DE4103230A1

DE4103230A1 - Mehrwandiges stahlrohr und verfahren zur herstellung und metallband zur verwendung bei der herstellung dieses stahlrohres

Info

Publication number: DE4103230A1
Application number: DE4103230A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Usui
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1990-02-03
Filing date: 1991-02-02
Publication date: 1991-08-08
Also published as: GB2241185B; AU7020091A; DE4103230C2; GB9102347D0; JP3071441B2; GB2241185A; US5163602A; JPH03229087A; AU637186B2

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrwändiges Stahlrohr, das im allgemeinen in einem Automobil, elektrischen Kühlgeräten oder anderen Maschinen und Vorrichtungen verwendet wird, um Öl oder Gas zu fördern, ebenso ein Verfahren zum Herstellen eines mehrwandigen Stahlrohres und ein Metallband zur Verwendung bei der Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres. Ein solches mehrwandiges Stahlrohr besitzt einen geringen Durchmesser, beispielsweise weniger als 15 mm, und erfordert einen ausreichenden Druckwiderstand und mechanische Festigkeit.

Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes bekanntes Stahlrohr. Die Flächen 11 eines Metallbandes sind mit Kupfer beschichtet, um glatte Oberflächen 13 mit einer Lötschicht von einigen Mikrometern Dicke darauf zu erhalten. Das Metallband wird dann in seiner Querrichtung gewalzt, um ein mehrwandiges Stahlrohr zu erhalten. Die glatten Flächen 13 oder die übereinander liegenden Flächen 12 werden an der Stelle 14 miteinander verlötet.

Obwohl die übereinander liegenden Umfangsflächen 12 glatt gewalzte ebene Flächen 13 sind, sind keine Mittel vorgesehen, womit die Oberflächen, nachdem das Metallband in seiner Querrichtung gewalzt wurde, fest haften. Ein solches herkömmliches Rohr neigt dann dazu, zurückzufedern. Wenn das Rohr bis zu einer Schmelztemperatur des Lötmetallmittels in einem Ofen erhitzt wird, um eine Hartlötung 14 zu bewirken, wird das Lötmetall nicht gleichmäßig zwischen den übereinander liegenden Flächen 12 des Rohres geringen Durchmessers verteilt. Dies bewirkt unerwünschtes Entstehen von Schäden oder Pinholes und verschlechtert den Druckwiderstand und die mechanische Festigkeit des Rohres. Das Rohr gemäß dem Stand der Technik neigt daher dazu zu reißen oder zu zerbrechen. Eine erhöhte Produktionsmenge von Rohren wird auch mit einem herkömmlichen Herstellungsverfahren nicht erwartet.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein mehrwandiges Stahlrohr, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres und ein Metallband zur Verwendung bei der Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres zu schaffen, die eine gleichmäßige Verteilung des Metall-Lötmittels zwischen Berührungs- oder übereinander liegenden Flächen des Stahlrohres gewährleisten und das kapillare Anziehungsvermögen unterstützen, um ein unerwünschtes Entstehen von Pinholes zu minimieren und ein sicheres Verlöten der übereinander liegenden Flächen des Stahlrohres zu erreichen.

Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, weist eine erste erfindungsgemäße Ausführung ein mehrwandiges Stahlrohr auf, das ein Metallband enthält, das mit Kupfer beschichtet und mit einer Lötschicht darauf versehen ist, wobei zumindest eine Fläche davon aufgerauht ist und diese Schicht mit der anderen oder überlappenden Schicht hartverlötet ist, wenn das Metallband mehrmals gewalzt wird.

Eine zweite Ausführung betrifft ein mehrwandiges Stahlrohr, das ein Metallband aufweist, das mit Kupfer beschichtet und mit einer Lötschicht versehen ist, wobei das Metallband mehrmals in einer solchen Weise gewalzt ist, daß die übereinander liegenden Flächen miteinander hartverlötet sind und die eine der übereinander liegenden Flächen eine unterschiedliche Rauhigkeit aufweist als die andere.

Eine dritte Ausführung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres, bestehend aus den Schritten: Aufrauhen zumindest einer Fläche eines Metallbandes, das mit Kupfer beschichtet ist, um eine Lötschicht darauf zu erzeugen; mehrmaliges Walzen des Metallbandes mittels einer Rohrformmaschine, um einen Rohrkörper mit der aufgerauhten Fläche zu erhalten, die zu der gegenüberliegenden Fläche gerichtet ist, während das Metallband zwischen einer Anzahl von Walzengruppen in der Rohrformmaschine entlanggeführt wird; und Erhitzen des Rohrkörpers bis zu einer Schmelztemperatur des Lötmetalls oder der Lötmetallschicht in einem Ofen, um die übereinanderliegenden Flächen des Metallbandes miteinander zu verlöten, wobei der Ofen eine neutrale oder reduzierende Gasatmosphäre enthält.

