circumference with ignition cables connected and ignited synchronously at all connection points.

Explosivschweißverfahren sind zur Verbindung von Materialien, wie beispielsweise von Sintermetallen, Legierungen von Metallen und Dispersionslegierungen, entwickelt worden, wobei die Dispersionslegierungen besonders in der Kerntechnik verwendet werden. Die bisher für das Explosivschweißen dieser Materialien entwickelten Verfahren sind jedoch hinsichtlich einer problemlosen Reproduzierbarkeit des Schweißergebnisses nicht zufriedenstellend. Auch ist im Falle des Gelingens der Schweißung eine strukturelle Schädigung des Schweißgutes möglich. So treten beim Verschweißen von Brennelementrohren mit ihren Stopfen oder von Reaktordruckrohren mit ihren Anschlußmanschetten zu den hohen Anforderungen an die Schweißgüte und an das Schweißgut noch eine Reihe weiterer Anforderungen hinzu, wie insbesondere Anforderungen an die Form- und Maßhaltigkeit des Schweißgutes. Dies gilt in besonderem Maße bei außen gerippten Brennstoffrohren, bei denen die Rippen nach dem Explosionsschweißen nicht verformt sein dürfen.Explosive welding processes are used to join materials such as sintered metals, Alloys of metals and dispersion alloys have been developed, the dispersion alloys especially used in nuclear engineering. So far for the explosive welding of these materials Processes developed are, however, with regard to problem-free reproducibility of the welding result not satisfactory. If the weld is successful, there is also structural damage of the weld metal possible. So occur when welding fuel assembly tubes with their plugs or from reactor pressure pipes with their connecting sleeves to the high demands on the welding quality and a number of additional requirements for the weld metal, such as requirements in particular the shape and dimensional accuracy of the weld metal. This is especially true for externally ribbed Fuel pipes in which the ribs must not be deformed after explosion welding.

Es sind Explosionsschweißverfahren bekannt, bei denen die Erkenntnis zugrunde lag, daß niedrige Detonationsgeschwindigkeiten während der Explosion auch niedrigere Spitzendrücke erzeugen, so daß im Anwendungsfall der Gefahr einer bleibenden Deformierung des Schweißgutes entgegengetreten werden kann (Bericht des »Battelle Memorial Institute« BMI-1594, Seite 82 ff sowie »Euratom-Bericht« EUR-1818). Auch diese Verfahren blieben jedoch hinsichtlich der obenerwähnten Anforderungen unbefriedigend.There are explosion welding processes are known, which was based on the knowledge that low Detonation velocities during the explosion also produce lower peak pressures, so that im Application, the risk of permanent deformation of the weld metal can be countered can (report of the “Battelle Memorial Institute” BMI-1594, page 82 ff and “Euratom report” EUR-1818). However, these methods also remained unsatisfactory with regard to the above-mentioned requirements.

Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem die zu verbindenden Komponenten im Bereich der Schweißzone unter Belassung eines Ringspaltes ineinander gefügt werden, wobei die Explosivladung in Form einer Folie um die zu verschweißenden Teile gelegt und am Umfang mit Zündleitungen verbunden sind (GB-PS 10 78 556).A method is also known in which the components to be connected are in the area of the welding zone are joined together, leaving an annular gap, the explosive charge in the form of a Foil placed around the parts to be welded and connected to the circumference with ignition cables (GB-PS 10 78 556).

Es ist weiterhin em Verfahren bekannt, bei dem in der Schweißzone zur Übertragung der Stoßwelle auf die Schweißzone ein elastischer Pufferring vorgesehen ist (»Metallwissenschaft und Technik« 20 (1966) Heft 1, Seite 9). Die Verwendung des Pufferrings zur Erzielung einer einwandfreien Schweißung hat jedoch auch nicht die erhofften Erwartungen erfülltIt is also known em method in which in the Welding zone an elastic buffer ring is provided for the transmission of the shock wave to the welding zone ("Metallwissenschaft und Technik" 20 (1966) issue 1, page 9). The use of the buffer ring to achieve however, a flawless weld did not meet the hoped-for expectations

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Explosiv-Verschweißen zu entwickeln und bereit zu stellen, bei dem ein gleichmäßiger Schweißverlauf gewährleistet wird und im Schweißgut selbst keinerlei Materialzerrüttung entstehtThe invention is based on the object of developing a method for explosive welding and to be made available in which a uniform welding process is guaranteed and in the weld metal there is no material breakdown itself

