DE3340987A1

DE3340987A1 - Verfahren zum herstellen zunderbestaendiger geloeteter bauelemente aus chromstahl und nach dem verfahren hergestelltes bauteil

Info

Publication number: DE3340987A1
Application number: DE19833340987
Authority: DE
Inventors: Manfred 5609 Hückeswagen Lehnert
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1983-11-10
Publication date: 1984-12-20
Also published as: DE3340987C2

Description

Verfahren zum Herstellen zunderbeständiger gelöteter
Bauelemente aus Chromstahl und nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen zunderbeständiger gelöteter Bauelemente aus Chromstahl und auf die nach dem Verfahren hergestellten Bauelemente.
Es ist üblich, für Brenner von Durchlauf- oder Umlauf-Wasserheizern Chromstahl mit einem Legierungsanteil von 17 Gewichts-% Chrom zu verwenden. Diese Brenner sind aus Stahlblechen im Stanzverfahren hergestellt, sie werden auch gelötet. Bei den in den Brennkammern der brennstoffbeheizten Wärmequellen herrschenden hohen Oberflächentemperaturen verzundern die Brenner relativ stark. Schädigungen sind daher auf die Dauer nicht zu vermeiden.
Es wäre zwar möglich, statt des einfachen Chromstahls einen zunderbeständigen, anderweitig legierten Stahl zu verwenden, dies bringt jedoch starke Probleme hinsichtlich der Lötbarkeit im Spaltgas-Schutzgasofen. Mögliche andere Verbindungstechniken wie Schweißen sind sehr aufwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein aus Chromstahl bestehendes Bauelement löten zu können, gleichzeitig aber in oxydierender und reduzierender Atmosphäre zunderbeständig auszugestalten.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Verfahrensansprüche.
Besonders vorteilhaft ist ein nach dem Verfahren unmittelbar hergestellter Brenner.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die Ausführungsbeispiele anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Figur eins einen fertigen Brenner aus einem Chromstahlblech, Figur zwei den Brenner in einer Seitenansicht auf der Transportkette des Lötofens, Figur drei einen Querschnitt III - III in einem mittleren Bereich durch einen großen Schlitz in einem Brennerrohr, Figur vier einen Querschnitt IV - IV durch einen kleinen Schlitz in einem Brennerrohr, Figur tt¼nf eine Einzelheit V gemäß Figur drei und Figur sechs eine Einzelheit VI gemäß Figur vier.
In allen sechs Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Die Figur eins zeigt einen Reihenbrenner für einen Umlauf-Gaswasserheizer, der aus einem 0,21 mm starken Chromstahlblech besteht, das einen Legierungsanteil von 17 Gew.-% Chrom aufweist. Der Rest besteht aus Eisen beziehungsweise zufällig technisch bedingten Verunreinigungen. Der Brenner 1 ist ein Rostbrenner, das heißt, er besteht aus einzelnen Brennerrohren 2, die reitend auf einer Gasverteilerkammer 3 aufsitzen und aus dieser mit einem Gasluftgemisch gespeist werden. Die Brennerrohre weisen an ihrer Oberseite, die dem Betrachter der Figur eins zugewandt ist, Schlitze 4 auf, an denen sich Brennstoff-Luftgemisch-Austrittsöffnungen 16 bilden. Die Brennstoff-Luftgemisch-Austrittsöffnungen 16 sind im mittleren Bereich 5 des Brenners 1 entsprechend der Querschnittsdarstellung der Figur drei, das heißt groß, gehalten im Außenbereich 6, so wie die Figur vier, das heißt klein, zeigt.
Die Gas-Verteilerkammer 3 wird, vergleiche Figur zwei, durch einzelne Mischrohre 7 gespeist, die an der den Brennerrohren 2 abgewandten Seite 8 eine Düse 9 aufweisen, in die eine Gasdüse 10 ein Gas einbläst. Aus dem Spalt 11 zwischen Gasdüse und Düse 9 wird Primärluft mitgerissen.
Sowohl die einzelnen Brennerrohre 2 als auch die Gas-Verteilerkammer 3 mit den daran befestigten Mischrohren 7 bestehen aus Chromstahl und sind miteinander zu verlöten.
Die Verlötung erfolgt in dem Bereich, in dem die mit einer entsprechenden Ausformung versehenen Brennerrohre reitend auf der Oberseite der Gas-Verteilerkammer 3 aufsetzen.
Dies ist ein halbkreisringförmiger Spaltbereich 12, sichtbar in Figur zwei.
