DE1900322A1

DE1900322A1 - Verfahren zum Herstellen von Verbindungen

Info

Publication number: DE1900322A1
Application number: DE19691900322
Authority: DE
Inventors: Dr Ing Mario Boccalari; Dr Ing Giantranco Colombi; Dr Mario Gabaglio; Dr Aldo Liscia; Siergiej John M
Original assignee: Comitato Nazionale per lEnergia Nucleare CNEN
Current assignee: Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie lEnergia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ENEA
Priority date: 1968-01-03
Filing date: 1969-01-03
Publication date: 1969-11-13
Also published as: AT293836B; SE338294B; FR1601957A; CH500778A; NL6900019A; GB1258141A; US3604102A; BE726390A

Description

Verfahren zum Herstellen von Verbindungen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen mittels eines technologischen Prozesses, "bei dem zwei unterschiedliche Metalle eine Bindung eingehen. Insbesondere soll durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen werden, mit dem einfache oder mehrfache rohrförmige Verbindungen hergestellt werden können, die im allgemeinen als itbergangsverlDindungen "bezeichnet werden. Das soll durch die Vereinigung von zwei oder mehr rohrförmigen Elementen geschehen, die aus unterschiedlichen Metallen derartiger gegenseitiger Affinität "bestehen, dass es zwischen ihnen zu einer metallurgischen Bindung kommen kann.

Beispiele von zwei Metallen, in reinem oder legiertem Zustand, die eine metallurgische Affinität in Bezug aufeinander aufweisen, sind z. B. Zirkon und Eisen sowie die Legierungen dieser Metalle. tTbergangsver"bindungen zwischen diesen beiden Metallen, die gemäss der vorliegenden Erfin-

dung hergestellt werden, sind vor allem in einigen speziellen Fällen mit "besonderem Erfolg anwendbar.

Insbesondere in der Kerntechnik lassen sich, durch, die erfindungsgemäss hergestellten Verbindungen beachtliche Vorteile erzielen, da hierdurch die Verwendung des teuren Zirkons oder dessen Legierungen innerhalb des Brennstoffberei'chs eines Kernreaktors eingeschränkt werden kann, indem das Zirkon wegen seiner niedrigen Neutronenabsorption erhebliche Vorteile bietet. Die Zirkonteile können durch die erfindungsgemässe Übergangsverbindung mit weniger teuren Komponenten aus rostfreiem Stahl verbunden werden, weichletzterer in Bereichen des Kernreaktors verwendet werden, in denen es nicht primär auf die ITeutronenökonomie ankommt.

Zum Beispiel hat sich die Kombination von Zirkonrohreü, und Kopfplatten aus rostfreiem Stahl als die ideale Lösung für Wärmeaustauscher in Kernreaktoren erwiesen. Daraus ergab sich die Notwendigkeit, eine positive Verbindung zwischen den rostfreien Stahlplatten und den Röhren aus Zirkon und Zirkonlegierungen herzustellen. Eine derartige Verbindung muss in einer solchen Weise hergestellt werden, dass sie eine vollständige Abdichtung gegen Lechage des umlaufenden Kühlmittels bildet. Diese Bedingung muss auch dann erfüllt sein, wenn gleichzeitig mechanische Zugkräfte auftreten, etwa infolge induzierter Vibrationen sowie au'J? Grund der turbulenten Kühlmittelströmung und der durch plötzliche Temperaturänderungen bedingten Wäg?mebeanspruchungen. Tatsächlich stellt bereits eine zufällige

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LeftflBge nur geringen Kühlmittelmengen aus dem druckbeaufschlagten Rohren des Wärmeaustauschers eine ernsthafte Störung dar, da auf diese Weise eine Verunreinigung durch Austreten der Spaltprodukte entsteht.

Es ist darauf hinzuweisen, dass eine übliche Verbindung zwischen Zirkon und rostfreiem Stahl, die mit Hilfe von Verfahren erreicht wird, "bei denen die "beiden Metalle geschmolzen werden, keine "befriedigenden Ergebnisse bringt, da es zu grossen Volumen intermetallischer Verbindungen kommt, die ihrerseits brüchig sind und daher die mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit beeinträchtigen sowie zur Korrosion der Verbindung führen.

Wenn es jedoch gelingt, eine geeignete Verbindung mittels eines Verfahrens herzustellen, bei dem kein Schmelzvorgang angewandt wird, so dass eine ultradünne metallurgische Bindung, die nicht bruch-ig ist, zwischen dem Zirkon und dem Stahl zustande kommt, dann kann die Stahlkomponente der Verbindung mit der Stahlplatte auf konventionelle Weise verschweisst werden, und die Zirkonkomponente kann ebenfalls in bekannter konventioneller Weise mit einem entsprechenden Zirkonrohr verschweisst werden.

