DE2805686C3 - Verfahren zum Verbinden von Wänden aus drei oder mehrmetallischen Materialschichten - Google Patents
Verfahren zum Verbinden von Wänden aus drei oder mehrmetallischen MaterialschichtenInfo
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Description
eisen-Grundlage; Tantalschichten auf Nickel oder Nickellegierungen oder auf Kobaltlegierungen. Die
Verkleidung aus dem Spezialmetall bzw. der Speziallegierung kann z. B. durch Explosionsplattieren,
durch Aufrollen auf die Grundlage, durch Löten, u. a. mit Silberlot, aufgebracht werden. Es kann auch genügen,
daß die Verkleidung nur in enger Berührung als ungebundene, lose oder gegen thermische Expansion
kompensierte Verkleidung vorliegt.
Ausführungsbdspiele der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 bis 5 die aufeinanderfolgenden Schritte bei der Herstellung der Wand nach der Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 6 ein bekanntes Verfahren,
Fig. 7 bis 12 die Schrittfolge bei der Herstellung der Wand nach einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 13 die Verwendung von Wellungen, die in dem
Spezial-Verkleidungsmaterial als zusätzliche Verbesserung
fur alle Ausführungsformen der Erfindung ausgebildet sein können,
Fig. 14die typische Kontur der Wellungen im Verkleidungsmaterial.
Die Figuren und die nachfolgenden Beispiele betreffen Ausführungsformen, bei üenen als Verkleidungsmaterial
Tantal und als Rückmaterial Schmiedeeisen oder eine andere, auf Eisen basierende
Legierung benutzt wird. Mit Tantal ausgekleidete Ausrüstungsgegenstände werden in großer Zahl in
chemischen Verfahren benutzt. Die Tantalverkleidung dient hier dem Korrosionsschutz in korrosiver
Umgebung. Wegen der hohen Kosten von Tantal werden dünne Verkleidungen dieses Spezialmatcrials
verwendet, welche den Korrosionsschutz liefern; ein preiswertes Grundmaterial, im allgemeinen Schmiedeeisen,
wird als Grundlage und Hauptbau'cil des Ausrüstungsgegenstandes verwendet. Derartige Ausrüstungsgegenstände
sind z. B. Bajonett-Heizer Wärmetauscher, Kondensatoren, Türme, Säulen u. a.
Behälter, Röhren, Fittings und Ventile.
Bei den speziell beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Verkleidung aus Tantal oder einer
Tantallegierung, die z. B. 2,5 Gew.-'/c Wolfram, 0,15 Gew-% Columbium und im übrigen im wesentlichen
Tantal enthält (vgl. US-Patent 3592639). Eine
solche Legierung hat eine um ca. 50% höhere Enddehnungsfestigkeit
und eine ca. zweimal höhere Streckgrenze als unlegiertes Tantal bei einer Temperatur
von ca. 200° C. Dies ist die typische Verfahrenstemperatur bei bestimmten chemischen Anwendungen.
Eine derartige Legierung zeigt im allgemeinen in vielen Umgebungen mindestens eine gleichwertige
Korrosionsresistenz wie pures Tantal.
Selbstverständlich braucht das verwendete Verkleidungsmaterial nicht Tantal oder eine entsprechende
Legierung zu sein. Ebenso gut läßt sich jedes duktile, bearbeitbare und schweißbare, schwer
schmelzbare Metall- bzw. jede Metallegierung, auch andere Tanallegierungen, Columbium und Columbiumlcgierungen,
Vanadium und Vanadiumlegierungen verwenden. Ebenso die reaktiven Metalle Titan, Zirkonium
und Hafnium sowie Legierungen mit diesen reaktiven Metallgrundlagen.
Auch was das Grundmaterial angeht, das in den Ausführungsbeispielen als Schmiedeeisen beschrieben
ist, lassen sich ändert Metalle verwenden, z. B.
andere Stähle, einschließlich Edelstahl, auf Kupfer, Nickel, Kobalt basierenden Materialien. Es kann sich
auch um ein schwer schmelzbares Metall oder ein reaktives Metall oder auch deren Legierungen handeln,
soweit sie sich von derjenigen des Verkleidungsmaterials unterscheiden.
