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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON POLYMETALLROHREN
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Rohren, und,
genauer gesagt, Verfahren zur Herstellung von Polymetallrohren.
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Die Erfinfung kann man zweckmäßigerweise bei der Herstellung von
Rohren für Atomenergetik verwenden, die in Wärmeaustauschern mit flüssigen Metallen
und in Rohrleitungen, durch welche aggresive Flüssigkeiten transportiert werden,
ihre Anwendung finden.
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Die Erfindung kann man in der radiotechnischen Industrie zur Herstellung
von Wellenleitern, im chemischen Maschinenbau zur Herstellung von Behältern und
Nohrleitungen, welche aggressive Flüssigkeiten enthalten oder durch welche solche
Flüssigkeiten befördert werden, im Maschinenbau zur Herstellim; vcn Lagerschalen,
verschleißfesten Teilen, Bolzen der Kettenglieder usw. veruienden.
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Bs sind Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren allgemein bekannt,
welche auf dem gemeinsamen Warmwalzen von zwei Vorrohren beruhen, die zu einem zweischichtigen
Vorrohr zusammengebaut sind. Obwohl diese Verfahren durch eine hohe Leistung gekennzeichnet
sind, können sie eine ausreichend hohe qualität der Verbindung über die gesamte
Äontaktfläche der Vorrohre nicht gewährleisten. Eine Ursache dafür bildet ein ungenügendes
Durchschweißen, das durch das Vorhandensein von Oxyden und anderen Verünfeinigungsstoffen
bedingt ist, welche sich bei den genannten Herstellungsverfahren praktisch nicht
vermeiden lassen. Außerdem sind die Rohre durch einen bedeutenden Dickenunterschied
der Haupt-und der Plattierschicht gekennzeichnet. Bei der Herstellung von Bimetallrohren
in einer Anlage mit der kontinuierlichen Walzstraße beträgt, z.B. der Dickenunterschied
der Plattierschicht 40 bis 50%.
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Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren durch Pressen
allgemein bekannt. Die Vorbereitung der Vorrohre vor deren Ineinanderstecken ist
arbeitsintensiv, weil dabei eine vorherige mechanische Bearbeitung mit einer hohen
Prazi-:sion erforderlich ist. Der Dickenunterschied der Plattierschicht ist beia
Pressen von Bimetallrohren auch groß und beträgt 40%.
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Es ist ein Verfahren zum Thermodiffusionsschweißen weitgehend bekannt,
bei dem die Diffusionsverbindung von zwei
Vorrohren durch deren
Erwärmung in einen Schutzmedium bei einer höheren Wärmeausdehnungszahl des Innenrohres
gewährleistet wird. Bei der Herstellung der Rohre mit einer hohen Präzision der
Wände,des Durchmessers und der Dicke ist das Verfahren jedoch durch ein beschränktes
Sortiment sowohl hinsichtlich der Abmessungen, als auch hinsichtlich der chemischen
Zusammensetzung der zusammenzuschweißenden Vorrohre gekennzeichnet.
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Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Polymetallrohren bekannt,
bei dem die ineinandergesteckten dünnwandiesen Rohre in Form eines mehrschichtigen
Vorrohres in ein dickwandiges Rohr eingeschoben werden, welches die Rolle einer
Matrize erfüllt, die eine Wärmeausdehnungszahl besitzt, welche unter der Wä.rmeausdehnungszahl
eines jeden beliebigen Rohres liegt, aus welchen sich das mehrschichtige Vorrohr
zusammensetzt; die ineinandergesteckten und in das dickwandige Rohr eingeschobenen
Rohre werden erwärmt.
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Um eine Diffusionsverbindung des mehrschichtigen Vorrohres mit dem
Rohr, d.h. der Matrize zu vermeiden, wird auf die Innenfläche dieser Matrize die
Schicht einer Substanz aufgetragen, die die Diffusion verhindert.
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Bei der gemeinsamen Erwärmung vergrößert sich das mehrschichtige
Vorrohr im Durchmesser mehr als die Matrize, und wird an diese angedrückt; die Rohre,
aus welchen sich das mehrschichtige Vorrohr zusammensetzt, werden aneinander
gedrückt
und über doe Kontaktflächen zusammengeschweißt, indem sie ein Polymetallrohr bilden.
Das Polyometallrohr wird nach dem Abkühlen aus dem es umfassenden Außenrohr entfernt.
Das Verfahren besitzt eine niediige Leistung und erfordert die Erwärmung in einem
Schuztmedium. Große Schwierigkeiten sind mit der Wahl von Werkstoffen für die Herstellung
des Außenrohres, d. h. der Matrize verbunden. Die Andrükkraft zwischen den aneinander
gedrückten Rohren bewegt sich in breiten Grenzen, meil natürliche Unterschiede der
Durchmesser von den zu einem Satz zu verbindenden Rohren vorhanden sind, was die
Herstellung einer festen Schweißverbindung nicht ermöglicht.
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Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren ( s.
