SE502469C2 - Liten tjockväggig sammansatt metallrörledning och sätt att framställa en sådan - Google Patents

Description

502 469 2 fram en utmärkt sammansatt bränsleinsprutningsrörledning enligt det första av de ovannämnda sätten.

I enlighet med det andra konventionella sättet undergàr om- kretsgränspartiet mellan de båda rören ofördelaktigt ett relaxa- tionsfenomen därför att den resulterande konfigurationen har de korresponderande ytorna helt enkelt utsatta för presspass- ning, vilket fenomen leder till att den mekaniska hållfastheten minskas när den sammansatta rörledningen används såsom ett bränsleinsprutningsrör. Kopplat med vibrationer då en motor är igång ger detta ofta upphov till sprickbildning eller brott.

Med hänsyn till att motåtgärder har vidtagits under senare år för att öka effekten samt minska NOx och minimera svart rök är tendensen mot bränsle som kan sättas under högt tryck särskilt i tilltagande. Sålunda finns det ett behov av en högtrycksbräns- leinsprutningsledning, vilken kan användas under bestämda betingelser, t ex en insprutningstid på 1-2 millisekunder, en strömningshastighet av högst ca 50 m/s och ett inre tryck av 600-1000 kg/cmz (topptryck). Under sådana stränga betingelser kräver följaktligen en högtrycksbränsleinsprutningsrörledning mest av allt (1) hållfasthet mot utmattning till följd av den upprepade högtrycksbelastningen, (2) motstånd mot kavitations- erosion, och (3) säkerhet mot vibrationer från fordonschassiet.

Säkerhetsåtgärder mot sprickbildning och brott hos insprutnings- röret krävs således i mycket hög grad.

Såsom åtgärder som kan vidtagas med hänsyn till de svåra be- tingelserna har man föreslagit att ett tjockväggigt rör med li- ten diameter och med väggtjockleken 25-40% av rörets ytterdia- meter skulle användas såsom det inre rörformiga organet i en högtrycksbränsleinsprutningsledning, att den inre väggytan hos det inre rörformiga organet inte skulle ha några oregelbundna vågor eller korrugeringar i godset som skulle kunna utgöra orsa- ken till att virvelströmsmotstånd mot bränslet bildades och att man eliminerar ett gap mellan det tjockväggiga inre rörformiga organet och det yttre rörformiga organet, vilket gap skulle ge upphov till brott hos det inre rörformiga organet och/eller lackning av bränsle. Detta ökade motstånd mot virvelströmmar ger också upphov till kavitation som leder till kavitationsero- sion i det inre rörformiga organets inre väggyta och som således resulterar i att det inre rörformiga organet utsätts 502 469 för brott.

Icke desto mindre har inget bränsleinsprutningsrör för en dieselmotor vilket skulle kunna användas med säkerhet under de ovannämnda svåra betingelserna ännu framställts.

Föreliggande uppfinning har således till ändamål att åstad- komma en liten tjockväggig sammansatt bränsleinsprutningsrörled- ning, speciellt för dieselmotorer, vilken ledning har utmärkt motstånd mot kavitation och står väl emot tryck även under svå- ra betingelser.

Enligt en första aspekt av uppfinningen àstadkommes en liten tjockväggig sammansatt, av metall bestående bränsleinsprutnings- rörledning, kännetecknad därav, att den innefattar (a) ett yttre rör av kolstål och (b) ett inre rör av rostfritt stål, vilket inre rör är presspassat i nämnda rör av kolstål med stor diameter genom dragning, varvid de presspassade, korresponderan- de ytorna hos nämnda inre och yttre rör är metallurgiskt och integralt sammanfogade, och att åtminstone en inre väggyta hos nämnda inre rör av rostfritt stål har ett diffunderat skikt av minst ett slag av metall eller en legering av två eller flera slag av metaller i kombination valda ur gruppen som består av Ni, Cr, Mo, Co, Al och Cu.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen åstadkommes ett sätt att framställa en liten tjockväggig sammansatt, av metall bestå- ende bränsleinsprutningsrörledning, kännetecknat därav, att det innefattar momenten att presspassa ett inre, av rostfritt stål bestående rör i ett yttre kolstålrör genom dragning, varvid det inre, av rostfritt stål bestående röret har ett beläggnings- skikt av minst ett slag av metall eller en legering av två eller flera slag av metaller i kombination valda ur gruppen som består av Ni, Cr, Mo, Co, Al och Cu, och sedan att värmebehand- la de resulterande presspassade inre och yttre rören i en ugn i en icke-oxiderande atmosfär eller en vakuumugn för att åstadkom- ma diffusionssammanfogning av de korresponderande ytorna hos nämnda inre och yttre rör för att bilda ett diffunderat skikt av nämnda metall eller legering på åtminstone en inre väggyta hos nämnda inre rör.

