NO315697B1

NO315697B1 - Fremgangsmåte ved sammenföyning av ferritiske og austenitiske tofase rustfrie stål

Info

Publication number: NO315697B1
Application number: NO19983957A
Authority: NO
Inventors: Takao Shimizu; Hirotsugu Horio; Noboru Yamamoto; Shigeyuki Inagaki; Hiroaki Suzuki; Masaki Tsuchiya
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2003-10-13
Also published as: DE69809855D1; NO983957D0; EP0899050B1; US6156134A; NO983957L; CA2246804A1; JPH11129078A; DE69809855T2; EP0899050A1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for sammenføyning av ferritiske og austenitiske tofase rustfrie

•stål.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører særlig sammenføyning av rør av tofase rustfritt stål for oljeproduksjon, for korrosjonsbestandighet i kjemiske anlegg, for transportmiddel av råolje, for varmeveksler ved omdanning av sjøvann og for sammenføyning av et rør av tofase rustfritt stål sammenlignet med en flens av tofase rustfritt stål for anvendelsene.

Et ferritisk/austenitisk tofase rustfritt stål (tofase rustfritt stål i det etterfølgende) fremstilles ved økning av innholdet av Cr, redusering av Ni og tilsetning av Mo etc., og ved oppløsningsbehandling til å gi tofase austenitiske og ferritiske egenskaper. Det tofase rustfrie stålet har god styrke og seighet, og har god kvalitet med spenningskorro-sjon-sprekkingsbestandighet og inter-granulær korrosjonsbestandighet sammenlignet med alminnelig austenitisk rustfritt stål. Det har derfor bred anvendelse for oljemiljøet og varmeveksler for omdanning av sjøvann.

01jereservoaret i en oljebrønn befinner seg tusenvis av meter under bakken. Et rør av tofase rustfritt stål for en rør-ledning anvendes ved å sammenbinde hver del på 10 til 15 meters lengde og å føre dem ned i hullet. Som en metode for sammenføyning finnes mekanisk kobling, ringsveising og antatt sammenføyning i flytende fase.

Den mekaniske koblingsmetoden, som vist i fig. 4, utgjør en skruforbindelse ved å føre sammen den fastholdte side av rør (rør 1) som er blitt forbundet som en streng av rør under grunnen og den andre siden av den øvre bevegelige del (rør 2) ved anvendelse av ytre skruforbindelsesstykke 7 som kombi-nerer ytre gjenger av nedre rør 1, gjennom sine indre gjenger, og ytre gjenger av øvre rør. Sammenføyningsflaten av det nedre rør la og av øvre rør 2a er i kontakt med hverandre slik at rør 1 og rør 2 er. forbundet.

Mekanisk kobling bruker 5 til 10 minutter for å utføre en kobling og har en god produktivitet ved sammenføyning men den har den ulempe å gi opphav til olje- og gasslekkasje ved sammenføyningen. Derfor er spesiell omhu for presisjons-maskinering av de ytre gjenger på rør 1 og rør 2 og av forbindelsesstykket 7 blitt påkrevet sammen med krav til kunn-skaper på høyt nivå i forbindelse med sammenføyning. Den sammenføyde del er bra med hensyn, til strekkfasthet men kan ha problemer med hensyn til trykkspenning som kan bre seg ut i radiell retning av forbindelsesstykket 7 og kan akselerere lekkasje av olje og gass. Det er åpenbart at forbindelsesstykket 7 har større ytre diameter enn den av rør 1 og 2 og derfor kreves grunnleggende større hull enn den ytre diameter av rør l og 2.

I sveisemetoden, som vist i fig. 5, ved toppen av rør 1 og bunnen av rør 2, blir sveisekanter lb og 2b dannet og ført sammen, og en sveisebrenner 9 beveger seg rundt røroverflaten i sirkel for å anbringe et smeltet metall 10 på kanter lb og 2b. Dette er en måte for sveising av røret 1 og røret 2.

Sveising har de spesielle trekk med ikke å forårsake lekkasje av olje og gass ved sveiseskjøten og har god kompresjons-bestandighet og vel så god strekkfasthet pluss, fordi det ikke anvendes noe forbindelsesstykke, at samme hulldiameter som for røret kan være mulig. I sveisemetoden kan imidlertid mengden sveising ikke være så stor. Særlig i tilfellet med sveising av tykke rør er problemene følgelig tidsforbruk så lenge som en til to timer for å sveise og fagkunnskap er også en forutsetning.

På den annen side, er sammenføyning med væskefasediffusjon en metode som følger: anbringelse av et innlegningsmaterial mellom to stålrør-tverrsnitt, tilføring av trykkraft i lengderetningen, oppvarming og holding av temperatur høyere enn smeltepunktet for innlegningsmaterialet og lavere enn smeltepunktet for røret i en viss tidsperiode for å få noe atompartikkelspredning av en kjemisk blanding til rørene på begge sider og smeltepunktet til resten av innlegningsmaterial, etter at bevegende atomer er evakuert, kommer ned hvilket betyr at resten av innlegning vil størkne i seg selv ved å forskyve smeltepunkt høyere, i den delvis evakuerte kjemi til innlegningen, enn det pleide å være.

Sammenføyning med vaeskefasediffusjon har likheter i de egenskaper som ikke vedrører olje- og gasslekkasje, kompresjons-bestandighet og å holde den samme diameter for den sammenføyde skjøt som for den ytre rørdiameter, pluss høyere produktivitet enn sveising i behandling av en batch i løpet av omtrent 3 0 minutter så vel som høy kvalitet og effekti-vitet. Sammenføyning med væskefasediffusjon er derfor den mest anbefalelsesverdige sammenføyningsmetode for skjøting av olj erørledning.

Sammenføyning med væskefasediffusjon har vært velkjent tekno-logi . Et eksempel er Unexamined Japanese Patent Publication (kokai) No. Hei. 6-007967, hvori det beskrives en måte for sammenføyning av høylegerte rør for oljeindustrien, anbringelse av innlegningsmaterial mellom to stykker høylegerte rør, tilføring av trykk på 4,9 MPa til 19,6 MPa (0,5 kg/mm<2> til 2,0 kg/mm<2>) og oppvarming til 1200 til 1280°C og holding av temperaturen lengre enn 12 0 sekunder, når smeltepunktet til innlegningsmaterialet er lik eller under 1150°C.

Videre omhandler W097/36711 en metode for sammenføyning av et rustfritt stål på den følgende måte. I denne metoden anvendes et martensitisk rustfritt stål eller et tofase rustfritt stål omfattende ikke mindre enn 9 vekt% Cr. Et bindemiddel med lavt smeltepunkt bestående en Ni-basert legeringsfolie omfattende ikke mindre enn 50 vekt% Cr, som har et smeltepunkt på ikke mer enn 1150°C og med en tykkelse på 10 til 8 0 ( im, anbringes mellom sammenføynings-tverrsnittflåtene av de rustfrie stål som skal sammenføyes. Trykket på 0,5 til 2 kgf/mm<2> tilføres mens temperaturen holdes mellom smeltepunktet til bindemiddelet og smeltepunktet til det rustfrie stål i mer enn 12 0 sekunder slik at oppvarmingslengden som blir mer enn 800°C er 3 til 20 mm.

Unødvendig høy oppvarming forårsaker problemer med hensyn til styrke i modermaterialet og med hensyn til korrosjonsbestandighet. Høyfrekvens-induksjonsoppvarming er derfor blitt populært på grunn av sin partielle og konsentrerte varmeeffektivitet. Ved- høyfrekvens-induksjonsoppvarming, på grunn av overflateeffekt, akkumuleres vekslende elektrisitet på røroverflaten og ledes til innsiden av røret.

Som beskrevet i Unexamined Japanese Patent Publication (kokai) No. Hei. 6/7967, vil sammenføyning ved relativt lav temperatur og så lav som under 1280°C og opprettholdelse av varme i kort tid ved høyfrekvens-induksjon'danne usammenføyd grenseflate delvis på grunn av ineffektiv varmestigning og spredning ved tverrsnittsgrenseflaten.

På den annen side, ved å gjøre oppvarmingstiden lenger kan en slik ineffektiv sammenføyning forbedres, men oppvarming av modermaterialet i for lang tid vil forringe dette og øke deformasjonen ved grenseflaten, hvilket ville være en god årsak til konsentrasjon av spenning og i tilfellet med indre deformasjon være en hindring for jevn væskestrøm.

