DE2443331C3

DE2443331C3 - Use of fine-grain structural steel for explosion-deformed parts

Info

Publication number: DE2443331C3
Application number: DE19742443331
Authority: DE
Inventors: Marion Kurzmann Harald Dipl-Ing 1000 Berlin Henry
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1974-09-06
Publication date: 1977-08-18

Description

Die Erfindung befaßt sich mit Werkstoffen, die zur Herstellung drückbeanspruchter Maschinenbauteile geeignet sind, die eine durch Explosionsverformung hergestellte Aushalsung und eine im Bereich der Aushalsung befindliche Schweißnaht besitzen. Maschinenbauteile dieser Art können beispielsweise in der Gestalt von Behältern zur Anwendung in der chemischen Industrie als Lager- oder Reaktionsbehälter gelangen. Sie können aber auch in der Elektrotechnik als Kapselung für druckgasisolierte Hochspannungsanlagen eingesetzt werden. Diese Kapselungen können die Gestalt zylindrischer Behälter aufweisen, in denen Sammelschienenleiter an Stützisolatoren gehalten sind. Die Behälter sind mit einem unter Druck stehenden Isoliergas gefüllt, beispielsweise Druckluft oder Schwefelhexafluorid. The invention is concerned with materials which are suitable for the production of machine components subject to compression are, the one produced by explosive deformation and one in the area of Have the weld seam located in the neck. Machine components of this type can, for example, in the Shape of containers for use in the chemical industry as storage or reaction containers reach. But they can also be used in electrical engineering as an encapsulation for compressed gas-insulated high-voltage systems can be used. These encapsulations can have the shape of cylindrical containers in which Busbar conductors are held on post insulators. The tanks come with a pressurized Insulating gas filled, for example compressed air or sulfur hexafluoride.

Mit Aushalsungen werden die genannten Maschinenbauteile versehen, um weitere gleiche Maschinenbautei-Ie oder rohrförmige Anschlüsse, Verschlußflansche oder ähnliches anbringen zu können. Zwar lassen sich solche Teile auch unmittelbar an einer Öffnung des Maschinenbauteiles ebenfalls durch Schweißen befestigen. Durch eine Aushalsung wird jedoch die Gestaltfestigkeit des fertigen Maschinenbauteiles gegenüber dem inneren Druck verbessert und ferner wird die Herstellung der Schweißnaht erleichtert, weil sich am Ende der Aushalsung eine in einer Ebene liegende Schweißnaht ausführen läßt. Demgegenüber hat die Schweißnaht einen räumlichen Verlauf, wenn beispielsweise ein Rohr unmittelbar in eine öffnung eines gewölbten Maschinenbauteiles eingesetzt werden soll.The machine components mentioned are provided with collars in order to create other identical machine components or to be able to attach tubular connections, sealing flanges or the like. It is true that such Also fasten parts directly to an opening in the machine component by welding. Through however, a necking increases the structural strength of the finished machine component compared to the inner one The pressure is improved and the production of the weld seam is made easier because at the end of the Aushalsung a weld lying in one plane can be carried out. In contrast, the weld seam has a spatial course if, for example, a pipe is inserted directly into an opening in a curved machine component should be used.

Das Aushalsen von öffnungen an Maschinenbauteilen läßt sich auf verschiedene Weise, durchführen, so Beispielsweise kann das Aushalsen mit einem kegelförmigen Ziehwerkzeug durchgeführt werden, das durch eine öffnung des Maschinenbauteiles hindurchgezogen wird. Hierbei ist im allgemeinen eine Erwärmung des zu verformenden Materials erforderlich. Ferner kann das Aushalsen nach dem Verfahren der Explosionsverformung vorgenommen werden, wie es beispielsweise in der Zeitschrift DFBO 1/73, Seiten 3 bis 9, beschrieben ist. Im allgemeinen wird bei der Explosionsverformung eine Matrize verwendet, die der Kontur des zu erzeugenden Kragens der Aushalsung entspricht. Unter dem Einfluß eines Sprengmittels wird das eine vorbereitete öffnung des Maschinenbauteiles begrenzende Material an die Matrize angelegt. Dies geschieht als Kaltverformung mit hoher Geschwindigkeit. Im Anschluß hieran wird das kaltverformte Material durch die Herstellung der Schweißnaht thermisch beansnmcht. Es kommt hinzu, daß im späteren Betrieb des Maschinenbauteiles Beanspruchungen durch tiefe Temperaturen und inneren Druck auftreten. Wird das Maschinenbauteil beispielsweise als Kapselung für druckgasisolierte Hochspannungsanlagen verwendet, so wird eine Verwendbarkeit der Konstruktion bis zu Temperaturen von wenigstens -25⁰C gefordert.The necking of openings on machine components can be carried out in various ways, for example the necking can be carried out with a conical drawing tool which is drawn through an opening in the machine component. This generally requires the material to be deformed to be heated. Furthermore, the necking can be carried out using the explosion deformation method, as described, for example, in the journal DFBO 1/73, pages 3 to 9. In general, a die is used for explosion deformation which corresponds to the contour of the collar of the collar to be produced. Under the influence of an explosive, the material delimiting a prepared opening in the machine component is applied to the die. This is done as cold forming at high speed. Following this, the cold-formed material is thermally processed by producing the weld seam. In addition, during the later operation of the machine component, stresses due to low temperatures and internal pressure occur. Is the machine component, for example, used as an encapsulation for pressure-gas-insulated high-voltage installations, a usefulness of the construction is required to temperatures of at least -25 ⁰ C.

