DE2929832A1

DE2929832A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden von rohren durch reibungsschweissen

Info

Publication number: DE2929832A1
Application number: DE19792929832
Authority: DE
Inventors: Atsuya Kamada; Masaru Kobayashi; Izumi Ochiai; Takao Terabayashi; Yoiti Wakabayashi; Kenichi Waragai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-07-24
Filing date: 1979-07-23
Publication date: 1980-02-21
Also published as: IT1118908B; JPS6222713B2; IT7968523A0; US4331280A; DE2929832C2; JPS5516758A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden eines Rohres aus einem Metall, das einen verhältnismäßig geringen Formänderungswiderstand aufweist, ζ. B. Aluminium, und eines Rohres, das aus einem Metall besteht, das einen verhältnismäßig großen Formänderungswiderstand aufweist, ζ. Β. Kupfer, durch Reibungsschweißen.

Verschiedene Schweißverfahren lassen sich zur Herstellung einer Schweißverbindung von dünnwandigen Rohren einer Wanddicke von 5 mm oder weniger verwenden, wie z. B. das autogene Schweißen, Widerstandsschweißen einschließlich Brennschweißen, Stumpfschweißen und Abbrennschweißen, Hartlöten, Löten usw.. Insbesondere werden das Abbrennschweißen und das ^MDoffisopm"-Verbinden üblicherweise zum Verbinden zweier Metalle angewendet, die eine geringe

030008/0682

Verschweißbarkeit miteinander aufweisen. Diese Verfahren leiden jedoch an niedrigen Produktionseigenschaften.

Ein Schweißverfahren, das üblicherweise als Reibungsschweißen bezeichnet wird, liefert ein wirksames und schnelles Verbinden zweier Rohre. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht geeignet zum Verbinden dünnwandiger Rohre anwenden, die Wanddicken von 5 mm oder weniger bzw. geringe Außendurchmesser, z. B. 2O mm oder weniger, aufweisen, weil solche Rohre gewöhnlich einen niedrigen Formänderungswiderstand aufweisen, so daß sie leicht aufgebaucht oder geknickt werden oder zu einer axialen Fehlausrichtung während des Reibungsschweißens führen.

Wenn nämlich ein dünnwandiges Aluminiumrohr 2 mit einem geringen Formänderungswiderstand durch Reibungsschweißen mit einem dünnwandigen Kupferrohr 1 verbunden wird, wird das Aluminiumrohr 2 bucklig, wie in Fig. 1a dargestellt ist, oder zum Kupferrohr 1 axial fehlausgerichtet, wie in Fig. 1b dargestellt ist, so daß die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigt wird. Es kann leicht vorkommen, daß das dünnwandige Aluminiumrohr 2, das einen niedrigen Formänderungswiderstand hat, durch eine verhältnismäßig niedrige Preßkraft unzulässig verformt wird, wie in Fig. 1c dargestellt ist, so daß man den zum Schweißen erforderlichen Temperaturanstieg nicht erreichen kann. Dabei ist es nicht möglich, eine gute Schweißung zu erhalten.

Aus diesen Gründen muß das Verschweißen von dünnwandigen und geringe Durchmesser aufweisenden Rohren nach den

030008/0662

erwähnten verschiedenen Schweißverfahren zu Lasten eines niedrigen Wirkungsgrades der Schweißarbeit statt durch Reibungsschweißen, das einen wirksamen und raschen Schweißvorgang ermöglicht, durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die es ermöglichen, ein dünnwandiges Rohr aus einem Metall mit einem verhältnismäßig niedrigen Formänderungswiderstand, z. B. Aluminium, mit einem dünnwandigen Rohr eines verhältnismäßig hohen Formänderungswiderstands, z. B. Kupfer oder Eisen, durch Reibungsschweißen, das herkömmlich für diesen Verwendungszweck nicht eingesetzt werden kann, bei hoher Schweißfestigkeit und mit einem minimalen Ausmaß x) zu verbinden, um soweit wie möglich das nachträgliche Ausdrehen der Innenoberfläche zur Entfernung des Grats zu erübrigen.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zum Verbinden eines Aluminiumrohres und eines Kupferrohres durch Reibungsverschweißen untereinander, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte :

