DE1758732C3 - Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Stahl mit Teilen aus anderen Metallen durch Tauchlöten - Google Patents
Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Stahl mit Teilen aus anderen Metallen durch TauchlötenInfo
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Description
Die metallurgische Verbindung eines Teils aus einem der Metalle Titan, Zirkon, Hafnium, Uran,
Niob, Tantal oder aus einer Legierung eines dieser Metalle — die im folgenden kurz mit »Metall« bezeichnet
werden — und einem Teil aus Stahl stellt ein schwierig zu lösendes Problem dar. Eine Schweißung
ist deshalb nicht möglich, weil sich während des Schmelzens intermetallische Verbindungen zwischen
dem Metall und Eisen bilden, die nach dem Abkiihlen die Zone der Schweißung äußerst brüchig werden
lassen.
Es wurde daher vorgeschlagen, die beiden Flächen mit Hartlot zu überziehen, bevor man sie zusammenfügte,
eine mechanische Verbindung der beiden Flächen herzustellen, dann das Gebiet, in dem die Verbindung
stattfinden sollte, im Vakuum auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Hartlots
zu erhitzen, .um dieses in alle Zwischenräume zwisehen
den beiden Flächen eindringen zu lassen und die Teile dann abkühlen zu lassen. Um die Anwendung
von Vakuum zu vermeiden hat man auch in Betracht gezogen, aluminiumreiche Hartlote zu verwenden,
die im Tauchbad angewendet werden können. Die Technik des Tauchlötens allgemein ist aus
Lüder, Handbuch der Löttechnik, 1952, Seite 175, beao
kannt. Dabei bilden sich jedoch während des Lötens sowohl auf der Oberfläche des jeweiligen Metalls
oder seiner Legierung, als auch auf der Oberfläche des Stahlteils dicke und brüchige Schichten aus intermetallischen
Verbindungen Metall-Aluminium und Eisen-Aluminium, welche die Verwendung der so erhaltenen
verbundenen Stücke beeinträchtigen.
Wenn man als Hartlot Aluminium-Silicium-Legierangen
mit 1 bis 40°/o Silicium verwendet, erhält man
im allgemeinen intermetallische Schichten, mit unregelmäßiger oder übermäßig großer Stärke und in
gewissen Fällen eine erhebliche Verringerung der miteinander zu verbindenden Seiten der Metallteile.
Diese Erscheinungen werden dadurch verursacht, daß es unmöglich ist, die Wachstumsgeschwindigkeit der
betreffenden intermetallischen Verbindungen zu beherrschen, da die Al-Si-Legierung gegenüber Stahl
und/oder Metall nicht stabil ist. Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 30 10 198 bekannt. Darin wird
das Tauchlöten von Teilen aus Titan oder Titanlegierangen beschrieben, wobei man die Teile in Bäder
von geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierungen gibt, nachdem vorher die Oxidschicht mit
Hilfe eines Flußmittels entfernt wurde. Die bekannten Lote bestehen entweder aus reinem Aluminium
oder aus Aluminiumlegierungen, die mindestens 80 °/o Aluminium besitzen. Weitere Legierungsbestandteile
sind z.B. 5 bis 15 Vo Si oder 4«/» Cu oder 70O Sn
oder 5 bis 20 0O Zn. Wie oben ausgeführt, erhält man
damit jedoch nur dicke und brüchige Schichten. Ein
weiterer Nachteil besteht darin, daß man die Einzelteile vor ihrer Verbindung mit Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung beschichten muß, sie dann mechanisch zusammenfügen muß und anschließend erneut
in das Metallbad tauchen muß, um sie zusammen zu löten. Dieses wiederholte Tauchen in das
Lötbad macht das bekannte Verfahren kompliziert und aufwendig.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, diesen Nachteil durch die Anwendung einer neuen Füll-Legierung
zu verwenden, die sowohl mit dem Metall aus auch mit Stahl verträglich ist. Das erfindungsgemäße
Verfahren hat zugleich den Vorteil einer einfachen und wirtschaftlichen Anwendbarkeit.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung einer dichten und widerstandsfähigen Verbindung zwischen einem Teil aus einem der Metalle Titan, Zirkon, Hafnium, Uran, Niob, Tantal oder einer Legierung eines dieser Metalle und
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung einer dichten und widerstandsfähigen Verbindung zwischen einem Teil aus einem der Metalle Titan, Zirkon, Hafnium, Uran, Niob, Tantal oder einer Legierung eines dieser Metalle und
einem Teil aus Stahl, wobei man eine mechanische Verbindung der beiden Teile herstellt, so daß ein
Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Rächen des Metallteils und des Stahlteils verbleibt, die
mechanisch verbundenen Teile in ein bei einer Temperatur von 575 bis 800° C gehaltenes, mindestens
teilweise mit geschmolzenem Rußmittel bedecktes Bad aus einer Legierung auf Basis von Aluminium
eintaucht und die miteinander verbundenen Teile aus dem Bad entfernt und abkühlt, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man sie in eine Legierung mit einem Gehalt an 1 bis 13°/o Silicium, 0,2 bis 50Zo des mit
Stahl zu verbindenden Metalls, 0,2 bis lO<7o Eisen
und gegebenenfalls mindestens einem der Elemente der Stahllegierung und/oder der Metall-Legierung in
einer Menge von je 0,2 bis 15 °/o, Rest Aluminium, eintaucht
Gegebenenfalls nimmt man die Entfernung der verbundenen Teile aus dem Bad so vor, daß die Rußmittelschicht
nicht mehr durchquert wird.