Daher werden Verbindungsverfahren verwendet, die die Bildung einer Verbindung von swei oder mehr unterschiedlichen Metallen bei Bindungstemperaturen gestatten, welche nicht höher als die- ^J ewigen, sind, bei denen die flüSBig· Phae· gebildet wird. Die

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angewandte Technik umfasst Explosivformung, Schmieden, Warmver- * formung, Gesenkformung, Rundhämmern, Druckbindung und Extru- ' sionstechnik. Alle diese technischen Verfahren können bei Temperaturen angewandt werden, die hoch genug für eine deutliche Plastizität des zu "bindenden Materials sind, die jedoch in jedem Falle niedriger als diejenigen Temperaturen sind, "bei welchen sich die flüssige Phase bildet. Unter diesen Verfahren hat sich die Extrusionstechnik als besonders brauchbar erwiesen.

In der Extrusionstechnik sind Verfahren zur metallurgischen Bindung von Zirkonium mit anderen Metallen entwickelt und ausprobiert worden. Das eine dieser Verfahren betrifft die metallurgische Verbindung von Zirkon mit einem anderen Metall durch die Extrusion eines Metallbarrens, der aui in einer Reihe zusammengefügten Elementen besteht, die mit einer evakuierten äusseren Umhüllung aus Kupfer oder Eisen versehen sind (Report TID Nr. 7546, Seiten 157 - 181, Pariser Konferrenz vom 18. bis 23. November 1957). Die so erhaltene Verbindung weist zwar gewöhnlich gute Eigenschaften einer metallurgischen Verbindung auf, jedoch kann sie im wesentlichen sehr schlechte Formeigenschaften besitzen, unebene Anordnung der Verbindungen und Ungleichmässigkeit, insbesondere im Falle rohrförmiger Verbindungen .

Insbesondere ist ein derartiges Reihen-Verfahren nicht immer mit Erfolg ausführbar, wenn zwei Verbindungen an den Enden eine's langen Rohres hergestellt werden sollen oder wenn mehrere bzw. viele Verbindungen an unterschiedlichen, über die Gesamtlänge

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eines Rohres verteilten Stellen ausgebildet werden sollen.

Das Verfahren nach, der vorliegenden Erfindung unterscheidet sioh von dem Reihen-Extrusionsverfahren und "besteht darin, dass die Verbindung durch die folgenden drei gesonderten Verfahrensschritte gebildet wird*

a. Ein evakuierter Metallbarren, der aus zwei oder mehr rohrförmigen "koaxialen Komponenten besteht«, wird in der Weise extrudiert, dass sioh eine koaxiale rohrförmige !Coextrusion ergibt, bei der die axialen Symmetrie-Öharakteristiken des anfänglichen Metallbarrens (d. h. die Komponenten des Metallbarrens sind nicht in Reihe angeordnet) erhalten sind, wobei die Komponenten des Metallbarrens zusammen in einem einzigen Arbeitsvorgang extrudiert werden.

b. Das rohrförmige Extrusionsprodukt wird dann einer graduellen plastischen Deformation unterworfen, die axial und radial symmetrisch ist und an der Stelle bzw. in dem Abschnitt des Rohres erfolgt, in der die Verbindung entstehen soll; dieser Arbeitsvorgang kann eine Vergrösserung oder eine Verkleinerung des Rohrdurchmessers umfassen und an einem oder beiden Enden des Rohres oder an irgendeiner Zwischenstellung erfolgen und ist im allgemeinen durch die Dicke von verschiedenen koaxialen Komponenten des extrudierten Metallbarrens bestimmt.

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c. Die durch, den vorgenannten Schritt verformte !Coextrusion wird einer" Bearbeitung sowie einer Nachbearbeitung unterworfen, um sie auf die geforderten endgültigen inneren und äusseren diametralen Abmessungen zu "bringen; das geschieht dadurch, dass das Material einer oder mehrerer Komponenten des anfänglichen Metairbarrens teilweise oder vollständig entfernt und hierbei die Übergangsverbindung in ihrer fertigen form gebildet bzw. abgetrennt wird.

