DE3114659C2

DE3114659C2 -

Info

Publication number: DE3114659C2
Application number: DE3114659A
Authority: DE
Inventors: James R. Becker; Edward L. Houston Tex. Us Raymond; David W. Willowdale Ontario Ca Cameron
Original assignee: Cameron Iron Works Inc
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1980-04-10
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1991-12-19
Also published as: AU539934B2; FR2491189B1; NO160289B; MX156130A; ZA812303B; FI811095L; NO160289C; AU6911781A; DE3114659A1; AR225958A1; GB2073783A; SG87885G; FR2491189A1; GB2073783B; JPS56156704A; NO811228L; JPS649365B2; CA1169412A; CH643766A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Innenbeschichtung in einem Körper, insbesondere einem Ventil körper, mit mehreren einander kreuzenden Hohlräumen.

Es besteht ein Bedarf für hochfeste Konstruktionselemente mit korrosionsbeständigen Innenflächen aus Metall. Solche Konstruk tionselemente sind beispielsweise Absperrschieber, die in Leitungen installiert sind, die korrodierende Flüssigkeiten unter hohem Druck enthalten. Ein derartiger Absperrschieber kann aus AISI-4130-Stahl hergestellt und seine Innenflächen (Ventilkammern und Kanäle) können mit rostfreiem Stahl der 300-Serie beschichtet sein.

Es sind bereits viele Versuche unternommen worden, um solche Konstruktionelemente zu schaffen. In den US-PS′n 33 49 789 und 24 97 780 sind Ventile mit Beschichtungen dargestellt, die in den Strömungskanälen befestigt und dichtend angebracht werden müssen. Dabei sind jedoch keine Vorkehrungen getroffen, um die Ventilkammern mit einer Innenbeschichtung zu versehen.

Es ist auch bekannt, Produkte durch isostatisches Warmpressen (HIP-Verfahren) herzustellen. Dieses Verfahren ist beispiels weise in Kapitel 9 der Veröffentlichung "Powder Metallurgy Equipment Manual" der Powder Metallurgy Equipment Association, 2. Auflage 1977 beschrieben. Dabei wird in den zu beschichten den Hohlräumen des Körpers ein Spalt hergestellt, der einer seits von den Wänden des Hohlraums und andererseits von einer nachgiebigen Form begrenzt wird. Man füllt diesen Spalt mit Metall- und legt dann ein Vakuum an ihn. Schließlich wird der Körper mit Formungstemperatur und -druck beaufschlagt, worauf hin sich in dem Hohlraum eine Beschichtung aus dem verfestig ten Metallpulver bildet.

Weitere Beispiele für den einschlägigen Stand der Technik finden sich den US-PS′n 36 31 583, 39 92 202 und 41 22 888, denen jedoch keine Anregungen zur Anwendung des isostatischen Warmpressens zur Herstellung von Innenbeschichtungen in Hohl räumen eines Bauteils zu entnehmen sind.

Anwendungen des HIP-Verfahrens sind ferner in den US-PS′n 40 65 302, 41 37 619 und 41 35 286 beschrieben, wobei US-PS 40 65 302 auch Angaben für die Verwendung dieses Verfahrens bei der Herstellung von Ventilen und Fittings enthält.

Keines der erwähnten Dokumente zum Stand der Technik beschreibt jedoch Verfahren, mit denen sich auch solche Körper beschichten lassen, in denen sich mehrere einander kreuzende Hohlräume be finden. Es war bisher vielmehr üblich, die Innenflächen derar tiger Bauteile (z. B. Ventilkammern und Kanäle) von Hand mit einem Schweißauftrag aus rostfreien Stahl zu versehen und die sen Auftrag anschließend spanabhebend zu bearbeiten. Die Ergeb nisse dieses Verfahrens sind jedoch unbefriedigend, da die in der Praxis unvermeidlichen Unvollkommheiten beim Schweißauftrag zu Lochfraß führen, ganz abgesehen davon, daß der manuelle Schweißauftrag außerordentlich kostenaufwendig ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglich keit zu eröffnen, das an sich bekannte isostatische Warmpressen zur Herstellung einer Innenbeschichtung in einem Körper mit mehreren einander kreuzenden Hohlräumen einzusetzen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in der Anwendung des für das Innenbeschichten von rohrförmigen Körpern an sich bekannten isostatischen Heißpreßverfahrens,