I rørledninger i oljefelt til havs kan dessuten støtkraft treffe røret. Det har ikke vært noen intensjon med hensyn til hvordan forbedre slagseighetsverdien ved sammenføyd område.

Med referanse til metoden omhandlet i W097/3 6711, er det i oppfinnelsens sammenheng dessuten utført en sammenføynings-test av det tofase rustfrie stål (diameter: 200 mm, tykkelse: 2 0 mm) med en praktisk størrelse. De følgende betingelser ble valgt for å svare til dem ifølge W097/36711.

Som material som skal sammenføyes ble det anvendt et tofase rustfritt stål (JIS G3459, SUS329J1, smeltepunkt: 1420°C) omfattende 2 3,0 til 28,0 vekt% Cr. Som bindemiddel med lavt smeltepunkt ble det anvendt et nikkel-slagloddingsmaterial (JIS Z3265, BNi-5, smeltepunkt: 1080 til 1135°C) omfattende 18,0 til 19,5 vekt% Cr og med en tykkelse på 40 fim. Sammenføyningstemperaturen var 13 00°C, tid for opprettholdelse av sammenføyningstemperaturen var 300 sekunder, og den tilførte kraft var 1,25 kgf/mm<2>. Således ble sammenføyningstesten utført.

Det sammenføyde legeme som ble oppnådd under de ovenfor beskrevede betingelser var imidlertid ekstremt deformert i sammenføyningsområdet, og deformasjonsmengden i sammenføyningsområdet oversteg 2 0 mm. Videre ble det observert mange sprekker ved overflaten av sammenføyningsområdet.

Deretter ble testen utført igjen med de samme betingelser som beskrevet i det foregående unntatt at sammenføyningstempera-turen var endret til 1200°C som er lavere enn smeltepunktet til nikkel-slagloddingsmaterialet. I dette tilfelle er deformasjonsmengden i sammenføyningsområdet av det således oppnådde sammenføyde legeme liten, og ingen sprekk ble observert i overflaten av sammenføyningsområdet, og det er derved mulig å oppnå en god kobling i betraktning av det ytre utseende.

Fra den således oppnådde sammenføyningskobling av tofase rustfritt stål ble det skåret fire prøvestykker for strekk-prøving (lengde- 300 mm, bredde: 25,4 mm), og strekkprøv-ingen ble utført. Som resultat av testen var alle de fire prøvestykkene brutt ved den sammenføyde grenseflate, og strekkfastheten av disse utviste en ekstremt lav verdi som 200 til 400 MPa. I tilfellet med anvendelsene av betingelsene ifølge W097/36711 for det tofase rustfrie stål som har en praktisk størrelse, var det følgelig ikke mulig å oppnå en god sammenføyningskobling for praktisk bruk.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en sammenføyningsmetode for et tofase rustfritt stål, i tilfellet med tykkvegget stålrør, som er i stand til å eliminere usammenføyd eller utilstrekkelig sammenføyd del, å tilveiebringe høykvalitets og seig sammenføyning, kontrollere overdreven deformasjon til et minimumsnivå-og å forbedre verdien for slagmotstandsevne.

Det er et annet formål for den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en sammenføyningsmetode for et tofase rustfritt stål hvori, selv om metoden anvendes for sammenføyning av tofase rustfritt stål med en praktisk størrelse, sammenføyningsområdet ikke er endret i for stor grad og ingen sprekk er frembragt på overflaten av sammenføyningsområdet så vel som at sammenføyningsområdet har en strekkfasthet lik eller mer enn et modermaterial.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte for sammenføyning av ferritiske og austenitiske tofase rustfrie stål, kjennetegnet ved at den omfatter trinnene: - anbringelse av et innlegningsmaterial omfattende en Ni-basert legering med et smeltepunkt under 1290°C mellom sammenføynings-tverrsnittflåtene av modermaterial-stål omfattende et tofase rustfritt stål, - tilføring av en pressekraft i området 3 MPa til 5 MPa til et sammenføyningsområde, og - varming av sammenføyningsområdet ved en temperatur i området 1290°C til smeltepunktet til modermaterial-stålet hvor temperaturen opprettholdes i området 3 0 til 18 0 sekunder.

I de vedføyde tegninger er:

fig. l en skjematisk betraktning av en sammenføyningsinn- retning for utførelse av fremgangsmåten for sammenføyning av et tofase rustfritt stål i samsvar

med den foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser en form av et strekkfasthetsprøvestykke som er skåret fra den sammenføyde skjøt som er frembragt ved

hjelp av sammenføyningsinnretningen vist i fig. l, fig. 3 viser en form av et prøvestykke som er skåret fra den

sammenføyde skjøt og Charpy slagprøve,

fig. 4 er en skjematisk betraktning som viser en vanlig

mekanisk koblingsmetode, og

fig. 5 er en skjematisk betraktning som viser en vanlig ring-svei sernetode.

En metode for sammenføyning ifølge den foreliggende oppfinnelse er å anbringe innlegningsmaterial fremstilt av en nikkellegering hvis smeltepunkt er lavere enn 12 90°C mellom sammenføynings-tverrsnittflåtene av to modermaterialer fremstilt av tofase rustfritt stål, tilføring av trykkraft til sammenføynings-tverrsnittflåtene av modermaterialene i området 3 MPa til 5 MPa, oppvarming av sammenføynings-tverrsnittflåtene i området 1290°C til smeltepunktet til modermaterialet, og opprettholdelse av temperaturen i området 3 0 sekunder til 180 sekunder.

Det tofase rustfrie stål anvendt i den foreliggende" oppfinnelse er SUS 329 Jl, SUS 329 J3L, SUS 329 J4L eller lignende, men er ikke begrenset til disse. Det anvendte material kan ha mange forskjellige former inkluderende rør, flens, plate, blokk etc.

Sammenføyningstemperaturen reguleres mellom 12 90°C og smeltepunktet til modermaterialet. Hvis sammenføyningstemperaturen er lavere enn 1200°C når ikke sammenføynings-grenseflatene sammenføyningstemperaturen, innlegningsmaterialet oppvarmes ikke til smeltepunktet og diffusjon av kjemiske elementer av innlegningsmaterialet skjer ikke på vellykket måte og svikter til slutt med hensyn til å oppnå tilstrekkelig sammenføyn-ingsseighet. Hvis modermaterialet oppvarmes mer enn smeltepunktet derav, smelter selve modermaterialet og klarer ikke å opprettholde sin egen form. For referanse, er smeltepunktet til modermaterialet som beskrevet i det foregående mellom 1400°C og 1450°C.

Holdetiden for opprettholdelse av sammenføyningstemperaturen er mellom 3 0 og 180 sekunder. I tilfellet med mindre enn 30 sekunder skjer ikke diffusjon av kjemiske elementer av innlegningsmaterial på vellykket måte, og ved slaglodding kan fenomener og delvis sammenføyd eller usammenføyet grenseflate resultere særlig hvor det er langt fra oppvarmingsinn-retningen.

I tilfellet med lengre enn 180 sekunder klarer ikke modermaterialet å beholde sin egen form eller forringer sin egen styrke og taper korrosjonsmotstand.

Tilføringen av trykkraft reguleres mellom 3 MPa og 5 MPa. Hvis trykkraften er lavere enn 3 MPa vil kontakten av grense-flater av de to modermaterialene være utilstrekkelig og vil ikke klare å oppnå tilsiktet sammenføyningsstyrke. Hvis trykkraften er høyere enn 5 MPa vil modermaterialet deformeres i seg selv og svikte med hensyn til vellykket sammenføyning .

Innlegningsmaterialet for sammenføyning av tofase rustfritt stål kreves å være Ni-baserte legeringer. På grunn av anvendelse av dette materialet som innlegningsmaterial, kan seighet og korrosjonsmotstand av sammenføyd grenseflate holdes på det samme nivå som dem for modermaterialene. Innlegningsmaterialet har smeltepunkter som er lavere enn 1290°C. Hvis smeltepunktet til innlegningsmaterialet er høyere enn 12 90°C vil sammenføyningstemperaturen være høy nok til at modermaterialet deformeres i seg selv.

