DE3029959C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung einer Titankonstruktion, insbesondere Titanbehälter­ wand, durch eine Stützkonstruktion aus anderem Metall, beispielsweise Aluminium, durch festes Verbinden der Stützkonstruktion mit der Titankonstruktion.

Titan wird allgemein für Konstruktionen eingesetzt, von denen gute Korrosionsbeständigkeit oder ein günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis verlangt wird. In Folge des hohen Titanpreises ist man bestrebt, bei diesen Konstruktionen mit einer genau bemessenen, möglichst geringen Titanmenge auszukommen. Zur Verringerung der Titanmenge in Titankonstruktionen hat man Stützkonstruk­ tionen aus billigeren Metallen eingesetzt. Da es sich jedoch als äußerst schwierig erwiesen hat, andere Metalle aus Titan anzuschweißen, wurden die besagten Stützkonstruktionen auf andere Weise, zum Beispiel durch Schraub- oder Nietverbindung, an die Titankon­ struktion angefügt. Schraub- und Nietverbindungen sind jedoch äußerst arbeitsaufwendig und erfordern besondere Befestigungslaschen oder dergleichen, so daß sich schließlich korrosionsanfällige Konstruktionen ergeben, die den Titankonstruktionen außerdem keine gleichmäßige Stütze geben.

Bei der Herstellung von Elektrolysezellen hat man bereits früher Titanbauteile und Teile aus anderen Metallen auch ohne Schraub- oder Nietverbindungen aneinander befestigt.

Aus der GB-PS 11 25 493 ist eine Anodenzusammensetzung einer Elektrolysezelle bekannt, bei der plattenförmige oder streifenförmige Stromzuführungen aus Aluminium, Kupfer oder Stahl an eine Anodenträgerplatte aus Titan angefügt sind. Stahl-Stromzuführungen können durch Widerstandsschweißen an die Titanplatte angefügt werden, wenn eine gesonderte Zwischenschicht aus Kupfer-Tantal auf der Titanplatte vorgesehen ist. Kupfer-Stromzufüh­ rungen können durch Löten oder Hartlöten an die Titan­ platte angefügt werden, wobei jedoch eine Zwischen­ schicht aus Kupfer oder aus Zinn auf der Titanplatte vorzusehen ist. Das Auftragen einer Zwischenschicht aus einem der vorstehend genannten Beschichtungsmaterialien stellt einen aufwendigen und teuren Verfahrensschritt dar. Aluminium-Stromzuführungen können gemäß der GB-PS 11 25 493 durch lokales Widerstandsschweißen an die Titanplatte befestigt werden, sofern sie eine Dicke von weniger als 3 mm haben.

Für die Verbindung einer Titankonstruktion mit einer Aluminium-Stützkonstruktion käme das Widerstands­ schweißen nur dann in Frage, wenn die angeschweißten Aluminiumteile eine Dicke von weniger als 3 mm hätten. Eine mit derart dünnen Aluminiumteilen abgestützte Titankonstruktion wäre mechanisch nicht sehr stabil.

Als weitere Möglichkeit zur Befestigung eines Titanble­ ches an ein anderes Metallblech ist in der GB-PS 11 25 493 das Explosionsfügen erwähnt. Dieses Befesti­ gungsverfahren ist jedoch aufwendig und schwierig.

In der DE-OS 26 03 626 ist eine andere Lösung zur Befestigung von Stromzuführungen aus Kupfer, Stahl oder Aluminium an eine Anodenträgerplatte aus Titan dargelegt. Die Stromzuführungen haben die Form von zylindrischen Bolzen und sind durch Reib-Schweißen oder Kondensator­ entladungsschweißen an einer ihrer Stirnseiten mit der Titanplatte verbunden. An der anderen Stirnseite sind die Stromzuführungen an einer Aluminiumplatte befestigt. Die vorstehend genannten Schweißverfahren eignen sich im wesentlichen nur für das Anschweißen von dünnen rotationssymmetrischen Körpern an verhältnismäßig dicke Bleche. Durch Reib-Schweißen oder Kondensatorentladungs­ schweißen miteinander verbundene Bauteile unterliegen somit erheblichen Beschränkungen bezüglich ihrer Geo­ metrie. Eine Verstärkung einer Titankonstruktion unter Heranziehung eines dieser Schweißverfahren wäre kompli­ ziert und teuer.

