NL8200535A - Werkwijze voor het vervaardigen van extrusieknuppels. - Google Patents

Description

V* * -1- 22366/CV/tl

Korte Aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen van extrusieknuppels.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van extrusieknuppels en meer in het bijzonder op een werkwijze 5 voor het vervaardigen van extrusieknuppels voorzien van meer dan een metalen bestanddeel., welke samen in een meerdere metalen omvattend product moeten worden geextrudeerd.

Er zijn vele gebruiken voor uit meerdere metalen bestaande producten, dat wil zeggen producten,die zijn samengesteld uit lagen van ver-10 schillende metalen of metaallegeringen.

In onderhavige beschrijving zal het woord metaal ook metaallegeringen omvatten. Een gebruikelijk gebruik voor een dergelijke uit meerdere metalen bestaand product is in de vorm van een buis of dergelijke.

De omgeving aan de binnenzijde van een buis is vaak zeer verschil-15 lend van de omgeving aan de buitenzijde "Bn de buis. Een metaal kan eigenschappen hebben,welke het geschikt maakt voor gebruik aan de binnenzijde van de buis maar ongeschikt voor gebruik aan de buitenzijde van de buis en vice versa. Soms kan een bepaald metaal acceptabel zijn voor gebruik aan beide zijden van een buis,maar kan dit metaal zeer duur zijn. en in 20 feite niet noodzakelijk aan beide zijden van de buis. Er kunnen nog andere situaties zijn,waarin een buis drie bestanddelen moet omvatten,dat wil zeggen een eerste metaal op de binnenzijde van de buis voor een type omgeving; een tweede metaal op de buitenzijde van de buis voor een ander en afwijkend type omgeving; en een derde metaal gelegen tussen de eerste 25 twee metalen ten einde noodzakelijke constructieve sterkte te verkrijgen.

Het is gebruikelijk noodzakelijk en/of gewenst om de verschillende metaallagen aan elkaar gehecht te hebben,zodat het uit meerdere metalen bestaande product zijn constructieve en fysieke samenhang tijdens gebruik blijft behouden. Uit meerdere metalen bestaande buizen worden bij 30 voorbeeld vaak gebruikt in omstandigheden waarin fysisch een werking moet worden verkregen alsof de buis een massief buisstuk was. Onder dergelijke omstandigheden zal het niet toelaatbaar zijn dat een materiaal-laag uitzet en in feite beweegt ten opzichte van de andere laag.

Verschillende werkwijzen voor het aan elkaar hechten van de metalen 35 lagen zijn met verschillende mate van succes uitgeprobeerd. In het algemeen is een metallurgische hechting tussen de metalen bestanddelen 8200535

i W

-2- 22366/CV/tl acceptabeler en meer tevredenstellend dan een mechanische hechting. Een algemeen gebruikte werkwijze voor het tot stand brengen van een metallurgische hechting tussen de verschillende metalen van een uit meerdere metalen bestaand product is die van het samen extruderen.

5 In algemene termen is extr.usie een proces,waarbij een voorwerp, extrusieknuppel genaamd,wordt gedwongen om te bewegen,dat wil zeggen geperst wordt door een matrijs.

De door deze werkwijze voortgebrachte kwaliteit van de metallurgische hechting tussen de verschillende metalen hangt in grote mate af 10 van de toestand van de knuppelorganen voorafgaand aan het samen extruderen. Dergelijke omstandigheden,zoals de reinheid en de afwerking van de oppervlakken van de knuppeldelen zijn belangrijke factoren.

Een andere belangrijke factor is de werkwijze welke wordt gebruikt voor het samen vasthouden van de knuppeldelen voorafgaand aan en ge-15 durende het feitelijke proces van samen extruderen. De knuppeldelen moeten samen worden gehouden,zodat zij kunnen worden behandeld alsof zij in feite een enkele metalen knuppel waren. De knuppeldelen moeten bijvoorbeeld op zodanige wijze worden samengehouden,dat zij voorafgaand aan het samen extruderen aan een warmtebehandeling kunnen worden onder-20 worpen zonder overmatige zorg voor de verschillende waar /van thermische uitzetting van de verschillende metalen.