- bei dem in dem Hohlraum eines Körpers ein dünnwandiger hohler Metallkern eingebracht wird unter Bildung eines Zwischenraums zwischen der Außenseite dieses Metallkerns und den zu beschichtenen Innenflächen des Körpers,
- in diesen Zwischenraum Metallpulver eingefüllt wird und
- dieses Metallpulver durch Druckausübung im Innenraum des Metallkerns und Temperatureinwirkung verfestigt wird, zur Herstellung einer Innenbeschichtung in einem Körper mit mehreren einander kreuzenden Hohlräumen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß in diesen Hohlräumen ein zusammenhängender Zwischenraum durch einander kreuzende hohle Metallkernteile gebildet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

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 Feinbear beitung.

Der in Fig. 1 dargestellte Ventilkörper 10 ist ein Bauteil aus legiertem Stahl mit Hohlräumen, die Strömungskanäle 12 und eine Ventilkammer 14 umfassen, die mit einer korrosions festen Beschichtung 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 20 und eine dünne Manschette 22 umfaßt, die sich durch den mittleren Teil des Rohrs 18 er streckt. Der Boden 20 ist am Ende des Rohrs 18 befestigt, etwa angeschweißt, und die Manschette 22 ist ebenfalls mit dem Rohr 18 beispielsweise durch Schweißen dichtend verbun den. Durch die Kanäle 12 und die Manschette 22 wird, wie dargestellt, ein dünnes Rohr 24 eingeschoben. An der Außen seite der Hülse 16 ist ein Ring 26 angeschweißt, der auch noch an der Außenfläche des Körpers 10 in der dargestellten Weise festgeschweißt ist. Weitere Ringe 28 und 30 sind rund um die Enden des Rohrs 24 und an der Außenfläche des Körpers 10 festgeschweißt. Durch den Ring 26 erstreckt sich ein Füllstutzen 32 und durch den Ring 30 ein weiterer Füllstut zen 34. Die Konstruktion der Hülse 16, des Rohrs 24 und der zugehörigen Dichtungsringe 26, 28 und 30 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 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 ge eigneten Metallpulver gefüllt, beispielsweise mit 316 rost freiem Stahl. Es wird empfohlen, den Körper 10 während des Füllens des Spalts 36 zu rütteln, so daß der Spalt voll ständig 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, 28 und 30 das gleiche, wie für die Auskleidung verwen det wird. Weiter wird vorgeschlagen, daß der Spalt genügend breit ist, um eine Beschichtung aus verfestigtem Metall vor zusehen, deren Dicke eine Nachbearbeitung in die endgültige Form erlaubt, ohne daß in der fertigen Beschichtung Vertie fungen oder Höhlungen entstehen. Wenn für die Hülse 16 und das Rohr 24 das gleiche Material verwendet wird, kann ein Teil der fertigen Beschichtung 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 Füll stutzen 32 und 34 verbunden wird. Es muß ein ausreichendes Vakuum hergestellt werden, damit die in dem Spalt 36 vor handene Gasmenge die Bildung einer geeigneten verfestigten Metallbeschichtung nicht stört. Wenn das angestrebte Vakuum erreicht ist, werden die Füllstutzen 32 und 34 geschlossen und dichtend versiegelt. Nach Wunsch können nicht darge stellte passende Ventile daran angebracht sein, so daß sie schließen, wenn der Evakuierungsschritt beendet ist. Solche Ventile sollen zweckmäßigerweise unter den Formungsbedingun gen lecksicher sein.

Danach wird der Körper 10 in einen nicht dargestellten Auto klaven gebracht oder eine andere geeignete Vorrichtung, worin er der Formungstemperatur (annähernd 1150°C) und dem For mungsdruck (annähernd 103 N/mm²) ausgesetzt wird. Der Kör per 10 wird einige Stunden lang diesen Formungsbedingungen unterworfen und dann läßt man ihn abkühlen.

Während in dem Autoklaven die Formungsbedingungen einwir ken, dehnen sich die Hülse 16 und das Rohr 24, die nachgie big 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 fe sten Beschichtung 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 Beschichtung, bilden sie mit dieser ein einheitliche Ganzes und können also einen Teil des fertigen Produkts formen.

