DE3221887C2

DE3221887C2 - Verfahren zum Herstellen von Bimetallrohren

Info

Publication number: DE3221887C2
Application number: DE3221887A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Kawasaki; Hiroshi Ichikawa Chiba Ohtsubo; Isao Chiba Takada
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1981-06-11
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1986-11-06
Also published as: US4533806A; CA1198267A; FR2507508B1; FR2507508A1; GB2100641A; DE3221887A1; GB2100641B

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren, bei welchem nach dem Einbringen eines Innenrohres in ein Außenrohr die erhaltene Rohranordnung erwärmt und gleichzeitig das Innere des Innenrohres mit Hilfe eines Gases unter Druck gesetzt wird, mit oder ohne Verwendung eines Lötmittels. Wird kein Lötmittel verwendet, so werden die Werkstoffe des Innenrohres und des Außenrohres so gewählt, daß der Wärmedehnungskoeffizient des Innenrohres kleiner ist als derjenige des Außenrohres.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bimetallrohren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solches Verfahren ist bereits aus der DE-OS 17 52 508 bekannt

Bei diesem bekannten Vsrfab^n werden zwei Rohrkomponenten aus verschiedenen Metallen ineinandergefügt und sodann in ein äußeres halterohr hineingesteckt, welches die äußere Rohrkomponente dicht Umgibt. Das Mäl^eⁱ*o^ⁱr h^c^ht^a|*^c **ΐτι<*ρη ^Ataii nnit wesentlich ^srm^eren ^^ärmedehnun^(Tskoeffizienten als 'ede der beiden Rohrkomponenten. Eine aus den beiden Rohrkomponenten und dem äußeren Halterohr bestehende Rotiranordnung wird gestreckt und anschließend auf eine Temperatur zwischen 400 und 500°C erwärmt. Nach dem Abkühlen der Rohranordnung wird das äußere Halterohr von den beiden miteinander verbundenen Rohrkomponenten abgezogen.

Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil eines hohen Materialaufwandes, da spezielle äußere Halterohre erforderlich sind. Aus der DE-PS 8 13 839, der DE-AS 28 39 684 sowie der DE-PS 8 23 732 sind drei Aspekte des bekannten Bundy-Verfahrens zur Herstellung mehrschichtiger Rohre aus kupferüberzogenen Stahlblechstrcifen mit Hilfe einer Zwischenschicht bekannt. Die genannten Rohrstreifen werden durch Wickeln hergestellt, wobei die durch den Wickelvorgang schraubenförmig nebeneinander verlaufenden Metallstreifenbahnen auf geeignete Weise miteinander verbunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung »o auszubilden, daß eine kostengünstige Herstellung von mehrlagigen Rohren ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird bei der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß durch Druckbeaufschlagung des Innenrohres mit Hilfe eines Druckgases die angestrebte Verbindung des Innenrohres mit dem Außenrohr, ggf. unter Verwendung eines Lötmittels, auf technisch elegante Weise erreicht wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Werkstoffe für das Innenrohr und das Außenrohr so gewählt werden, daß der Wärmedehnungskoeffizient des Innenrohres kleiner ist als der Wärmedehnungskoeffizient des Außenrohres.

Beim zonenweisen Erwärmen der erhaltenen Rohranordnung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, eine Kompressionskraft auf das Innenrohr von dessen beiden Enden in Axialrichtung auszuüben, wohingegen das Innere des Innenrohres mit Druck beaufschlagt wird, wodurch Innen- und Außenrohr gut miteinander verbunden werden. Was die Auswahl des jeweiligen Lötmittels angeht, so sollte dieses unter Berücksichtigung auf die Werkstoffkombination von Innen- und Außenrohr sowie unter Berücksichtigung der angestrebten Verwendungszwecke und Verwendungstemperaturen ausgewählt werden. Einige geeignete Lötmittel sind in der folgenden Tafel 1 zusammen mit Werkstoffen für Innen- und Außenrohr sowie unter Angabe der Verwendungstemperaturen zusammengestellt.