Innlegningsmaterialet av Ni-basert legering vil, ved flere måter for anbringelse inkluderende termisk sprøyting, dypping, plettering, skvetting etc, virke som et enkelt belegningssjikt av Ni-basert legering, eller flerbelegnings-sjikt ved sammenføynings-grenseflate, hvis kjemiske sammensetninger av den Ni-baserte legeringen vil utgjøre et visst smeltepunkt etter reorganisering av det første trinns smelt-ing. Forskjellige former av innlegningsmaterialet kan virke innlagt mellom materialene, men folieform, fiskeskjellform eller pulverform vil være anbefalelsesverdig på grunn av dens økonomiske omkostninger og enkle håndtering.

Tykkelsen av innlegningsmaterialet, i tilfellet med folieform, f iskeskjellform eller pulverform, er i området 2 0 [ im til 100fim når anbragt ved sammenf øynings-grenseflaten. De innlegningsmaterialer, i tilfellet med folie, som er tynnere enn 2 0 { im er ikke enkle for fremstilling og håndtering i verkstedet og, i tilfellet med fiskeskjell eller pulver, er det ikke enkelt å danne jevn utbredning over sammenføynings-tverrsnittet. Hvis innlegningsmaterialet er tykkere enn 100fim tar det lang tid å gjøre diffusjon tilstrekkelig hvilket også utgjør en viktig årsak for deformering av modermaterialene og forringelse av sammenføyningskvaliteten.

Ni-legering som innlegningsmaterial omfatter 3 vekt% s Si i

6 vekt%, 5 vekt% i Cr ^ 10 vekt%, 2 vekt% s Fe s 5 vekt%,

2 vekt% i B < 4 vekt%, idet resten er Ni. Således sammensatt Ni-basert legering anvendt som innlegningsmaterial forbedrer ferritisk fase i tofase rustfritt stål og akselererer også overføring av atompartikler ved sammenføynings-grenseflaten, hvilket bidrar til å gi en mye forbedret kjervslagfasthet.

Ruhet av sammenføynings-tverrsnittoverflaten bør være Rmaks 5 0 fim. Hvis Rmaks er over 50 fim er en del av sammenføynings-grenseflaten usammenføyd på grunn av ufullstendig utfylling av innlegningsmaterial.

Inert gass vil utgjøre en ideell omgivelsesatmosfære, mens sammenføyning av tofase rustfritt stål kan utføres i luft eller i vakuum. Sammenføyning i luft oksyderer den oppvarmede del og forringer sammenføyningsseigheten. Sammenføyning i vakuumbetingelser, særlig i tilfellet med lange materialer slik som oljerørledninger, kan ikke utføres i praksis. Inert gassatmosfære kan frembringes ved å bygge et kammer hvori et helt sammenføyningsmaterial og oppvarmingsinnretning kan være dekket, eller ved sprøyting av inert gass til oppvarmingsmaterialet for skjerming av sammenføynings-delen mot luft.

Det er flere metoder for oppvarming av sammenføyningstverr-snittflåtene slik som anvendelse av et varmeapparat for å stråle varme over sammenføynings-grenseflaten, lading av elektrisitet til varmematerialer for å frembringe motstands-oppvarming ved kontaktmotstand med det innlagte material nøyaktig ved sammenføyningsområdet etc. avhengig av form, størrelse og andre påkrevde betingelser.

Hva angår langsgående oppvarming av materialer omfattende stålrør, er høyfrekvens-induksjonsoppvarming for anvendelse i induksjonsvarmespiral svært foretrukket. En høyfrekvens-induksjonsoppvarmingsinnretning tilveiebringer sammenføyning med partiell og nøyaktig punktoppvarming til sammenføynings-området. Frekvensen bør reguleres under 100 kHz. Desto høyere frekvens ved høyfrekvens-induksjonsoppvarming desto mer åpenbar vil overflateeffekten være, og mer enn 100 kHz varmer derfor kun overflaten og ensartet og bred varmespredn-ing vil ikke kunne være tilgjengelig.

Sammenføyningsmetoden for tofase rustfritt stål som er beskrevet i det foregående benytter innlegningsmaterial av Ni-basert legering som har god seighet og korrosjonsmot-standsevne, danner bedre væskediffusjons- sammenføyning med hensyn til varmeeffektivitet, lavspenningselektrisitet og tidsbesparelse og da oppvarmes hele tverrsnittflaten ved grenseflaten til sammenføyningstemperaturen i løpet av kort tid og atompartikkeloverføringer registreres effektivt i tillegg til effekten av å regulere deformasjon av modermaterialer.

Innlegningsmaterialet er fremstilt av spesielle kjemiske sammensetninger av Ni-basis som virker til å forbedre ferritisk fase i tofase rustfritt stål og også akselerere overføring av atompartikler ved sammenføynings-grenseflaten, hvilket bidrar til å gi en svært forbedret kjervslagfasthet.

Siden sammenføyningsbetingelsene er optimalisert som beskrevet- i det foregående, selv om sammenføyningsmetoden ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes for det tofase rustfrie stål som har en praktisk størrelse, er sammenføyn-ingsområdet ikke endret i stor grad og ingen sprekk er frembragt på overflaten av sammenføyningsområdet så vel som at det er mulig å oppnå en sammenføyningskobling som har en strekkfasthet lik eller høyere enn modermaterialet.

UtføreIsesformer

De foretrukne utførelsesformer i samsvar med den foreliggende oppfinnelse vil beskrives som følger med referanse til de vedføyde tegninger. Fig. l viser en skjematisk betraktning av en sammenføyningsinnretning for utførelse av fremgangsmåten for sammenføyning av et tofase rustfritt stål i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Dette er en sammenføyningsenhet for å føye sammen stålrør som består av et par fastklemmingsinnretninger Al og A2, en oppvarmingsinnretning B, ytre gassutløpsinnretninger Cl og C2, indre gassutløpsinnretninger C3 og C4, vannkjølingsdyser Dl og D2 og termosensorer El og E2.

Der finnes fastklemmingsinnretninger Al og A2 som er symme-trisk i vertikal retning, som virker til å fastklemme to rør 1 og 2, som holder et innlegningsmaterial 4 mellom et par grenseflate-tverrsnitt IA og 2A, idet hele sammenføynings-grenseflaten 5 har en viss avstand fra fastklemmingsinn-retning. Fastklemmingsinnretningen Al, lokalisert nedentil mot en sammenføynings-grenseflate 5, holder et nedre rør 1 som griper den ytre overflaten og løfter røret 1 opp {pl pilretning i fig. 1). Fastklemmingsinnretningen A2, lokalisert oventil mot sammenføynings-grenseflaten 5, holder ned et rør 2 som griper den ytre overflaten og beveger røret 2 ned (p2 pilretning).

Oppvarmingsinnretningen B utgjøres av en høyfrekvens-induksjonsvarmespiral fremstilt av kobberledninger, som er anordnet til å omgi den runde overflaten 5a av sammenføynings-grenseflaten 5: En spiral er, via et kontrollpanel (ikke vist her), forbundet med en høyfrekvens-elektrisitetsgenerator (ikke vist her), og en viss elektrisk kraft og en viss bølgefrekvens tilføres til spiralen. Inne i spiralen sirkulerer vann for avkjøling av joulesk varme for.å hindre spiralen i å smelte bort.

Oppvarmingsinnretningen B var utstyrt med et strålingstermo-meter Bl for måling av temperaturen av sammenføynings-grenseflaten 5. Utgangen fra strålingstermometeret Bl er forbundet med et kontrollpanel (ikke vist her) og temperaturen målt ved hjelp av strålingstermometeret Bl overføres til panelet

igjennom utgangen.

De ytre gassutløpsinnretninger Cl og C2 er montert henholdsvis over og under oppvarmingsinnretning B, og rundt den ytre

overflaten 5a av rørene l og 2. Funksjonen til de ytre gass-utløpsinnretninger Cl og C2 er å slippe ut inert gass som Ar, N2 eller lignende, ved fokusering på sammenføyning av grenseflaten 5, i retningen av den ytre runde overflate av den runde overflaten 5a, ved trinnet med diffusjonssammenføyning og å holde den ytre overflate 5a skjermet mot varmesonen.

Mellom fastklemmingsinnretningen Al og den ytre gassutløps-innretning Cl og mellom fastklemmingsinnretningen A2 og den ytre gassutløpsinnretning C2, er det dessuten montert termosensorer El og E2 som vender mot den ytre overflaten 5a av rørene 1 og 2. Sensorene El og E2 måler temperaturen til rørene 1 og 2 ved diffusjonssammenføyning og definerer det området som skal forsert kjøles etter sammenføyningen.