Es ist an sich bekannt, daß bestimmte kohlenstoffarme Stähle, beispielsweise ein Stahl mit der deutschen Normbezeichnung St 52-3, einer Explosionsverformung und nachfolgender Schweißung unterzogen werden können. Sorgfältige Untersuchungen haben aber gezeigt, daß Stähle der genannten Art zu einer Alterungsversprödung neigen und durch die Kaltverformung und den Wärmeeinfluß während des Explosivaushalsens sowie die weitere Erwärmung durch das Schweißen eine Gefügeschädigung erleiden.It is known per se that certain low-carbon steels, for example a steel with the German standard designation St 52-3, can be subjected to explosive deformation and subsequent welding. Careful investigations have shown, however, that steels of the type mentioned have a tendency to age-embrittlement and suffer structural damage due to the cold deformation and the influence of heat during the explosive necking as well as the further heating due to the welding.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkstoffgruppe anzugeben, die für die vorstehend erläuterten Zwecke besonders geeignet ist und ohne zusätzliche Wärmebehandlungen die Herstellung von Maschinenbauteilen besonders hoher Qualität hinsichtlich der genannten Betriebsbedingungen ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a group of materials for the above explained purposes is particularly suitable and without additional heat treatments the production of Machine components of particularly high quality in terms of the operating conditions mentioned.

Gemäß der Erfindung wird ein schweißbarer Feinkornbaustahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes zur Herstellung von druckbeanspruchten Maschinenbauteilen verwendet, die durch Explosionsverformung mit einer Aushalsung versehen werden, an der ein weiteres Bauteil durch Schweißen befestigt wird, und die keiner zusätzlichen Wärmebehandlung unterzogen werden.According to the invention, a weldable fine-grain structural steel of low carbon content is used for Manufacture of pressurized machine components used by explosion deformation with a neck to which another component is attached by welding, and none be subjected to additional heat treatment.

Bei den nach der Erfindung zu verwendenden Feinkornbaustählen handelt es sich insbesondere um Stähle, die näher in dem Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 089-70 »Schweißbare Feinkornbaustähie« sowie in dem Stahl-Eisen-Werkstoffblatt Entwurf vom März 1974 »Warmgewalzte Feinkornstähle zum Kaltumformen« beschrieben sind.The fine-grain structural steels to be used according to the invention are in particular Steels, which are detailed in the steel-iron-material sheet 089-70 "Weldable fine-grain construction" as well as in the Steel-iron material sheet draft from March 1974 "Hot-rolled fine-grain steels for cold forming" are described.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Verwendung der genannten Stähle besonders vorteilhaft für die Herstellung von Kapselungen einer druckgasisolierten Hochspannungsanlage mit durch Explosionsverformung hergestellten Aushalsungen.In a further development of the invention, the use of the steels mentioned is particularly advantageous for Manufacture of encapsulation of a compressed gas-insulated high-voltage system by means of explosion deformation produced collars.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the figures.

Die F i g. 1 zeigt ein zylindrisches Gehäuse, an dem nach dem Verfahren der Explosivverformung eine Aushalsung vorgenommen werden soll.The F i g. 1 shows a cylindrical housing on which a Necking should be made.

In F i g. 2 ist das Gehäuse nach der F i g. 1 mit einem angeschweißten Flansch dargestellt.In Fig. 2 is the housing according to FIG. 1 shown with a welded flange.

Die F i g. 3 zeigt ein zylindrisches Sammelschienengehäuse einer druckgasisolierten Hochspannungsschaltanlage. The F i g. 3 shows a cylindrical busbar housing a compressed gas-insulated high-voltage switchgear.