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß ein konisch ausgebildeter, an sich bekannter deformierbarer Pufferring in der Schweißzone in an sich bekannter Weise formschlüssig zwischen der Außenwand der äußeren Komponente und der Explosivladung angebracht wird, und daß die Explosivfolie an der Anschlußseite der Zündleitungen zickzackförmig ausgebildet und im Bereich der Zackenwurzeln mittig in jeder Zacke und auch in der Spitze jeder Zackenkehle eine Aussparung angebracht ist welche zusammen den wirksamen Brennquerschnitt der Folie in diesem Bereich um 10% bis 50% verringern.This object is achieved according to the invention in that a conically designed, known per se deformable buffer ring in the welding zone in a manner known per se in a form-fitting manner between the outer wall the outer component and the explosive charge is attached, and that the explosive film is attached to the The connection side of the ignition leads is designed in a zigzag shape and is in the center of each in the area of the jagged roots Point and also in the tip of each serrated throat a recess is made which together the Reduce the effective cross section of the film in this area by 10% to 50%.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Explosion eine über die ganze Schweißzone gleichmäßig fortschreitende Schweißfront erzeugt wird, deren Geschwindigkeit unter der Schallgeschwindigkeit liegt. Darüber hinaus tritt dann eine wirbelartige aber homogen strukturierte Verzahnung der Schweißflächen ein, und im Schweißgut entsteht keinerlei Materialzerrüttung.The advantages achieved by the invention are in particular that through the explosion one over the entire welding zone is generated with a uniformly progressing welding front, the speed of which is below the speed of sound. In addition, a vortex-like but homogeneously structured occurs Interlocking of the welding surfaces, and no material deterioration occurs in the weld metal.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows

F i g. 1 die zur Schweißung vorbereitete Verbindung vom Typ Rohr-Rohr in der Seitenansicht wobei die linke Hälfte axial aufgeschnitten ist und das Rohr gerippt istF i g. 1 shows the pipe-pipe connection prepared for welding in a side view left half is cut open axially and the tube is ribbed

F i g. 2 die zur Schweißung vorbereitete Verbindung vom Typ Rohr-Stopfen, wobei die linke Hälfte axial aufgeschnitten und das Rohr gerippt ist,F i g. 2 the pipe-plug-type connection prepared for welding, the left half being axial cut open and the pipe is ribbed,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch das Schweißgut nach F i g. 2 im Zustand nach der Schweißung, undF i g. 3 shows a longitudinal section through the weld metal according to FIG. 2 in the state after welding, and

Fig.4 eine Draufsicht der im Falle der Fig.2 verwendeten Schweißfolie, sektorartig ausgeschnitten. In F i g. 1 bezeichnet 1 ein geripptes Rohr, 2 das mit dem Rohr zu verschweißende Anschlußrohr, 3 den Pufferring zur Übertragung der Stoßwelle, 4 die Explosivfolie, 5 die Zündleitungen und 6 den Druckauffangklotz. In der rechten Hälfte der Figur sind die Rohrrippen 7 und die Perforation 8 der Folie zu sehen..Fig.4 is a plan view of the case of Fig.2 welding foil used, cut out in sectors. In Fig. 1 denotes 1 a ribbed tube, 2 with the pipe to be welded connection pipe, 3 the buffer ring for transmission of the shock wave, 4 the Explosive foil, 5 the ignition cables and 6 the pressure trap block. In the right half of the figure are those Tube ribs 7 and the perforation 8 of the foil can be seen.

Zwischen den Rohren 1 und 2 wird ein Ringspalt 9 belassen, was durch Abdrehen des Rohres 2 leicht erreicht werden kann. Die Ringspaltweite darf bei den in Betracht kommenden Rohrdurchmessern zwischenAn annular gap 9 is left between the pipes 1 and 2, which can be easily achieved by turning off the pipe 2 can be achieved. The annular gap width for the pipe diameters in question may be between

0,2 mm bis 2 mm liegen. Sie gewährleistet, daß bei der Explosion die entsprechende Rohrpartie des Rohres 1 eine Schlagarbeit auf das Rohr 2 verrichtet, die äquivalent ist der Energie der Stoßwelle.0.2 mm to 2 mm. It ensures that at the Explosion, the corresponding pipe section of the pipe 1 performs an impact work on the pipe 2, which is equivalent to the energy of the shock wave.

