DE1930244A1 - Verfahren zum Explosiv-Verschweissen zweier Metallteile - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl-lng.F.ichard Müller-Bon,,

KpL-ln§. Hans-!löinridi Wey BerKn-DatHem, Podbielskiallee

Berlin, den 13. Juni 1969

EÜROPAEISCHE ATOMGEMEINSCHAFT (EÜBATOM)

Patentanmeldung

Verfahren zum Explosiv-Verschweißen zweier Metallteile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zua Explosiv-Verschweißen zweier Metallteile und insbesondere solcher Teile, die auf Grund ihrer Kristallstruktur nach klassischen Methoden schwer zu verbinden sind.

Druckrohre in Kernreaktoren sind vielfach aus Zirkalloy, und sie müssen an Stahlrohre des Primärkühlkreises angeschweißt werden. Es ist bekannt, daß hierfür Explosivschweiß-Verfahren verwendbar sind, da diese Methode praktisch jede intermetallische Diffusion und damit auch eine brüchige Grenzschicht vermeidet (siehe z.B. Luxemburger Patent Nr. 57.321).

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Dieses Verfahren konnte bisher jedoch nicht in Reaktoren verwendet werden, in denen ein wasserstoffhaltiges Kühlmittel (Wasser, Dampf oder eine organische Flüssigkeit) zirkuliert, da dann die hohe Wasserstoffaufnahmefähigkeit der Stahlkomponenten eine Wasserstoff-Diffusion vom Stahl in Sichtung auf das Zirkalloy in der Schweißzone bewirkte und so eine gewisse Brüchigkeit des Zirkalloy verursachte.

Man hat auch schon versucht, eine Diffusionsbarriere mit Hilfe einer Oxydschicht aufzubauen, aber die Oxyde reduzieren sich teilweise während des Schweißakts und bewirken so Löcher in der Barriere. Die Erfindung vermeidet diese Kachteile.

Gemäß der Erfindung umfaßt die für den Schweißakt vorbereitete Anordnung eine Sprengstoffschicht über der Schweißzons, eine Zündeinrichtung für diese Schicht, einen elastischen Puffer zwischen der Sprengstoffschicht und der Schweißzone, die beiden Metallteile mit einem solchen Abstand voneinander, daß die Stoßwellenenergie in Schlagarbeit übersetzbar ißt, und schließlich eine dünne metallische Zwischenlage, die in der Schweißzone zwischen den beiden Teilen angeordnet ist und aus solchem Material besteht, das Wasserstoffdiffusion quer zur Schweißfläche verhindert.

Diese dünne metallische Zwischenlage kann aus Gold, Gallium, Indium, Thallium, Silber, Nickel, Aluminium, Beryllium, Quecksilber oder aus einer Legierung dieser Metalle sein. Sie kann auch aus mehr als einer Schicht zusammengesetzt sein, wobei mindestens eine korrosionsfest

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ist. Vorzugsweise wird die dünne Zwischenlage vor den eigentlichen Schweißakt auf eines oder beide zu verschweigende Teile aufgebracht. Hierfür können beispielsweise ein Plattierverfahren oder Elektrolyse in Frage.

In diesen Zusammenhang i6t es erwähnenswert, daß ein elektrolytisch aufgebrachter Goldbelag trotz seiner bekannten porösen Struktur die Aufgabe der Wasserstoffbarriere voll erfüllt ·. Offensichtlich wird der Belag während des Explosivschweißens soweit komprimiert, daß die Poren zerdrückt werden und ein homogener Belag entsteht.

Die Erfindung wird nunnehr im einzelnen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in einer teilgeschnittenen Seitenaneicht eine teleskopisch angeordnete Rohr-Rohrverbindung, vorbereitet für den Schweißakt. Ein außen beripptes Rohr 1 (Rippen 7) soll mit einem Rohr 2 verschweißt werden. Hierzu legt man einen elastischen Pufferring 3 außen über die Schweißzone. Dieser Ring überträgt die Stoßwelle, welche von einem Sprengstoff belag if erzeugt wird, auf die Schweißzone. Der Anschluß der Zündschnur an den Belag erfolgt zentral auf eine Vielzahl von Zündstreifen 5, welche an gleichmäßig über den Umfang verteilte Spitzen des Belags if angeklebt sind. Die Homogenität der ringförmigen Stoßwelle wird noch erhöht, indem man in dem Sprengstoffbelag am Fuß der Anschlußspitzen Aussparungen 8 vorsieht.