De ovannämnda fördelarna och andra fördelar, särdrag och yt- terligare ändamål med uppfinningen torde bli uppenbara för fack- mannen vid studium av den nu följande detaljbeskrivningen och 502 469 4 de bifogade ritningarna, varvid en föredragen utföringsform som inkluderar uppfinningens principer är visad såsom ett åskådlig- görande exempel.

På bifogade ritningar visar fig 1 en planvy av ett stycke av en liten tjockväggig bränsleinsprutningsrörledning enligt upp- finningen, fig 2 är en i större skala visad vy där vissa delar är bortbrutna, och fig 3 är en längs linjen A-A i fig 2 tagen tvärsektionsvy.

Uppfinningens principer är särskilt användbara då de utnytt- jas i en liten tjockväggig sammansatt bränsleinsprutningsrörled- ning (som i det följande kommer att kallas "sammansatt insprut- ningsrörledning") av typen som är visad i fig 1, 2 och 3 och som är försedd med den generella beteckningen 1.

Såsom är visat i fig 2 och 3 består den sammansatta insprut- ningsrörledningen 1 av ett dubbelmetallrör omfattande ett yttre rörformigt organ 11 och ett inre rörformigt organ 12 som är in- fört i och genom det yttre rörformiga organet 11, varvid det inre rörformiga organet 12 har ett diffunderat skikt 13 över sin inre väggyta. Alternativt kan det diffunderade skiktet vara anbragt över den yttre omkretsytan på det inre rörformiga orga- net 12, nämligen vid gränssnittet som gör kontakt med de 12. (t ex JIS G 3455 STS 38 och JIS G 3455 STS 42) såsom det yttre rörformiga orga- net 11, kraftigt mot tryck, medan ett rör av rostfritt stål 3459 SUS 304TP, SUS 304LTP) organet 12 ur synpunkten att röret skall vara motståndskraftigt korresponderande yttre och inre rörformiga organen 11, I denna uppfinning används ett kolstålrör speciellt ur synpunkten att röret skall vara motstånds- JIS G används såsom det inre rörformiga (t ex mot kavitationserosion.

Det ovannämnda kolstålets och rostfria stålets kemiska samman- sättningar är visade i Tabell 1. 'wbafi (Kemisk sammansättning hos de yttre och inre rören) Kemisk sammansättning , MaterIaI C st Mn P s NI cr STS 38 högst 0,10- 0,30 högst högst - - i 0,25 0,35 1,10 0,035 0,035 - - sus 304 högst högst högst högst högst 8,00- 18.00- rP 0,08 1,00 2,00 0,04 0,03 11.00 20,00 502 469 5 För att högtrycksbränsle skall genomsläppas med säkerhet har den sammansatta insprutningsrörledningen 1 som har formen av ett dubbelrör av metall företrädesvis en ytterdiameter som är högst 30 mm och en väggtjocklek som är 25-40% av ytterdiame- tern. Ytterdiametern resp tjockleken kan lätt fastställas bland de motsvarande mått som används enligt teknikens ståndpunkt och de kan ges varsitt förutbestämt värde allt efter önskan.

Vid framställning av en insprutningsrörledning 1 för bränsle under högt tryck är det viktigt att inget gap bildas mellan de yttre och inre rörformiga organen och även att inga vågor i god- set bildas på den inre väggytan 14 i insprutningsrörledningen, dvs inget kanalmotstànd får bildas i bränslets kanalväggyta så långt som möjligt med hänsyn till motstånd mot kavitationsero- sion. _ Då det gäller sättet för tillverkning av den sammansatta in- sprutningsrörledningen i form av ett dubbelrör av metall bildas ett gap mellan de yttre och inre rörformiga organen samt oregel- bundna vulster eller vågor pá insprutningsrörledningens inre väggyta 14 när de yttre och inre rörformiga organen presspassas mot varandra genom dragning för minskning av deras diametrar och särskilt när de presspassade yttre och inre rörformiga orga- nen ges annan form genom omformningsvalsar efter värmebehand- ling (i praktiken skulle ett dubbelrör av metall deformeras kraftigt vid värmebehandling). Med de verkliga betingelserna hos ett dylikt tillverkningssätt i minnet har man vid utveck- ling av uppfinningen funnit att det är viktigt att begränsa tjockleken hos det inre rörformiga organet 12 så att inget gap bildas mellan de yttre och inre rörformiga organen och så att inga oregelbundna vulster eller vågor erhålls pà insprutningsrö- rets inre väggyta. Då det gäller den sammansatta insprutnings- rörledningen 1 enligt denna uppfinning bör tjockleken hos ett rostfritt stål såsom det inre rörformiga organet 12 företräde- svis uppgå till l,5% - 8,5% av ytterdiametern hos hela det av metall bestående dubbelröret.