Selbstverständlich liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, das hier beschriebene Verfahren auch zur Herstellung anderer Bindungsformen als zur Herstellung von Rohrverbindungen anzuwenden, beispielsweise kann das erfindungsgemässe Verfahren in gleicher Weise für flache Platten, quadratische oder rechteckige Rohre oder für Rohre anderer Querschnitte verwendet werden. Lediglich zur besseren Darstellung ist in der nachstehenden näheren Erläuterung der Erfindung lediglich auch die Herstellung von ring- bzw. rohrförmigen Verbindungen eingegangen, zumal die entsprechende Abänderung dieses Verfahrens für die Herstellung andersartig geformter Verbindungen, insbesondere der vorgenannten Verbindungen ohne weiteres vom Fachmann vorgenommen werden kann.

Durch die Erfindung wird aufgabengemäss ein neues Verfahren geschaffen, mit dem es möglich ist, verbesserte einzelne oder mehrfache Verbindungen, insbesondere rohrförmige Verbindungen, zwischen zwei metallischen Komponenten unterschiedlicher Natur

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herzustellen, wobei die erfindungsgemässen Verbindungen die Charakteristik einer guten metallurgischen Bindung mit einer poeitiven Seprodueierbarkeit, einer verbesserten Zuverlässigkeit sowie einer grösseren Wirtschaftlichkeit (Kostensenkdung) vereinen.

Weiterhin ist es mit der Erfindung gelungen, eine sehr grosse Kontaktfläohe zwischen den "beiden zu verbindenden Metallen zu schaffen sowie zu erreichen, dass die "beiden zu verbindenden Metalle mechanisch gut ineinander greifen. Dies wird vor allem dadurch erreioht, dass vor der Herstellung der Verbindung die härtere Oberfläche der beiden zu verbindenden Komponenten des Metallbarrens so bearbeitet wird, dass sie scharfe Kanten, Einschnitte, Einkerbungen od. dgl. erhält. Bei Verwendung dieser Kanten bzw. Einkerbungen ergibt eich auch eine bessere Qualität der metallurgischen Bindung zwischen den beiden zu verbindenden Metalle, wie weiter unten näher erläutert wird.

Ausserdem ist es mit dem erfindungsgemässen Verfahren möglich, die Lage der Verbindung genau einzustellen. Dieser Vorteil ermöglichst es, Rohre mit Verbindungen an beiden Enden herzustellen, bei denen der Abstand der beiden Verbindungen in einer ganzen Reihe bzw. Serie von Rohren exakt reproduzierbar ist. Daneben kann die Anzahl der Koextrusionsvorgang herstellbaren Verbindungen erheblich erhöht werden, sofern einzelne kurze Verbindungen erzeugt werden sollen.

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Schliessixeh. besteht ein wesentlicher Vorteil, der mit der Erfindung erreicht wird, darin, dass die Verbindung während des Extrusionsvorganges genau symmetrisch in Bezug auf all© durch die Längsachse des Rohres verlaufendenEbenensowie alle zu dieser Längsachse senkrechten Ebenen ist. Auf Grund dieses Merkmals erhält man während der Extrusion eine ruhige , Druckkurve, was auf der konstanten Zusammensetzung des Querschnittes in jedem Augenblick des Extrusionsvorgangs beruhte '

Weiterhin ist es von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung, dass sie eine Vorwahl und eine exakte Programmierung des gewünschten Neigungswinkels der gegenseitig gebundenen Flächen * in'Bezug auf die Rohrachse gestattet. Dieser Vorteil steht im scharfen Kontrast zu den Veränderungen, die sich üblicherweise bei den bisher angewandten Extrusionsverfahren ergeben.

Endlich ist es von Bedeutung, dass es mit der Erfindung möglich ist, eine Vielzahl von Verbindungen entlang der gleiohen rohrförmigen Extrusion zu erzeugen, wobei diese Verbindungen die gleichen technologischen Eigenschaften aufweisen, so dass eine Massenproduktion und Qualitätskontrolle erleichtert wird« Beispielsweise kann die Qualität der Bindung durch Zerstörungs-Tests an Proben festgestellt werden, die unmittelbar neben dem Verbindungsabschnitt entnommen werden; dies ist bei anderen ■ Extrusionsverfahren für die Herstellung von Verbindungen nicht möglich.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 "bis 12 der Zeichnung auf Grund "besonders "bevorzugter Ausführungs"beispiele unter Erörterung weiterer Einzelheiten und Vorteile der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Mg. 1 einen längsschnitt durch einen Metairbarren, der zwei röhrenförmige Komponenten aufweist, die von einer äus-

i seren Umhüllung umgehen sind;

Fig. 2 einen in Querrichtung durch den Metairbarren nach Mg. 1 geführten Schnitt;

