DE1627549A1

DE1627549A1 - Verfahren zur Herstellung von Schweissverbindungen

Info

Publication number: DE1627549A1
Application number: DE19671627549
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Iwasaki; Ryohei Nakayama; Tsutomu Ooe; Yoshimitsu Uto; Yoshihiro Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1966-04-12
Filing date: 1967-04-11
Publication date: 1969-10-30
Also published as: NL6705183A; GB1184338A

Description

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ί*Αΐ £ N TAtf Wl ΐΐΕ ÖÜSSELÜÖifF ί · CIlAHLOT¹TENSTAASSiJ 58 · TELEFON (021Ϊ) 30Ö514/15

8345-a 1627S49 ßetum. Ϊ0. April 1967

Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha»

No« io, Marunouehi 2-ehome, Chiyoda-ku, Tokyo₄ Japan

ssur Me^stelluns von iSchweißverbindungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren ^nt⁴ Herstellung Von SehwöißvejPbindungettj durch das sowohl eine Wasserstöffversprifidung verhindert als aueh das vollständigö Ausglühen der Schweißverbindungen an Reaktidnsgefaften öder Zy lind er tank s, die für den Betrieb bei hohen Tem·» peraturen und Drücken vorgesehen sind, überflüssig wird,

öie Wände von Hoehtemperatur'· und Hochdruckgefäßen oder «äsylindertänk» sind in ihrer Dicke natürlich entsprechend der erforderlichen Festigkeit ausgelegt, und ihr Ausglühen muß inet Hinblick auf das Härten, die Restspan» rtung UStTa der durch die Sehweißhitse beeinflußten Be» reiche bei solchen Temperaturen und so lange durchgeführt werden, wie es die verwendete Stahlsorte erfar» dort.

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Gefäße und Zylindertanks, In denen bei derartig härten Betrieb ^bedingungen auch Reaktionen wassers tof fhal tiger Medien durchgeführt werden, müssen aus Stahl hergestellt sein j der gegen Wasserstoffversprödung widerstandsfähig ist. Abgesehen von einigen Ausnahmen erfahren wasserstoff vet*sprödungsfeate Stahlsorten gewöhnlich unter dem Einfluß von Setiweißhitze eine Härtung* in den Fallen, in denen das Härten der durch dio Hitze beeinflußten Bereiche gefährliche Folgen haben kann, ist ein Ausgleich unerläßlich. Behälter mit sehr großem Durchmesser und größe*· Länge können jedoch nicht in zusammengeschweißtem Zustand ausgeglüht werden, da es an Vorrichtungen für derartige Zwecke fehlt· Daher muß den Problemen des Härtens, der Hestspannung und der Wasserstoffversprodung erhöhte Aufmerksamkeit- geschenkt werden, um den AusglüHvorgang bei der Herstellung von geschweißten Gefäßen der beschriebenen Art überflüssig zu machen*

Aufgäbe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, durch das die genannten Probleme gelöst und durch das das Aueglühen von Apparateeinheiten, einschließlich ihrer Schweißzonen, in zusammengeschweißtem Zustand überflüssig wird» Diese Ausfgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Fasen der Schweißfugen von ein» oder mehrwandigen Behältern, ins-

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besondere Flüssigkeitsbehältern, zunächst eine in ihren Abmessungen dem durch Schweißhitze beeinflußten Bereich entsprechende Metallschicht aufgetragen wird, deren Material schwerlich durch Schwoißhitze gehärtet werden kann und gegen Wasserstoffversprödung widerstandsfähig· ist, und daß dann, nachdem die derartig vorbereiteten Schweißfugen ausgeglüht worden sind, der innere, dem Behälterinhalt zugekehrte Teil der Schweißfugen mit einem Metall der selben Art wie das der Metallschicht und der restliche äußere, dem Behälterinhalt abgekehrte Teil der Schweißfugen mit einem Metall, das nur geringfügig durch die Schweißhitze gehärtet wird, durch Schweißen ausgefüllt wird.