	32 21 887	Schmelztemperatur	Verwendung des Lötmittels
Tafel 1		bereich des
Lötmittel Gestalt des Lölmittels	Zusammensetzung	Lötmittels (⁼ C)
	des Lötmittels	640-900	kein Flußmittel für SCup-
	(%)		fer; zu verwenden für das
Phosphor- gegossener oder	P:5-7		Löten von Kupfer und
haltiges warmgewalzter Lötdraht	Ag:5-15		Kupferlegierungen; unge
Kupferlot in Bandform oder Pulver	Cu: Rest		eignet für Gußeisen und
			Stahl; Löten (Hartlöten)
			mit dem Brenner durch
			Eintauchen und im Ofen
		600-790	geeignet zum Lösen von
			Kupferlegierungen, Nik
Silberlot Band, Draht und Pulver	Cd: 0-24		keilegierungen und Eisen
	Cu: 15-35		legierungen; das Vorlie
	Zn: 0-28		gen von l'hosphor ist un
	weitere		geeignet zur-i Löten von
	Stoffe:0-5		Kupfer, Gußeisen und an
	Ag: Rest		deren Eisenlegierungen;
			Löten (Hartlöten) mittels
			des Brenners durch Ein
			tauchen und im Ofen
		800-900	geeignet zum Löten von
			Kupferlegierungen, Nik-
Deutsches pulvrig und stückig	Zn: 30-55		kellegierungen, Kupfer
Silberlot	Ni:0-10		und Gußeisen; Löten
	Cu: Rest		(Hartlöten mittels des
			Brenners, durch Eintau
			chen und im Ofen
		850-980	geeignet für das Verlöten
			von Kupferlegierungen,
mcssinglut Band, Stab, Draht,	Zn: 0-48		Nickellegierungen, Guß
Pulver und Stücke	weitere		eisen und ausreichende
	Stoffe: 0-11		Festigkeit verlangende
	Cu: Rest		Stahlverbindungen
		880-960	verwendbar für das Löten
			von Elektronenröhrentei
Goldlot Band und Draht	Cu: 20-63		len; für ein Löten in redu
	Au: Rest		zierender Atmosphäre,
			unter vermindertem
			Druck und im Vakuum;
		520-640	zum Verlöten von Alumi
			niumlegierungen; Löten
Aluminium- Band, Stab und Draht	Si:5—12		(Hartlöten) mittels des
lot	Cu:0-4		Brenners, durch Eintau
	Al: Rest		chen und im Ofen; Fluß
			mittel erforderhchi
		1000-107C	geeignet zum Verlöten
			von nichtrostendem Stahl
Wärmebe- Band, Stab, Draht und	Ni: 70		und nickelreichen Legie
ständiges Pulver	Cr: 17		rungen; zum Löten unter
Lot	B: 3,5		reduzierender Atmosphä
	Fe + Si + C; 10		re und für das Verlöten im
			Ofen unter Wasserstoffat
			mosphäre
		960-970

	Ag: 85
	Mn: 15

Beim Löten (Hartlöten) ist die Verwendung eines Flußmittels günstig, um insbesondere eine Oxidation und eine Herabsetzung des Fließvermögens des Lötwerkstoffes zu verhindern. Zu diesem Zweck können Zinkchlorid, Harz, Borax, Borsäure, Natriumchlorid, Lithiumchlorid, Fluorverbindungen und dergleichen wahlweise als Flußmittel entsprechend den Erfordernissen an das Lötmittel und die miteinander zu verbindenden Rohrwerkstoffe verwendet werden.

Beim Zonenerwärmen der Rohranordnung liegt die Erwärmungstemperatur innerhalb eines Arbeitstemperaturbereiches des ausgewählten Lötmittels, wie vorstehend angegeben. Außerdem wird ein Druck ρ (Pa²) auf die Innenseite des Innenrohres zum Einwirken gebracht, der gerade ausreicht, um das Innenrohr als Folge einer elastischen oder plastischen Verformung so zu expandieren, daß es in innigem Kontakt mit der Innenoberfläche des Außenrohres gelangt. Der Druck schwankt etwas in Abhängigkeit von dem Raum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr. Vorteilhafterweise genügt der Druck der folgenden Gleichung:

2OitJD, < p/100 < 2o₀ti)/Do.