Inne i rørene 1 og 2, fra oversiden av røret 2, innføres et dobbelt sammensatt rør 6. Røret 6 er utstyrt med et par indre gassutløpsinnretninger C3, idet C3 holder en viss avstand. Vannkjølingsdysen Dl er anordnet under den nedre indre gassutløpsinnretningen C3, og vannkjølingsdysen D2 er anordnet over den øvre indre gassutløpsinnretningen C3.

Funksjonen til et par av de indre gassutløpsinnretninger C3, C3 er å slippe ut inert gass slik som Ar og N2, ved fokusering på sammenføynings-grenseflaten 5, i retningen av den indre runde overflate 5b, ved trinnet med diffusjonssammen-føyning og deretter å holde den ytre overflate 5a siden av varmesonen skjermet. Vannkjølingsdysene Dl og D2 sprøyter, etter at diffusjonssammenføyning er utført, kjølevann eller Ar-gass for å avkjøle den oppvarmede sone som brer seg over både oversiden og nedsiden av den sammenføyde grenseflate for derved å forsert kjøle varmesonen fra den indre overflate 5b siden.

Det dobbelt sammensatte røret 6 er utstyrt med en inert gass-ledning (ikke vist her) og en kjølemiddelledning (ikke vist her) . Inertgassledningen er forbundet med de ytre gassut-løpsinnretninger C3 og C3 og kjølemiddelledningene er forbundet med kjølingsdysene Dl og D2. Ved å snu en ventil (ikke vist) som er bygget inn i det sammensatte røret 6 slippes inertgassen eller kjølemiddelet ut til den indre overflaten 5b av røret. Det dobbelt sammensatte røret 6 beveger seg også opp og ned for å endre utslippsposisjonen av inertgassen eller kjølemiddelet.

De anordnede posisjoner til kjølingsdysene Dl og D2 er for-øvrig ikke begrenset til det som er vist i fig. 1. De kan være tilveiebragt til å omgi den ytre overflaten 5a av røret. Alternativt kan de være tilveiebragt både på innsiden og utsiden av røret.

En metode for sammenføyning av det tofase rustfrie stål ved anvendelse av den ovenfor beskrevede sammenføyningsinnretning er som følger.

Først fastklemmes rørene 1 og 2 ved hjelp av henholdsvis fastklemmingsinnretningene Al og A2. Så anbringes et tynt folie-innlegningsmaterial 4 bestående av Ni-basert legering på tverrsnittflaten la av røret 1. Deretter opereres klemmene 1 og 2 til å bevege rørene 1 og 2 henholdsvis langs pilretningene pl og p2, og rørene bringes i sammentrykket kontakt til å danne sammenføynings-grenseflaten 5. Etter som de står, tilføres så trykket i aksialretningen kontinuerlig til rørene.

For utvelgelse av innlegningsmaterial 4, i tilfelle med anvendelse av fiskeskjellform eller pulverform, kan det sprøytes direkte på tverrsnittflaten la av røret 1 eller en masse ved blanding med løsningsmiddel eller bindemiddel kan tilføres der til. I tilfelle med innledende anbringelse av innlegningsmaterialet, ved sprøyting, dypping, plettering og skvetting, av et enkelt sjikt eller flere sjikt av Ni-basert legering, hvis kjemiske sammensetning utgjør et visst smeltepunkt etter reorganisering etter den første smeltingen (etter at noen atompartikler er overført), på tverrsnittflåtene la og/eller 2a, bringes rørene l og 2 direkte i kontakt med hverandre.

Etter klargjøring av rørene 1 og 2 og innlegningsmaterialet 4, slippes inert gass som Ar ut fra de ytre og indre gassut-løpsinnretninger Cl, C2 og C3, C3 til å danne en beskyttelse på den ytre overflaten 5a og den indre overflaten 5b av sammenføynings-grenseflaten 5. Samtidig bringes kjølevannet til å strømme inn i den induktive spiralen av oppvarmings-innretningen 5a, og samtidig tilføres en høy frekvens. Så snart den induktive spiralen er ladet med høyfrekvent elektrisitet som en ovnseffekt, samles vekselstrøm ved overflaten av rørene 1 og 2 og oppvarmingen utvikler seg fra overflaten til innsiden.

Temperaturen av sammenføynings-grenseflaten 5 måles ved hjelp av strålingstermometeret Bl. Data om den målte temperaturen overføres til et kontrollpanel (ikke vist her) gjennom utgangen og virker som feedback til å kontrollere utgangen av en høyfrekvent elektrisk kraftkilde (ikke vist her) til å følge et forhåndsinnstilt varmemønster.

Når temperaturen av sammenføynings-grenseflaten 5 når den forhåndsinnstilte sammenføyningstemperatur som ikke er lavere enn smeltepunktet til innlegningsmaterialet 4 men lavere enn smeltepunktet til rørene 1 og 2, da holdes temperaturen i en viss tid (for eksempel 30 sekunder) for å tilstrekkelig diffundere en del av elementene inkludert i innlegningsmaterialet 4 inn i rørene 1 og 2. Etter tilstrekkelig utfør-else av diffusjon av elementene avkjøles varmesonen rundt sammenføynings-grenseflaten 5, og så er sammenføynings-arbeidet ferdig.

Når sammenføyningen krever en høy grad av seighet eller seighet kombinert med korrosjonsbestandighet i et slikt miljø som et oljefelt, utføres varmebehandlingen foretrukket på den følgende måte. Varmesonen som oppvarmes over 300°C under sammenføyning avkjøles hurtig umiddelbart etter sammenføyningen'. Alternativt, så snart den er nedkjølt, varmes den opp igjen over oppløsningstemperaturen og deretter avkjøles den hurtig.

Det tofase rustfrie stål er rikt på krom og inneholder mye høy-krom-ferrittfase, og når avkjølt gradvis til sonen mellom 600 og 800°C dannes derfor en sigma-sprøhet på grunn av sigma-fasepresipitering av intermetaller. Ved gradvis av-kjøiing mellom 370 og 530°C dannes dessuten en "475°C sprøhet" på grunn av. frembringelse av tofase segregasjon av høy-krom alfa-fase og lav-krom ferritt alfa-fase. Disse metalliske faseomvandlinger kan forårsake stivhet og sprøhet ved området nær sammenføynings-grenseflaten.

I tilfelle med gradvis avkjøling mellom 450 og 850°C, kan dessuten et kromrikt M23ce presipiteres ved kornpartikkel-grenseflaten og kan danne en Cr-evakuert sone ved kornpartikkel-grenseflaten som kan forårsake sensitiviser-ingsfenomener hvor egenskapene med korngrenseflate-korrosjonsbestandighet eller spenningssprekking-korrosjonsbestandighet frembringes. Diffusjonshastigheteri av krom i ferrittfase er så rask at Cr-evakuering ikke frembringes så lett som i tilfelle med austenitisk rustfritt stål. For å holde korrosjonssprekkingsbestandigheten av sammenføyningen lik den for modermetallet, vil imidlertid hurtig avkjøling være sterkt nødvendig for sammenføyningen av det tofase rustfrie stål. 1 tilfelle med hurtig avkjøling, ved trinnet med sammenføyning eller ved trinnet med gjenoppvarming etter luftav-kjøling, måles temperaturen av rørene 1 og 2 ved hjelp av termosensorene El og E2, og varmesonen i hvert av rørene 1 og 2 oppvarmet over 300°C identifiseres. Etter sammenføyning eller gjenoppvarming beveges det dobbelt sammensatte rør 6 oppover/nedover basert på posisjoneringssignalet hva angår varmesonen for å bestemme posisjonene til kjølingsdysene Dl og D2. Deretter slippes kjølemiddelet slik som vann ut og sprøytes til varmesonen.

Den raske avkjølingshastigheten anbefales å være raskere enn en hastighet på 5°C/sekund og foretrukket 10 til 3 0°C/sekund. I tilfelle avkjølingshastigheten er saktere enn 5°C/sekund kan sigma-fasesprøhet, en "475°C sprøhet" og sensibilisering som nevnt i det foregående ikke hindres på en god måte.

