DE2929832A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden von rohren durch reibungsschweissen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum verbinden von rohren durch reibungsschweissenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden eines Rohres aus einem Metall,
das einen verhältnismäßig geringen Formänderungswiderstand aufweist, ζ. B. Aluminium, und eines Rohres, das aus
einem Metall besteht, das einen verhältnismäßig großen Formänderungswiderstand aufweist, ζ. Β. Kupfer, durch
Reibungsschweißen.
Verschiedene Schweißverfahren lassen sich zur Herstellung einer Schweißverbindung von dünnwandigen Rohren einer Wanddicke von 5 mm oder weniger verwenden, wie z. B. das
autogene Schweißen, Widerstandsschweißen einschließlich Brennschweißen, Stumpfschweißen und Abbrennschweißen,
Hartlöten, Löten usw.. Insbesondere werden das Abbrennschweißen und das MDoffisopm"-Verbinden üblicherweise
zum Verbinden zweier Metalle angewendet, die eine geringe
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Verschweißbarkeit miteinander aufweisen. Diese Verfahren leiden jedoch an niedrigen Produktionseigenschaften.
Ein Schweißverfahren, das üblicherweise als Reibungsschweißen bezeichnet wird, liefert ein wirksames und schnelles
Verbinden zweier Rohre. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht geeignet zum Verbinden dünnwandiger Rohre anwenden,
die Wanddicken von 5 mm oder weniger bzw. geringe Außendurchmesser, z. B. 2O mm oder weniger, aufweisen, weil
solche Rohre gewöhnlich einen niedrigen Formänderungswiderstand aufweisen, so daß sie leicht aufgebaucht
oder geknickt werden oder zu einer axialen Fehlausrichtung
während des Reibungsschweißens führen.
Wenn nämlich ein dünnwandiges Aluminiumrohr 2 mit einem geringen Formänderungswiderstand durch Reibungsschweißen
mit einem dünnwandigen Kupferrohr 1 verbunden wird, wird das Aluminiumrohr 2 bucklig, wie in Fig. 1a dargestellt
ist, oder zum Kupferrohr 1 axial fehlausgerichtet, wie in Fig. 1b dargestellt ist, so daß die Qualität der
Schweißverbindung beeinträchtigt wird. Es kann leicht vorkommen, daß das dünnwandige Aluminiumrohr 2, das
einen niedrigen Formänderungswiderstand hat, durch eine verhältnismäßig niedrige Preßkraft unzulässig
verformt wird, wie in Fig. 1c dargestellt ist, so daß man den zum Schweißen erforderlichen Temperaturanstieg nicht
erreichen kann. Dabei ist es nicht möglich, eine gute Schweißung zu erhalten.
Aus diesen Gründen muß das Verschweißen von dünnwandigen und geringe Durchmesser aufweisenden Rohren nach den
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erwähnten verschiedenen Schweißverfahren zu Lasten eines niedrigen Wirkungsgrades der Schweißarbeit statt durch
Reibungsschweißen, das einen wirksamen und raschen Schweißvorgang ermöglicht, durchgeführt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die es
ermöglichen, ein dünnwandiges Rohr aus einem Metall mit einem verhältnismäßig niedrigen Formänderungswiderstand,
z. B. Aluminium, mit einem dünnwandigen Rohr eines verhältnismäßig hohen Formänderungswiderstands, z. B.
Kupfer oder Eisen, durch Reibungsschweißen, das herkömmlich für diesen Verwendungszweck nicht eingesetzt werden kann,
bei hoher Schweißfestigkeit und mit einem minimalen Ausmaß x) zu verbinden, um soweit wie möglich das nachträgliche
Ausdrehen der Innenoberfläche zur Entfernung des Grats zu erübrigen.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zum Verbinden eines
Aluminiumrohres und eines Kupferrohres durch Reibungsverschweißen untereinander, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
:
Herstellung eines Ringes aus wärmeisolierendem Material mit einer Bohrung, die einen geraden Abschnitt eines
geringeren Durchmessers als der Summe des Außendurchmessers des Kupferrohres und der doppelten Wanddicke des Aluminiumrohres und einen daran stetig anschließenden
abgeschrägten Abschnitt mit einem allmählich abnehmenden Durchmesser aufweist;
+)an innerem Grat
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Einführung des Endes des Aluminiumrohres in die Bohrung und Halterung des Aluminiumrohres durch den Ring;
Drehung des Kupferrohres mit einer abgeschrägten Umfangsendfläche und Drücken des drehenden Kupferrohres (1)
gegen das Ende des Aluminiumrohres unter Aufweitung des Aluminiumrohres und Bewirkung eines Walzens am
Aluminiumrohr durch den geraden Abschnitt des Ringes zwecks Überlagerung des geraden Teils des Kupferrohres
durch das Aluminiumrohr in engem Kontakt mit diesem geraden Teil und gleichzeitig Reibungsverschweißung der
abgeschrägten Umfangsendfläche des Kupferrohres mit dem entsprechenden Teil des Aluminiumrohres bei Gegenhalterung
des Aluminiumrohres durch den abgeschrägten Abschnitt der Bohrung des Ringes.
