DE3009825A1

DE3009825A1 - Verfahren zum einschweissen eines metallteils

Info

Publication number: DE3009825A1
Application number: DE19803009825
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 6834 Ketsch Mitterbacher; Hans-Georg Schwiers; Josef Dipl.-Ing. 7521 Hambrücken Schöning
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH; Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1981-10-01
Also published as: DE3009825C2

Description

Verfahren zum Einschweißen eines Metallteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschweißen eines Metallteils in eine allseitig begrenzte und in einer Metallplatte vorhandenen Öffnung.
Geschweißte Bauteile haben im Nahtbereich stets Eigenspannungen (Schrumpfspannungen) infolge der Wärmeausdehnung beim Schweißen und dem Schrumpfen beim Erkalten. Bei ungünstiger Überlagerung der Spannung können Risse bzw. Brüche auftreten, wenn der Werkstoff und insbesondere die Schweißnaht nicht genügend verrormungsfähig ist. Deshalb wird ein nachträgliches Entspannen der Schweißnähte angestrebt.
Es sind Möglichkeiten bekannt, die die Schweißspannungen herabsetzen können.
Zum Beispiel wird beim Spannungsfreiglühen der Formänderungswiderstand des Werkstoffes durch die erhöhte Temperatur herabgesetzt, so daß vorhandene Eigenspannungen vom Werkstoff nicht mehr aufgenommen werden können und sich durch Auftreten bleibender Verformungen abbauen. Ein Teil der elastischen Verformungen verwandelt sich in bleibende. Durch das Spannun«sfreiglühen ändern sich in der Regel auch Gefüge und Festi«-keitseigenschaften des Werkstoffs.
Bei dem ebenfalls bekannten Entspannen durch Belasten der Schweißstelle mit gleichzeitigem Erwärmen werden im Gebiet der Eigenspannungen Zusatzspannungen hervorgerufen, wodurch der Formänderungswiderstand überwunden wird und bleibende Verformungen entstehen. Nach Wegnahme der Zusatzspannungen sind die Eigenspannungen um einen den bleibenden Dehnungen entsprechenden Betrag verringert. Bei diesem Entspannen durch Belasten muß der Werkstoff genügendes Formänderungsvermögen besitzen.
Bei den eingangs beschriebenen Möglichkeiten, die die Schweißspannungen in den geschweißten Bauteilen herabsetzen können, treten jeweils unerwünschte Änderungen, die allgemein nicht genau vorbestimmt werden können, in der Festigkeit bzw. Form der Bauteile auf.
Desweiteren sind diese Verfahren nur möglich, wenn nach dem Schweißen noch so hohe Temperaturen auf das Bauteil aufgebracht werden können oder dürfen.
Bei Schweißnähten, bei denen es nicht nur auf die Festigkeit und Form ankommt, sondern auch hohe Ansprüche auf ihre Dichtheit gestellt werden bzw. wegen ihrer Abmessungen oder angrenzender Bauteile nicht erhitzt werden dürfen, können die bekannten Möglichkeiten die zum Abbau der Schweißspannungen führen, nicht oder nicht ohne weiteres angewandt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einschweißen eines Metallteils in eine allseitig begrenzte und in einer Metallplatte vorhandenen Öffnung anzugeben, bei dem nach dem Schweißvorgang in bzw. in der Nähe der Schweißnaht keine Risse auftreten, wobei ein Erhitzen nicht nötig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Metallteil und/oder die die Öffnung umgebende Randzone der Metallplatte vor dem Schweißvorgang mit einer größeren Elastizität bzw. leichteren Verformbarkeit als die Schweißnaht und die anschließenden Teile der Platte bzw. des Metallteils versehen werden.
Um eine größere Elastizität bzw. leichtere Verformbarkeit im Metallteil als in der Schweißnaht und der Metallplatte zu erreichen, kann die Wandstärke des Metallteils partiell verringert werden oder eine gezielte Vorverformung (Ausbeulung) bei demselben vorgenommen werden.
Eine leichtere Verformbarkeit in der umgebenden Randzone der Öffnung, als in den anschließenden Teilen, kann durch eine Verringerung der Wandstärke in der Randzone erreicht werden, beispielsweise durch das Einarbeiten von Dehnnuten.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft beim Zuschweißen von Öffnungen in einer Innenauskleidung eines Spannbetondruckbehälters für Kernreaktoranlagen, wo die einschlägigen Bestimmungen hohe Ansprüche an die geschweißten Teile an die Gasdichte der Stahlauskleidung stellen und ein Erhitzen nicht möglich ist, angewendet werden. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß infolge der Ausbildung des Metallteils un1/oder der die Öffnung umgebenden Randzone der Metallplatte eine Verringerung der Rissgefahr und damit Vermeidung von Mehrfachschweißungen und Aufhärtungen unter Beibehaltung der Duktilität erreicht wird.
