DE1627608C - Verfahren zum Verschweißen von explosionsplattierten Stahlplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von explosionsplattierten Stahlplatten, deren Plattierungsschicht aus einem mit Stahl nicht schmelzschweißbaren Metall besteht.

Solche explosionsplattierte Stahlplatten eignen sich insbesondere zum Bau von Behältern zur Aufnahme von Stoffen, die mit Bezug auf Stahl aggressiv sind. Diese Stahlplatten sind durch das Explosions-Plattierungsverfahren mit einer festhaftenden dünnen Schicht aus einem wertvolleren Metall, z. B. Tantal, verseilen, welches infolge seines wesentlich höheren Schmelzpunktes nicht mit Stahl schmelzverschweißbar ist. Daher war es bisher nicht möglich, solche explosionsplattierten Stahlplatten z.B. stumpf zusammenzuschweißen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, dieses Problem mit relativ einfachen Mitteln zu lösen und ein Verfahren zum Verschweißen solcher explosionsplattierter Stahlplatten zu schaffen, welches sich nicht nur zum Stumpfschweißen solcher Platten, sondern auch insbesondere zum Herstellen von Rohrboden für Wärmeaustauschvorrichtungen eignet, wodurch die Verwendung solcher Verbundwerkstoffe für Kühl- oder Heizregister erschlossen wird, um auch für Stahl aggressive Stoffe in einer dauerhaften Vorrichtung einem Wärmeaustauschprozeß unterziehen zu können.

■ ■' Dies wird erfindungsgemäß in erster Linie dadurch erreicht, daß zunächst die Stahlschicht der zu verschweißenden Platten an den zu verbindenden Stellen von der der-Plattierungsschicht abgelegenen Seite her bis nahezu an die Plattierungsschicht heran spanabhebend bearbeitet wird und der an die Plattierungsschicht angrenzende Rest der Stahlschicht zur Bildung einer Nut so weit weggeätzt wird, daß ein überstehender Rand der Plattierungsschicht verbleibt, daß dann dieser überstehende Rand über einen Radius etwa rechtwinklig hoch gebogen wird und daß daraufhin die hochgebogenen Ränder der Plattierungsschicht verschweißt werden.

Bei Anwendung dieses Verfahrens zum Stumpfschweißen zweier explosionsplattierter Stahlplatten wird nach dem Verschweißen der hochgebogenen Ränder der Plattierungsschicht auch die Stahlschicht verschweißt.

Bei der Herstellung von Rohrboden für Wärmeaustauschvorrichtungen, deren Plattierungsschicht aus einem mit Stahl nicht schmelzverschweißbaren Metall, z. B. Tantal, besteht, aus welchem auch die Rohre der Wärmeaustauschvorrichtungen bestehen, wird erfindungsgemäß so verfahren, daß zunächst an den Stellen, an denen die Rohre mit dem Rohrboden verbunden werden sollen, sowohl die Stahlschicht als auch die Platlierungsschicht mit Bohrungen kleineren Durchmessers verseilen werden, daß dann i'odc Bon-

rung in der Stahlschicht bis nahezu an die Plattierungsschicht heran erweitert wird, daß anschließend der noch an dem nach innen vorstehenden Plattierungsschichtrand anhaftende Stahlrest bis zur Bildung einer über den Durchmesser der erweiterten Bohrung der Stahlschicht hinausgehenden Ringnut weggeätzt wird, daß daraufhin der Plattierungsschichtrand unter Beibehaltung eines Radius zur Bildung einer mit der Stahlschichtbohrung fluchtenden Aushalsung aufgebogen wird, wonach das aus dem gleichen Werkstoff wie dem der Plattierungsschicht bestehende Rohr in die Gesamtbohrung mit Preßsitz eingeschoben wird, bis das Rohrende mit der Aushalsung im wesentlichen bündig abschneidet, woraufhin die Aushalsung mit dem Rohrende verschweißt wird.