Erfindungsgemäß hat also das eine der zu verschweißenden Rohre, das aus einem relativ harten Metall, wie z. B.
Kupfer oder Eisen, besteht und einen verhältnismäßig hohen Formänderungswiderstand aufweist, eine abgeschrägte
Umfangsflache an seinem einen Ende. Das Rohr aus dem
härteren Metall wird von einem Spannfutter eingeklemmt, das man mit hoher Drehzahl drehen läßt.
Andererseits wird das andere zu verschweißende Rohr, das aus einem verhältnismäßig weichen Material, wie z. B.
Aluminium,besteht und einen verhältnismäßig geringen Formänderungswiderstand
aufweist, in eine Bohrung eines Ringes eingesetzt ,der aus wärmeisolierendem Material besteht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der innere Durchmesser der Bohrung des geraden Abschnitts der Bohrung
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des Ringes im Bereich zwischen (dß + t ) und (d + 1,6 t
gewählt wird, worin dR und tA den äußeren Durchmesser
des härteren Rohres bzw. die Wanddicke des weicheren Rohres bedeuten, und daß die abgeschrägte Oberfläche des
Ringes zur Horizontalen einen Winkel bildet, der in den Bereich zwischen 8 und 3O° fällt.
Zum Verschweißen wird das weiche Rohr dann gegen das abgeschrägte Ende des härteren Rohres gedrückt, während
das letztere gedreht wird. Als Ergebnis wird das abgeschrägte Ende des härteren Rohres in das weiche Rohr getrieben,
so daß das letztere aufgeweitet und gleichzeitig vom geraden Abschnitt der Bohrung unter Wärmeerzeugung und
damit Vorheizung des Verbindungsbereichs "gebügelt" oder gewalzt wird. Dann wird das weiche Rohr zwischen dem
abgeschrägten Ende des härteren Rohres und dem abgeschrägten Abschnitt des Ringes so gepreßt, daß das abgeschrägte Ende
des härteren Rohres mit dem entsprechenden Teil des weichen Rohres reibungsverschweißt wird, während das letztere durch
den abgeshrägten Abschnitt der Bohrung abgestützt wird.
Schließlich wird das rotierende Rohr abrupt angehalten, und die reibungsgeschweißte Verbindung wird aus dem wärmeisolierenden
Ring herausbewegt und durch die Umgebungsluft abgekühlt, so daß das Reibungsschweißen vervollständigt
wird.
Wie oben erläutert, hat erfindungsgemäß das harte Rohr
eine abgeschrägte Endfläche, mit der es in das weiche Rohr zwecks dessen Aufweitung eingetrieben wird. Dadurch ist es
möglich, die Rohre während des Reibungsschweißens in
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gegenseitiger axialer Ausrichtung zu halten.
Außerdem wird ein Ring mit einer höheren Festigkeit als der wenigstens des weichen Rohres und mit einer abgeschrägten
Bohrung verwendet, um es zu ermöglichen, eine erhebliche axiale Druckkraft auf die Verbindungsflächen einwirken zu lassen.
Weiter besteht, um einen raschen Temperaturanstieg an den Verbindungsflächen zu erreichen, der Ring aus einem
wärmeisolierenden Material.
Auch erhält man, da die Endfläche des härteren Rohres abgeschrägt ist, eine große Verbindungsfläche, die etwa .
dreimal so groß wie die ursprüngliche Verbindungsfläche ist,
so daß es möglich ist, dünnwandige Rohre zu verbinden, die an sich kleine Verbindungsflächen aufweisen.
Der gerade Abschnitt der Bohrung des Wärmeisolierenden Ringes, der einen geringeren Durchmesser als die Summe (d_ +2t.)
des Außendurchmessers dß des härteren Rohres und der zweifachen Wanddicke t des weichen Rohres aufweist, liefert
geeignet einen Walzeffekt von etwa 20 % der Wanddicke am weichen Rohr. Die während dieses Walzens erzeugte Wärme
heizt wirksam die Verbindungsflächen vor, was seinerseits
einen Temperaturanstieg in einer kurzen Zeitdauer liefert, wenn die abgeschrägten Flächen miteinander reibungsverschweißt
werden.
Außerdem schließt die Erfindung verschiedene Fehler, wie z. B. eine unerwünschte Verdünnung des abgeschrägten Teils
des verschweißten weichen Rohres, einen Verschluß des Rohres
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infolge eines zu weiten Eindringens des härteren Rohres in das weiche Rohr usw. aus. Auch sichert die Erfindung
eine größere Festigkeit der Schweißverbindung aufgrund der Anwesenheit des geraden Abschnitts.
