DE1627498A1 - Verfahren zum Schweissen von Sinterwerkstoffen - Google Patents

Description

Verfahren zum Schweißen von Sinterwerkstoff.en

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schweißen von Metallen und keramometallischen Werkstoffen, deren Formen aneinander angepaßt sind, wobei das einzusetzende Werkstück von größerer Abmessung ist als das dafür vorgesehene aufnehmende werkstück. Das Verfahren ist insbesondere auf das Verschweißen von SAP (Sinter-Aluminium-Pulver), jedoch auch auf andere Sinterwerkstoffe, untereinander oder mit Metallen ausgerichtet.

Um z.B. eine dichte SAP-SAP-Verbindung zu erhalten, deren mechanische Eigenschaften von solcher Güte sein müssen, daß si e den Arbe i t sbe dingung en bei einem Kernreaktor gewachs en sind, ist es notwendig, daß die Schweißung eine mechanische Festigkeit aufweist, die der des Mantels (eines Brennelements) Überlegen ist,

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Um eine Schweißung zwischen Sinterwerkstoffen durchzuführen, kennt man verschiedene Lösungen:

1) das Argonarc-Verfahren und

2) das Verfahren des Elektronenbombardements

für Schweißungen, die unter der Bedingung des völligen Schmelzens des Gesenks durchgeführt werden, oder

3) das Sprühschweißen und

4) das Umfangs-Hammerschweißen bei Wärme

für Schweißungen, die durch intermetallische Diffusion oder nahe der Schmelzgrenze des Gesenks erfolgen.

Im allgemeinen haben diese bekannten Verfahren den Machteil, daß ihre Durchführung sehr kostspielig ist und daß sie sich auf Mantel mit schraubenförmigen Rippen schwer anwenden lassen, obwohl sie eine befriedigende mechanische Festigkeit gewährleisten.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert die bekannt®Verfahren und besitzt folgende wesentliche Merkmale: Um Sinterwerkstoffe untereinander oder mit anderen Metallen zu verschweißen, drückt man die Berührungsflächen der zu verbindenden Werkstücke gegeneinander, dann erhitzt man die Berührungsstelle bis zur Plastizität desoder der Werkstoffe, anschließend erfolgt eine Vibration in de* Sinn, die das Reiben der

Berührungsflächen aufeinander für eine sehr kurze geeignete Zeit gestattet, um die Beseitigung des Oberflächenoxids zu ermöglichen und eine, innige Bindung der Oxidpartikel in einer nichtlinearen Fora in Sinn der SchwelBung und eine intermetallische Diffusion in der plastischen Phase des Gesenks zu erhalten·

Ein Ausführungsbeispiel für die Durchführung des erfihdungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Zeichnung beschrieben. Als Beispiel sei die Aufgabe angenommen, einen Mantel 1 aus SAP durch einen Stopfen 2 aus SAP zu verschließen. Der Mantel bzw, das Röhr 1 wird vorher konisch mit schwacher Steigung (wie bei 3 gezeigt) bearbeitet, wobei die Konizität des Stopfens 2 gleich ist. Ein Ring 4 aus rostfreiem Stahl umschließt das obere Ende des Mantels, indem er sich genau dessen Form anpaßt. Der Ring dient zur Vorerhitzung der zu verschweißenden Anordnung durch eine Hochfrequenzinduktionsvorrichtung 5. Der Mantel 1 wird in einem Futter,6 gehalten, dessen'Teile 6a und 6b als Gegenschlageleaent wirken.

. .""■-■ . \ - . - V. Die Berührungsfläche zwischen dem Stopfen und dem Mantel wird vorher mit Aceton entfettet·

Der Stopfen 2 wird auf den Mantel ι (durch einfachen Druck) aufgesetzt. Die zu verschweißenden Teile werden darauf durch Hochfrequenz his zur Plastizität des Materials erhitzt. Nach Erreichen dieses Zustande wird ein Schwinghammer 26 in Betrieb gesetzt, der gegen den Stopfen 2 schlägt. Der Schwinghammer

ist auf folgende Weise angeordnet und angetrieben:

Ein Sockel 7 kann- je nach den Umständen — Teil einer Bohrmaschine oder einer Maschine mit- mechanischer Bewegung sein. An diesem Sockel 7 ist ein Ständer 8 für geradlinige Bewegung befestigt, und zwar mit einem Keil 9, um die Drehung der ganzen Anordnung zu vermeiden. Ein pneumatischer Kraftzylinder 10 kann gegebenenfalls die Aufwärtsbewegung der Anordnung kompensieren, um die zu verschweißenden Werkstücke freizumachen· Das Gewicht des Hammers kann je nach der für die Schwingstöße gewünschten Energie verändert werden.

Ein pneumatischer Hammerkopf 26 mit hoher Frequenz und doppelter Wirkung (Teile 12 und 13) ist an der Basis des Ständers 8 befestigt, wobei der Schlagkopf 26 der geometrischen Form des Stopfens angepaßt sein kann. Ein Ventil IA ■it drei Wegen 15, i6 und 17 steht entweder über dem Ausgang 17 mit dem Hammer 26 in Verbindung und gibt dessen Gewicht und seine zugehörige Anordnung während des Betriebes frei,- oder es steht Über dem Ausgang l6 mit dem pneumatischen Kraftzylinder 10 während der Arbeitsunterbrechung in Verbindung. Die durch die Leitung 15 eintretende Druckluft ist die einzige Energiequelle, um die gesamte Anlage zu bedienen.