Reiner Chromstahl ist gut lötbar, aber nicht zunderbeständig bei der Betriebstemperatur. Würde dieser Stahl mit einer Aluminium- oder Siliziumschicht abgedeckt, die man anschließend in das Chronistahlmaterial eindiffundieren läßt, so wäre zwar die Zunderbeständigkeit gegeben, aber die Lötfähigkeit im Spaltbereich 12 nicht mehr gewährleistet.
Somit wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren so vorgegangen, daß zunächst die Bauteile 7 und 2 unter Zugabe von Lötmitteln ineinander gesteckt werden und anschließend auf eine Transportkette 13 eines Schutzgasofens aufgelegt werden. Beim Transport durch den Schutzgaslötofen werden die beiden Teile miteinander verlötet. Anschließend werden in einem weiteren Arbeitsgang die hohen Temperaturen ausgesetzten Brennerrohre allseitig mit einer Aluminium- oder Siliziumschicht 14 abgedeckt und wieder auf eine Transportkette 13 aufgelegt. Beim zweiten Durchgang durch einen anderen Schutzgasofen diffundiert die Aluminium- oder Siliziumschicht in das Chromstahlmaterial ein. Die vorher bereits hergestellte Lötstelle wird hierbei nicht beeinträchtigt. Anschließend ist das Material zunderbeständig.
Aus den Figuren drei und vier gehen Querschnitte durch das einzene Brennerrohr Z in einem Bereich 5 eines großen Schlitzes 4 und einem Bereich 6 eines kleinen Schlitzes 4 hervor. Hieraus ist ersichtlich, daß die einzelnen Brennerrohre 2 mit Einschnitten 4 versehen sind, so daß sie stehenbleibende Bereiche 19 und anschließend eingedrückte Bereiche 15 ergeben, die zwischen sich den eigentlichen Schlitz 16 bilden. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Abbildungen liegt darin, daß nach Figur drei der Schlitz bis in den Außenbereich des Brennerrohres reicht, während er bei der Schlitzausformung gemäß Figur vier nur im Mittenbereich der Oberseite 17 des Brennerrohres erscheint. Vergrößerte Darstellungen dieser Eckenbereiche gehen aus den Figuren fünf und sechs hervor. Hier ist der ursprüngliche Chromstahlbereich linksschraffiert dargestellt und mit St bezeichnet. Die zunächst außen aufgebrachte Aluminiumschicht 14 ist rechtsschraffiert dargestellt und mit Al bezeichnet. Nach dem Diffusionsglühen entsteht eine Aluminiumverteilung gemäß der Kurve 18. Das bedeutet, daß der Aluminium- beziehungsweise Siliziumanteil je nach dem zur Anwendung kommenden Beschichtungsmaterial an der Außenseite am größten ist, dann schnell mit der Einwanderungstiefe in den Chromstahlbereich bis zu einem Minimum abnimmt und anschließend an der anderen Außenseite wieder zunimmt.
Das bedeutet, daß die gesamte Materialstärke des Chromstahlbereiches von dem Aluminium- oder Silizium durchdrungen wird. Eine etwa gleiche Verteilung ergibt sich auch im eingeprägten Bereich 15, so daß auch hier eine etwa analoge Kurve 18 über die Bereichsverteilung entsteht.
Man kann das Verfahren auch insoweit abwandeln und die Aufgabe äquivalent lösen, indem die Ausgangsbauteile vor dem Löten im gefährdeten Bereich, also im Bereich der Brennerrohre 2, teilweise mit Aluminium- oder Silizium insoweit beschichtet werden, als daß der reine Lötbereich von der Beschichtung ausgenommen wird.
Dann können anschließend die zusammengesteckten und mit Lötmaterial versehenen Bauelemente auf die Transportkette 13 aufgelegt werden und in einem einzigen Arbeitsgang bei einem Durchgang durch den Schutzgasofen sowohl gelötet als auch eindiffundiert werden.