Außer dem bereits zitierten Verfahren ist Gegenstand der Erfindung die im Patentanspruch 3 gekennzeichnete
und in den Patentansprüchen 4 bis 8 weiter ausgestaltete Vorrichtung.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin
zeigen:
Fig. 1a, 1b und 1c die schon erläuterten verschiedenen
Erscheinungen, die man beobachtet, wenn ein Aluminiumrohr mit einem Kupferrohr nach einem
herkömmlichen Reibungsschweißverfahren verbunden wird;
Fig. 2 einen schematischen Grundriß einer Reibungsschweißvorrichtung
mit einem Aufbau gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung;
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Rohrhalters der in Fig. 2jHargesteilten Vorrichtung,
der zum Halten des stationären der beiden zu verschweißenden Rohre eingerichtet ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Endes des drehbaren der zu verschweißenden Rohre;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines wärmeisolierenden Ringes;
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Fig. 6 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Zustandes, in dem das zu verschweißende
stationäre Rohr durch das zu verschweißende drehbare Rohr innerhalb des wärmeisolierenden
Ringes allmählich gewalzt und aufgeweitet wird; und
Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Reibungsschweißverfahren
hergestellten Rohrverbindung.
Fig. 2 zeigt, wie angegeben, einen Grundriß einer nach einer Ausführungsart der Erfindung aufgebauten Reibungsschweißvorrichtung.
Die Vorrichtung hat einen allgemein mit 40 bezeichneten drehbaren Teil und einen allgemein mit
50 bezeichneten stationären Teil. Zunächst soll der drehbare Teil 40 beschrieben werden.
Man erkennt ein zu verschweißendes Rohr 1 aus einem verhältnismäßig harten Metall, das in diesem Fall Kupfer
ist. Das Rohr 1 hat ein Ende mit einer unter einem Winkel oC
zur Achse des Rohres 1 abgeschrägten ümfangsfläche, wie
in Fig. 4 gezeigt ist. Dank der Vorsehung der abgeschrägten Endfläche ist es möglich, das drehbare Rohr 1 glatt und
stoßfrei In ein nachher erwähntes stationäres Rohr 2 einzuführen, auch wenn diese Rohre gleiche Durchmesser
aufweisen, so daß die unerwünschte axiale Fehlausrichtung dieser Rohre geeignet vermieden wird. Eine nähere Beschreibung
dieses vorteilhaften Merkmals wird später gegeben.
Ein zum Erfassen und Halten des Kupferrohres 1 geeignetes Bohrfutter 3 wird auf seiner Welle 5 durch ein Trag lager
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gehalten. Man erkennt weiter eine Ausrückkupplung /Brems-Einheit 6, die mit der Welle 5 über eine Kupplung 7
verbunden ist. Die Ausrückkupplung/Brems-Einheit 6 hat
eine daran angebrachte Riemenscheibe 8. Es ist weiter ein Motor 9 mit einem fest daran angebrachten Untersetzungsgetriebe
10 dargestellt. Ein V-Riemen ist zwischen der erwähnten Riemenscheibe 8 und einer an der Motorwelle
angebrachten Riemenscheibe 11 gespannt.
Im Rahmendes stationären Teils 50 ist das zu verschweißende, bereits erwähnte stationäre Rohr 2 zur
Halterung durch einen Rohrhalter 13 eingerichtet. Der Rohrhalter 13 wird unter besonderer Bezugnahme auf Fig.
später beschrieben. Der Rohrhalter 13 ist zum Klemmen mittels eines Vorderendfutters 14 geeignet, das zur Befestigung
mittels eines Futterhalters 15 eingerichtet ist. Der Futterhalter 15 ist an seiner Unterseite mit zwei (nicht
dargestellten) Lagern versehen, die zum gleitenden Aufliegen auf den Schienen 16, 17 eingerichtet sind, so daß der
Futterhalter 15, in Fig. 2 gesehen, nach links und rechts
beweglich ist.
Ein pneumaticher Zylinder 18 weist eine Kolbenstange
auf, die am Futterhalter 15 befestigt ist.
Gemäß Fig. 3, die die Einzelheiteiäes Rohrhalters 13
zeigt, hat das zu verschweißende, bereits erwähnte stationäre Rohr 2 den gleichen Außendurchmesser wie das
drehbare Rohr 1 und besteht aus einem weichen Metall,
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das in diesem Fall Aluminium ist. Ein aus einem wärmeisolierenden Material hergestellter Ring 20 ist zum
Paßsitz um das Ende des Rohres 2 eingerichtet und mit einer abgeschrägten inneren Oberfläche versehen, wie Fig.5
zeigt. Die Abmessung des größeren Innendurchmessers d.. des Ringes 20 ist so gewählt, daß ein Auswalzen von
20 bis 50 % der Wanddicke t des Rohres 2 am letzteren bewiekt wird, wenn das Rohr 2 durch das Rohr 1 aufgeweitet wird.
