DE3237817A1

DE3237817A1 - Verfahren zum verbinden von metallteilen durch explosionsschweissen

Info

Publication number: DE3237817A1
Application number: DE19823237817
Authority: DE
Inventors: Per Ingemar 71300 Nora Persson
Original assignee: Nitro Nobel AB
Current assignee: Nitro Nobel AB
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1983-05-05
Also published as: GB2108030A; SE427162B; NO823542L; NO152776C; NO152776B; NL8203926A; CA1190067A; US4496096A; GB2108030B

Description

GLAWE₁DELFS₁MOLLSc-F³AFPFNER"- - " "PATENTANWÄLTE ^OZO/OI/

EUROPEANPATENTATTORNEYS

RICHAHOQLAWE KLAUSDELFS DR.HNG. DIPLHNQ. ULRICH MENGDEHL WALTER MOLL DIPL^HEM. Da REa NAT. DIPL-PHYS. DR RER. NAT. HEINRICH NIEBUHR OFF. BEST. DOLMETSCHER DIPL-PHYS. DR. PHIL HABIL.

Nitro Nobel AB eoooMünchen2β 2oooHamburg 13

S-710 30 Gy t tOr P POSTFACHte2 POSTFACH2S70

LIEBHERRSTR. 20 ROTHENBAUM- TEL. (O 89) 22 65 48 CHAUSSEE 58 TELEX S22505SPEZ TEL (040)4102008 TELECOPIER (Οββ) 223838 TELEX212921 SPEZ

Verfahren zum Verbinden

von Metallteilen durch

Explosionsschweißen MÜNCHEN

A 85 !

Beschreibung

Das Verbinden von Metallen zur Herstellung von Verbundmatterial durch Explosionsschweißen sowie das Verbinden von Metallelementen durch Überlappung, Anphasen u.s.w. sind aus verschiedenen Patenten und anderen Veröffentlichungen bekannt. Mit diesen Verfahren können ausgezeichnete Ergebnisse erhalten werden, vorausgesetzt daß die zu verbindenden Materialien oder Teile ausreichend unterlegt und abgestützt werden können, um eine übermäßige Verformung zu verhindern. Wo dies nicht möglich ist, konnte die Methode des Explosionsschweißens bisher nicht angewendet werden.

Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können diese Beschränkungen entfallen. Dies wird erfindungsgemäß

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BANK. DRESDNER BANK. HAMBURG. 4030448 (BLZ 20080000) · POSTSCHECK: HAMBURG 147807-200 (BLZ 20010020) ■ TELEGRAMM: SPECHTZIES

dadurch ermöglicht, daß die Metallteile an der Verbindungsstelle derart verformt werden, daß ein verstärkter Abschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Metallteile geschaffen wird, und daß die Kraft der Explosivgase senkrecht zur Längsrichtung der Metallteile beträchtlich reduziert wird. Die Notwendigkeit einer Abstützung in Form von Klammern oder dergleichen wird hierdurch drastisch herabgesetzt oder vollständig eliminiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer nach einem bekannten Verfahren explosionsgeschweißten Verbindung. Die Metallelemente 1 und 2 werden auf einer Unterlage 3 angeordnet und das Metallteil 4 wird in bekannter Weise in der Verwendung einer Explosionsladung 5 über der Naht aufgeschweißt. Fig. 1 a'zeigt die Anordnung vor der Zündung und Fig. 1 b die fertige Naht.

Fig. 2 zeigt eine Schweißverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kanten der Metallteile 1 und 2 sind abgebogen und bilden einen Flansch, der von der Explosivladung 5 umgeben ist. Ein Profilstreifen 6 ist auf.die obere Kante der Flansche aufgelegt und verhindert, daß die Explosionsgase in den Spalt zwischen den Flanschen eindringen. Die Zündung der Explosionsladung erfolgt in bekannter Weise mittels eines Zünders 7, z.B

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. einer Knalladung mit höherer Detonationsgeschwindigkeit als die Sprengladung 5.

Die Ladung ist von einem Behälter 9 aus inertem Material eingeschlossen. Ein Schutz 8 ist zwischen der Ladung und den Längsrändemder Elemente 1 und 2 angeordnet; dieser Schutz 8 besteht aus einem leichtem, porösem Material wie z.B. Pappe, Schaumstoff, Wellpappe u. dgl.. Wenn die Ladung detoniert, wird ein hoher Druck auf die Flansche ausgeübt, so daß sie stoßartig zusammengepreßt werden und eine Explosionsschweißnaht auf einer Fläche bilden, die sich von der Oberkannte der Flanschen nach unten erstreckt. In Fig. 2 b, die die fertige Verbindung zeigt, ist dies durch die Wellenlinie angedeutet.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2. Die Flansche bilden in diesem Fall einen Winkel miteinander, während sie in Fig. 2 parallel verlaufen. Unter dem Gesichtspunkt des Explosionsschweißens macht dies keinen Unterschied, jedoch können Explosivstoffe -mit höherer Detonationsgeschwindigkeit verwendet werden.

Bei den Anordnungen gemäß Fig. 2 und 3 erfolgt die Zündung am oberen Punkt der Flansche und die Beschleunigung bewegt sich daher nach unten.

