DE3114659A1

DE3114659A1 - Verfahren zum auskleiden der hohlraeume in einem bauteil, beispielsweise einem ventil, sowie ausgekleidetes bauteil

Info

Publication number: DE3114659A1
Application number: DE19813114659
Authority: DE
Inventors: James R. 77040 Houston Tex. Becker; David W. Willowdale Ontario Cameron; Edward L. 77070 Houston Tex. Raymond
Original assignee: Cameron Iron Works Inc Houston Tex; Cameron Iron Works Inc
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1980-04-10
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1982-01-28
Also published as: JPS649365B2; AR225958A1; GB2073783A; AU6911781A; MX156130A; NO811228L; NO160289C; CA1169412A; ZA812303B; FR2491189B1; AU539934B2; CH643766A5; GB2073783B; SG87885G; JPS56156704A; FI811095L; DE3114659C2; FR2491189A1; NO160289B

Description

Exemplar

Patentanwälte Dipl.-In<?\-H.· WE^cKMANNrDii-L.-PnYS. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. AAVeickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LiSKA g' 3114659

8000 MÜNCHEN 86, DEN f 0, Apffl JM«

POSTI'ACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

SA/HO

CAMERON IRON WORKS, INC.
Silber Road

Houston, Texas 77oo1, USA

Verfahren zum Auskleiden der Hohlräume in einem Bauteil, beispielsweise einem Ventil, sowie ausgekleidetes Bauteil

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auskleiden der Wände von Hohlräumen in einem Bauteil, beispielsweise einem Ventil.

Es besteht ein Bedarf für ein hochfestes Konstruktionselement mit korrosionsbeständigen inneren Metallflächen, das beispielsweise ein Absperrschieber sein kann, der in einer Leitung installiert ist, die korrodierende Fluide unter hohem Druck enthält. Ein solcher Schieber kann aus AISI (Am. Iron and Steel Institute) 413o Stahl hergestellt sein und seine Innenfläche (Ventilkammer und Kanäle) kann mit einem 3oo Series rostfreiem Stahl ausgekleidet sein.

Es sind bereits viele Versuche unternommen worden, um derartige Konstruktionen zu schaffen. In den US-PSen 3 349 und 2 497 78o sind jeweils Ventile mit Auskleidungen gezeigt, die in den Strömungskanälen befestigt und dichtend angebracht werden müssen, aber es ist keine Vorsorge getroffen, um die Ventilkammern auszukleiden.

Es sind bereits Produkte mittels des isostatischen Warmpreßverfahrens hergestellt worden, indem ein Spalt erzeugt wird, der mit Metallpulver gefüllt wird und mit einem flexiblen Material umgeben wird, das bei der Formungstemperatur und dem Formungsdruck eine Abdichtung aufrechterhalten kann. Wenn das Metallpulver der Wärme und dem Druck unterworfen wird, verfestigt es sich in der gewünschten Form. Die bisherigen Verfahren widmen sich dem Formen fester Konstruktionsteile oder dem Beschichten der Außenfläche eines Konstruktionsteils. Weitere Beispiele für den Stand der Technik finden sich in den US-PSen 3 631 583, 3 992 2o2 und 4 142 888; diese bekannten Veröffentlichungen offenbaren jedoch kein Verfahren zur Anwendung des iso-

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statischen V.^Tarmpreßprozesses, um eine Auskleidung in hohlräumen eines Bauteils zu formen, beispielsweise in einem Ventilkörper oder im Gehäuse einer Bohrlochabsperrvorrichtung.

Die Erfindung betrifft ein verbessertes isostatisches Karmpreßverfahren zum Auskleiden der Hohlräume in einem Körper. Das isostatische Warmpressen (KIP) ist in der Technik bekannt und beispielsweise im Kapitel 9 der Veröffentlichung "Powder Metallurgy Equipment Manual" der Powder Metallurgy Equipment Association, 2. Auflage 1977 beschrieben. Das Verfahren umfaßt die Schritte, in den Kohlräumen des Körpers einen Spalt herzustellen, der von den Hohlraumwänden und einer nachgiebigen Form begrenzt ist, den Spalt mit Metallpulver zu füllen, ein Vakuum an den Spalt anzulegen und den Körper mit Formungstemperatur und -druck zu beaufschlagen, wodurch sich in dem Hohlraum des Körpers eine Auskleidung aus verfestigtem Metallpulver bildet.

