DE1627503C3 - Verfahren zum Explosiv-Verschweißen eines Stopfens mit einem Rohr oder von Rohren miteinander - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Explosiv-Verschweißen eines Stopfens mit einem Rohr oder von Rohren miteinander, wozu die zu verbindenden Komponenten im Bereich der Schweißzone unter Belassung eines Ringspaltes ineinandergefügt werden und die Explosivladung in Gestalt einer Belagsfolie außen um die Anordnung gelegt, an äquidistanten Punkten entlang des Umfangs mit Zündleitungen verbunden und an allen Anschlußpunkten synchron gezündet wird.

Explosivschweißverfahren sind zur Verbindung von Materialien, wie beispielsweise von Sintermetallen, Legierungen von Metallen und Dispersionslegierungen, entwickelt worden, wobei die Dispersionslegierungen besonders in der Kerntechnik verwendet werden. Die bisher für das Explosivschweißen dieser Materialien entwickelten Verfahren sind jedoch hinsichtlich einer problemlosen Reproduzierbarkeit des Schweißergebnisses nicht zufriedenstellend. Auch ist im Falle des Gelingens der Schweißung eine strukturelle Schädigung des Schweißgutes möglich. So treten beim Verschweißen von Brennelementrohren mit ihren Stopfen oder von Reaktordruckrohren mit ihren Anschlußmanschetten zu den hohen Anforderungen an die Schweißgüte und an das Schweißgut noch eine Reihe weiterer Anforderungen hinzu, wie insbesondere Anforderungen an die Form- und Maßhaltigkeit des Schweißgutes. Dies gilt in besonderem Maße bei außen gerippten Brennstoffrohren, bei denen die Rippen nach dem Explosionsschweißen nicht verformt sein dürfen.

Es sind Explosionsschweißverfahren bekannt, bei denen die Erkenntnis zugrunde lag, daß niedrige Detonationsgeschwindigkeiten während der Explosion auch niedrigere Spitzendrücke erzeugen, so daß im Anwendungsfall der Gefahr einer bleibenden Deformierung des Schweißgutes entgegengetreten werden kann (Bericht des »Battelle Memorial Institute« BMI-1594, Seite 82 ff sowie »Euratom-Bericht« EUR-1818). Auch diese Verfahren blieben jedoch hinsichtlich der obenerwähnten Anforderungen unbefriedigend.

Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem die zu verbindenden Komponenten im Bereich der Schweißzone unter Belassung eines Ringspaltes ineinander gefügt werden, wobei die Explosivladung in Form einer Folie um die zu verschweißenden Teile gelegt und am Umfang mit Zündleitungen verbunden sind (GB-PS 10 78 556).

Es ist weiterhin em Verfahren bekannt, bei dem in der Schweißzone zur Übertragung der Stoßwelle auf die Schweißzone ein elastischer Pufferring vorgesehen ist (»Metallwissenschaft und Technik« 20 (1966) Heft 1, Seite 9). Die Verwendung des Pufferrings zur Erzielung einer einwandfreien Schweißung hat jedoch auch nicht die erhofften Erwartungen erfüllt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Explosiv-Verschweißen zu entwickeln und bereit zu stellen, bei dem ein gleichmäßiger Schweißverlauf gewährleistet wird und im Schweißgut selbst keinerlei Materialzerrüttung entsteht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß ein konisch ausgebildeter, an sich bekannter deformierbarer Pufferring in der Schweißzone in an sich bekannter Weise formschlüssig zwischen der Außenwand der äußeren Komponente und der Explosivladung angebracht wird, und daß die Explosivfolie an der Anschlußseite der Zündleitungen zickzackförmig ausgebildet und im Bereich der Zackenwurzeln mittig in jeder Zacke und auch in der Spitze jeder Zackenkehle eine Aussparung angebracht ist welche zusammen den wirksamen Brennquerschnitt der Folie in diesem Bereich um 10% bis 50% verringern.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Explosion eine über die ganze Schweißzone gleichmäßig fortschreitende Schweißfront erzeugt wird, deren Geschwindigkeit unter der Schallgeschwindigkeit liegt. Darüber hinaus tritt dann eine wirbelartige aber homogen strukturierte Verzahnung der Schweißflächen ein, und im Schweißgut entsteht keinerlei Materialzerrüttung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die zur Schweißung vorbereitete Verbindung vom Typ Rohr-Rohr in der Seitenansicht wobei die linke Hälfte axial aufgeschnitten ist und das Rohr gerippt ist