Fig. 1 zeigt ein Teil A mit einer Verkleidungsschicht 51, die ca. 0,075 cm dick ist. Diese Schicht
wurde explosiv auf eine zwischenliegende Kupferschicht 52 auf plattiert, die ungefähr 0,15 cm dick ist.
Diese wiederum wurde explosiv auf das Schmiedeeisen-Grundmaterial 53 aufplattiert. Das Eisen-Grundmaterial
besitzt üblicherweise eine Dicke zwischen 0,63 und 2,54 cm. In einigen Fällen können
auch dünnere oder dickere Eisengrundlagen verwendet werden. Das Teil B in Fig. 1 ist aus denselben
Stoffen hergestellt. Die benachbarten Kanten der Teile A und C werden zunächst fluchtend und parallel
zueinandei gerichtet.
Die nächsten Schritte bei der Hersteiiurg der Teiie sind in Fig. 2 dargestellt. Hier ist gezeigt, wie die
Kupferschicht 52 beider Teile um eine bestimmte Entfernung bis zur Position 54 ausgeätzt oder ausgearbeitet
isi Die Position 54 befindet sich mindestens ca. 1,27 cm von den aneinanderstoßenden Kanten der
beiden Tei'e entfernt.
Das Kupfer kann selektiv geätzt werden, ohne daß die Tantalschicht oder die Eisenschicht nennenswert
angegriffen wird. Dies kann mit einer geeigneten Lösung, z. B. Schwefelsäure plus Salpetersäure (plus gegebenenfalls
Wasser) geschehen. Die Säuremischungen, die auf den S. 774, 775 des »Korrosionshandbuchs«
von H. H. Uhlig auf gelistet sind, können als Leitlinie verwendet werden, um geeignete Säuremischungen
und die Zeit zu ermitteln, die erforderlich ist, um das Kupfer auf dit entsprechende Entfernung
hin aufzulösen. Dieses Verfahren kann danr. verwendet
werden, wenn ein Tantalmaterial-Insert derselben Dicke wie die zwischenliegende Kupferschicht bei der
Wand.ionstruktion verwendet werden soll. Wenn ein dickeres Tantalinsert in der Wandkonstruktion
eingesetzt wird, kann eine Lösung, wie ζ. Β. 5ί)% Salpetersäure
und 50% Wasser dazu verwendet werden, zunächst sowohl das Kupfer als auch etwas Stahl aufzulösen.
Es folgt dann die Lösung mit Salpetersäure und Schwefelsäure, wodurch vorzugsweise der Rest
des zu entfernenden Kupfers aufgelöst wird.
Als nächstes wird, wie auch in Fig. 2 dargestellt ist, die Eisengrundlage so bearbeitet, daß sich an den
Teilen A, B die Grundfläche 55 und eine Nutfläche 56 ergibt. Die jeweils für die Eisengrundlage verwendete
spezielle Geometrie der Verbindungsstelle entspricht
derjenigen, die im Welding Handbook, 6. Ausgabe, Abschnitt J, American Welding Society, im
Artikel »Recommended Proportions of Grooves for Arc« beschrieben *st.
Fig. 3 zeigt die nächsten Schritte. Die zuvor aneinanderstoßenden
Kai.ic π der Tantalverkleidung werden nach oben gebogen; dann erfolgt die stumpfe
Eisenschweißung57. Der Schweißvorgang, der an der Eisengrundlage ausgeführt wird, entspricht der empfohlenen
Praxis des obengenannten Schweißhandbuches. Überschüssiges Schweißmaterial am Grund der
Stahlschweißung wird entfernt, wodurch eine bündige Oberfläche 58 erzielt wird. Schweißverstärkungen auf
der äußeren Seite der Stahlschweißune können auf
die Außenfläche der Stahlgrundlagen-Abschnitte A,
Π zu geglättet werden oder auch nicht. Üblicherweise wird die stumpfe Stahlschweißung mit Röntgenstrahlen
geprüft. Fehlerhafte Zonen werden repariert, bevor der nächste Schritt eingeleitet wird.
