DE729284C - Verfahren zum Verbinden der einzelnen Schichten von aus Metallstreifen gebogenen Verbundrohren - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verbinden der einzelnen Schichten von aus Metallstreifen gebogenen Verbundrohren Es ist bekannt, Rohre ,aus einem: oder mehreren Metallstreifen. in einer Walzmaschine zusammenzubiegen, zu verwalzen und durch ein Hartlot zu verlöten. Die Wandung solcher Rohre besteht in der Regel aus zwei oder mehreren Schichten, die -zusammen durch mehrfaches Rollen eines einzelnen Streifens oder jede für sich aus einem besonderen Streifen geformt sind. Die Schichten wurden mit einem Hartlot, z. B_ Kupfer, Messing, Bronze, in der Wärme fest miteinander verbunden, so daß ein Rohr entstand, das sich praktisch wie ein nahtloses Rohr verhält.
• Es ist weiter bekannt, die Lotzwischenschicht beim Verbinden von Werkstücken durch mehrere, getrennt aufgebrachte legierungsbildende Lotmetalle zu bilden. Oft handelt es sich zugleich darum, einen Überzug auf der Innen- oder Außenfläche des Rohres oder ,auf beiden anzubringen. Diese Verfahren sind jedoch mit gewissen betriebstechnischen Schwierigkeiten und Umständlichkeiten behaftet, da Löttemperatur, Durchgangsgeschwindigkeit -des Rohres. durch den Ofen und manche anderen Begleitumstände einer sehr sorgfältigen Überwachung während des Betriebes bedürfen und an die Güte der Fertigungseinrichtung in hohem Maße gebunden sind. Dadurch ergeben insbesondere bei Verwendung von Hartloten sich neben grundsätzlich hohen Löttemperaturen. Umständlichkeiten bei der praktischen Ausführung des Verfahrens, eine verhältnismäßig große Ausschußmenge u. dgl. mehr.
• Die Erfindung bezieht sich auf das Verfahren zum Verbinden der einzelnen Schichcen von aus Metallstreifen gebogenen Verbundrohren durch Aufbringen zweier oder mehrerer legierungsbildender Lote auf die zu verbindenden Oberflächen und durch Erhitzen des Verbundrohres nach der mechanischen Fertigstellung. zu verwenden, deren Schinelzpunkte untereinander verschieden hoch und gegenüber demjenigen des Grundmetalles niedriger sind, und die Lötung bei einer Temperatur erfolgen zu lassen, die über dem niedrigeren und unter dein höheren Schmelzpunkte der Lote liegt, wobei einerseits die Menge der einzelnen Lote, ausgedrückt z. B. durch die Schichtstärke, anderseits die Löttemperatur und die Fördergeschwindigkeit des Werkstückes so gewählt werden, daß die einzelnen Lote ganz oder nur zum Teil legieren und gegebenenfalls diese primäre Legierung in eine oberflächliche zusätzliche sekundäre Legierung mit dem Grundmetall eintritt.
• Die vorliegende Erfindung hat dem Bekannten gegenüber den bedeutsamen Vorteil, d aß bei Erreichung der üblichen Festigkeit von Hartlotverbindungen die Temperaturen bei der Wärmebehandlung wesentlich niedriger gehalten werden können als seither, so daß nicht nur eine Verringerung der Gestehungskosten, sondern auch eine größere Schonung der empfindlichen und kostspieligen Bestandteile des Ofens ermöglicht wird, indem diese nicht wie seither bis nahe an die Grenze ihrer Wärmebeständigkeit erhitzt zu werden brauchen. Dies ergibt sich aus dem Umstand, daß die jeweils verwendeten Lotinetalle unter sich und mit dein Grundmetall während der Wärmebehandlung niedrig schmelzende Legierungen bilden. Es ist möglich, die Löttemperatur in der Nähe des Schmelzpunktes des am leichtesten schmelzbaren Lotmetalles zu halten und durch eine genügend starke Diffusion desselben in die anderen Lote bzw. mit diesen in das Grundinetall Legierungen zu erzeugen, deren Schmelzpunkte an sich, d. h, im fertigen Zustande, bedeutend höher liegen. Infolgedessen ist es möglich, die Legierungen in bezug auf ihre physikalischen und chemischen Ei , g enschaften am fertigen Rohr durch passende Auswahl der Lote und die Dauer der Wärmebehandlung auf verhältnismäßig einfache Weise zu beeinflussen. Gemäß dem bekannten Zerfahren wäre das nur möglich mit Hilfe einer großen Anzahl fertiger Legierungen, die alsdann Löttemperaturen über den betreffenden Schmelzpunkten erforderlich machen würden. Beispielsweise können bei der vorliegenden Erfindung als Lotmetalle Zinn und Kupfer gegenüber Stahl als Grundlnetall verwendet werden, und es ergibt ,ich alsdann bei einer über dein Schmelzpunkt des Zinns, jedoch weit unter dein Schmelzpunkt des Kupfers liegenden Löttemperatur eine Legierung