So wird die Abmessung d. durch die folgende Gleichung wiedergegeben.
d1 = dß + (O;5 bis 0,8) χ 2 tA = dß + 1 bis 1,6)x tA
Auch wird die Abmessung des kleineren Durchmessers d„ der Bohrung des Ringes 20 so gewählt, daß er im wesentlichen
gleich dem Außendurchmesser d des Rohres 2 ist, um das Einschieben des letzteren zu ermöglichen. Und zwar
wird die Abmessung d~ so gewählt, daß sie der Gleichung genügt:
d2 = dA + 0,05
Da durch die Walzkraft am geraden Abschnitt ein Vorheizeffekt geliefert wird, ist es möglich, eine gute Schweißung
zu erhalten, ohne den Kontaktdruck an den Verbindungsflächen in der zur Oberfläche senkrechten Richung wesentlich zu steigern.
Außerdem wird erfindungsgemäß die Bindefestigkeit durch eine Vergrößerung der Verbindungsfläche gesteigert. Hierfür
wird der Winkel ß der Abschrägung<3er Bohrung des Ringes
zur Ringachse vorzugsweise so gewählt, daß er in den Bereich z_wischen 8 und 3O° fällt. So wird der Winkel ß
in Beziehung zum Abschrägungswinkelc' des Rohres 1 gewählt,
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um der folgenden Gleichung zu genügen:
£ * β ^ 30°
Das Material des Ringes 20 muß eine ausreichend hohe Wärmeisoliereigenschaft und eine hölfre Festigkeit als die
von Kupfer aufweisen. Beispielsweise kann Asbest-"hemit",
das im Handel zu verhältnismäßig niedrigen Kosten erhältlich ist, als Material für den Ring 20 verwendet werden. Jedoch
werden vorzugsweise keramische Stoffe als Material des Ringes 20 verwendet, obwohl sie teurer sind.
Man erkennt in Fig. 3 ein Doppelkonusfutter 21, das
zum Paßsitz um das Rohr 2 aneignet ist. Weiter sind eine Spanneinrichtung 22 zum Festziehen des Futters 21 und eine
Spanneinrichtung 23 zur Gegenhaiterung des Futters 21 dargestellt.
Zur Befestigung des Rohres 2 wird dieses in das Futter 21 eingeführt, und die Spanneinrichtung 22
wird gegen die spanneinrichtung 23 festgezogen.
Als Ergebnis wird die (nicht dargestellte) Spalte oder Kerbung des Futters 21 verengt, so daß das Futter 21
das Rohr 2 festklemmt. Der wärmeisolierende Ring 20 wird eingesetzt und festgelegt, wenn ein Ringhalter 25
festgezogen wird.
Der drehbare Teil 40 und der stationäre Teil 50 der Vorrichtung sind so eingerichtet und angeordnet, daß
die Rohre 1 und 2 zueinander axial ausgerichtet werden. Es ist auch wesentlich, daß, wenn Rohre aus unterschiedlichem
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Material mit verschiedenen Formänderungswiderständen verschweißt werden, das Rohr mit dem niedrigeren Formänderungswiderstand
an der stationären Seite der Vorrichtung angebracht wird. Um beispielsweise ein Aluminiumrohr und
ein Kupferrohr miteinander zu verbinden, werden das Kupferrohr und das Aluminiumrohr am drehbaren bzw. am
stationären Teil angebracht.
Im Betrieb wird, wenn der Motor 9 in Gang gesetzt wird,
das Drehmoment des Motors 9 durch das Untersetzungsgetriebe 10, die Riemenscheibe 11 und den V-Riemen 12 auf die Riemenscheibe
8 und weiter durch die Ausrückkupplung/ Brems-Einheit und die Welle 5 auf das Bohrfutter 3 übertragen, so daß
das Rohr 1 in Drehung versetzt wird. Inzwischen wird, wenn Druckluft von einer (nicht dargestellten) Druckquelle dem
pneumatischen Zylinder 18 zugeführt wird, die Kolbenstange ausgefahren, um den Futterhalter 15 längs der Schienen 16,
zu bewegen und dadurch das am Rohrhalter 13 angebrachte Rohr gegen das Rohr 1 auf der drehenden Seite der Vorrichtung
zu drücken.