Verder moeten uit economische overwegingen de knuppeldelen voorafgaand aan het samen extruderen zodanig worden samengehouden,dat met voordeel gebruik kan worden gemaakt van bestaande machines en technieken , 25 welke algemeen worden gebruikt voor het extruderen van uit enkel metai bestaande producten. Dit is in het bijzonder van belang indien de machinerieën, die worden gebruikt voor het samen extruderen zijn ontworpen voor het verwerken van knuppels met massieve kernen. Met dit type uitrusting ondergaat de een massieve kern bezittende knuppel een "omgekeerde 30 extrusie" voor het tot stand brengen van een een holle kern bezittende knuppel voorafgaand aan het extruderen in het eindproduct. In de context van een uit meerdere metalen bestaande knuppel betekent dit dat de knuppeldelen vast samen moeten worden gehouden,terwijl het midden van het massieve binnenste knuppeldeel wordt "uitgedrukt".

35 Momenteel gebruikte werkwijzen voor het gereedmaken van de knuppel delen voorafgaand aan het samen extruderen resulteert veelvuldig in een 8200535 r * -3- 22366/CV/tl slechte metallurgische hechting in het voltooide uit meerdere metalen bestaande product. Aangenomen wordt,dat dit resulteert uit een onvoldoende reiniging van de oppervlakken van de knuppeldelen,die moeten worden samengevoegd en van de vorming van de-hechting tegengaande 5 oxydelagen op deze oppervlakken tijdens de warmtebehandeling,welke het gezamenlijk extruderen vooraf gaat. Andere momenteel gebruikte werkwijzen voor het gereedmaken van de knuppeldelen voor het samen extruderen zijn van nadeel omdat zij zeer duur zijn,speciale warmtebehandeling van de knuppeldelen voorafgaand aan het samen extruderen vereisen en/of 10 niet verenigbaar zijn met bestaande extrusie machines en technieken, in het bijzonder die waar gebruik wordt gemaakt van een knuppel met een massieve kern.

De onderhavige uitvinding voorziet in een verbeterde werkwijze voor het gereedmaken van uit meerdere metalen bestaande extrusieknuppels 15 voorafgaand aan gezamenlijk extruderen waarbij vele van de hierboven aangeduide problemen worden overwonnen. De uitvinding omvat het gebruik van electronenstraal lassen in een vacuum voor het verbinden van de einden van de knuppeldelen. De uitvinding omvat verder werkwijzen voor het afwerken en reinigen van de hechtoppervlakken van de knuppeldelen.

20 Door de beschreven werkwijzen wordt een uit meerdere metalen bestaande knuppel gevormd,welke even economisch kan worden gehanteerd en behandeld als een uit een enkel metaal bestaande knuppel en welke resulteren in een goede metallurgische hechting tussen de verschillende metalen in het uit samen geextrudeerde metalen bestaande oroduct.

25 De uitvinding zal hieronder nader worden uiteengezet aan de hand van bijgaande figuren.

Fig. 1 toont gedeeltelijk in aanzicht en gedeeltelijk in doorsnede een binnenste en een buitenste knuppeldeel.

Fig. 2 toont gedeeltelijk in aanzicht en gedeeltelijk in doorsnede 30 een binnenste en een buitenste knuppeldeel in de in elkaar geneste stand.

Fig. 2 a toont een dwarsdoorsnede over fig.2.

Fig. 3 toont gedeeltelijk in aanzicht en gedeeltelijk in doorsnede een vacuümkamer waarin een electrons®traalkanon is opgenomen en een in-35 richting voor het ondersteunen van de in elkaar gebrachte knuppeldelen tijdens het lassen.

8200535 -4- 22366/CV/tl

Fig. 4 toont gedeeltelijk in aanzicht en gedeeltelijk in doorsnede een binnenste en een buitenste knuppeldeel in de samengeneste stand, waarbij de knuppeldelen bij de einden aan elkaar zijn gelast door elec-tronenstraal lassen.

5 Fig. 4 a toont een zijaanzicht op fig.4.

Fig.5 toont een dwarsdoorsnede over los irvfelkaar passende binnenste en buitenste knuppeldelen in de in elkaar geneste stand.

Fig. 6 toont een dwarsdoorsnede over de in fig.5 afgebeelde knuppeldelen,die met hechtlassen aan elkaar zijn bevestigd voorafgaand aan 10 het aan elkaar lassen met behulp van electronenstrai lassen.

Fig. 1 toont een binnenste knuppeldeel 10 een een buitenste knuppeldeel 20. De in fig.1 als uitvoeringsvorm weergegeven knuppeldelen zijn cilindrisch uitgevoerd ,waarbij het deel 10 massief en het deel 20 buisvormig is. De uitwendige diameter 12 van het binnenste knuppeldeel 15 10 en de inwendige diameter 22 van het buitenste knuppeldeel 20 zijn zodanig ,dat het binnenste knuppeldeel 10 kan worden ingestoken of ; " genest" in het buitenste knuppeldeel 20 ,zoals afgebeeld in fig.2.De knuppeldelen 10 en 20 hebben een althans nagenoeg gelijke lengte.