Druckgefäße oder -zylindertanks zur Verwendung bei hohen Temperaturen und hohen Drücken sind zur Zeit sowohl als einwandige, geschmiedete oder auf andere, dicke Platten verarbeitende Weise hergestellte Behälter erhältlich als auch als mehrwandige, durch spiralförmiges oder konzentrisches Aufeinanderschichten von mehreren Metallblechen hergestellte Behälter..

Bei einwandigen Behältern wird die Auftragsschweißung derartig vorgenommen, daß auf die Fasen der Schweißfugen von Längs- oder Umfangsnähten eine Metallschicht auf-

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gebracht wird, die dem beim Konstruktiknsschweißen durch Sehweißhitze beeinflußten,Bereich entspricht, wobei ein Schweißmaterial verwendet wird, das durch die Schweißhitze nur eine geringe Härtung erfährt und das außerdem gegen Wasserstoffversprödung widerstandsfähig ist, z. B. austenitischer Stahl. Danach folgt bei geschmiedeten Gefäßen die Wärmebehandlung, bzw. bei aus dicken Platten hergestellten Gefäßen die Warmverformung. Diese Wärmebehandlung bzw. Warmverformung dient gleichzeitig dazu, die Struktur und Härte der durch die bei der Auftrags- »chweißung entstandenen Hitze beeinflußten Teile des Grundwerkstoffs zu normalisieren. Dann werden die inneren Teile "der Längs- oder Umfange schweißfugen mit austenitischem oder sehr chromhaltigem, nicht rostendem Stahl, die äußeren mit kaum härtbarem Material zusammengeschweißt« Die Art der für die äußeren Schweißfugenteile- verwendete Stahlsorte richtet aich nach den für die Gefäße vorgesehenen Betriebsbedingungen und ihren Grundwerkstoff. Durch das erfindung*gemäße Verfahren werden die durch die Schweißhitze beeinflußten Bereiche kaum gehärtet und ihre Restspannung auf einen geringen Betrag begrenzt. Somit wird sowohl ein ganzstückiges Ausglühen überflüssig als auch eine Wasserstoffversprödung verhindert.

Bei mehrwandigen Behältern besteht der innere, die

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Flüssigkeit berührende Zylinder aus solchem Stahl Plattierstahl, wie er für die voraussichtlichen Betriebsbedingungen geeignet ist. Auch in diesem Fall wird, wie bei den einwandigen Behältern, erfindungsgemäß auf die Fasen der Schweißfugen zunächst eine Schicht austentisclien oder sehr chromhaltigen oder ähnlichen;, nicht rostenden Stahls aufgetragen und sodann der innere Zylinder für sich ausgeglüht* Schließlich werden Bleche um den inneren Zylinder gewickelt, bis er die gewünschte Wanddi cke b e si t zt. Bei der Her st ellung mehrwandiger Behälter werden zwar keine durch die gesamte Wandstärke reichenden Längsverbindungen benötigt, aber es ist notwendig, hier Betrachtungen über.Umfangsschweißnähte anzustellen. Bei der Herstellung letzterer kann von dem selben Verfahren Gebrauch gemacht werden, das erfindungsgemäß bei der Herstellung von einwandigen Gefäßen '_' benutzt wird. Da mehrwandige Behälter mit Abflufioffnuttgen versehen sind, die die Behälterwand mit Ausnahme des inneren Zylinders durchdringen, und zu dem zwischen den einzelnen Blechschichten winzige Abstände vorhanden sind, ist die Anwendung des erfindüngsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Schweißverbindungen bei derartigen Behältern besonders vorteilhaft zur Verhinderung von durch Wasserstoff hervorgerufenen Materialfehlern»

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Einige bevorzugte, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schweißverbindungen sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt,, und werden im folgenden naher beschrieben. Es zeigen:

Fig» 1 eine nach dem erfindungsgemäßeri Verfahren hergestellte Schweiverbindung an einem einwandigen Gefäß oder Zylindertank, im Querschnitt j

