DE2732798C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metallartikeln durch Diffusionsschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen vort Metallartikeln durch Diffusionsschweißen, bei dem der Zusammenbau der zu verschweißenden Teile trfolgt, indem diese in nahem Kontakt miteinander montiert festgehalten, und in eine Schmelze eingebracht Werden, deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des am niedrigsten schmelzenden Teils des Metallartikels liegt, worauf die Teile in der Schmelze erhitzt und zur Durchführung des Diffusionsschweißens unter Druck gesetzt werden,

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 3 96 760 bekannt. Beim bekannten Verfahren wird der durch Diffusionsschweißen herzustellende Metallartikel in einen Behälter eingebracht, worauf mittels einer Pumpe Druckflüssigkeit in den Behälter hineingepumpt wird und anschließend diese Druckflüssigkeit mittels einer unter dem Behälter befindlichen Feuerung erhitzt wird.

Ein anderes Diffusionsschweißverfahren, das Thermodiffusionsschweißen, wird in Rohrindustrie zur Bi- und Mehrmetallrohrherstellung weitgehend verwendet, .o Das Verfahren sichert eine hohe Verbindungsgüte, erfordert aber die Erwärmung von zwei- bzw. mehrlagigen Rohlingen in kostspieligen öfen mit Neutralatmosphäre zum Oxidationsschutz der Kontaktflächen und die Werkstoffauswahl der Rohlingslagen

>~' mit von der Innen- zur Außenschicht abnehmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten, damit ein natürliches Andrücken einer Lage an die andere bei der Erwärmung sichergestellt ist.

Bekannt ist ein Diffusionsschweißverfahren (US-PS

}<· 38 15 219), bei dem die Teile des Schweißerzeugnisses zusammengebaut, in nahem Kontakt miteinander montiert festgehalten, die zu einem Teilsatz zusammengebauten Teile in eine Hochtemperaturschmelze eingetaucht und darin unter dem Atmosphärendruck erwärmt

-'· werden, der Teilsatz aus der Schmelze entfernt und die Teile des Schweißerzeugnisses untereinander zusammengedrückt werden, solange sie eine nohe Temperatur aufweisen. Dabei sind die Teile mit einer Schmelzflullhaut bedeckt, die die Kontaktflächen bei der Hochtem-

Ki peratur vor Oxidation schützt. Ferner wird der Teilsalz nochmals in die Schmelze eingetaucht und in dieser Schmelze beim Atmosphärendruck bis zu einer Temperatur weiter erwärmt, bei der die Austauschdiffusion zwischen den Schweißteilen im Laufe einer Zeit, die

'5 zum Herstellen einer genügenden Schweißverbindung ausreicht, stattfindet.

Die Teile des Schweißerzeugnisses werden durch Verdrehung, falls ein Draht geschweißt wird, elektrisches Punktschweißen der mit Hilfe einer hydraulischen oder mechanischen Presse aneinanikr gedrückten Teile, durch Niete aus einem Werkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient geringer ist als der der Metalle, aus denen die Schweißteile bestehen, zusammengebaut und in nahem Kontakt vor dem Eintauchen in die Schmelz·; montiert festgehalten.

Bei der Entfernung des Teilsatzes aus der Hochtemperaturschmelze werden die Teile des Schweißerzeugnisses durch Walzen zwischen Walzen, falls das Erzeugnis eine einfache Form besitzt, oder durch Einwirkung des Arbeitswerkzeuges einer Presse, eines Gesenkes auf die zu verbindenden Teile untereinander zusammengedrückt.

Die Übertragung des Teilsatzes mit der darauf befindlichen Schmelze zu den Verformungsaggregaten

führt zum Anhaften der Schmelze an den letzteren und zur Notwendigkeit der Entfernung dieser Ansätze zwecks Vermeidung einer Beschädigung der hergestellten, auf der erwähnten Ausrüstung zu bearbeitenden Erzeugnisse.

Außerdem muß die Verformung des Satzes von Teilen, auf denen sich eine Sehmelzflußhaut befindel, unausbleiblich zum Bruch dieser Haut führen, die da« Erzeugnis und die Kontaktflächen vor Oxidation schützt Die Oxidation der Kontaktflächen bring« entweder die Unmöglichkeit der Schweißausführung oder die Verringerung der Schweißgüte Wegen deü Vorhandenseins Von Öxidfilmen, die die Verbindungsfestigkeit herabsetzen, mit sich.

.3

Um die Oxidationsgefahr der Kontaktflächen zu vermeiden, muß man eine möglichst große Fläche des Diffusionsabbindens zwischen den Teilen des Erzeugnisses bei der Vorwärmung sicherstellen, was nur bei einer langen Erwärmungsdauer und somit einer langen Zeit des ganzen Schweißspiels des Erzeugnisses und bei der Verwendung spezieller Mittel zum Festhalten der Teile des Erzeugnisses in nahem Kontakt, z. B. der oben beschriebenen Niete aus einem Werkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient geringer ist als der von <u Metallen, aus denen die Schweißteile bestehen, möglich ist

Das Bringen des Erzeugnisses an die Luft und das Zusammendrücken der Teile untereinander mit einem Werkzeug, welches eine im Vergleich zum Erzeugnis r. viel niedrigere Temperatur aufweist, führt zu einem wesentlichen Temperalurabfall der Teile des Erzeugnisses und verringert die Diffusionsaktivität des Verformungseinflusses deswegen, weil die Diffusionsaktivität über Parabelgesetz mit der Temperatur in Verbindung .·« steht und beim Temperaturabfall des Erzeugnisses stark abnimmt

Im Zusammenhang mit der geringen Effektivität der Verformung an der Luft wird danach der zu verformende Satz zur Sicherstellung eines festen r> Diffusionsschweißens der Teile des Erzeugnisses wieder auf lange Zeit in die Hochtemperaturschmelze eingetaucht, um die als Ergebnis der Vorwärmung und Verformung erreichte Diffusionsbindung zu festigen.