Es ist hierbei wichtig, daß durch entsprechende Wahl der Transportzeit beziehungsweise der Temperatur die Lötung eher erfolgt sein muß, als die Diffundierung in den Lötbereich stattfindet. Untersucht man nach dem Löt- beziehungsweise Diffusionsprozeß die gelöteten Bauteile, so wird man feststellen, daß auch im ursprünglich nicht beschichteten Bereich des Einbauteils eine Diffusion stattgefunden hat. Wesentlich für beide Verfahren ist aber nur, daß das Löten im nicht diffundierten Bereich vor dem Diffundieren stattfindet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gilt für einen Reihenbrenner für einen Umlauf-Gaswasserheizer, der mit Stadtgas, also sehr wasserstoffhaltigem Gas, betrieben werden soll, und der aus einem Chrom-Molybdän-Stahl mit 17 Gewichtsprozent Chrom und 1,2 Prozent Molybdän hergestellt ist. Die Anteile können zwischen 16 bis 18 Prozent Cr und 0,9 bis 1,5 Prozent Mo liegen.
Der Rest besteht aus Eisen beziehungsweise zufällig technisch bedingten Verunreinigungen. Dieser Chrom-Molybdän-Stahl ist gut lötbar, aber nicht zunderbeständig bei der Betriebstemperatur in der Brennkammer des Gaswasserheizers. Würde dieser Stahl mit einer Aluminium- oder Siliziumschicht abgedeckt, die man anschließend in das Chrom-Stahl-Material eindiffundieren läßt, wäre zwar die Zunderbeständigkeit gegeben, aber die Lötfähigkeit wäre nicht mehr gewährleistet. Somit wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren so vorgegangen, daß zunächst die Bauteile des Brenners unter Zugabe von Lötmitteln ineinandergesteckt werden und anschließend auf eine Transportkette eines Schutzgasofens aufgelegt werden. Beim Transport durch den Schutzgaslötofen werden die beiden Teile miteinander verlötet. Anschließend werden in einem weiteren Arbeitsgang die hohen Temperaturen ausgesetzten Teile des Brenners allseitig mit einer Aluminium- oder Silizium-Schicht abgedeckt und wieder auf eine Transportkette gelegt. Beim zweiten Durchgang durch einen anderen Schutzgasofen diffundiert das Aluminium oder Silizium in das Chrom-Molybdän-Stahl-Material ein. Die vorher bereits hergestellte Lötstelle wird hierbei nicht beeinträchtigt. Anschließend ist das Material zunderbeständig.
Man kann das Verfahren auch insoweit abwandeln und die Aufgabe äquivalent lösen, indem die Ausgangsbauteile vor dem Löten im gefährdeten Bereich teilweise mit Aluminium oder Silizium insoweit beschichtet werden, als der reine Lötbereich von der Beschichtung ausgenommen wird. Dann können anschließend die zusammensteckten und mit Lötmaterial versehenen Bauelemente auf die Transportkette aufgelegt werden und in einem einzigen Arbeitsgang bei einem Durchgang durch den Schutzgasofen sowohl gelötet als auch diffundiert werden. Es ist hierbei wichtig, daß durch entsprechende Wahl der Transportzeit beziehungsweise der Temperatur die Lötung eher erfolgt sein muß, als die Diffundierung in den Lötbereich stattfindet. Untersucht man nach dem Löt- beziehungsweise Diffusionsprozeß die gelöteten Bauteile, so wird man feststellen, daß auch im ursprünglich nicht beschichteten Bereich des Bauteils eine Diffusion stattgefunden hat. Wesentlich für das Verfahren ist aber nur, daß das Löten im nicht beschichteten Bereich vor dem Diffundieren stattfindet.
Gemäß einer weiteren Möglichkeit ist es auch vorteilhaft, als Ausgangsmaterial einen Chrom-Molybdän-Titan-Stahl mit der Zusammensetzung 17 Gewichtsprozent Chrom, 2,2 Gewichtsprozent Molybdän und, je nach C- und N-Gehalt etwa 0,5 Gewichtsprozent Titan, Rest Eisen sowie technisch bedingte Verunreinigungen zu verwenden.
Der Cr-Bereich liegt zwischen 17 bis 19 Prozent, der Mo-Bereich zwischen 1,8 bis 2,3 Prozent. Der Titangehalt wird nach Maßgabe folgender Beziehungen gewählt: Ti>10 (% C + % N)<22 (% C + % N) (% C + % N)<O,025 Auch Chromstahl-Bauteile mit dieser Zusammensetzung lassen sich sowohl mit Aluminium als auch mit Silizium einwandfrei überziehen. Das Aluminium beziehungsweise Silizium liegt hierbei in einer Schlämmpaste in metallisch reiner Form vor. Diese Schlämmpaste kann entweder aufgespritzt werden, ein Auftragen ist auch durch Streichen oder Tauchen möglich. Das Aluminium oder das Silizium kann auch im Flamm-Spritz-Verfahren aufgebracht werden. Das Beschichten mit Aluminium beziehungsweise Silizium kann entweder mit der einen oder anderen Substanz oder auch mit einer Mischung beider Substanzen erfolgen.