Aus Zweckmäßigkeitsgründen und um Schaden an der Tanalverkleidung zu vermeiden, kann es sich
empfehlen, die Kanten der Tantalverkleidung. wie in Fig. 3 gezeigt, nach oben hochzubiegen, bevor die
(Jrund- und Nutflächen der Stahlgrundlage, wie in Fig. 2 gezeigt, herausgearbeitet werden.
In den nächsten Verfahrensschritten, die in Fig. 4 gezeigt sind, wird ein Insert aus Tantallegierung 59
derselben Zusammensetzung wie die Tantal-Verkleidung Sl in die Nut 54 eingebracht, die durch das Ätzen
bzw. Ausarbeiten des Kupfers (bzw. Kupfer und etwas Stahl, je nach der gewünschten Dicke des Tantalinserts
59) entstanden ist. Das in Fig. 4 gezeigte Insert besteht aus Tantal und besitzt dieselbe Dicke wie die
Kupferschicht 52. nämlich im dargestellten Heispiel etwa 0.15 cm.
Als nächstes werden Reinigungslöcher 60 durch die Stahlschweißung 57 und das Tantalinsert 59 hindurchgetrieben.
Hierdurch ergibt sich ein Schutz an der Unterseite der Schweißung, die in der Tantalverkleidung
51 erfolgen soll. Diese Reinigungslöcher werden normalerweise offengelassen, auch nachdem
die geschweißte Wand fertiggestellt ist; sie dienen dann nämlich einem zweiten Zweck: sie werden bei
der Lecksuche im späteren Gebrauch des Ausrüstungsgegenstandes benutzt.
Vor dem Einbringen des Inserts 59 werden alle Verunreinigungen, z. H. Eisenspänc. Öl oder Fett und
anderer Schmutz gründlich aus dem Kanal 54 entfernt, wobei /. H. F.ntfettungsverfahren verwendet werden.
Das Tantalinsert 59 und die Tantalverkleidiing 51 müssen ebenfalls gesäubert und von fremden Verunreinigungen
frei sein. Danach werden die hochgebogenen Kantender Tantalverkleidung 51 auf d;is Insert
59 bündig herahgebogen. wie dies in Fig. 4 nc zeigt
im allgemeinen Argon, gespült. Das inerte Gas kann jedoch auch ein anderes einatomiges Gas bzw. eine
Mischung aus den Gasen Argon, Helium. Neon. Krypton oder Xenon sein.
Wenn möglich, wird die gesamte, zu schweißende Anordnung in eine Kammer gebracht, die evakuiert
wird und dann mit dem inerten Gas erneut gefüllt wird. Alternativ hierzu wird ein Plastikbeutel bzw.
eine Kunststoffolie an der Verkleidung beider Teile A, Π festgeklebt. Ein Schlauch wird in den Beutel
eingepaßt, über den der Beutel aufgeblasen und gespült wird, ebenso wie die zu schweißenden Gel.iete.
Hin zusätzliches Loch im Beutel läßt Restluft entweichen. Der Argonfluß ist kontinuierlich, so daß
verbleibende Verunreinigungen ausgespült werden.
Das inerte Gas sollte auch dazu verwendet werden, die Grundseite der Schweißung in den Tantalsehichten
zu spülen. Der Schweißbrenner wird in ein zusätzliches Loch im Beutel eingeführt und stellt die Schweißung
im TantalmatiTial her. Mit diesem Verfahren
kann eine qualitativ hochwertige, vollständig durchdringende stumpfe Schweißung in der Tantalverkleidiing
hergestellt werden. Bei der Herstellung der Schweißung im Tantal ist es besonders w ichtig sicherzustellen,
daß keine Verunreinigung am Tantalniate· rial vorliegt, und zwar überall in der Nachbarschaft
der Zone die vom Schweißbrenner erhitzt wird.