Temperaturschwankungen beim Bringen des Erzeug- m nisses an die Luft und dessen Verformung beeinträchtigen das Gefüge der Schweißzone und führen zu Ungleichkörnigkeit, besonders dann, wenn eines der Schweißteile aus austenitischem Stahl besteht

Für den Fall, daß die erhöhte Zähigkeit der Schmelze « oder komplizierte Form des Erzeugnisses dessen Entfernung aus der Schmelze oder das Zusammendrükken der Teile des Erzeugnisses an der Luft erschweren, erfolgt das Zusammendrücken zur Gewährleistung des Diffusionsschweißens mit mechanisch wirkenden Mitteln unmittelbar in einem Behälter mit Hochtemperaturschmelze.

Diese Ausführungsvariante des Verfahreiis erfordert eine genaue Feststellung des Teilsatzes des Erzeugnisses in der Schmelze, weil eine vollkommen bestimmte gegenseitige Anordnung des Teilsatzes des Erzeugnisses und des Mittels zur mechanischen Einwirkung auf den Satz im Schmelzbehälter notwendig ist, was die Auslegung des Behälters selbst oder die Technologie der Vorbereitung des Erzeugnisses zur Schweißung kompliziert wenn die vollkommen bestimmte gegenseitige Anordnung vor dem Eintauchen in die Schmelze erreicht wurde.

Die bekannte Ausführungsform des Verfahrens ist in den Benutzungsmägiichkeiten sehr beschränkt weil sie wegen der Unmöglichkeit des mechanischen Andrükkens der Schweißteile aneinander oder wegen der großen Kompliziertheit der Arbeitsorgane, die das gegenseitige Andrücken der Schweißteile des Erzeugnisses bewirken, nicht gestattet, das Diffusionsschwei- eo Ben einer Reihe von komplizierten Erzeugnissen, z. B. zylinderförmigen mehrlagigen Langerzeugnissen vom Rohrtyp auszuführen.

Im Falle, wenn die Erzeugnisse aus Metallen hergestellt werden, die bei den Schweißtemperaturen eine hohe Diffusionsaktivität besitzen, beschränkt man »ich nur auf das Einbringen des Schweißteilsatzes in die Hochtemperaturschmelze, wobei die Schweißteile weder im Schmelzbehälter noch an der Luft untereinander zusammengedrückt werden.

Für d^;e beschriebenen Ausführungsformen des erwähnten Verfahrens beträgt die Verweilzeit in der Hochtemperaturschmelze zum Schweißen laut Angaben des Erfinders 20 bis 30 Stunden.

Die Einrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist ein in die Wärmeisolation eingebrachter, durch eine beliebige geeignete Wärmequelle beheizter Schmelzbehälter. Falls die Schweißteile unmittelbar in der Schmelze zusammengedrückt werden, ist ein Mittel zur Sicherstellung des nahen Kontakts und zum Andrücken der Teile des Erzeugnisses, d. h. eine mechanische oder hydraulische Presse, oberhalb des Behälters angeordnet

Falls die Schweißteile während des Entfernens aus dem Schmelzbehälter zusammengedrückt werden, ist das Mittel zur Sicherstellung des nahen Kontakts und zum Andrücken (Walzen, Pressen. Gesenk usw.) in nächster Nähe des Behälters angeordnet um den Temperaturabfa!¹ des Erzeugnisses ·.; vermindern.

Dadurch, daß das genannte Verfahre : die erwähnten Nachteile aufweist hat die Vorrichtung zu dessen Durchführung einen beschränkten Anwendungsbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingargs genannte Verfahren derart auszubilden, daß ein Arbeitszyklus verkürzt und die beim Verfahren verwendete Vorrichtung besonders einfach wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Unterdrucksetzen erfolgt indem dei Oberfläche der Schmelze unter Druck stehender Dampf oder Druckgas zugeführt wird.

Als Folge der erfindungsgemäßen Verfahrensweise braucht nur eine sehr geringe Menge von Druckdampf oder Druckgas zugeführt zu werden und ein Arbeitszyklus erfolgt in kurzer Zeit weil die Schmelze ständig im Behälter verbleibt

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft bei der Herstellung von Metallartikeln fjr den Flugzeugbau, dem Maschinenbau und in der Rohrindustrie verwendet werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem hermetisch abgeschlossenen Behälter für die Schmelze, der mit einem Erhitzer zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Schmelztemperatur ausgestattet ist. mit einer thermischen Isolierung und mit einer Einrichtung, um die Schmelze unter Druck zu setzen.

Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur unter Drucksetzung der Schmelze als Sammlergefäß ausgebildet ist, das im Behälter angeordnet und mit einem Wasserzuführungssystem verbunden ist, wobei das metallische geschlossene Sammlergefäß in seinem oberen Teil Löcher aufweist, welche das Sammlergefäß mit dem Behälter verbinden.