Dabei wird zum Herausätzen der Ringnut ein säurebeständiger Stopfen mit freier Innenbohrung in die Bohrung der Stahlschicht so weit eingeführt, daß zwischen seiner Innenstirnfläche und dem Plattierungsschichtrand ein Abstand verbleibt, welcher der axialen Breite der beabsichtigten Ringnut entspricht, und daß daraufhin jede so vorbereitete Bohrung des Rohrbodens bis zu einer vorbestimmten Füllhöhe innerhalb der Stopfenbohrung mit einer Säure gefüllt wird, welche man über eine Zeitspanne, die für das Ausätzen der Ringnut notwendig ist, einwirken läßt.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigen die

F i g. 1 bis 5 die verschiedenen Verfahrensstufen zum Stumpfschweißen zweier explosionsplattierter Stahlplatten, die

F i g. 6 bis 10 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Rohrbodens für Wärmeaustauschvorrichtungen in den verschiedenen Verfahrensstufen, während

Fig. 11 einen Ausschnit eines erfindungsgemäß hergestellten Rohrbodens in Perspektive wiedergibt.

In Fig. 1 sind zwei explosionsplattierte Stahlplatten 1 dargestellt, die aus einer Stahlschicht 2 und einer dünnen (hier etwas stärker gezeichneten) Plattierungsschicht 3, beispielsweise aus Tantal, bestehen. Es handelt sich bei der Plattierungsschicht 3 um ein Metall, welches infolge seines höheren Schmelzpunktes nicht durch Schmelzschweißung mit Stahl verbunden werden kann. Durch das bekannte Explosionsplattieren haftet jedoch die Plattierungsschicht 3 sehr fest an der Stahlschicht 2.

Um nun solche explosionsplattieren Stahlplatten 1 stumpf aneinanderschweißen zu können, werden die stumpfzuschweißenden Endflächen der beiden Platten 1, wie in F i g. 2 dargestellt, bearbeitet, und zwar wird durch Zerspanungsarbeit die der Plattierungsschicht 3 abgelegene Kante 4 schräg weggenommen und das an die Plattierungsschicht 3 angrenzende Material der Stahlschicht 2 mit einer Säure weggeätzt, welche die Plattierungsschicht 3 nicht angreift. Durch das Wegätzen wird eine Nut 5 gebildet, so daß ein Rand 6 der Plattierungsschicht 3 über die Stahlschicht 2 hinaus vorsteht.

Daraufhin werden die Ränder 6 nach oben gebogen, wie in F i g. 3 dargestellt. Da die Plattierungsschicht 3 aus einem ziemlich spröden Material, z. B. Tantal, besteht, muß der Rand 6 der Plattierungsschicht 3 über einen Radius 7 gebogen werden, und die weggeätzte Nut 5 dient dazu, das Biegen des Radius 7 zu ermöglichen. Ferner ist das Ausätzen der Nut 5 deshalb notwendig, weil man beim spanabhebenden Bearbeiten der schrägen Kante 4 mit dem Zerspanungswerkzeug nicht bis dicht an die Plattierungsschicht 3 herangehen kann, da sonst diese wertvolle Plattierungsschicht 3 beschädigt werden könnte. Anschließend werden die Platten 1 zusammengebracht und die hochgebogenen Kanten 6 durchgehend verschweißt, wie bei 8 in F i g. 4 dargestellt. Auch hierbei erweisen sich die ausgeätzten Nuten 5 deshalb als nützlich, weil sie beim Schweißen der Kanten 6 der Plattierungsschicht 3 (was mit sehr hoher Temperatur geschieht) einen ausreichenden Abstand von der Stahlschicht 2 gewährleisten, so daß letztere durch die hohe Schweißtemperatur nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.

Zum Schluß können dann die Stahlschichten 2 der Platten 1 an den schrägen Kanten 4, die eine V-Nut bilden, mit einer V-Naht 9 verschweißt werden, wie in F i g. 5 dargestellt ist.

