NO160289B

NO160289B - PROCEDURE FOR LINING A BODY, LIKE A VALVE HOUSE.

Info

Publication number: NO160289B
Application number: NO811228A
Authority: NO
Inventors: James R Becker; Edward L Raymond; David W Cameron
Original assignee: Cameron Iron Works Inc
Priority date: 1980-04-10
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1988-12-27
Also published as: GB2073783A; GB2073783B; CA1169412A; DE3114659C2; CH643766A5; JPS56156704A; NO160289C; NO811228L; JPS649365B2; FR2491189A1; FI811095L; MX156130A; DE3114659A1; AR225958A1; AU6911781A; SG87885G; AU539934B2; ZA812303B; FR2491189B1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til foring av et legeme, såsom et ventilhus, som omfatter et antall kryssende hulrom, hvor det i avstand fra legemets innervegg anordnes et metallorgan, slik at det dannes et avtettet mellomrom, som fylles med metallpulver og deretter evakueres for gass. Oppfinnelsen vedrører særlig en forbedret isostatisk varmpressingsprosess for utforing av hulrom i et legeme. The present invention relates to a method for lining a body, such as a valve housing, which comprises a number of intersecting cavities, where a metal member is arranged at a distance from the inner wall of the body, so that a sealed space is formed, which is filled with metal powder and then evacuated for gas. The invention particularly relates to an improved isostatic hot pressing process for lining cavities in a body.

Det er et stort behov for en konstruksjon av høy styrke og med korrosjonsbestandige metallinnerflater, f.eks. en glideventil som er installert i en ledning som inneholder tærende væsker under høyt trykk. En slik ventil kan være fremstilt av AISI 4130-stål og være foret innvendig (i ventilkammer og kanaler) med et rustfritt stål av serie 300. There is a great need for a construction of high strength and with corrosion-resistant metal inner surfaces, e.g. a slide valve that is installed in a line containing corrosive liquids under high pressure. Such a valve can be made of AISI 4130 steel and lined internally (in the valve chamber and channels) with a stainless steel of series 300.

Mange forsøk er gjort på å frembringe slike konstruksjoner. Både US-patentskrift 3.349.789 og 2.497.780 vedrører ventiler som må fastgjøres og avtettes i gjennomløpskanalene, men det er ikke trukket foranstaltninger med henblikk på utforing av ventil-kamrene. Many attempts have been made to produce such constructions. Both US patents 3,349,789 and 2,497,780 relate to valves that must be fixed and sealed in the flow channels, but no measures have been taken with a view to lining the valve chambers.

Det er fremstilt produkter ved anvendelse av den isostatiske varmpressingsprosess, hvorved det opprettes et rom som fylles med pulverisert metall og omgis av et fleksibelt materiale som kan opprettholde en avtetning under påvirkning av fremstillings-temperaturen og -trykket. Det pulveriserte metall som utsettes for nevnte varme og trykk, stivner i den ønskete fasong. De tidligere kjente metoder har hatt befatning med tilvirkning av massive konstruksjoner eller påføring av et dekksjikt på yttersiden av en konstruksjon. Andre eksempler på den kjente teknikk er omtalt i US-patentskrifter 3.631.583, 3.992.202 og 4.142.888, men det er ikke beskrevet noen tilfredsstillende fremgangsmåte for anvendelse av den isostatiske varmpressingsprosess for opprettelse av en foring i hulrom i en konstruksjon, såsom et ventilhus eller en utblåsningssperreventilsats som omfatter et antall kryssende hulrom. Products have been manufactured using the isostatic hot pressing process, whereby a space is created which is filled with powdered metal and surrounded by a flexible material which can maintain a seal under the influence of the manufacturing temperature and pressure. The powdered metal which is exposed to said heat and pressure hardens into the desired shape. The previously known methods have been concerned with the production of massive constructions or the application of a cover layer on the outside of a construction. Other examples of the prior art are described in US Patents 3,631,583, 3,992,202 and 4,142,888, but no satisfactory method of using the isostatic hot pressing process to create a lining in a cavity in a structure is described, such as a valve housing or blow-off check valve assembly comprising a number of intersecting cavities.

Isostatisk varmpressing (HIP) er kjent i seg selv og beskrevet eksempelvis i kapittel 9 i "Powder Metallurgy Equipment Manual", 2. utgave 1977, utgitt av "Powder Metallurgy Equipment Association". Hot isostatic pressing (HIP) is known per se and described for example in Chapter 9 of the "Powder Metallurgy Equipment Manual", 2nd edition 1977, published by the "Powder Metallurgy Equipment Association".