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zum Herstellen eines Körpers mit ausgekleideten Hohlräumen zu schaffen. Weiter will die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus hochfester Stahllegierung, das einem hohen Druck ausgesetzt ist, schaffen, dessen Innenflächen mit einem korrosionsfesten Material ausgekleidet sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen Hohlräume in einem metallischen Bauteil nit Metall ausgekleidet werden, das sich in einem isostatischen Warmpreßverfahren verfestigt. Ferner ist die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zum Auskleiden von sich kreuzenden Hohlräumen in einem Metallbauteil gerichtet.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausübungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ventilkörpers, die die verwendete Konstruktion für das Vorsehen des Spalts in den Hohlräumen des Bauteils zeigt;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht nach der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht des fertigen Bauteils mit der verfestigten Metallauskleidung nach der Feinbearbeitung.

Der in Fig. 1 dargestellte Ventilkörper 1o ist ein Bauteil aus legiertem Stahl mit Kohlräumen, die Strömungskanäle 12 und eine Ventilkammer 14 umfassen, die mit einer korrosionsfesten Auskleidung versehen werden sollen.

Um die Einführung von Metallpulver vorzubereiten, wird in die Ventilkammer 14 eine Hülse 16 eingelegt, die ein dünnes Rohr 18, einen ebenen Boden 2o und eine dünne Manschette 22 umfaßt, die sich durch den mittleren Teil des Rohrs 18 erstreckt. Der Boden 2o ist am Ende des Rohrs 18 befestigt, etwa angeschweißt, und die Manschette 22 ist ebenfalls mit dem Rohr 18 beispielsweise durch Schweißen dichtend verbunden. Durch die Kanäle 12 und die Manschette 22 wird, wie dargestellt, ein dünnes Rohr 24 eingeschoben. An der Außenseite der Hülse 16 ist ein Ring 26 angeschweißt, der auch noch an der Außenfläche des Körpers 1o in der dargestellten Weise festgeschweißt ist. Weitere Ringe 28 und 3o sind rund um die Enden des Rohrs 24 und an der Außenfläche des Körpers 1o festgeschweißt. Durch den Ring 26 erstreckt sich ein Füllstutzen 32 und durch den Ring 3o ein weiterer Füllstutzen 34. Die Konstruktion der Hülse 16, des Rohrs 24 und der zugehörigen Dichtungsringe 26, 28 und 3o sieht einen Spalt 36 an den Wänden der Kanäle 12 und der Ventilkammer 14 vor. Diese Konstruktion funktioniert als eine druckübertragende, nachgiebige Form oder ein geschlossenes Gebilde aus dünnem

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Metall, wie noch näher erläutert wird. Es ist wichtig, daß alle Schweißstellen in dem Gebilde aus der Hülse 16, der Manschette 22 und dem Rohr 24 luftdicht sind und dies auch während des Verfestigungsvorgangs bleiben, um Luft von dem erhitzten Metallpulver abzuhalten.

Der Spalt 36 in den Hohlräumen 12 und 14 des Ventilkörpers wird dann durch die Einfüllstutzen 32 und 34 mit einem geeigneten Metallpulver gefüllt, beispielsweise mit 316 rostfreiem Stahl. Es wird empfohlen, den Körper 1o während des Füllens des Spalts 36 zu rütteln, so daß der Spalt vollständig mit Metallpulver gefüllt ist, bevor der nächste Verfahrensschritt durchgeführt wird. Zweckmäßigerweise ist das Material für die Hülse 16, das Rohr 24 und die Ringe 26, 2 8 und 3o das gleiche, wie für die Auskleidung verwendet wird. Weiter wird vorgeschlagen, daß der Spalt genügend breit ist, um eine Auskleidung aus verfestigtem Metall vorzusehen, deren Dicke eine Nachbearbeitung in die endgültige Form erlaubt, ohne daß in der fertigen Auskleidung Vertiefungen oder Höhlungen entstehen. Wenn für die Hülse 16 und das Rohr 24 das gleiche Material verwendet wird, kann ein Teil der fertigen Auskleidung aus dem Material der Hülse 16 und des Rohrs 24 bestehen.

Wenn der Spalt 36 vollständig gefüllt ist, wird an ihn ein Vakuum angelegt, wozu eine geeignete Einrichtung, etwa eine nicht dargestellte Vakuumpumpe, mit einem oder beiden Füllstutzen 32 und 34 verbunden wird. Es muß ein ausreichendes Vakuum hergestellt werden, damit die in dem Spalt 36 vorhandene Gasmenge die Bildung einer geeigneten verfestigten Metallauskleidung nicht stört. Uenn das angestrebte Vakuum erreicht ist, werden die Füllstutzen 32 und 34 geschlossen und dichtend versiegelt. Nach Wunsch können nicht dargestellte passende Ventile daran angebracht sein, so daß sie schließen, wenn der Evakuierungsschritt beendet ist. Solche Ventile sollen zweckmäßigerweise unter den Fornungsbcdingun-

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gen lecksicher sein.

Danach wird der Körper 1o in einen nicht dargestellten Autoklaven gebracht oder eine andere geeignete Vorrichtung, worin er der Formungsteraperatur (annähernd 115o C) und dem For-

mungsdruck (annähernd 1o3 N/mm ) ausgesetzt wird. Der Körper 1o wird einige Stunden lang diesen Formungsbedingungen unterworfen und dann läßt man ihn abkühlen.

Während in dem Autoklaven die Formungsbedingungen einwirken, dehnen sich die Hülse 16 und das Rohr 24, die nachgiebig sind, aus und komprimieren das Metallpulver gegen die Wände der Kanäle 12 und der Kammer 14. Wärme und Druck bewirken also, daß sich das Metall zu einer festen Auskleidung in dem Körper verfestigt, die vollständig mit den Wänden der Kanäle 12 und der Kammer 14 verbunden ist. Wenn die Hülse 16 und das Rohr 24 aus dem gleichen Material sind wie die Auskleidung, bilden sie mit der Auskleidung ein einheitliches Ganzes und können also einen Teil des fertigen Produkts formen.

Der abgekühlte Körper Io wird nach Bedarf mit Wärme behandelt, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen, und dann in die in Fig. 3 gezeigte Form nachbearbeitet. Er hat dann eine gleichmäßige glatte korrosionsfeste Auskleidung 4o an den Wänden der Kanäle 12 und der Kammer 14. Wenn die Hülse 16 und das Rohr 24 aus einem anderen Material sind als die Auskleidung, werden sie vorzugsweise während des Nachbearboitens vollständig entfernt.

Es wird vorgeschlagen, daß die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auszukleidenden Wände als Vorbereitung für die Bildung einer Auskleidung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Nickel plattiert werden. Man nimmt an, daß der Nikkeiüberzug eine Oxidation verhindert, dazu beiträgt, eine

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kontinuierliche Bindung zu erzielen, und außerdem verhindert, daß das in dem Metallpulver enthaltene Chrom in die Legierung eindringt und eine unerwünschte martensitische Struktur formt.

Für die Herstellung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen folgende Auskleidungen in Betracht: Nickel, Nickellegierungen, Tantal, Hastelloylegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Legierungen auf Kobaltbasis, rostfreie Stähle und Titanlegierungen, sowie Carbide, die mit einem Körper aus verschiedenen Formen von legiertem Stahl, Kohlenstoffstahl oder rostfreien Stählen verbunden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert eine Auskleidung an den Wänden von sich kreuzenden Bohrungen oder Hohlräumen in einem dickwandigen Druckgefäß, in_,dem das Druckgefäß als Basismetall verwendet wird, um das isostatisch warmgepreßte Metallpulver aufzunehmen. Das dargestellte und beschriebene Bauteil ist ein Ventilkörper aus legiertem Stahl, der mit rostfreiem Stahl ausgekleidet ist. Das Verfahren kann auch dazu benutzt werden, die Bohrung und die Leitungswege eines Gehäuses einer Bohrlochsicherung auszukleiden, indem zwei Rohre aus rostfreiem Stahl als Form rund um den Spalt verwendet werden, in den das Metallpulver in der Rohrleitung gebracht wird.

Die Formungsbedingungen (Temperatur, Druck, Zeit und Höhe des Vakuums) sind bekannt und müssen für die speziellen verwendeten Materialien eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Auskleiden eines Körpers, der mehrere Hohlräume hat, dadurch gekennzeichnet, daß

ein dünnwandiges geschlossenes Metallteil in die Hohlräume des Körpers im Abstand von den Wänden der Hohlräume eingebracht und darin dichtend befestigt wird, der Spalt zwischen den Wänden der Hohlräume und dem geschlossenen Metallteil mit Metallpulver gefüllt wird, der Spalt evakuiert wird,

der Körper mit dem darin enthaltenen geschlossenen Metallteil und Metallpulver einer Temperatur von annähernd 115o°C

2 und einem Druck von annähernd 1o3 N/mm etwa 2 Stunden lang ausgesetzt w.ird, um das Metallpulver zu einer dichten, gleichmäßigen Auskleidung in den Kohlräumen zu verfestigen, der ausgekleidete Körper abgekühlt wird und die ausgekleideten Hohlräume auf die gewünschten Maße nachbearbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Befestigen des Metallteils die Hohlräume des Körpers vernickelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß im Rahmen des Nachbearbeitens das dünnwandige, geschlossene Metallteil aus dem Inneren der ausgekleideten Hohlräume entfernt wird.

