DE1627654A1

DE1627654A1 - Exotherm hartgeloetete Armaturen

Info

Publication number: DE1627654A1
Application number: DE19671627654
Authority: DE
Inventors: Caughey Robert A; Long Roger A; Sievert Glenn Y
Original assignee: Whittaker Corp
Current assignee: Whittaker Corp
Priority date: 1963-07-29
Filing date: 1967-01-23
Publication date: 1971-02-04
Also published as: GB1172625A; US3308532A

Description

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Fig. 5 eine bildliche Darstellung eines Verfahrens sur Zündung des in der Einheit der rorliegenden Erfindung

g 6 eine weitere Ausführungsfprm der Hartlötverbindungseinheit der-vorliegenden, Erfindung und

Pig« 7 zeigt' die in der Einheit gemäß Pig» 6 erzeugte Hartlötverbindung» . .-.·■

Wie die Pig· 1 zeigt, besteht das Äußere der'Eihheit der vorliegenden Erfindung aus einer isolierenden Hülle 1« Die isolierende Hülle kann aus einer Keramik, aus, anorganischen Pasern oder irgendeinem anderen geeigneten isolierenden Material hergestellt sein« Eih Ring aus exothermem Material 2 ist in der isolierenden Hülle 1 angeordnet« Eine Brücke 3 aus exothermem Material verbindet den Ring 2 mit dem Ring 4t der auch aus exothermem Material besteht« Eine isolierende Hülse 5 ist nahe den Ringen angeordnet« Eine Armatur 6 ist ebenfalls nahe den Ringen aus exothermem Material angeordnet und mit Ringen 7 aus Hartlötmaterial versehen« Ein elektrischer Widerstandszünder 8 mit Zuleitungen 9 ist nahe dem Ring 2 angeordnet« In Pig« I werden auch Metallrohre 10 und 11 gezeigt, die durch die Hartlötverbindungseinheit miteinander zu verbinden sind«

Pig« 2 zeigt die gleichen Elemente, nachdem die Rohre 10 und 11 in die Einheit eingeführt wurden. Pig, 3 ist eine Endansicht der Einheit gemäß der Linie 3-3 der Pig. 1, und sie zeigt die isolierende Hülle 1, den Zünder 8 und die Zuleitungen 9« Pig· 4 zeigt die Armatur 6, das Hartlötmaterial 7 und die Rohre 10 und 11, nachdem die Hart.

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lötverbindung vollendet ist· Fig«, 5 zeigt das Zünden des Zünders 8 (nicht gezeigt), indem die Zuleitungen 9 mit Drähten 12 in Berührung gebracht werden, welche mit den Klemmen einer Trockenzelle (nicht gezeigt) verbunden sind_e

Eine andere Ausführungsform der Erfindung wird in . Pig« 6 gezeigt» Ih dieser Ausführungsform enthält die isolierende Hülle eine Reihe von Schichten aus isolierendem Material, die durch metallische Teiler getrennt sind» Die Außenoberfläche dieser Einheit besteht aus einer Metallhülle 13, die Flansche 14 besitzt« Die Hüll· 13 besteht vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl· Eine Schicht aus isolierendem Material 15, vorzugsweise ein faseriges Material, wie Mullfasern, ist an der Hülle 15 angeordnet«, Die Scheiben 16 arbeiten mit den Flanschen 14 zusammen, um die Isolation 15 an ihrer Stelle zu halten« Eine innere Hülle 17 besitzt Flansche 18 und arbeitet auf ähnliche Weise mit Scheiben 19 zusammen, um eine Isolation 20 einzuschließen. Die isolierenden Schichten 21 und 22 werden durch das Metallrohr 23 getrennt, Scheiben 24 sind an jedem Ende des Rohres 23 angeordnet«, Diese zusammengesetzte isolierende Hülle umgibt Ringe 25, die aus gepreßtem exothermem Material bestehen« Ein Zündring aus pulverisiertem exothermem Material 26 in einer Metallfolie 27 ist zwisphen den beiden innersten Ringen 25 angeordnet. Ein Zünder 28, vorzugsweise eine Wolframsüadbrüoke, ist im exothermen Pulver 26 untergebracht und mitZuleitungen29 versehen·

