DE2624798C3

DE2624798C3 - Verfahren zur Herstellung von Polymetallrohren

Info

Publication number: DE2624798C3
Application number: DE19762624798
Authority: DE
Inventors: Jurij Viktorovič Čičkov; Robert Georgijevič Cheifez; Lev Semjonovič Dnepropetrowsk Ljachovezkij; Viktor Jakovlevič Ostrenko; Israil Moisejevič Sukonnik
Original assignee: DNEPROPETROVSKIJ METALLURGICESKIJ INSTITUT DNEPROPETROVSK SU
Current assignee: DNEPROPETROVSKIJ METALLURGICESKIJ INSTITUT DNEPROPETROVSK SU
Priority date: 1976-06-02
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1981-05-21
Also published as: DE2624798A1; DE2624798B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymetallrohren.

Sie geht von den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen bekannten Schritten aus, die z. B. in der SU-PS 3 32 997 beschrieben sind. Sie kann in Wärmeaustauschern mit flüssigen Metallen und in Rohrleitungen, durch welche aggressive Flüssigkeiten transportiert werden, ihre Anwendung finden.

Die Erfindung kann ferner in der ratiotechnischen Industrie zur Herstellung von Wellenleitern, im chemischen Maschinenbau zur Herstellung von Behältern und Rohrleitungen, welche aggressive Flüssigkeiten enthalten oder durch welche solche Flüssigkeiten befördert werden, im Maschinenbau zur Herstellung von Lagerschalen, verschleißfesten Teilen, Bolzen von Kettengliedern verwendet werden.

Ein Nachteil des in der genannten SU-PS dargelegten Verfahrens besteht darin, daß die Verformung des Innenrohres nach dessen Erwärmung in verschiedenen

ίο Querschnitten erfolgt, deren Verteilung von dem Dickenunterschied, der Ungleichmäßigkeit im Gefügeaufbau und dem Vorhandensein von Fehlern im Metall abhängig ist Wenn man dabei berücksichtigt, daß die Herstellung des Vakuums im Raum zwischen den zu erwärmenden Rohren eine außerordentlich schwierige Aufgabe darstellt, und eine gewisse Menge Luft immer in diesem Raum vorhanden sein wird, ist bei der beschriebenen Verformung in verschiedenen Querschnitten zwischen den zu schweißenden Flächen das Auftreten von ungeordnet verteilten Gasblasen möglich. An den Stellen mit Gasblasen wird das Schweißen verhindert; es entstehen Stellen, die ungenügend durchgeschweißt sind.
Außerdem ist das bekannte Verfahren wenig produktiv, weil es komplizierte Arbeitsgänge am Vorrohr erfordert. 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 einer Wand größerer Dicke als eine Plattierschicht führt zur Erstarrung der Schmelze, was die gespeicherte Wärmeenergie für die Erwärmung des Rohres mit einer größeren Masse verbraucht, weil sie keinen Ausgleich für die verlorene Wärme bekommt. Dieser Umstand beschränkt das Sortiment der herzustellenden Rohre wesentlich.

Für die Verwirklichung des Verfahrens sind komplizierte Einrichtungen für die hermetische Abdichtung und die Herstellung eines Vakuums im Raum zwischen den Vorrohren, die sich in der Matrize befinden, ein Pumpensystem für das Umpumpen des Druckmittels, z. B. einer Salzschmelze mit hoher Temperatur erforderlich.
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zur Herstellung von Polymetallrohren zu entwickeln, bei dem durch die Verwendung entsprechender Temperaturen die Bildung von Gasblasen zwischen den Kontaktflächen verhindert wird.
Die gestellte Aufgabe wird mittels der im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Das hergestellte Temperaturgefälle hat zur Folge, daß die stärker erwärmten Querschnitte einen geringeren Verformungswiderstand aufweisen als die weniger erwärmten. Beim Angreifen des Innendruckes lassen sich zuerst die stärker erwärmten Abschnitte des Rohres verformen; der Raum zwischen den Vorrohren vermindert sich und verschwindet. Die Gase bewegen sich in der Richtung von den erwärmten Abschnitten fort, die in die Verformung einbezogen werden. Dieser Prozeß der Verformung, bei dem der Zwischenraum verschwindet und die Gase ausgepreßt werden, wird in der Richtung nach den kälteren Teilen des Vorrohres, wie den Enden oder das eine Ende, vor sich gehen. Eine solche Verdrängung von Gasen verhindert 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.