zwischen Zinn und Kupfer, also Bronze, die sich bei entsprechender Ausdeh- Die Zeichnung dient zur leichteren Erlauterung des Verfahrens. Abb. i zeigt in schematischer Darstellung die Hauptteile eines Ofens im Längsschnitt als Hilfsmittel zur Ausübung des Verfahrens. Die Abb. 2 bis 4 zeigen in stark vergrößertem Maßstabe Stücke von Rohrquerschnitten finit den Nahtstellen im vorbereiteten und fertiggelöteten Zustande; die Abb. 5 und 6 sonstige Querschnittsteile, ebenfalls vorbereitet bz«-. gelötet. Die Abb. j ist ein Teilquerschnitt einer vorbereiteten Doppelfalznaht in vergrößertem Maßstabe. Die Abb. ä und 9 geben zwei Rohrquerschnitte wieder, bei denen besondere Formen vorausgesetzt sind, in denen das Lot angewendet wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels eines der in verschiedenen Form, n bekannten Öfen ausgeübt werden. Abb. i veranschaulicht die Hauptteile eines solchen Ofens, der aus der Kammer i i, dein darin gasdicht eingebauten Glührohr 12 und dein an den Ofen anschließenden Kühler 13 besteht. Falls der Lötvorgang in Schutzgas vor sich gehen muß, tritt dieses durch das Rohr i_1 in die Ofenkammer i i ein, erfüllt dieselbe und gelangt durch Öffnungen im Glührohr 12 in dieses, wo es sich nach beiden Richtungen hin verteilt und beim Austritt aus dein Anfang des Glührohres 12 und dem Ende des Kühlrobres 13 abbrennt. Statt in einem Ofen kann das Rohr auch in einer Schweißmaschine mittels des Widerstandsverfahrens gelötet «-erden.
• Erfindungsgemäß werden zum Verlöten bzw. zum Überziehen des Rohre: zwei 'Metalle getrennt benutzt, die bei der Wärmebehandlung eine für den 1erwendungszweck günstige Legierung eingehen können. Solche Metalle sind z. B. Kupfer-Zinn, Kupfer-Zink, Kupfer-Nickel. Das Grundmetall, aus denn das Rohr seiner wesentlichen 'lasse nach Besteht, ist gewöhnlich Stahl, es kann aber auch ein anderes Metall sein, wobei nur die Bedingungen zu erfüllen sind, dali sein Schmelzpunkt höher liegen muß, als der Schmelzpunkt beider Lotmetalle und daß es zu diesen in einem metallurgisch und technisch günstigen Verhältnis stehen muß. Eines der Lotnietalle oder auch Neide können vor der Lötung bereits in einer zweckmäßigen Form auf dem Grlli-idinetall aufgetragen sein, z. B. in der des galvanischen Niederschlages. Daneben ist j-j@iocli, namentlich für das eine der beiden Schweillinetalle, die Verwendung als Draht oder Pulver bzw. Späne möglich oder vorteilhaft. Diese Verwendungsformen sind als Einzelformen bereits vielfach bekannt. Durch Abb. 2 ist gezeigt, wie bei einem Zweischichtrohr die Außenfläche der Innenschicht 2 mit dem einen Lotmetall, z. B. Kupfer, und die Innenfläche der Außenschicht i mit dem anderen Lotmetall, z. B. Zinn, bedeckt ist, etwa durch galvanischen Niederschlag. Die Naht 3 und die übrigen Flächen des Rohres sind unbedeckt. Wird ein derartig vorbereitetes Rohr durch einen Ofen gemäß Abb. i mit einer bestimmten ausprobierten Durchgangsgeschwindigkeit gefördert, so verbreitet sich nach der Erwärtnung des Rohres über den Zinnschmelzpunkt 23z° C dieses Metall in der Naht 3 und gellt bei steigender Temperatur schließlich mit dem Kupfer 9 eine bronzebildende Legierung ein, die bei entsprechender Dauer des `Torganges mehr und mehr in die Tiefe der Kupferschicht eindringt und dieselbe umwandelt. Dies kann natürlich in der ganzen Masse des Kupfers geschehen, worauf die gebildete Bronze in das Grundmetall zu diffundieren beginnt und sich mit demselben unlösbar verbindet. Dieser fortschreitende Vorgang der Legierungsbildung der Lotmetalle untereinander und mit dem Grundmetall kann an einer beliebigen Stelle sowohl durch geeignete Regelung der Ofentemperatur als auch der Durchgangsgeschwindigkeit des Rohres unterbrochen werden, um eine Legierung zu gewinnen, die für einen gewissen Verwendungszwecke besonders vorteilhaft ist; anderseits kann von vornherein die Menge jedes der Lotmetalle so bemessen werden, daß der Zweck einer Legierungsbildung im, bestimmten Verhältnis der legierten Metalle erreicht werden kann, ohne daß dabei in dieser Beziehung auf Temperatur und Durchgangsgeschwindgkeit besonders zu achten ist. Es ergibt sich von selbst, daß mit dem Legierungsgrad, d. h. mit dem fortschreitenden Vermischen der Lotmetalle miteinander, sich der Schmelzpunkt der gewonnenen Legierung mehr und mehr erhöht. Derselbe ist aber nicht identisch mit