Herstellung eines Ringes aus wärmeisolierendem Material mit einer Bohrung, die einen geraden Abschnitt eines geringeren Durchmessers als der Summe des Außendurchmessers des Kupferrohres und der doppelten Wanddicke des Aluminiumrohres und einen daran stetig anschließenden abgeschrägten Abschnitt mit einem allmählich abnehmenden Durchmesser aufweist;

+)an innerem Grat

030008/0662

Einführung des Endes des Aluminiumrohres in die Bohrung und Halterung des Aluminiumrohres durch den Ring;

Drehung des Kupferrohres mit einer abgeschrägten Umfangsendfläche und Drücken des drehenden Kupferrohres (1) gegen das Ende des Aluminiumrohres unter Aufweitung des Aluminiumrohres und Bewirkung eines Walzens am Aluminiumrohr durch den geraden Abschnitt des Ringes zwecks Überlagerung des geraden Teils des Kupferrohres durch das Aluminiumrohr in engem Kontakt mit diesem geraden Teil und gleichzeitig Reibungsverschweißung der abgeschrägten Umfangsendfläche des Kupferrohres mit dem entsprechenden Teil des Aluminiumrohres bei Gegenhalterung des Aluminiumrohres durch den abgeschrägten Abschnitt der Bohrung des Ringes.

Erfindungsgemäß hat also das eine der zu verschweißenden Rohre, das aus einem relativ harten Metall, wie z. B. Kupfer oder Eisen, besteht und einen verhältnismäßig hohen Formänderungswiderstand aufweist, eine abgeschrägte Umfangsflache an seinem einen Ende. Das Rohr aus dem härteren Metall wird von einem Spannfutter eingeklemmt, das man mit hoher Drehzahl drehen läßt.

Andererseits wird das andere zu verschweißende Rohr, das aus einem verhältnismäßig weichen Material, wie z. B. Aluminium,besteht und einen verhältnismäßig geringen Formänderungswiderstand aufweist, in eine Bohrung eines Ringes eingesetzt ,der aus wärmeisolierendem Material besteht. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der innere Durchmesser der Bohrung des geraden Abschnitts der Bohrung

030008/0662

des Ringes im Bereich zwischen (d_ß + t ) und (d + 1,6 t gewählt wird, worin d_R und t_A den äußeren Durchmesser des härteren Rohres bzw. die Wanddicke des weicheren Rohres bedeuten, und daß die abgeschrägte Oberfläche des Ringes zur Horizontalen einen Winkel bildet, der in den Bereich zwischen 8 und 3O° fällt.

Zum Verschweißen wird das weiche Rohr dann gegen das abgeschrägte Ende des härteren Rohres gedrückt, während das letztere gedreht wird. Als Ergebnis wird das abgeschrägte Ende des härteren Rohres in das weiche Rohr getrieben, so daß das letztere aufgeweitet und gleichzeitig vom geraden Abschnitt der Bohrung unter Wärmeerzeugung und damit Vorheizung des Verbindungsbereichs "gebügelt" oder gewalzt wird. Dann wird das weiche Rohr zwischen dem abgeschrägten Ende des härteren Rohres und dem abgeschrägten Abschnitt des Ringes so gepreßt, daß das abgeschrägte Ende des härteren Rohres mit dem entsprechenden Teil des weichen Rohres reibungsverschweißt wird, während das letztere durch den abgeshrägten Abschnitt der Bohrung abgestützt wird.

Schließlich wird das rotierende Rohr abrupt angehalten, und die reibungsgeschweißte Verbindung wird aus dem wärmeisolierenden Ring herausbewegt und durch die Umgebungsluft abgekühlt, so daß das Reibungsschweißen vervollständigt wird.