Dem Sammlergefäß wird dabei Druckwasser zugeführt und strömi in Wasserdampfform durch die Löcher in den Hohhaum des Behälters ein, wobei die Verwendung des Sammlergefäßes eine wesentliche Druckerhöhung über der Schmelze mit Hilfe einer Änderung des Aggregatzustandes des Wafsevs gestattet

Gemäß einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dies dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter für die Schmelze in einem gekühlten, hermetisch verschlossenen Gehäuse angeordnet ist und mit dem Raum zwischen dem Gehäuse und dem

Behälter in Verbindung steht, sowie mit einer Einrichtung zur Zuführung von Druck, die aus einem Hochdruckluftverdichter besteht.

Als Folge dieser Ausbildung kann der Behälter zur Aufnahme der Schmelze relativ dünnwandig ausgeführt werden, da er an beiden Seiten von Druckmedium beaufschlagt ist, so daß ein Austauschen des Behälters mit relativ geringen Kosten vorgenommen werden kann.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Mehrmetallartikeln, bei der der Druck auf die Schmelze mit Wasserdampf erzeugt wird, in Gesamtansicht, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung zum Herstellen von Mehrmetallartikeln, bei der der Druck auf die Schmelze mit Preßgas erzeugt wird, in Gesamtansicht.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen von Mehrmetallartikeln durch Diffusionsschweißen beschrieben, das den Zusammenbau der Teile des Schweißerzeugnisses, das Festhalten dieser Teile in montiertem Zustand in nahem Kontakt zueinander, das Eintauchen des zusammengebauten Teilsatzes in eine Hochtemperaturschmelze, die Erwärmung in dieser Schmelze und das Zusammendrücken zur Sicherstellung der Diffusionsschweißung vorsieht.

Die Teile des Erzeugnisses werden üblicherweise vor dem Zusammenbau auf den Kontaktflächen durch mechanische Bearbeitung und chemisch vorbereitet, z. B. geätzt, entfettet.

Dann werden die Teile des Schweißerzeugnisses auf bekannte Weise zusammengebaut. Falls zylinderförmige Erzeugnisse, wie Rohre, hergestellt werden, besteht dieser Zusammenbau im Ineinanderführen der zylinderförmigen Teile des Erzeugnisses und im Durchstoßen dieses Teilsatzes durch einen Verformungsring oder im Durchstoßen eines Kegelexpansionsdornes durch den Teilsatz. Die Auswahl der Ausführungsvariante des nahen Kontaktes beruht auf der Notwendigkeit der Verformung des Satzes von Seiten der Teile, die geringere Festigkeit und höhere Bildsamkeit besitzen.

Wenn die Länge des zylinderförmigen Erzeugnisses 500 mm überschreitet, ist die Anwendung der erwähnten Ausführungsvariante des nahen Kontakts der Teile des Erzeugnisses zueinander wegen des Verlustes an Längsstabilität nicht immer möglich. In diesem Fall wird der Satz der zylinderförmigen Teile des Erzeugnisses (Rohr) nach der Montage ineinander ohne Erwärmung an einem der Ensjen bis zu einem wesentlich geringeren Durchmesser zugedrückt, worauf der erwähnte Satz ohne Dorn gezogen wird.

Alle drei Varianten zum Bringen der Teile des zyiinderförmigen Erzeugnisses in nahen Kontakt schließen die Verwendung irgendwelcher flüssiger Schmiermittel aus, weil das Eindringen selbst einer kleinen Menge des flüssigen Schmiermittels auf die Kontaktflächen diese für das Diffusionsschweißen ungeeignet macht.

Empfehlenswert ist die Verwendung von Trockenseife und Schuppengraphit, die in einer dünnen Schicht in einem Abstand von mindestens 10 bis 20 mm von jenem Ende des Teilsatzes aufgetragen werden müssen, welches der Einwirkung des Verformungswerkzeuges zum Bringen der Teile des Erzeugnisses in nahen Kontakt als erstes unterworfen wird.

Für den Fall, daß die Teile des Melirmetallartikels die Gestalt von Platten, Blechen, Blöcken in Fasson-, nicht aber Zylinderform aufweisen, sind sie mittels eines Spannelements (Schfaubenzwinge, Schraubenbolzen, Niet) miteinander verbunden, das aus Metall oder einer Legierung besteht, die einen im Vergleich mit dem Werkstoff der Schweißteile des Erzeugnisses geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen.

Beim Eintauchen in die Hochtemperaturschmelze , darf der Teilsatz des Erzeugnisses kein öl oder Wasser aufweisen, weil dies zum Auswurf der Schmelze führen kann.

Erfindungsgemäß erfolgt das Zusammendrücken durch Druckbeaufschlagung der Schmelze.

Der Druck auf die Schmelze wird mit Wasserdampf oder Preßgas erzeugt.