F i g. 2 die zur Schweißung vorbereitete Verbindung vom Typ Rohr-Stopfen, wobei die linke Hälfte axial aufgeschnitten und das Rohr gerippt ist,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch das Schweißgut nach F i g. 2 im Zustand nach der Schweißung, und

Fig.4 eine Draufsicht der im Falle der Fig.2 verwendeten Schweißfolie, sektorartig ausgeschnitten. In F i g. 1 bezeichnet 1 ein geripptes Rohr, 2 das mit dem Rohr zu verschweißende Anschlußrohr, 3 den Pufferring zur Übertragung der Stoßwelle, 4 die Explosivfolie, 5 die Zündleitungen und 6 den Druckauffangklotz. In der rechten Hälfte der Figur sind die Rohrrippen 7 und die Perforation 8 der Folie zu sehen..

Zwischen den Rohren 1 und 2 wird ein Ringspalt 9 belassen, was durch Abdrehen des Rohres 2 leicht erreicht werden kann. Die Ringspaltweite darf bei den in Betracht kommenden Rohrdurchmessern zwischen

0,2 mm bis 2 mm liegen. Sie gewährleistet, daß bei der Explosion die entsprechende Rohrpartie des Rohres 1 eine Schlagarbeit auf das Rohr 2 verrichtet, die äquivalent ist der Energie der Stoßwelle.

Weiter ist in Fig. 1 um das äußere Rohr 1 der s elastische Pufferring 3, formschlüssig mit den Rippen 7, aufgezogen. Er besitzt eine konische Außenfläche und reicht, unten nicht ganz, über die Schweißzone.

Um den Ring ist bündig die Explosivfolie 4 gelegt, an deren Zackenspitzen die Zündleitungen 5 angeklebt sind. Die Explosivfolie ist so um den Puffer gelegt, daß der Grund der Zacken gerade in den Knick anj oberen Ende des Ringes gelangt

Alle Zündleitungen sind oberhalb der Komponenten achsmittig miteinander und mit einem elektrischen Zünder verbunden, derart, daß alle Folienspitzen der Sprengfolie synchron zünden. Die Stoßwelle läuft dann ringförmig von den Folienspitzen abwärts in. den Pufferring und gelangt von dort auf die Oberfläche des Rohres 1. Die alsdann vom schlagenden Teil des Rohres ausgelöste Schweißwelle pflanzt sich in gleicher Richtung durch die Schweißzone fort, aber mit einer unter der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit

Die notwendige Reduzierung der Schweißgeschwindigkeit unter die Geschwindigkeit der Stoßwelle wird einzeln oder in Kombination durch die folgenden Maßnahmen erzielt oder verbessert:

1. durch günstige Wahl der Konizität des Pufferringes zwischen 15° und 60°, vorzugsweise 30°;

2. durch Wahl eines Explosivstoffes, der langsam abbrennt;

3. durch leichte Verschiebung des Pufferrings, falls er zylindrisch ausgebildet ist gegen die Schweißzone nach oben, d.h. in Richtung der Zündleitungsan-Schlüsse; und

4. durch leicht konische Ausbildung des Ringspaltes zwischen den zu verschweißenden Komponenten.