De angivna värdena har fastställts av följande skäl. Om tjock- leken hos det inre rörformiga organet är större än 8,5% ökar be- nägenheten för ett stort gap att bildas mellan de yttre och inre rörformiga organen kraftigt med den plastiska deformatio- nen mot axeln hos det yttre rörformiga organet ll till följd av 502 469 6 omformningen under presspassningen efter dragningen och före diffundering medelst värmebehandling. Om det inre rörformiga or- ganets 12 tjocklek inte överskrider 1,5% ökar tendensen till bildandet av oregelbundna vulster eller vågor på den inre vägg- ytan 14 hos det inre rörformiga organets strömningskanal kraftigt till följd av spår av valsarna under omformningen.

Såsom det mest säregna kännetecknet enligt uppfinningen har den inre väggytan hos det inre rörformiga organet 12 ett diffun- derat skikt av åtminstone ett slag av metall eller en legering av två eller flera slag av metaller i kombination, vilka är val- da ur gruppen som består av Ni, Cr, Mo, Co, Al och Cu. Dessutom kan det diffunderade skiktet vara anbragt på den yttre väggytan hos det inre rörformiga organet 12, dvs vid den ömsesidiga grän- sytan mellan de korresponderande yttre och inre rörformiga organen ll, 12, i vilket fall metallen eller legeringen diffun- deras kring gränsytan mellan de yttre och inre rörformiga organen 11, 12 och således tjänar till att bidra till att sam- manfoga de båda rörformiga organen med ökad fasthet.

För att ett diffunderat skikt av den ovannämnda metallen el- ler legeringen skall bildas, framställs en beläggning av metal- len eller legeringen över det inre rörformiga organets 12 inre väggyta 14 på förhand, exempelvis genom plätering, varefter de yttre och inre rörformiga organen 11, 12 presspassas och sedan värmebehandlas. Alternativt framställs det inre rörformiga orga- net med användning av en ring eller ett band av rostfritt stål (för framställning av det inre rörformiga organet) som på för- hand beläggs med den ovannämnda metallen eller legeringen genom plätering eller inklädning, varefter det inre rörformiga orga- net värmebehandlas så att man erhåller ett diffunderat skikt av metallen eller legeringen. Sättet att framställa ett diffunde- rat skikt får inte på något sätt begränsas till de åskådlig- gjorda exemplen.

Bildandet av en beläggning av den ovannämnda metallen eller legeringen över det inre rörformiga organets 12 inre väggyta el- ler över både dess inre och yttre väggytor kan utföras genom kemisk plätering. Vidare kan beläggningens tjocklek vanligen uppgå till 1-20 pm, men den får inte på något sätt begränsas till dessa värden.

Enligt uppfinningen utförs presspassning mellan de yttre och 502 469 7 inre rörformiga organen ll, 12, varefter de yttre och inre rör- formiga organen ll, 12 värmebehandlas i en vakuumugn eller i en ugn med en icke-oxiderande eller reducerande atmosfär, varvid de mot varandra svarande gränsytorna hos de yttre och inre rör- formiga organen ll, 12 sammanfogas metallurgiskt och integralt.

Genom värmebehandlingen vid denna tidpunkt bildas också diffu- sionsskiktet.

Värmebehandlingsbetingelserna i en vakuumugn eller i en ugn med reducerande atmosfär efter den ovannämnda presspassningen kan vara tillräckliga om de möjliggör att de korresponderande gränsytorna pà de yttre och inre rörformiga organen blir metal- lurgiskt enhetliga. Värmebehandlingen utförs vanligen vid 7000- i2oo°c under 1-30 minuter.