In der GB-PS 11 27 484 ist eine Elektrolysezelle mit einem durch die Zellenwand geführten Elektrodenschaft aus Titan beschrieben. An dem Elektrodenschaft ist ein Aluminiumstück angegossen, welches seinerseits z. B. über eine Schraubverbindung an eine Aluminium-Strom­ schiene angeschlossen ist. Eine derartige Konstruktion erfordert, daß an die Titanelektrode laschenartige Teile angeformt sind, an die das Aluminium angegossen werden kann. Das Angießen des Aluminiums an die Laschen­ enden ist außerdem ein schwieriger Arbeitsgang.

Gemäß der DE-OS 27 35 059 kann man eine Aluminium- Stromzuführung ferner mit Hilfe geschmolzener Kontakt­ scheiben aus Verzinnungsmaterial an eine Titanplatte anfügen. Die Kontaktscheiben werden dazu mit einer Ultraschallsonde vorverzinnt. Dieses wie auch andere Lötverfahren gestalten sich aufwendig und schwierig, da sie Sondergeräte erfordern und das Löten im Vakuum oder in Schutzgas zu erfolgen hat, und da auch die Titanoxid­ haut im Vakuum oder im Schutzgas entfernt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unkompli­ ziertes und wirtschaftliches Verfahren zur Verstärkung von Titankonstruktionen anzugeben, welches eine mecha­ nisch stabile Aussteifung der Titankonstruktionen ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorge­ schlagen, daß man die Stützkonstruktion an der Titankonstruktion unmittelbar durch Schutzgas­ schweißen, insbesondere Schutzgas-Lichtbogenschweißen, befestigt.

Mit der erfindungsgemäßen Methode läßt sich eine gute Abstützung der Titankonstruktion unter Vermeidung komplizierter Schraub- oder Nietverbindungen erzielen, und die Stützkonstruktion kann ohne zusätzliche Anla­ schungsteile unmittelbar an der Titankonstruktion befestigt werden. Gegenüber dem Widerstandsschweißen, dem Reib-Schweißen und dem Kondensatorentladungsschwei­ ßen eignet sich das Schutzgasschweißen zum Anfügen von im wesentlichen beliebig geformten und beliebig großen Stützkonstruktionsteilen an Titankonstruktionen, wobei große Schweißzonen ausgebildet werden können. Dadurch wird eine sehr stabile Aussteifung von Titankonstruktio­ nen mit Stützkonstruktionen aus billigen Metallen ermöglicht. Das Schutzgasschweißen stellt darüberhinaus einen unkomplizierten und wirtschaftlichen Verfahrens­ schritt dar.

Vorzugsweise wird die Stützkonstruktion durch MIG- oder WIG-Schweißen an der Titankonstruktion befestigt. Als Stützkonstruktionen werden Versteifungen, Stützen oder Haftglieder aus Aluminium vorgeschlagen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Verstärkung einer Titankonstruktion durch eine Stützkon­ struktion aus anderem Metall durch festes Verbinden der Stützkonstruktion mit der Titankonstruktion, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man zunächst Aluminium- Zusatzwerkstoff durch Schutzgasschweißen auf die Titan­ konstruktion aufträgt und an diesem aufgetragenen Aluminium dann die Stützkonstruktion auf herkömmliche Weise, etwa durch Schweißen oder Löten, befestigt. Dieses Verfahren ist ebenfalls unkompliziert und wirt­ schaftlich und ermöglicht eine stabile Verstärkung von Titankonstruktionen.

