DE3505954A1 - Verfahren zum verschweissen von werkstuecken aus duktilem gusseisen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken aus duktilem
• Gußeisen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken, von denen mindestens eines aus duktilem Gußeisen besteht.
• Der in duktilem Gußeisen vorliegende Graphit, in Form von Sphäroliten, bringt Schwierigkeiten mit sich, wenn solche Gußeisenteile bzw. Gußeisenteile und Stahlteile zu einem Stück miteinander durch Schweißen verbunden werden sollen. Insbesondere wenn die mechanischen und chemischen Eigenschaften mindestens die gleiche Qualität wie vor der Verbindung behalten sollen, ergeben sich erhebliche Probleme.
• Es tritt durch die Schweißung eine erhebliche Beeinflussung der Gefügeausbildung ein, welche die Festigkeit oder auch die chemischen Eigenschaften im Bereich der Schweißnaht derart negativ beeinflußt, daß die Gesamtkonstruktion nicht mehr den geforderten Eigenschaften entspricht.
• Es ist bekannt, daß Ni-haltige Eisenlegierungen wegen ihrer hohen Dehnung eine rißfreie Verbindung mit Gußeisen ermöglichen. In der DE-PS 24 55 021 wird deshalb als Zusatzwerkstoff eine Ni/Fe-Legierung mit maximal 1 s C gewählt, um mit dem Lichtbogenschweißverfahren Werkstücke aus Gußeisen mit Kugelgrafit für relativ dünnwandige Werkstücke - in den Ausführungsbeispielen sind Wanddicken von 6 bis 10 mm angegeben - mag eine solche Methode anwendbar sein, sobald aber größere Werkstücke mit größeren Wanddicken verbunden werden sollen ist dieses Verfahren nicht einsetzbar.
• Es ist auch schon vorgeschlagen worden, gußeiserne Werkstücke dadurch miteinander verschweißbar zu machen, indem man im Bereich der Schweiß stelle auf das Gußstück eine nickelhaltige Legierung, vorzugsweise in mehreren Lagen aufschweißt und dabei von der untersten zur oberen Lage den Kohlenstoffgehalt reduziert. Die obere Lage mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,1 96 kann nach maßgenauer Bearbeitung z.B. mittels Elektronenstrahlschweißung verschweißt werden.
• Der störende Einfluß des im Gußeisen vorliegenden freien Kohlenstoffes bzw. anderer Legierungselemente wie Mg in Gußeisen mit Kugelgrafit (duktiles Gußeisen) ist auf diese Weise zwar eliminiert, es ist aber ein verhältnismäßig dicker Auftrag einer solchen Schicht notwendig, weil bei den erforderlichen Temperaturen die störenden Legierungselemente des Werkstückes beim Aufschmelzen während des Auftragschweißens in die Auftragschicht hinübergelangen. Durch stufenweises Auftragschweißen wird so eine Mindestdicke der gesamten Auftragschichten notwendig. Auch ist dieses Verfahren zeitaufwendig und umständlich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, große Schweißungen von Gußstücken aus duktilem Gußeisen maßgenau und schnell so durchzuführen, daß schädliche Spannungen im Werkstück vermieden werden und eine gasdichte, mechanisch und chemisch einwandfreie Verbindung entsteht.
• In der Zeichnung ist die Erfindung am Beispiel eines Lagerbehälters für radioaktive Stoffe dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den Behälter im oberen Bereich während des Explosionsplattierens Fig. 2 den Behälter mit aufplattierter schweißfähiger Lage in der Schweißzone für den Deckel Fig. 3 den Behälter mit aufgeschweißtem Deckel.
• Der aus zwei übereinander liegenden Gußkörpern bestehende Zylindermantel 1 soll gasdicht und korrosionsfest mit dem Deckel 2 verschlossen werden. Die äußere Schicht 3 besteht beispielsweise aus GGG Ni Cr 202 (Niresist) und der innere Mantelteil 4 aus GGG 40.3. Beide duktile Gußeisenwerkstoffe können in einer Schleudergießkokiile zu einem einwandfreien Behältermantel im Schleudergießverfahren hergestellt werden, indem man nacheinander die beiden flüssigen Gußeisenlegierwrgen X die rotierende Schleudergießform eingießt. Weil sich diese Werkstoffe aber nicht ohne weiteres verschweißen lassen, wird auf die zu verschweißende Stelle mittels Explosionsplattierung eine Blechplatte 5 aufgebracht, welche sich leicht verschweißen läßt, z.B. aus Monel-Legierung oder dgl.
• Die aufzuplattierende Blechplatte 5 wird hierzu in einem bestimmten Abstand über dem Grundmaterial gelagert und darüber eine Sprengstoffschicht 6 gelegt. Der Sprengstoff wird an einem Punkt gezündet. Die Explosion verformt die Blechplatte 5 und preßt sie unter einem flachen Winkel mit hoher Energie auf das Grundmaterial, wie es in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Wenn ein Ring aufplattiert werden soll, wie im dargestellten Beispiel, kann man eine rondenförmiges Blechplatte aufplattieren, wobei das Rondenmittelteil 7 und der Randteil 8 am Behälterrand durch den Explosionsdruck abscheren und so eine feste Bindung bis in die Randbereiche erzielt wird (Fig. 2).
• Der aufzuschweißende Deckel 2 wird an der Kontaktstelle auf dieselbe Weise plattiert und die Füge stelle durch Elektronenstrahlschweißung - wie der Pfeil 9 andeuten soll -einwandfrei verschweiß.
• Durch die Sprengplattierung wird eine metallische Verbindung ohne nennenswerte Aufmi schungsbere iche in der Ubergangszone zwischen Grundwerkstoff und schweißfähiger Auflage erreicht, so daß Werkstoffe miteinander verbunden werden können, die bei Auftragsschweißung spröde harte Ubergangsbereiche durch Aufmischung bilden.
• In sehr kleinen Tiefenbereichen wird Schmelztemperatur erreicht. Durch die extrem schnelle Abkühlung dieser mikroskopisch kaum erkennbaren Bereiche wird ein sehr feinkörniges Gefüge erzielt, das gute technologische Eigenschaften ohne Versprödung aufweist. In den übrigen Kontaktstellen wird durch engen atomaren Abstand ein "Verschweißen" durch die Wirkung atomarer Gitterkräfte erreicht. Duktile Werkstoffe, wie sie die erwähnten Guß- eisenlegierungen GGG 40.3 und GGG Ni Cr bei Behältern für radioaktive Stoffe darstellen, und wie sie nicht ohne weiteres unter Beachtung der gestellten hohen Anforderungen miteinander verschweißt werden können, lassen sich durch Aufplattieren schweißfähig machen. Das Verfahren läßt sich auch für andere duktile Werkstoffe und Werkstücke anwenden.

Claims (3)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken aus duktilem Gußeisen, insbesondere zum Verschließen eines gußeisernen Lagerbehälters für radioaktive Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Werkstück (1) aus duktilem Gußeisen im Bereich der zu verschweißenden Oberfläche ein Belag aus einer schweißfähigen Legierung mittels Sprengplattieren aufgebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels Sprengplattieren aufgebrachte Blechplatte (5) aus einer korrosionsbeständigen Legierung z.B. einer Ni-Cu-Legierung besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem schweißfähigen Belag versehenen Werkstücke nach dem Elektronenstrahlschweißverfahren miteinander verschweißt werden.