SU-PS 332997) bekannt, welches wie folgt durch geführt wird: In ein Vorrohr mit
der vorbereiteten Innenkontaktfläche wird ein dünnwandiges Vorrohr mit der vorbereiteten
AuBenkontaktfläche eingeführt. Das auf diese Weise zusammengesetzte Vorrohr wird
in eine Matrize eingeschoben, der Spielraum zwischen den Vorrohren wird an ihren
Stirnflächen hermetisch abgedichtet, aus des Zwischenraum zwischen den Vorrohren
wird die Luft abgesaugt; der Innenraum des Vorrohres wird hermetisch abgedichtet,
in diesen Raum wird das flüssige Mittel, eine Salzschmelze eingeführt, die vorher
bis
auf die Temperatur der plastischen Warmverformung des Metalls des Innonrohres, ervä.i'mt
worden ist Bei der Erwärmung dehnt sich das Innenrohr aus. Die weitere Verlor mung
wird durch eine Erhöhung des Druckes des flüssigen Mittels verwirktlicht, das die
Übertragung des Druckes, dessen Größe für die Herstellung der Difussionsverbindung
ausieicht, auf die Innenfläche der Vorrohre gewährleistet. Zur Erhöhung der Festigkeit
der Verbindung zwischen den Vorrohren werden der Salzschmlze Ultraschllschwingungen
mitgeteilt.
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Ein Nachteil des oben dargelegten Verfahrens besteht darin, daß die
Verformung des Innenrohres nach dessen Erwärmung in verschiedenen Querschnitten
erfolgt, deren Verteilung von dem Dickennuterschied, der Ungleichmäßigkeit im Gefügeaufbau
und dem Vorhandensein von Fehlern im I.ictall abhängig ist. Wenn man dabei berücksichtigt,
daß die Herstellung des Vakuums im Spielraum zwischen den zu erwärmenden Rohren
eine außerordentlich schwierige Aufgabe darstellt, und eine gewisse Menge an Lufb
immer im Spielraum vorhanden sein wird, so ist bei der beschriebenen Verformung
in verschiedenen Querschnitten zwischen den zu schweiseinden Flachen eine Wirkung
. der ungeordnet verteilten Gasblasen möglich.
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An den Stellen mit Gasblasen wird das Schweißen vernindert; es entstehen
Stellen mit ungenügendem Durchschweißen, und die Qualität der Bimetallverbindung
wird verschlechtert.
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Außerdem ist das genannte Verfahren wenig produktiv, weil bei seiner
Durchführung komplizierte Arbeitsgänge an dem
Vorrohr verwirklicht
weden müssen,und es ist nur für die Herstellung von Rohren geeignet, bei denen die
Wand des Innenrohres, das die Rolle der Plattierschicht erfüllt, bedeutend dünner,
als die Wand des Außenrohres ist. Die Verwendung eines Rohres mit der Wand größerer
Dicke als eine Plattierschicht führt zu der Erstarrun, der Schmelze, w&s di.e
gespeicherte Wärmeenergie für die Erwärmung des Rohres nit einer größeren Masse
verbraucht, weil sie keinen Ausgleich für die verlorene Wärme bekommt. Dieser Umstand
beschränkt das Sortiment der herzustellenden Rohre wesentlich.
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rür die Verwirklichung des Verfahrens sind komplizierte Ausrüstungen,
und zwar ein System für die hermetischen Abdichtung und der Herstellung des Vakuums
im Spielraum zwischen den Vorrohren, die sich in der Matrize befinden, ein Pumpensystem
für das Umpumpen des flüssigen Mediums, d.h. der Salzschmelze mit einer hohen Temperatur
und ein Ultraschallgenerator erforderlich.
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Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Rohre müssen von
der an der Innenfläche erstarrten Salzschmelze gereinigt werden.
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Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren zur Herstellung von
Polymetallrohren zu entwickeln, bei dem durch die Verwendung entsprechender Temperaturen
die
Bildung von Gasblasen zwischen den Kontaktflächen verhindert wird, was die Herstellung
einer guten . Diffusionsverbindung von Vorrohren mitein anderer über die gesamte
Kontaktfläche ermoglicht.
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Die ges-tellte Au abc wird rnit t,els eines Verfahrens zur Herstellumg
von Polymetallrohren gelöst, das folgende Schritte vorsieht: Vorbereitung der Kontaktflächen
von Vorrohren; koaxiale Anordnung von Vorrohren in bezug zueinander; herme-tische
Abdichtung des Spielraumes zwischen den Vorrohren über deren Stirnflächen unte der
Bildung eines mehrschichtigen Vorrohres, Erwärmung dieses Vorrohres, Unterbingung
de@selben in einer Madtrize mit anschließender Abdichtung des Hohlraumes des Vorrohres
und der Einführung eines flüssigen Mittels in den Hohloraum zur @zeugung eines Druckkes
auf die Innenfläche des Vorrohres dessen Größe für die Herstellung einer Diffusionsverbindung
ausreicht, vor-Erfindungsgemäß w:ird im Körper des mehrschichtigen Vorrohres ein
solches Temperaturgefälle hergestellt, daß mindestens an einenl Ende des Voirohres
die Temperatur relativ niedriger als in anderen Teilen dieses Vorrohres ist.
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Das auf der Länge des mehrschichtigen Vorrohres hergestellte Temperaturgefälle
hau zur Folge, daß d:ie stärker erwärmten Querschnitte einen geringeren Verformungswiderstand
aufweisen, als die weniger erwärmter. Beim Angreifen
des Innendruckes
lassen sich zuerst die stärker erwärmten Abschnitte ödes Rohres verformen; der Spielraum
zwischen den Vorrohren wird sich vermindern und verschwimden, und die Gase werden
sich in der Richtung von den Abschnitten fort bewegen, die in die Verformung einbezogen
werden. Dieser Prozeß der Verformung, bei dem der Spielraum verschwindet und die
Gase augepreßt werden, wird in der Richtung nach den külteren des Vorrohres, wie
Enden (oder das Ende der Rohre) vor sich gehen. Eine solche Verdrängung von Gasen
verl-Lindert die Bildung von Gasblasen im Raum zwischen den Kontaktflächen, ermöglicht
in Verbindung mit der Wirkung der Temperatur und des Druckes eine gute Diffusionsverbindung
von Vorrohren miteinander über die gesamte Kontaktfläche.
