DE4405924A1 - Verfahren zur Fertigung von schweißplattierten Behälterböden und Formstücken - Google Patents

Description

Verfahren zur Fertigung von insbesondere schweißplattierten Behälterböden, aber auch anderen Formstücken, wobei die Plattierung, die mittels Bandschweißplattierungsverfahren in einer geeigneten Weise derart unter Beachtung der fertigungstechnischen, metallurgischen und schweißtechnischen Parameter und der Analysen des Zusatzwerkstoffs und des Grundwerkstoffs auf das Grundmaterial geschweißt wird, daß das Grundmaterial, welches vorteilhaft aus einer ebenen Ronde besteht und die Plattierung nach dem Schweißen der Plattierung durch eine geeignete Warmformgebung unter Beachtung geeigneter Parameter derart verformt wird, daß ein Behälterboden oder ein Formstück geformt werden kann.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung von insbesondere schweißplattierten Behälterböden oder Formstücken, das besonders bei einem Behälterbodendurchmesser oder Abmessungsbereich ab 0,15 m und einem Blechdickenbereich ab 10 mm vorteilhaft eingesetzt werden kann.

Es sind bereits Verfahren zur Fertigung von schweißplattierten Behälterböden bekannt, bei denen die Warmverformung der Ronden zum Behälterboden erfolgt bevor die Plattierung auf das Grundmaterial geschweißt wird. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß die durch die Warmformgebung erzielte und erforderliche Form des Behälterbodens durch die anschließende Plattierungsschweißung und die damit verbundene Wärmeeinbringung zu nicht kontrollierbaren und unerwünschten Verformungen führen kann, derart daß ein geringerer Durchmesser, Unrundheit, örtliche Verformungen mit nicht zu beeinflussende Abweichungen zum theoretischen Maß auftreten. Die Paßgenauigkeit des Behälterbodens mit weiteren zu verbindenden Bauteilen kann eingeschränkt sein. Im weiteren verbleibt nachteilig ein relativ hoher Eigenspannungszustand in der Schweißplattierung und dem Grundwerkstoff, der auch bei Durchführung der üblichen Spannungsarmglühung den Eigenspannungszustand nur teilweise abbaut. Das Schweißen der Plattierung auf den verformten Behälterböden erfordert gegenüber dem Schweißen der Plattierung auf eine ebene Ronde oder einer Platte nachteilig gleichfalls einen bedeutend höheren fertigungstechnischen, zeitlichen sowie finanziellen Aufwand.

Es sind weiterhin bereits Verfahren bekannt geworden, bei welchen schweißplattierte Nahtbereiche, der aus walz- oder sprengplattierten Einzelbleche zusammengeschweißte Einsatzronden, verformt wurden. Diese Verfahren hatten das Ziel eine Nachformung des Behälterbodens zu vermeiden bzw. die aufwendige Schweißung nach der Formgebung zu ersparen, wobei in diesen Einsatzfällen nur eine schmale Verbindungsnaht zwischen den walz- oder sprengplattierten Blechen verbindend schweißplattiert wurde. Eine, wie im erfindungsgemäßen Einsatzfall durchgeführte, flächige Schweißplattierung und mehrdimensionale Verformung wurde hierbei nicht durchgeführt.

Es ist jetzt Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens das Fertigen von schweißplattierten Behälterböden derart zu ermöglichen, daß eine auch nach der Warmformgebung verhältnismäßig einwandfreie Plattierungsschicht vor der Warmformgebung auf den Behälterboden geschweißt wird. Es sollen Behälterböden gefertigt werden, die insbesondere das Plattieren von Behälterböden mit relativ geringen Wanddicken ohne Verzug durch die Schweißwärme ermöglichen. Auch sollen gegebene Handhabungsprobleme beim Auftragsschweißen schwieriger geometrischer Formen dadurch beseitigt werden, daß immer in einer optimalen Schweißposition schweißplattiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll weiterhin ermöglichen die Plattierungsschweißung einfach und wirtschaftlich sowie störunanfällig durchführen zu können, um Unterbrechungen des Schweißprozesses und Fehlschweißungen zu vermeiden. Gleichermaßen soll vorteilhaft der Eigenspannungszustand schweißplattierter Behälterböden und Formstücke verbessert werden.

Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren soll erfolgreich dort eingesetzt werden, wo die Plattierungsschweißung hochwertig sein muß. Die Plattierungsschweißung kann also bei gegebenen Einsatzfall aus hochwertigen Chrom-Nickel-Stählen bestehen, es könne für die Anwendung in anderen Bereichen aber auch Materialien aus anderen Legierungen, wie Nichteisenmetalle, Nickel-Basis und Nickel- Mehrstofflegierungen sowie vollaustenitische Legierungen zum Plattieren verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll aber auch erfolgreich bei anderen Werkstücken eingesetzt werden, die schweißplattiert und warmverformt werden müssen. Derartige Werkstücke können Kalotten und Segmente von Behälterböden größeren Durchmessers sein sowie auch allgemeine Formpreßteile, wie Rohrbogen, Rohrfittings, Armaturen- und Pumpengehäuse sowie zylindrische und kegelförmige Formteile.

Diese Aufgaben des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dadurch gelöst, daß auf eine ebene Ronde oder Platte, die vorteilhaft eine dem Behälterboden oder dem Formstück angepaßte Abmessung aufweist, eine Plattierung geschweißt wird und diese Plattierung mit dem Grundwerkstoff zur gewünschten Form des Behälterbodens oder dem Formstück warmverformt wird.

Vorteilhaft werden die zum Schweißplattieren erforderlichen Parameter empirisch ermittelt, so daß sich die für die Verformung günstigste Gefügeausbildung und Nahtgeometrie ergibt. Es ist so zu schweißen, daß durch die geschweißte Überlappung der Raupen in der Plattierungsfläche keine Kerben, Nahtüberhöhungen oder Überwölbungen entstehen und die auf den Grundwerkstoff aufgetragenen Plattierungsdicke größer 3,5 mm ist. Insbeosndere sind die fertigungstechnischen Parameter so einzustellen, daß die Werte gemäß dem geschilderten Ausführungsbeispiel gegebenenfalls für den Deltaferrit im günstigen Bereich liegen, derart, daß der Vermischungseffekt beim Schweißen gering ist.

Der Vorteil beim Schweißen der Plattierung vor der Warmformgebung besteht darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Schweißplattieren in Normalposition auf einer ebenen Ronde oder Platte erfolgen kann und damit die exakte Einhaltung der Schweißparameter mit Gewährleistung der erforderlichen Werkstoffeigenschaften und Schweißqualität möglich ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren beim Plattieren von ebenen Blechen oder Ronden mit hohen Fertigungsgeschwindigkeiten und unter konstanten Arbeitsbedingungen gearbeitet werden kann wobei vorteilhaft eine Kostenreduzierung gegenüber anderen Verfahren erzielt wird.

Von Vorteil ist im besonderen, daß bei der im erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Schweißplattierung vor der Warmformgebung durch die Warmformgebung und die damit verbundene Wärmeeinbringung keine unerwünschten Verformungen auftreten können, derart daß nicht zu beeinflussende Abweichungen zu den theoretisch erforderlichen Abmessungen auftreten. Im weiteren ermöglicht das Schweißen der Plattierung vor der Formgebung, daß durch die Warmformgebung und die hiermit verbundenen Wärmebehandlungen vorteilhaft ein praktisch vollkommener Abbau der Schweißeigenspannungen erfolgt.

Die für die Warmformgebung einzuhaltenden Parameter sind derart zu wählen, daß die Plattierung hinsichtlich der chemischen Analyse der Plattierung, der Plattierungsoberfläche und der Verbindung der Plattierung mit dem Grundwerkstoff nicht zerstört werden kann. Die Temperatur-Zeit-Parameter sind unter der Beachtung der metallurgischen Zusammenhänge optimal einzustellen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine plattierte Ronde für die Herstellung eines Behälterbodens,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine plattierte Ronde für die Herstellung eines Behälterbodens.

Gemäß Fig. 1 besteht die Schweißplattierung aus nebeneinanderliegenden, sich überlappend geschweißte Raupen 1, die im Mittelbereich 4 der Ronde längs nebeneinander angeordnet sind und im Außenbereich 5 der Ronde spiralförmig, aber auch vorteilhaft konzentrisch oder in einem Bajonetversatz angeordnet sind. In kleineren Abmessungen und Durchmesserbereichen sollen die Raupen ausschließlich längs nebeneinander angeordnet geschweißt und die erforderliche Ronde oder Werkstückabmessung für die anschließende Warmformgebung nach dem Plattieren durch letztendlich spannende Formung herausgearbeitet werden.

