NO153208B

NO153208B - PROCEDURE FOR COMPOUNDING RODFORMED PARTS OF METAL BY SMI / DIFFUSION WELDING

Info

Publication number: NO153208B
Application number: NO833729A
Authority: NO
Inventors: Per H Moe
Original assignee: Per H Moe
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1983-10-13
Publication date: 1985-10-28
Also published as: IT1234948B; NO153208C; IT8423135A0; NO833729L

Description

Fremgangsmåte for sammenføyning av rørformede deler av metall ved smi/diffusjonssveising. Procedure for joining tubular parts of metal by forging/diffusion welding.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for sam-menføyning av rørformede deler av metall ved smi/diffusjonssveising, omfattende følgende trinn: - etablering av en fuge mellom motstående begrensningsflater på de respektive deler som skal sammenføyes, hvilken fuge har form av et hulrom med varierende høyde og lukkes i The present invention relates to a method for joining tubular parts of metal by forging/diffusion welding, comprising the following steps: - creation of a joint between opposing limiting surfaces of the respective parts to be joined, which joint has the form of a cavity of varying height and close in

det minste delvis langs sin periferi, at least partly along its periphery,

- oppvarming av delene til en forutbestemt temperatur i det minste i de områder som grenser til fugen, idet fugens hulrom under oppvarmningen først tilføres en inert eller reduserende spylegass inntil fugen er tett lukket langs i det - heating the parts to a predetermined temperature at least in the areas bordering the joint, with the cavity of the joint being first supplied with an inert or reducing purge gas during the heating until the joint is tightly closed along the

minste en del av periferien, at least part of the periphery,

- sammenføyning av delene ved sammenpresning av disse, - joining the parts by pressing them together,

- og avkjøling av delene. - and cooling of the parts.

En slik fremgangsmåte er beskrevet i søkerens norske patentansøkning nr. 83.1295, hvorfra prioritet kreves. I denne fremgangsmåte gis fugen i utgangspunktet form av et hulrom med økende høyde fra periferien mot midten, dvs. at i tilfelle av rørformede deler vil fugen være tilnærmet lukket langs periferien både på innsiden og utsiden av delene. Fugen forsynes med minst én forbindelseskanal for tilførselen av inert eller reduserende spylegass. Such a method is described in the applicant's Norwegian patent application no. 83.1295, from which priority is claimed. In this method, the joint is basically given the shape of a cavity with increasing height from the periphery towards the centre, i.e. that in the case of tubular parts the joint will be approximately closed along the periphery both on the inside and outside of the parts. The joint is provided with at least one connection channel for the supply of inert or reducing purge gas.

Foreliggende oppfinnelse har til formål å forenkle og forbed-re ovennevnte fremgangsmåte, bl.a. hva gjelder fugens form i utgangspunktet. The purpose of the present invention is to simplify and improve the above-mentioned method, i.a. what concerns the shape of the joint in the first place.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type, hvor det karakteristiske er at fugen i utgangspunktet gis gradvis økende høyde fra den ene til den andre side av de rørformede deler. This is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, where the characteristic is that the joint is initially given a gradually increasing height from one side to the other of the tubular parts.

Herved blir den forutgående maskinering av de rørformede del-ers ender betydelig forenklet, idet disse f.eks. kan gis form av avkortede kjegler med noe forskjellig toppvinkel. En slik tilforming av rørdelenes ender gjør det også mulig å utføre fremgangsmåten med mindre krav til rørdelenes rundhet. Hereby, the prior machining of the ends of the tubular parts is considerably simplified, as these e.g. can be given the shape of truncated cones with slightly different top angles. Such shaping of the ends of the pipe parts also makes it possible to carry out the method with less demands on the roundness of the pipe parts.

