DE2153263A1

DE2153263A1 - Verfahren zum Verschweißen von Metallen, vorzugsweise zum Verschweißen von Stahlrohren unter Montagebedingungen

Info

Publication number: DE2153263A1
Application number: DE19712153263
Authority: DE
Inventors: Volkmar Dr.-Ing. χ 4020 Halle Horn
Original assignee: Zentralinstitut fuer Schweisstechnik der DDR
Current assignee: Zentralinstitut fuer Schweisstechnik der DDR
Priority date: 1971-04-22
Filing date: 1971-10-26
Publication date: 1972-11-02
Also published as: BE781004A; HU168885B; DD95812A3; AT317640B; FR2134981A5

Description

Anmeld er ;

Zentralinstitut für Schweißtechnik der DDE 403 Halle (B.), Köthener Str. 33a

Verfahren zum Verschweißen von Metallen, vorzugsweise zum Verschweißen von Stahlrohren unter Montagebedingungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Metallen, mit dem vorzugsweise Stahlrohre unter Montag eb ed ingung en verbunden werden können.

Für das Verbinden von Stahlrohren sind vorwiegend Preß- und Schmelzschweißverfahren bekannt. Bei den ersteren werden die Schweißteile durch Eruck, teilweise unter Zufuhr von Wärme, so weit einander genähert, daß die atomaren ./echselwirkungskräfte eine Verbindung sicherstellen. .Dabei können auch Diffusions- unJ Schmelz vorgänge beteiligt sein. Für das Schmelzschweißen ist die Verwendung von zu den Grundwerkstoffen artgleichen oder artähnlichen, flüssigen Zusatzwerkstoffen charakteristisch, deren Schmelztemperatur etwa der der Grundwerkstoffe entspricht. Zusätzlich werden die Grundwerkstoffe an den Eahtflanken aufgeschmolzen. Die Verbindung kommt durch die Vermischung der Schmelzen des Zusatz- und Grundwerkstoffes zustande, die gemeinsam erstarren und somit die Naht bilden. Es &ind auch Möglichkeiten bekannt, die Nahtflanken der Schweißteile ohne Zusatzwerkstoff direkt zusammenzuschmelzen. Weiter ist bekannt, artfremde Zusatzwerkstoffe zu verwenden, die wesentlich geringere Schmelztemperaturen als die Grundwerkstoffe haben, wobei eine in den Grenzschichten stattfindende, wechselseitige Diffusion das Verbinden gewährleistet. Die verwendeten Temperaturen liegen dicht oberhalb der Schmelztemperatur des Zusatzwerkstoff es. Man bezeichnet diesen Vorgang als Löten.

2098AB/0599

BAD

Die Preßschweißverfahren haben den Nachteil, daß die Schweißteile zumindest an den Eahtstellen stark verformt werden, wobei gewöhnlich ein Stauchgrat entsteht. Dieser Grat ist besonders darm hinderlich, wenn er sich im Inneren von Rohrleitungen u. dgl. befindet. Seine Entfernung ist aufwendig und nicht immer möglich.

Eine geringere Verformung wird beim Diffusionsschweißen erreicht. Dieses Verfahren arbeitet mit einem stark verringerten Preßdruck, erfordert aber dafür sehr glatt bearbeitete Eahtkanten. V/eiterhin muß bei höheren Temperaturen und mit längeren Fügezeiten gearbeitet sowie ein Oxidationsschutz vorgesehen werden, wodurch der Aufwand für diese Verbindungsart insgesamt sehr groß wird.

Die Anwendung bekannter ßchmelzsehweißverfahren ist . insbesondere für das Verbinden von Stahlrohren mit kleineren Wennweiten als 500 mm unter Montagebedingungen nicht vorteilhaft. Hier ist ein Automatisieren unwirtschaftlich, weil die Rüstzeiten für die üblichen Umlaufautomaten größer als die Scnweißzeit eines HandSchweißers sind. Die Zahl der zur Verfügung stehenden Hand schweißer nimmt aber ständig ab. Außerdem sind Eandschweißun^en nicht qualitätssicher.

Das Löten hat zwei entscheidende Nachteile. Der eine besteht darin, daß das Lot die Eestigkeitseigenschaften und die Schmelztemperatur der Verbindung bestimmt. Lote für Stähle, die sowohl gute Zähigkeits- als auch gute Festigkeitseigenschaften und außerdem günstige Schmelztemperaturen und Fließeigenschaften besitzen, enthalten Silber als wesentlichen Bestandteil und sind deshalb teuer. Weiterhin ist man beim Löten auf das Birken von Kapillarkräften angewiesen, die ein gleichmäßiges Benetzen der Kahtf lenken mit Lot und damit eine von Fehlstellen freie Verbindung gewährleisten. Dazu ist jedoch ein großer Aufwand für die Kahtvorbereitung erforderlich.