Fig. 2 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schweißverbindung an einem niehrwandigen Gefäß oder Zylindertank, im Querschnitt:j und

Fig. 3 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schweißverbindung zwischen einer einwandigen Behälter- oder Zylindertankeinheit und einer mehrwandigen Gefäß- oder"Zylindertankeinheit, im Querschnitt»

In Figur 1 ist mit Ziffer 1 der Grundwerkstoff, aus dem die Wand des Gefäßes, des Zylindertanks oder dergleichen-, hergestellt ist, bezeichnet. Diese besteht aus Stahl, der für die zu erwartenden Betriebsbedingungen ^

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net ist. Ziffer 2 bezeichnet die -durch; Auftragsschweißung hergestellte Metallschicht, deren Material durch Schweißhitze kaum härtbar und gegen. Wasserstoffversprödttttg widerstandsfähig ist. Das dem Behälterinhalt zugekehrte, · durch Schweißen auf gebrachte Metall 3 ist ein Stahl _Λ der gegen WasserstoffVersprödung widerstandsfähig ist und durch Schweißen'kaum gehärtet -werden kann. Das&ußere durch Schweißen aufgebrachte Metall 4 ist ein durch ,Schweißhitze kaum zu härtender Stahl«

Bei derHersteilung derartiger Verbindungen wird zunächst die Dicke und die Stahlsorte des die Behälterwand bildenden Grundwerkstoffs 1 im Hinblick auf den beabsichtigten Gebrauch des Behälters gewählt. Nach dem ■ Zuschnitt der Platten auf ihre notwendigen Abmessungen werden deren zusammenzuschweißende Enden mit Hilfe von Schneidbrennern mit Schwei!¥ugen versehen. Die so vorbereiteten,Fugen werden durch Auftragsschweißung mit einer Metallschicht 2 versehen, deren Material, durch Schweißhitze kaum härtbar und widerstandsfähig,gegen WasserstoffversprSdung ist, z. B. austenitischer oder sehr chromhaltiger nichtrostender Stahl. Dabei muß die Dicke der Metallschicht 2 dem Bereich entsprechen, der bei der herkömmlichen Herstellung von Schweißnähten durch die Schweißhitze be~' einflußt wird. Während das Plattenmaterial gegebenenfalls ausgeglüht oder warmverformt oder einer anderen Verarbei-

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tung in warmem Zustand unterzogen wird, werden gleichzeitig die durch die Auftragsschweißung auf Grund der Schweißhitze beeinflußten Bereiche des Grundwerkstoffs in ihrer Struktur, Härte usw. normalisiert. Andernfalls werden die einzelnen Apparateeinheiten nach dem·Pormvorgang getrennt ausgeglüht. Als nächstes wird auf die dem

Behälterinhalt zugekehrten Teile der Schweißfugen durch ein Metall 3 derselben Art wie das der Metallschicht 2 aufgebracht. Das äußere, ebenfalls durch Schweißen aufgebrachte Metall 4 braucht nicht so widerstandsfähig gegen Wasserstoffversprödung zu sein und wird daher unter dem Gesichtspunkt seiner Festigkeit und Härtbarkeit ausgewählt. Z. B. kann dafür eine Stahllegierung mit niedrigem Molybdängehalt benutzt werden für den Fall, daß nur Festigkeit bei erhöhten Temperaturen verlangt ist. Da das aufgebrachte Metall 3 widerstandsfähig gegen Wasserstof fversprödung ist, rei.chen der Wasserstoff-Partialdruck,.die Temperatur und andere Bedingungen im Metall k nicht aus, um irgendwelche durch Wasserstoff hervorgerufene Materialfehler zu verursachen, obwohl das äußere Metall h keine Widerstandsfähigkeit gegen Wasserst offversprödunfe besitzt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit eine Schweißverbindung geschaffen, die vollkommen widerstandsfähig gegen Wasserstoffversprodung.ist. Wenn diese Schweißverbindung irgend einem schnellen Heiuz- und Kühlzyklus ausgesetzt wird, dann

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wird sich, dieser nur auf die Metallschicht 2: auswirken, die durch die Hitze kaum gehärtet wird, während der Grund*- werkstoff t unbeeinflußt bleibt. Daher besteht keine Notwendigkeit für ein ganzstiickiges Ausglühen nach Fertigstellung der Schweißnähte, und., derartige Gefäße können an Ort und Stelle zusammengebaut und aufgestellt werden.