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In das innere Rohr ist sauber passend ein Amboß 6 eingelassen, der eine Verformung der Gesamt-Geometrie verhindert.

Zwischen den beiden Rohren 1 und 2 ist ein ringförmiger Spalt belassen, dessen Weite zwischen 1 und 10 % des Rohrcurchniessers gewählt ist. In diesem Spalt nimmt während des Schweißvorgangs das äußere Rohr 1 kinetische Energie auf in Richtung auf das Rohr 2. Diese kinetische Energie wird schließlich in. einen Schlag zwischen A den beiden Rohren umgesetzt.

In dem Spalt liegt eine dünne metallische Zwischenlage 10, beispielsweise aus Gold. Diese Zwischenlage wird, ehe die Anordnung gemäß Figur zusaramengesteilt wird, auf die äußere Oberfläche des inneren Rohres 2 elektrolytisch aufgebracht. Die Schicht muß hinreichend dick sein, damit die Barriere während des Schweißens keine Fehlstellen bekommt.

Es ist bekannt, daß das Verbindungsprofil bei dieser Schweißmethode nicht eine gerade Linie ist, vielmehr wellenförmig verläuft. ™ Die Diffueionsbarriere muß sich daher diesen Wellen anpassen können. Für Rohre von etwa 2 cm 0 und einen Spalt von 0,5 mm Breite hat sich eine Goldschichtdicke von Ό,Ι mm als eine wirkungsvolle Barriere erwiesen.

Aber auch mit den anderen obenerwähnten Metallen oder ihren Legierungen wird das der Erfindung zugrunde liegende Ziel erreicht.

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Die Wahl des Barrierematerials kann also im Bahmen dieser Gruppe von Metallen nach den Gesetzen der Kompatibilität mit den anderen .In Betracht zu ziehenden Materialien getroffen werden, wie z.B. den Materialien der Rohre oder des Kühlmittels, welches im Betrieb durch die Rohre fließt. In Einzelfällen mag es auch notwendig sein, eine Sandwich-Zwischenlage aus verschiedenen Materialien zu verwenden: eine Schicht mit Materialien hoher Barrierenqualität kann beispielsweise allseitig von einem Metall umschlossen sein, das sich durch seine Korrosionsfestigkeit auszeichnet*

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Statt des elektrolytischen Verfahrene kann zum Aufbringen der dünnen Zwischenalage auch, insbesondere im Falle eines Sandwiches, Plattieren* Hämmern oder auch eine separate Explosivverschweißung in Frage kommen. Es ist sogar möglich, die Zwischenlage lose in den Spalt einzulegen und die beiden Rohre und die Zwischenlage miteinander durch einen einzigen Explosivschlag zu verschweißen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   l.iVerfahren zum Explosiv-Verschweißen zweier Metallteile, wie z.B. Zirkalloy und Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß die für den ßchweißakt vorbereitete Anordnung eine Sprengetoffschicht über der Schweißzone, eine Zündeinrichtung für diese Schicht, einen elastischen Puffer zwischen der fiprengstoffschlcht und der Schweißsone, die beiden Netallteile mit einem solchen Abstand voneinander, daß die Stoßwellenenergie in Schlagarbeit übersetzbar ist, und schließlich eine dünne metallische Zwischenlage umfaßt, die in der Schweißsone zwischen den beiden Teilen angeordnet ist und aus solchem Material besteht, das Wasserstoff diffusion quer sur Schweißfleche verhindert.

   2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Verwendung von QoId oder einer Goldlegierung für die dünne Zwischenlage·

   3» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennselchnet, daß

   dünne Zwischenlage aus eine« Metall oder einer Legierung von Metallen der Gruppe Gallium, Indium, Thallium, Nickel, Silber Aluminium, Beryllium, Quecksilber besteht.

   **. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Zwischenlage aus mindestens zwei Lagen besteht, von denen mindestens eine korrosionsfest ist«

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   5. Verfahren nach Anspruch 1? dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Zwischenlage vor dem eigentlichen Schweißakt auf eines oder beide Teile aufplattiert wird.

   6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Zwischenlage vor den eigentlichen Schweißakt auf eines oder beide Teile elektrolytisch aufgebracht wird.

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