Die Wasserdampfverwertung zur Erzeugung des Druckes auf die Schmelze ist technologisch leicht ausführbar und vorteilhaft Zur Erzeugung hoher .. Dampfdrucke reicht die Verdunstung und Dampfbildung einer kleinen Wassermenge aus, weil dabei das Dampfvolumen das zur Dampfbildung verbrauchte Wasservolumen um ein 1500 bis 2500faches überschreiten kann. Dabei muß man beachten, daß alle .. Oberflächen, mit denen der Wasserdampf in Kontakt steht, eine hohe Temperatur aufweisen müssen, da sonst eine Dampfbefeuchtung und ein Dampfniederschlag möglich ist, was zur Absenkung des Druckes auf die Schmeiße führt

; Falls der Kontakt das den Druck auf die Schmelze erzeugenden Mediums mit kalten oder wenig erwärmten Oberflächen stattfindet, ist es zweckmäßig, ein Preßgas zur Ausübung des Drucks auf die Schmelze zu verwenden.

Als Preßgas findet Druckluft Verwendung. Mit Rücksicht auf die Oxidationsschutzwirkung der Hochtemperalurschmelze kann der Luftsauerstoff nicht zu den Kontaktflächen der Schweißteile des Erzeugnisses vordringen und diese oxidieren. Die Verwendung von !.--, Druckluft ist wirtschaftlich günstiger als die eines beliebigen anderen Preßgases mit demselben Druck.

Vor dem Eintauchen in die Hochtemperaturschmelze

werden die Teile des Schweißerzeugnisses unter Sicherstellung eines Spaltes, dessen Größe das Eindrin-

-15 gen der Schmelze zwischen die Teile ausschließt in

nahem Kontakt zueinander festgehalten.

In jedem konkreten Fall wird der maximal zulässige Spalt ausgehend von der Dünnflüssigkeit der Schmelze bei der Schweißtemperatur und dem auf die Schmelze einwirkenden Druck ausgewählt Je zähflüssiger die für die Erwärmung des Erzeugnisses verwendete Schmelze ist desto größere Spalte zwischen den Teile« sind naturgemäß beim Zusammenbau des Erzeugnisses zulässig.

Für den Fall, daß die Schmelze eine hohe Dünnflüssigkeit aufweist sowie bei zylinderförmigen Erzeugnissen, wenn die Außenschichten einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Innenschichten haben, entsteht bei der Erwärmung des Satzes von Teilen ein Hs Spalt zwischen ihnen. Vor dem Eintauchen in die Hochtemperaturschmelze wird daher der zusammengebaute Teilsatz auf dem gesamten Umfang des Anliegens der Teile aneinander hermetisch abgeschlossen.

Die hermetische Abdichtung erfolgt üblicherweise durch elektrisches Schweißen; wenn aber die zusammengebauten TeOe des Erzeugnisses aus niedrigschmelzenden Metallen bestehen, so ist die Verwendung von Hochtemperaturdichtungsmaterialien möglich.

Das Verfahren gestattet, die technologischen Hauptkenndaten in weiten Grenzen zu ändern, was ihm einen weiten Anwendungsbereich sichert.

So wird die Temperatur der Schmelze durch die Auswahl ihrer Zusammensetzung einerseits nach der Schmelztemperatur und andererseits nach der Siedeoder Verdampfungstemperatur sichergestellt. Die große Auswahl der Zusammensetzungen der Schmelze stellt 'Temperaturverhäliiiisse sicher, die für die meisten Bunt- und Eisenmetalle notwendig sind.

Was hochschmelzende Metalle und Legierungen anbetrifft, so richtet sich die SchweiBmöglichkeit der Erzeugnisse aus diesen nur nach der Hochtemperaturbeständigkeit der Werkstoffe, die bei den das Verfahren realisierenden Konstruktionen der Anlagen Verwendungfinden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens enthält einen Behälter 1 (Fig. 1) für Hochiemperaturschmelze 2, der mit einem Erhitzer 3 zum Aufrechterhalten der Solltemperatur der Schmelze 2 und einer Wärmeisolation 4 versehen ist. Der Behälter 1 ist hermetisch geschlossen ausgeführt und mit einer Einrichtung zur Sicherstellung des Druckes auf die Schmelze 2 verbunden.

Der Behälter 1 für die Schmelze 2 besteht aus hitzebeständigem Stahl oder einer hitzebeständigen Legierung und hat eine ausreichend dicke Wandung, die bei der Solltemperatur des Schweißvorganges Drücken standhält, die in dem inneren Hohlraum 5 des Behälters I erzeugt werden.

Es ist zweckmäßig, den Erhitzer 3 in elektrischer Ausführung zu verwenden, die Verwendung der Gaserwärmung ist jedoch auch möglich.

Der Werkstoff und die Dicke der Wärmeisolation 4 wird ausgehend von der Bedingung der Sicherstellung einer Temperatur von nicht über 8O⁰C auf der Außenfläche der Vorrichtung gewählt. Der Behälter 1 für die Schmelze 2 ist zur Sicherstellung der maximalen Festigkeit und zum Hermetisierungskomfort zylinderförmig und wird mit einem Deckel 6 geschlossen. Zwischen Behälter 1 und Deckel 6 ist eine Packung 7 aus wärmebeständigem Werkstoff angeordnet. Der Deckel 6 wird mit Hilfe eines beliebigen Mechanismus, der die Sollkraft gewährleistet, z. B. mit Hilfe eines Hebelwerkes mit konventionellem Hydraulikzylinderantrieb (in Fig. 1 nicht dargestellt) an den Behälter 1 angedrückt.