Den lilla tjockväggiga sammansatta bränsleinsprutningsrörled- ningen enligt denna uppfinning medför följande resultat: (i) Eftersom ett diffunderat skikt av Ni bildas kring det in- re rörformiga organets inre väggyta kan en inre väggyta med stor hårdhet erhållas, varigenom beständighet mot kavitations- erosion och tryckhållfasthet förbättras. (ii) Eftersom de presspassade korresponderande ytorna på det yttre rörformiga organet (rör av kolstàl) och det inre rörformi- ga organet (rör av rostfritt stål) sammanfogas med ökad håll- fasthet medelst diffusion kan dessa båda rörformiga organ knap- past åtskiljas under böjning och tryck. Om ett gap bildas mellan de yttre och inre rörformiga organen kommer det inre rör- formiga organet i regel att kortvarigt utsättas för brott till följd av en plötslig fluktuation av tryck hos högtrycksbränsle, men enligt denna uppfinning kan inget sådant gap uppstå. (iii) Vid framställning av detta slag av sammansatt bränsle- insprutningsrörledning bildas vågformade och oregelbundna vuls- ter på det inre rörformiga organets inre väggyta till följd av formningskraften, särskilt den formningskraft som appliceras un- der omformningen i förloppets slutmoment, varigenom motståndet mot kavitationserosion minskas. Med anordningen enligt denna uppfinning kan emellertid, eftersom förekomsten av varje oregel- bunden upphöjning på det inre rörformiga organets inre väggyta kan förhindras genom att man begränsar det inre rörformiga orga- nets tjocklek, det bli möjligt att förbätttra motståndet mot kavitationserosion och att öka tryckhàllfastneten.

EXEMPEL Exempel på denna uppfinning kommer nu att ges, men det skall framhållas att uppfinningen inte på något sätt är begränsad till just dessa exempel.

Exempel 1 Ett rör av kolstàl STS 38 (ytterdiameter 10 mm, innerdiameter 5 mm) användes såsom det yttre rörformiga organet. Ett rör av rostfritt stål SUS 304 (ytterdiameter 5 mm, tjocklek 0,5 mm), som på sin inre väggyta var försett med ett Ni-pläteringsskikt med tjockleken 7 um, användes såsom det inre rörformiga organet.

Sedan de yttre resp inre rörformiga organen hade rengjorts och särskilt sedan sådana föroreningar som oljor och kolflagor hade avlägsnats från det yttre rörformiga organets inre omkrets- yta och det inre rörformiga organets yttre omkretsyta fördes det inre rörformiga organet in i och genom det yttre rörformiga organet. Genom dragning i en dragbänk inpassades därefter de yt- tre och inre organen mot varandra så att man erhöll ett dubbel- rör av metall med ytterdiametern 6,35 mm och innerdiametern 2,0 mm.

Därefter upphettades dubbelröret av metall vid llOO°C under 5 minuter i en kontinuerligt arbetande ugn i en icke-oxiderande atmosfär för sammanfogning av de korresponderande ytorna hos de yttre och inre rörformiga organen metallurgiskt och integralt samt för framställning av ett på Ni rikt diffunderat skikt med utmärkt utmattningshållfasthet och stor hårdhet, där ett Ni-plä- teringsskikt blev indiffunderat kring det inre rörformiga organets inre väggyta. Det resulterande dubbelröret av metall utsattes för önskade efterföljande förlopp, såsom att ett huvud bildades för anslutning. Såsom följd erhölls en sammansatt bränsleinsprutningsrörledning för högt tryck och lämpligt för en dieselmotor, vilken rörledning hade utmärkt motstånd mot ka- vitationserosion ävensom god hållfasthet mot inverkan av tryck i jämförelse med konventionella rörledningar. I en insprutnings- rörledning enligt teknikens ståndpunkt och bestående av ett enda organ av härdat STS 38 samt med den ovannämnda ytterdiame- tern och tjockleken utfördes närmare bestämt ett kavitationserosionstest under sådana insprutningsbetingelser att tryckvågen som ger upphov till kavitationserosion i rörled- ningen uppgick till högst 0,6 mm. Följden blev att ingen 502 469 9 kavitationserosion alls erhölls pà den inre väggytan hos in- sprutningsrörledningen med ett enda skikt. Vidare ökade en karakteristik för utmattningshàllfasthet med upprepat höga tryck till 2,4 gànger i jämförelse med den konventionella rör- ledningen. I ett test med avseende pà böjningsutmattning av typen "5.8 bending fatigue test" enligt JA SOM 104 "brake tube test method" ökades motståndet mot vibrationer med 15%.