Auf ähnliche Weise können auch Rohrboden 10 (s. Fig. 11) für Kühl- oder Heizregister hergestellt werden, wobei die Rohrboden 10 aus einer explosionsplattieren Stahlplatte 11 mit einer Stahlschicht 12 und einer Plattierungsschicht 13 bestehen und mit Rohren 14 verbunden werden, die aus dem gleichen Metall wie dem der Plattierungsschicht 13, z. B. aus Tantal, bestehen. Dadurch werden dauerhafte Wärmeaustauschvorrichtungen geschaffen, in denen auch Stoffe verarbeitet werden können, die gegenüber einfachem Stahl aggressiv sind.

In den Fig. 6 bis 10 sind die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Rohrbodens 10 dargestellt. Wie in F i g. 6 gezeigt, wird zunächst die beispielsweise mit Tantal explosionsplattierte Stahlplatte 11 an denjenigen Stellen, an denen die Rohre 14 (s. Fi g. 10 und 11) an der Platte 11 befestigt werden sollen, mit Bohrungen 15 kleineren Durchmessers versehen, und zwar werden sowohl die Stahlschicht 12 als auch die Plattierungsschicht 13 durchbohrt. Danach wird nur die Stahlschicht 12, wie in F i g. 7 gezeigt, mit einer erweiterten Bohrung 16 versehen, und zwar bis kurz vor die Plattierungsschicht 13. Der noch an dem nach innen vorstehenden Plattierungsschichtrand 17 anhaftende Stahlrest 18 wird anschließend so weit weggeätzt, daß, wie in F i g. 8 dargestellt, an der Grenze zwischen der Plattierungsschicht 13 und der Stahlschicht 12 eine Ringnut 19 gebildet wird (ähnlich der Nut 5 in den F i g. 2 bis 5). Zu diesem Zweck wird in die Bohrung 16 der Stahlschicht 12 ein Stopfen 20 eingeführt, der aus einem weichen, säurebeständigen Material besteht und eine freie Innenbohrung 21 aufweist. Der Stopfen 20 wird so weit eingeführt, daß zwischen seiner Innenstirnfläche 22 und dem nach innen vorstehenden Ringrand 17 der Plattierungsschicht 13 ein Abstand verbleibt, welcher der Breite der beabsichtigten Ringnut 19 entspricht.

Zum Ausätzen der Ringnut 19 wird die gesamte Platte 11, mit der Plattierungsschicht nach unten, auf eine Dichtungsplatte 23 aufgepreßt, welche die Bohrungen 15 in der Plattierungsschicht 13 abdichtet. Dann werden die Bohrungen 21 der Stopfen 20, die Bohrungen 16 der Stahlabschnitte 12 (soweit sie durch die Stopfen 20 frei gelassen sind) und die Bohrungen 15 der Plattierungsschicht 13 mit einer Säure 24 bis etwa zu einer Füllhöhe 25 gefüllt. Man läßt die

Säure 24, die nur die Stahlschicht 12 angreift, so lange einwirken, wie es zum Erreichen der gewünschten Tiefe der Ringnut 19 erforderlich ist.

Danach werden die Säure 24 und die Stopfen 20 entfernt und die Säurereste abgespült. Die vorstehenden Plattierungsschichtränder 17 (F i g. 7 und 8) · werden dann, wie in F i g. 9 dargestellt, über einen Radius 26 zur Bildung von Aushalsungen 27 etwa rechtwinklig aus der Ebene der Plattierungsschicht 13 hochgehoben, und zwar so, daß die Innenbohrungen der Aushalsungen 27 mit den Stahlschichtbohrungen 16 fluchten. Nun werden die Rohre 14 in die Bohrungen 16 (s. Fig. 10) so weit mit Preßsitz eingeschoben, bis die Rohrenden 28 mit den Aushalsungen 27 im wesentlichen bündig abschneiden, woraufhin diese Rohrenden 28 mit den Aushalsungen 27 verschweißt werden, wie bei 29 in den Fig. 10 und 11 dargestellt.