Mg. 3 eine Veranschaulichung eines Zwischenschritts des mit dem Metairbarren nach Mg. 1 vorgenommenen Extrusionsvorganges, wobei ein extrudiertes Rohr erhalten wird;

Mg. 4 einen Querschnitt durch das auf Grund des Behandlungsvorgangs nach Mg. 3 erhaltene extrudierte Rohr;

Mg. 5 und 7 eine Veranschaulichung desjenigen Arbeitsvorganges, mit dem an der richtigen vorgesehenen Stelle des extrudierten Rohres gemäss Mg. 3 an einem oder "beiden Enden eine Verbindung geformt wird;

Mg. 6, 8, 9, 10 und 11 die Veranschaulichung des Arbeitsschrittes, mit dem ein hergestelltes Rohr zu einer einzelnen oder doppelten Verbindung verarbeitet wird und

Fig.12 eine typische Ziok-Zack-Verbindungslinie an der äusseren Mäche eines doppelt verbundenen Rohres.

Wie in den Mguren der Zeichnung veranschaulicht ist und nachfolgend näher erläutert wird, werden einzelne oder mehrfache

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Verbindungen (ζ. B. zwischen Zirkon oder einer Zirkonlegierung und einem rostfreien Stahl) durch die folgenden drei Verfahrensschritte erhalten: Extrusion, Formung und Bearbeitung.

Bei dem Extrusions-Verfahrensschritt wird zunächst, wie in Pig. 1 dargestellt, ein Metairbarren hergestellt, der z, B. aus zwei koaxialen röhrenförmigen Komponenten 1 und 2 "besteht, deren längen im wesentlichen gleich sind, während die Durchmesser so gewählt sind, dass die eine röhrenförmige Komponente in die andere eingeschoben werden kann. Die eine Komponente besteht aus einem Metall, das metallurgisch mit der anderen Komponente verträglich bzw. kompatibel ist. Ausserdem sind die Eigenschaften der beiden Komponenten im Hinblick auf den Extrusions vor gang in etwa vergleichbar; in einem Spezialfall besteht die äussere Komponente 2 beispielsweise aus rostfreiem Stahl, während die innere Komponente 1 beispielsweise aus Zirkon besteht. Der Metallbarren ist innerhalb des Gehäuses bzw. der Umhüllung 5 zusammengefügt, wobei die Umhüllung 3 eine ringförmige Gestalt besitzt und aus einer kontinuierlichen Schicht einer streck- bzw. dehnbaren Metalles besteht; diese Umhüllung bildet eine vollständige festsitzende Hochvakuumdichtung, die vollkommen um die zusammengefügten Komponenten des Barrens herum verläuft. Das Vakuum innerhalb der Hülle wird über die Leitung 4 erzeugt, bevor diese abgedichtet wird.

Die Fig. 2 veranschaulicht einen Querschnitt durch diesen Metallbarren, aus dem man erkennt, dass in Längsrichtung ver£-

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laufende Einschnitte, Riefen, Rillen od. dgl, mit scharfen Kanten 5 od. dgl. angewandt werden, die zur Vergrösserung des verbundenen ÜPläehenbereichs gewählt sind und ein mechanisches Ineinandergreifen "bewirken. Dies "bedeutet einen zusätzlichen Vorteil für die Erzielung einer Verbindung grösserer Quiität. Wenn in einem Spezialfall in Längsrichtung verlaufende Rillen od. dgl. nur auf dem härteren Metall vorgesehen sind, dann schneiden die Kanten 5 während des ersten Teils des Extrusionsvorganges in das weichere Metall ein und erzeugen in diesem Augenblick einen frischen Kontaktbereich, der frei von Oberflächenverunreinigungen ist, die anderenfalls einen Hauptgrund für unvollständige oder fehlerhafte Bindungen bilden.

Die Anwendung derartiger Mittel, wie es die vorgenannten Kanten sind, erlaubt invorteilhafter Weise eine umfangreiche Auswahl des Extrusions-Reduktionsverhältnisses, d. h. das Verhältnisses zwischen den Querschnittsflächen des Metallbarrens und des extrudierten Rohres« Dieser Vorteil tritt deswegen ein, weil die Einschnitte die ursprüngliche Oberfläche des Zirkons

"ausstrecken¹¹ und dadurch die Verunreinigungsschicht/der gleichen Weise unterbrechen, wie es bei einem hohen Reduktionsverhältnis der Fall wäre. Auf diese Weise können sehr niedrige Reduktionsverhältnisse angewandt werden und trotzdem noch zu einer Bindung hoher Qualität führen, die andernfalls ohne die Einschnitte nicht möglich wäre.