Ifølge en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen kan fugens hulrom lukkes på den ene side ved hjelp av en tetningsanordning som omfatter midler for tilførsel av spylegassen. According to an advantageous embodiment of the invention, the cavity of the joint can be closed on one side by means of a sealing device which includes means for supplying the flushing gas.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også tilpasses for sveising under vann. I dette tilfelle vil det være fordelaktig å tildekke fugeområdet på motsatt side av tetningsanordningen ved hjelp av en mansjett e.l., hvilken fylles med spylegass gjennom fugen for å hindre direkte kontakt med det omgivende medium. Rommet mellom tetningsanordningen og fugeområdet kan før oppvarmingen tømmes for omgivende medium ved å fortrenge dette ved hjelp av spylegass. The method according to the invention can also be adapted for welding under water. In this case, it would be advantageous to cover the joint area on the opposite side of the sealing device by means of a cuff or the like, which is filled with flushing gas through the joint to prevent direct contact with the surrounding medium. The space between the sealing device and the joint area can be emptied of surrounding medium before heating by displacing this with the help of purge gas.

Ifølge et ytterligere fordelaktig trekk ved oppfinnelsen bringes fugen under sammenpresningen av delene til å lukke seg suksessivt i retning mot spylegassens tilførselsretning. Derved blir spylegassen presset ut av fugen under sammenføy-ningen, slik at det ikke vil være nødvendig å evakuere fugen på forhånd. According to a further advantageous feature of the invention, during the compression of the parts, the joint is caused to close successively in the direction towards the supply direction of the purge gas. Thereby, the flushing gas is forced out of the joint during the joining, so that it will not be necessary to evacuate the joint in advance.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nær-mere under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på vedføyede tegninger, hvor: Fig. 1 viser et snitt gjennom to sammenstilte rørformede deler før sveising; Fig. 2 viser i større målestokk et utsnitt av fig. 1 umiddel-bart før sveising; Fig. 3 viser delene på fig. 2 etter fullført sammenføyning . For a better understanding of the invention, it shall be described in more detail with reference to the design examples shown in the attached drawings, where: Fig. 1 shows a section through two assembled tubular parts before welding; Fig. 2 shows on a larger scale a section of fig. 1 immediately before welding; Fig. 3 shows the parts of fig. 2 after completion of joining.

De to deler 1, 2 utgjøres.av relativt tynnveggede rør som skal sammensveises ved en fuge 3. Rørdelene er i fugeområdet innvendig forsynt med en tetningsanordning 8 i form av en oppblåsbar pakker, slik at området rundt fugen 3 kan isoler-es på rørdelenes innside. Spylegass tilføres gjennom en pas-sasje 6 i pakkeren. The two parts 1, 2 are made up of relatively thin-walled pipes which are to be welded together at a joint 3. The pipe parts are internally provided in the joint area with a sealing device 8 in the form of an inflatable packer, so that the area around the joint 3 can be insulated on the inside of the pipe parts . Flushing gas is supplied through a passage 6 in the packer.

Utførelsen vist på fig. 1 gjelder sammensveising av to rør under vann. Rørene er anbragt vertikalt med pakkeren 8 på innsiden, mens en induksjonsspole er anordnet rundt fugen 3 på rørenes utside for oppvarmning av fugeområdet. For å hindre at vann skal komme i direkte kontakt med fugeområdet under sveisingen, er fugeområdet på motsatt side av pakkeren 8 tildekket med en mansjett 10, som med fordel kan bestå av varmemotstandsdyktig materiale, f.eks. et asbestholdig så-dant. Mansjetten 10 er oventil klemt tettende an mot røret 1 ved hjelp av en pakningsring 11. The embodiment shown in fig. 1 applies to the welding of two pipes under water. The pipes are placed vertically with the packer 8 on the inside, while an induction coil is arranged around the joint 3 on the outside of the pipes for heating the joint area. To prevent water from coming into direct contact with the joint area during welding, the joint area on the opposite side of the packer 8 is covered with a sleeve 10, which can advantageously consist of heat-resistant material, e.g. something containing asbestos. The cuff 10 is clamped tightly against the tube 1 from above by means of a sealing ring 11.