Dabei sind in empirischen Schweißversuchen fertigungstechnische Parameter so einzustellen, daß gemäß Fig. 2 die qualitativ bestmögliche Plattierung geschweißt wird derart, daß durch die geschweißte Überlappung der Raupen 1 in der Plattierungsfläche 3 keine Kerben oder Überwölbungen entstehen und die auf den Grundwerkstoff 3 aufgetragenen vorerst einlagige Plattierungsdicke größer 3,5 mm ist. Insbesondere sind die fertigungstechnischen Parameter so einzustellen, daß die Werte gemäß dem Ausführungsbeispiel gegebenenfalls für den Deltaferrit im günstigen Bereich liegen, derart, daß der Vermischungseffekt gering ist. Die empirische Ermittlung der Parameter ist notwendig, da jeweils in Abhängigkeit von der verwendeten Schweißanlage, den verwendeten Einsatzmaterialien und vorherrschenden Umwelt- und Arbeitsbedingungen die einzustellenden Parameter variieren können.

Die Warmformgebung erfolgt anschließend an der den Endabmessungen angepaßten und entsprechend schweißplattierten Ronde oder dem analog vorbereiteten anderweitigen Werkstück.

Vorteilhaft erfolgt die Warmformgebung gemäß dem Ausführungsbeispiel für die Behälterböden aber auch für andere Formstücke derart, daß die Ronde oder das Werkstück bei einer Temperatur von 980°C bis 1020°C 90 min aufgeheizt wird, vorteilhaft die Aufheizung jedoch im oberen Temperaturbereich erfolgt und sofort umgehend im Anschluß an die Aufheizung ein erster Preßvorgang durchgeführt wird, wobei eine Endtemperatur des Werkstücks nach dem Preßvorgang noch größer 800°C gegeben sein muß. Vor jedem weiteren Preßvorgang ist das Werkstück bei einer Temperatur im Bereich von 980°C bis 1020°C jeweils wiederum 45 min aufzuheizen, wobei darauffolgende Preßvorgänge jeweils so beendet sein sollen, so daß das Werkstück eine Endtemperatur von 800°C aufweist. Nach Beendigung des letzten erforderlichen Preßvorgangs soll das Werkstück abgestimmt beschleunigt auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Weitere Glühungen entsprechend dem Einsatzmaterial sind vorteilhaft durchzuführen. Vorteilhaft erfolgt auch gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Anlaßglühung auf eine Temperatur von 680°C, bei einer Haltezeit über etwa 45 min, mit der entsprechenden für eine Anlaßglühung erforderlichen anschließenden Abkühlung.

Dabei sind erforderlichenfalls unter Berücksichtigung der verwendeten Einsatzmaterialien und Einsatzdicken die Glühungen in angegebenen Bereichen vorteilhaft abzustimmen und zu variieren derart, daß auch die Glühzeiten geringfügig variieren können. Die Warmformgebung soll derart durchgeführt werden, daß sich vorteilhaft ein homogenes Gefüge ergibt, welches gekennzeichnet ist durch einen Deltaferrit gleich oder größer 4 FN und vertretbar geringe Anteile an Sigmaphase oder anderen unerwünschten Gefügebestandteilen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Fertigung von schweißplattierten Behälterböden oder Formstücken, dadurch gekennzeichnet, daß für die einseitige Plattierung des gesamten Behälterbodens oder des Formstücks die Plattierungslagen auf eine ebene Ronde oder ebene Platte vor der Warmformgebung des Bodens in geeigneter Weise geschweißt werden und eine Verformung der vorplattierten Ronden oder Platten nach dem Schweißen der Plattierung derart durchgeführt wird, daß die auf den Grundwerkstoff aufgebrachte Plattierungsschicht mit verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 derart gekennzeichnet, daß das eingesetzte Bandschweißplattieren und die chemische Analyse des Zusatzwerkstoffs zur Schweißung der Plattierung geeignet derart sind, daß eine für die Verformung günstige Verbindung zwischen Grundwerkstoff und Plattierung mit einer ausreichend günstigen chemischen Schmelzanalyse der Plattierungsschicht erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 derart gekennzeichnet, daß die nach der Plattierungsschweißung durchgeführte Warmformgebung zur Verformung zu einem Behälterboden oder Formstück derart durchgeführt wird, daß eine Zerstörung der Plattierung hinsichtlich der chemischen Analyse der Plattierung, der Plattierungsoberfläche und der Verbindung der Plattierung mit dem Grundwerkstoff nicht erfolgen kann.