209845/0599 BAD

Zweck der Erfindung ist es, das bisher übliche Schmelzschweißen von Hand beim Verbinden von Bohren unter Montagebedingungen, insbesondere von Bohren mit Nennweiten unter 500 mm, abzulösen und eine nennenswerte Verformung der Schweißteile bei Anwendung von Druck, insbesondere die Bildung eines Innenstauchgrates zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißverfahren anzugeben, mit dem Bohre unter 500 mm Nennweite schnell und sicher geschweißt werden können und das keine aufwendigen Vorrichtungen mit langen Büstzeiten erfordert.

Es wurde nun gefunden, daß man außer den schon genannten Prinzipien der atomaren Annäherung, der Vermischung im flüssigen Zustand und der Diffusion noch ein weiteres Prinzip zum Scnweißen von Metallen ausnutzen kann: das des Lösens von Pestkörpern in Flüssigkeiten. Die Pestkörper sind hierbei die zu verschweißenden Werkstücke. Als Lösungsmittel wählt man nach den bekannten Temperatur-Konzentrations-Zustandsdiagrammen Metalle oder Legierungen aus, die bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der Schweißteilwerkstoffe mit diesen SchmelzIntervalle mit zum Grundwerkstoff steigenden Liquidus- und Solidustemperaturen und beim Legieren mit ihnen .Yerkstoffe mit £ünstigen Festigkeitseigenschaften bilden. Die so ausgewählten Metalle oder Legierungen bringt man so in die Nahtfuge, daß sie die Schweißteile innig berühren und erhitzt den Nahtbereich so lange auf Temperaturen zwischen ihrem Schmelzpunkt und dem Schmelzpunkt der Schweißeeilwerkstoffe, bis sie sich auf Grund des Zustandsdiagrammes mit Metallen der ochweißteile angereichert, also diese angelöst haben. Die Konzenxration der gelösten Grundwerkstoffanteile und damit die Zusammensetzung der entstehenden, flüssigen Scinveißgu tie gierung sowie ihre Schmelztemperatur

lassen sich nach dem jeweiligen Zustandsdiagramm durch aie Erhitzungstenperatur regeln.

209845/0599

BAD

Besonders beim Füllen breiter Nahtspalte ist es günstig, den als Lösungsmittel vorgesehenen Metallen oder Legierungen von vornherein Anteile aus dem Grundwerkstoff oder auch Anteile von anderen, die Eigenschaften der Verbindung günstig beeinflussenden Metallen oder Legierungen in geeigneter Form beizufügen oder zuzumischen, die beim Erhitzen entweder ganz oder teilweise gelöst werden oder auch als Skelett bestehen bleiben.

Das Verfahren kann vorteilhaft für das Schweißen von Stahl angewendet werden, wenn als Zusatzwerkstoffe Legierungen oder Gemische aus 20 bis 60 % Nickel und 80 bis 40 % Mangan, gegebenenfalls mit Zusätzen von üblichen Flußmitteln verwendet werden. Wenn erforderlich, können in diesem Zusatzwerkstoff auch bis zu 70 % Eisen, Stahl, Chrom oder andere Metalle, die Schmelztemperaturen von über 1400° C aufweisen, enthalten sein oder mit diesem vermischt sein. Nach Einbringen des Zusatzwerkstoffes werden vorzugsweise die Nahtbereiche 1 bis 30 Sekunden lang auf eine Temperatur von 1050 bis 1400° C erhitzt, wobei zusätzlich die Werkstücke leicht gegeneinander gepreßt werden können.

Die in die Nahtfuge eingebrachten Stoffe können zweckmäßigerweise eine dem Werkstück oder der Fugenausbildung angepaßte Form bzw. eine geeignete Konsistenz aufweisen. Insbesondere können sie in Form von Pulvern, Pasten, Sinterkörpern, Eingen, Bändern, Drähten oder Litzen angewendet werden. Auf diese Weise lassen sich alle bekannten Nahtartfen wie Stumpf-, Kehl-, Eund- und andere Nähte in allen Positionen sowie Verbindungen mit unterschiedlichen Querschnitten und Anschlüsse von Trägern oder Versteifungen an Platten schweißen.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, zumindest das bisher von Hand erfolgende Schmelzschweißen von Stahlrohren geringer Nennweiten unter Montagebedingungen schneller und wirtschaftlicher zu gestalten. Die bisher notwendigen Handfertigkeiten des Scir.veißers sind nicht mehr erforderlich.

