DE2301391A1

DE2301391A1 - Ausbildung, anordnung und verwendung eines mit einer metallflaeche zu verschweissenden metallstifts

Info

Publication number: DE2301391A1
Application number: DE19732301391
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: CANZLER CARL 5160 DUEREN
Current assignee: CANZLER CARL 5160 DUEREN
Priority date: 1973-01-12
Filing date: 1973-01-12
Publication date: 1974-07-25
Also published as: FR2213834B3; FR2213834A1

Description

D-4000 DÜSSELDORF 1 "ATFNTANWALTE

Malkastenstraße 2 DIPL.-ING. ALEX STENGER

DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE Dipl.-Inp. Heinz J.Ring

Unser Zeichen: I^ 66O Datum: 11. Januar 1975

Carl Canzler, 51βθ Düren, Kölner Landstraße

Ausbildung, Anordnung und Verwendung eines mit einer Metallflache zu verschweißenden Metallstifts

Die Erfindung betrifft einen Metallstift, insbesondere Bolzen aus Austenitstahl, der mittels elektrischer Widerstandsschweißung oder eines anderen Bolzenschweißverfahrens mit einer Metallfläche verbindbar ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Verbindungsanordnung zwischen einem Metallstift und einer Metallfläche durch Widerstandsschweißung oder ein anderes Bolzenschweißverfahren sowie eine zweckmäßige Verwendung des beschriebenen Metallstifts.

Es ist bekannt, Stifte oder Bolzen aus metallischen Werkstoffen mittels elektrischer Widerstandsschweißung oder anderer geeigneter Bolzenschweißverfahren auf Bleche oder Platten aus metallischen Werkstoffen aufzuschweißen. Dies wird beispielsweise im größeren Umfange bei der Herstellung von Wärmeaustauschern, insbesondere Spiralwärmeaustauschern und Plattenwärmeaustauschern, aus austenitischen Stählen und Ne-Metallen sowie Ne-Metall-Legierungen angewendet. Die bisher hierbei verwendeten Metallstifte weisen am Fuß schweißstellenseitig einen Ansatz vergrößerten Querschnitts im Vergleich zu dem übrigen Stiftquerschnitt auf. In der Regel ist der Fuß im Schnitt kegelstumpfförmig ausgestaltet, wobei die Grundfläche mit dem größten Durchmesser schweißstellenseitig liegt und demzufolge die Unterseite im wesentlichen aus einer ebenen Fläche besteht.Dieser kegelstumpfförmige Ansatz ist bei Stiften und Bolzen, die mittels elektrischer Widerstandsschweißung auf ein Blech oder eine Metallplatte aufgebracht werden sollen, notwendig wegen

- 2 409830/0482

Telefon (0211) 3« 0514 ■ Telegrammadresse: Dabspatent ■ Postscheckkonto Köln 227610

der Einbringung und Halterung der Stifte in den Elektroden der Sehweißmaschinen. Bei Anwendung anderer Schweißverfahren oder -apparate.- ist eine Halterung der Stifte ohne Ansatz möglich.

Bei einer unter Verwendung eines solchen bekannten Metallstif- ' tes erstellten Schweiß-Verbindungsanordnung liegt die Fläche größten Querschnitts des Metallstiftes, nämlich die Ansatzunterseite, parallel zu der Metallfläche, mit der die Schweißverbindung hergestellt wird. Zentrisch befindet sich nach Durchführung der Schweißung ein Schweißpunkt, um den sich in konzentrischer Anordnung ein schmaler Ringspalt zwischen dem Metallstift und der Mjetallflache erstreckt. Nachteilig ist bei Verwendung eines solchen Metallstiftes und der beschriebenen Verbindungsanordnung die Gefahr, daß in Apparaten wie Wärmeaustauschern, insbesondere Platten- oder Spiralwärmeaustau-= schern, an die Aufpunktsteilen der Metallstifte Lochfraßkorrosion auftritt. Dies wird insbesondere an Stiften in den Wasserkammern der Wärmeaustauscher beobachtet, oder allgemein an Apparaten, die von zwei oder mehreren Pluiden durchströmt werden, von denen eines Wärme oder Kälte an die übrigen abgibt. Die Ursache dieser Lochfraßkorrosion an von Pluiden durchströmten Wärmeaustauschern wird nach den der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnissen in dem engen zwischen der Unterseite des Metallstiftes und der Metallfläche verlaufenden Ringspalt, der durch die Verbindungsanordnung gebildet wird, gesehen, in welchem sich die für die Lochfraßkorrosion verantwortlichen Verunreinigungen des Fluids, insbesondere des Wassers, nämlich z.B. Chloride und Eisenoxid, anreichern und ablagern können. Kommt es zu kritischen Werten der Konzentrationsanreicherungen solcher Verunreinigungen an der Verbindungsstelle zwischen dem Metallstift und dem Blech, entsteht Lochfraßkorrosion, die bei weiterer Ausbreitung zur Zerstörung des Apparates führt.