Het knuppeldeel 10 heeft een buitenoppervlak 14 en einden 16. Knup-20 peldeel 20 heeft een binnenoppervlak 23, een buitenoppervlak 24 en einden 26. In de geneste j stand afgebeeld in fig.2 zijn oppervlak 14 en oppervlak 23 direct nabij elkaar gelegen waarbij zij een scheidingsvlak 30 tussen knuppeldelen 10 en 20 vormen. Het oppervlak 14 is zo bekend als het scheidingsvlakoppervlak van deel 10 en het oppervlak 23 is bekend 25 als het scheidingsvlakoppervlak van deel 20.Het scheidingsvlak 30 heeft een scheüingsvlakspeling 32, welke gelijk is aan de helft van het verschil tussen de buitendiameter 12 van deel 10 en de binnendiameter 22 van deel 20.

Fig. 3 toont een vacuümkamer 40 en een orgaan 42 ,dat een straal 30 van electronen 44 uit zenatOrgaan 42 wordt algemeen aangeduid als elec-tronenstraalkanon.

Bij het ontwerp en in praktijk brengen van de onderhavige uitvinding is gebruik gemaakt van een vacuümkamer en electronenstraalkanon vervaardigd door Electron Research Incorporated en aangeduid als serie 35 no. 759.

Binnen de vacuümkamer 40 is een orgaan 46 gelegen,dat dient als 8200535 -5- 22366/CV/tl orgaan voor het ondersteunen van de in elkaar geschoven knuppeldelen 10 en 20. Het orgaan 46 dient ook als een orgaan voor het draaien van de knuppeldelen om de hartlijn 45 van de in elkaar geschoven knuppeldelen.

Het orgaan 46 ondersteunt de knuppeldelen op een zodanige plaats in 5 de vacuümkamer 40,dat de electronenstraal 44 het scheidingsvlak 30 treft.

Terwijl de dectronenstraal het scheidingsvlak 30 treft draait het orgaan 46 de knuppeldelen om de hartlijn 45,waardoor het mogelijk wordt, dat de electronenstraal langs de gehele omtrek van scheidingsvlak 30 last. Hierdoor worden de naar het electronenstraalkanon 42 gerichte 10 einden 16a en 26a van de knuppeldelen samengelast. De knuppeldelen worden dan over 180° gedraaid,zodat het hierboven beschreven lasproces kan worden herhaald voor het samenlassen van de einden 16b en 26 b. Het lassen met de elsstronenstraal wordt uitgevoerd onder vacuumomstandigheden.

Het zal duidelijk zkjn,dat in plaats van de knuppeldelen 10 en 15 20 over 180° te verdraaien voor het samenlassen van de einden 16b en 26b er een tweede electronenstraalkanon 42 kan worden toegepast voor het samenlassen van de einden 16b en 26b,terwijl het eerstgenoemde electronenstraalkanon 42 de einden 16a en 26a aan elkaar last. Ofschoon fig.3 weergeeft,dat het lasproces met de electronenstraal wordt uitgevoerd in 20 de horizontale stand is het ook mogelijk om het kanon 42 ,de knuppeldelen 10 en 20 en het orgaan 46 zodanig op te stellen,dat het lasproces met behulp van de dectronenstraal bijvoorbeeld plaatsvindt in een verticale richting.

Fig. 4 toont de knuppeldelen nadat het lasproces is voltooid waar-25 bij de uiteindelijk gevormde las is aangeduid met het verwijzingscijfer 31. De in fig.4 afgeheelde aan elkaar gelaste knuppeldelen worden aangeduid als een meerdere metalen bevattende extrusieknuppel. De in fig.4 afgeheelde meerdere metalen omvattende extrusieknuppel kan worden behandeld alsof deze een uit enkel metaal bestaande extrusieknuppel is 30 waarbij de knuppel gereed . is om te worden onderworpen aan het extru-sieproces voor het verkrijgen van een uit meerdere metalen bestaand product.