Wie oben erläutert, hat erfindungsgemäß das harte Rohr eine abgeschrägte Endfläche, mit der es in das weiche Rohr zwecks dessen Aufweitung eingetrieben wird. Dadurch ist es möglich, die Rohre während des Reibungsschweißens in

030008/0662

gegenseitiger axialer Ausrichtung zu halten.

Außerdem wird ein Ring mit einer höheren Festigkeit als der wenigstens des weichen Rohres und mit einer abgeschrägten Bohrung verwendet, um es zu ermöglichen, eine erhebliche axiale Druckkraft auf die Verbindungsflächen einwirken zu lassen.

Weiter besteht, um einen raschen Temperaturanstieg an den Verbindungsflächen zu erreichen, der Ring aus einem wärmeisolierenden Material.

Auch erhält man, da die Endfläche des härteren Rohres abgeschrägt ist, eine große Verbindungsfläche, die etwa . dreimal so groß wie die ursprüngliche Verbindungsfläche ist, so daß es möglich ist, dünnwandige Rohre zu verbinden, die an sich kleine Verbindungsflächen aufweisen.

Der gerade Abschnitt der Bohrung des Wärmeisolierenden Ringes, der einen geringeren Durchmesser als die Summe (d_ +2t.) des Außendurchmessers d_ß des härteren Rohres und der zweifachen Wanddicke t des weichen Rohres aufweist, liefert

geeignet einen Walzeffekt von etwa 20 % der Wanddicke am weichen Rohr. Die während dieses Walzens erzeugte Wärme heizt wirksam die Verbindungsflächen vor, was seinerseits einen Temperaturanstieg in einer kurzen Zeitdauer liefert, wenn die abgeschrägten Flächen miteinander reibungsverschweißt

werden.

Außerdem schließt die Erfindung verschiedene Fehler, wie z. B. eine unerwünschte Verdünnung des abgeschrägten Teils des verschweißten weichen Rohres, einen Verschluß des Rohres

030008/0662

infolge eines zu weiten Eindringens des härteren Rohres in das weiche Rohr usw. aus. Auch sichert die Erfindung eine größere Festigkeit der Schweißverbindung aufgrund der Anwesenheit des geraden Abschnitts.

Außer dem bereits zitierten Verfahren ist Gegenstand der Erfindung die im Patentanspruch 3 gekennzeichnete und in den Patentansprüchen 4 bis 8 weiter ausgestaltete Vorrichtung.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1a, 1b und 1c die schon erläuterten verschiedenen Erscheinungen, die man beobachtet, wenn ein Aluminiumrohr mit einem Kupferrohr nach einem herkömmlichen Reibungsschweißverfahren verbunden wird;

Fig. 2 einen schematischen Grundriß einer Reibungsschweißvorrichtung mit einem Aufbau gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Rohrhalters der in Fig. 2jHargesteilten Vorrichtung, der zum Halten des stationären der beiden zu verschweißenden Rohre eingerichtet ist;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Endes des drehbaren der zu verschweißenden Rohre;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines wärmeisolierenden Ringes;

030008/0662

Fig. 6 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Zustandes, in dem das zu verschweißende stationäre Rohr durch das zu verschweißende drehbare Rohr innerhalb des wärmeisolierenden Ringes allmählich gewalzt und aufgeweitet wird; und

Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Reibungsschweißverfahren hergestellten Rohrverbindung.

Fig. 2 zeigt, wie angegeben, einen Grundriß einer nach einer Ausführungsart der Erfindung aufgebauten Reibungsschweißvorrichtung. Die Vorrichtung hat einen allgemein mit 40 bezeichneten drehbaren Teil und einen allgemein mit 50 bezeichneten stationären Teil. Zunächst soll der drehbare Teil 40 beschrieben werden.