I US-patentskrift 4.065.302 foreslås det videre å anvende en tynnvegget metallbeholder som inneholder et stoff som utvikler trykkgass ved oppvarmning, slik at metallbeholderen komprimerer metallpulveret som er ifylt i mellomrommet mellom beholderen og legemet. Det er imidlertid kun tale om en enkel foring hvor det benyttes en enkel beholder med tilhørende gassutviklende stoff. Denne kjente løsning er følgelig ikke egnet til bruk for formålet ifølge foreliggende oppfinnelse hvor det skal utfores et legemes kryssende hulrom. In US patent 4,065,302 it is further proposed to use a thin-walled metal container that contains a substance that develops pressurized gas when heated, so that the metal container compresses the metal powder that is filled in the space between the container and the body. However, it is only a matter of a simple lining where a simple container is used with an associated gas-evolving substance. This known solution is consequently not suitable for use for the purpose of the present invention where a body's intersecting cavity is to be lined.

Formålet med- den foreliggende oppfinnelse er å angi en forbedret fremgangsmåte til utforing av innbyrdes kryssende hulrom i en metallkonstruksjon. The purpose of the present invention is to specify an improved method for the execution of mutually intersecting cavities in a metal structure.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det anvendes et tynnvegget metallorgan som ved trykkpåvirkning gir etter og trykker pulveret i mellomrommet mot legemets innervegg, idet minst et parti av det tynnveggete metallorgan blokkerer overgangen mellom hulrommene, og at legemet, metallorganet og pulveret på i og for seg kjent måte behandles ved tilstrekkelig høy temperatur og trykk til å herde metallpulveret til en tett og homogen foring i hulrommene. The method according to the invention is characterized by the fact that a thin-walled metal body is used which, under the influence of pressure, gives way and presses the powder in the space against the inner wall of the body, with at least a part of the thin-walled metal body blocking the transition between the cavities, and that the body, the metal body and the powder on and before is processed in a known manner at a sufficiently high temperature and pressure to harden the metal powder into a dense and homogeneous lining in the cavities.

Ved foretrukne utførelser av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen belegges legemets innervegg på forhånd med nikkel, og det benyttes et trykk på ca. 1060 kp/cm<2> og en temperatur på ca. 1150°C. Dessuten kan det som innvendig metallorgan med fordel anvendes en metallbeholder i hvert hulrom. In preferred embodiments of the method according to the invention, the inner wall of the body is coated in advance with nickel, and a pressure of approx. 1060 kp/cm<2> and a temperature of approx. 1150°C. In addition, a metal container can advantageously be used as an internal metal element in each cavity.

Alternativt kan det som metallorgan anvendes en metallbeholder i ett av hulrommene med en gjennomgående tverrgående hylse, og et rørformet tynnvegget metallorgan som er glidbart anordnet gjennom hylsen. Alternatively, a metal container in one of the cavities with a continuous transverse sleeve, and a tubular thin-walled metal member which is slidably arranged through the sleeve can be used as a metal body.

For avtetting av nevnte mellomrom kan hvert rørformet tynnvegget metallorgan utstyres med endelukkedeler som festes til legemet henholdsvis til røret. For sealing said spaces, each tubular thin-walled metal member can be equipped with end closure parts which are attached to the body or to the pipe.

Ved en foretrukket utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes det rustfritt stål både som metallpulver og i det tynnveggete metallorgan. Eventuelt kan det som materiale i legemet anvendes en stållegering med høy fasthet, mens det som metallpulver anvendes rustfritt stål. In a preferred embodiment of the method according to the invention, stainless steel is used both as metal powder and in the thin-walled metal body. Optionally, a steel alloy with high strength can be used as material in the body, while stainless steel is used as metal powder.

Som etterbehandling maskinarbeides de forede hulrom. As a finishing treatment, the lined cavities are machined.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et snitt av et ventilhus hvori det er innført en konstruksjon for opprettelse av et rom i ventilhusets hulrom. The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a section of a valve housing in which a structure has been introduced to create a space in the valve housing's cavity.

Fig. 2 viser et delsnitt langs linjen 2-2 i fig. 1. Fig. 2 shows a section along the line 2-2 in fig. 1.