In dieser Gleichung bezeichnet «7, die Zugfestigkeit (N/m²) des lnnenrohrwerkstoffes bei der Arbeitstcmpcratur, ti die Dicke (mm) des Innenrohres, D₁ den Außendurchmesser (mm) des Innenrohres, ob die Bruchfestigkeit (N/m²) des Außenrohrwerkstoffes bei der Löttemperatur, fo die Dicke (mm) des Außenrohres und Do den Innendurchmesser 'πϊγγΛ dss Außenrohres.

Gemäß des zweiten Aspekts (zweite Ausführungsform) der Erfindung kann die Rohranordnung über ihre gesamte Länge gleichzeitig erwärmt werden oder kann die örtliche Erwärmungszone über die Gesamtlänge der Rohranordnung bewegt werden. Im letzten Fall läßt sich die Expansion des Rohres weiter dadurch erleichtern, daß das Innenrohr mit einer Kompressionskraft in Axialrichtung des Rohres beaufschlagt wird. Erfindungsgemäß kann die Größe bzw. Dimension des erzeugten Bimetallrohres dadurch gesteuert werden, daß der Durchmesser des Bimetallrohres auf herkömmliche Weise vergrößert oder verringert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unier Bezug auf die Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt

Fig. 1 und 2 schematische Längsschnitte durch Ausführungsfc.iien von zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneter Vorrichtungen.
Wie in den Fi g. 1 und 2 dargestellt, wird ein Innenrohr 2 in ein Außenrohr 1 eingebracht und wird sodann ein zwischen dem Außenrohr t und dem Innenrohr 2 vorhandener Zwischenraum mit einem Lötpulver 3, gegebenenfalls unier Zusatz eines Flußmittels, gefüllt. Nachdem beide Enden des Innenrohres 2 luftdicht mit Hilfe einer Verschlußkappe 4 geschlossen sind, wird die erhaltene Rohranordnung in eine Kammer 5 mit konditionierbarer Atmosphäre eingebracht. Gegebenenfalls können der Zwischenraum zwischen den Rohren sowie der Innenraum des Innenrohres 2 mit Hilfe einer Vakuum-Absaugeinrichtung 13 evakuiert werden oder kann ein inertes Gas oder ein reduzierendes Gas aus einer Gasflasche 14 in das Innere der Kammer 5 eingeleitet werden. Sodann werden Luft oder ein Inertgas aus einer Gasflasche 12 unter Druck in den Innenraum des Innenrohrcs 2 gepumpt, während die Rohranordung zonenweise erwärmt wird, was durch Anlegen eines hochfrequenten Stromes aus einer Stromquelle 10 an eine Hochfrequenz-Erwärmungsspule 6 und durch Bewegen dieser Spule 6 mit Hilfe einer Spulenbewegungseinrichtung 11 erfolgt, so daß das Innenrohr 2 im Bereich der jeweiligen Ortslage der Erwärmungsspule 6 nach außen expandiert wird, um auf diese Weise in Richtung auf das Außenrohr 1 bewegt und mit diesem Verlötet zu werden. Durch Bewegen einer derartigen Erwärmungszone über die Gesamtlänge des Rohres kann das Innenrohr mit dem Außenrohr zwecks Erzeugung eines Bimetallrohres verlötet werden. Außerdem kann das Verlöten des Innenrohres und des Außenrohres dadurch unterstützt werden, daß das Innenrohr 2 in Richtung seiner Achse mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird, wie mit Hilfe einer Kompressions-Belastungseinrichtung 7, eines diese Belastung messenden Instrumentes 8 sowie eines Kompressionskolbens 9. Diese Druckbeaufschlagung sollte während der zonenweisen Erwärmung durchgeführt werden.

Ist es außerdem beabsichtigt, ein Bimetallrohr ohne Verwendung eines Lötmittels herzustellen, so werden Innenrohre und Außenrohre mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten verwendet. Werden derartige Innen- und Außtnrohre in die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung eingebracht, so wird das Innenrohr 2 expandiert und mit dem Außenrohr 1 während des zonenweisen Erwärmens verbunden. Sodann wir durch Abkühlen der Rohranordnung im Anschluß an das Erwärmen das Innenrohr fest mit dem Außenrohr verbunden als Folge der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten, welche das Innenrohr einerseits und das AuClenrohr andererseits aufweisen. Auf diese Weise kann ein Bimetallrohr hergestellt werden.