Das in F i g. 1 gezeigte zylindrische Gehäuse 1 besteht aus einem Feinkornbaustahl, der durch einen Gehalt bestimmter Elemente fein verteilte Ausscheidungen von Nitriden und/oder Karbiden enthält. Ferner besitzt der Feinkornbaustahl einen niedrigen Schwefelgehalt und einen beschränkter. Kohlenstoffgehalt. Das Gehäuse 1 besitzt eine elliptische öffnung 2, deren Abmessungen entsprechend den gewünschten Maßen der herzustellenden Aushalsung nach Erfahrungswerten gewählt sind. Das Gehäuse 1 ruht auf einer Matrize 3, deren Kontur entsprechend der gewünschten Form der Aushalsung gewählt ist. Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich ein mit Wasser gefüllter Behälter 4, in dem eine im wesentlichen ringförmig gestaltete Sprengladung 5 angeordnet ist. Bei der Zündung des Sprengstoffes 5 wirkt das in dem Behälter 4 befindliche Wasser alsThe in Fig. 1 shown cylindrical housing 1 consists of a fine-grain structural steel, which by a content certain elements contains finely divided precipitates of nitrides and / or carbides. Furthermore, the Fine grain structural steel has a low sulfur content and a limited one. Carbon content. The housing 1 has an elliptical opening 2, the dimensions of which correspond to the desired dimensions of the Collaring are chosen based on experience. The housing 1 rests on a die 3, whose Contour is selected according to the desired shape of the collar. Inside the housing 1 there is a water-filled container 4 in which a substantially ring-shaped explosive charge 5 is arranged. When the explosive 5 is ignited, the water in the container 4 acts as a

Dämmung, so daß der Explosionsdruck nach unten wirkt und dabei die Ränder 6 der öffnung 2 zur Anlage an der Matrize 3 bringt Auf diese Weise wird in einem Arbeitsgang die Aushalsung hergestellt.Insulation so that the explosion pressure acts downwards and thereby brings the edges 6 of the opening 2 into contact with the die 3. In this way, the collar is produced in one operation.

Das Verfahren der Explosivverformung ist an sich bekannt. Näheres hierüber kann beispielsweise dem Aufsatz »Explosivumformung von Mittel- und Grobblechen« in der Zeitschrift DFBO 1/74, Seiten 3 bis 9, entnommen werden.The method of explosive deformation is known per se. More information about this can, for example, be given to the Article »Explosive forming of medium and heavy plates« in the magazine DFBO 1/74, pages 3 to 9, can be removed.

In F i g. 2 ist das Gehäuse 1 in umgekehrter Stellung dargestellt, wobei an das Ende der nach der F i g. 1 hergestellten Aushalsung ein Flansch 10 durch Schweißen angebracht ist Sofern das Aushalsen einen unregelmäßigen Rand ergeben hat, empfiehlt es sich, zunächst durch einen Brennschnitt den Kragen der Aushalsung zu ebnen, um anschließend die Schweißnaht 11 möglichst einfach ausführen zu können. In Fig.2 ist außerdem ein rohrförmiges Bauteil 12 mit einem Flansch 13 eingezeichnet, das an den Flansch 10 angesetzt wird.In Fig. 2, the housing 1 is shown in an inverted position, with the end of the according to FIG. 1 produced necking a flange 10 is attached by welding If the necking a If there is an irregular edge, it is advisable to first make a flame cut through the collar of the To level out the neck so that the weld 11 can then be carried out as simply as possible. In Fig.2 is a tubular component 12 with a flange 13, which is attached to the flange 10 is set.

In F i g. 3 ist ein Gehäuse 15 für eine metallgekapselte, druckgasisolierte Hochspannungsanlage gezeigt, das als Gehäuse einer Sammelschiene 16 dient. An den Enden des Gehäuses 15 sind Flansche 17 angebracht, mit denen weitere gleichartige Gehäuse verbunden werden können. Mit der Sammelschiene 16 ist ein abzweigender Leiter 20 verbunden, der in ein weiteres Gehäuse 21 führt, das durch eine Flanschverbindung mit dem Gehäuse 15 gasdicht verbunden ist. Der abzweigende Leiter 20 tritt durch eine Aushalsung 22 des Gehäuses 15 hindurch, die entsprechend der F i g. 1 hergestellt ist. Dadurch ist das Gehäuse 15 im Bereich des abzweigenden Leiters 20 abgerundet, was sich vorteilhaft auf die elektrische Spannungsfestigkeit der Anlage auswirkt. Die Erfindung ist in sinngemäß der gleichen Weise auch für mehrpolige Sammelschienengehäuse anwendbar.In Fig. 3 shows a housing 15 for a metal-encapsulated, compressed gas-insulated high-voltage system, which is shown as Housing a busbar 16 is used. At the ends of the housing 15 flanges 17 are attached, with which further similar housings can be connected. With the busbar 16 is a branching off Conductor 20 connected, which leads into a further housing 21, which by a flange connection with the Housing 15 is connected gas-tight. The branching conductor 20 passes through a neck 22 of the housing 15 through which, according to FIG. 1 is made. As a result, the housing 15 is in the area of the branching off Rounded conductor 20, which has an advantageous effect on the electrical strength of the system. The invention can be used in the same way for multi-pole busbar housings.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Use of a weldable fine-grain structural steel with a low carbon content for the production of pressure-loaded machine components which are provided with a collar by explosion deformation, to which a further part is attached by welding, and which are not subjected to any additional heat treatment.

2. Use of the steel according to claim 1 for the production of encapsulation of a pressurized gas insulated High-voltage installation with a neck according to Claim 1.