Eine mögliche Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß das stetige Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Erwärmung des mittleren Teils der Länge des Vorrohres hergestellt wird. Dadurch wird eine gerichtete, im Verlauf des Fortschreitens des Druckes und der Verformung auftretende Verdrängung der Gase aus dem Raum zwischen den Vorrohren in der Richtung von der Mitte zu den Enden gewährleistet Als Folge wird eine gute Diffusionsverbindung der Vorrohre miteinander erreicht

Eine andere mögliche Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß das stetige Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Erwärmung des Vorrohres nur an einem seiner beiden Enden hergestellt wird. Dadurch werden eine gerichtete, im Verlauf des Fortschreitens des Druckes und der Verformung, durchzuführende Verdrängung der Gase aus dem Raum zwischen den Vo: rohren in der Richtung von dem erwärmten Ende zu dem anderen Ende 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.

Eine weitere mögliche Ausführungsform des Verfahrens kann darin bestehen, daß das Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Einführung eines flüssigen Mittels mit einer Temperatur, niedriger als die Temperatur des Vorrohres, 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 gesenkt wird. Dadurch werden eine gerichtete Verdrängung der Gase aus dem Raum zwischen den Vorrohren in der Richtung von der Mitte zu den Enden sowie eine gute Diffusionsverbindung der Vorrohre miteinander erreicht. Diese Ausführungsform kann in den Fällen 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

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens kann darin bestehen, daß das stetige Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Einführung eines flüssigen Mittels, mit einer Temperatur niedriger als die Temperatur des Vorrohres, von einem Ende des Vorrohres hergestellt 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 Raum zwischen den Vorrohren in der Richtung von einem stärker erwärmten Ende zu dem weniger erwärmten Ende sowie eine gute Diffusionsverbindung der Vorrohre miteinander erreicht. Diese Ausführungsform des Verfahrens kann in den Fällen ihre Anwendung finden, wo die Mittel zur Erwärmung ein stetiges Temperaturgefälle über die Länge des Vorrohres nicht schaffen können, und das kurze Vorrohr es nicht gestattet, ein Temperaturgefälle bei der zweiseitigen Einführung des flüssigen Mittels zu schaffen, weil die Kühlzonen gegenseitig überdeckt sind.

Wegen der großen Änderung des Volumens bei der Gasbildung und einer eit,fachen Zuführung einer Flüssigkeit in den Innenraum des Rohres wird zweckmäßigerweise als flüssiges Mittel, das den Druck auf die Innenfläche des Vorrohres erzeugt eine gaserzeugende bzw. dampferzeugende Flüssigkeit verwendet.

Es gehört zum Stand der Technik (DE-OS 22 18 62b und US-PS 29 75 259), eine Diffusionsverbindung zwischen ineinandergesteckten Rohren mit Hilfe von Innendruck herzustellen, wobei der Innendruck in ίο Richtung der Rohrlänge wirksam wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch ohne eine formgebende Matrize verfahren und die Rohrkomponenten des Schichtrohres werden nicht gemeinsam verformt Ferner wird nicht das gesamte Vorrohr auf genaue Diffusionstemperatur gebracht und es wird kein stetiges Abnehmen der Temperatur erreicht

Diese Verfahrensmerkmale lassen gegenüber dem vorstehend Beschriebenen eine geringere Wirksamkeit erwarten.

Im folgenden wird die Erfindung durch die eingehende Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigt

F i g. 1 schematische Darstellung des mehrschichtigen Vorrohres, welches aus drei Vorrohren besteht, und für die Erwärmung vorbereitet ist,

F i g. 2 ein in einer Matrize angeordnetes mehrschichtiges Vorrohr, dessen Hohlraum hermetisch abgedichtet ist,

F i g. 3 ein Polymetallrohr in einer Matrize, das durch die Verformung des mehrschichtigen 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 entsprechende Kurve der Änderung des Verformungswiderstandes,

F i g. 5 in schematischer Ansicht den Raum zwischen den Vorrohrer. zu Beginn der Verformung,

Fig.6 in schematischer Darstellung das Ende des Rohres mit einer Gastasche (in einem vergrößerten Maßstab im Vergleich zu F i g. 3),

F i g. 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.