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Die Armatur 30 ist nahe den exothermen Ringen 25 angeordnet und mit Ringen 3ΐ aus einem Hartlötmaterial ausgerüstet* Metallrohre 32 und 33» die miteinander durch die Hartloteinheit zu verbinden sind, werden ebenfalls dargestellte

Pig»' 7 zeigt die durch die Einheit 6 gebildete, hartgelötete Verbindung, nachdem die gesamte andere Einheit mit Ausnahme der Armatur 30 und der Hartlötmaterialringe entfernt wurde· .

Im Betrieb wird die Einheit der vorliegenden Erfindung einfach um die zu verbindenden Teile herum angeordnet, wie es z_oB. in den Figuren 2 und 6 gezeigt ist· Die mit dem Zünder verbundenen Zuleitungen, d.h. die Elemente 9 in Fig· 2 und 29 in Fig· 6, werden dann mit einer geeigneten Spannungsquelle verbunden, ζ·Β· mit einer 2Y- oder 6V-Batterie, in Abhängigkeit von der verwendeten Zündertype. Ein durch den Zünder fließender Strom bringt dJLesen auf eine ausreichend hohe Temperatur, so daß das exotherme Material, welches ihn umgibt, zündet,, Wenn das exotherme Material 'einmal gezündet ist, macht es eine exotherme Reaktion durch, die eine beträchtliche Wärme erzeugt, die dazu ausreicht, daß die Oberflächen der Grenzfläche zwischen den zu verbindenden !Dellen der Armatijr die Fließtemperatur (wetting temperature) des Hartlötmaterials erreichen, wodurch da« Hartlötmaterial in der Grenzfläche fließt· In diese» Zusammenhang ist ea wichtig darauf hinzuweisen, daß

es nicht ausreicht, das Hartlötmaterial einfach auf eine Temperatur zu bringen, bei der es geschmolzen ist, ohne die Oberflächen an der Grenzfläche auf die, Fließtemperatur des Hartlötmaterials zu bringen, da das Hartlötmaterial in der Grenzfläche nur dann fließt, wenn seine Fließtemperatur erreicht ist.

Alle geeigneten exothermen und Hartlötmaterialien können in der vorliegenden Erfindung verwendet werdeno Die Wahl dieser Materialien hängt selbstverständlich teilweise von den besonderen zu verbindenden Grundmaterialien ab· Die Hartlot- und die exothermen Materialien sollten so gewählt werden, daß das Grundmaterial keine physikalische oder metallurgische Beschädigung während der exothermen Reaktion erhält. Da die in der vorliegenden Erfindung verwendete exotherme Reaktion die Grundmaterialienmetalle' den hohen Temperaturen für nur kurze Zeiten aussetzt, können Höchsttemperaturen in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die höher sind als die üblicherweise für zulässig erachteten Temperaturen·

Mullfasern werden für das in der vorliegende!* Erfindung verwendete Isolationsmaterial bevorzugt, doch kann jede andere geeignete Isolation verwendet werden« In der in Fig· 6 dargestellten Ausführungsform werden die Metallbleche und Scheiben vorzugsweise aus Kohlenstoff stahl hergestellt. Andere geeignete Materialien, wie Aluminium, können jedoch ebenfalls verwendet werden· Diese Bleche und Scheiben verhindern wirksam, daß das durch *4· das exotherme Material erzeugte Gas die Isolation durchdringt« Außerdem

reflektieren diese Bleche und Scheiten einen Teil der durch das exotherme Material erzeugten Wärme, wodurch die Wirksamkeit der Wärmeübertragung erhöht wird«

Ein dünnes Blech aus einem Material mit einer sehr, hohen Wärmeleitfähigkeit, ZeBe Kupfer oder Nickel,oder einem sehr hohen Schmelzpunkt, z«B_o Tantal oder Molybdän, kann zwischen dem exothermen Material und der Außenober* fläche der Armatur untergebracht seine Dieses Material erleichtert das Entfernen der exothermen und der isolierenden Mat*ralien von der Armatur, nachdem die exothermen Materialien entzündet wurden.

Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Zünder sollte eine ausreichende Wärmemenge erzeugen können, um die Zündung des verwendeteh exothermen Materials zu bewirken· Obgleich elektrische Widerstandszünder hierin bssüMers angegeben wurden_t ist es dem Fachmann bekannt, daß ander© Zündertypen verwendet werden können,,

Im allgemeinen werden exotherme Materialien bevorzugt verwendet, deren Zündtemperatur unter 65O⁰C liegt· Diese Temperatur wird nicht als absolutes Maximum betrachtet, doch wurde eine größere Zuverlässigkeit beobaehtet, wenn die Zündung taster dieser !temperatur eintritt_β Ein bevorzugtes exothermes Material hat die folgende Zusammensetzung in Gcew*-$iU; .-':

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Magnesium	19,90
Nickeloxyd	51,84
Hanganoxyd	18,24
Aluminium	4,24
Mangandioxyd	5,36

Dieses exotherme Material hat eine Ztindtemperatur von etwa 593⁰Co Wenn 30 g dieses Materials in einer Einheit verwendet wurden, wie Äie in Pig· 2 dargestellt ist, wobei die Armatur aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von etwa 25,25 mm und einer Dicke von etwa 1 mm bestand, wurde gefunden, daß die auf der Innenseite des Rohres in der Mitte der Armatur erzeugte Höchsttemperatur etwa 1093⁰C betrug· Die Gesamtzeit von der Zündung bis zur Höchst» temperatur betrug etwa 35 see* In der in Fig· 1 gezeigten Ausführungsform wird zuerst der exotherme Ring gezündet, dann die Brücke 3 und schließlich der exotherme Ring 4·

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Armaturen können aus jedem geeigneten Metall bestehen» ζ·Β· Monel, Kupfer, Messing, Eisenmetalle uew„Y

Hartlote, die Flußmittel enthalten, sowie flußmittellose Hartlote können in der vorliegeiu_den Erfindung verwendet werden· Wenn Hartlote ohne Flußmittel verwendet werden, ist es gewöhnlich notwendig, eine verhältnismäßig größere Menge zu verwenden, da die Wärmeübertragung durch die Anwesenheit des Flußmittels erleichtert wird* In den Fällen, wo eine Verunreinigung des Inneren der Röhren die mit*·

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einander zu verbinden sind, ausgeschlossen werden soll, sind flußmittellose Hartlote geeignet· Außerdem kann die Verunreinigung herabgesetzt oder ausgeschlossen werden, indem das Innere der Rohre mit einem inerten Sas, wie Argon, geflutet wird« _;

Dem Fachmann ist bekannt, daß das Hartlöten auch als. Schweißverfahren definiert ist, bei dem das Bindemittel ein Nichteisenmetall'oder eine legierungist,dessen Schmelzpunkt über 482⁰C aber unter dem der au verbindenden Metalle oder Legierungen liegt« Bei der exothermen Hartlötung kann der Schmelzpunkt der Hartlotzusammensetzung sogar über dem

metalls
des Grundeaa liegen wegen der äußerst kurzen Zeit, in der sich die Hartlotzusammensetzung auf ihrem Schmelzpunkt befindet« Aufgrund der Anwesenheit der Isolation in der Hartlötverbindungseinheit der vorliegenden Erfindung, kann diese Einheit in extrem kurzem Abstand, d«h« in der Größenordnung von 25 mm, von wärmeempfindlichen Oberflächen verwendet werden« Dies ist ein besonderer Vorteil in,vie·* len Umgebungen· \ /

Die Einheiten der vorliegenden Erfindung können praktisch in jeder Form hergestellt werden. Chemisch neutrale und vollständig stabile exotherme Materialien sind leicht erhältIioh. Demnach können die Einheiten der τοrliegenden Erfindung so hergestellt werden, daß sie praktisch unbegrenzt gelagert werden können·