Weiter ist in Fig. 1 um das äußere Rohr 1 der s elastische Pufferring 3, formschlüssig mit den Rippen 7, aufgezogen. Er besitzt eine konische Außenfläche und reicht, unten nicht ganz, über die Schweißzone.Also in Fig. 1 around the outer tube 1 is the elastic buffer ring 3, form-fitting with the ribs 7, raised. It has a conical outer surface and extends, not quite at the bottom, over the welding zone.

Um den Ring ist bündig die Explosivfolie 4 gelegt, an deren Zackenspitzen die Zündleitungen 5 angeklebt sind. Die Explosivfolie ist so um den Puffer gelegt, daß der Grund der Zacken gerade in den Knick anj oberen Ende des Ringes gelangtThe explosive film 4 is placed flush around the ring, and the ignition cables 5 are glued to the tips of its prongs are. The explosive film is placed around the buffer in such a way that the base of the prongs is straight into the bend at the top The end of the ring

Alle Zündleitungen sind oberhalb der Komponenten achsmittig miteinander und mit einem elektrischen Zünder verbunden, derart, daß alle Folienspitzen der Sprengfolie synchron zünden. Die Stoßwelle läuft dann ringförmig von den Folienspitzen abwärts in. den Pufferring und gelangt von dort auf die Oberfläche des Rohres 1. Die alsdann vom schlagenden Teil des Rohres ausgelöste Schweißwelle pflanzt sich in gleicher Richtung durch die Schweißzone fort, aber mit einer unter der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit All ignition cables are above the components axially with one another and with an electrical Detonator connected in such a way that all foil tips of the explosive foil ignite synchronously. The shock wave then runs ring-shaped from the foil tips downwards into the buffer ring and from there it reaches the surface of the Tube 1. The welding wave then triggered by the striking part of the tube is planted in the same way Direction through the welding zone, but at a speed below the speed of sound

Die notwendige Reduzierung der Schweißgeschwindigkeit unter die Geschwindigkeit der Stoßwelle wird einzeln oder in Kombination durch die folgenden Maßnahmen erzielt oder verbessert:The necessary reduction in welding speed below the speed of the shock wave will be Achieved or improved individually or in combination through the following measures:

1. durch günstige Wahl der Konizität des Pufferringes zwischen 15° und 60°, vorzugsweise 30°;1. by choosing the conicity of the buffer ring between 15 ° and 60 °, preferably 30 °;

2. durch Wahl eines Explosivstoffes, der langsam abbrennt;2. by choosing an explosive that burns slowly;

3. durch leichte Verschiebung des Pufferrings, falls er zylindrisch ausgebildet ist gegen die Schweißzone nach oben, d.h. in Richtung der Zündleitungsan-Schlüsse; und3. by slightly shifting the buffer ring, if it is cylindrical, against the welding zone upwards, i.e. in the direction of the ignition cable connections; and

4. durch leicht konische Ausbildung des Ringspaltes zwischen den zu verschweißenden Komponenten.4. by the slightly conical design of the annular gap between the components to be welded.

Um in Sonderfällen örtliche Verbrennungen des Schweißgutes zu vermeiden, wird die Schweißung zweckmäßig in sauerstofffreier Atmosphäre, z.B. im Vakuum, ausgeführtIn order to avoid local burns of the weld metal in special cases, the weld expediently carried out in an oxygen-free atmosphere, e.g. in a vacuum

Um weiter eine möglichst geradlinige Front der in Achsrichtung über den Rohrumfang der Komponenten fortschreitenden Stoßwelle zu erzielen, bildet man die Explosivfolie an der Anschlußseite der Zündleitungen zickzackförmig aus und bringt im Bereich der Zackenwurzeln mittig in jedem Zackenfeld und ebenso in der Spitze der Zackenkehlen Aussparungen oder Löcher an. Zweckmäßig soll der wirksame Brennquerschnitt der Folie in dieser Zone um 10% bis 50% gegenüber der unperforierten Zone reduziert werden.In order to keep the front as straight as possible in the axial direction over the pipe circumference of the components To achieve a progressive shock wave, the explosive film is formed on the connection side of the ignition cables zigzag shape and brings in the area of the serrated roots in the middle of each serrated field and also cutouts or holes in the tip of the serrations. The effective focal cross-section should expediently of the film in this zone can be reduced by 10% to 50% compared to the imperforate zone.