Es wäre im übrigen auch möglich, die aufgebrachte Aluminium- und/oder Siliziumschicht während des Betriebes des Brenners im Gaswasserheizer bei den dort herrschenden Temperaturen eindiffundieren zu lassen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die aufzutragende aluminium- und/oder siliziumhaltige Schicht auch Calcium beziehungsweise ein anderes Erdalkalimetall oder ein Stoff der seltenen Erden, insbesondere Cer, enthält. Bei der Verwendung von Calcium sollte dieses als Calciumoxyd oder Calciumcarbonat vorliegen. Diese Substanz wird unter die Beschichtungsmasse untergerührt.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Herstellen zunderbeständiger gelöteter Bauelemente aus Chromstahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsteil aus Chromstahl erst gelötet und dann mit einer Aluminium enthaltenden Schicht versehen wird.
2. Verfahren zum Herstellen zunderbeständiger gelöteteter Bauelemente aus Chromstahl, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Chromstahl bestehende Ausgangsteil erst gelötet und dann mit einer Silizium enthaltenden Schicht versehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch eins oder zwei, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das Beschichten ein Diffusionsglühen anschließt.
4. Verfahren nach Anspruch drei, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Diffusionsglühens so gehalten ist, daß das Beschichtungsmaterial die gesamte Chromstahlwerkstoffdicke durchdringt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis vier, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsglühen in einer Schutzgasatmosphäre stattfindet.
6. Verfahren zum Herstellen zunderbeständiger gelöteter Bauelemente aus Chromstahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsteil mit Ausnahme des zu lötenden Bereichs mit einer Aluminium enthaltenden Schicht versehen wird und daß anschließend in einem gemeinsamen Arbeitsgang das Löten und Diffundieren stattfindet.
7. Verfahren zum Herstellen zunderbeständiger gelöteter Bauelemente aus Chromstahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsteil mit Ausnahme des zu lötenden Bereichs mit einer Silizium enthaltenden Schicht versehen wird und daß anschließend in einem gemeinsamen Arbeitsgang das Löten und das Diffundieren stattfindet.
8. Verfahren zum Herstellen zunderbeständiger gelöteter Bauelemente aus Chromstahl, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Chrom-Molybdän-Stahl verwendet wird, der erst gelötet und dann mit einer Aluminium enthaltenden Schicht versehen wird.
9. Verfahren zum Herstellen zunderbeständiger gelöteter Bauelemente aus Chromstahl, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Chrom-Molybdän-Stahl verwendet wird, der erst gelötet und dann mit einer Silizium enthaltenden Schicht versehen wird.
10. Verfahren nach Anspruch acht oder neun, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Chrom-Molybdän-Titan-Stahl verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch zehn, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Stahl mit 1,8 bis 2,2 Gewichtsprozent Molybdän, 0,5 Gewichtsprozent Titan und 17 bis 19 Gewichtsprozent Chrom, Rest Eisen sowie technisch bedingte Verunreinigungen verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch acht oder elf, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrom-Molybdän-Stahl die Zusammensetzung 16 bis 18 Gewichtsprozent Chrom, 0,9 bis 1,2 Gewichtsprozent Molybdän, Rest Eisen sowie technisch bedingte Verunreinigungen aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche acht bis zwölf, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Beschichten ein Diffusionsglühen durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch dreizehn, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsglühen am Ort der Verwendung des Bauteils stattfindet.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche acht bis vierzehn, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zusätzlich ein Erdalkalimetall enthält.
16. Verfahren nach Anspruch fünfzehn, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Calcium enthält.
17. Verfahren nach Anspruch fünfzehn oder sechzehn, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Calcium in Form von Calciumoxyd oder Calciumcarbonat enthält.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche acht bis vierzehn, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht einen Stoff aus der Reihe der seltenen Erden enthält.
19. Verfahren nach Anspruch achtzehn, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Cer enthält.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche acht bis neunzehn, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht sowohl Aluminium als auch Silizlum enthält.
21. Verfahren nach Anspruch elf, dadurch gekennzeichnet, daß der Titangehalt nach Maßgabe folgender Beziehungen gewählt wird: Ti,lO (% C + % N)#22 (% C + % N) (% C + % N)<0,025
22. Ein nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis einundzwanzig hergestellter Brenner für ein für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle.