DE1924962C3 - Verfahren zum Schmelzschweißen von Zirkon und seinen Legierungen - Google Patents
Verfahren zum Schmelzschweißen von Zirkon und seinen LegierungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzschweißen von Zirkon und seinen Legierungen unter
Vermeidung von Kornwachstum.
Es ist bekannt, daß das Schweißen von Zirkon und seinen Legierungen den Nachteil hat, in der Schmelzzone
der Schweißung und in der thermisch veränderten Nachbarzone eine Vergrößerung der Kristallkörner
hervorzurufen. Diese mehr oder weniger ausgeprägte Rekristallisationserscheinung steht in enger Beziehung
zur Art der zu schweißenden Legierung, dem Schweißverfahren und der Geometrie der Schweißung.
Die Vergrößerung der Kristallkörner hat den Nachteil einer Versprödung des Werkstoffs in der
geschweißten Zone. Dieser bei Werkstoffen von einigen Zentimetern Dicke ungünstige Effekt ist auch bei
dünnen Werkstoffen, z. B. den Brennelementhüllen von Kernreaktoren, unerwünscht, und er kann die Anwendung
der Schmelzschweißtechnik verhindern.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten sowohl der Schweißverfahren als auch der Geometrie der Schweißung
und der angewandten thermischen Behandlung, 2. B. durch Veränderung der die Kristallisation beeinflussenden
Parameter, aber diese Möglichkeiten sind nicht vollständig befriedigend. Bessere Ergebnisse
können durch Härten und Glühen der geschweißten Zone erzielt werden, jedoch sind diese Verfahren nicht
!eicht anzuwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Zirkon und Zirkonlegierungen ohne nachteilige Kornvergrößerung
leicht schweißen zu können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Schweißzone Teile eingebracht werden, die
einen die Kristallkörner verkleinernden Stoff enthalten, der Keime zur Kristallkornbildung liefert, die während
des Schweißvorgangs direkt in die Schmelze gehen.
Diese Keime sind aus Metallen oder deren Salzen, die auf die zu schweißenden Teile oder auf die Elektrode
aufgebracht werden, wenn die Schweißung z. B. mit Zusatzmetallen ausgeführt wird.
Besondere Sorgfalt muß bei der Dosierung der Keime beachtet werden, um Sekundäreffekte zu vermeiden, die
die Schweißung eventuell ungünstig beeinflussen können.
ίο Befriedigende Ergebnisse liefern Keime aus einzeln
oder vermischt angewendeten Oxiden und Halogeniden des Kupfers und des Lithiums. Gute Ergebnisse werden
auch mit den Salzen dieser Metalle z. B. Karbonaten, Nitraten usw. erzielt, wobei die Salze durch thermische
Dissoziation zur Bildung der entsprechenden Oxide führen.
Man kann Zirkon und seine Legierungen mit Kupfer- und Lithiumverbindungen beschichten, wobei diese
Beschichtung durch chemische Anlagerung erfolgt.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann der die Kristallkörner verkleinernde Stoff eine solche
Kupfer- oder Lifhiumverbindung sein, die auf die zu
verschweißenden Stücke aufgebracht wird, indem sie in ein CuCb- oder LiCI-Bad unter Schutzgasatmosphäre
bei einer Temperatur zwischen 430 und 600°C für 10 Sekunden bis 20 Minuten eingetaucht werden.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Menge und die Zusammensetzung der Keime zur
Kornbildung für eine gegebene Legierung verändert werden, wodurch die chemophysikalischen Eigenschaften
der erhaltenen Schweißung verändert werden. Daher ist es möglich, mittels geeigneter Wahl dieser
Beimengungen für eine bestimmte Aufgabe die gewünschten Eigenschaften der Schweißung besonders
zu fördern.
Die Wirksamkeit der Verwendung dieser Keime ist sowohl bei Bogenschweißung unter Argon — mit oder
ohne Zusatzwerkstoff —, als auch bei Elektronenstrahlschweißung von verschiedenen Legierungen auf Zirkonbasis
festgestellt worden.
