FI78631C - Foerfarande foer sammanfogning av roerformiga metalldelar med smides/diffusionssvetsning. - Google Patents

Description

\ 78631 \ i i

Menetelmä putkimaisten metalliosien liittämiseksi yhteen puristus/diffuusiohitsauksen avulla

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään putki-5 maisten metalliosien liittämiseksi yhteen puristus/diffuusio-hitsauksen avulla, mikä menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: liitoksen muodostamisen liitettävien vastaavien osien vastakkaisten liitospintojen väliin, missä liitokses-10 sa on muuttuvan korkeuden omaava ontelo, osien kuumentamisen etukäteen määrättyyn lämpötilaan ainakin niiltä alueilta, jotka rajoittuvat liitokseen, jolloin liitosonteloon syötetään kuumennuksen aikana inerttiä tai pelkistävää huuhtelukaasua, 15 osien liittämisen toisiinsa puristamalla ne yhteen, osien jäähdyttämisen.

Tällainen menetelmä on esitetty patentinanojan kansainvälisessä patenttijulkaisussa nro WO 83/03565, julkaistu 27. lokakuuta 1983. Tässä menetelmässä liitos 20 muodostetaan aluksi muodoltaan onteloksi, jonka korkeus kasvaa kehtältä keskustaa kohti, s.o. putkimaisten osien tapauksessa liitos sulkeutuisi likimain pitkin osien sekä sisäpuolista että ulkopuolista kehää. Liitos on varustettu vähintäin yhdellä yhdistysputkella inertin tai 25 pelkistävän huuhtelukaasun syöttöä varten.

Esillä olevan keksinnön kohteena on yksinkertaistaa ja parantaa edellämainittua menetelmää esimerkiksi huuhtelun ja ontelon alkuperäisen muodon suhteen.

Tämä saavutetaan keksinnön mukaan edelläesitettyä 30 tyyppiä olevan menetelmän avulla, mille menetelmälle on tunnusomaista se, että liitosalueen yhdellä puolella ontelo varustetaan sivuaulolla, joka muodostetaan pitämällä osien pinnat toisistaan riittävästi erillään liitosalueen tällä puolella, ja jolloin huuhtelukaasu syötettään lii-35 tosalueenulkopuolelta aukon kautta niin, että se virtaa sivuttaisesti ontelon yli liitosalueen toisella puolelle.

2 78631 Tämä yksinkertaistaa huuhtelukaasun syöttöä ja varmistaa myös liitoksen nopean ja tehokkaan huuhtelun.

Tämän keksinnön seuraavan piirteen mukaan liitos muodostetaan alunperin korkeudeltaan kasvavaksi putkimais-5 ten osien yhdeltä sivulta toiselle. Tämä yksinkertaistaa putkimaisten osien päiden edeltävää koneistusta antamalla niille esimerkiksi katkaistun kartion muodot, joilla on erisuuret kärkikulmat. Putkimaisten osien päiden tällainen muotoilu sallii menetelmän käytön, jossa vaatimukset putkimais-10 ten osien pyöreydelle ovat vähemmän rajoittavia.

Keksinnön erään edullisen toteutuksen mukaan liitos-ontelo voidaan sulkea toiselta puoleltaan sulkulaitteen avulla, joka käsittää välineet huuhtelukaasun syöttämistä varten.

Keksinnönmukainen menetelmä voidaan myös sovittaa 15 hitsausta varten veden alla. Tässä tapauksessa on edullista peittää liitosalue sulkulaitteen vastakkaiselta puolelta kauluksen tai vastaavan välineen avulla, joka täytetään huuhtelukaasulla liitoksen kautta suoran kosketuksen estämiseksi ympäröivän väliaineen kanssa. Ennen kuumennuksen 20 aloittamista sulkulaitteen ja liitosalueen välinen tila voidaan tyhjentää ympäröivästä väliaineesta poistamalla se huuhtelukaasun avulla.

Keksinnön seuraavan edullisen piirteen mukaan puristettaessa osia toisiaan vastaan saatetaan liitos sulkeutu-25 maan asteettainsuunnassa kohti huuhtelukaasun syöttösuuntaa. Tällöin huuhtelukaasu pakotetaan pois liitoksesta liittämisen aikana siten, että liitosta ei ole välttämätöntä tyhjentää etukäteen.