Dieses Verfahren kann bei Wänden verwendet werden, wo die Tantalschicht metallurgisch an eine
/wischenliegende Kupferschicht gebunden ist. die ihrerseits an die Stahlgrundlage gebunden ist. Die Bindung
kann dabei durch Fxplosionsplattierung oder durch Rollen und andere Verfahren erfolgen. In diesen
Fällen ist es besonders wichtig, daß die !lachen
der Tantalschicht 51. die zuvor in Bindungsbcriihrung mit der Kupferschicht 52 waren, von allen Kupferverunreinigungen
befreit sind, bevor die stumpfe Schweißimg 61 im Tantal, die in Fig. 5 gezeigt ist. angeführt
wird.
Die unter den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführte stumpfe Schweißungöl geschieht dazu.
eine Schutzgasabschirmung ist beim Schweißen von Tantal und Tantallegierungen unerläßlich. Das Tantal
kann chemisch dadurch gereinigt werden, daß es in einer Säurelösung der folgenden Zusammensetzung
behandelt wird:
Salpetersäure [HVr) 3 Volumenteile (60 \ ol.-rr)
Schwefelsäure (95rr) 1 Volumenteil (20 Vol.-rr)
Flußsäure (4Srr) bis zu 1 Volumenteil (bis zu
Flußsäure (4Srr) bis zu 1 Volumenteil (bis zu
20 Vol.-Ή
Nach dem Eintauchen in die Säure sollte das Tantal aus der Säurelösung entfernt und sofort in sauberes
Wasser eingetaucht werden. Die letzte Wasserspülung sollte bei einer Wassertemperatur oberhalb von 50' C
erfolgen. Nach der Wasserspülung sollte das Material in Alkohol gespült werden, worauf eine Abtropftrocknung
erfolgt und der überschüssige Alkohol von der Oberfläche unter Verwendung eines rohbaumwoli-freien.
sauberen weißen Tuches abgewischt wird. Tantalmaterialien können z. B. unter Schutzgas im
Wolframbogen oder mit dem Elektronenstrahl geschweißt werden. Die Schutzgasschweißung im Wolframbogen
(häufig TIG oder GTA-Schweißung genannt) ist das am häufigsten verwendete Verfahren
und wird beim beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet. Das Gebiet der zu schweißenden Tantallegierung
wird evakuiert und mit einem inerten Gas.
verbinden. Diese Schweißung hat eine so weit ruiehende
Grunddurchdringung, daß sie bis zum Insert 59 vordringt. Hierdurch wird eine qualitativ hochwertige
Schvvcißung erzeugt.
Zusätzliches Füllmaterial derselben Zusammensetzung,
wie sie die Verkleidung 51 aufweist, kann bei der Herstellung der Schweißung 61 zugegeben werden.
Danach wird die Tantalschweißung mit Farbstoff und Röntgenstrahlen auf Vorliegen von Defekten untersucht.
Die Untersuchung sollte ergeben, daß die Schweißung sauber und fehlerfrei ist. Falls fehlerhafte
■·-. Gebiete gefunden werden, werden sie repariert und
erneut inspiziert. Hierdurch soll sichergestellt werden, daß in der fertigen Wand nur Schweißungen mit hoher
Güte vorliegen.
Vergleich mit einem bekannten Verfahren
Fig. 6 zeigt eine bekannte Wandverbindung, die nachdem US-Patent 3443306 hergestellt ist. Die fertige
Anordnung umfaßt eine dreifach plattierte, gebundene Wand: Eine Tantalschicht 62 ist an eine zwih-,
schenliegende Kupferschicht 63 gebunden, die ihrerseits mit dem Eisensubstrat 64 verbunden ist. Die
beiden Teile der Wand sind durch eine stumpfe Schweißung 65 in den Stahlteilen miteinander ver-
buntluii.