Gemäß einer sich auf den Einbau einer Titanauskleidung in einen Aluminiumbehälter beziehenden Ausgestaltung der Erfindung werden an dem Aluminiumbehälter Löcher angebracht, über welche die Titanauskleidung durch Lochschweißen an dem Aluminiumbehälter angeschweißt wird. Auf diese Weise kann der Titananteil einer derar­ tigen Konstruktion sehr gering gehalten werden.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die Stützkonstruk­ tion durch Schutzgasschweißen, vorzugsweise durch MIG- oder WIG-Schweißen direkt an der Titankonstruktion befestigt. Zugversuche an einem geschweißten Probestab ergaben, daß die Schweißnahtfestigkeit der von Alumi­ nium entspricht. Auch kann auf die Titankonstruktion oder einem Teil derselben zunächst Aluminium durch Schutzgasschweißen aufgetragen und die Stützkonstruk­ tion dann auf herkömmliche Weise an das Aluminium gefügt werden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilansicht einer Titanbehälterwand mit erfindungsgemäß befestigter Versteifungsrippe im Schnitt,

Fig. 2 eine Teilansicht einer anderen Titanbehälter­ wand mit erfindungsgemäß befestigtem Verstär­ kungsblech im Schnitt,

Fig. 3 eine Teilansicht eines Titanbehälter-Rohran­ schlusses mit erfindungsgemäß befestigtem Verstärkungsring im Schnitt und

Fig. 4 die Teilansicht eines Aluminiumbehälters mit erfindungsgemäß befestigter Titanauskleidung im Schnitt.

In Fig. 1 bzw. Fig. 3 sind die Versteifungsrippe 2 bzw. der Verstärkungsring 2 durch MIG- oder WIG-Schweißnähte 3 unmittelbar an die Titanbehälterwand 1 gefügt. Der Titanbehälter konnte durch die Verstärkung mit Verstei­ fungs- oder Stützelementen aus billigerem Metall mit vergleichsweise dünner Wand ausgeführt werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung hat man zunächst Aluminium-Zusatzwerkstoff 3 a durch Schutzgasschweißen dünn auf die Titankonstruktion 1 aufgetragen und an diesem aufgetragenen Aluminium 3 a dann die Aluminium- Stützkonstruktion 2 auf herkömmliche Weise, etwa durch Schweißen, wie durch die Schweißnähte 4 angedeutet, oder durch Löten, befestigt.

Die in Fig. 4 gezeigte Konstruktion wurde gemäß der Erfindung durch Anbringen von Löchern am Aluminiumbehäl­ ter 2, Einziehen einer Titanauskleidung 1 in den Behäl­ ter 2 und Anschweißen der Titanauskleidung 1 an den Aluminiumbehälter 2 hergestellt, wobei das Anschweißen über die Löcher in dem Aluminiumbehälter 2 erfolgte. Die Schweißstellen in den Löchern des Aluminiumbehäl­ ters 2 sind in Fig. 4 mit 3 bezeichnet. Durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann die Konstruktion mit vergleichsweise geringem Titananteil hergestellt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verstärkung einer Titankonstruktion (1) durch eine Stützkonstruktion (2) aus anderem Metall durch festes Verbinden der Stützkonstruktion mit der Titankonstruktion, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stützkonstruktion (2) an der Titankonstruktion (1) unmittelbar durch Schutzgas­ schweißen (3) (Fig. 1), insbesondere Schutzgas- Lichtbogenschweißen, befestigt.

2. Verfahren zur Verstärkung einer Titankonstruktion (1) durch eine Stützkonstruktion (2) aus anderem Metall durch festes Verbinden der Stützkonstruktion mit der Titankonstruktion, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst Aluminium-Zusatzwerkstoff (3 a) durch Schutzgasschweißen auf die Titankonstruktion (1) aufträgt und an diesem aufgetragenen Aluminium (3 a) dann die Stützkonstruktion (2) auf herkömmliche Weise, etwa durch Schweißen (4) oder Löten, befe­ stigt (Fig. 2).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkonstruktion (2) durch MIG- oder WIG- Schweißen an der Titankonstruktion (1) befestigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als Stützkonstruktion (2) Versteifun­ gen, Stützen oder Haftglieder aus Aluminium verwendet.

5. Verfahren nach irgendeinem der obigen Ansprüche zum Einbau einer Titanauskleidung (1) in einen Aluminium­ behälter (2), dadurch gekennzeichnet, daß am Alumi­ niumbehälter (2) Löcher angebracht werden, über welche die Titanauskleidung (1) durch Lochschweißen (3) an den Aluminiumbehälter (2) angeschweißt wird (Fig. 4).