Man erkennt ein zu verschweißendes Rohr 1 aus einem verhältnismäßig harten Metall, das in diesem Fall Kupfer ist. Das Rohr 1 hat ein Ende mit einer unter einem Winkel oC zur Achse des Rohres 1 abgeschrägten ümfangsfläche, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Dank der Vorsehung der abgeschrägten Endfläche ist es möglich, das drehbare Rohr 1 glatt und stoßfrei In ein nachher erwähntes stationäres Rohr 2 einzuführen, auch wenn diese Rohre gleiche Durchmesser aufweisen, so daß die unerwünschte axiale Fehlausrichtung dieser Rohre geeignet vermieden wird. Eine nähere Beschreibung dieses vorteilhaften Merkmals wird später gegeben.

Ein zum Erfassen und Halten des Kupferrohres 1 geeignetes Bohrfutter 3 wird auf seiner Welle 5 durch ein Trag lager

030008/0662

gehalten. Man erkennt weiter eine Ausrückkupplung /Brems-Einheit 6, die mit der Welle 5 über eine Kupplung 7 verbunden ist. Die Ausrückkupplung/Brems-Einheit 6 hat eine daran angebrachte Riemenscheibe 8. Es ist weiter ein Motor 9 mit einem fest daran angebrachten Untersetzungsgetriebe 10 dargestellt. Ein V-Riemen ist zwischen der erwähnten Riemenscheibe 8 und einer an der Motorwelle angebrachten Riemenscheibe 11 gespannt.

Im Rahmendes stationären Teils 50 ist das zu verschweißende, bereits erwähnte stationäre Rohr 2 zur Halterung durch einen Rohrhalter 13 eingerichtet. Der Rohrhalter 13 wird unter besonderer Bezugnahme auf Fig. später beschrieben. Der Rohrhalter 13 ist zum Klemmen mittels eines Vorderendfutters 14 geeignet, das zur Befestigung mittels eines Futterhalters 15 eingerichtet ist. Der Futterhalter 15 ist an seiner Unterseite mit zwei (nicht dargestellten) Lagern versehen, die zum gleitenden Aufliegen auf den Schienen 16, 17 eingerichtet sind, so daß der Futterhalter 15, in Fig. 2 gesehen, nach links und rechts beweglich ist.

Ein pneumaticher Zylinder 18 weist eine Kolbenstange auf, die am Futterhalter 15 befestigt ist.

Gemäß Fig. 3, die die Einzelheit^eiäes Rohrhalters 13 zeigt, hat das zu verschweißende, bereits erwähnte stationäre Rohr 2 den gleichen Außendurchmesser wie das drehbare Rohr 1 und besteht aus einem weichen Metall,

030008/0662

das in diesem Fall Aluminium ist. Ein aus einem wärmeisolierenden Material hergestellter Ring 20 ist zum Paßsitz um das Ende des Rohres 2 eingerichtet und mit einer abgeschrägten inneren Oberfläche versehen, wie Fig.5 zeigt. Die Abmessung des größeren Innendurchmessers d.. des Ringes 20 ist so gewählt, daß ein Auswalzen von 20 bis 50 % der Wanddicke t des Rohres 2 am letzteren bewiekt wird, wenn das Rohr 2 durch das Rohr 1 aufgeweitet wird. So wird die Abmessung d. durch die folgende Gleichung wiedergegeben.

d₁ = d_ß + (O_;5 bis 0,8) χ 2 t_A = d_ß + 1 bis 1,6)x t_A

Auch wird die Abmessung des kleineren Durchmessers d„ der Bohrung des Ringes 20 so gewählt, daß er im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser d des Rohres 2 ist, um das Einschieben des letzteren zu ermöglichen. Und zwar wird die Abmessung d~ so gewählt, daß sie der Gleichung genügt:

d₂ = d_A + 0,05

Da durch die Walzkraft am geraden Abschnitt ein Vorheizeffekt geliefert wird, ist es möglich, eine gute Schweißung zu erhalten, ohne den Kontaktdruck an den Verbindungsflächen in der zur Oberfläche senkrechten Richung wesentlich zu steigern. Außerdem wird erfindungsgemäß die Bindefestigkeit durch eine Vergrößerung der Verbindungsfläche gesteigert. Hierfür wird der Winkel ß der Abschrägung<3er Bohrung des Ringes zur Ringachse vorzugsweise so gewählt, daß er in den Bereich z_wischen 8 und 3O° fällt. So wird der Winkel ß in Beziehung zum Abschrägungswinkelc' des Rohres 1 gewählt,