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Der Metallbarren wird dann während einer bestimmten Anzahl von Stunden erhitzt und auf einer Erwärmungstemperatur innerhalb

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eines vorbestimmten Bereiches, der im vorliegenden Fall zwisehen etwa 800° C und 900° C liegt, gehalten und daraufhin, wie in Fig. 5 dargestellt, extrudiert, so dass man eine zusammengesetzte Röhre 6 erhält. Der Querschnitt der R-Öhre 6 ist in Fig. 4 dargestellt und zeigt ebenfalls den Eindringeffekt der Kanten 5.

Es wird eine konventionelle Metall-Extrusions-Presse angewandt, von der in Jig. 3 nur der Dorn 7, das Presstopf-Formwerkzeug 8, der Träger 9 für das Presstopf-Formwerkzeug und der Druckkolben 10 dargestellt sind. Der Pfeil zeigt die Richtung des Korbenweges an.

Es ist wesentlich, dass die röhrenförmige Komponente mit dem grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf der Aussenseite

•be/ der anderen Komponente angeordnet wird. Auf diese Weise wirkt der Temperaturverlauf nach dem Extrusionsvorgang , dass die äussere Komponente (z. B. rostfreier Stahl) auf die innere Komponente (z. B. Zirkon) während des Abkühlens aufschrumpft, so dass die Bindezone unter Druck gebracht wird. Wenn die Komponenten anders angeordnet sind, dann treten an bzw. in der Bindungszone Spannungskräfte auf, die zur Bildung von Fehlstellen, Sprüngen od. dgl., führen, da die innere Komponente von der äusseren, diese schalenförmig umgebende Komponente wegschrumpft.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Formungsvorgang wird die extrudiert e Röhre 6 an einem ihrer Enden in einer derartigen

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Weise geformt, dass der sich ergebende neue äussere Durchmesser ungefähr gleich des Durchmessers der Bindungszone der ursprünglichen Röhre ist.

Anders ausgedrückt, ergibt sich, wie in Fig, 6 dargestellt als Folge des Fprmungsvorganges, dass die länge der Röhre, welche dem Endbereich entspricht und die z. B, aus rostfreiem Stahl bestehen soll, eine Verkleinerung des äusseren Durchmessers um etwa das Zweifache der Dicke der Schicht aus rostfreiem Stahl erfährt.

Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. "5 sei darauf hingewiesen, dass eine bevorzugte Technik des vorgeschriebenen Formungsvorganges darin besteht, dasgs extrudierte Rohr 6 in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung teilweise mittels eines Kolbens 12 durch ein Formwerkzeug 11 geeigneter Abmessung hindurchzudrücken. Die extrudierte R-b'hre 6 wird mittels eines Ringes 13 zentriert. Das Formungswerkzeug 11 wird von einem hierfür bestimmten Träger 14 getragen bzw. gegengehaltert. Jedoch ist es auch möglich, eine andere geeignete Technik für den Formungsvorgang anzuwenden, wie z. B. Gesenkschmieden bzw. -hämmern, Rundhämmern, intermittierendes Ziehen, intermittierendes Extrusion od. dgl.

D±e Neigung des Formungswerkzeugs 11 an der Formungsöffnung stimmt mit der vorgesehenen Neigung der konischen gebundenen Fläche überein, die bei der Verbindung gewünscht wird. Der

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Formungsvorgang wird unter Warmbearbeitungsbedingungen vorgenommen, nachdem das extrudierte Rohr 6 auf eine vorbestimmte Temperatur vorerwärmt worden ist, im vorliegenden Beispielsfall liegt diese Temperatur zwischen 200 und 450° G.

Wenn ein Verbindungspaar mit je einer Verbindung an jedem Ende des Rohres 6 hergestellt werden soll, wird ein zweiter Formungsvorgang durchgeführt, bei dem das andere. En.de des gemäss Fig. 5 geformten. Rohres gemäss Fig. 7 in das gleiche oder ein anderes Formungswerkzeug in Pfeilrichtung gedruckt wird, so dass auch dieses Rohrende in der gleichen Weise geformt wird. Der vorbestimmte Abstand zwischen den beiden Verbindungen kann auf diese Weise einfach und genau eingestellt bzw. erhalten werden.

Wenn eine Reihe einzelner Verbindungen kurzer Länge gewünscht wird, so können diese aus einem einzelnen langen extrudierten Rohr hergestellt werden, indem kurze abgeschnittene Bereiche dem Formungsvorgang unterworfen werden oder indem Doppelveriiindungen geeigneterLänge halbiert werden.