Schließlich ist es vorteilhaft als Zündleitungen Streifen aus dem Material der Zündfolie zu verwenden. Der Begriff Zündfolie gilt auch für Explosivschichten von mehreren Millimetern Dicke.Finally, it is advantageous to use strips made from the material of the ignition foil as ignition cables. The term ignition foil also applies to explosive layers several millimeters thick.

Im Prinzip gleich ist der Aufbau der Schweißverbindung nach Fig.2, wo im Vergleich zu Fig. 1 für analoge Teile gleiche Bezugszeichen gewählt worden sind. Hier wurden in der Explosivfolie außer den in der Mitte jeder Zacke befindlichen Druckverteilungslöchern weitere Aussparungen 10 vorgesehen, und weiter umschließt die Folie auch den Druckauffangkörper 8 auf dem Stopfen 11.In principle, the structure of the welded connection according to FIG. 2 is the same, where in comparison to FIG. 1 for analogous parts have been chosen with the same reference numerals. Here, in addition to those in the Further recesses 10 are provided in the middle of each prong located pressure distribution holes, and Furthermore, the film also encloses the pressure-absorbing body 8 on the stopper 11.

Nach der Schweißung wird bei der Rohr-Stopfen-Verbindung der überschüssige obere Teil des Rohres zusammen mit seinem entsprechenden Stopfenteil abgeschnitten. Wie Fig.3 zeigt verjüngt sich in der Stopfenzone der Querschnitt etwas, ohne aber die Rohrrippen zu deformieren.After the welding, the excess upper part of the pipe is used for the pipe-plug connection cut off together with its corresponding plug part. As Figure 3 shows tapers in the Plug zone the cross-section somewhat, but without deforming the pipe ribs.

Wie Fig.4 zeigt kann die Folienform z.B. durch Stanzen eines Folienpaketes leicht erzeugt und der Konizität des Pufferringes genau angepaßt werden. Damit läßt sich der Verlauf der Stoßwelle sehr genau festlegen, so daß der Schweißvorgang weitgehend unabhängig von zufälligen Einflüssen wird.As Fig. 4 shows, the film shape can e.g. Punching a foil package can be easily produced and precisely matched to the conicity of the buffer ring. This allows the course of the shock wave to be determined very precisely, so that the welding process largely takes place becomes independent of random influences.

Als Explosivstoff wurde ein Plastiksprengstoff verwendet und zwar in einer Schichtdicke von 2 mm. Die Detonationsgeschwindigkeit dieses Explosivstoffes liegt bei etwa 7,5km/sec. Die verwendeten Zündleitungen waren etwa 15 cm lang, aus dem gleichen Explosivmaterial hergestellt und enthielten jeweils etwa 7 g/m Sprengstoff.A plastic explosive was used as an explosive material in a layer thickness of 2 mm. the Detonation speed of this explosive is about 7.5 km / sec. The ignition cables used were about 15 cm long, made from the same explosive material and each contained about 7 g / m 2 Explosive.

Als Material für den Pufferring wurde ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Polyvinylchlorid, 130 Gewichtsteilen Dioktylphtalat und 4 Gewichtsteilen Dibutylzinnmaleat verwendet Die Masse wurde zunächst entgast für 2 Stunden auf 170⁰C erwärmt und anschließend in die gewünschte Form gebracht In dem Maße, wie man durch den Pufferring die Schweißgeschwindigkeit steuern wiü, können auch andere Materialien gummiartigen Charakters verwendet werden.As the material for the buffer ring, a mixture of 100 parts by weight of polyvinyl chloride, 130 parts by weight of dioctyl phthalate and 4 parts by weight of dibutyltin used The mass was first degassed for 2 hours at 170 ⁰ C. and then brought into the desired form to the extent that as one through the buffer ring If you want to control the welding speed, other materials of a rubbery character can also be used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for explosively welding a plug to a pipe or pipes with each other, including leaving the components to be connected in the area of the welding zone of an annular gap and the explosive charge in the form of a covering film on the outside

■ placed around the arrangement, at equidistant points Connected along the circumference with ignition lines and ignited synchronously at all connection points is, characterized in that a conical, known per se deformable Buffer ring in the welding zone in a known manner positively between the Outer wall of the outer component and the explosive charge is attached and that the Explosive foil on the connection side of the ignition leads is designed in a zigzag shape and in the area of the Pointed roots in the middle of each point and also a recess in the tip of each point is, 'soft together' the effective Reduce the cross section of the film in this area by 10% to 50%.

2. Welded connection structure according to claim 1, characterized in that the buffer ring a Has conicity between 15 ° and 60 °, preferably 30 °.