Ein weiterer Nachteil ist in der Ausbildung einer ungleichmäßigen Verschweißung des Metallstiftes mit der Metallfläche bzw.

409830/0482 - 3 -

dem Grundblech zu sehen. Diese ungleichmäßige Verschweißung ist dadurch bedingt, daß bei nicht vermeidbarer Unterschreitung der Schweißansatzhöhe der für eine einwandfreie Schweißverbindung während des Schweißablaufes erforderliche Werkstoffnachschub wegen des satt auf der Metallfläche aufliegenden kegelstumpfförmigen Ansatzes nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde., die Schweißverbindung zwischen einem Metallstift und einer Metallfläche zu verbessern und insbesondere die beschriebene Lochfraßkorrosion zu verhindern. Es soll eine gleichmäßige Verschweißung des Metallstiftes mit einem flächigen Metallstück ermöglicht werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Metallstift, insbesondere Bolzen der eingangs beschriebenen Art gelöst, der zur Schweißstelle hin sich verjüngend zur Bereitstellung eines sich nach außen öffnenden, um die Schweißstelle vorzugsweise konzentrisch sich erstreckenden Ringspaltes ausgebildet ist. Vorzugsweise ist ein Metallstift vorgeschlagen, der am Fuß schweißstellenseitxg einen Ansatz aufweist, der erfindungsgemäß zur Schweißstelle hin sich verjüngend zur Bereitstellung eines nach außen sich öffnenden Ringspaltes ausgebildet ist. Hierdurch ist ein Metallstift vorgeschlagen, der leicht in den Elektroden der Schweißmaschinen gehaltert bzw. eingebracht werden kann, der bei seiner Verschweißung mit einem Grundblech eine gleichmäßige Schweißverbindung gewährleistet, da jederzeit der während des Schweißablaufs erforderliche Werkstoffnachschub an die Schweißstelle herangebracht werden kann und der schließlich eine hohe Spülbarkeit des Ringspaltes in der Anwendung an Wärmeaustauschern sicherstellt, so daß Korrosions-, insbesondere Lochfraßkorrosionserscheinungen ausgeschlossen sind. Die schädlichen Verunreinigungen insbesondere des Wassers können sich an der Schweißverbindungsstelle nicht mehr ablagern und auf kritische Konzentrationswerte anreichern.

409830/048? - 4 -

Zweckmäßigerweise ist der Stiftübergang zur Schweißstelle hin, insbesondere der Ansatz mit konischer oder sphäroidaler Verjüngung zur Schweißstelle hin ausgebildet.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist der Ansatz in seiner Gesamtheit die Form eines Doppelkegelstumpfes auf, wobei der Ansatz sich vom Bolzen zur Schweißstelle hin zunächst konisch sich erweitert und dann verjüngt.

Die Verbindungsanordnung der Erfindung zwischen einem Metallstift und einer Metallfläche durch Widerstandsschweißen oder ein anderes Bolzenschweißverfahren ist gekennzeichnet durch einen konzentrisch um die Schweißstelle sich erstreckenden Ringspalt zwischen Metallstift und Metallfläche, der sich mit größer werdender. Entfernung von der Schweißstelle zunehmend erweitert. Diese Verbindungsanordnung kann unter Verwendung eines Metallstiftes der erfindungsgemäß ausgebildeten Art hergestellt werden, jedoch auch durch eine entsprechende Ausbildung des Grundbleches.