Bei dem anhand der Fig. 8 und 9 erläuterten Bearbeitungsvorgang einer einzelnen Verbindung wird der Bereich des Rehres, der dem Formungsvorgang ausgesetzt war, auf einer Drehbank in der Weise bearbeitet, dass vorbestimmte Anteile, die im Hinblick auf die vorgesehene Dichtung überflüssig sind, entfernt werden. Dieser Bearbeitungsvorgang des extrudierten und der

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Formung unterworfenen Rohres erfolgt über die gesamte Länge des Rohrabschnittes in der Art, dass der endgültige innere Durohmesser mit dem grössten der beiden inneren Durchmesser der geformten Rohrabschnitte übereinstimmt oder grosser als dieser ist und dass der äussere Durchmesser mit dem kleinsten der beiden äusseren Durchmesser des geformten Rohrabsohnitts übereinstimmt oder kleiner als dieser ist. In dem in Fig. 9 dargestellten speziellen Fall werden die Teile 15 aus rostfreiem Stahl und 16 aus Zirkon entfernt, so dass die Teile 17 und 18 übrig bleiben, «ie im Bindungsbereich 19 miteinander verbunden sind.

Im Falle einer Doppelverbindung, der in Fig. 10 und 11 dargestellt ist, geschieht die Bearbeitung des verformten Rohres nach Fig. 10 in der Art, dass die in Fig. 11 mit gestrichelten Linien angedeuteten überflüssigen Metalle entfernt werden.

Auf diese Weise entsteht eine Doppelverbindung, die Bndabschnitte 17, 17', z. B. aua rostfreiem Stahl, und einem Mittelabschnitt 18, ζ,- B. aus Zirkon, aufweist, wobei die innere Schicht 16, 16' aus Zirkon von den Sndabschnitten entfernt ist, während die äussere Schicht 15 aus rostfreiem Stahl von dem Mittelabschnitt dee extrudierten und verformten Rohre3 abgearbeitet ist. Die Bindungsbereiche der Doppelverbindung sind mit 19 und 19¹ bezeichnet. <

Die Fig. 12 veranschaulicht an einer Doppelverbindung die

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charakteristischen Verbindungslinien 20 und 20^f, die auf Grund der Anwendung von in Längsrichtung verlaufender Kanr—ten ent- ■ stehen.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, das vor allem "bei einer relativ weit auseinander liegenden Doppelverbindung vorteilhaft ist, wird die Menge des zu verwendenden teuren Metalls (im vorliegenden Falle rostfreier Stahl) dadurch erheblich reduziert, dass in dem Bereich des ursprünglichen Metairbarrens (Fig. 1), der später dem Bereich 15 der Fig. 11 entspricht, ein billigeres Material, wie z. B. weiches Eisen, verwendet wird. Eine weitere Kostenein- ' sparung kann dadurch erfolgen, dass beispielsweise der Bereich 15 nicht durch mechanische Bearbeitung, sondern auf chemischen Wege entfernt wird.

Zur weiteren Erläuterung, insbesondere quantitativeflErläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens dienen die nachfolgenden ausführlich beschriebenen Beispiele Λ und '.Zi. sowie die in der Tabelle I zusammengefassten weiteren Beispiele. Die Erfindung wird jedoch weder auf diese Beispiele noch auf die anhand der Fig. 1 bis 12 erläuterten Beispiele beschränkt, sondern lässt sich, unter den hier gegebenen Richtlinien sowie im Rahmen des Gegenstandes äer Erfindung und des allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfältiger Weise verwirklichen.

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Beispiel 1

Dieses Beispiel betrifft einen zylindrischen Metairbarren mit einem kreisförmigen Ringquer schnitt mit einem äusseren Durchmesser von 79 mm und einem inneren Durchmesser von 39 mm. Die "beiden koaxialen rohrförmigen Komponenten des Metallbarrens waren beide zylinder-symmetrisch und hatten im wesentlichen die gleiche länge. Diese Komponenten wurden ineinandergeschoben. Die äussere Komponente "bestand aus restfreiem Stahl der Type 304 1 und wies in Längsrichtung verlaufende Einschnitte "bzw. Kanten gemäss Mg. 2, Bezugszeichen 5 von 1,9 mm Höhe auf. Die innere Komponente "bestand aus Zircaloy-2. Die Wandstärken dieser Zylinder waren gleich. Der gesamte Metairbarren wurde von einer vakuumdichten, ringförmigen Umhüllung aus streck- bzw. dehnbarem Eisen eingeschlossen und danach auf einem Druck von weniger als 10 Torr -evakuiert.