Yllättävästi on havaittu, että osien liittäminen 30 yhteen voi tapahtua erittäin nopeasti, 1-2 sekunnissa, ilman jälkikuumennusta, jos pelkistävänä kaasuna käytetään vetyä, joka sisältää vähemmän kuin 100 ppm HjO/Oj-kaasuja, tavanomaisia rakenneteräksiä varten, esimerkiksi teräksille, jotka sisältävät noin 0,2 % C, 0,7 % Mn ja 0,3 % Si.

35 Suurilujuuksisille teräksille, jotka on seostettu käyttäen 78631 3 esimerkiksi 0,2 % C, 1,6 % Μη, 0,55 % Si ja jäänteitä Ti tai AI, voi liittäminen tapahtua erittäin nopeasti, jos vety sisältää vähemmän kuin 15 ppm H20/02“kaasuja.

Oksidin täydellisen poiston varmistamiseksi liitoksesta 5 seostettuja teräksiä varten ehdotetaan keksinnön mukaan, että huuhtelua vedyn kanssa ylläpidetään, kunnes liitoksesta poistuvan huuhtelukaasun H20/02~pitoisuus on pienempi kuin noin 15 ppm.

Keksinnön ymmärtämiseksi paremmin esitellään sitä 10 yksityiskohtaisemmin mukaanliitetyissä piirroksissa esitettyihin esimerkkitoteutuksiin viitaten, jolloin kuvio 1 esittää poikkileikkausta kahdesta toisiinsa liittyvästä putkimaisesta osasta ennen hitsausta; kuvio 2 esittää suurennetussa mittakaavassa osaa 15 kuviosta 1 välittömästi ennen hitsausta; kuvio 3 esittää kuvion 2 osia täydennetyn liittämisen jälkeen.

Kaksi osaa 1,2 muodostuvat verrattain ohutseinäisistä putkista, jotka on hitsattava yhteen liitoksessa 3.

20 Liitosalueella putkimaiset osat on sisäpuolelta varustettu sulkulaitteella 8, joka on muodoltaan paisuva tiivistäjä niin, että alue liitoksen 3 ympärillä voidaan eristää putkimaisten osien sisäpuolelta. Huuhtelukaasua syötetään putken 6 kautta tiivistäjään.

25 Kuviossa 1 esitetty toteutus kohdistuu kahden putken hitsaukseen veden alla. Putket on sijoitettu pystysuoraan, tiivistäjä sisäpuolella ja induktiokela 9 on asennettu liitoksen 3 ympärille putkien ulkopuölelle liitosalueen kuumentamiseksi. Veden pääsyn estämiseksi suoraan kosketukseen lii-30 tosalueen kanssa hitsauksen aikana, peitetään liitosalue, tiivistäjän 8 vastakkaiselta puolelta, kauluksella 10, joka edullisesti voi muodostua lämpöä kestävästä materiaalista, esimerkiksi asbestipitoisesta materiaalista. Kauluksen 10 yläosa on puristettu tiiviisti putkea 1 vastaan tiiviste-35 renkaan 11 avulla.

4 78631

Kuviossa 1 voidaan myös havaita, että sulkulaite 8 on varustettu putkella 12, joka johtaa ympäristöön tilasta, jota rajoittavat sulkulaite ja putket. Tämä putki voidaan avata ja sulkea venttiilin 13 avulla. Lisäksi sulku-5 laite 8 on varustettu syöttöputkella 14 paisutusväliainetta varten, joka voi olla jotain sopivaa nestettä esimerkiksi vettä.

Suoritettaessa keksinnön mukaisen menetelmän tätä esimerkkiä, sijoitetaan eri osat ensin kuviossa 1 esitettyyn 10 asentoon ja sulkulaitteeseen kohdistetaan sopiva paine. Huuhtelukaasua syötetään sitten putken 6 kautta, jolloin venttiili 13 pidetään samanaikaisesti avoimena niin, että mahdollinen vesi sulkulaitteen ja putkimaisten osien välisestä tilasta poistetaan putken 12 kautta. Kun lähes kaikki 15 vedestä on poistettu, suljetaan venttiili 13 ja huuhtelu-kaasu virtaa tällöin ulos liitoksen 3 kautta ja poistaa mahdollisen veden kauluksen 10 ja laitosalueen välistä.