Zur Verwirklichung des Verfahrens nach der Erfindung werden zuerst die Kontaktflächen 4 der so Vorrohre 1, 2, 3 (Fig. 1) vorbereitet. Die Vorbereitung besteht in der Regel in der Entfettung der Flächen 4 in Laugewannen, Ätzung in Säurewannen, Spülen in Heißwasser, Trocknen und im Abblasen mit Luft.

Die Vorrohre 1, 2, 3 weisen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen auf, die durch die Forderungen, welche an die Polymetallrohre während des Betriebes gestellt werden, bedingt sind, was die Durchführung von unterschiedlichen ArbeitEgängen 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 keine Oxidschicht, Roststellen, ölspuren, Feuchtigkeitsspuren und fremde Teilchen aufweisen.

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.

Bei den Vorrohren 1, 2, 3, welche das mehrschichtige Vorrohr bilden, können das Verhältnis zwischen den Wanddicken und das Verhältnis zwischen den Wärmeausdehnungszahlen beliebig sein. Die Vorrohre 1, 2, 3 werden koaxial ineinandergesteckt, wobei ein Eindringen von öltropfe ι, Schmutz, Feuchtigkeit, fremden Teilchen auf die Kontaktflächen 4 verhindert wird.

Dann wird eine hermetische Abdichtung des Raumes 3 (Fig. 1) zwischen den Vorrohren 1, 2, 3 über die Stirnflächen 6 mittels einer Elektroschweißnaht 7 durch Schweißen mit schmelzbaren oder nichtschmelzbaren Elektroden im Schutzgasmedium durchgeführt. Es ist auch die hermetische Abdichtung durch Tauchen der Stirnflächen des mehrschichten Vorrohres in eine Schmelze möglich, welche eine Schmelztemperatur aufweist, die die Temperatur der anschließenden Erwärmung des Vorrohres übersteigt. Es ist auch die Verwendung von Ringen aus einem Werkstoff möglich, der eine Wärmeausdehnungszahl aufweist, die unter der Wärmeausdehnungszahl der Vorrohre 1,2,3 liegt. Diese Ringe werden dicht auf die Enden des mehrschichtigen Vorrohres aufgesetzt, wobei die Zwischenräume 5 beseitigt werden.

Die hermetische Abdichtung des Zwischenraumes 5 zwischen den Vorrohren 1, 2, 3 soll die Reinheit der Kontaktflächen 4 bei weiteren Schritten des Verfahrens sichern.

Nach der hermetischen Abdichtung des Zwischenraumes 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 Diffusionswirkung gewährleistet.

Das erwärmte Vorrohr 8 (Fig. 2) wird in den Hohlraum 9 einer Matrize 10 eingebracht (dabei soll die Zeit des Einbringens des Vorrohres kurz sein, um eine unerwünschte Abkühlung des Vorrohres zu verhindern) und das Innere 1J des mehrschichtigen Vorrohres wird hermetisch abgedichtet Die beiden Enden 12 des Vorrohres 8, das in der 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 ermöglichen.

Als Dichtungselemente 13 können bekannte Dichtungsmittel in Form von z. B. Metallstopfen mit konischen oder krummlinigem Dichtprofil verwendet werden.

Die Kraft F der Verdichtung soll um das 1,25- bis 14fache größer sein als die 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 11 dieses Vorrohres einwirkt

Das flüssige Medium 15 (F i g. 3), dessen Temperatur unter der Temperatur des Vorrohres liegt, wird in Form einer gaserzeugenden oder damperzeugenden Flüssigkeit oder eines Gases unter Druck in den Hohlraum 11 des mehrschichtiger. Vorrohres eingeführt

Durch die Erhöhung des Druckes Pin dem Hohlraum 11 des Vorrohres werden die Rohre 1, 2, 3 des mehrschichtigen Vorrohres dicht aneinandergedrückt und es findet deren gemeinsame Verformung bis zur vorgegebenen Abmessung statt

Mit dünnen Vollinien ist in Fig.3 die Lage des Vorrohres am Anfang 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

ίο 16 (Fig.3) bei, weil die dabei entstehenden Risse im Feingefüge die Rolle von zusätzlichen Kanälen für die Diffusion spielen.

Die Verformung über den Durchmesser kann man in einem Bereich von 0 bis 50% in Abhängigkeit von der

ι? Diffusionsaktivität der zu verbindenden Werkstoffe, sowie auch in Abhängigkeit von der erforderlichen Endabmessung des Polymetallrohres 16 verwirklichen.