Die zu verschweißenden Teile 1 und 2 werden mittels Hochfrequenz durchschnittlich vier Minuten lang bis zur Plastizität

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des Materials erhitzt. Dann wird der Schwinghammer in Gang gesetzt und der pneumatische Kraftzylinder freigegeben. Die Abwärtsbewegung des Hammers erfolgt sehr schnell bis zur Berührung von Schlagkopf und Stopfen. Die Schlagkraft wird zur Regelung der Schwingwirkung durch Gewichtsmassen 11 geregelt, die auf dem Ständer 8 angeordnet sind. Der Stopfen dringt in den Mantel bis zu der vorher festgelegten Grenze ein. Die Schweißung erfolgt im Durchschnitt innerhalb weniger Sekunden der Schwingungen.

Aus Vorstehendem zeigt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren sieh auch für andere geometrische Formen, Abmessungen und Verschweißungsprobleme eignet. Ein derartiger Hammertyp mit hoher Frequenz kann bei bestimmten Schweißarbeiten freihändig benutzt werden, z.B. dann, wenn das eine der zu verschweißenden teile nicht beweglich eingebaut werden kann. In diesem Fall kann das Erhitzen durch eine tragbare Wärmequelle erfolgen, zÖB. durch einen SÄuerstoff-Acetylen-Brenner.

Die Vorteile des erlindungsgemäßen Verfahrens liegen hauptsächlich in der Güte der Schweißung! Die Vibration vergrößert den Reibungskontakt der beiden zu verschweißenden Teile und ermöglicht die innige Verbindung der Oxidteilohen in einer nichtlinearen Form im Sinn der Schweißung« Außerdem vermeidet man die Einrichtung von abgeschlossenen Räumen für eine bestimmte Atmosphäre oder für ein Vakuum· Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich

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leicht jeder Lage anpassen und hat einen nur geringen Raumbedarf.

Außerdem besteht die Möglichkeit der Anwendung für alle möglichen Formen und Abmessungen des Mantels, wie auch für hohle oder volle Stopfen«

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So kann/für Mäntel oder Rohre, deren äußere Oberfläche aufgrund von Kühlrippen komplizierte Formen aufweist, einen Ring herstellen, der sich der Form des Rohres eng anschmiegt, und zwar, wenn das Außenprofil des Mantels kompliziert ist, durch direkten Auftrag des rostfreien Stahls mittels einer Metallspritzpistole auf das zu verschweißende Stück, bis man einen Ring von passender Stärke erhält„ Dieses wird dann auf das Maß des üblichen Ringes abgetragen und vom Mantel, der als Träger für den Auftrag diente, entfernt. Dadurch wird die Herstellung aller Schweißungen unabhängig von der äußeren Form des Mantels ermöglicht.

Für den Spezialfall des Verschließens eines Mantels aus SAP ergeben sich die folgenden Vorteile:

Es besteht die Möglichkeit, eine dichte Schweißung mit einem massiven Stopfen zu erzielen· Bine große geschweißte Oberfläche garantiert einen hohen mechanischen Widerstand, der höher als der des Rohres ist. Der Stopfen kann im Anschluß an das Schweißen nach einer vorbestimmten Form durch Stauchen des Materials sehr genau verändert werden. Das Schweißen eignet

sich auch vollkommen für eine Mantelform mit schraubenförmigen Rippen. Es können in gleicher Weise durch Vergrößerung der Stärke ties Rohres Mäntel verschweißt werden, die in dem Stopfen festsitzen sollen. Das Verfahren kann auf das •Schweißen aller Metalle und keramometallischen Werkstoffe ausgedehnt werden und insbesondere auf Schweißungen mit großem Durchmesser,'wie z.B. an den für bestimmte Reaktoren vorgesehenen hochbelasteten Rohren.

Das Verfahren ermöglicht die Schweißarbeit in allen Lagen, sowohl in horizontaler, vertikaler als auch schräger Lage. Die Metallüberzüge, die als Diffusionssperren vorgesehen sein können, unterstützen den Schweiß Vorgang in befriedigender Weise· Man kann mit Leichtigkeit entweder in den Stopfen oder in den Mantel jede Durchführung einsetzen, beispielsweise zum Hindurchführen von Thermoelementen, und zwar ohne Beeinträchtigung der zu verbindenden Teile. So können z.B. ein oder mehrere dünne Rohre aus rostfreiem Stahl in den massiven Stopfen aus SAP oder Aluminium eingeführt werden. Selbstverständlich kann zur Erzielung der Schwingungen jede geeig- :, ;te Schwingvorrichtung, die der Stand der Technik bietet, verwendet werden.

Patentansprüche:

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Claims (2)

1. Patentansprüche;

   1· Verfahren zum Schweißen von Metallen und keramometallischen Werkstoffen, deren Formen aneinander angepaßt sind, wobei das einzusetzende Werkstück von größerer Abmessung ist als das dafür vorgesehene aufnehmende Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen der beiden zu verbindenden Werkstücke gegeneinander in die Ausgangsstellung gedrückt werden, anschließend in dieser Lage bis zu der für jedes Werkstück erforderlichen Diffusionstemperatur erhitzt werden und darauf das einzusetzende Werkstück (2) durch Vibration eines Hammers (26) unter Zerstörung des Oberflächenoxidfilms bis zur endgültigen Schweißetellung

   eingetrieben wird.

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2. 2. Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden'Werkstücke ein Brennelementmantel (l) aus SAP und ein den Mantel an seine» Ende verschließender Stopfen (2) aus SAP sind und die Vibration in der axialen Richtung des Mantels durch Hämmern mit hoher Frequenz erfolgt.

   Ga/Ho - 17 962

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