DE2031044A1 - Process for the tight connection of copper and light metal pipes - Google Patents

Description

19. Juni 1970June 19, 1970

GtS4-Go/Og - INT 132 -GtS4-Go / Og - INT 132 -

INTERATOMINTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH Bensberg b/KölnInternationale Atomreaktorbau GmbH Bensberg b / Cologne

Verfahren zur dichten Verbindung von Kupfer- und LeichtmetallrohrenProcess for the tight connection of copper and light metal pipes

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur dichten Verbindung von Kupfer- und Leichtmetallrohren. Im Apparatebau haben Bauteile aus Leichtmetall gegenüber solchen aus Kupfer erhebliche Vorteile in bezug auf Gewicht und Preis. Andrerseits haben insbesondere kleine Rohrleitungen aus Kupfer den Vorteil, daß sie leichter montiert und auch einfacher und sicherer mit anderen Kupferleitungen oder Armatu- Λ ren verlötet werden können. Daher ist es ein bekanntes Problem, beispielsweise beim Bau von Wärmetauschern für Kühlschränke oder in der Vakuumtechnik,Zwischenstücke herzustellen, die auf der einen Seite ein Leichtmetallrohr aufweisen, das mit einem Leichtmetallwärmetauscher verschweißt werden kann und die auf der anderen Seite ein Kupferrohr aufweisen, das mit anderen Kupferrohren verlötet werden kann. Eine direkte Verbindung von Kupfer- und Leichtmetall läßt sich mit üblichenThe present invention relates to a method for the tight connection of copper and light metal pipes. In apparatus engineering, components made of light metal have considerable advantages over those made of copper in terms of weight and price. On the other hand have especially small pipes made of copper has the advantage that it easier to mount and easier and safer reindeer with other copper lines or Armatu- Λ can be soldered. It is therefore a known problem, for example in the construction of heat exchangers for refrigerators or in vacuum technology, to produce intermediate pieces that have a light metal pipe on one side that can be welded to a light metal heat exchanger and on the other hand have a copper pipe that is connected to other copper pipes can be soldered. A direct connection of copper and light metal can be made with the usual

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Schweißverfahren infolge der Bildung spröder intermetallischer Zwischenschichten nicht einwandfrei herstellen (siehe Zeitschrift "Metallkunde", Band 57, Heft 7, Seite 509 , letzte Zeile).The welding process cannot be carried out properly due to the formation of brittle intermetallic intermediate layers (see "Metallkunde" magazine, Volume 57, Issue 7, Page 509, last line).

In der US-Patentschrift 28 23 933 wird vorgeschlagen, ein Bi-Metallübergangsstück zu verwenden, das aus einem Aluminiumteil und einem Teil aus leichtlötbarem Hetall, z.B. aus Kupfer, besteht. Dieses Teil wird auf dem einen Ende mit dem aufgeweiteten rinde eines anschließenden Kupferrohres hart verlötet. Am anderen Ende wird das Übergangsstück in ein anschließendes, ebenfalls aufgeweitetes , Aluminiumrohr eingeschoben und mit diesem durch Lichtbogenschweißung verbunden. Selbst wenn das hier verwendete Bi-Metall-übergangsstück in großen Längen billig und absolut dicht hergestellt werden kann, so muß es doch an einem Ende sorgfältig bearbeitet werden, um das äußere Aluminiumrohr von dem inneren Kupferrohr zu trennen. Außerdem entstehen hier auf der Mediumseite feine Ringspalte, die in einigen Fällen unerwünschte Ablagerungen oder Korrosionen und bei Vakuumanlagen schlecht evakuierbare Spalte verursachen können.In US Patent 28 23 933 it is proposed to use a bi-metal transition piece that consists of a Aluminum part and a part made of easily solderable metal, e.g. made of copper. This part is on one end with the flared bark of an adjoining one Brazed copper pipe. At the other end, the transition piece becomes an adjoining, likewise widened one , Aluminum tube inserted and connected to this by arc welding. Even if this was used here Bi-metal transition piece in long lengths cheap and can be made absolutely tight, it must be carefully worked at one end to make the outer one Separate the aluminum tube from the inner copper tube. aside from that Fine annular gaps are created here on the medium side, which in some cases contain undesirable deposits or Can cause corrosion and gaps that are difficult to evacuate in vacuum systems.

Alle Lot- und Schweißverfahren zwischen Kupfer- und Leichtmetall werden erschwert durch die sehr unterschiedlichen Schmelzpunkte dieser beiden Metalle. Beim direkten Kontakt bildet sich eine spröde, grob kristalline Übergangszone aus , die schwingungs- und schlagempfindlich ist.All soldering and welding processes between copper and light metal are made more difficult by the very different melting points of these two metals. With direct contact a brittle, coarsely crystalline transition zone forms, which is sensitive to vibration and impact.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur weitgehend automatischen und absolut dichten Verbindung von Kupfer- und Leichtmetallrohren, dieThe object of the present invention is a method and a device for the largely automatic and absolutely tight connection of copper and light metal pipes, the

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gegen Verbiegungen und Schwingungen unempfindlich ist und die bei der Montage in großen Stückzahlen und ohne Schutzgasatmosphäre sowie ohne Zwischenstücke oder Einlagen im Rohr anwendbar ist.is insensitive to bending and vibrations And when assembling in large numbers and without a protective gas atmosphere and without spacers or inserts is applicable in the pipe.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das folgende Verfahren vorgeschlagen:To solve this problem, the following method is proposed according to the invention:

Zunächst wird das Leichtmetallrohr abgekühlt und in das Kupferrohr, das Raumtemperatur besitzt, oder leicht erwärmt ist, eingeführt. Bei entsprechender Bemessung der Innen- und Außendurchmesser der beiden Rohre wird in an sich bekannter Weise das Kupferrohr auf das Aluminiumrohr aufgeschrumpft. Diese an sich bekannte Verbindung ist gegen statische und dynamische Belastung weitgehend unempfindlich, aber nicht unbedingt heliumdicht. Danach wird die Verbindung ringförmig und auf einem Teil der ineinandergesteckten Länge schnell und exakt einstellbar erhitzt bis zur Bildung eines Cu-Al-Eutektikums von begrenzter Schichtstärke. Diese Verbindung ist absolut dicht und durch die überlagerte Schrumpfspannung weitgehend unempfindlich gegenüber dynamischen Belastungen. Die dichte, ringförmige Zone kann in Achsenrichtung betrachtet sehr kurz sein. Damit entweder auf einer Seite der dichten Verbindung oder auch auf beiden Seiten der dichten Verbindung eine genügend lange Schrumpfzone zurückbleibt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, auf einer oder auch auf beiden Seiten der zur Bildung eines Cu-Al-Eutektikums erhitzten ringförmigen Zone die zu verbindenden Rohre zu kühlen.First, the light metal tube is cooled down and inserted into the Copper pipe, which has room temperature or is slightly warmed, introduced. With appropriate dimensioning of the The inner and outer diameter of the two tubes is the copper tube onto the aluminum tube in a manner known per se shrunk. This connection, known per se, is largely insensitive to static and dynamic loads, but not necessarily helium-tight. After that, the connection becomes ring-shaped and on part of the nested Quickly and precisely adjustable length heated up to the formation of a Cu-Al eutectic of limited Layer thickness. This connection is absolutely tight and largely insensitive due to the superimposed shrinkage stress against dynamic loads. The dense, ring-shaped zone, viewed in the axial direction, can be very large be short. So either on one side of the tight connection or on both sides of the tight connection a sufficiently long shrink zone remains, according to the invention suggested on one or both Sides of the heated to form a Cu-Al eutectic annular zone to cool the pipes to be connected.

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß während der Erhitzung ein Metallring von hoher Warmfestigkeit,It is also proposed according to the invention that during a metal ring with high heat resistance when heated,

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beispielsweise aus Molybdän, über die zu verbindenden Rohre geschoben wird, der in Achsrichtung betrachtet nur auf einem begrenzten Teil der äußeren Rohrwand anliegt und der außen eine Hochfrequenz-Induktionsspule trägt, deren Energie durch Induktion auf den Metallring und von dem Metallring durch Wärmeleitung auf die zu verbindenden Rohre übertragen wird. Durch Wahl einer geeigneten Frequenz läßt sich die Eindringtiefe der Induktionswärme in den Metallring begrenzen, so daß in an sich geringer Entfernung von der Induktionsspule und nur durch einen Luftspalt von dem Metallring getrennt, eine wassergekühlte Metallmanschette angebracht werden kann, die nicht durch Induktionswärme erhitzt wird.For example, made of molybdenum, is pushed over the pipes to be connected, viewed in the axial direction only rests on a limited part of the outer pipe wall and the outside a high-frequency induction coil carries whose energy by induction on the metal ring and from the metal ring by conduction to the connecting pipes is transmitted. By choosing a suitable frequency, the penetration depth of the Limit induction heat in the metal ring, so that in itself a short distance from the induction coil and Separated from the metal ring only by an air gap, a water-cooled metal sleeve can be attached that is not heated by induction heat.

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Claims (3)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur weitgehend automatischen und dichten Verbindung von Kupfer- und Leichtmetallrohren, dadurch gekennzeichnet,1. Process for the largely automatic and tight connection of copper and light metal pipes, characterized, daß das Leichtmetallrohr abgekühlt wird und in das Kupferrohr eingeführt wird und auf einem Teil der in- · einandergesteckten Länge schnell und exakt einstellbar bis zur Bildung eines Cu-Al-Eutektikums von begrenzter Schichtstärke erhitzt wird.that the light metal pipe is cooled and inserted into the copper pipe and on part of the in- length plugged together quickly and precisely adjustable up to the formation of a Cu-Al eutectic of limited Layer thickness is heated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .2. The method according to claim 1, characterized in that. daß auf einer oder auf beiden Seiten der zur Bildung eines Cu-Al-Eutektikums erhitzten ringförmigen Zone die zu verbindenden Rohre gekühlt werden.that on one or both sides of the for education a Cu-Al eutectic heated annular zone the pipes to be connected are cooled. 3. Verfahren nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 1 und 2, ·3. The method according to claim 2 or according to claim 1 and 2, · dadurch gekennzeichnet,characterized, daß zur Erhitzung der Rohrverbindung ein Metallring von hoher Warmfestigkeit und geringer Ausdehnung über die zu verbindenden Rohre geschoben wird, der in Achsrichtung betrachtet nur auf einem begrenzten Teil auf der äußeren Rohrwand anliegt und der eine Hochfrequenz-Induktionsspule trägt, deren Wärme durch Induktion auf den Metallring und durch Wärmeleitung von dem Metallring auf die zu verbindenden Rohre übertragen wird.that for heating the pipe connection a metal ring of high heat resistance and low expansion over the to connecting pipes is pushed, viewed in the axial direction only on a limited part on the outer Pipe wall and which carries a high-frequency induction coil, whose heat by induction on the metal ring and is transferred by conduction from the metal ring to the pipes to be connected. 10 985 3/08 8310 985 3/08 83