Die Drücke, welche für die Herstellung von Polymetallrohren in einem breiten Bereich der Abmessungen und der Kombinationen der Werkstoffe ausreichen, betragen 10 bis 300 kp/cm².

Die Dauer der Einwirkung des Druckes auf das mehrschichtige Vorrohr beträgt 3 bis lOsek; eine weitere Vergrößerung der Zeitdauer hat keinen Sinn, weil die Temperatur des Rohres, das mit der Kaltmatrize in Berührung steht, bis auf einen Wert gesenkt wird, bei dem die Diffusion praktisch aufhört.

Nach der beendeten Verformung und nach dem Schweißen wird der Druck im Hohlraum des Polyme-

3» tallrohres 16 bis zum Luftdruck vermindert, das Rohr 16 wird aus der Matrize entfernt, die Rohrenden werden abgeschnitten.

Dann kann das hergestellte Polymetallrohr 16 als Fertigerzeugnis oder als Halbzeug für das anschließende Warm- oder Kaltwalzen verwendet werden.

Um zu vermeiden, daß beim Angreifen des Druckes und bei der Verformung das im Raum 5 zwischen den Rohren 1, 2, 3 des mehrschichtigen Vorrohres vorhandene Gas in Form von Gasblasen zwischen den

«ι Kontaktflächen 4 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 Abwandlungen des Verfahrens kann darin bestehen, daß das Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Erwärmung seines mittleren Teils, das in F i g. 4 mit der Linie A-A wiedergegeben ist, bis auf eine höhere

to Temperatur t mit der anschließenden allmählichen Senkung dieser Temperatur in der Richtung zu den Enden des Vorrohres hergestellt wird, welche mit Linien B-B wiedergegeben sind. Eine solche Erwärmung kann man durch eine entsprechende Anordnung und eine entsprechende Anzahl von Brennern und in einem Gasofen oder durch Anordnung und Anzahl von Heizelementen in elektrischen öfen erreichen. Zusätzlich kann man Abschirmungswände verwenden.

Die Verteilung der Temperatur in dem mehrschichtigen Rohr, mit der höchsten Temperatur im mittleren Teil gemäß Linie A-A des mehrschichtigen Vorrohres, die in der Richtung zu den Enden bis zur Linie B-B des Vorrohres, wo sie am niedrigsten ist, gesenkt wird, ist die Ursache dafür, daß der Verformungswiderstand σ im mittleren Teil gemäß Linie A-A des Vorrohres am kleinsten ist und in der Richtung zu den Enden gemäß Linie B-B des Vorrohres allmählich zunimmt Folglich fängt der Zwischenraum 5 (Fig.5) zwischen den

Rohren 1, 2, 3 des mehrschichtigen Vorrohres beim Angreifen des Druckes Pan, dort zu verschwinden, wo der Verformungswiderstand der kleinste ist, d. h. im mittleren Teil des Vorrohres gemäß Linie A-A in F i g. 4; die Verformungszonen werden allmählich in der Richtung zu den Enden 12 des Vorrohres verlagert, wo der Verformungswiderstand σ höher ist. Das Gas wird aus dem Zwischenraum 5 in Richtung zu den Enden 12 des Vorrohres bewegt, wo sich die Gasttaschen 18 (Fig.6) bilden, die dann in den abzutrennenden Rohrenden 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 > 15 D aufweisen.

Eine weitere mögliche Abwandlung des Verfahrens zur Herstellung von Polymetallrohren kann darin bestehen, daß das Temperaturgefälle auf der Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Erwärmung des Vorrohres mit einer 5 Steigerung der Temperatur in der Richtung von einem Ende, das mit Linie C-C (F i g. 7) wiedergegeben ist, bis zu dem anderen Ende, das mit der Linie D-D wiedergegeben ist, hergestellt werden kann. Das wird, wie im vorhergehenden Fall, durch eine Änderung der Anzahl, der Verteilung und der Einwirkung von Heizelementen in einem Gas- oder elektrischen Ofen erreicht.

Im vorliegenden Fall verlaufen die Verformung und die Beseitigung des Zwischenraumes 5 und folglich die Verdrängung von Gas aus dem Zwischenraum 5 in Obereinstimmung mit der Änderung des Verformungswiderstandes σ in der Richtung von dem 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 < 15 D verwendet werden.

