DE2338707A1

DE2338707A1 - Verfahren zur herstellung von verbundrohren

Info

Publication number: DE2338707A1
Application number: DE19732338707
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Burggraf
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1973-07-31
Filing date: 1973-07-31
Publication date: 1975-02-27

Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt (M)₁ 3o. Juli 1973

Aktiengesellschaft Mlk/UL

6ooo Frankfurt (M) 1
Reuterweg 14

Ρ.ΓΡ. Υ

Verfahren zur Herstellung von Verbundröhren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren mit metallurgischer Bindung.

Verbundrohre (auch Doppelrohre, Compoundrohre oder Duplexrohre genannt) bestehen aus wenigstens zwei unterschiedlichen metallischen Werkstoffen. Sie werden eingesetzt, wenn die Betriebsbedingungen auf der Rohraußenseite und auf der Rohrinnenseite so verschieden sind, daß ihnen ein einziger Rohrwerkstoff nicht gerecht werden kann. Sie werden auch dann eingesetzt, wenn es zwar einen allen Betriebsbedingungen genügenden Y/erkstoff gibt, dieser aber zu teuer ist. In diesen Fällen wird ein Basisrohr aus billigem V/erkstoff, je nach den Erfordernissen, entweder nur ein- oder auch beifeeitig mit dem teuren V/erkstoff plattiert. Schließlich kommen auch Verbundrohre dann zun Linsatz, wenn ein V/erkstoff zwar den Betriebsbedingungen, beispielsweise hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, entspricht, i/snn er aber für den Anv/endungsfall leine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt.

-2 -

509809/0401 BAD original

Unabhängig von den möglichen Uerkstoffkombinationen unterscheidet man zwei Arten von Verbundrohren. Je nach Kernteilung können sie nämlich in der Kontaktfläche der unterschiedlichen Werkstoffe eine lediglich mechanische oder aber eine metallurgische Bindung aufweisen.

Verbundrohre mit mechanischer Bindung werden im allgemeinen so hergestellt, daß zuvor individuell gefertigte Einzelrohre ineinandergesteckt und zwischen ihnen eine kraftschlüssige Verbindung durch gemeinsames Ziehen, Walzen oder Recken herbeigeführt wird. Kennzeichen einer in dieser V/eise über ihre ganze Länge einwandfrei miteinander verbundenen Rohrkombination ist ihre Klangfestigkeit, d.h. beim leichten Anschlag mit einem Hammer entspricht der entstehende Klang dem eines Rohres aus einem einzigen V/erkstoff.

Verbundrohre mit lediglich mechanischer Bindung haben Jedoch den Nachteil, daß sie nur bei bestimmten Temperaturen eingesetzt werden können. Die unterschiedlichen V/erkstoffe haben im allgemeinen auch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, so daß bei steigender Betriebstemperatur die Gefahr besteht, daß die kraftschlüssige Verbindung infolge Wärmespannungen zerstört wird. Daraus resultiert nicht nur ein Verlust an mechanischer Stabilität, sondern vor allem auch eine Verschlechterung des Wärmedurchgangs. Die obere Anv;endungstemperatur der Verbundrohre mit mechanischer Bindung liegt daher je nach Art der Komponenten im Bereich zwischen 1oo und 2oo ⁰C. Werden derartige Rohre bei wechselnden Temperaturen eingesetzt, so kann die Zerstörung der mechnischen Bindung sogar schon bei wesentlich niedrigeren Temperaturen auftreten. Ein weiterer Nachteil der Verbundrohre mit lediglich mechanischer Bindung besteht darin, daß die zur Kersteilung des Kraftschlusses erforderlichen Spannungen in den V/erkstoffen unter Betriebsbedingungen aufrecht erhalten

- 3 509809/0401

werden müssen. Dadurch wird der Einsatz von spannungsrißkorrosionsempfindlichen Y/erkstoffen für Verbundrohre sehr stark' eingeschränkt.

Diese Nachteile treten bei Verbundrohren mit metallurgischer Bindung nicht auf. Unter metallurgischer Bindung versteht man eine schmale, häufig nur einige /um starke Diffusionszone, in der die beiden Werkstoffkomponenten ineinander übergehen. Metallurgisch verbundene Rohre können weder durch thermische noch durch mechanische Verfahren zerstörungsfrei wieder in ihre Einzelrohre zerlegt werden.