Als nächstes wird die Herstellung einer Schweißverbindung für mehrbändige Behälter, Zylindertanks usw. anhand der Figur 2 beschrieben,.wobei mit Ziffer 5 ein innerer Zylinder, mit Ziff. 6 Blechschichten, mit Ziffer 7 eine auf den inneren Zylinder aufgetragene Metallschicht, mit Ziffer 8 eine auf die Blechschichten aufgetragene Metallschicht, mit Ziffer 9 durch Schweißen auf die dem Behälter zugekehrte Seite aufgebrachtes Metall, mit Ziffer Io durch Schweißen auf die dem Behälterinhalt abgekehrte Seite aufgebrachtes Metall und mit Ziffer 11 Abflußöffnungen bezeichnet sind. Im vorliegenden Fall ist der innere Zylinder 5, der einen Teil des mehrwandigen Behälters bildet, aus Stahlplatten, -rohren oder ähnlichem hergestell-t. Die Fasen jeder Umfangsschweißfuge werden zunächst durch Auftragsschweißung mit einer Metallschicht 7 versehen, deren Material durch Schweißhitze kaum härtbar ist, und das gegen Fasser— stoffversprödung widerstandsfähig ist. Dazu eignet sich z. B. austenitischer oder sehr chromhaltiger, nicht

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rostender Stahl, Die Dicke der Schicht 7 entspricht dem durch Schweißehitze beeinflußten, Bereich. Daran schließt sich ein Ausglühvorgang an. Durch das Ausglühen der Metallschicht 7 wird die Struktur, die Härte usw. des durch die bei der Auftragsschweißimg entstandenen Hitze beeinflußten Bereichs des inneren Zylinders 5 normalisiert. Der innere Zylinder 5 wird sodann mit Dle.ch-, schichten 6 umgeben, deren Stahlsorte lediglich unter dem Gesichtspunkt ihrer. Festigkeit :und ihres Vermögens, bei Schweißhitze zu härten, ausgewählt wird. Somit ist eine Zylindereinheit hergestellte Jede Zylindereinheit wird mit mindestens einer Abflußöffnung 11 versehen, die die Behalterwand mit Ausnahme des inneren Zylinders 5 durchdringen. Da die Abflußöffnung zur Atmosphäre hin geöffnet 1st, wird der Wasserstoffe 4er durch den inneren, aus wasserstoffversprödüngsfestern Stahl hergestellten Zylinder eventuell nach außen gelangt, die Blech*- schichten 6 in keiner Weise verspröden. Zur Herstellung der Schweißverbindung können auch die Schweißfügenfasen der Blechschichten 6· der ZyI Inder einheit durch Auftragsschweißung mit einer Metallacljicht 8 versehen werden, deren Material dem der Blechschichten entspricht, wodurch eine kompakte Platte entsteht. Dieser Verfahrensschritt ist jedoch nicht notwendig. Andererseits besteht das durch Schweißen auf die dem Behälterinhalt zugekehrte Seite > aufgebrachte Metall jp. aus demselben Material, das für

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die Auf tragsschweißung der Schicht/'benutzt wird, während das übrige durch Schweißen aufgebrachte Metall Io dem ^v der Blechschichten entspricht« Während des Schweißens des Metalls 9 ist daher der durch Hitze beeinflußte Bereich auf die Metallschicht 7 begrenzt, die auf Grund der Materiaiwahl keine nachteiligen Änderungen erfährt und daher auch den inneren Zylinder Vor solchen schützt. Da das Metall 9 wasserstöffversprödungsfest istj erreicht der durch das Metall Io hindurchdringende Hasserstoff nicht genügend Partialdruck und Temperatur, um letzteres zu verspröden. In Fällen, in denen der innei-e Zylinder 5 axis Pl at ti er stahlhergestellt ist, können die aufgetragene Metallschicht 7 und das dlureh Schweißen aufgebrachte Metall 9, die beide mit der Flüssigkeit in Berührung kommen,aus demselben Material wie der Plattierstahl bestehen.