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Eine der möglichen Ausführungsformen des Verfahrens besteht darin,
daß das Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch Erwärmung
des mittleren Teils aus Vorrohres bis auf eine höhere Temperatur unter allmählischer
Senkung dieser Temperatur in der Richtung nach den Enden des Vorrohres hergestellt
wird. Dadurch wird eine gerichtete, im Verlauf des Fortschreitens des Druckes und
der Verformung, auftretende Verdrängung der Gase aus' den Spielraum zwischen den
Vorrohren in der Richtung von der Mitte zu den Enden gewährleistet, als Folge wird
eine gute Diffusionsverbindung deer Vorrohre miteinander verwirklicht.
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Eine andere mögliche Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung
von Polymetallrohren besteht darin, daß das Temperaturgefälle über die Länge des
mehrschichtigen Vorrohres durch die Erwähnung des Vorrohres bei Erhöhung der Temperatur
in der Richtung von einem Mde des Vorrohres zu dem anderen hergestellt wird. Dadurch
werden eine gerichtete, im Vorlauf des Fortschreitens des Druckes und der Verformung,
durchzuführende Verdrängung der Gase aus dem Spielraum zwischen den Vorrohren in
der Richtung von dem stärker erwärmten Ende zu dem weniger erwärmten Ende des Vorrohres
sowie eine gute- Diffusionsverbindung der Vorrohre miteinander gesichert. Diese
Ausführungsform des Verfahrens kann bei der Behandlung von kürzeren Vorrohren (mit
einer Länge von 1 # 15D) verwendet werden, wo es schwierig ist, ein Temperaturgefälle
in der Richtung von der Mitte des Vorrohres zu seinen Enden zu schaffen.
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Eine weitere mögliche Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung
von Polymetallrohren kann darin bestehen, daß das Temperaturgefälle über die Länge
des mehrschichtigen Vorrohre durch die Einführung eines flüssigen Mittels mit einer
Temperatur, die unter der Temperatur des orrohres liegt, von den beiden Seiten des
Vorrohres hergestellt wird, so daß die Temperatur des Vorrohres in der Richtung
von der Mitte des Vorrohres zu seinen Enden herabgesetzt wird. Dadurch tverden eine
gerichtete Verdrängung der Gase aus dem Spielraum
zwischen den
Vorrohren in der Richtung von der Mitte zu den Enden sowie eine gute Diffsiunsverbindung
der Vorrohre miteinander gewährleistet. Diese Ausführungsform kann in den Fallen
ihre anwendung finden, wo die Mittel zur Erwärmung kein Temperaturgefälle über die
Länge des Vorrohres schaffen können, z.B, wenn im Gasofen die Brenner gleichmäßig
verteilt sind und keine Möglichkeit für deren gesonderte Regelung besteht.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Polymetallrohren
kann darin bestehen, daß das Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen
Vorrohres durch die Einführung eines flüssigen Mittels, das eine Temperatur unter
der Temperatur des Vorrohres aufweist, von einem Ende des Vorrohres hergestcllt
wird, so daß die Temperatur des Vorrohres in der Richtung von einem Ende zu dem
anderen abnimmt. Dadurch werden eine gerichtete Verdrängung der Gase aus dem Spielraum
zwischen den Vorrohren in d.er Richtung von einem stärker enärmten Ende zu dem weniger
erwärmter Ende sowie eine gute Diffusionsverbindung der Vorrohre miteinander gewährleistet.
Diese Ausführungsforn des Verfahrens kann in den Fällen ihre Anwendung finden, wo
die Mittel zur Enväanung in Temperaturgefälle über die Länge des Vorrohres nicht
schafen können, und das kurze Vorrohr es nicht gestattet, ein Temperaturge fälle
bei der zweiseitigen Einführung des flüssigen Mittels
zu schaffen,
weil die Kühlzonen gegenseitig überdeckt sind.
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Durch eine große Änderung des Volumens bei der Gasbildung und eine
einfache Zuführung der Flüssigkeit in den Innenrum des Kohres wird zweckmäßigerweise
als flüssiges Mittel, das den Druck auf die Innenfläche des Vorrohres erzeugt, eine
gaserzeugende Flüssigkeit verwendet. Man kann zweckmäßigerweise als flüssiges Kittel,
das den Druck auf die Innenfläche des Vorrohres ausübt, ein Gas unter Druck für
den Fall verwenden, wo eine dünne Plattierschicht eingesetzt wird, die mit dem zuzuführenden
flüssigen Mittel zu stark gekühlt werden kann.
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Im folgenden wird die Erfindung durch die eingehende Beschreibung
eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert;
es zeigen Fig. 1 - schematische Darstellung des mehrschichtigen Vorrohres, welches
aus drei Vorrohren besteht, und für die Erwärmung vorbereitet ist; Fig. 2 - ein
in einer Matrize angeordnetes mehrschichtiges Vorrohr, dessen Hohlraum hermetisch
abgedichtet ist; Fig. 3 - ein Polymetallrohr in einer Matrize, das durch die Verformung
des mehrschichten Vorrohres hergestellt worden ist; Fig. 4 - in schematischer Darstellung
die Kurve der Temperaturverteilung auf der Länge des Vorrohres mit dem Gefälle von
der Mitte zu den Enden und die der genannten
Kurve entsprechene
Kurve der Änderung des Verformungswiderstandes; Fig. 5 - in schematischer Ansicht
den Spielarum zwischen den Vorrohren zu Beginn der Verformung; Fig. 6 - in schematischer
Darstellung das Ende Rohres mit einer Gastasche (in einem vergrößerten Maßstab im
Vergleich zu Fig 3).