Da die Umfangsflache des Endes des Rohres 1, wie erwähnt,
abgeschrägt ist, wird das Rohr 1 in das Rohr 2 getrieben, obwohl sie einen gleichen Außendurchmesser aufweisen. In
diesem Zustand wird das Rohr 2 aufgeweitet, wobei es zwischen den abgeschrägten Oberflächen des Rohres 1 und des
wärmeisolierenden Ringes 20 eingefaßt ist. Während dieses Vorganges wird das Rohr 2 durch den geraden Abschnitt der
inneren Bohrung d.. des wärmeisolierenden Ringes 20 und
auch durch das Rohr 1 unter Wärmeerzeugung gewalzt und gestreckt. Diese Wärme wird nicht nach außen abgestrahlt,
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da der Ring 20 aus dem wärmeisolierenden Material besteht,
und so wirksam zur Vorheizung der Rohre ausgenutzt. Demgemäß wird ein abrupter Temperaturanstieg verursacht, wenn die
abgeschrägten Flächen in gegenseitigen Reibungseingriff
kommen, und die Grenzflächen werden in einer kurzen Zeitdauer geschmolzen. In diesem Stadium wird die Ausrückkupplung/Brems-Einheit
betätigt, um plötzlich die Drehung des Rohres 1 zu beenden, und bei Aufrechterhaltung des
Kontaktdrucks wird die Doppelkonusfutter-Spanneinrichtung 22 gelöst. Dann wird der wärmeisolierende Ring 20, in Fig. 2
gesehen, nach rechts bewegt, um eine Abkühlung der Verbindungsfläche durch die Umgebungsluft zu ermöglichen und
dadurch die Verschweißung der Rohre 1 und 2 miteinander zu vollenden.
Fig. 7 zeigt schematisch im Schnitt die Schweißverbindung, wie sie nach der oben erläuterten Arbeitsweise der
Reibungsschweißvorrichtung gemäß der Erfindung erhalten wird, wobei eine Schmelzschicht mit 26 bezeichnet ist.
Zwei Beispiele einer Reibungsschweißung der dünnwandigen
Rohre aus Kupfer und Aluminium, wie sie mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung erhalten wurden, werden im folgenden
gegeben.
Die Tabelle 1 zeigt die Hauptdaten für die Reibungsschweißungen. In jedem Fall wurden zwei Rohre 4/s reibungsverschweißt,
und die Luftabkühlperiode nach dem Anhalten des drehbaren Rohres (Kupferrohres) war 5Js.
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φ | Pl | 0) | O H- |
CT | H- | • | H 3 |
Ver | « | Tabelle 1 Hauptdaten für die | Drehendes | Abmessung | Re ibungs s chwe i ßung | Druckbelastung | I | |
Ο> | σ | Ω | Φ | N | φ | such | Rohr | des Ringes | des stehenden | |||||||
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3 |
φ Η" H* |
3" | W | ί | O | No. | Abschrä- | ä- d0 ß 1 | Rohres P | |||||||
Φ | Φ H- |
H- Φ |
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OB | I | O 3* |
gungswinkel | [siehe Pig· | Preßaeschwindia- keit V |
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φ | H- CB |
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H- | rf | •i er μ» |
Ω | 1 | η | H* | Abmessung des | (I2 -~8,0 5 mm Φ | Drehzahl | P — 230 A:y | ||||||
3 | 3 | 3« | φ | Η· | . 1 | Rohres | Ot-IO6 | β -20β | des Rohres | V «= 4 inm/n | ||||||
Φ | Φ | α | Pl Hi |
φ | H | € | L =5mm | ro | ||||||||
C | rt Φ |
H | ro | |||||||||||||
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H- | 0) Φ |
der | Ο· | Ml H- Φ |
Außendurchmesser | cd, --^7,3 in m^ | 3*000 U/min | OO | |||||||
Φ | 3" | 3 | ω | «α φ |
0. I » |
Φ | 2 | 8 mm Wanddicke 1 mm |
(Ϊ --= 10° | d, -.6,41,11..* | Aluminium: | P ■■» 230 kg | CO | |||
H- O φ |
tile: | η | ο | H | Φ α |
H- | Aluminium: ebenso | β -20° L ~ 5 m in |
Stationär | V - 4.nm/. | ||||||
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α | ten | Φ 3 |
3 | Ω | Kupfer: | Kupfer: | |||||||
Λ σ |
H- | φ 11 |
φ | bei< | Φ | Außendurchmesser 6,35 mm |
3,000 U/min | |||||||||
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H- ■ | Wanddicke 0,8 mm Aluminium: ebenso |
Aluminium: Stationär |
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Tabelle 2 Eigenschaften der Rohrschweißverbindung
Ver such No.- |
Zug festig keit |
Bruch punkt Alumiriura- matrix |
Druckfestigkeit (400 N/cm^n. Kein Leck |
Maximaldicke der geschmolzenen Ver bindung etwa 8 .um |
1 | 200C N | Alumirtuin- malrix |
Kein Leck | etwa 10 ,um |
2 | 16OON |
Besonders, da der Vorheizeffekt durch ein am Aluminiumrohr mittels des geraden Teils bewirktes Walzen erhalten
wird, ist es möglich, die Temperatur an den abgeschrägten Verbindungsflächen abrupt zu steigern. Als Ergebnis ist
es möglich, eine gute Verschweißung in einer, Reibungszeit zu erhalten, die so kurz wie 2 bis φ ist, wie angegeben
wurde. Auch wird die unerwünschte »Verdünnung des in Fig. 7
mit 27 bezeichneten abgeschrägten Tellsn die die Form und die Eigenschaften der Schweißverbindung beeinträchtigt,
ziemlich vermieden. Weiter wird die Einführungstiefe des Kupferrohres in das Aluminiumrohr sehr gering gehalten,
um den Durchmesser di auf einem Niveau von di > 0,7 do
zu halten und dadurch die Notwendigkeit eines anschließenden Ausdrehens der inneren Umfangsflache der Schweißverbindung
zu erübrigen.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das stationäre
Rohr in Druckkontakt mit dem drehenden Rohr bewegt.