Eine vierte Ausführung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres, bestehend aus den Schritten: Aufrauhen zumindest einer Fläche eines Metallbandes, das mit Kupfer als Lötschicht darauf beschichtet ist, und mehrmaliges Walzen des Metallbandes in seiner Querrichtung mittels einer Rohrformmaschine, um einen Rohrkörper zu erhalten, während das Metallband zwischen einer Anzahl von Walzengruppen in der Rohrformmaschine geführt wird, wobei zumindest eine Walzengruppe eine aufgerauhte Oberfläche aufweist, die mit zumindest der einen Fläche des Metallbandes in Berührung gebracht werden kann; und Erhitzen des Metallkörpers bis zu einer Schmelztemperatur der Lötschicht in einem Ofen, um die übereinanderliegenden Flächen des Metallbandes miteinander zu verlöten, wobei der Ofen eine neutrale oder reduzierende Gasatmosphäre enthält.

Eine fünfte Ausführung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres, bestehend aus den Schritten: Aufrauhen einer Fläche eines Metallbandes und Beschichten dieser einen Fläche mit Kupfer, um eine Lötschicht darauf zu erzeugen; mehrmaliges Walzen des Metallbandes in seiner Querrichtung mittels einer Rohrformmaschine, während das Metallband zwischen einer Anzahl von Walzengruppen in der Rohrformmaschine so entlanggeführt wird, daß die aufgerauhte Fläche des Metallbandes zu der anderen darüberliegenden Fläche gerichtet ist, und Erhitzen des Rohrkörpers bis zu einer Schmelztemperatur der Lötschicht in einem Ofen, um die übereinanderliegenden Flächen miteinander zu verlöten, wobei der Ofen eine neutrale oder reduzierende Gasatmosphäre enthält.

Eine sechste Ausführung betrifft ein Metallband mit einer aufgerauhten Fläche, die mit Kupfer beschichtet ist, um darauf eine Lötschicht zu erzeugen. Des weiteren weist die aufgerauhte Oberfläche eine Rauhigkeit zwischen 10 bis 30 µm auf.

Die erfindungsgemäßen Strukturen und Verfahren erlauben eine gleichmäßige Verteilung des Lötmetalls zwischen den übereinanderliegenden Flächen unter Einwirkung der aufgerauhten Fläche während eines Hartlötverfahrens. Da die übereinanderliegenden Flächen unterschiedlich in der Rauhigkeit sind, sind sie in Eingriff miteinander, um ein Zurückfedern zu verhindern. Dies fördert das kapillare Anziehungsvermögen, um unerwünschtes Entstehen von Pinholes zu minimieren, wobei im wesentlichen das gleichmäßige und sichere Hartverlöten der übereinanderliegenden Flächen des Rohres sowie der Druckwiderstand und die mechanische Festigkeit in Bezug auf Risse und Bruch des mehrwandigen Stahlrohres verbessert werden. Die Erfindung fördert dadurch einen hohen Ausstoß hochqualitativer Stahlrohre.

An einem Ausführungsbeispiel soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden, wobei auf die zugehörige Zeichnung Bezug genommen wird. Diese Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines mehrwandigen Stahlrohres, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Metallbandes in seiner Abwicklung; und

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines herkömmlichen Stahlrohres.

In bezug auf die Fig. 1 -3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein mehrwandiges Stahlrohr oder eine mehrwandige Stahlröhre mit einem sehr geringen Durchmesser, beispielsweise von weniger als 15 mm. Ein Metallband weist zumindest eine Fläche 1′ auf, die mit Kupfer als Lötschicht beschichtet ist. Die Lötschicht besitzt eine Dicke von mehreren Mikrometern. Die Fläche 1′ des Metallbandes ist durch Sandstrahlen, Ätzen oder Schrubben oder mittels einer Walze aufgerauht und besitzt eine Rauhigkeit zwischen 10 bis 30 µm, um eine aufgerauhte Fläche 3 zu erzeugen. Eine Rohrformmaschine weist eine Anzahl von Walzengruppen auf. Das Metallband wird danach zwischen den Walzengruppen entlang geführt, so daß es mehrmals in seiner Querrichtung gewalzt wird, um einen Rohrkörper mit der aufgerauhten Fläche 3 zu erzeugen, die zu einer darüberliegenden Fläche 2 gerichtet ist. Der Rohrkörper wird in einen Ofen eingebracht und auf eine Schmelztemperatur des Lötmetallflußmittels oder der Lötmetallflußmittelschicht, vorzugsweise auf 1100 bis 1150°C erhitzt. Dadurch werden die gegenüberliegenden Flächen an der Stelle 4 miteinander hartverlötet. Der Ofen besitzt eine neutrale oder reduzierende Gasatmosphäre.

