DE1627718A1 - Verfahren zum UEberziehen einer Metalloberflaeche - Google Patents

Verfahren zum UEberziehen einer Metalloberflaeche

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Description

DR. MDLLER-BORf DIPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ
PATENTANWÄLTE
den 10.3.1967
. Fi/Bch - A988
Unser Zeichen
ASOMIO MEELGX OP CANADA LIMIiBED Ottawa, Ontario, öanada
Verfahren zum Überziehen einer Metalloberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überziehen, einer Metalloberfläche.
Die bei Kernreaktoren verwendeten Druckrohre sind üblicherweise aus einer Zirkoniumlegierung hergeatellt, wobei Zircaloy-2 eine typische Legierung dieser Art ist. Dieses Metall besitzt eine hohe Waaaerstoffaufnähme. Bei organische gekühlten Reaktoren wird erwartet, daß die Wasserstoffaufnähme in den Druckrohren aus Zirealoy-2 größer ist als bei Druckwasserreaktor en·
Es wurde festgestellt, daß durch Überziehen derartiger Druckröhren aus Zircaloy-2 mit Aluminium diese Wass@retoffaufn.ahme verringert wird. Gute Überzugsbindungen wurden swisschea friael%6&, heißem Aluminium von einer Mafa?iz.e und der ©xydierten 0b®rfläehe eines Bohre« aus Zirealey^S err®i©fete lia@ faste Biateag kann gew8hnl±«äi nltikt g®s©feaff®n w©M®nö ηθε®. ta© iiit d©r ©sydierten Obtrfläehie
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kommende Aluminium ebenfalls oxydieren kann· Aus diesem Grunde kess, üblicherweise eine gute Bindung nicht durch, das Zusammenpressen zweier Metallflächen erreicht werden, da bei dieses Vorgang die Oxydschichten, welche die Metalloberflächen bedecken, nicht beseitigt sind. Um Aluminium an Zircaloy-2 zu binden, scheint es daher erforderlich, daß das Oxyd von der Oberfläche des Aluminiums beseitigt oder die Oxydkonzentration wesentlich verringert wird·
Durch die Erfindung wird aufgezeigt, daß durch Strecken und ein mit ausreichendem Druck erfolgendes Gegeneinanderdrücken v©a erhitztem Aluminium und erhitztem Zircaloy-2 über zumindest 85 % der Grenzfläche ein Überziehen des Zircaloy-2 mit Aluminium erreicht wird· Durch das Strekken und das Ausdehnen des erhitzten Aluminiums direkt vor dem Anpressen an die Oberfläche des erhitzten Zircaloy-2 wird wahrscheinlich die Oxydschicht auf dem AlirrTnium auf eine ausreleke&d geringe Konzentration reduziert, sodaß eine Bindung swi selten den Grenzflächen der zwei Metalle erfolgt«
Walter® Hi»s©lh©tt®ii, d©r Erfindung werden anhand von Aus-
üsugnahm® auf die Zeichnung er-
la äiooif s®l
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Figur 1 einen Teilquerschnitt eines Rohrs aus Zircaloy-2 und die innere Aluminiumhulse mit des darüber an— geordneten Preßstößel zum überziehen)
Figur 2 einen Teilquer schnitt des Rohres aus Zircaloy-2 und der Alumiziiumhülse mit dem Preßet©ßel, wobei dieser Preßstößel in die Aluminiumhuls® eingreift und in der Stellung unmittelbar vor Beginn des ÜberZiehens dargestellt ist, und
Figur 3 einen Teilquerschnitt des Rohres aus Zircaloy-2 und der Aluminiumhülse, wobei bereits im oberen Teil des Rokres aus Zircaloy-2 ein Überziehen erfolgt ist·
Ein Rohr 1 aus Zircaloy-2 mit einem Innendurchmesser von 8,25 cm (3,25 inches) und einer ungefähren Wandstärke von entweder 2,92 mm (0,115 inches) oder 3,93 mm (0,155 inches) wurde auf einem Ambossfutter 2 angeordnet, das sich auf einer Halteplatte" 3 und einem Befestigungstisch 4 befand*
Eine 18 Aluminiumhülse 5 *it einem Aussendurchmesser von 7,62 cm (3 inches) und einer Wandstärke von 4,19 mm (0,165 inches) und einem kegelstumpfförmigen Ende wurde in das Rohr 1 eingebracht· Diese Aluminiumhülse 5 wurde