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Dies ist jedoch nicht ausschließlich erforderlich, und die Anordnung kann derart sein, daß das drehende Rohr gegen
das stationäre Rohr bewegt und gedrückt wird.
Es ist auch möglich, das Reibungsschweißen durch Rotieren des Rohres mit hoher Geschwindigkeit vorzunehmen, um
das der wärmeisolierende Ring angebracht ist, während* das abgeschrägte Rohr stationär gehalten wird.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, bietet die Erfindung folgende Vorteile.
Herkömmlich war es unmöglich, durch Reibun gsschweißung
zwei Rohre zu verbinden, die sich aufgrund geringer Dicke oder Durchmesser leicht verformen, besonders wenn diese
Rohre aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die eine schlechte gegenseitige Verschweißbarkeit zeigen,
z. B. ein Kupferrohr und ein Aluminiumrohr. Dagegen ist es erfindungsgemäß möglich, diese Rohre durch Reibungsschweißen
in sehr kurzer Zeit zu verbinden, die einschließlich der Reibungszeit und der Abkühlungszeit 1cfe oder kürzer ist.
Es ist auch festzustellen, daß der Betrag des Vorragens des Schweißteils an der Innenumfangsflache der Schweißverbindung
verringert ist und die Notwendigkeit des nachfolgenden Ausdrehens der Innenumfangsfläche der Schweißverbindung erübrigt,
was seinerseits sehr zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Verfahrens beiträgt.
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Claims (8)
- Ansprüche1t Verfahren zum Verbinden eines Aluminiumrohres und eines Kupferrohres durch Reibungsverschweißen untereinander, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:Herstellung eines Ringes (20) aus wärmeisolierendem Material mit einer Bohrung, die einen geraden Abschnitt eines geringeren Durchmessers (d..) als der Summe des Außendurchmessers (d_) des Kupferrohres (1) und der doppelten Wanddicke (t ) des Aluminiumrohres (2) und einen daran stetig anschließenden abgeschrägten Abschnitt mit einem allmählich abnehmenden Durchmesser aufweist;Einführung des Endes des Aluminiumrohres (2) in die Bohrung und Halterung des Aluminiumrohres (2) durch den Ring (20);Drehung des Kupferrohres (1) mit einer abgeschrägten Umfangsendfläche und Drücken des drehenden Kupferrohres (1) gegen das Ende des Aluminiumrohres (2) unter Aufweitung des Aluminiumrohres (2) und Bewirkung eines Walzens am Aluminiumrohr (2) durch den geraden Abschnitt des Ringes (20) zwecks überlagerung des geraden Teils des Kupferrohres (1) durch das Aluminiumrohr (2) in engem Kontakt mit diesem geraden Teil und gleichzeitig Reibungsverschweißung der abgeschrägten Umfangsendfläche des Kupferrohres (1) mit dem entsprechenden Teil des Aluminiumrohres (2) bei Gegenhalterung des Aluminiumrohres (2) durch den abgeschrägten Abschnitt der Bohrung des Ringes (20).81-(A4OO8-O2)TF030008/0662
- 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,daß der innere Durchmesser (d.) der Bohrung des geraden Abschnitts der Bohrung des Ringes (20) im Bereich zwischen (d_ + tA) und (d_. + 1,6 tÄ) gewählt wird, worin dD und tL den äußeren Durchmesser des Kupferrohres (1) bzw. die Wanddicke des Aluminiumrohres (2) bedeuten, und daß die abgeschrägte Oberfläche des Ringes (20) zur Horizontalen einen Winkel (ß) bildet, der in den Bereich zwischen8 und 30° fällt.