Huuhtelukaasuna voidaan käyttää inerttiä kaasua, mutta useissa tapauksissa on mahdollista käyttää pelkistä-20 vää kaasua, esimerkiksi vetyä, alusta alkaen. Useita teräs-tyyppejä varten ei ole välttämätöntä tyhjentää liitosaluet-ta vetyä varten kuumennus- ja hitsausmenettelyn alkamisen jälkeen, erikoisesti, jos liitokselle on annettu sellainen muoto, joka sulkeutuu vähitellen suunnassa, joka on kohti 25 huuhtelukaasun syöttösuuntaa, kun liitos puristetaan yhteen.

Tällainen edullinen liitosmuoto on kaaviollisesti esitetty kuviossa 2, joka vastaa suurennetussa mittakaavassa kuviossa 1 oikealla olevaa liitosaluetta kuitenkin sillä eroituksella, että hitsaus tapahtuu ilmassa, kuten on osoi-30 tettu palavan vedyn virratessa ulos liitoksesta putkimaisten osien ulkopuolella. Tässä liitoksen 3 muoto on kiilamainen. Nuolet F esittävät muuttuvaa voimaa osien puristamiseksi yhteen, kun taas kellomainen käyrä osien 1 ja 2 vasemmalla puolella esittää näiden osien aksiaalista lämpötilajakau-35 maa.

5 78631

Liitoksen 3 riittävän huuhtelun ja osien 1,2 kuumennuksen jälkeen puristetaan osat yhteen, kuten nuolet F osoittavat. Liitos 3 sulkeutuu ensin kohdassa 7 ja yhteen-puristusta jatkettaessa rajaviiva kosketusta varten pin-5 tojen 4 ja 5 välillä siirtyy asteettain vasemmalle niin, että liitokseen ei muodostu taskuja. Liitoksessa oleva kaasu puristetaan siten pois jopa, jos kaasun paine on verrattain suuri.

Voidaan havaita, että osien 1,2 poikkileikkaus on 10 pienempi kuin laitosalueen poikkileikkaus. Tämä on tehty siksi, että helpommin saataisiin kolmeakselinen jännitystila liitosalueelle, kun materiaali, puristettaessa osia yhteen, virtaa siten, että ne saavat kuviossa 3 esitetyn muodon.

15 Kuviosta 2 voidaan havaita, että osien 1,2 kapeim mat osuudet ovat hieman epäkeskisesti putken seinämien keskiviivan suhteen. Tämä epäkeskisyys on sovitettu muodostamaan liitos ja tapa, joka saa materiaalin virtaamaan yhteen-puristuksen aikana siten, että lopputulos on yleensä sym-20 metrinen keskiviivan suhteen, kuten kuviossa 3 on esitetty.

On huomattava, että useita erilaisia sulkulaite-tyyppejä 8 voidaan käyttää. Jos putket ovat niin ohutseinäiset läpimittansa suhteen, että liitospinnat antavat epätyydyttävän sovituksen ja ohjauksen putkimaisten osien välille 25 liittämisen aikana, voidaan sulkulaite 8 muodostaa antamaan tarvittava aksiaalinen ohjaus.

