DE2608262C3

DE2608262C3 - Process for producing a permanent connection between metallic workpieces

Info

Publication number: DE2608262C3
Application number: DE19762608262
Authority: DE
Inventors: Kurt 5170 Juelich Bonan
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1976-02-28
Filing date: 1976-02-28
Publication date: 1981-08-20
Also published as: DE2608262B2; DE2608262A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen metallischen Werkstücken, wie Rohrstücken oder dergleichen, mit unterschiedlichem Schmelzpunkt, wobei die miteinander zu verbindenden und unter einem Preßdruck aneinander angepaßten, metallisch reinen Flächen der Werkstücke zur Bildung der Verbindung erhitzt werden.The invention relates to a method for producing a solid connection between metallic Workpieces, such as pieces of pipe or the like, with different melting points, with each other to be connected and matched to one another under a pressure, metallically pure surfaces of the Workpieces are heated to form the connection.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 29 98 646 bekannt. Nach diesem bekannten Verfahren werden Rohrstücke dadurch miteinander verbunden, daß diese bei der Herstellung der Schweißverbindung unter Schutzgasatmosphäre zugleich verpreßt und erhitzt werden. Von Nachteil ist hierbei jedoch, daß ein hoher apparativer Aufwand erforderlich ist.Such a method is known from US Pat. No. 2,998,646. According to this known method are Pipe pieces connected to one another in that they are under during the production of the welded joint Protective gas atmosphere can be pressed and heated at the same time. The disadvantage here, however, is that a high equipment expenditure is required.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von metallischen Werkstücken mit unterschiedlichem Schmelzpunkt zu schaffen, das einfach durchzuführen ist und keinen hohen apparativen Aufwand erforderlich macht.It is the object of the invention to provide a method for connecting metallic workpieces with different To create a melting point that is easy to carry out and does not require high equipment Requires effort.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Werkstücke unter Anwendung eines auf die aneinander angepaßten Flächen wirkenden Preßdruckes zusammengefügt und die unter dem auf mechanische Weise erzeugten Preßdruck stehenden Werkstücke in einem getrennten Arbeitsgang zur Bildung der Verbindung erhitzt werden. Die miteinander zu verbindenden Flächen werden durch Kaltverformen mittels Druckwerkzeugen, durch spanabhebende Bearbeitung oder durch Verwendung von Druckrollen mit spanabhebender Bearbeitung geschaffen. Die Verformung durch Sprengen von zusammenzufügenden Rohrenden ist ebenfalls möglich. Rohre mit dünneren Wandstärken können auch von Hand konisch gedrückt oder gewalzt und mit Reibahlen oder Schabern nachgearbeitet werden. Sollen Rohre unterschiedlichen Durchmessers zusammengefügt werden, so entfällt eine Verformung, wenn die Rohre ineinanderpassen. Dabei sind auch Rohrschraubverbindungen oder Schraubmuffen verwendbar. Zylindrische Rohrenden werden im Preßsitz zusammengefügt oder nach dem Zusammenschieben gepreßt oder gewalzt. Dabei besteht die Möglichkeit, das Innenrohr aufzuwalzen, wie dies im Dampfkesselbau üblich ist Hohlkörper anderer Querschnittsformen werden in analoger Weise zusammengefügt. Vollkörper werden an ihren zu verbindenden Enden konisch geformt oder mit Zapfen versehen undThis object is achieved with a method of the type specified in the introduction according to the invention solved in that the workpieces using a acting on the mutually matched surfaces Combined pressing pressure and the standing under the mechanical pressure generated Workpieces are heated in a separate operation to form the connection. The one with each other Surfaces to be connected are made by cold forming using pressure tools, by machining Machining or created by using pressure rollers with machining. the Deformation by blasting pipe ends to be joined is also possible. Tubes with thinner Wall thicknesses can also be conically pressed or rolled by hand and with reamers or scrapers be reworked. If pipes of different diameters are to be joined, one is not required Deformation when the tubes fit together. There are also screwed pipe connections or screw sockets usable. Cylindrical pipe ends are joined together in a press fit or after being pushed together pressed or rolled. There is the possibility of rolling on the inner tube, as shown in Steam boiler construction is common. Hollow bodies with other cross-sectional shapes are joined together in an analogous manner. Solid bodies are conically shaped or provided with pegs at their ends to be connected