In de de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm van de uitvinding is het binnenste knuppeldeel 10 genest binnen het buitenste knuppeldeel 35 20 en worden de in elkaar geschoven knuppeldelen dan in de vacuümkamer 40 geplaatst. De stap van het nesten kan echter worden uitgevoerd nadat 8200535 -6- 22366/CV/tl de knuppeldelen in de vacuümkamer zijn geplaatst. Verder wordt in het weergegeven en besproken uitvoeringsvoorbeeld de electronenstraal 40 stationair gehouden en althans nagenoeg evenwijdig aan het scheidings-vlak 30,terwijl de in elkaar geschoven delen'worden gedraaid. Het zal 5 echter duidelijk zijn,dat de knuppeldelen stationair kunnen worden gehouden terwijl het electronenstraalkanon 42 wordt bewogen ten einde langs de gehele omtrek van het scheidingsvlak 30 te kunnen lassen.

Bij de voorkeurs uitvoeringsvorm worden de volgende stappen genomen voor het gereedmaken van de oppervlakken van de knupp&delen vooraf-10 gaand aan het in elkaar nesten. .De scbeidingsoppervlakken 14 en 23 worden machinaal bewerkt tot een afwerking van 150 microinches of minder waarbij de nominaal gewenste afwerking ruwweg in het gebied is gelegen van 32 tot 125 microinches. De knuppeldelen 10 en 20 worden zodanig bemeten,dat de scheidingsvlakspeling 32 0,017 inches of minder is 15 waarbij de nominaal gewenste speling ruwweg is gelegen tussen 0,005 en 0,015 inches.

Aanvullend worden,nadat de scheidingsvlakoppervlakken 14 en 25 machinaal zijn bewerkt tot de gewenste afwerking,de oppervlakken gereinigd voorafgaand aan het in elkaar brengen van de delen. Verschillende 20 reinigingstechnieken kunnen worden toegepast. Bij een reinigingstechniek wordt het electronenstraalkanon gebruikt met een verstrooide straalinstel-ling voor het aftasten van de scheidingsvlakoppervlakken ter verwijdering van vervuilende bestanddelen.

In andere reinigingstechnieken worden de scheidingsvlakoppervlakken 25 chemisch gereinigd voorafgaand aan het in elkaar nesten. Een dergelijke chemische reinigingstechniek omvat het gebruik van een alkalische reini-gingsoplossing. In deze techniek worden de knuppeldelen ondergedompeld in een hete (160J - 1BP°F) alkalische oplossing ( Beaver Alkali BAP-2105 10 ounches/gallon) en gedurende drie tot vijf minuten geweekt. De 30 knuppeldelen worden dan uit de alkalische oplossing verwijderd en ondergedompeld in een schoon water bevattend spoelbad gedurende een tot drie minuten bij kamertemperatuur (70° - 80° F) gedurende welke tijd de scheidingsvlakoppervlakken worden geborsteld. Ten slotte worden de knuppeldelen uit het schone spoelwater verwijderd en onmiddelijk drooggeveegd. 35 Bij een andere chemische reinigingstechniek worden oplosmiddelen op koolwaterstofbasis gebruikt voor het reinigen van de scheidingsvlakoppervlakken 14 en 23. Deze reinigingstechniek omvat opeenvolgend afvegen 8200535 - 7- 22366/CV/tl van de scheidingsvlakoppervlakken met gestabiliseerd 1,1,1 -trichloorethaan, dan methanol en ten slotte aceton.

Met betrekking tot de stap van het aan elkaar lassen van de einden van de knuppeldelen onder gebruikmaking van een lassen met een elee-5 tronenstraal onder vacuum worden hieronder de omstandigheden aangegeven waaronder de uitvinding is beproefd en waarbij tevredenstellende resultaten zijn verkregen.

Regelbaar meest gewenste waarde Bepreefd gebied 10 1) Electronenstraal instelling - Voltage (kilovolts) 55 55 - Stroom (milliamps) 185 95- 200 -Afbuigingsbaan cirkelvormig cirkelvormig -Afbuigings Amplitude 10 10- 15 15 (Schaalinstelling) -Afbuigings frequentie 200 200 (hertz) -4 -4 2) Vacuum niveau (Torr) 1x10 . of minder 1x10 qf minder 20 3) Afstandskanon tot werkstuk 11 7 tot 11 (inches) 4) Las snelheid 25 25-60 (inches/minuut) 25 5) Electronenstraal versprongen 0 0-0,010 van hart scheidingsvlak 30 Opgemerkt wordt,dat indien de scheidingsvlakspeling 32 bij het hogere einde van het gewenste gebied is,dat wil zeggen rondom 0,017 inches er een losse passing tussen de naburige in elkaar geschoven knuppeldelen kan resulteren. Onder dergelijke omstandigheden kan worden waargenomen,dat de scheidingsvlakspeling 32 niet gelijkmatig is om de 35 gehele omtrek van het scheidingsvlak ,in het bijzonder indien de in elkaar geschoven knuppeldelen horizontaal zijn opgesteld. Zie bijvoor- 8200535 -8- 22366/CV/tl beeld fig,5.