Wenn man dafür gesorgt hat, daß bei der mechanischen Verbindung zwischen den beiden Teilen genügend
Spiel bleibt, erhält man dann eine Füllschicht zwischen den beiden Rächen, die gut an jeder Räche
anhaftet. Tatsächlich reagiert die ursprüngliche, die Füllung bildende Legierung mit jeder der Rächen
unter Bildung einer Verbindung, die wenigstens Aluminium, Silicium und das betreffende Metall enthält,
mit dem Metall oder der Metall-Legierung und unter Bildung einer Verbindung, die wenigstens Aluminium,
Silicium und Eisen enthält, mit dem Stahl. Da die zur Füllung verwendete Legierung an dem betreffenden
Metall, an Eisen und/oder an Elementen der Metall-Legierung oder der Stahllegierung gesättigt ist,
wachsen die Schichten aus mindestens ternären intermetallischen Verbindungen langsam und besitzen
eine homogene und feste polykristalline Struktur. Aus diesem Grund sind die Schichten sehr fest haftend
und sind außerdem im Stande, das Eindringen von Aluminium in den Stahl und/oder das Metall
oder die Metall-Legierung während einer Zeit von mehreren 1000 h bei 400 bis 45O0C zu verhindern,
was bei Schichten aus Metall-Aluminium-Verbindungen oder ternären Verbindungen, die auf ungeregelte
Weise gebildet wurden, nicht der Fall ist.
Im allgemeinen wird bevorzugt, die Oberfläche des Stahlteils um die angrenzende Oberfläche des Teils
aus Metall oder Metall-Legierung zu legen, wenn letztere einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten
als Stahl besitzen. Hierbei erweitert sich der Zwischenraum zwischen den beiden Flächen während
des Eintauchens und verringert sich während des darauf folgenden Abkühlens. Daraus ergibt sich
die Wirkung, daß das Stahlteil das Teil aus der Legierung umspannt. Je niedriger die Anwendungstemperatur
der verbundenen Teile ist, desto größer ist diese Spannung.
Die mechanische Verbindung kann auf jede bekannte Weise verwirklicht werden, beispielsweise
durch konische Verzapfung, zylindrisches oder konisches Gewindeschneiden, Aufdornen oder Einwalzen
und das Zusammenfügen der beiden Elemente kann vor dem Eintauchen oder in dem Tauchbad selbst
erfolgen.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen.
Verbindung eines Rohrs aus nichtlegiertem Stahl
mit einem Rohr aus einer Zirkonlegierung mit 1,5 0Zo
Sn, O,12«/o Fe, 0,10 0Zo Cr, 0,05 0Zo Ni (Zircaloy 2),
Durchmesser etwa 100 mm.
Auf der Innenseite eines Stahlrohrs und der Außensehe
eines Rohrs aus Zircaloy 2 wurde auf einer Länge von 100 mm ein Gewinde eingeschnitten. Die
Länge der vereinigten Teile betrug 600 mm. Es wurde ein Bad aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, die
70Zo Silicium, 30Zo Zirkon und 50Zo Eisen enthielt
and dieses Bad bei einer Temperatur von 7500C gehalten.
Auf einem Teil der Oberfläche wurde im Inneren eines Graphitzylinders, dessen unterer Teil in
das Metallbad eintauchte, eine Schicht aus flüssigem Flußmittel aufrechterhalten. Die Rohre wurden miteinander
verichraubt und durch das Flußmittel in das Bad eingetaucht, in vertikaler Richtung einige Male
hin- und herbewegt und dabei durch das Rußmittel in das Metallbad und aus dem Metallbad geführt.