Liitoksen 3 huuhtelemiseksi voidaan käyttää useita eri kaasuja, erikoisesti pelkistäviä kaasuja. Vety on kuitenkin tähän mennessä osoittautunut kaikkein sopivimmaksi 30 terästyypeille, joita tavallisesti käytetään avomeriputkIstoissa. Lisäksi on havaittu, että jos käytetään riittävän puhdasta vetyä ja 1000-1250°C olevaa materiaalin lämpötilaa, niin teräksen laadusta riippuen voidaan saada kaikkien pintaoksidien lähes välitön pelkistyminen. Koska liitos-35 pinnat tulevat tällöin täysin puhtaiksi, voi osien purista- 6 78631 minen yhteen tapahtua erittäin nopeasti, s.o. kuten ahjo-hitsauksessa. Käytettäessä keksinnönmukaista menetelmää tavanomaisten kaupallisten terästen hitsaamiseksi, saa vety sisältää korkeintaan 100 ppm I^O/C^-kaasuja. Suuri-5 lujuuksisia teräksiä varten, jotka on seostettu mangaanilla ja piillä ja jotka sisältävät titaani- tai alumiini-jäänteitä, l^O/C^-pitoisuuksien täytyy olla pienempiä kuin 15 ppm. Varmistus sille, onko liitos tullut riittävän puhtaaksi ennen yhteenpuristusta, voidaan saada mit-10 taamalla H^O/C^-pitoisuus vedystä, joka virtaa pois liitoksesta huuhtelun aikana. Huuhtelua täytyy jatkaa, kunnes epäpuhtauspitoisuudet ovat alentuneet esimerkiksi arvoon 15 ppm.

Vaikka kuviossa 1 on esitetty induktiokelan käyttö 15 osien kuumentamiseksi, on alan asiantuntijalle ilmeistä, että useita muita kuumenneusmenetelmiä voidaan käyttää, esimerkiksi suurtaajuuksista vastuskuumennusta, joka on edullinen suuremmilla kuin noin 12 mm olevilla seinäpak-suuksilla.

Claims (9)

1. Menetelmä putkimaisten metalliosien (1,2) liittämiseksi yhteen tako/diffuusiohitsauksen avulla, joka 5 menetelmä käsittää vaiheet: osien (1,2) liittäminen toisiinsa liitosalueen muodostamiseksi, joka liitosalue käsittää vastaavilla osilla (1,2) olevat vastakkaiset pinnat (4,5), jotka rajaavat korkeudeltaan muuttuvan ontelon (3), osien (1,2) kuumentaminen ennalta määrättyyn lämpötilaan 10 ainakin laitosalueella, ontelon (3) syöttäminen inertillä tai pelkistävällä huuhtelukaasulla kuumennuksen aikana, osien (1,2) puristaminen toisiinsa liitosalueella ja osien (1,2) jäähdyttäminen, tunnettu siitä, että liitos-alueen yhdellä puolella ontelo (3) varustetaan sivuaukol-15 la, joka muodostetaan pitämällä osien (1,2) pinnat (4,5) toisistaan riittävästi erillään liitosalueen tällä puolella, ja jolloin huuhtelukaasu syötetään liitosalueen ulkopuolelta aukon kautta niin, että se virtaa sivuttaisesti ontelon (3) yli liitosalueen toiselle puolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ontelon (3) korkeus muodostetaan aluksi vähitellen kasvavaksi ontelon toiselta puolelta toiselle puolelle.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että liitosalue suljetaan yhdeltä sivulta tiivistyslaitteen (8) avulla, joka käsittää välineet ( 6 ) huuhtelukaasun syöttämiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tiivistyslaitteen (8) vastak- 30 kaiselta puolelta liitosalue on peitetty kauluksella (10) tai vastaavalla tavalla, jolloin kaulus täytetään huuhtelukaasulla ontelon (3) kautta suoran kosketuksen estämiseksi ympäröivän väliaineen kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että ennen kuumennusvaihetta ym- 78631 8 päröivä väliaine poistetaan tiivistyslaitteen (8) ja lii-tosalueen välisestä tilasta syrjäyttämällä se huuhtelukaa-sun avulla.

6. Edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetel-5 mä, tunnettu siitä, että osien (1,2) yhteenpuris- tuksen aikana ontelo (3) saatetaan sulkeutumaan vähitellen suunnassa, joka on kohti huuhtelukaasun syöttösuuntaan.

7. Edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistävänä kaasuna käy- 10 tetään vetyä, jonka H20/02-pitoisuus on pienempi kuin 100 ppm.

7 78631

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään vetyä, jonka H20/02-pitoisuus on pienempi kuin 15 ppm.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huuhtelua vedyllä suoritetaan, kunnes H20/02-pitoisuus ontelosta (3) ulosvirtaavas-sa huuhtelukaasussa on pienempi kuin noin 15 ppm. 9 78631