Fig. 4 zeigt Beispiele mit im Winkel (4a) bzw. parallel zueinander (4b) verlaufenden Flanschen, jedoch mit Zündung von unten. Bei diesen Anordungen nach Fig. 4 ergibt sich eine

noch geringere Auswirkung auf die Form der Metallelemente in ihrer Hauptrichtung , jedoch ist eine größere Höhe der Flansche und ein komplizierteres Zündsystem erforderlich insbesondere dann, wenn die zu verbindenden Metallelemente rohrförmig sind.

Bei dem Verfahren gemäß Fig. 2 und besonders bei dem Verfahren nach Fig. 3 tritt häufig eine Dickenabnahme der Metallelemente in der Nähe des Winkels oder der Ausrundung am übergang zwischen dem Flansch und der Haupterstreckung des Elementes auf, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt. Da der Vorgang in wenigen Mikrosekunden abläuft, haben die Metallelemente aufgrund ihrer Trägheit keine Zeit sich zu bewegen, und werden deshalb gedehnt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 a wird dieser Nachteil vollständig beseitigt, da die Flansche in ihrem unteren Teil bereits vor dem Verschweißen aneinander anliegen. Je nachdem inwieweit dies auch bei den Anordnungen nach Fig. 2 und 4 b der Fall ist, bzw. wie klein in diesen Fällen sowie auch in Fig. 3 der Spalt zwischen den Flanschen gemacht werden kann, kann die Dickenabnähme auf etwa 1% der Materialdicke reduziert werden. Dies kann im allgemeinen innerhalb vernünftiger Grenzen durch Vermehrung der Explosivladung kompensiert werden.

Bei den Anordungen gemäß Fig. 2, 3 und 4 a kann die Dicken-

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β · ■ ·

abnähme des Materials auf andere Weise vermieden werden. Ein Beispiel ist schematisch in Fig. 6 dargestellt. Gemäß Fig. 6 a ist der untere Teil des Flansches so geformt, daß das durch die Abwärtsbewegung verursachte Stauchen das Ziehen in der Längsrichtung der Elemente kompensiert. Bei der Anordung nach Fig. 6 sind die Flansche an ihrem Fuß mit einer Schulter versehen, die ein Ziehen der Metallelemente in Längsrichtung verhindert.

Bei Versuchen unter Anwendung des erf indungsgernäßen Verfahrens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Oberflächen der zu verbindenden Flansche zu schleifen. Bei Anwendung dieser Maßnahme können die meisten metallischen Werkstoffe wie z.B. Stahl, Kupfer, Aluminium, Titan, Kupfer-Nickel u.s.w. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden werden. Dies gilt sowohl für Elemente aus gleichem Werkstoff als auch für Elemente aus verschiedenem Werkstoff. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde entwickelt mit der besonderen Zielrichtung der Verbindung von Rohrleitungen unter Wasser, wo das Explosionsschweißen kostenmäßig besonders vorteilhaft ist. Das Verfahren ist jedoch selbsverständlich auch für andere Anwendungszwecke vorteilhaft, und zwar sowohl für geradlinige als auch für ringförmige Schweißverbindungen über oder unter Wasser.

Bei Schweißverbindungen unter Wasser ist es vorteilhaft, den Spalt in bekannter Weise abzudichten und das Wasser zu

entfernen. Probleme können auftreten, wenn Verbundwerkstoffe durch Schmelzschweißen oder durch bekannte Explosionsschweißverfahren mit einander verbunden werden, da z.B. das Material einer Korrosionsschutzbeschichtung nicht mit dem Grundmaterial gemischt werden darf und das Grundmaterial auch nicht einem korrosiven Medium ausgesetzt werden darf. Dieses Problem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig eliminiert, wie Fig. 7 unmittelbar veranschaulicht. Das Verfahren ermöglich auch die Verwendung einer wesentlich dünneren Beschichtung, da das Grundmaterial und die Beschichtung beim Schweißen nicht gemischt werden.

Das Verfahren ermöglicht auch das gleichzeitige Verbinden von mehr als zwei Metallelementen, wie Fig. 8 veranschaulicht, die die Herstellung einer Schweißverbindung zwischen zwei abgewinkelten Flanschen und einem dazwischen angeordneten weitere Metallelement darstellt.

Sämtliche Zeichnungen stellen Längsschnitte durch die zu verbindenden Metallelemente dar, bei denen es sich z.B. um ebene oder sonstig geformte Metallbleche oder um Rohre oder dergleichen Formerzeugnisse handeln kann.

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Claims

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EUROPEAN PATENTATTORNEYS

RICHARD QLAWE KLAUS DHJ=S

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Verfahren zum Verbinden

von Metallteilen durch

Explosionsschweißen j . MÜNCHEN

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Patentansprüche

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1J Verfahren zum Verbinden von zwei oder mehr Metallelementen durch Explosionsschweißen dadurch gekennzeichnet , daß die Kanten der Metallelemente abgebogen oder in anderer Weise mit Flanschen versehen werden, die in einem Winkelπzur Hauptrichtung des Metallelementes verlaufen, und daß die Flansche mittels einer oder mehrerer Explosivladungen miteinander verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelemente flache Bleche oder Metallstreifen sind.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelemente gekrümte Platten sind, beispielsweise für bogenförmige oder ringförmige Schweißverbindungen an Behältern oder Rohren .

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden,'unter Wasser erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche- 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Verbinden über Wasser erfolgt,

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelemente aus verschiedenen Schichten und Werkestoffen zusammengesetzt sind, wie z.B. Schicht- oder Verbundwerkstoffe.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallelemente auf beiden Seiten der Schweißverbindung aus verschiedenen Werkstoffen bestehen.

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