4. Verfahren nachen einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlräume zwei sich kreuzende Hohlräume umfassen.

5. Verfahren zum Auskleiden eines Körpers, der einen

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Hohlraum hat, dadurch gekennzeichnet, daß

in den Kohlraum des Körpers in einem Abstand von dessen Wänden eine druckübertragende Metallform eingebracht wird, der Zwischenraum zwischen der Form und den Wänden des Hohlraums mit Metallpulver gefüllt wird, an den mit Metallpulver gefüllten Hohlraum ein Vakuum angelegt wird,

der Körper und die Form mit einer genügend hohen Temperatur und einem ausreichenden Druck während einer ausreichend langen Zeit beaufschlagt werden, um das Metallpulver zu einem dichten, gleichmäßigen Metallüberzug an den Hohlraumwänden zu verfestigen.

6. Verfahren zum Anbringen eines korrosionsfesten Überzugs auf einer Innenwand eines hochfesten Druckgefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß eine nachgiebige Form in einem Abstand zu der zu überziehenden Innenwand befestigt und dichtend abgeschlossen wird, der Zwischenraum zwischen der Wand und der Form mit Metallpulver gefüllt wird,

an dem Zwischenraum ein Vakuum angelegt wird und die Form, das Metallpulver und das Konstruktionsteil einer ausreichend hohen Temperatur und einem ausreichend hohen Druck ausgesetzt v/erden, um das Metallpulver zu einem dichten, gleichmäßigen überzug auf der Innenwand des Druckgefäßes zu verfestigen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Wand vor dem Befestigen der Form mit Nickel plattiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Gefäß ein hochfester legierter Stahl ist und der Überzug aus rostfreiem Stahl ist.

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9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Form und der überschüssige Überzug in einer Nachbearbeitung abgetragen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Form aus rostfreiem Stahl ist und daß die Form und der Überzug auf die gewünschte Fläche nachbearbeitet werden.

11. Verfahren zum Herstellen eines ausgekleideten Ventils, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ventilkörper die Kammer und die Strömungskanäle mit einem Übermaß herausgearbeitet werden, die bearbeiteten Wände der Kammer und der Strömungskanäle vernickelt werden,

eine Hülse (16) aus rostfreiem Stahl in die Kammer eingeführt wird, die eine solche Größe hat, daß sie in einem Abstand zu den bearbeiteten Wänden der Kammer zu liegen kommt, die Hülse mit einer Manschette (22) versehen ist, die sich durch die Hülse erstreckt und darin festgeschweißt ist, durch die Manschette ein Rohr (24) aus rostfreiem Stahl in die Strömungskanäle eingeschoben wird, rund um die offenen Enden der Hülse und des Rohres abdichtende Endringe (26, 28, 3o) befestigt werden, die Endringe an der Außenfläche des Ventilkörpers festgemacht werden, um sicherzustellen, daß die Hülse und die Manschette einen gleichmäßigen Abstand von den bearbeiteten Wänden des Ventilkörpers haben, durch mindestens einen (26, 3ö) der Endringe ein Füllstutzen (32, 34) geht,

durch den Füllstutzen ein Metallpulver aus rostfreiem Stahl in den Spalt In der Ventilkammer und den Kanälen, der die Hülse und das Rohr umgibt, eingefüllt wird, der Ventilkörper gerüttelt wird, um sicherzustellen, daß der Spalt vollständig mit dem Metallpulver gefüllt wird,

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Luft aus dem Spalt abgesaugt wird, um den Druck im Spalt herabzusetzen,

der Füllstutzen dichtend verschlossen wird, der Ventilkörper, die Hülse, die Manschette und das Metall pulver unter Formungsdruck auf die Formungstemperatur erhitzt werden,

Temperatur und Druck in einem Autoklaven ausreichend lang aufrechterhalten werden, um das Metallpulver zu einer Auskleidung verfestigen zu lassen,
der ausgekleidete Körper abgekühlt wird und die ausgekleidete Kammer und die ausgekleideten Kanäle auf die gewünschten Maße nachbearbeitet werden.

12. Ausgekleideter Ventilkörper, gekennzeich net durch einen Körper aus legiertem Stahl mit einer Ventilkammer und Strömungskanälen und durch eine Auskleidung aus verfestigtem Metallpulver, die die Wände der Ventilkammer und der Strömungskanäle überzieht.

13. Ausgekleidetes Bauteil, gekennzeichnet durch einen Körper, der mehrere Hohlräume enthält, und durch einen überzug aus verfestigtem Metallpulver an den Wänden der Hohlräume.

14. Ausgekleidetes Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume in dem Körper sich kreuzen.

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