030008/0662

um der folgenden Gleichung zu genügen:

£ * β ^ 30°

Das Material des Ringes 20 muß eine ausreichend hohe Wärmeisoliereigenschaft und eine hölfre Festigkeit als die von Kupfer aufweisen. Beispielsweise kann Asbest-"hemit", das im Handel zu verhältnismäßig niedrigen Kosten erhältlich ist, als Material für den Ring 20 verwendet werden. Jedoch werden vorzugsweise keramische Stoffe als Material des Ringes 20 verwendet, obwohl sie teurer sind.

Man erkennt in Fig. 3 ein Doppelkonusfutter 21, das zum Paßsitz um das Rohr 2 aneignet ist. Weiter sind eine Spanneinrichtung 22 zum Festziehen des Futters 21 und eine Spanneinrichtung 23 zur Gegenhaiterung des Futters 21 dargestellt.

Zur Befestigung des Rohres 2 wird dieses in das Futter 21 eingeführt, und die Spanneinrichtung 22 wird gegen die spanneinrichtung 23 festgezogen.

Als Ergebnis wird die (nicht dargestellte) Spalte oder Kerbung des Futters 21 verengt, so daß das Futter 21 das Rohr 2 festklemmt. Der wärmeisolierende Ring 20 wird eingesetzt und festgelegt, wenn ein Ringhalter 25 festgezogen wird.

Der drehbare Teil 40 und der stationäre Teil 50 der Vorrichtung sind so eingerichtet und angeordnet, daß die Rohre 1 und 2 zueinander axial ausgerichtet werden. Es ist auch wesentlich, daß, wenn Rohre aus unterschiedlichem

030008/0662

Material mit verschiedenen Formänderungswiderständen verschweißt werden, das Rohr mit dem niedrigeren Formänderungswiderstand an der stationären Seite der Vorrichtung angebracht wird. Um beispielsweise ein Aluminiumrohr und ein Kupferrohr miteinander zu verbinden, werden das Kupferrohr und das Aluminiumrohr am drehbaren bzw. am stationären Teil angebracht.

Im Betrieb wird, wenn der Motor 9 in Gang gesetzt wird, das Drehmoment des Motors 9 durch das Untersetzungsgetriebe 10, die Riemenscheibe 11 und den V-Riemen 12 auf die Riemenscheibe 8 und weiter durch die Ausrückkupplung/ Brems-Einheit und die Welle 5 auf das Bohrfutter 3 übertragen, so daß das Rohr 1 in Drehung versetzt wird. Inzwischen wird, wenn Druckluft von einer (nicht dargestellten) Druckquelle dem pneumatischen Zylinder 18 zugeführt wird, die Kolbenstange ausgefahren, um den Futterhalter 15 längs der Schienen 16, zu bewegen und dadurch das am Rohrhalter 13 angebrachte Rohr gegen das Rohr 1 auf der drehenden Seite der Vorrichtung zu drücken.

Da die Umfangsflache des Endes des Rohres 1, wie erwähnt, abgeschrägt ist, wird das Rohr 1 in das Rohr 2 getrieben, obwohl sie einen gleichen Außendurchmesser aufweisen. In diesem Zustand wird das Rohr 2 aufgeweitet, wobei es zwischen den abgeschrägten Oberflächen des Rohres 1 und des wärmeisolierenden Ringes 20 eingefaßt ist. Während dieses Vorganges wird das Rohr 2 durch den geraden Abschnitt der inneren Bohrung d.. des wärmeisolierenden Ringes 20 und auch durch das Rohr 1 unter Wärmeerzeugung gewalzt und gestreckt. Diese Wärme wird nicht nach außen abgestrahlt,