Ved hurtig avkjøling holdes klemmene Al og A2 i funksjon for å tilføre et visst trykk i aksialretningen av røret til sammenføynings-grenseflaten. Ved begynnelsen av den raske avkjølingen, .fordi kun overflaten av røret avkjøles i begrenset grad, frembringes en strekkspenning på overflaten av rørene 1 og 2 til å gi spenningssprekking ved de sammenføyde tverrsnitt. Ved tilføring av trykk ved hurtig avkjøling utligner imidlertid pressekraften kraften som gir strekk-spenningssprekking på overflaten. Det er foretrukket at pressekraften tilført under den hurtige avkjølingen er i området 5 til 10 MPa.

Eksempel 1

Det ble utført sammenføyning av det tofase rustfrie stål ved anvendelse av innretningen i fig. l.

Røret anvendt i dette eksempel 1 har de følgende dimensjoner. Diameteren av røret var 115 mm og veggtykkelsen var 10 mm. Dets material var SUS 329 Jl (JIS4303), et tofase rustfritt stål hvis smeltepunkt er 1430°C. Ruheten av tverrsnittflaten for sammenføyning ble ferdigbearbeidet slik at Rmaks ikke er mer enn 15 /im. Innlegningsmaterialet anvendt i dette eksempelet er en folie fremstilt av Ni-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-3) med en tykkelse på 30 ( im og et smeltepunkt på 1050°C.

Etter at innlegningsmaterialet beskrevet i det foregående var anbragt mellom sammenføynings-tverrsnittene av rørene av ' tofase rustfritt stål, ble klemmene Al og A2 beveget for å presse innlegningsmaterialet med rørene på to sider, og det ble anvendt en pressekraft på 3 MPa. Sammenføynings-grense-flateområdet ble gasskjermet med Ar-gass. Det ble anvendt en 200 kW elektrisk høyfrekvens-induksjonsgenerator for å til-føre høyfrekvensbølgen på 3 kHz til induksjonsvarmespiralen. Deretter ble sammenføyning med væskefasediffusjon utført ved en sammenføyningstemperatur på 1290°C idet temperaturen holdes i 3 0 sekunder.

Eksempel 2

Innlegningsmaterial med fiskeskjellform bestående av Ni-Cr-Si-B legering (JIS 23265, BNi-5) med en tykkelse på 60 / im og et smeltepunkt på 115 0°C ble anbragt på- tverrsnitt-flatene av rørene 1 og 2. En høyfrekvensbølge på 4 kHz ble frembragt for å oppvarme sammenføynings-grenseflaten til 13 0 0°C og å holde temperaturen i 18 0 sekunder. Alle andre betingelser var de samme som i eksempel 1.

Eksempel 3

Innlegningsmaterial med fiskeskjellform bestående av Ni-Cr-Si-Fe-B legering (JIS Z3265, BNi-2) med en tykkelse på 4 0 ( im og et smeltepunkt på 104 0°C ble anbragt på tverrsnitt-flatene av rørene 1 og 2.

En høyfrekvensbølge på 5 kHz ble frembragt for å oppvarme sammenføynings-grenseflaten til 12 95°C og å holde temperaturen. Alle andre betingelser var de samme som i eksempel 1.

I alle tre anvendelsestestene ble et prøvestykke for strekkfasthet med diameter 5 mm og lengde 68 mm, med sammenføyd grenseflate i midten som vist i fig. 2, skåret av og testet med hensyn på strekkfasthet ved en krysshodehastighet på

l mm/minutt. Testresultatene er som vist i tabell 1.

Som resultat av tester av tre prøvestykker, ved den sammenføyde grenseflate, hadde ingen av de tre noen sprekker og ingen deformasjon ble identifisert og de ble kvalitetsbedømt som akseptable. Strekkfasthet av hver prøve ifølge eksempler 1, 2 og 3 var henholdsvis 82 0, 816 og 823 MPa. Ingen av de tre fikk brudd ved sammenføyd grenseflate men brudd ved modermaterial.

Sammenlignlngseksempel 1

Innlegningsmaterialet anvendt i dette sammenlignings-eksempelet 1 er en folie med tykkelse 3 0 /im og smeltepunkt 1190°C, og består av Pe-Si-B legering med 4,6 vekt% Si,

2,8 vekt% B og resten Fe. Diffusjonssammenføyningen av det tofase rustfrie stål ble utført med betingelser med trykk-

belastning på 4 MPa, idet temperaturen holdes i 12 0 sekunder og idet de andre betingelsene er de samme som i eksempel 1.

Sammenligningseksempel 2

Innlegningsmaterialet anvendt i dette sammenlignings-eksempelet 2 er pulver med tykkelse 50 /im og smeltepunkt 1150°C, og består av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z32G5, BNi-5). Diffusjonssammenføyningen av det tofase rustfrie stål ble utført med betingelser med trykkbelastning på 4 MPa, sammenføyningstemperatur på 1280°C, idet temperaturen holdes i 12 0 sekunder, helium dekkgass og idet de andre betingelsene er de samme som i eksempel 1.

Sammenligningseksempel 3

Innlegningsmaterialet anvendt i dette sammenlignings-eksempelet 3 er en tynn folie med tykkelse 30 /im og smeltepunkt 1150°C, sammensatt av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-5). Diffusjonssammenføyningen av det tofase rustfrie stål ble utført med betingelser med trykkbelastning på 4 MPa, sammenføyningstemperatur på 1300°C, idet temperaturen holdes i 20 sekunder, og idet de andre betingelsene er de samme som

.i eksempel 1.

Sammenligningseksempel 4

Innlegningsmaterialet anvendt i dette sammenlignings-eksempelet 4 er en folie med tykkelse 3 0 /im og smeltepunkt 1150°C, og består av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-5). Diffusjonssammenføyningen av det tofase rustfrie stål ble utført med betingelser med trykkbelastning på 4 MPa, sammenføyningstemperatur på 1300°C, idet temperaturen holdes i 210 sekunder, og idet de andre betingelsene er de samme som i eksempel l.

Sammenligningseksempel 5

Innlegningsmaterialet anvendt i dette sammenlignings-eksempelet 5 er en- folie med tykkelse 3 0 /im og smeltepunkt 1150°C, og består av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-5). Diffusjonssammenføyningen av det tofase rustfrie stål ble utført med betingelser med trykkbelastning på 2 MPa, sammenføynings temper at ur på 1300°C, idet temperaturen holdes i 120 sekunder og idet de andre betingelsene er de samme som i eksempel 1.

Sammenligningseksempel 6

Innlegningsmaterialet anvendt i dette sammenlignings-eksempelet 6 er en folie med tykkelse 3 0 /im og smeltepunkt 1150°C, og består av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-5). Diffusjonssammenføyningen av det tofase rustfrie stål ble utført med betingelser med trykkbelastning på 6 MPa, sammenføyningstemperatur på 13 00°C, idet temperaturen holdes i 120 sekunder, og idet de andre betingelsene er de samme som i eksempel 1.

Som resultat av sammenlingningseksemplene 1 til 6, ble et prøvestykke skåret av for testing av strekkfasthet på samme måte som i eksempel 1 til 3. Resultatene er angitt i tabell 2 .

I sammenligningseksempel 1 hvor en Fe-basert legering i stedet for en Ni-basert legering ble benyttet for innlegningsmaterialet ble det ikke observert noen sprekker og ingen deformasjon, men strekkfastheten var redusert til 580 MPa og prøven hadde brudd ved den sammenføyde grenseflate.

I sammenligningseksempel 2 hvor sammenligningstemperaturen var 12 8 0°C ble det ikke observert noen sprekker og heller ingen deformasjon, men strekkfastheten var 673 MPa og prøven hadde brudd ved den sammenføyde grenseflaten. Betraktning av det brutte tverrsnittet av prøven viste usmeltet del av innlegningsmaterialet .

I sammenligningseksempel 3 hvor holdetiden for temperaturen var 2 0 sekunder og i sammenligningseksempel 4 ditto 210 sekunder, var strekkfastheten henholdsvis 63 8 MPa og 716 MPa. Begge strekkfasthets-prøvestykkene hadde brudd ved den sammenføyde grenseflate.