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aus einem I5?24- cm. (6 inches) 1S Aluminiumrohr mit einem Auß©ndurchmess®r von 7»δ2 cm (3 inches) und einer Wandstärk® γόη 4,19 mm (0,165 inches) hergestellt· Dieses Bohr wurde in der Weise bearbeitet, daß von der Außensite etwa 0,393 ram (1/64· inches) entfernt wurden, um Verunreinigungen zvL beseitigen, die während der Herstellung des Sohr@s eingedrungen sein können» Der sich auf Raumtemperatur befindend® und mit Lanolin überzogene Preßstöfiel 6 wurde über das obere Ende des Aluminiumrohres nach unten gedrückt, s.odaß an dem oberen Ende dieses Bohres eine Ausbauchung erfolgte und eine Aluminiumhülse 5 gebildet wurde (sieh© 3?ig. 1)·
Ein Preßstößel 6 wird Ülrfe «!or in der Zeichnung dargestellten Form aus einem warm verarbeiteten Gesenkstahl wie "Crodi" gefertigt und besitzt einen ringförmigen Preßring 7t dessen Durohm®ss®r größer als der Preßstösselkörper 6, aber geringer als der Innendurchmesser des Rohres 1 aus Zlrcaloy-2 ist« Der Preßstössel 6 wird dann auf die Rockwell-Härte 052 gehärtet·
Dieser Prsßstöesel 6 wird dann mittels geeigneter Einrichtungen an einer hydraulischen Presse befestigt und alt Lanolin überzogen. Mehrere 18 Aluminiumrohre, deren Außen-
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wände zur Beseitigung von Verunreinigungen bearbeitet wurden, werden dann in der beschriebenen Weise ausgebaucht, um Aluminiumhülsen 5 zu schaffen. Diese werden dann ebenso wie der Presstößel 6 sorgfältig mit Trichloräthylen entfettet. Das Innere der Hülsen 5 wird anschliessend mit einer Schicht aus kolloidalem Graphit in Wasser überzogen, wobei darauf geachtet wird, daß kein Graphit an die Außenfläche der Hülse 5 gelangt. Der Presstößel 6 wird ebenfalls mit einem Schmiermittel aus kolloidalem Graphit in Wasser überzogen, aber in diesem Falle werden zwei Schichten aufgebracht, wobei vor dem Aufbringen der zweiten Schicht genau darauf geachtet wird, daß die erste Schicht trocken ist.
Die Innenfläche des Rohres 1 aus Zircaloy-2 wird dann gereinigt und unter Verwendung von Wasser als Schmiermittel mit einem wasserfesten 400-Korn-Karborundpapier poliert, mit Wasser abgewaschen, getrocknet und dann sorgfältig mit Trichloräthylen entfettet.
Das polierte Bohr 1 aus Zircaloy-2, die Aluminiumhülse 5 und der Presstößel 6 werden dann auf etwa 5100O (95O0P) erhitzt, und zwar dadurch, daß sie für 15 bis 4-5 Minuten in Luftatmosphäre in einen auf einer Temperatur von etwa P) gehaltenen Elektroofen gebracht werden.
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Das erhitzt© Rohr 1 aus Zircaloy-2 wird dann auf die Halteplatte 3 gebracht, die erhitzte Aluminiumhülse 5 wird in das Bohr 1 gesteckt, und der erhitzte PreSstössel wird an einer hydraulischen Presse (nicht dargestellt) befestigt und konzentrisch zum Bohr Λ sowie in axialer Ausrichtung mit diesem Bohr angeordnet. Der Preßstössel 6 wird anschließend mit einer Geschwindigkeit von weniger als 15»24 cm (6 inches) pro Minute abgesenkt, und diese Geschwindigkeit wi«rd während seiner gesamten Bewegung durch das Bohr -1 aufrecht erhalten, wodurch das Über-. ziehen gewährleistet wird· Während des Überziehen* bewegt sich die Hülse 5 aufwärts (nach oben gerichteter Pfeil in ?ig· 3) und der Preßstösael 6 bewegt sich nach unten (naeh unten gerichteter Pfeil in fig· 3) ·
Es muß angeführt werden, daß die Wandstärke des das Innere des Rohres 1 überziehenden Aluminiums dünner als die Wandstärke der Hülse 5 vor dem Übersiehvorgang ist. $ siehe ?i£« 3)· Dies wird sowohl durch das. Strecken als auch durch die Dehnung des Durchmessers der Hüls· 3 unter dem Wink«! k bei und unmittelbar unter dem ringförmigen PreSring 7 des Preßstössels 6 erreicht.