In Figur 3, in der eine Schweißverbindung zwischen einem einwandigen und einem mehrwandigen Behälter dargestellt ist, ist mit Ziffer 12 ein innerer Zylinder des mehr- ' wandigen Behälters, mit Ziffer 13 der einwandige Behälter, mit den Ziffern lA und ik* durch Auftragsschweiftung hergestellte Metallschichten am einwandigen Behälter bzw.

am inneren Zylinder, mit Ziffer 15 Blechschichten, mit Ziffer lö eine auf die Blechschichten aufgetragene Me-?

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tallschicht, mit Ziffer 17 eine Abflußöffnung, mit Ziffer 18 durch Schweißen auf die dem Behälterinhalt zugekehrte Seite aufgebrachtes Metall und mit Ziffer 19 durch Schweißen auf die dem Behälterinhalt abgekehrte Seite aufgebrachtes Metall bezeichnet*

Diese Schweißverbindung stellt eine Kombination der in den Figuren 1 und 2 wiedergegebenen Schweißverbindungen dar. Wie schon zu Figur 1 ausgeführt, wird der einwandige Behälter durch Auftragsschweißung mit einer Metallschicht i;4 versehen, deren Material durch Schweißhitze kaum gehärtet wird und gegen WaeserstoffversprÖdung widerstandsfähig ist, z. B. austenitischer oder sehr chromhaltiger j nicht rostender Stahl.

Andererseits wird der mehrbändige Behälter nur im Bereich des inneren. Zylinders 12 tnit einer durch Auftragsschweissung hergestellten Metallschicht l4? versehen, deren Material, (!«it'eh Schwe*ißhit»e kaum gehärtet wird und gegen Wasserstoffversprödung widerstandsfähig ist« Danach wird IConstruktionsteil ausgeglüht. Der innere Zylinder

wird sodann mit Blechschichten 15 umgeben, deren Material nur unter dem Gesichtspunkt ihrer Festigkeit und ihrer Härtefähigfceit ausgewählt wird, da bei den Blechichichten daa. problem der Wasserstoffversprödung nicht auftritt«,

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Jede Zylindereinheit is* mit einer Abflußöffnung 17 versehen. Die Metallschicht 16, falls sie überliaiipt vorgesehen wird, kann aus demselben Stahl· bestellen wie die Blechschichten 15· Nun werden der einwandigeundder mehrwandige Behälter durch Schweißen miteinander verbunden, und zwar durch Aufbringen sowohl des Metalls l8, wobei derselbe Stahl benutzt wird wie bei der Herstellungder Me tall schicht en l4 oder l4.-' ^ als auch des Metalls 19Y wobei derselbe Stahl benutzt wird wie bei der lierstelltuig des einwandigen Behälters 1} oder der Blechschichten 15* Damit is^fein Behälter bzw, Zylindertank erstellt, der gegen Wasserstoffversprödung widerstandsfähig ist, und bei dessen Herstellung ein ganzstückiges Ausglühen überflüssig ist. Mit dem erfinduiigsgeraäßen Verfahren können Schweißverbindungen von z* B* einwandigen Flansclien, Abschlußblechen und Kesselblechen mit mehrwandigett .Behältern oder umgekehrt in einfacher Weise ausgeführt werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, -daß durch das?i erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Schweiftverbindüngen für Gefäße öder Zylindertanks vorteilhaft ermöglicht wird, die unter hohen Temperaturen und Drücken betriebsfähig sind, bei denen ein ganzstückigea Ausglühen nach dem Zusammenschweißen überflüaisig ist, die widergegenüber WaÄSö3^toffv:ersprödiing sindy