Im Deckel 6 ist eine Einrichtung zur Sicherstellung des Druckes auf die Schmelze 2 seitens des Hohlraumes 5 des Behälters 1 angeordnet. Diese Einrichtung zur Sicherstellung des Druckes auf die Schmelze 2 ist in Form eines geschlossenen Sammlergefäßes 8 aus Metall mit Löchern 9 ausgeführt, die das Sammlergefäß 8. welches über einen im Deckel 6 angeordneten Stutzen 10 an ein Wasserzuführungssystem 11 angeschlossen ist, mit dem Hohlraum 5 des Behälters 1 verbinden.

Das Sammlergefäß 8 ist zur Sicherstellung einer großen Wärmereserve bei seiner Erwärmung von der Schmelze 2 dickwandig ausgeführt

Die Dichtheit der Befestigung des Stutzens 10 im Deckel 6 ist durch dessen Anschweißen an den Deckel 6 gesichert.

Das Wasserzuführungssystem 11 besteht aus Ventilen IZ einer Wasserpumpe 13 zur zugeteilten Druckwasserzuführung und einem Wasserfüllbehälter 14. der die Füllung der Pumpe 13 gewährleistet

Der Stutzen 10 steht mit einem Ventil 15 zum Dampfabblasen aus dem Hohlraum 5 des Behälters 1 und das Ventil 15 mit einem Dampfabblaserohr 16 in Verbindung.

Die auf den Kontaktflächen vorbereiteten Teile des Schweißerzeugnisses 17 werden nach einer der oben beschriebenen Varianten zusammengebaut und, in "i montiertem Zustand in nahem Kontakt festgehalten, beim geöffneten Deckel 6 in die im Behälter 1 befindliche Schmelze 2 eingetaucht, deren Solltemperatur mit Hilfe des Erhitzers 3 aufrechterhalten wird. Die Erwärmung des Satzes von Teilen des Schweißerzeug-

in nisses 17 beginnt. Der Deckel 6 wird geschlossen und durch die Packung 7 fest mit einer Kraft F (konventionell beiderseits der Mitte des Deckels 6 symmetrisch angreifend) an den Behälter 1 gedrückt, deren Größe die am Deckel 6 von Seiten des

is Hohlraumes 5 des Behälters 1 beim Betriebsdruck Pirn Hohlraum 5 angreifende Kraft um ein 1,25 bis l.5faches überschreiten muß.

Während der Schließung des Behälters 1 mit dem Deckel 6 und Abdichtung des Hohlraumes 5 wird der Sammler durch die Schmelze 2 erwärmt. Die Wasserpumpe 13 wird mit Wasser aus dem Wasserfüllbehälter 14 gefüllt. Danach wird eine zugeteilte Wassermenge durch das System der Ventile 12 und 18 und den Stutzen 10 dem Sammlergefäß 8 zugeführt, worauf die erwähnten Ventile abgesperrt werden. Auf die erwärmte Innenfläche des Sammlergefäßes 8 hingeraten, wird das Wasser verdampft und strömt in Wasserdampfform durch die Löcher 9 in den Hohlraum 5 des Behälters 1 ein. Die Verwendung des Sammlergefäßes 8 ermöglicht eine wesentliche Druckerhöhung über der Schmelze 2 mit Hilfe einer Änderung des Aggregatzustandes des Wassers, wobei dazu kein Bedarf an zusätzlichen Energiequellen vorliegt, weil die Erwärmung des Sammlergefäßes 8 durch die Schmelze 2 sich für die Dampfbildung des durch die Pumpe 13 dem Sammlergefäß 8 zugeführten Wassers als ausreichend erweist.

Der Druck im Hohlraum 5 steigt von Atmosphärendruck bis zu dem für die Durchführung der Schweißung vorgegebenen Druck an und wird entsprechend dem Pascalschen Gesetz in jeden Punkt der Hochtempcraturschmelze 2 unverändert übertragen. Der mit Wasserdampf im Hohlraum 5 des Behälters 1 erzeugte Druck P wirkt folglich auch auf alle Oberflächen des Schweißerzeugnisses 17 ein.

Dadurch, daß die Montage des Teilsatzes des Schweißerzeugnisses 17 in Übereinstimmung mit den beschriebenen Handgriffen derart durchgeführt wurde, daß das Eindringen der Schmelze 2 zwischen die Kontaktflächen ausgeschlossen ist. greifen am Schweißerzeugnis 17 nur Kräfte auf den Oberflächen an, die mit der Schmelze 2 in Kontakt stehen und somit die zusammengebauten Teile des Erzeugnisses aneinander drücken.

Durch das Andrücken der bis zur Temperatur der hohen Diffusionsaktivität erwärmten Teile des Schweißsatzes und das Halten derselben unter Druck wird eine feste Diffusionsschweißung der Teile des Erzeugnisses untereinander und die Herstellung des Mehrmetallartikels sichergestellt Druck. Temperatur und Haltezeit unter Druck werden für jede Kombination der Werkstoffe, die zum Teilsatz des Erzeugnisses gehören, und für konkrete Abmessungen des Erzeugnisses versuchsmäßig ermittelt
Nach Ablauf der Haltezeit unter Druck werden die Ventile 18 und 15 geöffnet und der Wasserdampf durch das Rohr 16 abgeblasen, wobei der Druck im Hohlraum 5 bis auf Atmosphärendruck gebracht wird. Danach wird der Deckel 6 abgenommen und der Mehrmetallar-

tikel aus der Schmelze 2 entfernt. Die Schmelze wird von der Oberfläche des Erzeugnisses mit fließendem Wasser weggespült