Auch hierbei ermöglichen die Ringnuten 19 das Ausbiegen des Radius 26 an den Aushalsungen 27 und gewährleisten beim Verschweißen der Rohrenden 28 mit den Aushalsungen 27 einen ausreichenden Abstand der Schweißnaht 29 von der Stahlschicht 12.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschweißen von explosionsplattierten Stahlplatten, deren Plattierungsschicht aus einem mit Stahl nicht schmelzverschweißbaren Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Stahlschicht (2,12) der zu verschweißenden Platten (1, 11) an den zu verbindenden Stellen (4; 15, 16) von der der Plattierungsschicht (3, 13) abgelegenen Seite her bis nahezu an die Plattierungsschicht (3, 13) heran spanabhebend bearbeitet wird und der an die Plattierungsschicht (3, 13) angrenzende Rest der Stahlschicht (2, 12) zur BiI-dung einer Nut (5, 19) so weit weggeätzt wird, daß ein überstehender Rand (6, VJ) der Plattierungsschicht (3, 13) verbleibt, daß dann dieser überstehende Rand (6, 17) über einen Radius (7* 26) etwa rechtwinklig hochgebogen wird und daß daraufhin die hochgebogenen Ränder (6. 27) der Plattierungsschicht (3, 13) verschweißt werden (8, 29).

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Stumpfschweißen zweier explosionsplattierter Stahlplatten, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verschweißen der hochgebogenen Ränder (6) der Plattierungsschicht (3) auch die Stahlschicht (2) verschweißt wird.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung von Rohrboden für Wärmeaustauschvorrichtungen, wobei die Rohrboden aus explosionsplattieren Stahlplatten bestehen, deren Plattierungsschicht aus einem mit Stahl nicht schmelzverschweißbaren Metall, z. B. Tantal, besteht, aus welchem auch die Rohre der Wärmeaustauschvorrichtungen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst an den Stellen, an denen die Rohre (14) mit dem Rohrboden (10) verbunden werden sollen, sowohl die Stahlschicht

(12) als auch die Plattierungsschicht (13).mit· ·. Bohrungen (15) kleineren Durchmessers versehen werden, daß dann jede Bohrung (15) in der Stahlschicht (12) bis nahezu an die Plattierungsschicht

(13) heran erweitert wird, daß anschließend der noch an dem nach innen vorstehenden Plattierungsschichtrand (17) anhaftende Stahlrest (18) bis zur Bildung einer über den Durchmesser der erweiterten Bohrung (16) der Stahlschicht (12) hinausgehenden Ringnut (19) weggeätzt wird, daß daraufhin der Plattierungsschichtrand (17) unter Beibehaltung eines Radius (26) zur Bildung einer mit der Stahlschichtbohrung (16) fluchtenden Aushalsung (27) aufgebogen wird, wonach das aus dem gleichen Werkstoff wie dem der Plattierungsschicht (13) bestehende Rohr (14) in die Gesamtbohrung (16) mit Preßsitz eingeschoben wird, bis das Rohrende (28) mit der Aushalsung (27) im wesentlichen bündig abschneidet, woraufhin die Aushalsung (27) mit dem Rohrende (28) verschweißt wird.

4. Anwendungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herausätzen der Ringnut (19) ein säurebeständiger Stopfen (20) mit freier Innenbohrung (21) in die Bohrung (16) der Stahlschicht (12) so weit eingeführt wird, daß zwischen seiner Inncnstirnfläche (22) und dem Plallicrungsschichtrand (17) ein Ahv.and verbleibt, welcher der axialen Breite'der beabsichtigten Ringnut (19) entspricht, und daß daraufhin jede so vorbereitete Bohrung (16) des Rohrbodens (10) bis zu einer vorbestimmten Füllhöhe (25) innerhalb der Stopfenbohrung (21) mit einer Säure (24) gefüllt wird, welche man über eine Zeitspanne, die für das Ausätzen der Ringnut (19) notwendig ist, einwirken läßt.