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nur geringe Herstellungskosten verursachen, und die an Ort und Stelle zusammengebaut und auf*gestellt werden können»

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur HejCstesllung von Schweißverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Fasen der, Schweißfugen von ein— oder mehrwandigen Behältern, insbesondere Flüssigkeitsbehältern, zunächst eine in ihren Abmessungen dem durch Schweißhitze beeinflußten Bereich entsprechende Metallschicht (2) aufgetragen wird, deren Material schwerlich durch Schweißhitze gehärtet werden kann und gegen Wasserstoffversprödung widerstandsfähig ist, und daß dann, nachdem die derartig vorbereiteten Schweißfugen ausgeglüht worden sind, der innere, dem Behälterimfaalt zugekehrte Teil der Schweißfugen mit einem Metall (3) derselben'Art *iie das der Metallschicht (2) und der restliche äußere, dem Behälterinhalt abgekehrte Teil der Schweißfugen mit einem Metall (4), das nur geringfügig durch die Schweißhitze gehärtet wird, durch Schweißen ausgefüllt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schweißfugen von Umfangsschweißverbindungen für mehrwandige Behälter₉ insbesondere für Behälter, die aus einem Flüssigkeit enthaltenden inneren Zylinder (5) und aUs dessen Außenfläche umgebenden mehreren Blechschichten (6) bestehen« auf die Fasen der

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Schweißfugen des inneren Zylinders (5) eine Metallschicht (7) aufgetragen wird, deren Material schwerlich durch Schweißhitze gehärtet werden kann und gegen Wasserstoff versßrädung widerstandskfähig ist, und daß dann nach einem sich an^schließenden Ausglühvorgang einerseits der innere Teil der .Schweißfugen, der durch die Faseii der Schweißfttgen des inneren Zylinders gebildet wird \m.d dem Behält er inhalt zugekehrt ist, mit eineiti Metall (9) derselben Art wie das der* Metallschicht (7.) und andererseits, der restliche äußere Teil der Sclweißfugea mit einem Metall (lo)_t dajs _; schwerlich durch die Schiveißhitze gehärtet ,we,rdea feaim, dtireh Schweißen ausgefüllt wird.« _ä!i^|.Ui ·...

Verfahren »aoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schw-eißfugen yon^ UmfangsSchweißverbindungen • zwischen· einöin einwandigeij. (13) und einem mehrwandigettj @iis eitlem Flüssigkeit. ©JBtthaltenden iuBBren ZyttS) uitd aus dessen AußeHfläclie umgebenden.

Bleclsschichteii Ct5) bestehenden Behälter sowohl auf die Fase der Sehweißfuge des inneren. Zylinders (12) als auch auf die des einhändigen. Sehalters (13) eine Metallschiehi (l4* jl4) aufgetragen wird, deren Material schwerlich dureh Schweißhitize gehärtet werdeÄ kaiEft und gegen iiasseystoffrerspfodtaig wider-

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standsfähig ist, ctaß dann nach einem sich anschliessenden Ausglühvorgang einerseits der innere, dem Behälterinhalt zugekehrte Teil der Schweißfuge mit einem Metall (l8) derselben Art wie das der Metallschicht (l4·, lA) und andererseits der restliche

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äußere Teil der Schweißfuge mit einem Metall (19), das schwerlich durch die Schweißhitze gehärtet werden kann, durch Schweißen,ausgefüllt wird.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß auf jede Fase der Schweißfugen eine Schicht (2, 7, l'i» l^¹ ) austenitischen oder sehr chromhaltigen nicht rostenden Stahls aufgetragen wird, und daß dann nach einem sich anschließenden Ausglühvorgang einerseits der.innere, dem Behälterinhalt zugekehrte Teil der Schweißfugen mit austenitischem oder sehr chromhaltigem, nicht rostendem Stahl (3, 9, l8) und andererseits der restliche äußere Teil der Schweißfugen mit einer StahlIegierung (4, Io, 19) niedrigen Molybdängehalts durch Schweißen ausgefüllt wird.