F i g. 2 zeigt eine andere Herstellungsweise für Bimetallrohre, wobei ein Innenrohr 2 in ein Außenrohr 1 eingesetzt wird und beide Enden des Innenrohres 2 luftdicht mit Hilfe von Dichtungskappen 4 verschlossen werden, worauf die so erhaltene Rohranordnung in einen rohrförmigen Elektroofen 15 eingesetzt wird. Durch Einbringen von Luft- oder Inertgas aus einer Gasflasche 12 in den Innenraum des Innenrohres 2 während die Rohranordnung als ganzes in dem Ofen 15 erwärmt wird, wird das Innenrohr 2 expandiert und am Außenrohr befestigt. Wird die Rohranordnung nach dem Erwärmen abgekühlt, so ist die Schrumpfung des Außenrohres 1 größer als die Schrumpfung des Innenrohres 2 als Folge der den beiden Rohren innewohnenden unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten, so daß das Außenrohr 1 eine Kompressionskraft auf das Innenrohr 2 ausübt, wodurch die Außen- und Innenrohre fest miteinander vereinigt werden.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert, wobei die Erfindung keinesfalls auf diese Beispiele beschränkt ist.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde ein Außenrohr mit einem Außendurchmesser von 17,3 mm aus dem Werkstoff SUS 304 TP verwendet und wurde ein Innenrohr mit einem Außendurchmesser von 14,0 mm und einer Wandstärke von 0,3 mm aus einem unter der Bezeichnung »Inconel« bekannten Werkstoff benutzt. Als Lötmaterial wurde ein wärmebeständiges Lot aus BNi-4-Pulver(Ni-Si-B-Typ)ohne Flußmittelzusatz benutzt.

Ziriächst wurde die Außenoberfläche des in das Außenrohr eingebrachten Innenrohres mit einer Paste aus einem pulvrigen Lötmittel und einem organischen Lösungsmittel aufgetragen. Jedes Ende des Innenrohres wurde mittels einer Dichtungskappe aus dem Werkstoff SUS 304 zugelötet. Die erhaltene Rohranordnung wurde in die in F i g. 1 dargestellte Kamr.vsr mit konditionierbarer Atmosphäre eingebracht, welche entleert und in welche eine Atmosphäre aus Argon mit 5% H2 aufrechterhalten wurde. Der Innenraum des Innenrohres wurde evakuiert und mit einem Argon-Druckgas bis zu 980 k Pa beaufschlagt. Die Rohranordnung wurde zonenmäßig bis zu 1150°C mit Hilfe einer Hochfrequenz-Erhitzungsspule mit doppelten Windungen erwärmt und die Erwärmungszone wurde mit einer Geschwindigkeit von 200 mm/min bewegt. Das auf diese Weise erhaltene Bimetallrohr wurde der Länge nach aufgeschnitten und überprüft, wobei gefunden wurde, daß das Bimetallrohr vollständig verlötet war.

gg■ _s„;_ei 2

Es wurde ein Außenrohr mit einem Außendurchmesser von 17,3 mm und einer Wandungsdicke von 1,2 mm aus dem Werkstoff SUS 304 TP zusammen mit einem Cu-Ni-nahtgeschweißten Innenrohr mit einem Außendurchmesser von 14,0 mm und einer Wandungsdicke von 0,5 mm verwendet. Als Lötmittel wurd ein Silberlot aus BAg-8-Pulver verwendet, welches mit einem handelsüblichen Flußmittel vermischt und auf die Außenoberfläche des Innenrohres aufgetragen wurde. Sodann wurde der gesamte in Beispiel 1 beschriebene Vorgang wiederholt mit der Ausnahme, daß im Innenraum der Kammer ein Vakuum (—30,133 Pa) herrschte und der Innenraum des Innenrohres mittels eines Argon-Druckgases mit 4900 k Pa beaufschlagt wurde. Die zonenweise Erwärmungstemperatur betrug 850° C und die Bewegungsgeschwindigkeit betrug 0,0033 m/s. Das auf diese Weise erzielte Zweifachrohr erwies sich bei einer Längsschnittprüfung als vollständig verlötet.