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Fig. 7 - in schematischer Darstellung, die Kurve der Temperaturverteilung
auf der Länge des Vorrohres mit einem Temperaturgefälle in der Richtung von einem
Ende zu dem anderen, und die der genannten Kurve entsprechende Kurve der Änderung
des Verformungswiderstandes.
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Es wird ein Verfahern zur Herstellung von Polymetallrohren vorgeschlagen.
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Zur Verwicklichtung dieses Verfahrens werden zuerst die Kontaktflächen
4 der Voriohre 1, 2, 3 (Fig. 1) vorbereitet.
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Die Vorbereitung besteht in der Regel in der Entfettung der Flächen
4 in Laugewannen, Ätzung in Säurewannen, Spülen in Heiß-Wasser, Trocknen und in
zwangsläufigen-Abblasen mit Luft.
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Die Vorrohre 1, 2, 3 weisen unterschliedliche chemische Zusammensetzungen
auf, die durch die Forderungen, welche an die Polymetallrohre während des Betriebes
gestellt weden, bedingt sind, was die Durchführung von unterschiedlichen Arbeitsgängen
bei der Vorbereitung der Kontaktflächen 4 sowie unterschiedliche Bedingungen bei
der
Durchführung der Arbeitsgänge erfordert. Unabhängig davon,
welche Arbeitsgänge zur Vorbereitung durchgeführt worden sind, dürfen die vorbereiteten
Kontaktflächen 4 zeine Cxydschicht, Roststellen, Ölspuren, Feuchtigkeitsspuren und
fremde Teilchen aufweisen.
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Wenn die Vorrohre 1, 2, 3 eine beschränkte Länge besitzen, ist die
Vorbereitung der Kontaktflächen 4 dieser Vorrohre mit Hilfe von Mitteln der mechanischen
Bearbeitung möglich.
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Bei den Vorrohren 1, 2, 3, welche das mehrschichtige Vorrohr bilden,
können das Verhältnis zwischen den Wanddicken und das Verhältnis zwischen den Wärmeausdehungszahlen
beliebig sein.
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Die Vorrohre 1, 2, 3 weden koaxiel ineinandergesteckt, wobei ein
-indringren von Öltropfen, Schmutz, Feuchtigkeit, fremden Teilchen auf die Kontaktflächen
4 verhindert wird.
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Dann wird eine hermetische Abdichtung des Spielraumes 5 (Fig. 1)
zwischen den Vorrohren 1, 2, 3 über die Stirnflächen 6 mittels einer Elektroschweißnant
7 durch Schweißen mit schmelzbaren oder nichtschmelzbaren Elektroden Im Schutzgasmedium
durchgeführt. Es ist auch die hermetische Abdichtung durch Tauchen der Stirnflächen
des mehrschichtigen Vorrohres in eine Schmelze möglich, welche eine Schmelztemperstur
aufweist, die die Temperatur der anschließenden Erwärmung des Vorrohres übersteigt.
Es ist auch die Verwendung
von Linsen aus einem Werkstoff möglich,
der eine Wärmeausdehnungszahl aufweiset, die unter der Wärmeausdehnung'szahl der
Vorrohre 1, 2, 3 liegt. Diese Ringe werden dicht auf die Enden des mehrschichtigen
Vorrohres aufgesetzt, wobei die Spielräume 5 zwischen den Vorrohren 1, 2, 3 beseitigt
werden.
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Die hermetische Abdichtung des Spielraumes 5 zwischen den Vorrohren
1, 2, 3 soll die Reinheit der Kontaktflächen 4 in weiteren Stadien der Technologie
der Herstellung von Bohren sichern.
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Nach der hermetischen Abdichtung des Spielraumes 5 zwischen den Vorrohren
1, 2, 3 wird das hergestellte mehrschichtige, in Fig. 1 dargestellte, Vorrohr in
einem Gas-oder einem elektrischen Ofen bis auf eine für das leichtschmelzendste
Metall (Legierung) des mehrschichtigen Vorrohres maximale Temperatur erwärmt, welche
keine nicht umkehrbare Verschlechterung der Qualität des Metalls hervorruft und
eine hohe Diffusionsaktivität gewährleistet.
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Das erwärmte Vorrohr 8 (Fig. 2) wird in den Hohlraum 9 einer Matrize
10 eingebracht (dabei soll die Zeit des Einbringens des Vorrohres minimal sein,
um eine unerwünschte Abkühlung des Vorrohres zu verhindern) und der Hohlraum II
des mehrschichtigen Vorrohres wird hermetisch abgedichtet.
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beiden Enden 12 des Vorrohres 8, das in die Matrize 10 untergebracht
ist, ragen um 20 bis 40 mm heraus, um ein
Auswalzen der herausragenden
Enden 12 zwischen Dichtungselementen 13 und den Stirnflächen 14 der Matrize 10 zu
ermoglichen, Als Dichtungselemente 13 können bekannte Dichtungsmittel in Form von,
z.B, Metallstopfen mit konischem oder krummlinigen' Dichtprofil verwendet werden.
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Die ltraft F der Verdichtung soll um das 1,25 bis 1,5-fache gröser
sein die als Kraft,die für das Auswalzen des Endes 12 des mehrschichtigen Vorrohres
erforderlich ist,zusätzlich der Kraft, welche auf den Dichtungsstopfen von der Seite
des Hohlraumes II dieses Vorrohres einwirkt.