030008/0662

da der Ring 20 aus dem wärmeisolierenden Material besteht, und so wirksam zur Vorheizung der Rohre ausgenutzt. Demgemäß wird ein abrupter Temperaturanstieg verursacht, wenn die abgeschrägten Flächen in gegenseitigen Reibungseingriff kommen, und die Grenzflächen werden in einer kurzen Zeitdauer geschmolzen. In diesem Stadium wird die Ausrückkupplung/Brems-Einheit betätigt, um plötzlich die Drehung des Rohres 1 zu beenden, und bei Aufrechterhaltung des Kontaktdrucks wird die Doppelkonusfutter-Spanneinrichtung 22 gelöst. Dann wird der wärmeisolierende Ring 20, in Fig. 2 gesehen, nach rechts bewegt, um eine Abkühlung der Verbindungsfläche durch die Umgebungsluft zu ermöglichen und dadurch die Verschweißung der Rohre 1 und 2 miteinander zu vollenden.

Fig. 7 zeigt schematisch im Schnitt die Schweißverbindung, wie sie nach der oben erläuterten Arbeitsweise der Reibungsschweißvorrichtung gemäß der Erfindung erhalten wird, wobei eine Schmelzschicht mit 26 bezeichnet ist.

Zwei Beispiele einer Reibungsschweißung der dünnwandigen Rohre aus Kupfer und Aluminium, wie sie mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung erhalten wurden, werden im folgenden gegeben.

Die Tabelle 1 zeigt die Hauptdaten für die Reibungsschweißungen. In jedem Fall wurden zwei Rohre 4/s reibungsverschweißt, und die Luftabkühlperiode nach dem Anhalten des drehbaren Rohres (Kupferrohres) war 5Js.

030008/0662

φ

Pl

0)

O
H-

CT

H-

•

H
3

Ver

«

Tabelle 1 Hauptdaten für die

Drehendes

Abmessung

Re ibungs s chwe i ßung

Druckbelastung

I

Ο>

σ

Ω

Φ

N

φ

such

Rohr

des Ringes

des stehenden

α
3

φ
Η"
H*

3"

W

ί

O

No.

Abschrä-

ä- d₀ ß 1

Rohres P

Φ

Φ
H-

H-
Φ

■
O

OB

I

O
3*

gungswinkel

[siehe Pig·

Preßaeschwindia-
keit V

P*

13»

3

«a

Φ

wenn

φ

H-
CB

ca

α«

(B

0»

H-

rf

•i
er
μ»

Ω

1

η

H*

Abmessung des

(I₂ -~8,0 5 mm Φ

Drehzahl

P — 230 A:y

3

3«

φ

Η·

. 1

Rohres

Ot-IO⁶

β -20^β

des Rohres

V «= 4 inm/n

Φ

α

Pl
Hi

φ

H

€

L =5mm

ro

C

rt
Φ

H

ro

Pl

»

3

H

C

Ω.

Kupfer:

CD

m
H

H-

0)
Φ

der

Ο·

Ml
H-
Φ

Außendurchmesser

cd, --^7,3 in m^

3*000 U/min

OO

Φ

3"

3

ω

«α
φ

0.
I »

Φ

2

8 mm
Wanddicke 1 mm

(Ϊ --= 10°

d, -.6,41,11..*

Aluminium:

P ■■» 230 kg

CO

H-
O
φ

tile:

η

ο

H

Φ
α

H-

Aluminium: ebenso

β -20°
L ~ 5 m in

Stationär

V - 4._nm/.