Av fig. 1 vil det også ses at tetningsanordningen 8 er forsynt med en kanal 12, som fører fra det rom som begrenses mellom tetningsanordningen og rørene til omgivelsene. Denne kanal kan åpnes og stenges ved hjelp av en ventil 13. Tetningsanordningen 8 er videre forsynt med en tilførselskanal 14 for oppblåsningsmedium, som kan være ethvert egnet fluid, f.eks. vann. From fig. 1, it will also be seen that the sealing device 8 is provided with a channel 12, which leads from the space that is limited between the sealing device and the pipes to the surroundings. This channel can be opened and closed using a valve 13. The sealing device 8 is further provided with a supply channel 14 for inflation medium, which can be any suitable fluid, e.g. water.

Ved utførelse av dette eksempel på fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir de enkelte bestanddeler først sammenstilt som vist på fig. 1, og et passende trykk satt på tetningsanordningen 8. Deretter tilføres spylegass gjennom kanalen 6 mens ventilen 13 samtidig holdes åpen, slik at vann som måtte befinne seg i rommet mellom tetningsanordningen og rørdelene, fortrenges hovedsakelig ut gjennom kanalen 12. Når så og si alt vann er fortrengt, lukkes ventilen 13, og spylegassen vil nå strømme ut gjennom fugen 3 og i første omgang fortrenge vann som måtte befinne seg mellom mansjetten 10 og fugeområdet. When carrying out this example of the method according to the invention, the individual components are first put together as shown in fig. 1, and a suitable pressure set on the sealing device 8. Flushing gas is then supplied through the channel 6 while the valve 13 is kept open at the same time, so that any water that may be in the space between the sealing device and the pipe parts is mainly displaced out through the channel 12. When that is all water is displaced, the valve 13 is closed, and the flushing gas will now flow out through the joint 3 and initially displace any water that may be present between the cuff 10 and the joint area.

Som spylegass kan det f.eks. benyttes en inert gass, men i mange tilfeller vil det være mulig å benytte en reduserende gass, f.eks. hydrogen, allerede fra begynnelsen av. For mange ståltypers vedkommende er det heller ikke nødvendig å evakuere fugeområdet for hydrogen etter at oppvarmningen og sveiseprosessen er begynt, spesielt ikke dersom fugen er ut-formet slik at den vil lukke seg suksessivt i retning mot spylegassens tilførselsretning når fugen presses sammen. As a purge gas, it can e.g. an inert gas is used, but in many cases it will be possible to use a reducing gas, e.g. hydrogen, right from the start. For many types of steel, it is also not necessary to evacuate the joint area for hydrogen after the heating and welding process has begun, especially not if the joint is designed so that it will close successively in the direction of the supply direction of the purge gas when the joint is pressed together.

En slik fordelaktig fugeutformning er skjematisk antydet på fig. 2, idet denne tilsvarer et utsnitt i større målestokk av fugepartiet til høyre på fig. 1, dog med den forskjell at sveisingen her foregår i luft, slik det er antydet med bren-nende hydrogen som strømmer ut av fugen på rørdelenes utside. Fugen 3 har her kileform. Pilene F angir en variabel sammen-presningskraft, mens den klokkeformede kurve til venstre for delene 1 og 2 angir den aksiale temperaturfordeling i disse. Such an advantageous joint design is schematically indicated in fig. 2, as this corresponds to a section on a larger scale of the joint part on the right in fig. 1, but with the difference that the welding here takes place in air, as indicated by burning hydrogen flowing out of the joint on the outside of the pipe parts. Joint 3 here has a wedge shape. Arrows F indicate a variable compression force, while the bell-shaped curve to the left of parts 1 and 2 indicates the axial temperature distribution in them.

Etter tilstrekkelig spyling av fugen 3 og oppvarmning av delene 1, 2, blir delene presset sammen som antydet ved pilene F. Fugen 3 vil lukke seg først ved 7, og ved ytterligere sammenpresning vil begrensningslinjen for kontakten mellom flatene 4 og 5 bevege seg suksessivt mot venstre slik at det ikke oppstår lommer i fugen. Gass i denne blir derved presset ut selv om gassen skulle stå under relativt høyt trykk. After sufficient flushing of the joint 3 and heating of the parts 1, 2, the parts are pressed together as indicated by the arrows F. The joint 3 will close first at 7, and with further compression the limit line for the contact between the surfaces 4 and 5 will move successively towards left so that no pockets form in the joint. Gas in this is thereby forced out, even if the gas were to be under relatively high pressure.