Dit gebrek aan gelijkmatigheid is geen gewenste toestand voor het lassen met een dectronenstraal, Om dit te corrigeren kunnen de einden van naburige knuppeldelen tijdelijk met behulp van hechtlassen 5 aan elkaar worden bevestigd voorafgaand aan de stap van het lassen met de electronenstraal,op zodanige wijze,dat de scheidingsvlakspeling 32 gelijk.wordt gehouden rondom de gehele omtrek van het scheidingsvlak. Zie bijvoorbeeld fig.6 waarin de hechtlassen met het verwijzingscijfer 37 zijn .aangeduid.

10 Ofschoon fig.4 een uit twee metalen bestaande extrusieknuppel weergeeft zal het duidelijk zijn,dat de beschreven uitvinding kan worden gebruikt voor het gereedmaken van een knuppel voorzien van meer dan twee metalen. De beschreven werkwijze wordt slechts herhaald voor ieder aanvullend scheidingsvlak dat aanwezig is in de uit meerdere metalen 15 bestaande knuppel. Ofschoon verder in de fig.1 - 6 een binneste knuppel-deel 10 is weergegeven,dat massief is,kan de beschreven werkwijze ook worden gebruikt indien het binnenste knuppeldeel hol is. Op soortgelijke wijze zal het duidelijk zijn,dat ofschoon in de fig.1- 6 cilindrisch gevormde knuppeldelen zijn afgebeeld de beschreven uitvinding ook kan 20 worden gebruikt voor het gereedmaken van meerdere metalen omvattende ex-trusieknuppele van variërende vormen.

—Ofschoon er bepaalde uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding hierboven zijn beschreven en in de figuren afgebeeld zal het aan vaklui op dit gebied duidelijk zijn,dat binnen de geest en beschermingsomvang van 25 de uitvinding wijzigingen en /of aanvullingen kunnen worden toegepast terwijl bepaalde kenmerken van de uitvinding soms nuttig kunnen worden gebruikt zonder een overeenkomstig gebruik van andere kenmerken.

30 8200535

Claims (9)

1. Werkwijze voor het gereedmaken van meerdere metalen omvattende extrusieknuppels,met het kenmerk,dat .* a. Althans een binnenste knuppeldeel binnen een buitenste knuppel-deel wordt geplaatst , 5 b, De knuppeldelen in eenivacuumkamer worden geplaatst,en dan c. De einden van de knuppeldelen aan elkaar worden gelast door te lassen met een electronenstraal onder vacuum.

2. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk,dat de lasstap het op beide einden van de in elkaar geneste....... knuppeldelen richten van een IQ electronenstraal langs de gehele omtrek van een scheidingsvlak tussen de knuppeldelen omvat.

3. Werkwijze volgens conclusie 2,met het kenmerk,dat de electronen straal in een stationaire stand althans nagenoeg evenwijdig aan het scheidingsvlak tussen de in elkaar geneste ___ knuppeldelen wordt gehouden, 15 terwijl de in elkaar geneste delen ten opzichte van de straal worden bewogen.

4. .Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies,met het kenmerk, dat de knuppeldelen met althans nagenoeg gelijke lengte worden uitgevoerd .

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies,met het kenmerk, dat de scheidingsvlakoppervlakken van de knuppeldelen machinaal worden bewerkt tot een afwerking van 150 microinches of minder voorafgaand aan het in elkaar nesten van de knuppeldelen.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies ,met het kenmerk, 25 dat de knuppeldelen zodanig worden bemeten,dat indien in elkaar geneste de scheidingsvlakspeling tussen de knuppeldelen 0,017 inch of minder bedraagt.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies,met het kenmerk, dat de scheidingsvlakoppervlakken van de knuppeldelen voorafgaand aan 30 het in elkaar nesten van de knuppéHelen worden gereinigd.

8. Werkwijze v eigens conclusie 7,met het kenmerk,dat het chemisch mnigen van de scheüingsvlakoppervlakken van de knuppeldelen omvat het afvegen van de schedingsvlakoppervlakken met op koolwaterstof gebaseerde oplosmiddelen waaronder 1,1,1- trichloorethaan, methanol en aceton.

9. Werkwijze volgens conclusie 7,met het kenmerk,dat de stap van het reinigen van de schedingsvlakoppervlakken van de knuppeldelen wordt uitgevoerd onder gebruikmaking van een alkalische reinigingsoplossing. 8200535