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. In Gasofen ist das z. B. der Fall, wenn die Brenner gleichmäßig im Ofenraum verteilt sind und keine Einzelregelung aufweisen. In elektrischen öfen ist das beispielsweise der Fall, wenn die Richtung der Achse des Vorrohres mit der Richtung der Achsen von Heizelementen zusammenfällt

In diesem Fall wird das Verfahren derart abgewandelt, daß das Temperaturgefälle über die Länge des Vorrohres durch das Einführen eines flüssigen Mittels Ϊ5, dessen Temperatur unter der Temperatur des Vorrohres liegt, in die beiden Enden 12 des Vorrohres hergestellt wird. Dabei nimmt die Temperatur des Vorrchres in der Richtung von dem mittleren Teil gemäß Linie A-A zu den Enden des Vorrohres gemäß Linien B-B ähnlich wie in Fig.4 ab. Da das flüssige Mittel 15, das zur Erhöhung des Druckes in dem Hohlraum 11 des Vorrohres verwendet wird, eine niedrigere Temperatur als das Vorrohr selbst besitzt, wird der Kontakt zwischen dem Strom des ausfließenden Strahls und der Oberfläche des Vorrohres das Vorrohr abkühlen. Indem man die Gestalt und Richtung des Strahls ändert, der dem Hohlraum des Vorrohres zugeführt wird, kann eine intensivere Abkühlung an den Enden (bei der beiderseitigen Zuführung des flüssigen Mittels) erreicht werden. Dabei ist der Temperaturverlauf (Temperaturgradient) in Richtung zu dem mittleren Teil des Vorrohres ansteigend.

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.

Das in der Richtung von dem mittleren Teil des Vorrohres gemäß Linie A-A zu seinen Enden gemäß Linien B-B hergestellte Temperaturgefälle gewährlei stet bei einer Erhöhung des Druckes in dem Hohlraum 11 des zweischichtigen Vorrohres die in der Richtung von dem mittleren Teil zu den Enden des Vorrohres vor sich gehende Verdrängung der Gase aus dem Zwischenraum 5 zwischen dem Außen- und Innenrohr, was folglich zur Beseitigung der Gasblasen in dem Raum 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 Abfall 17 abgeschnitten werden, und in denen sich die Gastaschen 18 mit dem aus dem übrigen Teil des Spielraumes 5 verdrängten Gas bilden.

Bei der Zuführung des flüssigen Mittels 15 in das

Innere 11 des zweischichtigen Vorrohres 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 dem anderen Ende gemäß Linie C-C ähnlich, wie das in F i g. 7 wiedergegeben ist, gekennzeichnet ist. Das wird 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 < 15 D verwendet werden, weil man im Bereiche der Länge dieser Vorrohre ein Temperaturgefälle mit allmählicher Temperaturverteilung in der Richtung von einem Ende zu dem anderen 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 Zwischenraum 5 zwischen dem Außenrohr und Innenrohr des zweischichtigen Vorrohres, die Berührung von den Kontaktflächen 4 ohne Gasblasen zwischen diesen über die gesamte Räche und in Verbindung mit der Einwirkung der Temperatur f und des Druckes P die Diffusionsverbindung von zwei Rohren unter der Bildung des Bimetallrohres gesichert An dem kälteren Ende bildet sich eine Gastasche 18; dieses Ende des Vorrohres wird dann als Endenabfall 17

so abgeschnitten. Die große Änderung des Volumens bei der Gasbildung und die einfache Verwirklichung der Zuführung der Flüssigkeit in den Innenraum 11 des mehrschichtigen Vöffohfes lassen zweckmoüigerweise als flüssiges Mittel 15, das die Herstellung des Druckes P an der Innenfläche des Vorrohres gewährleistet, eine gaserzeugende bzw. dampferzeugende Flüssigkeit, z. B. Wasser verwenden.

Die Vergrößerung seines Volumens bei der Verdampfung und Übererhitzung um das 2000fache gegenüber dem Ausgangsvolumen sichert die Herstellung eines Druckes, der für die feste Diffusionsverbindung der Rohre zu einem Polymetallrohr ausreicht

Bei der Verwendung des Innenrohres mit einer dünnen Wand (unter 3 mm) kann die Zuführung eines flüssigen Mittels in das Innere des Vorrohres mit einer Temperatur, die unter der Temperatur des Vorrohres liegt, die Temperatur des Innenrohres so weit erniedrigen, daß die Diffusionsverbindung der Rohre zu

einem Polymetallrohr erschwert oder gar unmöglich wird. In diesem Fall kann man zweckmäßigerweise als flüssiges Mittel das unter Druck verwenden, weil es bedeutend weniger als das flüssige Mittel das Innenrohr abkühlt.