Det vil ses at delene 1, 2 i fugeområdet er gitt redusert tverrsnitt. Dette er gjort for lettere å oppnå en triaksial spenningstilstand "i fugeområdet når materialet under sammenpresningen av delene flyter slik at disse får den form som er vist på fig. 3. Om ønskelig kan delene presses ytterligere sammen slik at materialtykkelsen i fugeområdet blir noe større enn i delene for øvrig. Om ønskelig kan partiet med større tykkelse deretter maskineres for å gi en glatt overflate. It will be seen that parts 1, 2 in the joint area are given a reduced cross-section. This is done to make it easier to achieve a triaxial state of stress "in the joint area when the material flows during the compression of the parts so that they take the shape shown in Fig. 3. If desired, the parts can be pressed together further so that the material thickness in the joint area becomes somewhat greater than in the parts otherwise If desired, the part with greater thickness can then be machined to give a smooth surface.

Av fig. 2 vil det videre ses at de smaleste partier av delene 1, 2 ligger noe eksentrisk i forhold til rørveggens midt-linje. Denne eksentrisitet er tilpasset fugens form og den måte denne vil få materialet til å flyte på ved sammenpresningen, slik at det endelige resultat blir stort sett symme-trisk om. midtlinjen, slik fig. 3 viser. From fig. 2, it will further be seen that the narrowest parts of the parts 1, 2 lie somewhat eccentrically in relation to the center line of the pipe wall. This eccentricity is adapted to the shape of the joint and the way this will cause the material to flow during compression, so that the final result is largely symmetrical. the center line, as fig. 3 shows.

Det vil forstås at mange forskjellige typer tetningsanord-ninger 8 kan benyttes. Dersom rørene er så tynnveggede i forhold til sin diameter at fugeflåtene 4, 5 ikke vil gi tilstrekkelig innretting og styring mellom rørdelene under sam-menføyningen, kan tetningsanordningen 8 utføres slik at den gir den nødvendige aksiale styring. It will be understood that many different types of sealing devices 8 can be used. If the pipes are so thin-walled in relation to their diameter that the joint rafts 4, 5 will not provide sufficient alignment and control between the pipe parts during joining, the sealing device 8 can be designed so that it provides the necessary axial control.

Claims

1. Method for joining tubular parts (1, 2) of metal by forging/diffusion welding, comprising the following steps: - creation of a joint (3) between opposite limiting surfaces (4, 5) of the respective parts (1, 2 ) to be joined, which joint has the form of a cavity (3) of varying height and is closed at least partially along its periphery (7), - heating the parts (1, 2) to a predetermined temperature at least in the areas bordering the joint (3), the cavity of the joint (3) being first supplied with an inert or reducing purge gas during heating until the joint is tightly closed along at least part of the periphery (7), - joining the parts (1, 2 ) by compressing these, - and cooling the parts, characterized in that the joint (3) is initially given a gradually increasing height from one side to the other of the tubular parts (1, 2).

2. Method according to claim 1, characterized in that the cavity (3) of the joint is closed on one side by means of a sealing device (8) which includes means (10) for supplying the flushing gas.

3. Method according to claim 2, characterized in that the joint area on the opposite side of the sealing device (8) is covered with a cuff (10) etc., which is filled with flushing gas through the joint (3) to prevent direct contact with the surrounding medium.

4. Method according to one of the claims 2-3, characterized in that the space between the sealing device (8) and the joint area is emptied of surrounding medium before the heating by displacing this with the help of flushing gas.

5. Method according to a preceding claim, characterized in that the joint (3) during the compression of the parts (1, 2) is caused to close successively in the direction towards the supply direction of the purge gas.