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Das flüssige Medium 15 (Fig. 3), dessen Temperatur un6'er der Temperatur
des Vorrohres liegt, wird in Form einer gaserzeugenden Flüssigkeit oder eines Gases
unter Druck in den Hohlraum II des mehrschichtigen Vorrohres eingeführt.
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Durch die Erhöhung des Druckes P in den Hohlraum II des Vorrohres
werden die Rohle 1, 2, 3 des mehrschichtigen Vorrohres aneinander dicht angedrückt,
und es findet deren gemeinsame Verformung bis zur vorgegeben Abmessung statt.
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Mit dünnen Volinien ist in Fig. 3 die Lage des Vorrohres am Anfrag
der Verformung wiedergegeben. Die Größe der Verformung wird durch das Verhältnis
zwischen dem Außendurchmesser des mehrschichtigen Vorrohres und dem Durchmesser
des Hohlraumes 9 in der Matrize 10 bestimmt, in welcher dieses
Vorrohr
untergebracht ist. Die warme Verformung trägt zu einer Diffusionsverbindung der
Rohre 1, 2, 3 des mehrschichtigen Vorrohres miteinander zu einem Polymetallrohr
In (Fig. 3) bei, weil die dabei entstehenden Risse im Feingefüge die Holle von zusäztlischen
Kanälen für die Diffusion spielen.
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Die Verformung über den Durchmesser kann man in einem Bereich von
0 bis O;:, in Abhängigkeit von der Diffusionsaktivität der zu verbindenden Werkstoffe,
sowie auch iu Abhängigkeit von der erforderlichen Endabmessung des Polymetallrohres
16 verwirklichen.
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Die Drücke, welche zur C"e Herstellung von Polymetallrohren In einem
breiten Bereich der Abmessungen und der Kombinationen der Werkstoffe ausreichen,
betragen 10 bis 300 kp/cm².
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Die Dauer der Einwirkung des Druckes auf das mehrschichtige Vorrohr
beträgt 7 bis 10 sek; eine weitere Vergrößerung der Zeitdauer hat keinen Sinn, weil
die Temperatur des Rohres, das mit der Kaltmatrize in Berührung steht, bis auf einem
Wert gesenkt wird, bei dem die Diffusion praktisch aufhört.
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Nach der beendeten Verformung und nach dem Schweißen wird der Druck
im Hohlraum des Polymetallrohres 16 bis zum Luftdruck vermindert, das Rohr 16 wird
aus der Matrize entfernt, der technologische Endenabfall 17 wird abgeschnit ten.
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Dann kann das hergestellte Polymet-allrohr 16 als Fertigerzeugnis
oder als lIalbzeug für das anschließende ?.rarm oder Kaltwalzen verwendet werden.
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Um zu vermeiden, daß beim Angreifen des Druckes und bei der Verwirklichung
der Verformung das im Spielraum 5 zwischen den Rohren 1, 2, 3 des mehrschichtigen
Vonohres vorhandene Gas in Form von Gasblasen zwischen den Kontaktflchen 4 nicht
verbleibt, wird erfindungsgemäß ein Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen
Rohres hergestellt, der zur Verdrängung des Gases in der Richtung zu einem oder
zu beiden Enden 12 des Vorrohres beiträgt, Eine der möglichen Ausführugsformen des
Verfahrens kann darin bestehen, daß das Teaperaturgefälle über die Läge des mehrschichtigen
Vorrohres durch die Erwärmung seines mittleren Teils, das in Fig. 4 mit der Linie
A-A wiedergegeben ist, bis auf eine höhere Temperatur t mit der anschließenden '
allmählichen Senkung dieser Temperatur in der Richtung zu den Enden des Vorrohres
hergestellt wird, welche bedigungsweise mit Linien B-B wiedergegeben sind. Eine
solche Erwärmung kann man durch die entsprechende Anordnung, die entsprechende Anzahl
von Brennern und deren Betriebsverhältnisse in Gasöfen oder durch die Anordnung
und die Anzahl von Heizelementen in elektrischen Öfen gewährleisten. Zusätzlich
kann man Abschmirmugsswände verwenden.
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Die Verteilung der Temperatur in dem mehrschichtigen Rohr, bei der
die höhere Temperatur im mittleren Teil gemäß
Linie A-A des mehrschichtigen
Vorrohres zu verzeichnen ist.
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die in der Richtung zu den inden gemäß Linie 3-3 des Vorrohres gesenkt
wird, ist die Ursache dafür, daß der Verformungswiderstand # im mittleren Teil gemäß
Linie A-A des Vorrochers der geringste ist und in der Richtung zu den Enden gemäß
Linie B-B des Vorrhres allmählich zunimmt. Foglich fängt der Spielraum 5 (Fig. 5)
zwischen den Rohren 1, 2, 3 des mehrschichtigen Vorrohres beim Angreifen des Druckes
P an dort zu verschwinidet, wo der Verformungswiderstand der geringste ist d.h.
im mittleren Teil des Vorrohres gemäß Linie A-Ä in Fig. 4; die Verformungszonen
werden allmählich in der Richtung zu den Enden 12 des Vorrohres umgelagert, wo der
Verformungswiderstand # höher ist. Das Gas wird aus dem Spielraum 5 in der Richtung
zu den Enden 12 des Vorrohres bewogt, wo sich die Gastaschen 18 (Fig. 6) bilden,
die dann in dem technologischen Endenabfall 17 bleiben. Auf der übrigen Länge wird
das mehrschichtige Vorrohr zu dem Polymetallrohr 16 geschweißt. Auf diese Weise
kann man ein Temperaturgefälle nur an Vorrohren herstellen, die eine Länge von 1#15D
aufweisen.
