DE3009825C2

DE3009825C2 -

Info

Publication number: DE3009825C2
Application number: DE19803009825
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 7521 Hambruecken De Schoening; Hans-Georg Schwiers; Paul Dipl.-Ing. 6834 Ketsch De Mitterbacher
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1988-10-13
Also published as: DE3009825A1

Description

Die Erfindung betrifft ein spannungsarmes Verschließen einer Öffnung in einer Metallplatte durch Einsetzen ei nes dem Öffnungsprofil formangepaßten Metallteiles glei cher Wandstärke, welches durch eine Schweißnaht mit der Metallplatte verbunden wird.

Geschweißte Bauteile haben im Nahtbereich stets Eigen spannungen (Schrumpfspannungen) infolge der Wärmausdeh nung beim Schweißen und dem Schrumpfen beim Erkalten. Bei ungünstiger Überlagerung der Spannung können Risse bzw. Brüche auftreten, wenn der Werkstoff und insbeson dere die Schweißnaht nicht genügend verformungsfähig ist. Deshalb wird ein nachträgliches Entspannen der Schweißnähte angestrebt.

Es sind aus der Schweißfachliteratur (wie z. B. der Sei te 4 des Handbuches der Schweißtechnik von Jürgen Ruge, Springer-Verlag 1974) Möglichkeiten bekannt, die die Schweißspannungen herabsetzen können. So wird beim Span nungsfreiglühen der Formänderungswiderstand des Werk stoffes durch die erhöhte Temperatur herabgesetzt, wo durch vorhandene Eigenspannungen vom Werkstoff nicht mehr aufgenommen werden können und sich durch Auftreten bleibender Verformungen abbauen. Ein Teil der elasti schen Verformungen verwandelt sich in bleibende. Durch das Spannungsfreiglühen ändert sich in der Regel auch Gefüge und Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes. Bei dem ebenfalls auf Seite 4 des Handbuches der Schweiß technik erwähnten Entspannen durch kontrolliertes Über lasten der Schweißstelle, werden im Gebiet der Eigen spannungen Zusatzspannungen hervorgerufen, wodurch der Formänderungswiderstand überwunden wird und bleibende Verformungen entstehen. Nach Wegnahme der Zusatzspannun gen sind die Eigenspannungen um einen den bleibenden Dehnungen entsprechenden Betrag verringert. Bei diesem Entspannen durch Belasten muß der Werkstoff genügendes Formänderungsvermögen besitzen.

Bei diesen genannten Möglichkeiten zur Herabsetzung von Schweißspannungen in geschweißten Bauteilen, treten je weils unerwünschte Änderungen, die allgemein nicht genau vorbestimmt werden können, in der Festigkeit der Form der Bauteile auf. Desweiteren sind diese Verfahren nur möglich, wenn nach dem Schweißen noch derartig hohe Tem peraturen auf das Bauteil aufgebracht werden können oder dürfen. Bei Schweißnähten, bei denen es nicht nur auf die Festigkeit und Form ankommt, sondern auch hohe An sprüche auf ihre Dichtheit gestellt werden bzw. wegen ihrer Abmessungen oder angrenzender Bauteile nicht er hitzt werden dürfen, können die genannten Möglichkeiten, die zum Abbau der Schweißspannungen führen, nicht oder nicht ohne weiteres angewandt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum spannungsarmen Einschweißen eines Metallteiles in eine allseitig begrenzte und in einer Metallplatte vor handenen Öffnung anzugeben, bei dem sich eine Nachbe handlung erübrigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verformungsfähigkeit des Metallteiles und/oder der die Öffnung umgebenden Randzone der Metallplatte durch eine dem Schweißvorgang vorangehende partielle Verringe rung der Wandstärke der Metallteile oder eine gezielte wölbartige Verformung erhöht wird, so daß durch den Schweißvorgang hervorgerufene Eigenspannungen durch Ver formung der Randzone und/oder des Metallteiles abgebaut werden.

Nach der DE-PS 2 87 008 werden zwar bei stumpf miteinan der zu verschweißenden Rohren in die Rohrenden nahe der Stoßkante Rillen eingedrückt. Damit sollen die infolge axialen Zusammenziehens entstehenden Spannungen durch Hergabe von Material gemildert werden. Durch das Ein drücken der Rillen entstehen jedoch partielle Material verfestigungen, die zu Rissen neigen, so daß die Rillen zum Spannungsabbau ungeeignet erscheinen. Auch nach der DE-PS 3 24 574 werden Rillen eingedrückt. Allerdings wird dort nur eines der zwei aneinandergestoßenen Rohrenden mit einer Rille versehen.

Vorzugsweise wird die Wandstärke des Metallteiles und/ oder die Randzone der Metallplatte partiell verringert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe sondere darin, daß infolge der Ausbildung des Metalltei les und/oder der die Öffnung umgebenden Randzone der Me tallplatte eine Verringerung der Rißgefahr und damit ei ne 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 ver ringerter Wandstärke und ein Metallteil mit verringerter Wandstärke.

Fig. 1 zeigt ein eingeschweißtes Metallteil in einer all seitig begrenzten und in einer Metallplatte 1 vorhandenen Öffnung. Wenn die Stärke der Metallplatte 1 und des Metall teils 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 Schweiß naht zur Folge haben können.

Durch eine partielle Verringerung der Stärke des Metallteils 2 wird, wie in der Fig. 1 gezeigt, eine größere und ausrei chende Elastizität im Vergleich zur Metallplatte 1 erreicht, die zur Aufnahme der durch die nach dem Schweißvorgang erfol genden Schrumpfung auftretenden Belastungen dient. In das Metallteil 2 ist eine Ausnehmung 9 eingearbeitet, welche dem Teil die gewünschte höhere Elastizität bzw. leichtere Ver formbarkeit 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 Rand zone der Öffnung 3 dargestellt. Durch eine Verringerung der Wandstärke der Randzone 4 kann erreicht werden, daß die Be lastungen 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 auszubil den. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Metallteil 2, wie in der Fig. 1 gezeigt, mit einer Ausnehmung 9 versehen.

Claims

1. Spannungsarmes Verschließen einer Öffnung (3) in einer Metallplatte (1) durch Einsetzen eines dem Öff nungsprofil formangepaßten Metallteiles (2) gleicher Wandstärke, welches durch eine Schweißnaht (7) mit der Metallplatte verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungsfähigkeit des Metallteiles (2) und/oder der die Öffnung (3) umgebenden Randzone (4) der Metall platte (1) durch eine dem Schweißvorgang vorangehende partielle Verringerung der Wandstärke der Metallteile (1, 2) oder eine gezielte wölbartige Verformung (6) er höht wird, so daß durch den Schweißvorgang hervorgerufe ne Eigenspannungen durch Verformungen der Randzone (4) und/oder des Metallteiles (2) abgebaut werden.

2. Spannungsarmes Verschließen nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß als partielle Verringerung der Wandstärke entlang der Schweißnaht (7) eine Nut (8) in die Metallplatte (1) eingebracht wird.

3. Spannungsarmes Verschließen nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß als partielle Verringerung der Wandstärke in das Metallteil (2) eine Ausnehmung (9) eingearbeitet wird.

4. Spannungsarmes Verschließen nach einem der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand stärke der der Schweißnaht (7) benachbarten Randzone (4) der Metallplatte (1) als auch die Wandstärke des Metall teiles (2) partiell verringert wird.