Fig. 3 viser et snitt av den fullførte konstruksjon med den herdete og bearbeidete metallforing. Fig. 3 shows a section of the completed construction with the hardened and processed metal lining.

Ventilhuset 10 som er vist i fig. 1, består av en legerings-stålkonstruksjon med kryssende hulrom som innbefatter gjennom-løpskanaler 12 og et ventilkammer 14 som skal påføres en korrosjonsbestandig foring. The valve housing 10 which is shown in fig. 1, consists of an alloy steel structure with intersecting cavities including through-flow channels 12 and a valve chamber 14 to be coated with a corrosion-resistant lining.

Innen det tilsettes metallpulver, bli det i ventilkammeret 14 innmontert et metallorgan i form av en metallbeholder 16 som omfatter et tynnvegget rør 18, et plant bunnparti 20 og en tynnvegget hylse 2 2 som forløper gjennom midtpartiet av røret 18. Bunnen 20 er tettsluttende forbundet med enden av røret 18, f.eks. ved sveising, og hylsen 22 er på tilsvarende måte tettsluttende forbundet med røret 18. Et tynnvegget rør 24 er innført gjennom kanalene 12 og hylsen 22, slik som vist. En ring 26 er, som vist, fastsveiset til yttersiden av beholderen 16 og til yttersiden av ventilhuset 10, og ringer 28 og 30 er fastsveiset rundt endene av røret 24 og til yttersiden av ventilhuset 10. Et påfyllingsrør 32 forløper gjennom ringen 26 og et påfyllingsrør 34 gjennom ringen 30. Beholderen 16, røret 24 og de tilhørende tetningsringer 26, 28 og 30 avgrenser et hulrom 36 innenfor innerveggene av kanalene 12 og kammeret 14. Den sammensatte konstruksjon fungerer som en trykkoverførende fleksibel form eller en tynn, avtettet metallkonstruksjon, som beskrevet i det etterfølgende. Det er viktig at samtlige sveiseskjøter i kon-struksjonen som er dannet av beholderen 16, hylsen 22 og røret 24, er lufttette og bibeholdes i denne tilstand under herdnings-prosessen, for å hindre innstrømning av luft i det varme metallpulver . Before metal powder is added, a metal body in the form of a metal container 16 is installed in the valve chamber 14, which comprises a thin-walled tube 18, a flat bottom part 20 and a thin-walled sleeve 2 2 which extends through the middle part of the tube 18. The bottom 20 is tightly connected with the end of the pipe 18, e.g. by welding, and the sleeve 22 is similarly hermetically connected to the tube 18. A thin-walled tube 24 is inserted through the channels 12 and the sleeve 22, as shown. A ring 26 is, as shown, welded to the outside of the container 16 and to the outside of the valve housing 10, and rings 28 and 30 are welded around the ends of the tube 24 and to the outside of the valve housing 10. A filling pipe 32 extends through the ring 26 and a filling pipe 34 through the ring 30. The container 16, the tube 24 and the associated sealing rings 26, 28 and 30 define a cavity 36 within the inner walls of the channels 12 and the chamber 14. The composite structure functions as a pressure-transmitting flexible mold or a thin, sealed metal structure, as described in what follows. It is important that all welding joints in the construction formed by the container 16, the sleeve 22 and the tube 24 are airtight and are maintained in this condition during the curing process, in order to prevent the inflow of air into the hot metal powder.

Rommet 36 i ventilhusrommene 12 og 14 fylles deretter, gjennom påfyllingsrørene 32 og 34, med et egnet metallpulver, f.eks. rustfritt stål av typen 316. Det anbefales at ventilhuset 10 vibreres under fyllingen av rommet 36, slik at rommet fylles fullstendig med metallpulver innen overgangen til det påfølgende prosesstrinn. Det foretrekkes at materialet i beholderen 16, røret 24 og ringene 26, 28 og 30 er det samme som det materiale som benyttes i foringen. Videre bør rommet ha tilstrekkelig størrelse med henblikk på opprettelse av en foring med en tykkelse som er tilstrekkelig til å tillate maskinbearbeiding til endelig form uten fordypninger eller "helligdager" i den ferdige foring. Når samme materiale anvendes i beholderen 16 og røret 24 kan et parti av den ferdige foring bestå av materialet i beholderen 16 og røret 24. The space 36 in the valve housing spaces 12 and 14 is then filled, through the filling pipes 32 and 34, with a suitable metal powder, e.g. stainless steel of the type 316. It is recommended that the valve body 10 be vibrated during the filling of the chamber 36, so that the chamber is completely filled with metal powder before the transition to the subsequent process step. It is preferred that the material in the container 16, the tube 24 and the rings 26, 28 and 30 is the same as the material used in the lining. Furthermore, the space should be of sufficient size for the purpose of creating a liner of a thickness sufficient to permit machining to final shape without recesses or "holidays" in the finished liner. When the same material is used in the container 16 and the pipe 24, a part of the finished lining can consist of the material in the container 16 and the pipe 24.