Beispiel 3

Als Außenrohr wurde ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 17,3 mm und einer Dicke von \2 mm aus dem Werkstoff SUS 304 TP verwendet und als Innenrohr diente ein Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von 14,0 mm und einer Dicke von 0,5 mm. Als Lötmittel wurde das sogenannte Lot 50 aus Zinnpulver verwendet, welches mit einem handelsüblichen Flußmittel für Stahl vermischt und auf die Außenoberfläche des Innenrohres aufgetragen wurde.

Sodann wurde der gleiche Vorgang, wie in Beispiel 1 beschrieben, wiederholt, mit der Ausnahme, daß im Inneren der Kammer eine Luftatmosphäre aufrechterhalten wurde, daß im Innenraum des Innenrohres mit Hilfe von Druckluft ein Druck von 4900 k Pa aufrechterhalten wurde, daß die Temperatur der zonenweisen Erwärmung 300° C und die Bewegungsgeschwindigkeit 0,0033 m/s betrug. Außerdem wurden beide Enden des Innenrohrcs in Axialrichtung mit einer Kompressionskraft von etwa 980 N beaufschlagt. Das derart erhaltene Bimetallrohr zeigte sich bei einer Längsschnittuntersuchung als vollständig verlötet.

Beispiel 4

Als Außenrohr wurde ein Rohr aus dem Werkstoff SUS 304 TP mit einem Außendurchmesser von 17,3 mm und einer Dicke von 1,2 mm verwendet. Als Innenrohr wurde ein geschweißtes Rohr aus dem Werkstoff »Inconel« mit einem Außendurchmesser von 14,0 mm und einer Dicke von 03 mm verwendet. Nachdem die miteinander verbundenen Oberflächen dieser Rohre, d. h. die Innenoberfläche des Außenrohres sowie die Außenoberfläche des Innenrohres, einer Kupferplattierung unterzogen worden waren, wurde ein Silberlot aus einem BAg-8-Pulver zusammen mit einem Flußmittel auf die Außenoberfläche des Innenrohres aufgetragen.

Sodann wurde der gleiche Vorgang wiederholt, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß das Innere der Kammer mittels Argongas gespült wurde, der innenraum des Innenrohres mittels Argongas mit einem Druck von 4900 k Pa beaufschlagt wurde, als Temperatur für die zonenweise Erwärmung 850⁰C gewählt wurde und die Bewegungsgeschwindigkeit 0.0033 m/s betrug. Das derart erhaltene Bimetallrohr zeigte sich bei einer Längsschnittuntersuchung als vollständig verlötet.

Beispiel 5

Es wurde der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 beschrieben, wiederholt mit der Ausnahme, daß der Druck im Inneren des Innenrohres 2940 k Pa betrug. Bei dem derart erzeugten Bimetallrohr war der Außendurchmesser des Rohres auf 18,0 bis 185 mm vergrößert. Sodann wurde dieses Bimetallrohr durchmessermäßig auf herkömmliche Weise auf 17,5 mm reduziert. Ais Ergebnis einer Längsschnittuntersuchung ergab sich, daß das Ip.nenrohr und das Außenrohr vollständig miteinander verlötet waren.

Wie aus den vorstehenden Beispielen erkennbar, sind vielfältige Werkstoffkombinationen für Innenrohr und Außenrohr beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich und wird das Lötmittel in Abhängigkeit von der gewählten Werkstoffkombination ausgewählt Um den Lötvorgang zu unterstützen kann es weiterhin nützlich sein, daß die Verbindungsoberfläche des Rohres mit einem Metali beschichtet wird, sei es durch Plattieren oder