- 3. Vorrichtung zum Verbinden zweier Rohre durch Reibungsschweißung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:(a) eine Drehantriebsquelle (9);(b) ein erstes drehbares Futter (3), das funktionsmäßig mit der Drehantriebsquelle(9) verbunden ist und das erste Rohr (1) hält;(c) ein zweites Futter (14), das zum derartigen Halten eines zweiten Rohres (2) geeignet ist, daß das erste Rohr (1) und das zweite Rohr (2) an ihren Enden einander in axialer Ausrichtung gegenüberstehen;(d) einen Ring (20), der eine Bohrung aufweist, die zum Passen um das erste Rohr (1) oder das zweite Rohr (2) im Kontakt mit dem letzteren geeignet ist, und einheitlich an dem ersten Futter (3) oder dem zweiten Futter (14) befestigt ist; und(e) Mittel (15 - 19) zur Bewegung eines der beiden ν Futter (3, 14) relativ zum anderen und zum Bringen der Rohre (1, 2) in Druck- und Reibungskontakt an ihren gegenüberstehenden Enden.030008/0682
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des Ringes (20) einen abgeschrägten Abschnitt aufweist und daß die Umfangsflache desEndes des ersten Rohres (1) oder des zweiten Rohres (2), das dem abgeschrägten Abschnitt der Bohrung gegenübersteht, entsprechend abgeschrägt ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des Ringes (20) einen geraden Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser (d..) geringer als die Summe des Außendurchmessers (d_ bzw. dft) des ersten Rohres (1) oder des zweiten Rohres (2) und der doppelten Wanddicke (tft) des zweiten Rohres (2) oder des ersten Rohres (1) ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (20) aus wärmeisolierendem Material, wie z. B. Asbestschaum oder Keramik, besteht.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Ausrückkupplung (6) aufweist, die zwischen der Drehantriebsquelle (9) und dem ersten Futter (3) eingeschaltet ist und sich zum abrupten Anhalten der Drehung des ersten Futters (3) eignet.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Futter (14) zum Stationärhalten eingerichtet ist.030008/0682
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3514454A1 (de) * | 1985-04-22 | 1986-10-23 | Latvijskij gosudarstvennyj universitet imeni Petra Stučki, Riga | Verfahren zum kaltpressschweissen |
Families Citing this family (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58175894U (ja) * | 1982-05-17 | 1983-11-24 | 荏原インフイルコ株式会社 | スクリユ−プレス型脱水機 |
US4523968A (en) * | 1983-09-19 | 1985-06-18 | Sherwood Medical Company | Tube and fitting assembly and method of making same |
US4784409A (en) * | 1985-01-02 | 1988-11-15 | Piechowiak James T | Polybutylene plumbing fittings and method and apparatus for assembly thereof |
DE3834080A1 (de) * | 1988-10-04 | 1990-04-05 | Mannesmann Ag | Verfahren zur befestigung eines im wesentlichen scheibenfoermigen, rotationssymmetrischen metallischen formkoerpers auf einer metallischen welle |
US5052427A (en) * | 1990-06-14 | 1991-10-01 | Spinsafe, Inc. | Method and apparatus to facilitate the injection of sealant into a pressurized fluid member |
US5062439A (en) * | 1990-06-14 | 1991-11-05 | Spinsafe, Inc. | Method and apparatus to facilitate the injection of sealant into a pressurized fluid member |
GB9605054D0 (en) * | 1996-03-09 | 1996-05-08 | Stolt Comex Seaway Ltd | A method of friction welding |
SE508970C2 (sv) * | 1996-03-20 | 1998-11-23 | Volvo Ab | Förfarande för fastsättning av ett fästelement, samt förband och verktyg för genomförande av förfarandet |
DE19647707C2 (de) * | 1996-11-11 | 2003-08-21 | Untergrundspeicher Und Geotech | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen |
US5865363A (en) * | 1997-07-07 | 1999-02-02 | American Axle & Manufacturing Inc. | Construction and method of making prop shaft having enlarged end sections |
US6492037B2 (en) * | 1997-07-11 | 2002-12-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Joined structure of dissimilar metallic materials |
US5908044A (en) * | 1997-11-26 | 1999-06-01 | Team, Inc. | Quadra-seal method and apparatus for operations upon fluid pressure containment bodies |
CN1099937C (zh) * | 1999-03-29 | 2003-01-29 | 汪文彬 | 铜铝薄壁管摩擦焊端面对接工艺 |
US6364779B1 (en) * | 2000-01-31 | 2002-04-02 | American Axle & Manufacturing, Inc. | Aluminum propeller shaft with constant velocity joint |
US6452139B1 (en) * | 2000-05-01 | 2002-09-17 | Fuel Cell Components And Integrators, Inc. | Method of joining metal components |
JP3318610B2 (ja) * | 2000-08-25 | 2002-08-26 | 名古屋大学長 | 摩擦充填接合方法 |
US7011350B2 (en) * | 2000-11-22 | 2006-03-14 | Alcoa, Inc. | Flash welded joint structure and method for making a joint structure |