Vor dem Einbringen in die vakuumdichte Umhüllungwurde der Zylinder aus rostfreiem Stahl sowie die Umhüllung selbst entgast und entfettet. Der Zylinder aus Zircaloy-2 wurde chemisch gereinigt.

Nach dem der Metallbarren 2 Stundenlang in einem Ofen bei 900° C erwärmt worden war, wurde er mittels der in Pig. 3 dargestellten Vorrichtung extrudiert, wobei der Kolben 10 mit einer Geschwindigkeit von 0,4-2 m/Minute vorgeschoben wurde.

Die zusätzlichen Bedingungen beim Bxtrusionsvorgang waren wie

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folgt:

(a) Das Reduktionsverhältnis der Querschnittsflächen der Komponenten des Barrens vor und nach der Extrusion betrug 3:1. Das extrudierte Rohr hatte einen Aussendurchmesser von 49 mm und einen Innendurchmesser von 32,5 mm.

(b) Die Zeitdauer zwischen dem Herausnehmen des Barrens aus dem Heizofen und dem Beginn der Vorschubbewegung des Kolbens 10 betrug. 8 Sekunden.

(c) Der Arbeitsdruck der Presse war 150 kg/cm und wurde während des gesamten Extrusionsvorgangs konstant gehalten.

Die Enden des extrudierten Rohres wurden im rechten Winkel zur Rohrachse abgeschnitten, um zwei End-Querschnitte zu erhalten, die nach dem Polieren deutlich die Bindungszone der beiden metallurgisch gebundenen Komponenten zeigen. Durch Tests wurde die hoheQualität der Bindung geprüft.

Beispiel 2

Es wurde ein Metallbarren extrudiert, der identisch mit dem des Beispiels 1 war, und das extrudierte Rohr wurde an beiden Enden in der vorbeschriebenen Weise verformt.

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Auf diese Weise ergab sich nach dem Bearbeitungsvorgang gemäss Pig. 11 eine Doppelverbindung an den beiden Enden des Rohres, das daher aus drei Abschnitten bestand, nämlich rostfreiem Stahl des Typs 504 1,. Zircaloy-2 und rostfreiem Stahl. Diese Doppelverbindung wurde nach einem erfolgreichen Test auf Vakuumdiehtigkeit mit einem Helium-leaksucher einer Eeihe von 20 Temperaturzyklen von Umgebungstemperatur bis 300° C unter Vakuum unterzogen. Der danach vorgenommene Test auf Vakuumdichtheit war wiederum positiv.

In der Tabelle I sind Ergebniese und weitere Beispiele von. Verbindungen zusammengefasst, die mittels verschiedenster Extrusionen erhalten wurden. Diese Verbindungen sind dem gleichen Tests bzw. Prüfungen unterworfen worden, wie in den Beispielen 1 und 2 dargelegt.

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	Referene-Nr. d. Extrusion	Tab«	900	slle I	lenen Verbindungs- Durchmesser der Dichtung (mm)	aussen	typen Grenevrert der lugspannung (kg/mm*)	. ro O I
	S 2 - 7	Zugspannungs -TJnt er suofamgen Stahl Temperatur bezeichnung des Metallbarrens (⁰C)	90'0	« bei vers chi e< Reduktions verhältnis	innen	38,0	." 46,28 50,64
	S 2 - 14	304	900	3,6	34,2	38,0 38,0	48,92 45,16 49,7 54,2 . 47,2
	S 1 - 18	304	850		34,5 34,5	38,6 37,8	51,7 44,7	CD
90984	S 2 - 29	304	900	3,6	'34,3 33,4	28,3 24	36*2 44,7	O O Ca) K)
6/04	S 1 - 42	304	900 '	3,7'	24,3 27,5	- 36j7	*'■·■ 49,9- -** 49,9 49,9 4S.6
	S 1 - 43	304L	3,1	34,3	-46,0 ~	50,2 -■---■■ 47,7 38,1
	EI - 45 Der Bruch be; allen Proben	3041.	2,5	- 44,0	304L 900 3,6 51,8 54,3 L -der Feststellung des Grenzwertes der Zugfestigkeit trat bei im Ziroaloy auf, während der Yerbindungsbereicn unverändert	66,1 - - 66,0 65,9 62,5 blieb. .; - ·

Die Zugspannungs-Erüfungen wurden bei Raumtemperatur vorgenommen. Bei allen angegebenen Beispielen vmrden die extrudierten Rohre in Luft gekühlt» und die Extrusionsgesohwindigkeit war die gleiche, wie in Beispiel 1 angegeben.