Beispiel 1

1. Als Ausgangsvorrohre verwendete man für die Außenschicht ein Rohr von 97 χ 3 mm aus rostfreiem Stahl, für die Zwischenschicht ein Rohr von 89 χ 6 mm aus Kohlenstoffstahl, für die Innenschicht ein Rohr von 76 χ 3 mm aus rostfreiem Stahl.

Die Rohre aus rostfreiem Stahl wurden in einer Lösung von Flußsäure gebeizt, in Heißwasser gewaschen und mit Druckluft getrocknet.

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.

Die vorbereitenden Rohre wurden ineinandergesteckt, 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.

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 Schweißdraht aus rostfreiem Stahl hermetisch abgedichtet.

Die an den Stirnflächen hermetisch abgedichteten Vorrohre wurden in einem gasbeheizten Kammerofen derart erwärmt, daß die Temperatur des mittleren Teils des Vorrohres 1250° C betrug, während die Temperatur in Richtung zu den Enden des Vorrohres allmählich auf 1190 bis 1200° C gesenkt wurde. Das erwärmte Vorrohr wurde in eine Matrize gebracht, deren Hohlraum einen Durchmesser von 110 mm besaß, der Hohlraum des dreischichtigen Vorrohres wurde durch Auswalzen seiner Enden, welche aus der Matrize um 25 mm hervorragten, hermetisch abgedichtet; zwischen die Stopfen des Dichtungssystems und Stirnflächen der Matrize wurden in den Innenraum 120 g feindispers zerstäubtes Wasser eingeführt Durch Verdampfung des Wassers und Dampfbildung nahm der Druck im Hohlraum innerhalb von 5 sek bis zu 220 kp/cm² zu, und das dreischichtige Vorrohr wurde bis zum Kontakt mit der Innenfläche der Matrize, d. h. ungefähr um 18% über den Durchmesser, vertormt Dann wurde der Druck im Hohlraum des Rohres bis zum Luftdruck herabgesenkt, das Rohr wurde aus der Matrize entfernt und die Obergangsabschnitte an den Enden, d. h. die Endenabfälle, wurden abgeschnitten. Im Längsschnitt der Endabschnitte wurden Gastaschen nachgewiesen, in deren Bereich die Vorrohre miteinander nicht zusammengeschweißt werden konnten. Auf dem gesamten Abschnitt mit einem Durchmesser von 110 mm war die Diffusionsverbindung fest, was durch Erprobungen der Kontrollringe auf Abplattung und auf Aufweiten mit Konus bestätigt wurde.

Des weiteren wurden diese Rohre dem Kaltwalzen ausgesetzt, wobei sie 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 67 χ 10 mm vorbereitet, bestehend aus einem Außenvorrohr aus Baustahl mit einer Wand von 6 mm und einem Innenvorrohr aus Kupfer mit einer Wand von 4 mm. Die Vorbereitung bestand aus Putzen der Kontaktflächen und aus Ziehen mit einem Ziehdorn zur Verminderung des Zwischenraumes.

ίο Dann wurde das zweischichtige Vorrohr in Rohrstükke mit einer Länge von 525 mm für die Bearbeitung unter Laborverhältnissen geschnitten und die Stirnflächen wurden, wie im Beispiel 1 angegeben, verschweißt. Das zweischichtige Vorrohr mit dem hermetisch abgedichteten Zwischenraum wurde dann in einem gasbeheizten Ofen derart erwärmt, daß die Temperatur an einem Ende 1000°C und an dem anderen Ende 960°C betrug; anschließend wurde das Vorrohr in eine Matrize eingebracht, der Innenraum wurde hermetisch 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 Dampfbildung bis auf 240 kp/cm² erhöht, es fand eine Verformung des zweischichtigen Vorrohres statt, wonach der Druck bis zum Luftdruck (durch die Entfernung der Dichtungsstopfen) herabgesetzt wurde; anschließend wurde das Rohr aus der Matrize entfernt. Beim Schneiden wurde an dem Ende mit der niedrigeren Temperatur eine Gastasche nachgewiesen, während an dem anderen Ende keine solche vorhanden war. Auf der gesamten Länge des Rohres, das einen Aufweitungsdurchmesser von 77 mm hatte, d. h. über den ursprünglichen Durchmesser um 15% verformt wurde, wurde ein festes Schweißen erhalten, was durch technologische Erprobungen und Ultraschallkontrolle nachgewiesen wurde.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren kann man Vorrohre aus Stahl und Eisenlegierungen sowie aus Buntmetallegierangen miteinander verbinden.