Vorzugsweise soll der Metallstift der Erfindung als Distanzstift an einem Wärmeaustauscher, insbesondere einem Plattenoder Spiralwärmeaustauscher, die von verschiedenen Fluiden durchströmt sind und dadurch der Gefahr einer Lochfraßkorrosion besonders ausgesetzt sind, Verwendung finden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der augehörigen Zeichnung, in der im Vergleich zum Stand der Technik bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Metallstiftes schematisch dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen bekannten Metallstift in einer Verbindungsanordnung mit einem Blech;

409830/0482

Pig. 2 einen Metallstift der Erfindung in Verbindung mit einem Blech;

Fig. 5 eine andere Ausgestaltung eines Metallstifts der Erfindung;

Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung eines Metallstiftes der Erfindung;

Fig.5 u.6 einen Spiralwärmeaustausoher schematisch in verschiedenen Schnittansichten;

Fig. 7 den Wärmeaustauscher der Fig. 5 und 6 in einer Ansicht gemäß Linie I-I der Fig. 5;

Fig. 8 den Wärmeaustauscher der Fig. 5 und 6 in einer Ansicht gemäß Linie H-II der Fig. 6.

Der bekannte Metallstift 1 besteht aus Austenitstahl und ist mittels elektrischer Widerstandsschweißung auf ein Blech 2 aufgebracht. Der Metallstift 1 weist einen Fußansatz 3 auf, der kegelstumpfförmig ausgebildet ist derart, daß seine geringste Querschnittsfläche stiftseitig und die Fläche seines größten Querschnittes, nämlich seine Unterseite 4 schweißseitig angeordnet sind. Die im wesentlichen aus einer ebenen Fläche bestehende Unterseite 4 liegt in der Verbindungsanordnung parallel zu der Oberseite des Bleches 2, wobei ein enger, den Schweißpunkt 5 konzentrisch umgebender, zum Blech 2 paralleler Ringspalt 6 freibleibt.

Solche Metallstift eil., die mittels elektrischer Widerstandsschweißung oder anderer geeigneter Bolzenschweißverfahren auf Bleche oder Platten aus metallischen -Werkstoffen aufgeschweißt werden, finden in großem Umfange bei der Herstellung von Wärmeaustauschern, insbesondere Spiralwärmeaustaus<ihern und Plattenwärmeaustauschern aus austenitischen Stählen und Nichteisen-

409830/0482 - 6 -

Metallen sowie Nichteisen-Metall-Legierungen Verwendung. An der Verbindungsstelle tritt im Betrieb Korrosion, meist Lochfraßkorrosion auf, die auf die geringe Bespülbarkeit des Ringspaltes 6 zurückgeführt wird.

In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Metallstift 7 dargestellt, dessen Fußansatz 8 die Form eines Doppelkegelstumpfes hat, der sich vom Bolzen zur Schweißstelle 9 hin zunächst konisch erweitert und sodann verjüngt. Seine Unterseite 10 besitzt Schweißpunktgröße, so daß sich aufgrund der Gestalt des Fußansatzes 8 eine Verbindungsanordnung zwischen dem Metallstift 8 und dem Blech 2 ergibt, die einen konzentrisch um die Schweißstelle 9 sich erstreckenden Ringspalt 11 bildet, der mit größer werdender Entfernung von der Schweißstelle 9 sich zunehmend erweitert. Es ist daher ein offener Ringspalt 11 bereitgestellt, der sich wesentlich von dem Ringspalt 6 der in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten bekannten Metallstiftform in der Verbindungsanordnung unterscheidet. Jede Stagnierung von verunreinigten Beschickungsmedien und dadurch bedingte Konzaatrationsanreicherung von Schadstoffen wird vermieden. Die Schweißstelle 9 der Verbi ndungsanordnung zeichnet sich durch eine einwandfreie, in ihrer Ausdehnung und Form stets gleichbleibende Schweißlinse aus, was für das Festigkeitsverhalten der Verbindungsanordnung von Bedeutung ist.