durch Sprühen, welches die gleiche Wirkung hat wie die Metallplattierung. Es kann auch eine Druckkraft auf beide Enden des Innenrohres in Richtung dessen Längsachse zur Einwirkung gebracht werden. Ferner versteht sich, daß der im Innenraum des Innenrohres aufgebrachte Druck in Abhängigkeit von der elastischen oder plastischen Verformung des Werkstoffes des Innenrohres bei der Erwärmungstemperatur während des Lötvorganges veränd-srt werden muß, weil die Herstellung der Bimetallrohre von der elastischen oder plastischen Verformung des Innenrohres bei hoher Temperatur Gebrauch macht. Übersteigt jedoch der Druck im Innenraum des Ii.nenrohres den der Zugfestigkeit oder der Streckgrenze des Außenrohres bei der herrschenden hohen Temperatur entsprechenden Druck, so führt dieses zu einer Erweiterung des Außenrohres, wie in Beispiel 5 gezeigt. Aus diesem Grunde ist es ratsam, daß der das Innere des Innenrohres beaufschlagende Druck nicht

ίο höher ist als ein Druck, welcher der Bruchfestigkeit des Außenrohres bei der Löttemperatur entspricht. Das bedeutet, daß der Druck im Inneren des Innenrohres vorzugsweise anhand der vorstehend angegebenen Gleichung berechnet wird. Wenngleich die vorstehenden Beispiele lediglich klein dimensionierte Rohre mit einem Durchmesser von 17,3 mm betreffen, so kann die Erfindung auf die Herstellung groß dimensionierter Rohre, wie ölförderrohre oder dergleichen angewendet werden. Außerdem ist die Erfindung anwendbar auf die Herstellung von Mehrschichten-Kastenbehältern und dergleichen.

Beispiel 6

Für dieses Beispiel wurde ein Kohlenstoffstahl-Rohr (STBA 22) mit einem Außendurchmesser von 50,8 mm und einer Dicke von 0,5 mm als Außenrohr zusammen mit einem TIG-geschweißten Rohr aus reinem Titan (zweite Klasse gemäß japanischer Industrienorm) mit einem Außendurchmesser von 38,0 mm und einer Dicke von 0,5 mm als Innenrohr verwendet. Ein Bimetallrohr wurde aus diesem Innenrohr und diesem Außenrohr in der folgenden Weise hergestellt. Wie in Fig. 2 dargestellt, wurde das Innenrohr 2 in das Außenrohr 1 eingebracht und wurden beide Enden des Innenrohres 2 mit Hilfe von Dichtkappen 4 mit Hilfe des TIG-Schweißens verschlossen. Die erhaltene Rohranordnung wurde in den rohrförmigen Elektroofen 15 eingesetzt, wo die ge imte Anordnung auf eine Temperatur von 800⁰C erwärmt wurde, während das Innere des Innenrohres 2 mit Hilfe von aus der Gasflasche 12 zugeführtem Argongas mit einem Druck von 15 bar beaufschlagt wurde. Nachdem die Rohranordnung 5 min lang auf 800⁰C gehalten worden war, wurde aus dem Ofen entnommen und unter einem verminderten Druck abgekühlt. Das derart erhaltene Bimetallrohr zeigte sich bei einer Quef-Schnittsuntersuchung über die gesamte Länge als vollständig miteinander verbunden (Innenrohr und Außenrohr).

Beispiel 7

Es wurde ein Kohlenstoffstahl-Rohr (STBA 22) mit einem Außendurchmesser von 50,8 mm und einer Dicke von 5.0 mm als Außenrohr zusammen mit einem T!G-geschweißten Rohr aus hochreinem ferritischen Edelstahl (30% Cr; 2% Mo) mit einem Außendurchmesser von 38,0 mm und einer Dicke von 0,45 mm als Innenrohr verwendet.

Ein Metallrohr wurde aus diesen beiden Rohren wie folgt hergestellt. Gemäß F i g. 1 wurden Dichtungskappen 4 an beide Enden des Innenrohres 2 geschweißt, welches in das Außenrohr 1 eingeschoben worden .var. Die erhaltene Rohranordnung wurde in die Kammer 5 mit konditionierbarer Atmosphäre eingebracht, deren Inneres mit Hilfe der Vakuum-Absaugeinrichtung 13 entleert und sodann mit Argongas aus der Gasflasche 14 aufgefüllt wurde. Das Innere des Innenrohres 2 wurde mit Hilfe von Argongas aus der Gasflasche 12 mit einem Druck von 10 bar beaufschlagt. Sodann wurde die Rohranordnung auf 1050⁰C mit Hilfe der sich mit einer Geschwindigkeit von 0,0033 m/s über die gesamte Rohrlänge bewegenden Erwärmungsspule 6 zonenweise erwärmt. Das derart erhaltene Bimetallrohr zeigte sich bei einer Querschnittsüberprüfung als über seine gesamte Länge vollständig vereinigt (Innen- und Außenrohr).