Exempel 2 Ett dubbelrör av metall erhölls pá exakt samma sätt som i Exem- pel l bortsett från att det rostfria röret som bildade det inre rörformiga organet framställdes av en rostfri ring (bandstàl).

Närmare bestämt erhölls det inre rörformiga organet genom att man bildade ett Ni-pläteringsskikt med tjockleken l um och se- dan ett Cr-pläteringsskikt med tjockleken 6 um pà den rostfria ringen och sedan formade den pläterade rostfria ringen till ett rör och slutligen pluggdrog röret. Man försökte också erhålla det inre rörformiga organet ur ett beklätt bandstàl med ett Ni- skikt med samma tjocklek. En sammansatt bränsleinsprutnings- ledning för högt tryck erhölls ur det resulterande dubbelröret av metall, vilken rörledning hade utmärkt motstånd mot kavita- tionserosion och stor tryckhàllfasthet liksom rörledningen enligt Exempel 1.

Claims (9)

502 469 10 PATENTKRAV

1. Liten tjockväggig sammansatt, av metall bestående bränslein- sprutningsrörledning (1), k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar (a) ett yttre rör (11) av kolstàl och (b) ett in- re rör av rostfritt stål, vilket inre rör är presspassat i nämnda rör (11) av kolstål med stor diameter genom dragning, varvid de presspassade, korresponderande ytorna hos nämnda inre (ll) och yttre (12) rör är metallurgiskt och integralt sammanfo- gade, och att åtminstone en inre väggyta (14) hos nämnda inre rör (11) av rostfritt stål har ett diffunderat skikt av minst ett slag av metall eller en legering av två eller flera slag av metaller i kombination valda ur gruppen som består av Ni, Cr, Mo, Co, Al och Cu.

2. Sammansatt, av metall bestående bränsleinsprutningsrorled- ning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda sammansatta, av metall bestående bränsleinsprutningsrörledning (1) har en ytterdiameter som är mindre än 30 mm.

3. Sammansatt, av metall bestående bränsleinsprutningsrörled- ning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda sammansatta, av metall bestående bränsleinsprutningsrörledning (1) har en tjocklek som uppgår från 25% till 40% av ytterdiame- tern hos nämnda sammansatta, av metall bestående bränslein- sprutningsrörledning (1).

4. Sammansatt, av metall bestående bränsleinsprutningsrörledning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda in- re, av rostfritt stål bestående rör (12) har en tjocklek som uppgår till 1,5% till 8,5% av ytterdiametern hos nämnda samman- satta, av metall bestående bränsleinsprutningsrörledning (1).

5. Sätt att framställa en liten tjockväggig sammansatt, av me- tall bestående bränsleinsprutningsrörledning, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det innefattar momenten att (a) presspassa ett inre, av rostfritt stål bestående r" O i ett yttre kolstålrör (ll) genom dragning, varvid det inre, av K FT (D C. rostfritt stål bestående röret (12) har ett beläggningss ik minst ett slag av metall eller en legering av två eller flera slag av metaller i kombination valda ur gruppen som består av Ni, Cr, Mo, Co, Al och Cu, och (b) sedan att värmebehandla av de resulterande pres s s re (l2) och yttre (ll) rören i en ugn i en icke-oxiderande at- 502 469 ll mosfär eller en vakuumugn för att åstadkomma diffusionssamman- fogning av de korresponderande ytorna hos nämnda inre (12) och yttre (ll) rör för att bilda ett diffunderat skikt av nämnda me- tall eller legering pà àtminstone en inre väggyta hos nämnda inre rör (12).

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda värmebehandling i nämnda ugn i en icke-oxiderande atmos- fär eller nämnda vakuumugn utförs vid 700°till l200°C.

7. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda sammansatta, av metall bestående bränsleinsprutningsled- ning (1) har en ytterdiameter som är mindre än 30 mm.

8. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda sammansatta, av metall bestående bränsleinsprutningsror- ledning har en tjocklek som uppgår till 25% till 40% av ytterdiametern hos nämnda sammansatta, av metall bestående bränsleinsprutningsrörledning.

9. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda inre, av rostfritt stål bestående rör (12) har en tjock- lek som uppgår till l,5% till 8,5% av ytterdiametern hos nämnda sammansatta, av metall bestående bränsleinsprutningsrörledning (1).