Um in Sonderfällen örtliche Verbrennungen des Schweißgutes zu vermeiden, wird die Schweißung zweckmäßig in sauerstofffreier Atmosphäre, z.B. im Vakuum, ausgeführt

Um weiter eine möglichst geradlinige Front der in Achsrichtung über den Rohrumfang der Komponenten fortschreitenden Stoßwelle zu erzielen, bildet man die Explosivfolie an der Anschlußseite der Zündleitungen zickzackförmig aus und bringt im Bereich der Zackenwurzeln mittig in jedem Zackenfeld und ebenso in der Spitze der Zackenkehlen Aussparungen oder Löcher an. Zweckmäßig soll der wirksame Brennquerschnitt der Folie in dieser Zone um 10% bis 50% gegenüber der unperforierten Zone reduziert werden.

Schließlich ist es vorteilhaft als Zündleitungen Streifen aus dem Material der Zündfolie zu verwenden. Der Begriff Zündfolie gilt auch für Explosivschichten von mehreren Millimetern Dicke.

Im Prinzip gleich ist der Aufbau der Schweißverbindung nach Fig.2, wo im Vergleich zu Fig. 1 für analoge Teile gleiche Bezugszeichen gewählt worden sind. Hier wurden in der Explosivfolie außer den in der Mitte jeder Zacke befindlichen Druckverteilungslöchern weitere Aussparungen 10 vorgesehen, und weiter umschließt die Folie auch den Druckauffangkörper 8 auf dem Stopfen 11.

Nach der Schweißung wird bei der Rohr-Stopfen-Verbindung der überschüssige obere Teil des Rohres zusammen mit seinem entsprechenden Stopfenteil abgeschnitten. Wie Fig.3 zeigt verjüngt sich in der Stopfenzone der Querschnitt etwas, ohne aber die Rohrrippen zu deformieren.

Wie Fig.4 zeigt kann die Folienform z.B. durch Stanzen eines Folienpaketes leicht erzeugt und der Konizität des Pufferringes genau angepaßt werden. Damit läßt sich der Verlauf der Stoßwelle sehr genau festlegen, so daß der Schweißvorgang weitgehend unabhängig von zufälligen Einflüssen wird.

Als Explosivstoff wurde ein Plastiksprengstoff verwendet und zwar in einer Schichtdicke von 2 mm. Die Detonationsgeschwindigkeit dieses Explosivstoffes liegt bei etwa 7,5km/sec. Die verwendeten Zündleitungen waren etwa 15 cm lang, aus dem gleichen Explosivmaterial hergestellt und enthielten jeweils etwa 7 g/m Sprengstoff.

Als Material für den Pufferring wurde ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Polyvinylchlorid, 130 Gewichtsteilen Dioktylphtalat und 4 Gewichtsteilen Dibutylzinnmaleat verwendet Die Masse wurde zunächst entgast für 2 Stunden auf 170⁰C erwärmt und anschließend in die gewünschte Form gebracht In dem Maße, wie man durch den Pufferring die Schweißgeschwindigkeit steuern wiü, können auch andere Materialien gummiartigen Charakters verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Explosiv-Verschweißen eines Stopfens mit einem Rohr oder von Rohren miteinander, wozu die zu verbindenden Komponenten im Bereich der Schweißzone unter Belassung eines Ringspaltes ineinandergefügt werden und die Explosivladung in Gestalt einer Belagsfolie außen

■ um die Anordnung gelegt, an äquidistanten Punkten entlang des Umfangs mit Zündleitungen'verbunden und an allen Anschlußpunkten synchron gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein konisch ausgebildeter, an sich bekannter deformierbarer Pufferring in der Schweißzone in an sich bekannter Weise formschlüssig zwischen der Außenwand der äußeren Komponente und der Explosivladung angebracht wird und daß die Explosivfolie an der Anschlußseite der Zündleitungen zickzackförmig ausgebildet und im Bereich der Zackenwurzeln mittig in jeder Zacke und auch in der Spitze jeder Zackenkehle eine Aussparung angebracht ist, ' weiche zusammen „ den wirksamen Brennquerschnitt der Folie in diesem Bereich um 10% bis 50% verringern.

2. Schweißverbindungsaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferring eine Konizität zwischen 15° und 60° besitzt, vorzugsweise 30°.