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Eine weitere mögliche Ausfürungsform des Verfahrens zur Herstellung
von Polymetellrohren kann darin bestehen, daß das Temperaturgefälle auf der Läge
des mehrschichtigen Vorrohres durch die Erwärmung des Vorrohres mit einer Steigerung
der Temperatur in der Richtung von einem Ende, das
mit Linie O-C
(Fig. ?) wiedergegeben ist, bis zu dem anderen Ende, das - mit der Linie D-D wiedergegeben
ist, hergestellt werden kann. Das wird, wie im voL-hergehenden Fall, durch eine
Änderung der Anzahl, der Verteilung und der Intensität der Arbeit von heizelementen
in Gas- oder elektrischen Öfen erreicht.
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Im vorliegenden Fall verlaufen die Verformung und die Beseitigung
des Spielraumes 5, und folglich, die Verdrängung von Gas aus dem Spielraum 5 in
Übereinstimmung mit der Änderung des Verformungswiderstandes 4 in in der Richtung
von den stärker erwärmten Ende gemäß Linie D-D zu dem weniger erwärmten Ende gemäß
Linie C-C, wobei in der Nähe des letztgenannten Endes die Gastaschen 18 gebildet
werden. Eine solche Ausführungsform kann zum Schweißen von kürzeren mehrschichtigen
Vorrohren bei 1/ # 15D verwendet werden.
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In einigen Fällen kann das Heizmittel die Herstellung des Temperaturgradienten
in dem mehrschichtigen Vorrohr in der Richtung von dem mittleren Teil zu den Enden
oder in der Richtung von einem Ende zu dem anderen Ende nicht gewährleisten.
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In Gasöfen ist das möglich, z.3., in dem Fall, wenn die Brenner gleichmäßig
im Ofenraum verteilt sind und keine Einzelrege lung aufweisen. In elektrischen Öfen
ist das, beispielsweise in einem Fall möglich, wenn die Richtung der Achse des Vorrohres
mit der Richtung der Achsen von Heizelemente zusammenfällt.
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In diesem Ball kann eine solche Ausführungsform des Verfahrens als
möglich angesehen werden, bei der das Temperaturderart gefälle über die Länge des
Vorrohres/ durch die Einführung des flüssigen Mittels 15, dessen Temperatur unter
der Temperatur des Vorrohre liegt, in die beiden Enden 12 des Vorrohres derart hergestellt
wird, daß die Temperatur des Vorrohres in der Richtung von dem mit deren Teil gemäß
Linie A-A zu den Enden des Vorrohres gemäß Linien B-E ähnlich wie in Fig. 4 abnimmt.
Da das flüssige IEttel 15, das zur Erhöhung des Druckes in dein Hohlraum II des
Vorrohres verwendet wird, eine niedrigere Gerilperatur als das Vorrohr selbst besitzt,
wird der Kontakt zwischen den Strom des aus fließ enden Strahls und der Oberfläche
des Vorrohres eine Abkühlung des Vorrohres hervorrufen. Indem man die Geometrie
des Strahls ändert, der dem Hohlraum des Vorrohres zugeführt wird, kann eine intensivere
Abkühlung an den Enden (bei der beiderseitigen Zuführung des flüssigen Mittels)
mit allmählicher Steigerung der Temperatur in der Richtung zu dem mittleren Teil
des Vorrohres erreicht werden.
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Es wird nur das innere Vorrohr der Abkühlung ausgesetzt, wodurch
die Verwendung dieser Ausführungsform nur auf die Herstellung von Bimetallrohren
aus zweischichtigen Vorrohren beschränkt wird.
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Das in der Richtung von dem mittleren Teil des Vorrohres gemäß Linie
A-A zu seinen Enden gemäß Linien B-B hergestellte
Temperaturgefälle
gewährleistet bei einer Erhöhung des Drukkes in dem Hohlraum II des zweischichtigen
Vorrohres die in der Richtung von dem mittleren Teil zu den Enden des Vorrohres
vor sich gehende Verdrängung der Gase aus dem Spielraum 5 zwischen dem Außen- und
Innenrohr, was folglich zur Beseitigung der Gasblasen in dem Baum zwischen den Kontaktflächen
4 führt. In Verbindung mit der Einwirkung der Temperatur und des Druckes wird dadurch
ein gutes Diffusionsschweißen über die gesamte Kontaktfläche mit Ausnahme der Rohrabschnitte
gesichert, die als technologischer Endenabfall 17 abgeschnitten werden', und in
denen sich, die Gastaschen 18 mit dem aus dem übrigen Teil des Spielraumes 5 verdrängten
Gas bilder Bei der Zuführung des flüssigen Mittels 15 in den Hohlraum II des zweischichtigen
Vorrohers kann man das Temperaturgefälle herstellen,das durch eine Senkung der Temperatur
auf der Länge des Vorrohres in der Richtung von einem Ende gemäß Linie D-D zu den
anderen Ende gemäß Linie C-C ähnlich, wie das in Fig 7 wiedergegeben ist, gekennzeichnet
ist. Das .ird durch die einseitige Zuführung des flüssigen Mittels 15 zu dem Vorrohr
verwirklicht und kann bei der Bearbeitung von kurzen Vorrohren mit einer Länge von
1 #15D verwendet werden, weil man im Bereiche der Länge dieser Vorrohre ein Temperaturgefälle
mit allmanlicher emperaturverteilung in der wichtung von einem Enden zu dem anderen
real
herstellen kann. Dabei werden die in der Richtung von dem heißen Ende gemäß Linie
D-D zu dem kälteren Ende gemäß Linie C-C stattfindende Verdrängung des Gases aus
dem Spielraum 5 zwischen dem Außenrohr und Innenrohr des zweischichtigen Vorrohres,
die Berührung von den Kontaktflächen 4 ohne Gasblasen zwischen diesen über die gesamte
Fläche und in Verbindung mit der Einwirkung der Temperatur t und des Drukkes P die
Diffusionsverbindung von zwei Rohren unter der Eildung des Bimetallrohres gesichert.