Beispiel 8

Es wurde ein nichtrostendes Stahlrohr aus dem Werkstoff SUS 316 mit einem Außendurchmesser von 50,8 mm und einer Dicke von 5,0 mm als Außenrohr zusammen mit einem TIG-geschweißten Rohr aus einer Nickellegierung (Inconel 625) mit einem Außendurchmesser von 38,0 mm und einer Dicke von 0,5 mrn als Innenrohr verwendet

Der gleiche Vorgang, wie in Beispiel 7 beschrieben, wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß die Erwärmungstemperatur 1000⁰C betrug, der Druck im Inneren des Innenrohres 30 bar ausmachte und außerdem eine Kompressionskraft von etwa 9800 N auf das Innenrohr in dessen Axialrichtung aufgebracht wurde. Dieses geschah mit Hilfe der Kompressionsbelastungseinrichtung 7, der Belastungsmeßeinrichtung 8 sowie des Kompressionskolbens 9. Das derart erhaltene Bimetallrohr erwies sich bei einer Querschnittsprüfung als über die gesamte Länge vollständig vereinigt (Innen- und Außenrohr).

Beispiel 9

Der Außendurchmesser des in Beispiel 8 erhaltenen birneiallrohres wurde mit Hilfe eines hydraulischen Erweiterungsverfahrens auf 52,8 mm erweitert Andererseits wurde der Außendurchmesser des in Beispiel 6 erhaltenen Bimetallrohres auf 49,0 mm mit Hilfe eines Kaltziehverfahrens reduziert Jedes dieser erweiterten bzw. reduzierten Doppelrohre erwies sich bei einer Querschnittsüberprüfung als über die gesamte Länge vollständig vereinigt (Innen- und Außenrohr).

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde das gleiche Vorgehen, wie in Beispiel 7 beschrieben, wiederholt mit der Ausnahme, daß ein Kohlenstoffstahlrohr (STBA 22) mit einem Außendurchmesser von 50,8 mm und einer Dicke von 5,0 mm als Außenrohr zusammen mit einem TIG-geschweißten Rohr aus rostfreiem Stahl gemäß SUS 304 mit einem Außendurchmesser von 38,0 mm und einer Dicke von 0,5 mm als Innenrohr verwendet wurde; die Erwärmunßstcmperatur 1100⁰C betrug und im Inneren des Innenrohres ein Druck von 15 bar erzeugt wurde. Als Ergebnis einer Querschnittsuntersuchung wurde gefunden, daß das erhaltene Bimetallrohr einen Spalt von etwa 0,1 mm aufwies und daß außerdem Innen- und Außenrohr nicht innig miteinander verbunden waren.

Die Kombination der Rohrwerkstoffe, die Relation des Wärmedehnungskoeffizienten sowie die Ergebnisse des Vereinigungszustandes in den Beispielen 6 bis 8 sowie im Vergleichsbeispiel 1 sind in der folgenden Tafel 2 zusammengestellt.

Tu fei 2

Wie aus Tafel 2 hervorgeht, ist die Werkstoffkombination für Innen- und Außenirohr erfindungsgemäß beliebig, sofern der Wärmedehnungskoeffizient des Außenrohres größer ist als der Wärrnedehnungskoeffizient des Innenrohres. Die Erwärmungstemperatur, der im Inneren des Innenrohres aufgebrachte Druck, die Kompressionskraft und dergleichen sind Faktoren zum Erweitern des Innenrohres bei hohen Temperaturen zwecks Herbeiführung eines innigen Kontaktes mit dem Außenrohr; woraus folgt, daß diese Einflußgrößen leicht in Abhängigkeit von der Werkstoffestigkeit bei der Erhitzungstemneratur, dem Dnichmesser und der Wandstärke des Innenrohres und dergleichen festgelegt werden können.