ίο ineinandergefügt. Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es jedoch erforderlich, die miteinander zu verbindenden Flächen vor dem Zusammenfügen der Teile zu reinigen, um metallisch reine Flächen zu erhalten.ίο nested. To carry out the procedure according to the invention, however, it is necessary to prepare the surfaces to be connected to one another prior to joining to clean the parts in order to obtain metallically clean surfaces.

Zwar ist aus der DE-OS 25 17 839 ein Verfahren zum Verbinden eines hohlen Nichteisenmetallkörpers mit einem hohlen Eisenkörper bekannt, bei dem auf die zu verbindenden Teilflächen ein Preßdruck ausgeübt wird. Dieser Preßdruck wird jedoch bei dem bekanntenAlthough DE-OS 25 17 839 discloses a method for connecting a hollow non-ferrous metal body with a hollow iron body known in which a pressure is exerted on the partial surfaces to be connected. However, this pressing pressure is used in the known one

2« Verfahren — anders als bei dem Verfahren gemäß der Erfindung — dadurch erzielt, daß sich während des Erhitzens der innere Hohlkörper, dessen Material dementsprechend auszuwählen ist, stärker ausdehnt als der äußere Hohlkörper. Im kalten Zustand der beiden2 «method - unlike the method according to the invention - achieved in that during the Heating the inner hollow body, the material of which is to be selected accordingly, expands more than the outer hollow body. In the cold state of both of them

2^Γι zu verbindenden Werkstücke besteht dabei kein gegenseitiger Preßdruck.2 ^Γ ι workpieces to be connected, there is no mutual pressure.

Demgegenüber werden die Werkstücke nach dem Verfahren gemäß der Erfindung schon vor dem Erhitzen auf mechanische Weise unter Anwendung eines auf die aneinander angepaßten Flächen wirkenden Preßdruckes zusammengefügt, wobei durch entsprechende mechanische Mittel der Preßdruck aufrechterhalten wird.
Der erste Verfahrensschritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, die Werkstücke zunächst in einem ersten Verfahrensschritt ohne Erhitzen, sondern lediglich unter Anwendung von Preßdruck zusammenzufügen, als auch der zweite Verfahrensschritt, nämlich das Erhitzen der zusammengefügten Werkstücke zur Bildung der Verbindung, sind ohne großen apparativen Aufwand durchzuführen. Dabei ermöglicht die zeitlich getrennte Durchführung der beiden Verfahrensschritte, insbesondere bei einer größeren Stückzahl, eine wirtschaftliche Fertigung.In contrast, according to the method according to the invention, the workpieces are joined together in a mechanical manner prior to heating using a pressing pressure acting on the mutually adapted surfaces, the pressing pressure being maintained by appropriate mechanical means.
The first step of the method according to the invention, first of all joining the workpieces together in a first step without heating, but only using pressure, and the second step, namely the heating of the joined workpieces to form the connection, can be carried out without great equipment expense . The time-separated implementation of the two process steps, in particular in the case of a larger number, enables economical production.

Eine zweckmäßige Weiterausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß die miteinander zu verbindenden Flächen vor dem Zusammenfügen der Werkstücke zur Erzeugung einer metallisch reinen Oberfläche unter Bespülen mit Schutzgas gereinigt werden. Dadurch wird bei gleichwohl einfacher Durchführbarkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Verbindung von Werkstoffen geschaffen, die auch speziellen Anforderungen, wie sie beispielsweise in der Reaktortechnik gestellt werden, gerecht wird.A useful further development of the method according to the invention is that the surfaces to be connected to each other before joining the workpieces to produce a metallic clean surface can be cleaned by flushing with protective gas. This will at the same time simple feasibility of the method according to the invention a connection of materials created that also meet special requirements, such as those made in reactor technology, for example. is fair.