Experimente haben gezeigt, daß, wenn die Rauhigkeit der aufgerauhten Fläche geringer ist als 10 µm, sich die Benetzbarkeit des Lötmetallflußmittels verschlechtert. Andererseits, wenn die Rauhigkeit der aufgerauhten Fläche größer als 30 µm ist, treten besonders gern Lötfugen (beispielsweise Pinholes) auf. Es ist deshalb erforderlich, daß die aufgerauhte Oberfläche eine Rauhigkeit wie zuvor angezeigt, aufweist. Das Stahlrohr kann eine aufgerauhte innere oder äußere Umfangsfläche aufweisen. Dies verhindert nicht nur das "Abtropfen" des Lötmetalls, sondern erleichtert auch das Aufbringen oder Elektrobeschichten von Zinn, Blei, Zink oder deren Legierungen auf der inneren oder äußeren Umfangsfläche des Stahlrohres, wo Korrosion und Erosion auftreten kann.

Beispiel

Ein Metallband, bestehend aus SPCC mit einer Dicke von 0,35 mm, wird verwendet, um ein zweiwandiges Stahlrohr zu bilden. Das Stahlrohr besitzt einen Außendurchmesser von 10 mm und eine Wanddicke von 0,7 mm. Eine Anzahl von Teststahlrohren werden vorbereitet. Die Testrohre werden alle mit Kupfer beschichtet, wobei jedes eine Lötschicht von 2 µm, Jedoch unterschiedliche Rauhigkeiten aufweist. Die Testrohre werden in einem Ofen erhitzt. Ein Mikroskop wird verwendet, um die Pinholes in jedem Testrohr zu prüfen. Tab. 1 zeigt die Testergebnisse.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführung beschränkt. Zum Beispiel kann vorzugsweise zumindest eine erste Walze einer jeden Walzengruppe in einer Rohrformmaschine aufgerauht sein, um zumindest eine Fläche des Metallbandes gleichzeitig aufzurauhen, wenn das mit Kupfer beschichtete Metallband zwischen den Walzengruppen entlanggeführt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann das Metallband mit Kupfer beschichtet sein, um eine Lötschicht zu erzeugen, nachdem die Fläche 1′ des Metallbandes aufgerauht worden ist. Der Metallband wird dann mit der Oberfläche 1′ in Berührung mit einer anderen Fläche gewalzt. Das Metallband wird danach wärmebehandelt, wie bei der zuvor beschriebenen Ausführung.

Um Vergleiche mit der vorliegenden Erfindung anzustellen, wurde ein anderes zweiwandiges Testrohr vorbereitet. Alle Flächen dieses Testrohres bestehen aus dem gleichen Material und werden unter den gleichen Bedingungen wärmebehandelt. Alle Flächen des Testrohres sind glatt und nicht aufgerauht. Im Ergebnis der Tests sind Pinholes über das gesamte Rohr erzeugt worden.

Wie zuvor diskutiert, ist erfindungsgemäß eine Seite oder eine Fläche 1′ des Metallbandes an der Stelle 3 aufgerauht oder eine der Seiten ist von unterschiedlicher Rauhigkeit gegenüber der anderen Seite. Die beiden Seiten werden an der Stelle 4 miteinander hartverlötet. Diese Anordnung gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung des Lötmetalls zwischen den übereinanderliegenden Umfangsflächen des Metallbandes während des Hartlötverfahrens. Die beiden Seiten des Metallbandes sind in Eingriff miteinander, um ein Zurückfedern zu verhindern, da sie zueinander eine unterschiedliche Rauhigkeit aufweisen. Zusätzlich dient das kapillare Aufnahmevermögen im wesentlichen der gleichmäßigen Verteilung des Lötmetalls in den Fugen und Nähten, um ungewünschtes Erzeugen von Pinholes zu minimieren. Dadurch wird ein sicheres Verlöten der übereinanderliegenden Umfangsflächen 2 erreicht und der Druckwiderstand und die mechanische Festigkeit des mehrwandigen Stahlrohres verbessert. Risse und Brüche des Stahlrohres werden kaum noch auftreten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nutzbringend anwendbar und erhöht den Produktionsausstoß hochqualitativer Rohre.