Ein Füllstück 66 ist in einem Kanal im Tantal sowie in der Kupfersctrcht angebracht. Der Raum zwischen
diesem Füllstück und dem Tantal sowie der Kupferschicht wird mit einer Silber-Lotlegierung 67 ausge- ·
füllt.
Sp't'löcher 68 werden dazu verwendet, die Grundseite
de/Tantalrandseliweißungen /u spülen. Ein aufliegender
Streifen 69 aus Tantal wird durch Randschweißungen 70, 71 mit dem Tantal 62 verbunden, '"
wodurch die Wand fertiggestellt wird.
Diese bekannte Vorrichtung ist auf das besondere Material mit dreifach plattiertem Tantal. Kupfer und
Stahl beschränkt. Die dicken Bereiche im Tantal und in der Kupferschicht sind kritisch.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 6 gezeigten Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die spezielle,
dreifach plattierte Materialkonstruktion beschrankt.
Es kann vielmehr auch bei einer großen Anzahl von Zusammensetzungen unterschiedlicher Ma- :■>
terialien verwendet werden. Es kann sowohl bei gebundenen als auch bei ungebundenen Material-Schichten
eingesetzt werden.
Außerdem ergibt sich eine verhältnismäßig glatte,
fluchtende Oberfläche des Spezialmaterials bzw. der ;.
Verfahrensseite, bei der kein Vorsprung vorliegt, wie dies der Streifen in Fig. 6 darstellt.
Die Schichtdicken der Materialien sind bei der erfindungsgemäßen Wand nicht kritisch, im Gegensatz
/um bekannten Verfahren, wo dies nicht der Fall ist. ;.>
Die Dicke derTantalschicht ergibt sich daraus, welche Korrosionsresistenz und welche Korrosionslebensdauer
des Gegenstandes gewünscht wird.
Die Dicke der zwischenliegenden Kupferschicht hat im wesentlichen keine Bedeutung, da diese aus der r.
zu schweißenden Zone entfernt wird. Die einzige Bedeutung der Dicke der Kupferschicht liegt allenfalls
darin, ob eine Ätzung oder eine maschinelle Bearbeitung erfolgt, um den Raum zum Einsetzen des Tantalinserts
zu schaffen. Hier kann es ausreichen, nur :. die Kupferschicht zu entfernen, oder es wird sowohl
·:. vr c u:-i-· _i- u ... j ι _. i:
UlW l\Upikt3Vllll.lll UU UUWIt WinUJ UWI VJUI UIItWI MVgV ■■
den Eisengrundlage entfernt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die einzelnen Schichten der Wand stumpfgeschweißt, i-,
Stumpfe Schweißungen der Tantalverkleidung ergeben eine sehr viel stabilere Verbindung als die mit
Randschweißungen arbeitende Konstruktion, die in Fig. 6 für den Stand der Technik dargestellt ist. Der
Ermüdungsgrenze bzw. Dauerhaftigkeit einer Rand- vi schweißung liegt nur ca. bei 20% von der einer stumpfen
Schweißung (R. Weck »Avoiding Failures in Welded Construction«, Metals Progress, Band 109,
No. 4, April 1976, S. 24-43). Das erfindungsgemäße Verfahren schafft also Wände mit verbesserter Stabi- ,,
lität und gutem Zusammenhalt in jeder Schicht.
Die Fig. 7 bis 12 zeigen die aufeinanderfolgenden Schritte bei der Herstellung einer weiteren Ausfüh- t.n
rungsform der erfindungsgemäßen Wand.
Fig. 7 zeigt ein Teil C, mit einer Tantallegierungs-Schicht
72, die an eine zwischenliegende Kupferschicht 73 gebunden ist. Diese wiederum ist an das
Stahlsubstrat 74 an beiden Teilen C, D gebunden. »,5
Wie in Fig. 8 gezeigt, werden eine Nutfläche 75, eine Grundfläche 76 und ein Kanal 77 in die beiden
Teile eingearbeitet.
Als nächstes wird, wie in Fig. V gezeigt, ein Insert
78 aus Fanstcel »63« in den Kanal 77 gebracht; es schiebt sich unter die Tantalverkleidung 72, wenn die
beiden Teile zusammengebracht werden.
Diese Ausführungsform der Erfindung wird hauptsächlich
dann angewendet, wenn ein dickeres Insert als in Fig. I verwendet werden soll.
Für Beispiel 2 ist das Insert typischerweise etwa 0,22 bis 0,31 cm dick. Dünnere oder dickere Inserts
können jedoch, falls gewünscht, verwendet werden. Das Insert 78 füllt im wesentlichen den Kanal 77 aus.
In der Zeichnung ist jedoch ein freier Raum um das Insert 78 herum gezeigt; hierdurch soll dargestellt
werden, daß das Insert nicht mit den angrenzenden Flächen verbunden ist.
Alle Vorsichtsmaßnahmen, die bei der Herstellung der Wand getroffen werden, sind in Beispiel 1 bereits
beschrieben.
Fig. K) zeigt den nächsten Schritt in der Folge. Dieser besteht darin, die stumpfe Schweißung 79 auszuführen,
welche die Teile C. D miteinander verbindet. Die Vorbereitungen für die Verbindung und die
Schweißung folgen den Empfehlungen des Handbuches, wie oben bei Beispiel 1 beschrieben. Die
Schweißverstärkung 80 auf der Fläche der Eisenschweißung 79 kann mit der Außenfläche bündig gearbeitet
werden oder auch nicht, wenn die Schweißung fertiggestellt ist.
Der Grund der Eisenschweißung 79 erfolgt direkt
gegen das Tantalinsert 78, welches als Grundlage dient. Da das Tantal einen sehr viel höheren Schmelzpunkt
als Eisen besitzt, erfolgt im wesentlichen keine Legierung zwischen dem Tantal und dem Eisen an
der Grundfläche 81 der Schweißung.
Als nächstes werden, wie in Fig. 11 gezeigt, Spüllöcher
82 durch die Stahlschweißung 79 und das Tantal-Insert
78 gebohrt. Diese Spüllöcher werden dazu verwendet, die Innen- bzw. Grundseite der Schweißung
im Tantal zu spülen. Die Spüllöcher werden normalerweise nach Fertigstellung der geschweißter
Wand offengelassen, da sie dann bei der Lecksuche
ItIl UtUIQUVII VtllVlll crvwt(.Wti ^-.r*ww*x uiwiiw··.
Eine stumpfe Schweißung 83 erfolgt dann, wie in Fig. 12 gezeigt, unter Schutzgas, wie dies beim Beispiel
1 beschrieben ist. Hierbei werden die Tantalschichten 72 der Teile C und D miteinander verbunden,
sowie mit dem Tantalinsert 78 am Grund der Tantalschweißung. Falls dies zur Herstellung dieser
Schweißung erforderlich ist, kann zusätzliches Füllmaterial derselben Zusammensetzung wie die Tantalv»rkleidung
zugegeben werden, um eine saubere und voll durchdringende Schweißung zu erzielen.
Im Vergleich zu der nach dem bekannten Verfahren geschweißten Wand, die in Fig. 6 gezeigt ist, zeigt die
nach Beispiel 2 hergestellte Wand alle Vorteile, die auch die Wand nach dem obigen Beispiel 1 besitzt.
Beim Ausfühningsbeispiel 2 wird zusätzlich das Tantalinsert
78 durch die Stahlschweißung 79, die an der Fläche 81 anliegt, in einer festen Position gehalten;
außerdem durch die Tantalschweißung 83, welche die Tantalverkleidung mit dem Insert verbindet.