Der gemäß d«m vorstehend beschriebenen Verfahren auf der
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Innenseite des Rohres 1 aus Zircaloy-2 war nicht immer gleichmäßig. Die Auskleidungen waren in einer Anzahl von Bohren auf einer Seite gariffelt, und es wird angenommen, daß dies durch eine üfeanaäBig© Unrundheit des Sohres 1 aus Zirel&oy-S vema3?saelLt wurde· Sie !Riffelung trat im@r an der diien Üsi1?e aaf, an der das Bohr am weitesten i?s3?e Dies© BIffelling-wurde offensichtlich durch den Mangel an Aluminium wütosad d©s Vorganges des Überziehens verursacht· ¥ezm di© Aluminium-' hülse 5 symmeatrisch verarbeitet wird, dams. muB das* Aluminium von zwei Eiefetiaagen smfli®B©n9 d.»he der UmfsjagBfliii igt durch den Bei'bungswiderstaxii. d@a Aluminiums begrenzt, und so trägt dieser wahrscheinlich dasu bei, daß eine unzureichende Zuführung von Aluminium dort erfolgt, wo das Bohr 1 aus Sircaloy-2 unrund ist« Sie Festigkeit der Hüls® 5 begrenzt den Betrag des Aximlflussee· Auf diese Weise erhalten Flächen, di® m@hr Aluminium als durchschnittlich benötigen, nur eine unzureichende Aluminiumzuführung, wodurch sich geriffelte Oberflächen ergebene
An Stelle des kolloidalen Graphit« kann auch gescSimolsenee Salz als Schmiermittel verwendet werden, wobei dieses jedoch sehr flüssig und folglich schwierig zu verwenden ist·
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Andererseits weist der Graphit den Nachteil auf, daß auf den Preßstöesel 6 und das Innere der Hülse aufgebracht werden muß, wenn diese kalt sind·
Die Dicke des Aluminiumüberzuge β wurde durch Inderung des Durchmessers des Preßringeβ 7 des Preßstössels 6 eingestellt. Aluminiumauskleidungen von 0,114- mm (0,004-5 inches) bis 0,635 mm (0,025 inches) Stärke fielen ganz zufriedenstellend aus, obwohl es sehr schwierig war, sehr dünne Überzüge (0,114 mm) zu verwenden, ohne die Verbindung1 zwischen dem bereits zur Auskleidung verwendeten Aluminium und dem Überzugsaluminium wie be 18 zu brechen· Der Kopf des Preßstössels 6 kann auch etwas langer als die Länge der Hülse 5 sein, sodaß die Umfange- Endkante 10 des Preßstösselkopfes 9 sich nicht in das Aluminium eingräbt und den Aufwärtsfluß während des Bindevorgange beschränkt. Der lange Kopf des Preßstössels 6 trägt auch dazu bei, die Kreisform der Hülse 5 Aufrechtzuerhalten und eine geeignete lage dieser Hülse 5 innerhalb des Rohres 1 zu gewährleisten..
In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung im Zusammenhang mit Zircaloy-2 erläutert. Ss können jedoch auch andere Zirkonium-Legierungsmetall·, wie beispielsweise Zircaloy-4-, verwendet werden, und es mul betont werden, daß gemäß der Erfindung auch di· verschiedenen Zirkonium-Legierungen verarbeitet werden können, di· speziell zur Verwendung in Kernreaktoren entwickelt wurden. jg/u
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- Patentansprüche -

Claims (1)

  1. V627718
    Patentansprüche
    1. Verfahren zum Überziehen eines Zirkonium-Legierungsmetalls, dadurch gekennzeichnet , daß erhitztes Aluminium gestreckt und gegen die Oberfläche des erhitzten Zirkonium-Legierungsmetalls gepreßt wird·
    2. Verfahren zum Überziehen eines erhitzten Rohres aus einer Zirkonium-Legierung, dadurch gekenn zei chn e t , daß erhitztes Aluminium gestreckt und gegen das erhitzte Zirkonium-Legierungsrohr gepreßt wird·
    3. Verfahren zum Überziehen eines erhitzten Zirkonium-Legiexmgerohres mit Aluminium, dadurch gekennzeichnet , daß zunächst die Grenzflächen des Zirkonium-Legierungsrohres und des Aluminiums gereinigt
    u werden, daß dann das Zirkonium-Legierungsrohi und das Aluminium erhitzt werden und daß schließlich die gereinigte Fläche des erhitzten Aluminiums gestreckt und gegen die gereinigte Fläche des erhitzten Zirkonium-Legierungsrohres gepreßt wird.
