DE1218631C2 - Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkoerper, insbesondere Graphitzylinder - Google Patents
Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkoerper, insbesondere GraphitzylinderInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
PATENTSCHRIFT
Int. Cl.:
B23k
Nummer: 1218 631
Aktenzeichen: J 21793 VIII d/2.1 h
Anmeldetag: 18. Mai 1962
Auslegetag: 8. Juni 196£
Ausgabetag: 19. Januar 1967
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkörper,
insbesondere Graphitzylinder. ·
Graphit wird bei Atomreaktoren in reichem Maße verwendet, und zwar einmal als Moderator und
zweitens zur Aufnahme der Atombrennstoffe. Graphit ist jedoch spröde, so daß Bauteile größeren Ausmaßes,
wie z. B. Graphitrohre, durch welche ein Medium hindurchströmt, Brüchen ausgesetzt sind.
Ein großer Körper aus Graphit muß daher, um der Bruchgefahr widerstehen zu können, verstärkt werden.
Es ist bereits bekannt, auf der Außenseite metallischer Zylinder Schweißraupen in Umfangsrichtung
zu ziehen. Die Schweißarbeit muß dabei so durchgeführt
werden, daß durch sie keine Verwerfungen am Werkstück infolge der Schrumpfungen der aufgegeschweißten
Raupen entstehen. Diese Maßnahme erfolgte jedoch zum vorbeugenden oder nachträglichen
Ausgleich von Werkstoffverschleiß und nicht um die mechanische Festigkeit eines schwächeren,
andersartigen Werkstoffes zu verbessern. Bekannt ist weiter, um ein zylindrisches Stahlteil Schweißraupen
aus Kupfer zu ziehen, insbesondere kupferne Führungsringe um Granaten. Hier dient die Schweißraupe
aus Kupfer lediglich als verhältnismäßig weiche und gut gleitende Führungsschicht. Ferner ist auch
die Schaffung von Verbundwerkstoffen durch Auftragschweißen für verschiedene Metalle bekannt. In
keinem Fall soll aber die Auftragschweißung bei einem Körper aus Graphit angewendet werden, um
dessen Festigkeit zu verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf Graphitkörper zur Vermeidung der Bruchgefahr
metallische Bandagen auf einfachste Weise aufzubringen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß Schweißraupen aus reinem oder legiertem Metall um
den Graphitkörper herum auf seiner Außenfläche gezogen werden.
Die Schweißraupen haften fest an dem Graphitkörper und umklammern denselben von außen her,
und zwar durch die bei der Abkühlung des geschmolzenen Metalls der Schweißraupen auftretende
•Schrumpfspannung, wodurch jn dem Graphitbauteil
selbst Druckspannungen zustande kommen. Wenn nun in dem Inneren des Graphitbauteils eine Zugbeanspruchung
eintritt, dann kann dieselbe durch die Druckbeanspruchung, welche durch die rund um den
Umfang des Graphitbauteils aufgebrachte Schweißraupe erzeugt wird, ausgeglichen werden, so daß also
der Bauteil vor dem Bruch bewahrt wird, d. h., Festigkeit und Stabilität des Graphitbauteils können
Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkörper, insbesondere Graphitzylinder
Patentiert für:
Japan Atomic Energy Research Institute, Tokio
Vertreter:
Dipl.-Ing. E. Eder, Patentanwalt,
München 13, Elisabethstr. 34
Als Erfinder benannt:
Yoshio Ando, Nogata, Nakano-Ku, Tokio;
Tadato Fujimura,
Arayadai, Tokai-Mura, Naka-Gun, Ibaragi
(Japan)
Beanspruchte Priorität:
Japan vom 16. Juni 1961 (21127)
durch die aufgetragene und fest an der Oberfläche haftende Schweißraupe erhöht werden.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird als Auftragsmetall eine Legierung verwendet, welche
aus 5 bis 50% Nickel, 5 bis 40% Chrom,Ό bis 4% Molybdän, weniger als 2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen
Eisen, besteht.
Es sind auch folgende Legierungen möglich: 10 bis 30% Chrom, unter 0,2 % Kohlenstoff, Rest im
wesentlichen Eisen; oder 10 bis 30% Chrom, 6 bis 25% Nickel, 0 bis 4% Molybdän, weniger als 0,2%
Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen; oder 30 bis 50% Nickel, weniger als 0,2% Kohlenstoff, Rest im
wesentlichen Eisen.
Vorzugsweise wird das Auftragsmetall für die Schweißraupen als Draht oder Pulver am Außenumfang
des Graphitkörpers angebracht und in der Atmosphäre eines inerten oder eines reduzierend
wirkenden Gases, wie z. B. Argon, Helium, Kohlendioxyd oder Stickstoff, mittels eines elektrischen
Lichtbogens auf eine Temperatur von 1200 bis 16000C erhitzt und geschmolzen. Anstatt des elektrischen
Lichtbogens kann auch eine Acetylen-Sauerstoff-Schweißflamme angewendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
609 773/340
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen zylindrischen Körpers aus Graphit
mit Schweißraupe;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich
der Fig. 1, jedoch ist hier die Schweißraupe in der
Form einer Spirale auf dem Graphitkörper aufgebracht.