Der abgekühlte Körper 10 wird nach Bedarf mit Wärme behan delt, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen, und dann in die in Fig. 3 gezeigte Form nachbear beitet. Er hat dann eine gleichmäßige glatte korrosions feste Beschichtung 40 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 Beschichtung, werden sie vorzugsweise während des Nachbearbeitens vollständig entfernt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu beschichtenden Wände werden als Vorbereitung für die Bildung einer Auskleidung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Nickel plattiert. Man nimmt an, daß der Nickelüberzug eine Oxidation verhindert, dazu beiträgt, eine kontinuierliche Bindung zu erzielen, und außerdem verhin dert, 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 Beschichtungen in Betracht: Nickel, Nickel legierungen, Tantal, Hastelloylegierungen, Kupfer, Kupfer legierungen, Legierungen auf Kobaltbasis, rostfreie Stähle und Titanlegierungen, sowie Carbide, die mit einem Körper aus verschiedenen Formen von legiertem Stahl, Kohlenstoff stahl oder rostfreien Stählen verbunden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert eine Beschichtung an den Wänden von sich kreuzenden Bohrungen oder Hohlräumen in einem dickwandigen Druckgefäß, indem das Druckgefäß als Basismetall verwendet wird, um das isostatische warmgepreßte Metallpulver aufzunehmen. Das dargestellte und beschriebene Bauteil ist ein Ventilkörper aus legiertem Stahl, dessen Innenflächen mit rostfreiem Stahl beschichtet ist. Das Verfahren kann auch dazu benutzt werdne, die Innenflächen von Bohrung und die Leitungswege eines Gehäuses einer Bohrlochsicherung zu beschichten, indem zwei Rohre aus rostfreiem Stahl als Form rund um den Spalt ver wendet 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

1. Anwendung des für das Innenbeschichten von rohr förmigen Körpern an sich bekannten isostatischen Heißpreßverfahrens,

- bei dem in dem Hohlraum eines Körpers ein dünnwandiger hohler Metallkern eingebracht wird unter Bildung eines Zwischenraums zwi schen der Außenseite dieses Metallkerns und den zu beschichtenden Innenflächen des Kör pers,
- in diesen Zwischenraum Metallpulver eingefüllt wird und
- dieses Metallpulver durch Druckausübung im In nenraum des Metallkerns und Temperatureinwir kung verfestigt wird,

zur Herstellung einer Innenbeschichtung in einem Körper, insbesondere einem Ventilkörper, mit meh reren einander kreuzenden Hohlräumen, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Hohlräumen ein zusammenhängender Zwi schenraum durch einander kreuzende hohle Metall kernteile gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur von annähernd 1150°C und ein Druck von annähernd 103 N/mm² etwa 2 Stunden lang zur Einwirkung gebracht werden, um das Metallpulver zu einer dichten, gleichmäßigen Auskleidung in den Hohlräumen zu verfestigen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß vor dem Einbringen der Metallkern teile die Hohlräume des Körpers vernickelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Metall kernteile und gegebenenfalls der Auskleidung aus dem Inneren der ausgekleideten Hohlräume durch Nachbe arbeitung entfernt wird zur Erzielung einer ge wünschten inneren Oberflächenform der Hohlräume.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den mit Metallpulver gefüll ten Hohlraum vor der Druckausübung ein Vakuum ange legt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine korrosionsfeste Ausklei dung gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Körper aus hochfestem legiertem Stahl eine Auskleidung aus rostfreiem Stahl gebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Kammer eines Ventil körpers als Metallkernteil eine Hülse (16) mit einer diese Hülse kreuzenden und darin festgeschweißten Manschette eingeführt wird und daß durch die Man schette hindurch ein Rohr (24) in die Kammer kreu zende Strömungskanäle eingeschoben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß rund um die offenen Enden der Hülse und des Rohres abdichtende Endringe (26, 28, 30) angebracht werden und daß die Endringe an der Außenfläche des Ventilkörpers festgemacht werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem (26, 30) der Endringe ein Füllstutzen (32, 34) zur Einführung des Metallpul vers angebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper gerüttelt wird, um sicherzustellen, daß der zusammenhängende Zwischen raum vollständig mit dem Metallpulver gefüllt wird.