Iakttagelse av strukturen av innlegningsmaterialet ifølge sammenligningseksempel 3 ble utført ved hjelp av EPMA som viste at strukturen etter sammenføyning var nesten den samme som før sammenføyning, hvilket betyr at nesten ingen diffusjon av atompartikler hadde funnet sted. I tilfelle med sammenligningseksempel 4, på grunn av for lang holdetid, var en del av røret nær den sammenføyde grenseflate deformert som en tønne og det ble observert sprekker ved den sammenføyde grenseflate. 1 sammenligningseksempel 5 hvor sammenføyn ingstrykket var 2 MPa og i sammenligningseksempel 6 hvor sammenføynings-trykket var 6 MPa, var resultatet av strekkfastheten av hver henholdsvis 563 MPa og 771 MPa. Begge prøvene hadde brudd ved den sammenføyde grenseflate. Iakttagelse av det brutte tverrsnitt av prøvestykket ifølge sammenligningseksempel 5 viste tilstedeværelse av ubundet del, formodentlig på grunn av for lavt sammenføyningstrykk. I sammenligningseksempel 6 viste iakttagelse at en del av røret nær den sammenføyde grenseflate var deformert i stor grad i form av en tønne og det ble iakttatt sprekker ved den sammenføyde grenseflate, formodentlig på grunn av for høyt tilført

sammenføyningstrykk.

Fra resultatet av de ovennevnte sammenligningstester, hva angår innlegningsmaterialet, var Ni-basert material bedre enn Fe-basert material med hensyn til sammenføyningsseighet, og hva angår sammenføyningstemperaturen, holdetid for sammenføyningstemperatur og sammenføyningstrykk ble det erkjent at det kunne være noen optimale kriterier hvor deformasjon av det sammenføyde material kontrolleres bra, ideell diffusjon utføres og ingen usammenføyd del dannes.

Eksempel 4

Sammenføyning av tofase rustfritt stål ble utført ved anvendelse av sammenføyningsinnretningen i fig. 1.

Det tofase rustfrie stål anvendt i dette eksempelet er SUS 329 JI (JIS 4303) med diameter 115 mm, veggtykkelse 10 mm og smeltepunkt 143 0°C. Overflateruheten av tverrsnittet av rørene som skal sammenføyes er: Rmaks < 15 /im. Innlegningsmaterialet består av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-5) med smeltepunkt på 1150°C og en tykkelse på 20 /im.

Innlegningsmaterialet beskrevet ovenfor var anbragt på tverrsnittflåtene av rørene av tofase rustfritt stål, klemmene Al og A2 ble fastklemt til å holde innlegningsmaterialet mellom to rør og en pressekraft på 3 MPa ble tilført. Deretter ble både sammenføynings-grenseflaten og området nær denne tilført 3 kHz høyfrekvens så vel som skjerming med N2-gass, og ble oppvarmet til 1350°C og temperaturen ble holdt i 60 sekunder. Under disse betingelsene ble sammenføyning med væskefasediffusjon av det tofase rustfrie stål utført.

Eksempel 5

Eksempel 5 ble utført med de samme betingelser som i eksempel 4 unntatt at tykkelsen av innlegningsmaterialet er 100 /im tynn folie, sammenføyningstrykket er 4 MPa og dekkgassen er Ar.

Sammenligningseksempel 7

Sammenligningseksempel 7 ble utført med de samme betingelser som i det foregående unntatt at tykkelsen av innlegningsmaterialet er 10 /im metallpulver, innlegningsmaterialet består av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-5), sammenføyn-ingstrykket er 4 MPa, dekkgassen er Ar, og holdetiden for temperaturen er 12 0 sekunder.

Sammenligningseksempel 8

Sammenligningseksempel 8 ble utført med de samme betingelser som i det foregående unntatt at tykkelsen av innlegningsmaterialet er 150 /im av en folie, sammenføyningstrykket er 4 MPa, dekkgassen er Ar, og holdetiden for temperaturen er

12 0 sekunder.

Fra sammenføyde skjøter oppnådd i eksempel 4 og 5, og sammenligningseksempler 7 og 8, ved å følge den samme prosessen som i eksempler 1 til 3, ble prøvestykker for strekkfasthet skåret av og testet.

Resultatene er angitt i tabell 3.

Tabell 3

Eksempel 4 Eksempel 5 Sammen- Sammen-lign.eks. 7 lign.eks. 8

Sammenføyningsbetingelser

Innlegningsmaterial

Type tynn folie tynn folie pulver tynn folie Sammensetning Ni-Cr-Si-B Ni-Cr-Si-B Ni-Cr-Si-B Ni-Cr-Si-B

(BNi-5) (BNi-5) (BNi-5) (BNi-5) Smeltepunkt (°C) 1150 1150 1150 1150 Tykkelse ( pm) 20 100 10 150

Frekvens (kHz) 3 3 3 3

Sammenføynings- 1350 1350 1350 1350 temperatur (°C)

Holdetid ( sek) 60 60 120 210

Pressekraft (MPa) 3 4 4 4

Dekkgass

Utvendig N2 Ar Ar Ar Innvendig N2 Ar Ar Ar Strekkprøving

Strekkfasthet ( MPa) 819 817 689 625

Bruddsted Basismetall Basismetall Grense- Grense-

flate flate Vurdering o o X X

Når innlegningsmaterialet var henholdsvis 2 0 /im og 100 /im i eksempel 4 og 5, ble det ikke iakttatt noen sprekker og ingen deformasjon og kvaliteten var akseptabel. Strekkfastheten av sammenføyde skjøter var henholdsvis 819 MPa og 817 MPa og hadde brudd ved modermaterialet. I sammenligningseksempel 7, hvor tykkelsen av innlegningsmaterialet var 10 /im og 150 /im hver, var på den annen side strekkfastheten 689 MPa og 625 MPa hver, som begge hadde brudd ved den sammenføyde grenseflate .

Iakttagelse av det brutte tverrsnitt i sammenligningseksempel 7 viste noen usammenføyde deler formodentlig forårsaket av utilstrekkelig diffusjon av metallpulver.

Iakttagelse av strukturen av innlegningsmaterialet ved hjelp av EPMA i sammenligningseksempel 8 viste nesten ingen omdanning i midtdelen av strukturen og hadde samme tilstand som før sammenføyning. Diffusjonen ble identifisert som utilstrekkelig.

Fra den ovennevnte iakttagelse av resultatene, for å unngå usammenføyde deler, for å gi tilstrekkelig diffusjon og å frembringe tilstrekkelig sterke sammenføyde ledd, ble det funnet at tykkelsen av innlegningsmaterialet må styres innen visse grenser.

Eksempel 6

Diffusjonssammenføyningen av røret av det tofase rustfrie stål ble utført ved anvendelse av sammenføyningsinnretningen vist i fig. 1, under de følgende betingelser. Røret for sammenføyning har en diameter på 18 0 mm og en tykkelse på 15 mm, og består av tofase rustfritt stålrør SUS 329 Jl (JIS 4 3 03). Innlegningsmaterialet består av 2 vekt% Si, 4 vekt% Cr, 1 vekt% Fe, 1 vekt% B og resten Ni, har et smeltepunkt på

12 50°C og en tykkelse på 4 0 fim.

Innlegningsmaterialet beskrevet i det foregående ble anbragt på tverrsnittflåtene av rørene av tofase rustfritt stål, klemmene Al og A2 ble beveget til å holde innlegningsmaterialet mellom to rør og en pressekraft på 4 MPa ble tilført. Deretter ble både sammenføynings-grenseflaten og området nær denne tilført 3 kHz høyfrekvens så vel som skjerming med Ar-gass, og ble oppvarmet til 13 00°C og temperaturen ble holdt i 60 sekunder. Dette var prosessen med diffusjonssammenføyning av rør av tofase rustfritt stål ved de ovennevnte betingelser.

Eksempel 7

Eksempel 7 ble utført ved de samme betingelser som i eksempel 6 unntatt at innlegningsmaterialet er en tynn folie bestående av 3 vekt% Si, 5 vekt% Cr, 2 vekt% Fe, 2 vekt% B og resten Ni, og innlegningsmaterialet har et smeltepunkt på 1210°C og en tykkelse på 40 { im. Sammenføyningstemperaturen er 1290°C og holdetiden for sammenføyningstemperaturen er 120 sekunder.

Eksempel 8

Eksempel 8 ble utført ved de samme betingelser som' i eksempel 6 unntatt at innlegningsmaterialet er en tynn folie bestående av 6 vekt% Si, 10 vekt% Cr, 5 vekt% Fe, 4 vekt% B og resten Ni, og som har et smeltepunkt på 1030°C og en tykkelse på 4 0 { im. Sammenføyningstemperaturen er 13 50°C og holdetiden for sammenføyningstemperaturen er 12 0 sekunder.