CJ
O

&

sr
"N*

H-
3
α

φ
H

fr

Η
Ω

3

O

tr

0,

Η·
3

hai

H
Cb

Φ

ca
ω

O

ο
tr

a«
α»

α

ten

Φ
3

3

Ω

Kupfer:

Λ
σ

H-

φ
11

φ

bei<

Φ

Außendurchmesser
6,35 mm

3,000 U/min

H
ο

φ
co

Ρ»

3

ti
Φ
H

H- ■

Wanddicke 0,8 mm
Aluminium: ebenso

Aluminium:
Stationär

Cl

X"

ό

D"
φ
Η·

ρ»

DJ
C
3

Hi

H*

Ht
Φ

ja

S.

Φ
01
**.

I
Μ·

Φ

r-Alufl

ο
3*
(-j

CB
H⁴
Η
Ω

:igk

j.—
CD
Φ

(O

Η·

φ
(U

φ
H-
ft
ίί
A

rbindi

auf

3

C
Hi

W
H-

3

gefühi

H-

3

ι«

rt

i

S-

H-

>

m

der

Tabelle 2 Eigenschaften der Rohrschweißverbindung

Ver such No.-	Zug festig keit	Bruch punkt Alumiriura- matrix	Druckfestigkeit (400 N/cm^n. Kein Leck	Maximaldicke der geschmolzenen Ver bindung etwa 8 .um
1	200C _N	Alumirtuin- malrix	Kein Leck	etwa 10 ,um
2	16OON

Besonders, da der Vorheizeffekt durch ein am Aluminiumrohr mittels des geraden Teils bewirktes Walzen erhalten wird, ist es möglich, die Temperatur an den abgeschrägten Verbindungsflächen abrupt zu steigern. Als Ergebnis ist es möglich, eine gute Verschweißung in einer, Reibungszeit zu erhalten, die so kurz wie 2 bis φ _ist, _wie angegeben wurde. Auch wird die unerwünschte »Verdünnung des in Fig. 7 mit 27 bezeichneten abgeschrägten Tellsn die die Form und die Eigenschaften der Schweißverbindung beeinträchtigt, ziemlich vermieden. Weiter wird die Einführungstiefe des Kupferrohres in das Aluminiumrohr sehr gering gehalten, um den Durchmesser di auf einem Niveau von di > 0,7 do zu halten und dadurch die Notwendigkeit eines anschließenden Ausdrehens der inneren Umfangsflache der Schweißverbindung zu erübrigen.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das stationäre Rohr in Druckkontakt mit dem drehenden Rohr bewegt.

030008/0662

Dies ist jedoch nicht ausschließlich erforderlich, und die Anordnung kann derart sein, daß das drehende Rohr gegen das stationäre Rohr bewegt und gedrückt wird.

Es ist auch möglich, das Reibungsschweißen durch Rotieren des Rohres mit hoher Geschwindigkeit vorzunehmen, um das der wärmeisolierende Ring angebracht ist, während* das abgeschrägte Rohr stationär gehalten wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, bietet die Erfindung folgende Vorteile.

Herkömmlich war es unmöglich, durch Reibun gsschweißung zwei Rohre zu verbinden, die sich aufgrund geringer Dicke oder Durchmesser leicht verformen, besonders wenn diese Rohre aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die eine schlechte gegenseitige Verschweißbarkeit zeigen, z. B. ein Kupferrohr und ein Aluminiumrohr. Dagegen ist es erfindungsgemäß möglich, diese Rohre durch Reibungsschweißen in sehr kurzer Zeit zu verbinden, die einschließlich der Reibungszeit und der Abkühlungszeit 1cfe oder kürzer ist.

Es ist auch festzustellen, daß der Betrag des Vorragens des Schweißteils an der Innenumfangsflache der Schweißverbindung verringert ist und die Notwendigkeit des nachfolgenden Ausdrehens der Innenumfangsfläche der Schweißverbindung erübrigt, was seinerseits sehr zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Verfahrens beiträgt.