Die Herstellung von Verbundrohren mit" metallurgischer Bindung ist jedoch sehr aufwendig. Man kann z.B. so vorgehen, daß aus den zu verbindenden V,^Terkstoffen ein zwei- oder mehrschaliger Strangpreßrohling hergestellt und dieser auf einer Rohrstrangpresse bei Y/armumformungsteinperatur der beiden Komponenten zu einer Luppe mit relativ großem Durchmesser und dicker Wand ausgepreßt wird. Diese Verbundluppe wird dann durch Kaltumformungsverfahren und Zwischenglühungen auf die gewünschten Endabmessungen des Verbundrohres gebracht. Dieses Verfahren ist jedoch auf solche Y/erkstoffkomponenten beschränkt, deren Warmumformungstemperatüren im wesentlichen übereinstimmen. Außerdem dürfen die V/erkstoffkomponenten keine zu großen Unterschiede in ihrem Kaltumformungsverhalten aufweisen. Schließlich müssen ihre Rekristallisationstemperaturen wenigstens so weit übereinstimmen, daß gemeinsame ZwischenglUhungen möglich sind. Da beim Zwischen- und Schlußglühen Diffusionsvorgänge erneut und meist über längere Zeit einsetzen, können auch nur solche V/erkstoffkomponenten miteinander verarbeitet werden, die unter diesen Umständen keine intermetallischen spröden Phasen bilden. Yfegen dieser Randbedingungen sind die Kornbinationsmöglichkeiten von 7eri:stoffen für Verbundrohre mit metallurgischer Bindun? nur sehr gering. Praktisch v:ird für Verbundrohre, bei denen von gemeinsam stranggepreßten 'Merkstoffen ausgegangen wird, nur die Kombination Xohlenstoff-Stahl/Chrom-llickel-Stahl ausgeführt. <

509809/0401 ₄

Abgesehen von der Beschränkung auf bestimmte Werkstoffkombinationen hat das Verbundstrangpressen noch den Nachteil, daß sich dabei relativ große Dickenschwankungen der Vverkstoffkomponenten über Rohrumfang und Rohrlänge nicht vermeiden lassen. Diese Ungleichmäßigkeiten bleiben auch bei den nachfolgenden Kaltumformprozesseri erhalten und können die Verwendungsfähigkeit des fertigen Verbundrohres * bei wärmetechnisch empfindlichen Verfahren beeinträchtigen.

Verbundrohre mit metallurgischer Bindung können auch durch Explosionsplattieren hergestellt werden. Diese Kerstellungstechnik ist jedoch noch nicht zur Betriebsreife entwickelt. Sie ist derzeit auch nur bei Rohren unter etwa 3 m Länge und Wanddicken über 2o mm anwendbar. Im übrigen bestehen hier in Bezug auf die Weiterverarbeitung die gleichen einschränkenden Bedingungen wie bei stranggepreßten Luppen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Verbundröhre mit metallurgischer Bindung zu entwickeln, mit dem die Nachteile der vorbekannten Verfahren überwunden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die spaltfrei ineinandergefügten Einzelrohre zur Bildung einer Diffusionszone im Bereich der Kontaktfläche durch Joule»sehe Wärme in einen teigigen Zustand versetzt werden.

Die Joule»sehe Wärme wird entweder durch konduktiv auf die Rohrkombinatioh übertragenen Wechselstrom oder durch , induzierte Wirbelströme erzeugt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Diffusionszone nicht über die gesamte Rohrl£r.£C gleichzeitig erzeugt wird, sondern wenn infolge eines in Rohrlängsrichtung wandernden Y/echsel- oder V/irbelstronfeldes nur ein fortlaufender schmaler Erweichun^sbereich entsteh

BAD

509809/0401

Dazu werden die ineinandergesteckten Einzelrohre zweckmäßigerweise in Längsrichtung an einer konduktiv Strom übertragenden Vorrichtung vorbei oder durch eine Induktionsspule bewegt. In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens können zur Gewährleistjms einer einwandfreien Kontaktfläche unmittelbar vor und hinter der Vorrichtung zur Stromübertragung angeordnete Druckrollen zur Bewegung der Rohrkorabination herangezogen v/erden. Andererseits ist es möglich, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von einem Verbundrohr auszugehen, bei dem bereits eine mechanische Bindung vorhanden ist. Zur kontrollierten Begrenzung der Erweichung beim Durchgang durch die Vorrichtung zur Stromübertragung ist es außerdem zweckmäßig die Rohrkombination zu kühlen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können nicht nur Rohre mit kreisförmigem Querschnitt zu einem Verbundrohr mit metallurgischer Bindung verarbeitet werden. Das Verfahren kann außerdem auf Rohre angewendet werden, die eine berippte Oberfläche aufweisen.

Beispiel Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden/näher erläutert.

Zunächst werden zwei nach üblichen Verfahren gefertigte, metallisch blanke Einzelrohre ineinander geschoben. Diese Kombination wird anschließend durch eine kurze Indutionsspule geschickt, die an einem Hoch- oder Mittelfrequenzgenerator angeschlossen ist und die in den Rohren umlaufende Wirbelströme induziert. Als Folge des Skin-Effektes konzen- " trieren sich die Wirbelströme auf die Oberfläche der Einzelrohre und damit auch auf die Kontaktfläche der .Rohrkombination. Stromstärke und Frequenz sowie Durchlaufgeschwindigkeit der Rohrkombination v/erden so gewählt, daß' die Vferkstoffe durch die aufgrund ihres elektrischen Widerstandes entstehende Joule'sehe V/ärme an ihren Oberflächen

509809/0401 "■ "

in einen teigigen Zustand versetzt werden. Zur Ausbildung einer Diffusionszone genügt es, daß die beiden aneinander grenzenden Werkstoffe nur im Bereich der Kontaktflächen oberflächlich und kurzfristig in einen teigigen Zustand versetzt werden. Um diesen Vorgang zeitlich und örtlich auf die Kontaktflächen zu beschränken, und die Entstehung » eines schmelzflüssigen Zustandes zu vermeiden, wird die' Rohrkombination beim Durchgang durch die Induktionsspule zweckmäßigerweise ruit Wasser oder einer Kühlemulsion gekühlt.