In Verbindung damit, daß der Behälter 1 bei der beschriebenen Vorrichtung während der Schweißung unter dem innendruck steht und daß wegen der hohen Temperatur der Wände des Behälters 1 deren genügende Festigkeit nicht sichergestellt ist, sind die Hauptkennwfsrte des in dieser Vorrichtung zu realisierenden Vorganges schätzungsweise wie folgt:

Abmessungen des Schweißerzeugnisses

Länge	nicht über 500 mm
Durchmesser (Breite)	nicht über 50 mm
Maximaler Schweißdruck	100 kg/cm*
Höchsttemperatur der
Schmelze	1000"C
Dauer des Schweiß
vorganges	1 bis 15 min

Für den Fall, daß eine Vorrichtung zum Herstellen von Mehrmetallartikeln aus Metallen, die optimale Schweißtemperaturen auf einem Niveau von 500⁰C aufweisen (Aluminium, Magnesium und deren Legierung), d. h. bei einer Temperatur der Schmelze von 500⁰C, Verwendung findet, sind die Möglichkeiten der Vorrichtung sowohl in dem maximal zulässigen Druck als auch in den Abmessungen der Schweißerzeugnisse wesentlich größer als die erwähnten.

Zur Erweiterung der Verwendungsmöglichkeiten des Verfahrens enthält die Vorrichtung zu dessen Durchführung einen Behälter 1 (Fig.2) für Hochtemperaturschmelze 2, der mit einem Erhitzer 3 zum Aufrechterhallen der Solltemperatur der Schmelze 2 und einer Wärmeisolation 4 versehen ist. Der Behälter I für die Schmelze 2 ist in ein gekühltes, hermetisch geschlossenes Gehäuse 19 eingebracht und mit dem Raum 20 zwischen Gehäuse 19 und Behälter 1 sowie mit einer Einrichtung zur Sicherstellung des Druckes auf die Schmelze verbunden.

Im oberen Teil des Behälters 1 sind Löcher 21 angeordnet, die den inneren Hohlraum 5 des Behälters 1 mit dem Raum 20 zwischen Gehäuse 19 und Behälter 1 verbinden, wodurch der Behälter 1 bei Vorhandensein eines Druckes über der Schmelze 2 von der Innendruckwirkung entlastet ist und nur unter dem Einfluß des hydrostatischen Drucks der Schmelze steht und daher dünnwandig ausgeführt ist Dadurch wird die Temperaturregelung der Schmelze 2 wesentlich verbessert und die Aufheizungszeit der Vorrichtung verkürzt.

Unter dem Einfluß des Innendrucks befindet sich das fekühlte Gehäuse 19. Die Kühlung kann in Form eines Kühlmantels 22 unter Verwendung von Wasser als Kühlflüssigkeit durchgeführt werden. Bei der Verwendung der Schmelze 2 mit einer Temperatur von etwa 500⁰C erweist sich die Belüftungskühlung als genügend. Da das gekühlte Gehäuse 19 nun einmal eine Temperatur von nicht über 50 bis 80⁰C aufweist, gestattet seine Festigkeit, beträchtlichen Innendrücken standzuhalten.

In diesem Fall ist nicht der Behälter 1, sondern das gekühlte Gehäuse 19 hermetisch geschlossen.

Ausgehend von der Bedingung der Höchstfestigkeit ist das gekühlte hermetische Gehäuse 19 zylinderförmig und mit einem Deckel 6 ausgeführt, durch den der Hohlraum 5 des Behälters 1 für Schmelze 2 mit der Einrichtung zur Sicherstellung des Druckes in Verbindung steht Das bedeutet gleichzeitig, daß auch der Raum 20 zwischen dem gekühlten Gehäuse 19 und dem Behälter 1 diKch Vorbandensein der Löcher 21 ebenfalls mit der Einrichtung zur Sicherstellung des Druckes auf die Schmelze verbunden ist.

Der Deckel 6 wird mit Hilfe eines beliebigem Mechanismus, der die Sollkraft sicherstellt, z. B. mit Hilfe eines Hebeisyslems, mit konventionellem Hydraulikzylinderantrieb (in Fig.2 nicht dargestellt) an das Gehäuse 19 gedrückt.

to Bei der dargestellten Vorrichtung findet ein Hochdruckluftverdichter 23 als Einrichtung zur Sicherstellung des Druckes auf die Schmelze 2 Verwendung. Die Verwendung einer einfacheren Einrichtung zur Sicherstellung des Druckes P auf die Schmelze 2 mit

ii Wasserdampf ist in diesem Fall wegen des Wasserdampfniederschlags an der Innenfläche des gekühlten Gehäuses 19 unmöglich.

Im System zur Druckluftzuführung vom Hochdrjckluftverdichter 23 zum Hohlraum 5 des Behälters 1 sind

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abschaltet, das Ventil 18, das den Behälter 1 mit der Schmelze 2 abschaltet, und der im Deckel 6 untergebrachte Stutzen IO angeordnet.

Im Gasabführungssystem sind das Dampfabblas-Ventil 15 und das Dampfabblas-Rohr 16 angeordnet.