Zur Bildung der Schweißverbindung werden die zusammengefügten Werkstücke zweckmäßigerweise durch auf die zu verbindenden Flächen der Werkstücke hin ausgerichtete Lichtstrahlen erhitzt. Das ist beispielsweise mittels Quarzlampen mit regelbarer Leistung möglich, wobei die Temperatur der Werkstücke durch Temperaturfühler, beispielsweise Thermometer überwacht wird. Die Temperatur wird dabei auf eine solche Höhe eingeregelt, daß sie unterhalb des eutektischen Punktes, jedoch oberhalb der Kristallisationstemperatur liegt, wie dies bei Diffusionsschweißen allgemein ngewendet wird. In den meisten Fällen beträgt die ι emperatur nur den 0,7 bis 0,8ten Teil der Schmelztem-The joined workpieces are expediently used to form the welded connection heated by light beams directed towards the surfaces of the workpieces to be connected. This is for example possible by means of quartz lamps with adjustable power, whereby the temperature of the workpieces by Temperature sensor, for example thermometer, is monitored. The temperature is set to such Height regulated that they are below the eutectic point, but above the crystallization temperature as is generally used in diffusion welding. In most cases this is ι temperature only the 0.7 to 0.8 part of the melting temperature

peratur.temperature.

Zur Erhitzung der zusammengefügten Werkstücke sind selbstverständlich auch andere Heizquellen, die die Werkstücke von innen und außen erhitzen, wie beispielsweise eine Induktionsspule, verwendbar.Of course, other heat sources are also used to heat the joined workpieces Heat workpieces from the inside and outside, such as an induction coil, can be used.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigtAn embodiment of the method according to the invention is described below with reference to the drawing explained. It shows

F i g. 1 ein zur Formung der zu verbindenden Fläche in eine Stahlmatrize eingepreßtes Rohrstück,F i g. 1 a piece of pipe pressed into a steel die to form the surface to be connected,

F i g. 2 das zur Formung der mit der Fläche des Rohrstückes gemäß F i g. 1 zu verbindenden Fläche in eine Stahlmatrize eingepreßte Gegenrohrstück,F i g. 2 which is used to shape the with the surface of the pipe section according to F i g. 1 area to be connected in a steel die pressed counter tube piece,

F i g. 3 die zum Zusammenfügen in eine Stahlmatrize eingebrachten Rohrstücke gemäß F i g. 1 und F i g. 2,F i g. 3 the pipe pieces introduced into a steel die for joining according to FIG. 1 and F i g. 2,

F i g. 4 die zum Erllitzen in einer Einspannvorrichtung angeordneten Rohrstücke gemäß den F i g. 1 bis 3 mit auf die Rohrstücke gerichteten Lichtstrahlern.F i g. 4 the pipe sections arranged for stranding in a clamping device according to FIGS. 1 to 3 with light emitters directed at the pipe sections.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wurde — wie in Fig. 1 dargestellt — ein Rohrstück 1 aus Edelstahl 1.4541 in eine Stahlmatrize 2 eingesetzt und mittels Stempel 3 und zugehörigem Haltering 4 am unteren Rohrende konisch verformt. Dabei wurde eine handelsübliche, in der Zeichnung nicht dargestellte. Spindelpresse verwendet.To carry out the method according to the invention - as shown in Fig. 1 - a Pipe section 1 made of stainless steel 1.4541 is inserted into a steel die 2 and by means of a punch 3 and the associated Retaining ring 4 deformed conically at the lower end of the tube. A commercially available one was not shown in the drawing shown. Screw press used.

Das mit dem Rohrstück 1 zu verbindende Rohrstück 5 auf Leichtmetall AlMg3 wurde — wie in F i g. 2 dargestellt — in analoger Weise in die Stahlmatrize 6 eingesetzt und mittels Stempel 7 und Haltering 8 am oberen Rohrende konisch aufgeweitet.The pipe section 5 to be connected to the pipe section 1 on light metal AlMg3 was - as in FIG. 2 shown - inserted in an analogous manner in the steel die 6 and by means of punch 7 and retaining ring 8 on flared upper end of the tube.