Eksempel 9

Eksempel 9 ble utført ved de samme betingelser som i eksempel 6 unntatt at innlegningsmaterialet er en tynn folie bestående av 7 vekt% Si, 15 vekt% Cr, 6 vekt% Fe, 4 vekt% B og resten Ni, og innlegningsmaterialet har et smeltepunkt på 1040°C og en tykkelse på 40 fim. Sammenføyningstemperaturen er 1290°C, holdetiden for sammenføyningstemperaturen er 12 0 sekunder og dekkgassen er He.

Eksempel 10

Eksempel 10 ble utført ved de samme betingelser som i

eksempel 6 unntatt at innlegningsmaterialet er en tynn folie bestående av 4 vekt% Si, 3 vekt% B og resten Ni, og innlegningsmaterialet har et smeltepunkt på 1050°C og en tykkelse på 3 0 ( im. Sammenføyningstemperaturen er 1290°C, holdetiden for sammenføyningstemperaturen er 3 0 sekunder og sammenføynings-trykket er 3 MPa.

Eksempel 11

Eksempel 11 ble utført ved de samme betingelser som i eksempel 6 unntatt at innlegningsmaterialet er en tynn folie bestående av 10 vekt% Si, 18 vekt% Cr og resten Ni, og som har et smeltepunkt på 1150°C og en tykkelse på 20 fim. Sammenføyningstemperaturen er 1350°C, sammenføyningstrykket er 3 MPa og dekkgassen er N2.

Fra resultatene oppnådd i eksempler 6 til 11, ble prøve-stykker for strekkfasthet skåret av på samme måte som i eksempler l til 3 for utførelse av testen. Prøvestykker for test av kjervslagfasthet ble også skåret av sammenføyde skjøter som vist i fig. 3 som JIS Z22 02 No. 5 prøvestykket for å utføre Charpy kjervseighetsprøving under en temperatur på 0°. Resultatene er vist i tabell 4. Strekkfasthetstestene for prøvestykkene fra eksempel 6 til 11 viste mer enn 800 MPa og hadde brudd ved modermaterialet. Hva angår kjervslagfasthetstesten viste sammenføyde skjøter oppnådd fra eksempler 7 og 8 så høye verdier som henholdsvis 73J og 69J, men eksempler 6, 9, 10 og 11 viste så lave verdier som henholdsvis 32J, 38J, 25J og 22J.

Fra iakttagelsen av mikrostrukturen av området nær sammenføyd grenseflate, viste de sammenføyde skjøtene som er oppnådd fra eksempler 7 og 8 en bølgeform eller en form med kryssing ved grenseflaten av ferrittfasen av det tofase rustfrie stål og innlegningsmaterialet. På den annen side, viste de sammenføyde skjøter oppnådd fra eksempler 6, 9, 10 og 11 bare flat eller rettlinjet grenseflate mellom de to materialene.

Fra de ovennevnte resultater bør innlegningsmaterialet være en passende utformet Ni-basert kjemisk komponent for å kontrollere den mikroskopiske form ved grenseflaten mellom ferrittfasen av det tofase rustfrie stål og innlegningsmaterialet, hvilket forbedrer sammenføyningskvaliteten inkluderende kjervslagfasthet så vel som strekkfastheten.

Eksempel 12

En diffusjonssammenføyning av røret av tofase rustfritt stål ble utført ved anvendelse av sammenføyningsinnretningen vist i fig. 1 ved de følgende betingelser. Røret har en diameter på 180 mm og en tykkelse på 15 mm, og utgjøres av røret av tofase rustfritt stål SUS 329 Jl (JIS 4303) med et smeltepunkt av røret på 1410°C og overflateruheten av sammenf øynings-tverrsnittet er Rmaks = 50 /im. Innlegningsmaterialet består av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-5) med et smeltepunkt på 1150°C og en tykkelse på 4 0 fim.

Innlegningsmaterialet anbringes på tverrsnittflåtene av rørene av tofase rustfritt stål, klemmene Al og A2 beveges til å holde innlegningsmaterialet ved hjelp av de to rørene og en pressekraft på 4 MPa ble tilført til sammenføynings-grenseflaten. Deretter ble grenseflaten og området nær grenseflaten tilført 3 kHz høyfrekvens for å heve sammenføyningstemperaturen til 13 00°C og holde temperaturen i 18 0 sekunder. Sammenføyningen av det tofase rustfrie stål ble utført ved disse betingelsene.

Eksempel 13

Eksempel 13 ble utført på samme måte som eksempel 12 unntatt at overflateruheten av sammenføynings-tverrsnittet er Rmaks = 3 0 /im og holdetiden for sammenføyningstemperaturen er 12 0 sekunder.

Sammenligningseksempel 9

Sammenligningseksempel 9 ble utført på samme måte som eksempel 12 unntatt at overflateruheten av sammenføynings-tverrsnittet er Rmaks = 12 0 /im og holdetiden for sammenføyn-ingstemperaturen er 60 sekunder.

Prøvestykker for strekkfasthet ble skåret av sammenføyde skjøter ifølge eksempel 12 og 13 og sammenligningseksempel 9 ved den samme prosessen som vist i eksempler 1 til 3. Resultatene av strekkfasthetstesten er vist i tabell 5.

I eksempel 12 og 13 hvor overflateruheten av sammenføynings-tverrsnittet var henholdsvis Rmaks = 50 pm og 3 0 [ ira, ble en ideell sammenføyning oppnådd uten noen sprekker og deformasjon. Strekkfastheten var henholdsvis 822 MPa og 823 MPa og med brudd ved modermaterialet. På den annen side, i sammenligningseksempel 9 hvor overflateruheten av sammenføynings-tverrsnittet var Rmaks s 120, skjønt det ikke inntraff sprekking eller deformering i modermaterialet, var strekk-fasthetsverdien så lav som 559 MPa. Prøvestykket fikk brudd ved den sammenføyde grenseflaten.

I sammenligningseksempel 9 viste det brutte.tverrsnitt av den sammenføyde skjøten et delvis ubundet område ved den brutte overflaten. Det er følgelig nødvendig å kontrollere Rmaks under en viss verdi til å gi full kontakt av tverrsnittene og å frembringe egnet sammenføyning.

Eksempel 14

Diffusjonssammenføyning av røret av tofase rustfritt stål ble utført ved anvendelse av sammenføyningsinnretningen vist i fig. l ved de følgende betingelser. Røret har en diameter på 180 mm og en tykkelse på 15 mm, og utgjøres av det tofase rustfrie stål SUS 329 Jl (JIS 4303) med et smeltepunkt på 1440°C og en overflateruhet av sammenføynings-tverrsnittet på Rmaks i 15 [ im. Innlegningsmaterialet er et pulver bestående av Ni-Cr-Si-B legering (JIS Z3265, BNi-5) med et smeltepunkt på 1150°C.

Dette Ni-baserte metallpulver anbringes på tverrsnittflaten av røret av tofase rustfritt stål så tykt som 40 /im, klemmene Al og A2 beveges til å holde innlegningsmaterialet ved hjelp av de to rørene og en pressekraft på 4 MPa ble tilført til sammenføynings-grenseflaten. Deretter ble grenseflaten og området nær grenseflaten tilført 3 kHz høyfrekvens for å heve sammenføyningstemperaturen til 13 00°C og holde temperaturen i 18 0 sekunder. Sammenføyningen av tofase rustfritt stål ble utført ved disse betingelsene.

Sammenligningseksempel 10

Sammenligningseksempel 10 ble utført på samme måte som eksempel 14 unntatt at innlegningsmaterialet er en tynn folie med en tykkelse på 40 [ im, frekvensen av den induktive elektrisitet ér 3 kHz, holdetiden for sammenføyningstempera-turen er 120 sekunder, og gasskjerming ble ikke utført.

Sammenligningseksempel 11

Sammenligningseksempel 11 ble utført på samme måte som eksempel 14 unntatt at innlegninsgmaterialet er en folie med en tykkelse på 40 [ im, frekvensen av induktiv elektrisitet er 200 kHz, og holdetiden for sammenføyningstemperaturen er 60 sekunder.