Eine Verbesserung, die sowohl bei Beispiel 1 als auch Beispiel 2 verwendet werden kann, besteh» in
der Verwendung einer Wellung 84 in der Tantalverkleidung von einem Teil und einer Wellung 85 in der
Tantalv'crklciclung des anderen Teiles. Die Weitungen
dienen als Bälge während der Expansion und während des Schrumpfens, das bei der Herstellung der Wand
nach den beschriebenen Verfahren auftritt. Sie dienen auch danach noch ah Bälge, welche die Differenz der
thermischen Expansionskoeffizienten zwischen Tan-
10
tal und Eisen kompensieren, wenn das Gerät, welches aus dieser Wand besteht, auf die Verfahrenstemperatur
aufgeheizt bzw. abgekühlt wird.
Fig. 14 zeigt die bevorzugten Abmessungen jeder Wellung bei Verwendung eines Tantalmaterials mit
einer Dicke von ca. 0,075 cm.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zum Verbinden von Wänden aus drei oder mehr metallischen Metallschichten, von
denen eine ein Grundnietall, eine ein Zwischenmetall und eine ein Metall für einen besonderen
Einsatzzweck (Sondermetall) enthält, bei dem
a) die beiden miteinander zu verbindenden Kanten nebeneinander angeordnet werden,
b) die benachbarten Kanten des Grundmaterials miteinander verschweißt werden und
c) Spüllöcher durch die Verschweißung des Grundmetalls gearbeitet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
d) nach dem Schritt a) ein Teil des Zwischenmetalls (52) beider Wände (A, B) im Bereich
der zu verbindenden Kanten über eine kurze Strecke hinweg entfernt wird,
e) ein Insert (59) aus einem Metall, welches mit dem Sondermetall (51) kompatibel ist, in den
Kanal (54), der sich beim Schritt d) bildet, so eingesetzt wird, daß es die benachbarten
Kanten des Sondermetalls (51) und des Grundmetalls (53) überbrückt,
f) bei der Durchführung des Schrittes b) das Insert (59) als Grund der Sc'iweißung benutzt
wird,
g) bei der Durchführung des Schrittes c) die Spüllöcher (68) auch durch das Insert (59)
hindurchgeführt werden,
h) unter ine:'.en Bedingungen die benachbarten
Kanten des Sondermetallc (51) miteinander
und mi* dem Insert (59) verschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Wellung (84) in der Nähe und parallel zu den benachbarten Kanten der Sondermetallschic'.it
(72) beider miteinander zu verbindender Wände (C", D) gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (54), in welchen das
Insert (59) eingebracht wird, sich vollständig durch das Zwischenmetall (52) hindurcherstreckt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (54), in den das In-
»ert (59) eingebracht wird, sich vollständig durch das Zwischenmetall (52) hindurch und über eine
gewisse Entfernung auch in das Grundmetall (53) erstreckt.
5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmetall (53) ein auf
Eisen, Nickel, Kobalt oder Kupfer aufbauendes Material, als Zwischenmetall (52) Kupfer und als
Sondermctall (51) Titan, Zirkonium. Hafnium, Tantal, Columbium oder Vanadium oder eine Legierung
dieser Metalle verwendet werden.
(i Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Zwischenmetall (52) ein Werkstoff mit einem Schmelzpunkt, der niedriger
ist als derjenige des Grundmetalls (53) und derjenige des Sondermetalls (51) verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmetall (53) eine auf
Eisen aufbauende Legierung, als Zwischenmetall (52) Kupfer und als Sondermetall (51) ein auf
Tantal aufbauendes Metall verwendet werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Wänden aus drei oder mehr metallischen Materialschichten
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Insbesondere für die Ausführung chemischer Verfahren sind Ausrüstungsgegensiände bekannt, bei denen
eine Oberflächenschicht aus einem Sondermetall bzw. eine Speziallegierung, z. B. mit hoher Korrosionsresistenz,
zusammen mit einer Basis aus einem gewöhnlichen Metall verwendet wird, an weiche das
Sondermetall metallurgisch gebunden ist. Die Verwendung solcher Verkleidungen aus Sondermetall
bzw. Speziallegierung auf gewöhnlicheren Metallgrundlagen ist also bekannt. Die Verfahren zur Herstellung
dieser Ausrüstungsgegenstände sind jedoch problematisch, insbesondere, was die Verbindungen
angeht, wenn das Verkleidungsmaterial nicht metallurgisch mit dem Grundmaterial kompatibel ist. Zur
Definition des Ausdrucks »nicht metallurgisch kompatibel« sei der Fall einer Tantalverkleidung auf einer
Grundschicht aus Schmiedeeisen betrachtet.