An dem kälteren Ende bildet sich eine Gasatsche 18; dieses Ende des Vorrohres wird
dann als Endenabfall 17 angeschnitten.
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Die große Änderung des Volumes bei der Gasbildung und die einfache
Verwirklichung der Zuführung der Flüssigkeit in den Hohlraum It des mehrschichtigen
Vorrohres lassen zweckmäßigerweise als flüssiges Mittel 15, das die Herstellur des
Druckes P an der Innenfläche des Vorrohres gewährleistet, eine gaserzeugende Flüssigkeit,
z.B., wasser verwenden.
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Die Vergrößerung seines Volumens bei der Verdampfung und Übererhitzung
um das 2000-fache gegenüber dem Ausgangsvolumen sichert die Herstellung eines Druckes,
der für die feste Difusionsverbindung der Rohre zu einem Polymetallrohr ausreicht.
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Bei der Verwendung des Innenrohres mit einer dünnen Wand (unter 3
mm) kann die Zuführung eines dünnflüssigen
Mittels in den Hohlraum
des Vorrohres mit einer Temperatur, die unter der Temperatur des Vorrohres liegt,
die Temperatur des Innenrohres bis zu einem Stand fallen lassen, der di.e Diffusionsverbindung
der Rohre zu einem Polymetallrohr erschwert oder gar unmöglich macht. In diesen
.Full kann man zweckmäßigerweise als flüssiges Mittel Gas unter Druck verwenden,
weil es bedeutend weniger als das flüssige Mittel das Innenrohr abkühlt.
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Beispiel 1.
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1. Als Ausgangsvorrohre verwendete man für die Außenschicht ein Rohr
von 97Z3 mm aus rostfreiem Stahl, für die Z;:ischenschicht ein Rohr von 89x6 rmn
aus Kohlenstoffstahl, für die Innenschicht ein Rohr von 76x3 mm aus rostfreiem Stahl.
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Die Rohre aus rostfreiem Stahl wurden in einer Lösung von Flußsäure
gebeizt, im Heißwasser gewaschen und mit Druckluft getrocknet.
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Das Rohr aus Kohlenstoffstahl wurde über die Außenfläche auf einer
Bandschleifmaschine geschliffen und über die Innenfläche mittels eines Sandstrahlers
bearbeitet, wonach die beiden Flächen mit Alkohol gepinselt und getrocknet wurden.
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Die vorbereiteten Rohre wurden koaxial zusammenmontiert, das Ende
wurde dem kalten Rotationsschmieden ausgesetzt, wonach das dreischichtige Vorrohr
ohne Ziehdorn bis zu einem Durchmesser von 93 mm zur Verminderung des Spiels zwischen
den Rohren gezogen wurde.
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Dann wurde das dreischichtige Vorrohr mittels einer Schneidscheibe
in Rohrstücke mit einer Länge von 525 mm für die Bearbeitung unter Laborverhältnissen
geschnitten, die Stirnflächen des Vorrohres wurden durch Schweißen in einem Argonmedium
mittels einer nicht schmelzbaren Wolframelektrode mit einem Schweiß draht aus rostfreiem
Stahl hermetisch abgedichtet.
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Die an den Stiniflächen hermetisch abgedichteten Vorrohre wurden
in einem gasbeheizten Kammerwärmeofen derart erwärmt, daß die Temperatur des mittleren
Teils des Vorrohres 1250°C betrug während die Temperatur in Richtung zu den Enden
des rohres allmählich auf 1190 bis 12000C gesenkt wurde. Das erwämte Vorrohr wurde
in eine Matrize gebracht gen, deren Hohlraum einen Durchmesser von 110 mm besaß,
der Hohlraum des dreischichtigen Vorrohres durch Auswalzen seiner Enden, welche
aus der Matrize um 25 mm hervorragen, hermetisch abgedichnet; zwischen des Stopfen
des Dichtungssystems und den Stirnflächen der Matrize wurden in den Innenraum 120
g von dem feindispers zerstäubten Wasser eingeführt.
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Durch die Verdampfung des Wassers und die Dampfbildung nahm der Druck
im Hohlraum innerhalb von 5 sek bis zu 220 kp/cm² und das dreischichtige Vorrohr
wurde bis zum Kontakt mit der Innenfläche der Matrize d.h. ungefähr um l über den
Durchmesser verformt. Dann wurde der Druck im Hohlraum des Rohres bis zum Luftdruck
herabgesetzt, das Rohr wurde aus der
Matrize entfernt und die Übergangsabschnitte
an den Enden, d.h. die Endenabfälle, wurden abgeschnitten. Im Längschnitt der Endabschnitte
wurde Gastaschen nachgeweisen, in deren Bereich die Vorrohre miteinander nicht zusammengeschweißt
werden konnten. Auf dem gesamten Abschnitt mit einem Durchmesser von 110 mm war
die Difusionsverbindung fest, was durch technologische Erprobungen der Kontrollringe
auf Abplattung und auf Aufweiten mit Konus bestätigt wurde,,.