    4·· Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch
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    - ίο -
    gekennzeichnet, daß das Zirkonium-Legierungsrohr und das Aluminium vor dem Überziehen auf eine Tempera-
    * tür von etwa 4-80 C (900 F) erhitzt werden.
    5. Verfahren zum Überziehen eines Zirkonium-Legierungsrohres mit Aluminium, dadurch gekennz eichnet, daß die Oberfläche des Zirkonium-Legierungsrohres zur Ausbil- . dung einer ersten Bindeoberfläche gereinigt wird, daß eine Oberfläche des Aluminiummetalls zur Ausbildung einer zweiten Bindefläche gereinigt wird, daß dann die erste Bindeflache
    . und die zweite Bindefläche auf eine Temperatur von etwa 4800O (9000F) erhitzt werden und daß schließlich die zweite Bindefläche gestreckt und auf/lie erste Bindefläche gepreßt wird, um dadurch ein überzogenes Element zu schaffen.
    6. Verfahren nach Anspruch 5 > dadurch gekennzeichnet, daß zur Reinigung des Zirkonium-Legierungsmetalls zunächst die Oberfläche mit einem wasserfesten 4-00-Korn-Karborundpapier unter Verwendung von Wasser als Schmiermittel gesäubert und poliert wird, daß dann die polierte Fläche mit Wasser abgewaschen und diese Fläche getrocknet wird und daß schließlich diese Fläche sorgfältig mit* Trichloräthylen entfettet wird, um so die erste Bindefläche zu schaffen.
    0Ό9850/0749
    ?· Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η -zeichnet, daß das Aluminiummetall zur Ausbildung der zweiten Bindefläche in der Veise gereinigt wird, daß zunächst die Verunreinigungen von der Aluminiumöberfläche entfernt werden und dann diese Oberfläche sorgfältig mit Trichlorethylen entfettet wird.
    8. Verfahren zum Überziehen der Innenfläche eines Zirkonium-Legierungsrohres mit Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Innenseite des Zirkonium-Legierungsrohres gereinigt wird, daß darauf eine AluminitHB-hülse mit etwas geringerem Außendurchmesser als dem Innendurchmesser des Zirkonium-Legierungsrohres in das Zirkonium-Legierungsrohr eingebracht wird, daß dann das Zirkonium-Legierungsrohr und die Aluminiumhülse auf eine Temperatur von etwa 4600C (900°?) erhitzt werden und daß schließlich ein Preeetößel, .der einen zylindrischen Kopf aufweist, an dem'ein den Kopf umschließende·, nach außen vorstehendes Teil angeformt ist, durch das Bohr und die Hülse in der Weise gepreßt wird, daß die Aluminiumhülse durch das vorstehende XeIl des Presstößelkopfes nach außen gedrückt wird und gewaltsam mit der Innenfläche des Zirkonium-Legierungsrohres in Berührung gebracht wird, so daß auf > das Zirkonium-Legierungsrohr eine festheftende schicht aufgebracht wird.
    BAD ORIGINAL 009850/0749
    9· Verfaliren zum überziehen der Innenseite eines Zirkonium-Legierungerohre β mit Aluminium nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dafi das nach außen vorstehende und an den Kopf des Presstößels angeformte Teil eine sich nach außen erweiternde, konische Oberfläche besitzt, damit das Aluminium gezwungen ist, nach außen gegen die Innenfläche des Zirkonium-Legierungsr-ohres zu fließen·
    009850/0749
DE19671627718 1966-03-21 1967-03-10 Verfahren zum UEberziehen einer Metalloberflaeche Pending DE1627718A1 (de)

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