US6598923B2 (en) | 2000-11-22 | 2003-07-29 | Alcoa Inc. | Joint structure and method for making a joint structure |
JP4396803B2 (ja) * | 2001-05-15 | 2010-01-13 | トヨタ自動車株式会社 | 中空製品の製造方法、およびその製造装置 |
US20040060385A1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-04-01 | Prucher Bryan P. | One-piece axle tube housing assembly |
US6957761B2 (en) * | 2003-04-08 | 2005-10-25 | Autoliv Asp, Inc. | Inertia or friction welding of conical components into elliptically-shaped holes in a pipe or tube |
GB0414913D0 (en) * | 2004-07-01 | 2004-08-04 | Rolls Royce Plc | A method of welding onto thin components |
CN100444984C (zh) * | 2006-09-20 | 2008-12-24 | 左铁军 | 铜管管端管壁减薄收口加工设备 |
NO328237B1 (no) * | 2007-11-09 | 2010-01-11 | Amr Engineering As | En fremgangsmate for sveising av ror, stenger, bolter eller andre aksialsymmetriske profiler |
DE102010021335A1 (de) * | 2010-05-22 | 2011-11-24 | Frank Baldinger | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Rohrbettung |
DE102011079799B4 (de) * | 2011-07-26 | 2013-11-28 | Saf-Holland Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Fahrwerkskomponenten für Nutzfahrzeuge und Achseinheit |
CN102806420B (zh) * | 2012-08-09 | 2014-10-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种提高薄壁管摩擦焊接头强度的加工方法 |
CN103264220A (zh) * | 2012-08-16 | 2013-08-28 | 邯郸慧桥复合材料科技有限公司 | 一种双金属管坯的摩擦焊方法 |
US9816328B2 (en) * | 2012-10-16 | 2017-11-14 | Smith International, Inc. | Friction welded heavy weight drill pipes |
US8998067B2 (en) * | 2013-01-10 | 2015-04-07 | Baker Hughes Incorporated | Tubular friction welding joining method without rotation of the tubulars |
US20140205369A1 (en) * | 2013-01-21 | 2014-07-24 | Magna Powertrain Ag & Co. Kg | Joint design welding dissimilar materials |
JP6173568B2 (ja) * | 2014-03-31 | 2017-08-02 | 三菱電機株式会社 | 電動機、送風機及び圧縮機 |
JP6530903B2 (ja) * | 2014-10-22 | 2019-06-12 | 日本碍子株式会社 | 溶接体の製造方法及びガスセンサの製造方法 |
US10648049B2 (en) | 2015-04-14 | 2020-05-12 | Wellbore Integrity Solutions Llc | Heat treated heavy weight drill pipe |
CN105048240B (zh) * | 2015-06-11 | 2017-05-24 | 上海交通大学 | 铝铜结构的旋转施压连接方法 |
DE102016005464A1 (de) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | lFA-Technologies GmbH | Fügestellenstruktur für durch Reibschweißen zu verbindende Bauteile und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen durch Reibschweißen |
KR102170389B1 (ko) | 2016-07-01 | 2020-10-27 | 렌록 홀딩스, 엘엘씨 | 마찰용접을 통한 유체 시스템과 그 제조방법 |
US20190054286A1 (en) * | 2017-08-21 | 2019-02-21 | Best Medical International, Inc. | Apparatus and method for joining metal sleeve onto a tube |
US11717911B1 (en) * | 2020-10-22 | 2023-08-08 | Paul Po Cheng | Method of fusing metal objects together |
CN114535776B (zh) * | 2022-03-24 | 2023-05-26 | 中国民用航空飞行学院 | 一种用于航空合金管对接的旋转摩擦焊设备 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1627453A1 (de) * | 1967-06-27 | 1971-01-07 | Azerbeidzhansky Nii Neftyanogo | Verfahren zur Schweissung durch Reibungswaerme |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2795039A (en) * | 1954-02-15 | 1957-06-11 | Gen Motors Corp | Method of frictionally welding a tube to a metal object |
US3134278A (en) * | 1959-08-12 | 1964-05-26 | American Mach & Foundry | Friction welding |
US3234644A (en) * | 1963-08-28 | 1966-02-15 | American Mach & Foundry | Friction welding |
US3504425A (en) * | 1967-03-06 | 1970-04-07 | Pavel Moiseevich Sutovsky | Method of friction welding |
DE2102020A1 (de) * | 1971-01-16 | 1972-09-21 | Luc J | Klebeverfahren, Einrichtungen zur Durchfuhrung des Verfahrens und Anwen düngen des Verfahrens |
-
1978
- 1978-07-24 JP JP8946178A patent/JPS5516758A/ja active Granted
-
1979
- 1979-07-23 IT IT68523/79A patent/IT1118908B/it active
- 1979-07-23 DE DE2929832A patent/DE2929832C2/de not_active Expired
-
1980
- 1980-12-30 US US06/221,369 patent/US4331280A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1627453A1 (de) * | 1967-06-27 | 1971-01-07 | Azerbeidzhansky Nii Neftyanogo | Verfahren zur Schweissung durch Reibungswaerme |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3514454A1 (de) * | 1985-04-22 | 1986-10-23 | Latvijskij gosudarstvennyj universitet imeni Petra Stučki, Riga | Verfahren zum kaltpressschweissen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5516758A (en) | 1980-02-05 |
IT7968523A0 (it) | 1979-07-23 |
US4331280A (en) | 1982-05-25 |
DE2929832C2 (de) | 1986-07-03 |
IT1118908B (it) | 1986-03-03 |
JPS6222713B2 (de) | 1987-05-19 |
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DE3507010C2 (de) | ||
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