Zur Ausbildung einer Diffusionszone ist außerdem erförder*- lich, daß beim Eintritt in die Induktionsspule zwischen den Einzelrohren eine spaltfreie Kontaktfläche vorhanden ist. Diese wird am besten dadurch gewährleistet, daß die zu vej>bindenden Flächen sich nicht nur berühren, sondern unter einer gewissen Flächenpressung stehen. Die Flächenpressung kann durch zwei kurze, angetriebene Druckrollen erreicht werden, die unmittelbar vor und hinter der Induktionsspule angeordnet sind. Die angetriebenen Druckrbllen übernehmen zweckmäßigerweise zugleich den Transport der Rohrkombination durch die Induktionsspule.

Geht man von einem Verbundrohr aus, bei dem durch Ziehen, _t Recken oder V/alzen bereits eine mechanische Bindung vorhanden ist, so können die Druckrollen entfallen, wenn bei derartigen Verbundrohren die herstellungsbedingt bereits vorhandenen spaltfreien Kontaktflächen und die erforderliche Flächenpressung beim kurzfristigen Erwärmen in der j Induktionsspule nicht verloren gehen. In diesen Fällen 'kann der Rohrtransport durch einfache angetriebene Rollen erfolgen.

BAD ORiQiMAL · _t

509809/0401

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Kombination solcherV/erkstoffe beschränkt, die eine Verarbeitung durch·gemeinsames Strangpressen und weitere Kaltbearbeitung mit Zwischenglühungen erlauben. Durch Steuerung der Größe und Zeitspanne der Erweichung können auch die bei längerem Glühen auftretenden spröden intermetallischen Phasen vermieden werden. Die nach diesem Verfahren hergestellten Verbundrohre mit metallurgischer Bindung können außerdem mit Dickenabweichungen in Längs- und Umfangrichtung des Verbundrohres hergestellt werden, die nicht größer sind, als die hersteilungsbedingten Toleranzen bei der Fertigung der Einzelrohre. Das Verfahren ist auch nicht auf bestimmte Rohrlängen beschränkt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich demnach Verbundrohre herstellen, bei denen die Vorteile der Verbundrohre mit lediglich mechanischer Bindung - enge Toleranzen der Plattierschicht über Umfang und Länge, große Rohrlängen und vielfältige Werkstoff kombinationen - mit dem Vorteil der metallurgischen Bindung - Unlösbarkeit, keine Störung im Wärmedurchgang, keine Einschränkung des Einsatzes auf bestimmte Temperaturen zugleich ausgenutzt werden können. Damit wird der Anwen- _r dungsbereich für Verbundrohre wesentlich erweitert. Das Verfahren hat außerdem den Vorteil, daß es relativ einfach und wirtschaftlich ist.

! I t » ι

509809/0401

Claims

Patent a_n s P._r_ü_c_h_e

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren mit metallurgischer Bindung, dadurch gekennzeichnet, daß die spaltfrei ineinandergefügten Einzelrohre zur Bildung einer Diffusionszone im Bereich ihrer Kontaktfläche durch Joule'sehe Y/änne in einen teigigen Zustand versetzt v/erden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Joule'sehe './ärne durch konduktiv auf die Rohrkombination übertragenen Viechseistrom erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Joule »sehe ',fdnne durch induzierte VirbelstrÖrae erzeugt wird.

A. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Rohrla'ngsrichtung wanderndes Wechselstrom- oder Virbelstronfeld erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dia ineinandergesteckten Einzelrohre durch eine Induktionsspule bewegt werden.

BAD ORiQINAL

509809/0401

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergesteckten Einzelrohre ah einer konduktiv Strom übertragenden Vorrichtung vorbeibewegt v/erden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrkombination durch unmittelbar vor und hinter der Vorrichtung zur Stromübertragung angeordnete Druckrollen in Längsrichtung bewegt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Verbundrohr mit bereits vorhandener mechanischer Bindung ausgegangen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrkombination beim Durchlauf durch die Vorrichtung zur Stromübertragung gekühlt wird.

10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche

Λ bis 9 auf Rohre mit nicht kreisförmigem Querschnitt.

11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf Rohre mit berippter Oberfläche.

BAD ORIGINAL 509809/0401