Etter at rommet 36 er fullstendig fylt, bringes rommet under vakuumpåvirkning ved tilkobling av et egnet middel, f.eks. en vakuumpumpe (ikke vist), til det ene eller begge påfyllingsrør 32 og 34. Vakuumvirkningen bør være tilstrekkelig til å hindre at den tilstedeværende gassmengde i rommet 3 6 innvirker forstyrrende på opprettelsen av en hensiktsmessig, herdet metallforing. Når den tilstrekkelige grad av vakuum er oppnådd, blir rørene 32 og 34 lukket og forseglet. Rørene kan om ønskelig være forbundet med egnete ventiler (ikke vist), for å kunne stenges når vakuum-prosessen avsluttes. Det anbefales å benytte ventiler som er lekkasjesikre under rådende forhold ved tilvirkningen. After the space 36 is completely filled, the space is brought under vacuum by connecting a suitable means, e.g. a vacuum pump (not shown), to one or both filling pipes 32 and 34. The vacuum effect should be sufficient to prevent the amount of gas present in the space 3 6 interfering with the creation of an appropriate, hardened metal lining. When the sufficient degree of vacuum is achieved, the tubes 32 and 34 are closed and sealed. If desired, the pipes can be connected with suitable valves (not shown), so that they can be closed when the vacuum process ends. It is recommended to use valves that are leak-proof under the prevailing conditions during manufacture.

Ventilhuset 10 anbringes deretter i en autoklav (ikke vist) eller annen, egnet anordning, hvori det utsettes for en forme-temperatur (ca. 1150°C) og et formetrykk (ca. 1060 kp/cm<2>). Ventilhuset påvirkes i flere timer av disse rådende forhold, hvoretter det får avkjøles. The valve housing 10 is then placed in an autoclave (not shown) or other suitable device, in which it is exposed to a molding temperature (approx. 1150°C) and a molding pressure (approx. 1060 kp/cm<2>). The valve body is affected by these prevailing conditions for several hours, after which it is allowed to cool.

Under innvirkning av formingsforholdene i autoklaven vil beholderen 16 og røret 24 som begge består av ettergivende materiale, ekspandere og sammentrykke pulvermetallet mot veggene i kanalene 12 og kammeret 14. Derved vil varmen og trykket bevirke at metallet stivner i ventilhuset til en massiv foring som er fullstendig forbundet med veggene i kanalene 12 og kammeret 14. Hvis beholderen 16 og røret 24 består av samme materiale som foringen, vil de to førstnevnte deler gå i ett med foringen og utgjøre en del av det endelige produkt. Under the influence of the forming conditions in the autoclave, the container 16 and the pipe 24, which both consist of compliant material, will expand and compress the powder metal against the walls of the channels 12 and the chamber 14. Thereby, the heat and pressure will cause the metal to solidify in the valve body into a massive lining that is completely connected to the walls of the channels 12 and the chamber 14. If the container 16 and the tube 24 consist of the same material as the liner, the two former parts will merge with the liner and form part of the final product.

Det avkjølte ventilhus 10 behandles på nødvendig måte for oppnåelse av de ønskete, mekaniske egenskaper, og blir deretter maskinbearbeidet til den form som er vist i fig. 3. Innerveggene i kanalene 12 og i beholderen 14 blir på denne måte forbundet med en jevn, glatt og korrosjonsbestandig foring 40. Hvis beholderen 16 og røret 24 er fremstilt av et annet materiale enn foringen, vil de fortrinnsvis bli fjernet fullstendig under maskinbe-arbeidingsprosessen. The cooled valve housing 10 is treated in the necessary manner to achieve the desired mechanical properties, and is then machined into the shape shown in fig. 3. The inner walls of the channels 12 and of the container 14 are thus connected by a smooth, smooth and corrosion-resistant liner 40. If the container 16 and the tube 24 are made of a material other than the liner, they will preferably be completely removed during the machining process .