030008/0662

Claims

Ansprüche

1t Verfahren zum Verbinden eines Aluminiumrohres und eines Kupferrohres durch Reibungsverschweißen untereinander, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

Herstellung eines Ringes (20) aus wärmeisolierendem Material mit einer Bohrung, die einen geraden Abschnitt eines geringeren Durchmessers (d..) als der Summe des Außendurchmessers (d_) des Kupferrohres (1) und der doppelten Wanddicke (t ) des Aluminiumrohres (2) und einen daran stetig anschließenden abgeschrägten Abschnitt mit einem allmählich abnehmenden Durchmesser aufweist;

Einführung des Endes des Aluminiumrohres (2) in die Bohrung und Halterung des Aluminiumrohres (2) durch den Ring (20);

Drehung des Kupferrohres (1) mit einer abgeschrägten Umfangsendfläche und Drücken des drehenden Kupferrohres (1) gegen das Ende des Aluminiumrohres (2) unter Aufweitung des Aluminiumrohres (2) und Bewirkung eines Walzens am Aluminiumrohr (2) durch den geraden Abschnitt des Ringes (20) zwecks überlagerung des geraden Teils des Kupferrohres (1) durch das Aluminiumrohr (2) in engem Kontakt mit diesem geraden Teil und gleichzeitig Reibungsverschweißung der abgeschrägten Umfangsendfläche des Kupferrohres (1) mit dem entsprechenden Teil des Aluminiumrohres (2) bei Gegenhalterung des Aluminiumrohres (2) durch den abgeschrägten Abschnitt der Bohrung des Ringes (20).

81-(A4OO8-O2)TF

030008/0662
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,daß der innere Durchmesser (d.) der Bohrung des geraden Abschnitts der Bohrung des Ringes (20) im Bereich zwischen (d_ + t_A) und (d_. + 1,6 t_Ä) gewählt wird, worin d_D und tL den äußeren Durchmesser des Kupferrohres (1) bzw. die Wanddicke des Aluminiumrohres (2) bedeuten, und daß die abgeschrägte Oberfläche des Ringes (20) zur Horizontalen einen Winkel (ß) bildet, der in den Bereich zwischen

8 und 30° fällt.
3. Vorrichtung zum Verbinden zweier Rohre durch Reibungsschweißung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:

(a) eine Drehantriebsquelle (9);

(b) ein erstes drehbares Futter (3), das funktionsmäßig mit der Drehantriebsquelle(9) verbunden ist und das erste Rohr (1) hält;

(c) ein zweites Futter (14), das zum derartigen Halten eines zweiten Rohres (2) geeignet ist, daß das erste Rohr (1) und das zweite Rohr (2) an ihren Enden einander in axialer Ausrichtung gegenüberstehen;

(d) einen Ring (20), der eine Bohrung aufweist, die zum Passen um das erste Rohr (1) oder das zweite Rohr (2) im Kontakt mit dem letzteren geeignet ist, und einheitlich an dem ersten Futter (3) oder dem zweiten Futter (14) befestigt ist; und

(e) Mittel (15 - 19) zur Bewegung eines der beiden ν Futter (3, 14) relativ zum anderen und zum Bringen der Rohre (1, 2) in Druck- und Reibungskontakt an ihren gegenüberstehenden Enden.

030008/0682
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des Ringes (20) einen abgeschrägten Abschnitt aufweist und daß die Umfangsflache des

Endes des ersten Rohres (1) oder des zweiten Rohres (2), das dem abgeschrägten Abschnitt der Bohrung gegenübersteht, entsprechend abgeschrägt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des Ringes (20) einen geraden Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser (d..) geringer als die Summe des Außendurchmessers (d_ bzw. d_ft) des ersten Rohres (1) oder des zweiten Rohres (2) und der doppelten Wanddicke (t_ft) des zweiten Rohres (2) oder des ersten Rohres (1) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (20) aus wärmeisolierendem Material, wie z. B. Asbestschaum oder Keramik, besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Ausrückkupplung (6) aufweist, die zwischen der Drehantriebsquelle (9) und dem ersten Futter (3) eingeschaltet ist und sich zum abrupten Anhalten der Drehung des ersten Futters (3) eignet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Futter (14) zum Stationärhalten eingerichtet ist.

030008/0682