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Armaturen vergleichsweise klein sind, werden extrem hohe Festigkeiten erreicht. Festigkeiten bis zu 13 kg/mm und darüber wurden mit Armaturen der vorliegenden Erfindung erzielt« Demnach kombinieren die Armaturen der vorliegenden Erfindung die sehr erwünschten Eigenschaften einer geringen Größe, eines leichten Gewichtes und einer hohen Festigkeit, was sie besonders für die Herstellung von Verbindungen.in hydraulischen Bohranlagen geeignet machte

Für den Fachmann ist offensichtlich» daß Änderungen in den Mengen und Typen der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Materialien die Wärmebeziehungen dieser Materialien verändern werden· Demnach wird in einer gegebenen Einheit eine Änderung in der Type oder der Menge des isolierenden Materials, des Hartlötmaterials, des exothermen

den

Materials, der Armatur oder der zu verbinden? Teile gewöhnlich eine entsprechende Änderung in einem oder mehreren der anderen Bestandteile der Einheit erfordern» Bei gegebenen Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nur eine Routineuntersuchung erforderlich, um die beste Type und Menge des zu verwendenden Materials zu bestimmen«

- Patentansprüche -

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Claims

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16Z7654

P a t e η t a {ΐβ| r ti c h e t

("Q Hartlötverbindungseinheit, gekennzeichnet durch eine Metallannatur, ein Hartlötmaterial, welches in jedem vtfn mindestens zwei Hohlräumen in der Innenfläche der Armatur untergebracht ist, mindestens zwei monolithische Körper aus exothermem Material in Berührung mit der Außenoberflache der Armatur, aber im Abstand voneinander entlang einem Abschnitt der Armatur, wobei die monolithischen Körper so angeordnet sind, daß sie eine gleichförmige Erwärmung der Armatur bewirken, um die Fließtemperatur des Hartlötmaterials zu erreichen, und durch Zünduhgsvorriohtungen, fiif Sie monolithischen Körper überbrücken, um eine praktisch gleichzeitige Zündung der monolithischen Körper zu erlauben.
2. Einheitnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _s daß isolierendes Material die monolithischen Körper umgibt.
3ο Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, &.&B das isolierende Material mit mindestens einer Metallhülle versehen iste
4* Einheit nöoh Anspruöh 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet..,__ daß die"StÜndungsvdrrichtung aus einem elektrischen WiderstaJidsheizer beateht.
5* Einheit nach Mspruch 1* 2, 3 oder 4· dadurch gekennzeichnet, daß äine Brücke aus exothermem Material die beiden monolithischen Körper verbindet, um eine praktisch gleichzeitige Zündung «u^ erlauben«

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6. Verfahren zur Vereinigung von zwei Metallstüeken, dadurch gekennzeichnet, daß man an der Verbindungsstelle der Metallstücke eine Hartlötverbindungseinheit anordnet, bestehend aus einer Metallarmatur, welche die Verbindungsstelle umgibt, Hartlötmaterial, welches in jeder von mindestens zwei Hohlräumen in der Innenoberfläche der Armatur untergebracht ist, mindestens zwei monolithischen Körpern aus exothermem Material in Berührung mit der Außenoberfläche der Armatur, aber im Abstand voneinander entlang einem Abschnitt der Armatur angeordnet, wobei die monolithischen Körper so angeordnet sind, daß sie eine gleichförmige Erwärmung der Armatur ergeben, um die Fließtemperatur des Hartlötmaterials zu erreichen, und aus einem Zünder, der die monolithischen Körper aus exothermem Material praktisch gleichzeitig entzündet, wodurch das Hartlötmaterial in der Grenzfläche zwischen der Armatur und den Metallstücken fließt, und daß man die Armatur abkühlen läßt« wodurch eine hartgelötete Verbindung erzeugt ist»

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entzünden darin besteht, daß ein Strom durch einen elektrischen Widerstandsheizer geschickt wird«

8« Verfahren nach Anspruoh 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Brücke aus exothermem Material herstellt, welche die beiden monolithischen Körper verbindet, um eine praktisch gleichzeitige Zündung zu erlauben·

# 604 HP/Wr

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