Det anbefales at veggene som skal utfores ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, blir nikkelbelagt som forbe-redelse til opprettelsen av en foring ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Det antas at nikkelbelegget forhindrer oksy-dering, medvirker til oppnåelse av kontinuerlig sammenbinding og hindrer at krommet i metallpulveret trekker inn i legeringen og danner en uønsket, martensittisk struktur. It is recommended that the walls to be lined using the method according to the invention are nickel plated in preparation for the creation of a lining using the method according to the invention. It is believed that the nickel coating prevents oxidation, contributes to the achievement of continuous bonding and prevents the chromium in the metal powder from drawing into the alloy and forming an unwanted, martensitic structure.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er bestemt for anvendelse ved opprettelse av foringer av nikkel, nikkellegeringer, tantal, hastelloylegeringer, kobber, kobberlegeringer, koboltlegeringer, rustfritt stål og titanlegeringer og karbider som er forbundet med en gjenstand av legert stål, karbonstål eller rustfritt stål av forskjellig kvalitet. The method according to the invention is intended for use when creating linings of nickel, nickel alloys, tantalum, hastelloy alloys, copper, copper alloys, cobalt alloys, stainless steel and titanium alloys and carbides which are connected to an object of alloy steel, carbon steel or stainless steel of different quality.

Det kan ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anordnes en foring på innerveggene av innbyrdes kryssende kanaler eller hulrom i en tykkvegget trykk-beholder, idet trykkbeholderen fungerer som det grunnmetall som skal forbindes med det isostatisk varmpressede metallpulver. Den viste og beskrevne konstruksjon består av et ventilhus av legert stål som er utforet med rustfritt stål. Fremgangsmåten kan benyttes til å fore kanalen og føringene i en utblåsningssperreventilsats, ved at det, istedenfor det tidligere beskrevne rør og beholder, anvendes to rør av rustfritt stål som anordnes som form rundt den sone hvori metallpulveret innføres. With the help of the method according to the invention, a lining can be arranged on the inner walls of intersecting channels or cavities in a thick-walled pressure vessel, the pressure vessel acting as the base metal to be connected to the isostatic hot-pressed metal powder. The construction shown and described consists of a valve housing of alloy steel which is lined with stainless steel. The method can be used to line the channel and the guides in a blow-out valve set, by using, instead of the previously described pipe and container, two stainless steel pipes which are arranged as a mold around the zone into which the metal powder is introduced.

Tilvirkningsforholdene (temperatur, trykk, tid og vakuum-grad) er velkjent og må tilpasses det spesielle materiale som anvendes. The manufacturing conditions (temperature, pressure, time and degree of vacuum) are well known and must be adapted to the particular material used.

Claims

1. Method for lining a body, such as a valve housing, which comprises a number of intersecting cavities (12,14), where a metal member is arranged at a distance from the inner wall of the body, so that a sealed space is formed, which is filled with metal powder and then is evacuated for gas, characterized by) that a thin-walled metal member (16,24) is used which, under the influence of pressure, yields and presses the powder in the space against the inner wall (12) of the body (10), with at least a part of the thin-walled metal member blocking the transition between the cavities , and b) that the body (10), the metal body (16,24) and the powder are treated in a manner known per se at a sufficiently high temperature and pressure to harden the metal powder into a dense and homogeneous lining in the cavities (36).

2. Method in accordance with claim 1, characterized in that the inner wall (12) of the body (10) is coated beforehand with nickel.

3. Method in accordance with claim 1 or 2, characterized in that a pressure of approx. 1060 kp/cm<2 >and a temperature of approx. 1150°C.

4. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized in that a metal container is used as an internal metal member (16,24) in each cavity.

5. Method in accordance with one of the claims 1-3, characterized in that a metal container in one of the cavities (12,14) with a continuous transverse sleeve (22) and a tubular thin-walled metal body is used as the metal body (16,24) (24) which is slidably arranged through the sleeve (22).

6. Method in accordance with claim 4 or 5, characterized in that each tubular thin-walled metal member (16,24) is equipped with end closure parts (20,26;28,30) which are attached to the body (10) or to the pipe for. sealing of said spaces.

7. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized in that stainless steel is used as metal in the thin-walled metal body (16,24) and as metal powder.

8. Method in accordance with one of claims 1-6, characterized in that a steel alloy with high strength is used as material in the body (10), and that stainless steel is used as metal powder.

9. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the lined cavities (12,14) are machined.