Die Schmelzpunkte dieser Stoffe unterscheiden sich erheblich. Tantal schmilzt bei ca 3000° C; Schmiedeeisenschmilzt
bei ca. 1500° C. Schmiedeeisen hat einen thermischen Expansionskoeffizienten, der ungefähr
doppelt so groß wie derjenige von Eisen ist. Tantal und Eisen bilden keine duktilen Legierungen
(das Tantal-Eisen-Phasendiagramm enthält die intermetallische Verbindung TaFe, und Eutektika - vgl.
Fig. 11, Seite 461 des Buches »Columbium and Tantalum«,
F. T. Sisco und E. Epremian, John Wiley and Sons, Inc., 1963). Ein Verfahren der im Oberbegriff
des Hauptanspruchs genannten Art ist in der US-PS 3443306 beschrieben. Zur Bewältigung der
metallurgischen Inkompatibilität wird hier eine Kupferschicht benutzt, die ca. 0,15 cm dick ist und zwischen
der Tantalschicht und der Eisengrundlage liegt. Bei diesem Schweißverfahren ist die Dicke der Kupferschicht
kritisch. Die Technik läßt sich nur für eine besondere, dreifach plattierte Bauwüie verwenden,
bei der Kupferzwischenschicht einstückig sowohl mit dem Eisensubstrat als auch mit der äußeren Tantalschicht
verbunden ist. Die sich ergebende Schweißverbindungenthält
einen nach außen vorspringenden Streifen aus Tantal, der durch Randschweißung an der
darunterliegenden ! antalverkleidung angebracht ist. Die Ranschweißungen an den Rändern des vorspringenden
Streifens können nicht ohne weiteres mit Röntgenstrahlen auf Qualität kontrolliert werden.
Daher werden Seifentests, Helium-Lecktests mit Massenspektrometern oder Farbtests zur Überprüfung
der Schweißqualitet verwendet.
A ufgabc der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zur Verbindung von Wänden der genannten Art anzugeben, das variabel und einfach durchzuführen
ist
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäßc Herstellungsverfahren kann bei einer außerordentlich großen Zahl verschiedener
Metallkombinationen verwendet werden. Solche Kombinationen sind z. B. Tantal, Columbium, Vanadium,
Titan, Zirkon, Hafnium oder deren Legierungen als Verkleidung auf Schmiedeeisen-Substraten;
Tantel oder Columbium-Verkleidungen auf Kupferlegierungen ,Tantal plus Kupferschicht auf Schmiede-
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782805686 DE2805686C3 (de) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | Verfahren zum Verbinden von Wänden aus drei oder mehrmetallischen Materialschichten |
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Publications (3)
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DE2805686A1 DE2805686A1 (de) | 1979-08-23 |
DE2805686B2 DE2805686B2 (de) | 1980-07-10 |
DE2805686C3 true DE2805686C3 (de) | 1981-06-04 |
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ID=6031640
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19782805686 Expired DE2805686C3 (de) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | Verfahren zum Verbinden von Wänden aus drei oder mehrmetallischen Materialschichten |
Country Status (1)
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DE (1) | DE2805686C3 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2470654A1 (fr) * | 1979-11-30 | 1981-06-12 | Creusot Loire | Procede de realisation d'un assemblage de toles plaquees et jonction d'assemblage en resultant |
-
1978
- 1978-02-10 DE DE19782805686 patent/DE2805686C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2805686A1 (de) | 1979-08-23 |
DE2805686B2 (de) | 1980-07-10 |
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