209845/0599 BAD

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Für das Schweißen von Eundnähten an Stahlrohren eignet sich als Lösungsmittel eine Legierung aus 39,5 % Nickel und 60,5 % Mangan, öie bei etwa 1020° G schmilzt. Für sich ist aiese Legierung spröde und hart. Zusammen mit Eisen bildet sie aber feste und zähe, austenitische tickel-Mangan-Stähle. Zum Verschweißen von Bohren tränkt man Litze oder Seil aus Eisen- oder abgekohlten Stahldrähten von höchstens 0,2 mm Durchmesser, die man vorher zu dem Umfang der Bohre entsprechenden Eingen gebogen hat, mit der flüssigen Legierung aus 39»5 % Wickel und 60,5 > Mangan. Die Dicke der Seil- oder Litzenringe richtet sich nach der «Vanddicke der zu verbindenden Bohre. An ihrer Statt kann man auch poröse, ringförmige Sinterkörper aus Eisen oder Stahl verwenden, die mit der genannten Legierung getränkt sind. Diese Binge bringt man in die Schweißfuge ein und spannt die zu verbindenden Eohre so gegeneinander, daß die Binge nicht aus der Fuge herausfallen können. Nach dem Bestreichen mit einer zum Gasschweißen üblichen Schweißpaste erwärmt man den gesamten Nahtbereich unter Beibehaltung des Spanndruckes mit Gasbrennern oder durch Widerstandserhitzung auf Temperaturen oberhalb 1100° C, wobei die Nickel-Mangan-Legierung schmilzt und die nahtnahen Bereiche sowie die in der Fuge enthaltenen Bestandteile aus Eiser, oder Stahl unter Bildung eines austenitischen Nickel-Mangan-Stahles an- oder auflöst. Danach wird unter Druck abgekühlt, und die Verbindung ist fertig. Entsprechend dem Zustandsdiagramm erhält man bei 1200⁰O ein Schweißgut aus etwa 30 % i'e, 30 % Ni und 40 % Mn, bei 1300° G aus etwa 50 % Pe, 20 % Ni und 30 % Mn, das zusätzlich überschüssiges, nicht gelöstes Eisen (Stahl) aus den der Legierung beigefügten oder beigemischten Zusätzen enthalten kann·

20 9 8 45/0599
^BAD

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verschweißen von Metallen, vorzugsweise

zum Verschweißen von Stahlrohren unter Montagebeci ingun-•gen, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nahtfuge Stoffe eingebracht werden, v/elche im flüssigen Zustand das feste Magerial des Grundwerkstoffes zu lösen imstande sind und die gegebenenfalls Anteile von dritten Stoffen und/oder Anteile einfs dem Grundwerkstoff in seiner Zusammensetzung gleichenden Stoffe erthaiten bzw. mit diesen vermischt sind, und daß der liahtbereich oder auch das ganze tferketück, ggf. unter leichtem Aneinander pressen der werkstücke, auf eine i'eiLperatur gebracht w werden, bei der die genannten Stoffe, aber nicht die in ihnen enthaltenen oder zugemischten Stoffe in flüssigem Zustand vorliegen, und daß in einer technisch vertretbaren Zeit; eine für das Versehweißen nocwendige läenge Grundwerkstoff aus den liahtbereichen der- Migeteile herausgelöst wird und gegebenenfalls auch die in den eingebrachten Stoffen enthaltenen oder ihnen zugemischten Anteile aus dritten Stoffen, bzw. aus den dem Grundwerkstoff gleichenden Stoffen, ganz oder teilweise in der Schmelze -elöst werden, und daß das nachfolgende Abkühlen der Verbindungsstelle gegebenenfalls unter Druc kanw end ung erf ο Igt ·

"

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Verschweißen von Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß Legierungen oder Gemische aus 20 bis 60 % Mickel und 80 bis 40 % Mangan, gegebenenfalls mit Zusätzen von üblichen Flußmitteln, verwendet werden, die gegebenenfalls bis zu 70 % Eisen, . Stahl, Chrom oder andere Metalle mit Schicelztemperaturen über 1400° C enthalten oder mit ihnen vermischt sind und daß mindestens die Nahtbereiche für eine Zeit von 1 bis 30 sek., gegebenenfalls unter Druckanwendung auf Temperaturen von 1050 bis 1400° C erhitzt werden.

209845/0599

BAD ORIGINAL

Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hahtfuge eingebrachten Stoffe und/oder die Anteile bzw. Zumischungen aus dritten Stoffen oder aus Stoffen, die in ihrer Zusammensetzung dem Grundwerkstoff gleichen, in !form von Pulvern, Bändern, Drähten oder Litzen angewendet werden·

209845/0599