In den beiden Figuren ist mit 1 ein Graphitkörper, hier von Zylinderform, bezeichnet, und 2 ist die
Schweißraupe, die nach der Erfindung zur Verstärkung des Graphitkörpers auf diesen aufgetragen
worden ist.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut geeigneten Legierungen haben die nachfolgende
Zusammensetzung:
Legie rung |
Korro sions festigkeit |
Ma gnetische Eigen schaften |
Wärme beständig keit 0C |
Zugfestigkeit bei Zimmer temperatur |
5 1 2 3 |
gut besser besser |
keine keine keine |
bis 700 bis 900 bis 900 |
kein Bruch kein Bruch kein Bruch |
Lfd. | Cr | Ni | Mo | C | 0,2 | Fe |
Nr. | Vo | Vo | Vo | Vo | 0,2 | |
1 | 10 bis 30 | 0 | 0 | unter | 0,2 | Rest |
2 | 10 bis 30 | 6 bis 25 | 0bis4 | unter | Rest | |
3 | 0 | 30 bis 50 | 0 | unter | Rest | |
Der Grund dafür, warum gerade eine solche Zusammensetzung gewählt wird, ist der folgende:
Chrom ist ein wesentliches Element zur Aufrechterhaltung der Korrosionsfestigkeit der Legierung für
die Schweißraupen. Bei einem Anteil von weniger als lO°/o liefert jedoch Chrom keinen Beitrag zu der
Korrosionsfestigkeit der Legierung, während ein Zusatz von mehr als 40% Chrom keine weiteren Verbesserungen
der Korrosionsfestigkeit bei hohen Temperaturen ergibt, so daß also dadurch die Gestehungskosten
nur höher werden, ohne für die Praxis einen Nutzen zu liefern. Ferner ist eine Legierung
von Chrom mit Eisen wesentlich für ein gutes Anhaften der Schweißraupen an dem Graphit. Man kann
jedoch auch eine Legierung ohne Chromanteil verwenden, wenn man den Nickelanteil erhöht.
Der Zusatz von 6 bis 25% Nickel zu einer Chrom-Eisen-Legierung erhöht die Zug- und die Korrosionsfestigkeit
bei hohen Temperaturen, jedoch hat in diesem Falle der Zusatz von mehr als 25 % Nickel keine
weitere Wirkung, abgesehen von einer Erhöhung der Kosten der Legierung, während bei weniger als 6 %
Nickel keine Verbesserung zu erwarten ist, da dann die Korrosionsfestigkeit bei hohen Temperaturen abnimmt.
Wird an Stelle von Chrom Nickel verwendet, dann ist ein Anteilsbereich von 30 bis 50% vorzuziehen,
weil bei weniger als 30% Nickel der Ausdehnungskoeffizient rasch zunimmt und das Haftvermögen
geringer wird.
Der Zusatz von 0 bis 4% Molybdän zu der Cr-Ni-Fe-Legierung verbessert die Festigkeit der Legierung
bei hohen Temperaturen.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendende Legierung sollte sich also im Bereich der
obenerwähnten Anteilsmengen halten.
Die thermischen Eigenschaften der Auftragslegierungen sind die folgenden:
Legierung
(1) Fe-Cr
(2) Fe-Cr-
(3) Fe-Ni
-Ni-Mo
Wärmeausdehnungs-
koeffizient
koeffizient
10 bis 13-ΙΟ"-6
17 bis 20-ΙΟ-6
2bisl0-10-e
Schmelzpunkt 0C
1430 bis 1510 1370 bis 1430 1420 bis 1470
65
Am Außenumfang eines gezogenen Graphitrohres wurde eine Eisen-Nickel-Legierung (30 bis 50% Ni,
bis 50% Fe) aufgetragen, worauf das Rohr einem hydraulischen Test unterzogen wurde, wobei der
Druck von innen aus ausgeübt wurde. Es wurde festgestellt, daß das Rohr einen hydraulischen Druck
aushält, welcher mehr als dreimal so hoch wie bei einem Rohr ohne Auftrag eines geschmolzenen
Metalls ist.
Die erfindungsgemäß behandelten Graphitkörper können für die verschiedensten Anwendungszwecke
eingesetzt werden, so z. B. für Düsen von Strahltriebwerken, wobei die Düse sehr hohe Wärmebeanspruchungen
aushalten kann.
Graphitrohre großer Länge können einem Innendruck des durchströmenden Mediums widerstehen,
der die für die Sicherheit zulässige Beanspruchung des Graphits wesentlich überschreitet.
Claims (6)
1. Verfahren zum Aufbringen metallischer Bandagen auf Graphitkörper, insbesondere Graphitzylinder,
dadurch gekennzeichnet, daß Schweißraupen (2) aus reinem oder legiertem
Metall um den Graphitkörper (1) herum auf seiner Außenfläche gezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmetall eine Legierung
verwendet wird, welche aus 5 bis 50% Nickel, 5 bis 40% Chrom, 0 bis 4% Molybdän,
unter 2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmetall eine Legierung
verwendet wird, welche aus 10 bis 30% Chrom, unter 0,2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen
Eisen, besteht.
4: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmetall eine Legierung
verwendet wird, welche aus 10 bis 30% Chrom, 6 bis 25% Nickel, 0 bis 4% Molybdän,
weniger als 0,2% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmetall eine Legierung
verwendet wird, welche aus 30 bis 50% Nickel, weniger als 0,2% Kohlenstoff, Rest im
wesentlichen Eisen, besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragsmetall für die Schweißraupen als Draht oder
Pulver am Außenumfang des Graphitkörpers angebracht und in der Atmosphäre eines inerten
5
oder eines reduzierend wirkenden Gases wie In Betracht Qe Druckschriften:
j. B. Argon, Helium, Kohlendioxyd oder Stickstoff,
mittels eines elektrischen Lichtbogens auf E. Sudasch, Schweißtechnik, München, 1950,
eine Temperatur von 1200 bis 1600° C erhitzt S. 147; und geschmolzen wird. 5 Welding Journal, 1949, S. 52, und 1958, S.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 578/439 5.66 © Bundesdruckerei Berlin
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DE1218631B DE1218631B (de) | 1966-06-08 |
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