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Des weiteren wurden diese Rolle dem Kaltwalzen bis ZU einer Größe
von 22x2,5 mm ausgesetzt, wobei sie bei der Abmessung und bei einem Zwischendurchmesser
von 48 mm mit einem Ultraschall-Defektoskop geprüft wurden. Die Ultraschall-Kontrolle
erwies keine Aufspaltungen Poren und Risse Beispiel 2 Für das Schweißen wurde ein
zweischichtiges Rohr mit einer Größe von 67x10 mm vorbereitet, bestehend aus einen
Außenvorrohr aus einem Baustahl mit- einer Wand von 6 mm und einem Innenvorrohr
aus Kupfer mit einer Wand von 4 mm. Die Vorbereitung bestand in dem Putzen der Kontaktflächen
und in dem Ziehen mit einem Ziehdorn zur Verminderung des Spielraumes.
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Dann wurde das zweischichtige Vorrohr in Rohrstücke mit einer Länge
von 525 mm für die Bearbeitung unter Laborverhältnissen geschnitten und die Stirnflächen
wurden, wie im Beispiel 1 angegeben, verschweißt.
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Das zweischichtige Vorrohr mit dem hermetisch aVgedichteten Spielraum
wurde in einem gasbeheizten Wärme ofen derart
er:ärmt, daß die
Temperatur an einem Ende 100000 und an dem anderen Ende 96000 betrug; anschließend
wurde das Vorrohr in eine Matrize eingebracht, der Innenraum wurde her- -metisch
abgedichtet und in diesen wurden 90 g von dem feindispers zerstäubten Wasser eingeführt.
Nach 3 sek wurde der Druck in dem Hohlraum des zweischichtigen Vorrohres infolge
der Dampfbildung bis auf 240 kp/cm2 erhönt, es fand eine Verformung des zweischichtigen
Vorrohres statt, wonach der Druck bis zum Luftdruck (durch die Entfernung der Dichtungsstopfen)
herabgestzt wurde; anschließend wurde das Rohr aus der Matrize entfernt Beim Schneiden
wurde an dem Ende mit der niedrigeren Temperatur der Erwärmung eine Gastasche nachgewie
sen, nährend an dem anderen Ende keine solche vorhanden war.
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Auf der gesamten Linie des hohres, das einen Aufweitungsdurchmesser
von 77 mm hatte, d.h. über den Durchmesser um 15% verformt wurde, wurde ein festes
Schweißen erhalten, was durch tecimologischen Erprobungen und Ultraschallkontrolle
nachgewiesen wurde.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren
kann man Vorrohre aus Stählen und Legierungen auf Basis von Eisen, sowie auf Basis
von Buntmetallen und deren Legierungen verbinden.
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Das Verfahren kann zum Verbinden von Rohren aus schwer verformbaren
Stählen und Legierungen verwendet werden; in diesem Fall benutzt man annähernd keine
Verformung Uber den Durchmesser.
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Das Verhälnis zwischen den Wärmeausdehnungszahlen (thermische Ausdehnungszalen)
der Rohre, laus welchen sich das mehrschichtige Vohrrohr zusammensetzt, kann ein
beliebiges sein und es beeinflußt die Qualität der Verbindung nicht.
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Folglich kann die Verwendung von Außenrohren, deren Wärmeausdehungszahlen
größer als die der Innenrohre sind, verhindert die Diffusionsverbindung dieser Rohre
miteinander nicht.
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Das Verfahren beschränkt den Durchmeser der zu verbindenden Rohre
hinsichtlich einer Vergrößerung der Durchmesser nicht und beschränkt den Durchmeser
hinsichtlisch der Verminderung der Durchmesser auf den Durchmesser des Innenraumes
des Vorrohres auf ungefähr 50 mm. Die kleineren Abmessungen eines Polymetallrohres
kann man durch die Verbindung de Rohre mit größeren Abmessungen und anschließende
Kaltverformung erhalten.
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Das Verfahren beschränkt das Verhältnis zwischen den Dicken der Wände
der Rohre nicht, aus welchen sich das mehrschichti-e Vorrohr zusainmensetzt; es
beschränkt jedoch das Verhältnis zwischen der summarischen Wanddicke und dem Durch
messer des Polymetallrohres auf eine Größe von 0,25. Wenn die Matrize, in der das
mehrschichtige Vorrohr aufgeweitet und geschweißt wird als eine Profilmatrize ausgeführt
wird, kann man das Polymetallrohr mit ansätzen, Rippen, mit einem veränderlichen
Durchmesser herstellen.
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Die Rohre, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
werden, weisen ein breites Sortiment sowohl hinsichtlich
der Abmessungen
als auch hinsichtlich der Zusammensetzung der Werkstoffe auf, welche der Diffusionsverbindung
ausgesetzt werden.
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Die Rohre sind durch eine hohe Präzision hinsichtlich des Durchmessers
und der Wanddicke, d.h. (sowohl der summarischen Wanddickte als auch der Dicke von
einzelnen Schichten) sov'ie durch eine hohe Festigkeit der hergestellten Diffusionsverbindung
gekennzeichnet. Nach dem Schweißen können sie einer weiteren Verformung nach beliebigem
Schema ausgesetzt oder als Fertigerzeugnis verwendet werden.
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L e e r s e i t e