Duron eine !Deetreihe, mit dtr die Reproduzierbarkeit der Brgebniss· nachgeprüft wurde, ergab,dass das angewandte erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Verbindungen vollkommen suverlässig ist·

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von rohrförmigen Verbindungen mit einer metallurgischen Bindung zwischen metallischen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen, vorher durch Erwärmung in den plastischen Zustand Übergeführten Komponenten, die sich als !eil eines Bxtrueions-Metallbarrens, in einer entgasten, vakuumdiohten, ring- bzw. rohrförmigen Uahüllung aus streck- bzw« dehnbarem Metall befinden, entfettet und entgast oder chemisch gereinigt sind sowie eine ring- oder rohrförmige Gestalt besitzen, und die gleiche längen aufweisen und in einer Anzahl von mindestens zwei oder mehr Komponenten koaxial ineinander sowie innerhalb der Umhüllung zu einer zylinder-symmetrischen Anordnung zusammengefügt sind, welche mindestens zwei koaxiale Schichten unterschiedlicher Metalle aufweist, deren einander zugewandte Flächen eine metallurgische Bindung eingehen sollen und hierzu in einer die Bindung erleichternden Weis« bearbeitet sind, zu einem Rohr extrudiert werden« das di· gleiche Zylindersymffietrie wie der ursprüngliche Hetftllbarren besitzt» wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werdin*

(a) Formungebdhandlung des extrudierten Rohres,mit der ein« progressive Änderung ate Äöhrdurchmsseers erzeugt wird, die sich bei axialer und radialer Symmetrie über einen !Teil der Rohrlänge des extrudiert en, zusammenge-

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setzten Rohre erstreckt, wobei durch, diese Formungsbehandlung ein Rohrabschnitt entsteht, dessen innerer und äusaerer Durchmesser von unterschiedlicher Grosse gegenüber dem- des unverfonaten Eohrabschnittes ist und (b) Bearbeitung und Fachbearbeitung des extrudierten und durch die Formungsbehandlung verformten, zusammengesetzten Rohres, so dass dieses den vorgegebenen inneren und äusseren Durchmesser erhält, wobei die Bearbeitung und Nachbearbeitung entlang der gesamten Rohrlänge in der Weise ausgeführt wird, dass der Innendurchmesser des fertigbearbeiteten Rohres mit dem grb'ssten der.beiden Innendurchmesser des verformten Rohres übereinstimmt oder grosser als dieser ist und dass der Aussendurchmesser des fertigbearbeiteten Rohres mit dem kleineren der beiden Aussendurchmesser des verformten Rohres übereinstimmt oder geringer als dieser ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden unterschiedlichen Metalle reziproke metallurgische Affinität aufweisen.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Zirkon oder eine ZIrkonlegierung und Eisen oder eine Eisenlegierung als zu verbindende Metalle.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugetfendten, eine Bindung eingehenden

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Flächen zur Erleichterung des mechanischen Ineinandergreif ens und der Bindung mit scharfen, vorzugsweise longitu dinalen Kanten, ausgewählt aus einer Vielzahl verschiedener Kantenformen, versehen werden, wo "bei die Kanten nur auf der härteren Fläche oder auf beiden' vorgesehen sind und vorzugsweise in diese eingeschnitten oder in sonstiger ' Weise eingeformt werden.

5· Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende eines einzelnen Rohres je eine Verbindung hergestellt wird, deren genaue lage jeweils dirch die Formungsbehandlung festgelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3» 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass aus einem einzelnen extruaierten Rohr eine Anzahl von einzelnen kurzen Verbindungen durch Zerschneiden des Rohres in kurze Rohrabschnitte und Formungs-

• behandlung sowie Bearbeitung jedes kurzen Rohrabschnittes hergestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der die Metalle bindenden Flächen nach vorgegebenen Werten durch geeignete Auswahl

der Gestalt der Formungswerkzeuge eingestellt bzw. programmiert wird.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 7» insbesondere für Rohre mit zwei in vorzugsweise relativ zum Rohrdurchmesser grossem Abstand vorzusehenden Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der durch Bearbeitung jbu entfernenden, für die endgültige Verbindung überflüssigen Metalle anstelle durch mechanische Bearbeitung selektiv chemisch entfernt wird,

9» Verfahren nach Anspruch 8_t dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das eine durch Bearbeitung zu entfernende Metall zwischen den beiden zu bildenden Verbindungen ein wirtschaftlich weniger wertvolles als die zu verbindenden Metalle bzw. eine entsprechende Metallegierung ist.

900846/0461