In Fig. 5 der Zeichnung ist ein Metallstift 12 dargestellt, der mit einem zunächst kegelig sich zur Schweißstelle hin erweiternden Fußansatz 1]5 versehen ist, welcher sodann unter Ausbildung eines offenen Ringspaltes I^ halbkugelförmig zur Schweißstelle hin sich verjüngend ausgebildet ist. Auch bei dieser kugelförmigen Gestalt der Unterseite des Metallstifts 12 wird in der Verbindungsanordnung ein leicht bespülbarer Ringspalt 14 bereitgestellt und bei günstigem Festigkeitsverhalten"eine gegen Korrosion, insbesondere Lochfraßkorrosion unempfindliche Verbindungsanordnung geschaffen.

- 7 409830/0482

Gemäß Fig. 4 der Zeichnung ist ein Metallstift 15 zur Herstellung einer Verbindungsanordnung mit einem Blech 2 verwandt, der keinen Ansatz aufweist, aber schweißstellenseitig sich konisch verjüngend ausgebildet ist. Die Verjüngung ist derart, daß die im Querschnitt kleinste Fläche der Größe des zu erstellenden Schweißpunktes 17 entspricht und ein offener Ringspalt 16 bereitgestellt wird.

Die Fig. 5 und 6 verdeutlichen schematisch dargestellte Wärmeaustauscher, an denen Metallstifte 2 oder der in den Fig. 5 und 4 gezeichneten Art Verwendung als Distanzstift finden. Die Fig. 7 und 8 zeigen Ausschnitte aus der Spiralkammer eines Spiralwärmeaustauschers, deren Spiralkammerbleche 18 und 19 durch Metallstifte 7 gegeneinander in Abstand gehalten sind. Durch die Metallstifte 7 wird eine Korrosion insbesondere hervorgerufen durch das Ablagern und Festsetzen von Verunreinigungen aus den Fluiden,verhindert. Darüber hinaus ist eine bessere Spülbarkeit bei einer Reinigung des Wärmeaustauschers nach dem ümwälzsystem gegeben.

- 8 409830/0482

Claims

Ansprüche ;

1. Metallstift, insbesondere Bolzen aus Austenitstahl, der mittels elektrischer Widerstandssohweißung oder mittels eines anderen Bolzenschweißverfahrens mit einer Metallfläche verbindbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (7,12,15) zur Schweißstelle (9*17) hin sich verjüngend zur "Bereitstellung eines nach außen sich öffnenden, um die Schweißstelle (9,17) vorzugsweise konzentrisch sich erstreckenden Ringspaltes (11,14,16) ausgebildet ist.

2. Metallstift nach Anspruch 1, der am Fuß schweißstellenseitig einen Ansatz vergrößerten Querschnitts aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (8,15) zur Schweißstelle (9) hin sich verjüngend zur Bereitstellung eines nach außen sich öffnenden Ringspaltes (11,14) ausgebildet ist.

Jt. Metallstift nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiftübergang zur Schweißstelle hin, insbeso ndere der Ansatz (8,13), mit konischer oder sphäroidaler Verjüngung zur Schweißstelle (9) hin ausgebildet ist.

4. Metallstift nach Anspruch 2 und j5* dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (8) die Form eines Doppelkegelstumpfes mit vom Schaft zur Schweißstelle (9) hin zunächst konisch sich erweiternder und dann verjüngender Gestalt hat.

5. Verbindungsanordnung zwischen einem Metallstift und einer Metallfläche durch Widerstandsschweißung oder ein anderes Bolzenschweißverfahren, gekennzeichnet durch einen konzentrisch um die Schweißstelle (9,17) sich erstreckenden offenen Ringspalt (11,14,16) zwischen Metallstift (7,12,15) und Metallfläche (2),- der sich mit größer werdender Entfernung von der Schweißstelle (9*17) zunehmend erweitert.

409830/0482

6. Verwendung eines Metallstiftes gemäß einem der Ansprüche 1 bis ^i- als Distanzstift an einem Wärmeaustauscher, insbesondere an einem Platten- oder Spiralwärmeaustauscher.

- 10 -

409830/0482