den angewendeten Ofenternperaturen, vielmehr liegen diese oft wesentlich tiefer. Daraus ergibt sich der bedeutsame Vorteil, daß mit geringem Temperaturaufwand ein Rohr erzeugt wird, das einer höheren Gebrauchstemperatur ausgesetzt werden kann. Das bedeutet nicht nur eine Ersparnis im Wärmeverbrauch bei der Fertigung, sondern auch eine Schonung gewisser Ofenteile, die bei hohen Temperaturen eine schnell sinkende Lebensdauer zeigen. Solche Teile sind neben dem Ofenfutter bei den viel verwendeten Elektroschweißöfen die zumeist aus Chromnickel bestehenden Heizelemente und Glühröhren. Die nach dem Löten sich ergebende Querschnittsstruktur aus Abb. 2 ist durch die Abb. 3 angedeutet. Danach ist zwischen den beiden Schichten i `und 2, etwa aus Stahl, .eine mit demselben legierte einheitliche Bronzeschicht Io vorhanden, die auch durch Kapillarität die Naht 3 ausfüllt. Die Abb. d. veranschaulicht einen Teil des gelöteten Rohres ähnlich Abb. 3, wobei aber noch eine Kupferschicht 9 auf der Außenschicht i des Rohres galvanisch aufgebracht ist. Diese Schicht kommt bei der Löturig, da die Temperaturen unter dem Kupferschmelzpunkt liegen, nicht in den flüssigen Zustand, dagegen wird durch Diffusion eine festere Bindung an das Grundmetall erzielt. Der Vorteil dieses Umstandes besteht darin, daß die äußere oft der Verschönerung dienende Kupferschicht unverletzt bleibt, was bei höherer Temperatur über dem Kupferschmelzpunkt nicht auf einfache Weise erreichbar ist, weil einerseits das Kupfer hierbei leicht zum Zusammenrinnen zu Tropfen neigt und anderseits auch,die Oberfläche beim Durchziehen des Rohres durch den Ofen und Kühler mechanisch verletzt werden kann, indem sie Schleifspuren zeigt und Lotkrätze ansetzt. Statt auf jede von zwei Rohrschichten je eines der Schweißmetalle aufzutragen, können auch beide übereinander auf eine Fläche aufgebracht werden. Dies geschieht nach Abb. 5 so, daß das schwerer schmelzbare Lot-Inetall 9, z. B. Kupfer, unmittelbar auf dem Grundmetall liegt und darüber das leichter schmelzbare Lotmetall 8, z. B. Zinn. Beim Schweißen eines solchen Rohres entstehen sowohl zwischen den beiden Rohrschichten i und 2; als auch auf der Innen- und Außenfläche des Rohres legierte Überzüge Io, die zwischen den Rohrschichten i und :2 besonders stark sind (s. Abb. 6).
• Durch die Abb. 7 ist verdeutlicht, wie bei einer Doppelfalznaht 6 der gefalzte Rohrstreifen mit dem schwerer schmelzbaren Lotmetall 9, z. B. Kupfer, versehen ist und das leichter schmelzbare Lotmetall 8, z. B. Zinn, in Form eines Drahtes aufgelegt ist, der beim Schweißen in derselben Weise, wie oben bereits erörtert, sich mit der Kupferzwischenschicht legierungsbildend verbindet. Die Abb. 8 und 9 geben zwei Beispiele der Anwendungsform des leichter schmelzbaren Metalles wieder, z. B. des Zinns, das als Draht bzw. fein zerspant, eingelegt ins Innere eines doppelschichtigen Rohres, benutzt wird.

Claims (3)

1. PATENTANSPR ÜCIIE i. Verfahren zum Verbinden der einzelnen Schichten von aus Metallstreifen gebogenen Verbundrohren durch Aufbringen zweier oder mehrerer legierungsbildender Lote auf die zu verbindenden Oberflächen und Erhitzen des Verbundrohres nach der mechanischen Fertigstellung, dadurch gekennzeichnet, daß Lote verwendet werden, deren Schmelzpunkte untereinander verschieden hoch und gegenüber demjenigen des Grundmetalles niedriger sind, und daß die Löttemperatur über dem niedrigeren und unter dein höheren Schmelzpunkte der Lote liegt, wobei einerseits die .Menge der einzelnen Lote, ausgedrückt z. B. durch die Schichtstärke, anderseits die Löttemperatur und die Fördergeschwindigkeit des Werkstückes so gewählt werden, daß die einzelnen Lote ganz oder nur zum Teil legieren und gegebenenfalls diese primäre Legierung in eine oberflächliche zusätzliche sekundäre Legierung mit dem Grundrretall eintritt.
2. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Lote auf dem Grundmetall als feste Schicht, z. B. in Form eines galvanischen Niederschlages, vor dem Löten vorhanden ist und die übrigen Lote in Form von Drähten oder als Pulver bzw. Späne beim Löten zugegeben werden.
3. 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ,alle Lote in festen Schichten übereinander von vornherein auf dem Grundmetall vorhanden sind, wobei das Lot mit dem höchsten Schmelzpunkt unmittelbar auf dem Grundmetall aufgetragen ist.