Die Verwendung solcher Beimengungen bzw. Kristallkornbildner führt auch zu weiteren, nennenswerten
Vorteilen: Das Fließvermögen des geschmolzenen Metalls wird in der für das Schweißen wichtigen Zone
verbessert, und ferner wird beim Bogenschweißen die benötigte Stromstärke auf 40% gegenüber anderen,
herkömmlichen Schweißverfahren vermindert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Argonarc-Schweißung von Rohren mit Zusatzmetall,
F i g. 2 ein Beispiel einer Elektronenstrahlschweißung von Rohren ohne Zusatzmetall.
Die Rohre in F i g. 1 sind aus Zircaloy-2, und die Rohrenden haben folgende Abmessungen: Innendurchmesser
106 mm und Außendurchmesser 110 mm. Die zu
verschweißenden Enden 1 — einfachheitshalber ist nur der obere Teil gezeigt — werden in geeigneter Weise,
wie in der Zeichnung dargestellt, bearbeitet, geputzt und unter Inertgasatmosphäre nach dem Argonarc-Verfahren
geschweißt, wobei 2 mm dicke Elektroden 2 aus Zircaloy-2 verwendet werden. Das Ende dieser Elektroden
ist mit einer Schicht 3 aus Kupferchlorid bedeckt, die die Keime zur Kornbildung liefert.
Das Gewichtsverhältnis von Kupferchlorid zur Elektrode, d.h. dem beschichteten Teil, ist 5%. Die
Schweißung wird einlagig ausgeführt bei einer Strom-
stärke im Bogen von 50 A. Die kornverkleinernde Wirkung des Zusatzes ist bemerkenswert, und es wird
auch in der ausgeführten Schweißung kein Kornwachstum festgestellt.
Die bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 verwendeten Rohre aus einer Zirkonlegierung mit 2,5%
Niob haben einen Innendurchmesser von 92 mm und einen Außendurchmesser von 98 mm. Die Enden 4
werden vor dem Schweißen in die dargestellte Form gebracht, geputzt und sofort mit Keimen 5 zur
Kristallkernbildung beschichtet, bevor sie mi' einem Elektronenstrahl geschweißt werden, wie es Pfeil 6
andeutet. Die Zugabe des Kornverkleinerungsmittels kann entweder durch Eintauchen des; zu schweißenden
Teils der Werkstücke in ein CuCI2-Schmelzbad oder
durch Auftragen einer in Isoamylacetat suspendierten Mischung von 50 Gewichtsprozent LiCI und 50
Gewichtsprozent CuCb auf die zu schweißende Zone mit einem Pinsel erfolgt sein. Nach einer Ofentrocknuny
bei 1800C wird die Schweißung in bekannter Weise mit
einem Elektronenstrahl ausgeführt. Das Gewichtsverhältnis von kornverkleinerndcm Zusatz zum geschmolzenen
Werkstoff ist 5%. Die Wirkung des kornverkleinernden Zusatzes ist auch in diesem Fall bemerkenswert,
und es wird keine Bildung großer Kristallkörner festgestellt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Schmelzschweißen von Zirkon und suinen Legierungen, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Schweißzone Teile eingebracht werden, die einen die Kristallkörner verkleinernden
Stoff enthalten, der Keime zur Kristallkornbildung liefert, die während des Schweißvorgangs
direkt in die Schmelze gehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kristallkörner verkleinernde
Stoff eine Kupfer- oder Lithiumverbindung ist, die auf die zu verschweißenden Stücke aufgebracht
wird, indem sie in ein CuCb- oder LiCI-Bad unter
Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur zwischen 430 und 600°C für 10 Sekunden bis 20 Minuten
eingetaucht werden.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kristallkörner verkleinernde
Stoff auf den Enden der zu schweißenden Stücke aufgebrach l ist.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kristallkörner verkleinernde
Stoff auf der Schweißelektrode aufgebracht ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis
vom die Kristallkörner verkleinernden Stoff zum zu schweißenden Stoff 5% ist.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| IT3694168 | 1968-05-13 | ||
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Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE1924962A1 DE1924962A1 (de) | 1969-11-27 |
| DE1924962B2 DE1924962B2 (de) | 1977-01-20 |
| DE1924962C3 true DE1924962C3 (de) | 1977-08-25 |
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