Die Hermetisierung des Gehäuses 19 mit dem Deckil

6 erfolgt mit Hilfe der Packung 7 aus wärmebeständigem Werkstoff, während die Dichtheit der Befestigung des Stutzens 10 im Deckel 6 durch dessen Anschweißen

jo an den Deckel 6 sichergestellt ist.

Die an den Kontaktflächen vorbereiteten Teile des Erzeugnisses 17 werden in Übereinstimmung mit einex der oben beschriebenen Varianten zusammengebaut und, in montiertem Zustand in nahem Kontakt

J5 festgehalten, bei geöffnetem Deckel 6 in die im Behälter 1 befindliche Schmelze 2 eingetaucht, deren Solltemperatur mit Hilfe des Erhitzers 3 aufrechterhalten wird. Die Erwärmung des Teilsatzes des Schweißerzeugnisses 17 beginnt.

Der Deckel 6 wird geschlossen und durch die Packun g

7 fest mit einer Kraft Fan das Gehäuse 19 gedrückt, deren Größe die am Deckel 6 von /er Seite des Hohlraumes 5 des Behälters 1 beim Betriebsdruck Pirn Hohlraum 5 angreifende Kraft um das 1,25 bis l^fache übersteigen muß.

Danach werden die Ventile 12 und 18 geöffnet, und man läßt die Druckluft von dem Hochdruckluftverdicrter 23 in den Hohlraum 5 des Behälters 1 und durch die Löcher 21 in den Raum 20 zwischen dem gekühlten

so Gehäuse 19 und dem Behälter 1 einströmen. Naci Erreichen des für die Schweißung vorgegebene! Luftdruckes auf die Schmelze 2 (mit Rücksicht auf dere ι weitere Aufheizung und eine gewisse Druckerhöhung) werden die Ventile 12 und 18 geschlossen und die Zeitverzögerung unter Druck ausgeführt

Der mit Druckluft im Hohlraum 5 des Behälters 1 und im Raum 20 zwischen Gehäuse 19 und Behälter 1 erzeugte Druck P wirkt auch auf alle Oberflächen des Schweißerzeugnisses 17 ein.

Die Montage des Teilsatzes des Schweißerzeugnisses 17 wurde in Übereinstimmung mit dem früher beschriebenen Handgriffen derart durchgeführt, da3 das Eindringen der Schmelze 2 zwischen die Kontaktflächen ausgeschlossen ist

Daher greifen am Schweißerzeugnis 17 nur Kräfte von den Seiten der Oberflächen an. die mit der Schmelze 2 in Kontakt stehen und somit die zusammengebauten Teile des Erzeugnisses aneinander

drucken.

Durch das Andrücken der bis zur Temperatur der hohen Diffusionsaktivität erwärmten Teile des SchweiÜsatzes und das Halten derselben unter Druck wird eine feste Diffusionsschweißung der Teile des "> Schweißerzeugnisses 17 untereinander und die Herstellung des Mehrmetallartikels sichergestellt.

Druck, Temperatur und Haltezeit unter Druck werden für jede Kombination der Werkstoffe, die zum Teilsatz des Erzeugnisses gehören, und für konkrete Abmessungen des Erzeugnisses versuchsmäßig ermittelt.

Nach Ablauf der Haltezeit unter Druck werden die Ventile 18 und 15 geöffnet und die Druckluft durch das Rohr Ifi ausgelassen, wobei der Druck im Hohlraum 5 *5 und im Raum 20 zwischen Gehäuse 19 und Behälter 1 bis auf Atmosphärendruck gebracht wird.

Danach wird der Deckel 6 abgenommen und der Mehrmetallartikel aus der Schmelze 2 entfernt. Die uCiiinciZc vVifu VOu ucf Ouefiiäci'ie des Erzeugnisses mit i» fließendem Wasser weggespült.

Dadurcn, daß der Behälter 1 bei der Einrichtung während der Schweißung nicht unter dem Einfluß des Innendruckes steht, wobei der letztere von dem festen wassergekühlten Gehäuse 19 aufgenommen wird, sind die Hauptkenndaten des mit dieser Vorrichtung zu realisierenden Vorganges vermutlich besser als bei der früher beschriebenen. Das Verfahren zur Ausübung des Druckes auf die Schmelze mit Druckluft ist aber komplizierter als mit Wasserdampf.

Für die Vorrichtung, bei der Druckluft Verwendung finde», sind die Hauptkennwerte wie folgt:

Abmessungen des Schweißerzeugnisses

Durchmesser (Breite)
Maximaler Schweißdruck
Höchsttemperatur der
Schmelze

Dauer des Schweiß-Vorganges

nicht über 2000 mm
200 mm
200 kg/cm*

1100⁰C
1 bis 10 min

40

Für den Fall, daß die beschriebene Vorrichtung zum Herstellen von Mehrmetallartikeln aus Metallen, die optimale Schweißtemperaturen auf einem Niveau von 500⁰C aufweisen (Aluminium, Magnesium und deren Legierungen), d. h. bei einer Temperatur der Schmelze τοπ 500⁰C, Verwendung findet, sind die Möglichkeiten der Vorrichtung sowohl betreffend den maximal zulässigen Druck als auch die Abmessungen der Schweißerzeugnisse wesentlich größer als die erwähnten.

Ausführungsbeispiele.