Desweiteren werden Verwerfungen und Ausschüsse vermieden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Metallplatte und ein Metallteil mit verringerter Wandstärke, Fig. 2 -einen Schnitt durch eine Metallplatte und ein vorverformtes Metallteil, Fig. 3 einen Schnitt durch ein Metallteil und eine Metallplatte mit verringerter Wandstärke und Fig. 4 einen Schnitt durch eine Metallplatte mit verringerter Wandstärke und ein Metallteil mit verringerter Wandstärke.
Fig. 1 zeigt ein eingeschweißtes Metallteil in einer allseitig begrenzten und in einer Metallplatte 1 vorhandenen Öffnung. Wenn die Stärke der Metallplatte l und des Metallteils 2, wie beim bekannten Stand der Technik, vergleichbar sind, können durch die Schrumpfung der Schweißnaht 7 in die Naht selbst bzw. in die- wärmebeeinflußte Zone Spannungen induziert werden, die Risse und damit ein Öffnen der Schweißnaht zur Folge haben können.
Durch eine partielle Verringerung der Stärke des Metallteils 2 wird, wie in der Figur 1 gezeigt, eine größere und ausreichende Elastizität im Vergleich zur Metallplatte 1 erreicht, die zur Aufnahme der durch die nach dem Schweißvorgang erfolgenden Schrumpfung auftretenden Belastungen dient. In das Metallteil 2 ist eine Ausnehmung 9 eingearbeitet, welche dem Teil die gewünschte höhere Elastizität bzw. leichtere Verformbarkeit gibt.
In Fig. 2 wird eine weitere erfindungsgemäße Entlastung der in der Schweißnaht auftretenden Spannungen dargestellt. Durch eine gezielte Verformung (Ausbeulung) des Metallteils 2 kann erreicht werden, daß das verformte Metallteil 2, ohne daß Beschädigungen in der Schweißnaht auftreten, die Belastungen und Verformungen aufnimmt.
In der Fig. 3 wird eine andere Ausbildung der umgebenden Randzone der Öffnung 3 dargestellt. Durch eine Veringerung der Wandstärke der Randzone 4 kann erreicht werden, daß die Belastungen und Verformungen von der Metallplatte 1 aufgenommen werden. Die Wandstärkenverringerung wird durch das Einarbeiten der Nut 8 erreicht.
Um die Belastungen auf die ganze unmittelbare Umgebung der Schweißnaht 7 zu verteilen, ist es besonders vorteilhaft, wie in der Fig. 4 dargestellt, sowohl die Metallplatte 1 als auch das Metallteil 2 durch Verringerung der Wandstärke elastischer und verformbarer als die anderen Teile auszubilden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Metallteil 2, wie in der Fig. 1 gezeigt, mit einer Ausnehmung 9 versehen.
Zusammenfassung Beim Einschweißen eines Metallteiles in eine allseitig begrenzte und in einer Metallplatte vorhandenen Öffnung, sollen Risse bzw. Brüche vermieden werden und keine nennenswerten Änderungen in der Festigkeit bzw. Form bei den Bauteilen auftreten. Dies wird dadurch erreicht, daß das Metallteil und/oder die die Öffnung umgebende Randzone der Metallplatte vor dem Schweißvorgang mit einer größeren Elastizität als die anschließenden Teile der Platte bzw. des Metallteils versehen werden.
Bezugszeichenliste 1 Metailpiatte 2 Metallteil 3 Öffnung in der Metallpaltte 4 Randzone der Öffnung 5 Verringerte Wandstärke des Metallteiles 6 gezielt vorverformtes (ausgebeultes) Metallteil 7 Schweißnaht 8 Nut 9 Ausnehmung Leerseite

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Einschweißen eines Metalltelis in eine allseitig begrenzte und in einer Metallplatte vorhandenen Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (2) und/oder die die Öffnung (3) umgebende Randzone (4) der Metallplatte (1) vor dem Schweißvorgang mit einer größeren Elastizität als die anschließenden Teile der Platte (1) bzw. des Metallteils (2) versehen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Elastizität und leichtere Verformbarkeit im Metallteil (2) gegenüber den anschliessenden Teilen durch eine partielle Verringerung der Wandstärke (5) des Metallteils (2) erreicht wird.
3. Verfahren nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Elastizität im Metallteil (2) gegenüber den anschließenden Teilen durch eine gezielte Vorverformung (Ausbeulung) (8) des Metallteils (2) erreicht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Elastizität und Verformbarkeit in der die Öffnung (3) umgebenden Randzone (4) gegenüber den anschließenden Teilen durch eine Verringerung der Wandstärke in der Randzone (4) erreicht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Wandstärke des Metallteils (1) und der Randzone (4) durch Einarbeiten von Nuten (8) erzielt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (3) in einer Innenwandauskleidung eines Spannbetonbehälters für ein Kernkraftwerk ist.