Tabelle 1

Claims

1. Mehrwandiges Stahlrohr, aufweisend ein Metallband, das mit Kupfer beschichtet und mit einer Lötschicht darauf versehen ist, wobei zumindest eine Fläche davon aufgerauht ist, und mit der anderen, überlappenden Schicht, wenn das Metallband mehrmals gewalzt ist, hartverlötet ist.

2. Stahlrohr nach Anspruch 1, bei dem die aufgerauhte Fläche eine Rauhigkeit zwischen 10 bis 30 µm aufweist.

3. Mehrwandiges Stahlrohr, aufweisend ein Metallband, das mit Kupfer beschichtet und mit einer Lötschicht darauf versehen ist, wobei das Metallband mehrmals in einer solchen Weise gewalzt ist, daß die übereinanderliegenden Flächen miteinander hartverlötet sind und die übereinanderliegenden Flächen aufgerauhte Flächen mit unterschiedlicher Rauhigkeit sind.

4. Stahlrohr nach Anspruch 3, bei dem die aufgerauhte Fläche eine Rauhigkeit zwischen 10 und 30 µm aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres, bestehend aus den Schritten:

a) Aufrauhen zumindest einer Fläche eines Metallbandes, das zuvor mit Kupfer beschichtet wird und die mit einer Lötschicht darauf versehen ist;
b) Mehrmaliges Walzen des Metallbandes in dessen Querrichtung mittels einer Rohrformmaschine, um einen Rohrkörper mit der aufgerauhten Fläche zu erhalten, die zu der gegenüberliegenden Fläche gerichtet ist, während das Metallband zwischen einer Anzahl von Walzengruppen in der Rohrformmaschine entlanggeführt wird; und
c) Erhitzen des Rohrkörpers bis zu einer Schmelztemperatur der Lötschicht in einem Ofen, um die übereinanderliegenden Flächen des Metallbandes miteinander zu verlöten, wobei der Ofen eine neutrale oder reduzierende Gasatmosphäre enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die zumindest eine Fläche durch Sandstrahlen, Ätzen oder Schrubben oder mittels einer Walze aufgerauht wird und eine Rauhigkeit zwischen 10 und 30 µm aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres, bestehend aus den Schritten:

a) Aufrauhen zumindest einer Fläche eines Metallbandes, das zuvor mit Kupfer beschichtet wird und die mit einer Lötschicht darauf versehen ist und mehrmaliges Walzen des Metallbandes in seiner Querrichtung mittels einer Rohrformmaschine, um einen Rohrkörper zu erhalten, während das Metallband zwischen einer Anzahl von Walzengruppen in der Rohrformmaschine geführt wird, wobei zumindest eine Walze in jeder Walzengruppe eine aufgerauhte Oberfläche aufweist, mit der zumindest eine Fläche des Metallbandes in Berührung gebracht werden kann; und
b) Erhitzen des Rohrkörpers bis zu einer Schmelztemperatur der Lötschicht in einem Ofen, um die übereinanderliegenden Flächen des Metallbandes miteinander zu verlöten, wobei der Ofen eine neutrale oder reduzierende Gasatmosphäre enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die zumindest eine Fläche durch Sandstrahlen, Ätzen oder Schrubben oder mittels einer Walze aufgerauht wird und eine Rauhigkeit zwischen 10 und 30 µm aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Stahlrohres, bestehend aus den Schritten:

a) Beschichten einer Fläche eines Metallbandes mit Kupfer, um eine Lötschicht darauf zu erzeugen, wobei diese eine Fläche des Metallbandes aufgerauht ist;
b) Mehrmaliges Walzen des Metallbandes in seiner Querrichtung mittels einer Rohrformmaschine, um einen Rohrkörper mit einer aufgerauhten Fläche zu erhalten, die zu der anderen darüberliegenden Fläche gerichtet ist, während das Metallband zwischen einer Anzahl von Walzengruppen in der Rohrformmaschine entlanggeführt wird; und
c) Erhitzen des Rohrkörpers bis zu einer Schmelztemperatur der Lötschicht in einem Ofen, um die übereinanderliegenden Flächen miteinander zu verlöten, wobei der Ofen eine neutrale oder reduzierende Gasatmosphäre hat.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die eine Fläche des Metallbandes durch Sandstrahlen, Ätzen oder Schrubben oder mittels einer Walze, die eine Rauhigkeit zwischen 10 und 30 µm aufweist, aufgerauht wird.

11. Metallband zur Verwendung bei einem mehrwandigen Stahlrohr, bei dem eine Fläche des Metallbandes aufgerauht ist, um eine aufgerauhte Fläche zu erhalten, wobei die aufgerauhte Fläche mit Kupfer beschichtet wird, um eine Lötschicht darauf zu erzeugen.