Prøvestykker for strekkfasthet ble skåret av sammenføyde skjøter ifølge eksempel 14 og sammenligningseksempler 10 og 11 i den samme prosessen som vist i eksempler 1 til 3. Resultatene av strekkfasthetstesten er vist i tabell 6.

I eksempel 14 hvor frekvensen av høyfrekvensen tilført til induksjonsspiralen var 100 kHz og skjerming med Ar-gass ble utført, ble det observert kvalitetssammenføyning uten noe sprekking og uten noe deformasjon. Strekkfastheten var 819 MPa og med brudd ved modermaterialet. På den annen side, i sammenligningseksempel 10 hvor gasskjermingen ikke ble utført, var strekkfastheten 577 MPa og med brudd ved den sammenføyde grenseflate. Iakttagelse av brutt tverrsnitt viste oksyder på tverrsnittflaten.

I sammenligningseksempel 11 hvor frekvensen var 2 00 kHz og skjerming med Ar-gass ble utført, var strekkfastheten 597 MPa og med brudd ved den sammenføyde grenseflaten: Iakttagelse av brutt tverrsnitt viste rest av innlegningsmaterialet på den ytre overflatesiden og innlegningsmaterialet usmeltet på den indre overflatesiden.

Fra resultatene ovenfor ble det erkjent at skjerming med inert gass er en ønskelig betingelse for å holde sammenføynings- tverrsnittet rent og tilveiebringe sammenføyning med høy kvalitet. Høyfrekvens-induksjonsoppvarming krever også en viss passende frekvens, idet for høy frekvens var en årsak til svikten i jevn oppvarming.

I lys av de ovennevnte forsøkene, er det mulig å oppnå et sammenføyningslegeme som har den samme styrke som modermaterialet i samsvar med de følgende faktorer. De. optimale faktorer for tilveiebringelse av sammenføyning med høy kvalitet av det tofase rustfrie stål er å velge Ni-basert innlegningsmaterial, sammenføyning med relativ høy temperatur, lavt trykk og kort tid sammenlignet med vanlig sammenføyning og en godt styrt tykkelse av innlegningsmaterialet. Videre er det nødvendig å styre ruheten av tverrsnittflaten for å holde luft borte ved hjelp av gasskjerming og å optimalisere sammenføyningsbetingelsene slik som sammenføyningsatmosfæren. Den nikkel-baserte legeringen anvendt som innlegningsmaterial som er i det spesifiserte sammensetningsområdet bør anvendes for å ekstremt forbedre kjervslagfastheten av sammenføynings1egemet.

Som beskrevet i det foregående, er det videre blitt erkjent at selv om sammenføyningsmetoden som beskrevet i det foregående i samsvar med den foreliggende oppfinnelse anvendes for et rør av tofase rustfritt stål med en praktisk størrelse, er der ingen mulighet for i stor grad.å deformere sammenføyningsdelen og å danne sprekker på overflaten av sammenføyningsdelen og en god sammenføyningskobling for praktisk bruk kan oppnås.

<y>tterligere anvendelser av oppfinnelsen kan utledes fra de ovennevnte forsøksresultater. For eksempel kan sammenføyning av rør mot flens, sammenføyning av rør med dobbeltstruktur, plate mot plate, overlappskjøt, T-skjøter og sammenføyning av materialer av en hvilken som helst annen form være praktisk gjennom den foreliggende oppfinnelse.

I sammenføyningen av tofase rustfritt stål i de foregående eksempler ble SUS 32 9JI anvendt i utstrakt grad,, men andre tofase rustfrie stål inkluderende SUS 329 J3L og SUS 329 J4L og modifisert med flere kjemiske innhold kan anvendes i denne oppfinnelsen.

Som avkjølingsmetode i tillegg til vanlig luft- eller vann-kjøling ble impulshurtigavkjøling med kraftig dyse identifisert til å være bra for å opprettholde kvaliteten av korn-grenseflate-korrosjonsbestandigheten og spenningskorrosjons-bestandigheten som for modermaterialene. Kuleblåsing etter sammenføyning ble identifisert å være bra for forbedring av strekkfasthet og utmattingsstyrke.

Ved sammenføyning av tofase rustfritt stål ifølge den foreliggende oppfinnelse, sammenlignet med den vanlige metode,

ble høy temperatur, lavt sammenføyningstrykk, kort tid så vel som tykkelse av innlegningsmaterialet og ruhet av sammenføyh-ingsoverflaten optimalisert ut fra et synspunkt med praktisk produksjon, og derfor ble usammenføyd del eller deformasjon og andre ulemper minimalisert og det ble etablert en standard sammenføyningsprosess av høy kvalitet.

Ni-basert innlegningsmaterial i en eller annen kjemisk kombi-nasjon ble identifisert som ideell for å forbedre grense-flatestruktur av ferrittfase/innlegningsmaterial, og derfor ble kjervslagfastheten av sammenføyningen enormt utviklet. Videre, selv om sammenføyningsmetoden i samsvar med den foreliggende oppfinnelse anvendes for tofase rustfritt stål med en praktisk størrelse, er det ingen mulighet for i stor grad å deformere sammenføyningsområdet og å frembringe sprekker på overflaten av sammenføyningsdelen, så vel som at det er mulig å oppnå en sammenføyningskobling med en strekkfasthet lik eller høyere enn modermaterialet. Hvis sammenføyningsmetoden anvendes for en oljerørledning er det følgelig mulig å forbedre arbeidseffektiviteten ved ekskavasjon av et oljefelt og å redusere kostnadene ved ekskavasjon derav. Den foreliggende oppfinnelse er derfor en ekstremt effektiv oppfinnelse for industrien.

Claims

1. Fremgangsmåte for sammenføyning av ferritiske og austenitiske tofase rustfrie stål, karakterisert ved at den omfatter trinnene: - anbringelse av et innlegningsmaterial omfattende en Ni-basert legering med et smeltepunkt under 1290°C mellom sammenføynings-tverrsnittflåtene av modermaterial-stål omfattende et tofase rustfritt stål, - tilføring av en pressekraft i området 3 MPa til 5 MPa til et sammenføyningsområde, og - varming av sammenføyningsområdet ved en temperatur i området 12 90°C til smeltepunktet til modermaterial-stålet hvor temperaturen opprettholdes i området 3 0 til 18 0 sekunder.

2. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den Ni-baserte legeringen har form av en tynn folie, fiskeskjell eller pulver, og innlegningsmaterialet har en tykkelse i området 2 0 Jim til 100 fim ved den betingelse at innlegningsmaterialet anbringes mellom sammenføynings-tverrsnittflåtene.

3. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav l, karakterisert ved at den Ni-baserte legeringen har en sammensetning av 3 vekt% s Si £ 6 vekt%, 5 vekt% <; Cr £ 10 vekt%, 2 vekt% £ Fe <; 6 vekt%, 2 vekt% <; B 4 vekt%, idet resten er nikkel.

4. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav l, karakterisert ved at en overflateruhet av sammenføynings-tverrsnittflaten av modermaterial-stålet er Rmaks £ 50 fim.

5. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav 1, karakterisert ved at sammenføyningen av modermaterial-stålene utføres i en atmosfære av inert gass.

6. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav 1, karakterisert ved at sammenføyningen av modermaterial-stålene utføres ved hjelp av en høyfrekvens-induksjonsoppvarming under den betingelse at frekvensen er lik eller lavere enn 100 kHz.

7. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter trinnet med hurtig avkjøling av en varmesone som er oppvarmet over 3 0 0°C under sammenføyning umiddelbart etter oppvarmings-trinnet.

8. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav l, karakterisert ved at den videre omfatter trinnene: - så snart sammenføyningsområdet er avkjølt varmes sammenføyningsområdet igjen opp over oppløsningstemperaturen, og - sammenføyningsområdet avkjøles hurtig.

9. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav 7, karakterisert ved at den hurtige avkjøl-ingshastigheten er lik eller høyere enn 5°C/sekund.

10. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav 9, karakterisert ved at den hurtige avkjøl-ingshastigheten er i området 10 til 30°C/sekund.

11. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav 8, karakterisert ved at den hurtige avkjøl-ingshastigheten er lik eller høyere enn 5°C/sekund.

12. Fremgangsmåte for sammenføyning som angitt i krav 11, karakterisert ved at den hurtige avkjøl-ingshastigheten er i området 10 til 30°C/sekund.