Die ineinanderpassenden, konisch verformten Enden der Rohre 1 und 5 wurden darauf mit Lösungsmittel unter Bespülen mit Schutzgas gereinigt und zusammengefügt Die beiden Rohrstück»· wurden darauf — wie der Darstellung in Fig.3 zu entnehmen ist — in eine aus dem Matrizenunterteil 9, dem konisch gebohrten Zwischenring 10 und dem Matrizenoberteil 11 bestehende Matrize eingesetzt und die zu verbindenden Flächen der beiden Rohrstücke sodann mittels Stempel 12 zusammengepreßt Im Anschluß daran wurden die Preßwerkzeuge 9 und 11 von den zusammengefügten Rohrstücken gelöstThe mating, deformed ends of tubes 1 and 5 were then solvent-washed cleaned while flushing with protective gas and joined. The two pipe sections »· were then - again Representation in Fig.3 can be seen - in an off the lower die part 9, the conically drilled intermediate ring 10 and the upper die part 11 Die inserted and the surfaces to be connected of the two pipe sections then by means of a punch 12 pressed together Subsequently, the pressing tools 9 and 11 of the joined together Pipe pieces solved

ίο Zur Erhitzung der zusammengefügten Rohrstücke 1 und 5 wurden diese — wie der Darstellung in F i g. 4 zu entnehmen ist — der fokussierten Lichtstrahlung zweier Quarzlampen 13 ausgesetzt, wobei die Rohrstücke in einer in der Höhe verstellbaren Halterung 14 befestigtίο To heat the joined pipe sections 1 and 5 these - like the illustration in FIG. 4 can be seen - the focused light radiation of two Exposed to quartz lamps 13, the pipe sections being fastened in a height-adjustable bracket 14

ι s waren. Die beiden Quarzlampen 13 waren zur Regelung ihrer Leistung an einen Transformator 15 angeschlossen. Zur Überwachung der zur Bildung der Diffusionsverschweißung erforderlichen Temperatur war ein Thermoelement 16 mit nachgeschaltetem Anzeigegerät 17 vorgesehen.ι s were. The two quartz lamps 13 were for regulation their power connected to a transformer 15. To monitor the formation of the diffusion weld required temperature was a thermocouple 16 with a downstream display device 17 provided.

Nachdem die Temperatur der beiden zusammengefügten Rohrstücke etwa sieben Minuten auf etwa 570° C gehalten worden war, waren die beiden ineinandergepaßten Flächen der beiden Rohrstücke durch eine Diffusionsschweißnaht miteinander verbunden.After the temperature of the two pipe pieces joined together, about seven minutes to about 570 ° C had been held, the two mating surfaces of the two pieces of pipe were through one Diffusion welded together.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das Verschweißen von Edelstahl und AIMg3 beschränkt, sondern auch auf das Verbinden anderer Metalle anwendbar, wie beispielsweise Alumi-The method according to the invention is of course not on the welding of stainless steel and AIMg3 limited, but can also be used for joining other metals, such as aluminum

jo nidm oder Aluminiumlegierungen mit Nickel oder Kupfer beziehungsweise deren Legierungen und Titan mit Kupfer oder Nickel und deren Legierungen.jo nidm or aluminum alloys with nickel or Copper or their alloys and titanium with copper or nickel and their alloys.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for producing a permanent connection between metallic workpieces, such as Pieces of pipe or the like, with different melting points, with each other to connecting and matched to one another under a pressure, metallically pure surfaces of the Workpieces is heated to form the connection, characterized in that the Workpieces using a pressure acting on the mutually adapted surfaces joined together and the standing under the pressure generated in a mechanical way Workpieces are heated in a separate operation to form the connection.

2. The method according to claim 1, characterized in that the to be connected to one another Areas before joining the workpieces to create a metallically clean surface be cleaned while flushing with protective gas.

3. The method according to claim I or 2, characterized in that the joined workpieces are heated by light beams directed towards the surfaces of the workpieces to be connected.