Dann wurden sie aus dem Graphitring entnommen und ohne Berührung mit dem Rußmittel noch einmal
in das Legierungsbad getaucht und dort 20 Minuten lang belassen. Die Oberfläche der Legierung wurde
sorgfältig von Flußmittelspuren befreit, die sich in der Nachbarschaft des zu behandelnden Teils befanden
und dieses wurde schnell aus dem Bad entnommen um es abkühlen zu lassen. Ein Schnitt durch die
erhaltene Verbindung ist in F i g. 1 dargestellt.
1 bedeutet die Wandung des Rohrs aus Zircaloy 2, 2 die Wandung des Stahlrohrs, 3 ist die Schicht der
Legierung des Tauchbads, die den Zwischenraum zwischen den Rohrgewinden ausgefüllt hat. 4 ist eine
Schicht aus einer Legierung Zr2AJ5Si, die sich bei
Berührung mit der Zinnlegierung gebildet hat, 5 bedeutet eine Schicht einer Legierune Al-Fe-Si, die in
Berührung mit dem Stahlrohr entstanden ist.
Verbindung eines Rohrs aus nichtlegiertem Stahl mit einem Rohr aus einer Zirkonlegierung mit 2,5 °/o
Niob.
Die miteinander verbundenen Teile wurden 20 Minuten lang in ein bei 750° C gehaltenes Bad aus einer
Legierung auf Basis von Aluminium eingetaucht, das 8°/o Si, 3°/o Zr, 8°/o Fe und 120O Nb enthielt.
Verbindung eines Teils aus nichtoxydierbarem Stahl 18-10 und einem Teil aus Zircaloy 2.
Die miteinander verbundenen Teile wurden 20 Minuten lang in ein auf 7000C gehaltenes Bad einer
Legierung auf Basis von Aluminium getaucht, die 7 0Zo Si, 3 Vo Zr, 2 0Zo Fe und 3 0Zo Cr enthielt.
Verbindung eines Rohrs aus nichtlegiertem Stahl mit einem Rohr aus nichtlegiertem Titan.
Die miteinander verbundenen Teile wurden 10 Minuten lang in ein bei 800° C gehaltenes Bad aus einer
Aluminiumlegierung getaucht, die 9 0Zo Silicium, 3 0Zo
Titan und 10 0Zo Eisen enthielt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung einer dichten und widerstandsfahigen Verbindung zwischen einem
Teil aus einem der Metalle Titan, Zirkon, Hafnium, Uran, Niob, Tantal oder einer Legierung
eines dieser Metalle und einem Teil aus Stahl. wobei man eine mechanische Verbindung der beiden
Teile herstellt, so daß ein Zwischenraum zwischen den, zu verbindenden Flächen des Metallteils
und des Stahlteils verbleibt, die mechanisch verbundenen Teile In ein bei einer Temperatur
von 575 bis 8000C gehaltenes, mindestens teilweise
mit geschmolzenem Flußmittel bedecktes Bad aus einer Legierung auf Basis von Alüminium
eintaucht und die miteinander verbundenen Teile aus dem Bad entfernt und abkühlt, dadurch
gekennzeichnet, daß man sie in eine Legierung mit einem Gehalt von 1 bis 13°/o
Silicium, 0,2 bis 5 %> des mit Stahl zu verbindenden
Metalls, 0,2 bis 10°/» Eisen und gegebenenfalls mindestens eines der Elemente der Stahllegierung
und/oder der Metall-Legierung in einer Menge von je 0,2 bis 15 °/o, Rest Aluminium,
eintaucht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung
der beiden Teile vor dem Eintauchen erfolgt.
3. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung
der beiden Teile während des Eintauchens erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die
mechanisch miteinander verbundenen Teile vor dem eigentlichen Eintauchen einige Male durch
die Schicht aus Flußmittel und das Metallbad hin- und herbewegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eigentliche
Eintauchen in das Metallbad ν ährend einer Dauer von 5 bir- 30 Minuten erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die miteinander
verbundenen Teile nach dem Eintauchen ohne Berührung mit dem Flußmittel aus dem Bad entnimmt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da£- man die mechanische
Verbindung der beiden Teile so vornimmt, daß die Fläche des Stahlteils um die mit
ihr zu verbindende Fläche des Teils aus dem Metall gelegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische
Verbindung mit Hilfe eines Gewindes erfolgt.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR116894A FR1539196A (fr) | 1967-08-04 | 1967-08-04 | Perfectionnements aux liaisons entre des pièces en acier et des pièces en autres métaux |
| FR116894 | 1967-08-04 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1758732A1 DE1758732A1 (de) | 1971-01-28 |
| DE1758732B2 DE1758732B2 (de) | 1976-08-26 |
| DE1758732C3 true DE1758732C3 (de) | 1977-04-07 |
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