Erfindungsgemäß wird das Innenrohr durch das Außenrohr kompressiven Bearspruchungen unterworfen, indem die Unterschiedlichkeit der Wärmedehnungskoeffizienten des Innenrohres und des Außenrohres verwendet wird, woraus sich ergibt, daß beide Rohrwerkstoffe selbstverständlich höheren Erwärmungstemperaturen standhalten müssen. Bei der Ausübung der Erfindung ist der verwendbare Temperaturbereich jedoch breiter als beim herkömmlichen Aufschrumpfen, so daß die Produktion leichter vor sich geht. Außerdem wird das "nnenrohr innig mit dem Außenrohr durch Beaufschlagung des Inneren des Innenrohres mit einem Druck vereint, so daß es nicht erforderlich ist. den Innendurchmesser des Außenrohres und den Außendurchmesser des Innenrohrcs mit hoher Genauigkeit zu dimensionieren, verglichen mit dem herkömmlichen Aufschrumpfen, was einen beträchtlichen Vorteil für die Herstellung von groß dimensionierten Bimetalirohren beinhaltet, wenngleich die vorstehenden Beispiele die Verarbeitung von Rohren mit Durchmessern von ca. 50 mm beschreiben. Die Erfindung ist anwendbar auf die Herstellung von Bimetallrohren mit unterschiedlichen Durchmessern und nicht nur für große und kleine Rohre für Sonderzwecke. Ferner kann die obere Grenze der Verwendungstemperatur eines Bimetallrohres angehoben werden durch Steigerung der Temperatur des Innenrohres bei der Erweiterung unter Druck.

Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Bimetallrohren äußerst vorteilhaft zum Verbinden eines hochkorrosionsbeständigen oder wärmebeständigen Innenrohres aus einem kostspieligen Material mit einem Außenrohr aus einem preisgünstigen Material mit oder ohne Anwendung eines Lötmittels, so daß sich Bimetallrohre vergleichsweise kostengünstig und vorteilhaft erzeugen lassen. Ferner sind die hergestellten Bimetallrohre für Apparaturen und Rohrleitungen verwendbar, welche bisher auf die Anwendung teurer, hochkorrosionsbeständiger Materialien angewiesen waren, wodurch sich Kosten einsparen lassen.

	Außenrohr	Innenrohr	Verbindungs zustand
Beispiele	Kohlenstoff	Ti	gut
Beispiele	Kohlenstoff	hochreiner ferritischer nichtrostender Stahl [FE-30Cr-2Mo)	gut
	nichtrostender Stahl (SUS 316)	Ni-Legierung (Inconel 625)	gut
Vergleichsbeispiel 1	Kohlenstoffstahl	nichtrostender Stahl (SUS 304)	schlecht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Bimetallrohren, bei welchem ein Innenrohr in ein Außenrohr eingeführt und die erhaltene Rohranordnung erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Innenrohres gegebenenfalls nach Einbringen eines Lötmittels in den Zwischenraum zwischen Innenrohr und Außenrohr mit Druckgas beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Rohranordnung-zonenweise erwärmt wird, wobei die Erwärmungszone über die gesamte Länge der Rohranordnung bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Rohranordnung als Ganzes erwärmt wird

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zuvor mit einem Flußmittel vermischtes Lötmittel verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum nach Einbringen des Lötmittels unter einen verminderten Druck oder unte: einer inerten oder einer reduzierenden Gasatmosphäre gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der mit einander zu verbindenden Oberflächen des innenrohres bzw. des Außenrohres einer Metallplattierung oder einem Menallsprühen unter Verwendung wenigstens eines Lösungsmittels, ausgewählt aus einer Nickel. Chrom, Kupfer und Eisen umfassenden Gruppe, unterzogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Rohranordnung zonenweise

dadurch erwärmt wird, daß die Erhitzungszone über die Gesamtlänge der Rohranordnung bewegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden des Innenrohres in

Richtung ihrer Längsachse während des Erwärmens der Rohranordnung mit einer Kompressionskraft beaufschlagt werden.

9. Verfahren nach einera der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Bimetallrohres auf eine vorbestimmte Abmessung erweitert oder reduziert wird.