Das Verfahren kann zum Verbinden von Rohren aus schwer verformbaren Stählen und Legierungen verwendet werden; in diesem Fall benutzt man annähernd keine Verformung über den Durchmesser.

Das Verhältnis zwischen den Wärmeausdehnungszahlen der Rohre, aus welchen sich das mehrschichtige Vorrohr zusammensetzt, kann ein beliebiges sein; es beeinflußt die Qualität der Verbindung nicht Folglich verhindern Außenrohre, deren Wärmeausdehnungszahl größer als die der Innenrohre ist, die Diffusionsverbindung dieser Rohre untereinander nicht

Das Verfahren beschränkt den Durchmesser der zu verbindenden Rohre hinsichtlich einer Vergrößerung der Durchmesser nicht- jedoch beschränkt den Durchmesser hinsichtlich 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 der Rohre mit größeren Abmessungen und anschließende Kaltverformung erhalten.

Das Verfahren beschränkt das Verhältnis zwischen den Dicken der Wände der Rohre nicht aus welchen sich das mehrschichtige Vorrohr zusammensetzt; es beschränkt jedoch das Verhältnis zwischen der summarischen Wanddicke und dem Durchmesser 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 oder mit einem veränderlichen Durchmesser herstellen.

Die Rohre, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, weisen ein breites Sortiment sowohl hinsichtlich der Abmessungen als auch hinsichtlich der Zusammensetzung der Werkstoffe auf, welche der Diffusionsverbindung ausgesetzt werden.

Die Rohre sind durch eine hohe Präzision hinsichtlich

des Durchmessers und der Wanddicke (d. h. sowohl der summarischen Wanddicke als auch der Dicke von einzelnen Schichten) sowie durch eine hohe Festigkeit der hergestellten Diffusionsverbindung gekennzeichnet. Nach dem Schweißen können sie einer weiteren Verformung nach beliebigen Verfahren ausgesetzt oder als Fertigerzeugnis verwende' werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Polymetallrohren, das folgende Schritte vorsieht:
Vorbereitung der Kontaktflächen von Vorrohren; koaxiale Anordnung von Vorrohren in bezug zueinander; hermetisches Abdichten des Zwischenraumes zwischen den Vorrohren an deren Stirnflächen unter Bilden eines mehrschichtigen Vorrohres; Erwärmen dieses Vorrohres auf die Diffusionstemperatur der niedrigstschmelzenden Metallkomponente; Einbringen des Vorrohres in eine Matrize mit anschließendem hermetischen Abdichten des Innenraumes des Vorrohres und Einführen eines flüssigen oder gasförmigen Druckmittels in den Innenraum für das Herstellen einer Diffusionsverbindung zwischen den Kontaktflächen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des mehrschichtigen Vorrohres ein stetiges Temperaturgefälle hergestellt wird, derart, daß mindestens an einem Ende des Vorrohres die Temperatur niedriger als in den anderen Teil dieses Vorrohres ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetige Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Erwärmung nur des mittleren Teils der Länge des Vorrohres hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetige Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Erwärmung des Vorrohres nur an einem seiner beiden Enden hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetige Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Einführung eines flüssigen Mittels mit einer Temperatur niedriger als die Temperatur des Vorrohres von den beiden Enden des Vorrohres hergestellt wird, so daß die Temperatur des Vorrohres in der Richtung von der Mitte des Vorrohrss zu seinen Enden gesenkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetige Temperaturgefälle über die Länge des mehrschichtigen Vorrohres durch die Einführung eines flüssigen Mittels mit einer Temperatur niedriger als die Temperatur des Vorrohres von einem Ende des Vorrohres hergestellt wird, so daß die Temperatur des Vorrohres in der Richtung von einem Ende zu dem anderen abnimmt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Mittel eine gaserzeugende bzw. dampferzeugende Flüssigkeit verwendet wird.