Im folgenden werden konkrete Ausführungsbeispiele " der Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Eine 120 mm lange zweilagige Hülse, deren Außenschicht ein einen 50 mm großen Durchmesser und eine &o 2,5 mm starke Wandung aufweisendes Bronzerohi und deren Innenschicht ein einen 45 mm großen Durchmesser und eine 7 mm starke Wandung aufweisendes Stahlrohr darstellt, wurde zum Schweißen wie folgt vorbereitet: Chemische Vorbereitung der Kontaktflächen der Rohre, die zum Teilsatz df- Erzeugnisses gehören, Ineinandermontage dieser Teile, Durchstoßen auf einer Presse durch einen Ring, der den nahen Kontakt der Teile des Erzeugnisses miteinander sicherstellt, unter Verwendung von Trockenseife als Schmiermittel und Stirnflächenverschweißen des zweitägigen Rohlings durch Argonbogen-Schweißung; dies ist im Zusammenhang damit notwendig, daß der Spalt zwischen den Teilen des Erzeugnisses bei der erwähnten Kombination der Werkstoffe, wenn Bronze die Außenschicht bildet, bei der Erwärmung größer wird. Danach wurde das Erzeugnis in der in Fi g. 1 gezeigten Einrichtung mit der Schmelze 2, die aus dem Salz NaCl besteht, bei einer Temperatur von 820 ± 10⁰C erwärmt, der Druck über der Schmelze bis 75 kg/cm* aufgrund der Wasserdampfbildung erhöht, der Druck über 5 Minuten aufrechterhalten, der Druck über der Schmelze bis auf Atmosphärendruck gesenkt und das Schweißerzeugnis aus der Schmelze entfernt und mit fließendem Wasser gespült

technologische Abplättungsversuche der nach der Länge der Bimetallhülse ausgeschnittenen Ringe ergaben hohe Festigkeit der erreichten Diffusionsschweißung.

Beispiel 2

Ein 400 mm langer dreilagiger, einen Durchmesser von 76 mm und eine gesamte Wanddicke von 11 mm aufweisender Rohrrohüng aus den Werkstoffen aluminium-, magnesium- und manganhaltige Legierung — Außen- und Innenschicht — Aluminium-Zwischenschicht — wurde durch mechanische Bearbeitung mit Durchstoßen des zusammengebauten Satzes durch eine Ringlehre, die den nahen Kontakt der Teile des Erzeugnisses sicherstellt, zur Gliederverbindung vorbereitet. Die Stirnflächen des dreilagigen Rohres wurden durch Schweißen hermetisch geschlossen. Rie Erwärmung und Diffusionsschweißung des Erzeugnisses erfolgte in der Vorrichtung nach F i g. 2. Als Schmelze wurde ein Gemisch aus den Salzen KNO₃ und NaNO₃ (je 50%) verwendet, die Temperatur der Schmelze betrug 500 ± 10° C

Der dreilagige Rohrrohling wurde in die Schmelze mit einer Temperatur von 500⁰C eingetaucht und ein Druck von 120 kg/cm² mit Hilfe des Verdichters oberhalb der Schmelze erzeugt, der über 7 Minuten aufrechterhalten wurde. Danach wurde der Druck über der Schmelze bis auf Atmosphärendruck gebracht, die Vorrichtung geöffnet, das geschweißte Mehrmetallrohr entfernt und mit fließendem Wasser gespült

Weitere Prüfungen ergaben eine hohe Güte der erreichten Diffusionsschweißung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Metallartikeln durch Diffusionsschweißen, bei dem der Zusammenbau der zu verschweißenden Teile erfolgt, indem diese in nahem Kontakt miteinander montiert festgehalten, und in eine Schmelze eingebracht werden, worauf die Teile in der Schmelze erhitzt und zur Durchführung des Diffusionsschweißens unter Druck gesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterdrucksetzen erfolgt, indem der Oberfläche der Schmelze unter Druck stehender Dampf oder Druckgas zugeführt wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Festhalten der Teile des Metallartikels in nahem Kontakt zueinander unter Sicherstellung eines Spiels erfolgt, dessen Größe das Eindringen der Schmelze zwischen die Teile ausschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, (faß die zusammengebrachten Teile des Metallartikels längs ihres gesamten Umfangs, an dem sie aufeinanderliegen, hermetisch abgeschlossen werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. mit einem hermetisch abgeschlossenen Behälter für die Sdunelze, der mit einem Erhitzer zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Schmelztemperatur ausgestattet ist, mit einer thermischen Isolierung und mit einer Einrichtung, um die Schmelze unter Druck zu setzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum unter Druck Setzen der Schmelze als Sammlergefäß (8) ausgebildet ist, das im .Rehälter angeordnet und mit dem Wasserzuführungssystem (11) verbunden ist, wobei das metallische geschlossene Sammlergefäß in seinem oberen Teil Löcher (9) aufweist, welche das Sammlergefäß mit dem Behälter verbinden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem hermetisch abgedichteten Behälter für die Schmelze, der mit einem Erhitzer zur Aufrechlerhaltung der vorgegebenen Temperatur der Schmelze ausgestattet ist, mit einer thermischen Isolierung und mit einer Einrichtung, um die Schmelze unter Druck zu setzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) für die Schmelze in einem gekühlten, hermetisch verschlossenen Gehäuse (19) angeordnei und mit dem Raum (20) zwischen dem Gehäuse und dem Behälter in Verbindung steht, sowie mit einer Einrichtung zur Zuführung von Druck, die aus einem Hochdruckluftverdichter (23) besteht.