DE3021862C2 - Arrangement for fastening a metal pipe in a bore of a metal plate with a metallurgical bond by progressive detonation of explosives - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Befestigen eines Metallrohres in einer Bohrung einer Metallplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement for fastening a metal pipe in a bore of a Metal plate according to the preamble of claim 1.

Die schwachen Stellen cer Wärmetauscher sind bekanntlich die Bindungen der Rohre in dem Metallplatten. Die Fortschritte beim expk ;iven Einschweißen von Rohren in Metallplatten haben viele bisherigen Probieme erfolgreich gelöst Diesen Rohrschweißverfahren gemeinsam ist die im Rohrinneren befindliche Sprengladung, die das Rohr expandiert und gegen die Bohrung der Metallplatte beschleunigt Schwierig ist aber immer noch die Herstellung von Wärmetauschern mit kleinen Stegbreiten zwischen den Bohrungen sowohl in einer sehr dünnen, wie auch in einer sehr dicken Metallplatte.The weak points of the heat exchanger are known the bonds of the pipes in the metal plate. The advances in expk; iven welding of Pipes in metal plates have successfully solved many previous problems with this pipe welding process common is the explosive charge located inside the tube, which expands the tube and against the Drilling the metal plate accelerates The manufacture of heat exchangers is still difficult with small web widths between the holes in a very thin as well as in a very thick metal plate.

Damit der Kollisionswinkel eine ausreichende Mindestgröße überschreiten kann, kann entweder die Bohrung in der Metallplatte konisch gehalten, oder das Rohr konisch angedreht, sein.So that the collision angle can exceed a sufficient minimum size, either the Bore in the metal plate held conically, or the tube turned conically.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, die Bohrung in der Metallplatte bis auf eine Zentrierung an der Rohrseite größer als den Außendurchmesser des Rohres zu halten (Zeitschrift: Bänder, Bleche, Rohre Jahrgang 1976 Heft 10, S. 415-418).A third possibility is to drill the hole in the metal plate except for a centering on the To keep the pipe side larger than the outer diameter of the pipe (magazine: tapes, sheets, pipes Year 1976 issue 10, pp. 415-418).

In der Regel entspricht der Abstand zwischen Rohr und Metallplatte der Wandstärke des verwendeten Rohres.As a rule, the distance between the pipe and the metal plate corresponds to the wall thickness of the one used Pipe.

Die Anordnung mit konischer Bohrung ist die Standardausführung des sogenannten Yimpactverfahrens (Auslegeschrift 15 52 127). Sie wird bei relativ dünnwandigen Rohren und großen Stegbreiten zwischen den Rohren praktiziert. Bei größeren Wandstärken des einzuschweißenden Rohres oder bei relativ kleinen Stegbreiten zwischen den Bohrungen kann bei verminderter Sprengladung die Anordnung mit dem konisch angedrehten Rohrende verwendet werden.The arrangement with a conical bore is the standard version of the so-called Yimpact method (Interpretation 15 52 127). With relatively thin-walled pipes and large web widths, it is between practiced the pipes. With larger wall thicknesses of the pipe to be welded or with relative small web widths between the bores, the arrangement with the conically turned tube end can be used.

Eine Variation der Anordnung mit konischer Bohrung im Rohrboden ist die Variante in der die Spitze des Kegels ins Innere des Rohres gerichtet ist. Dadurch erreicht man, daß der Zünder außerhalb des Rohres einsetzbar ist In dieser Variante nimmt zwar der Abstand zwischen Rohr und Bohrungsinnendurchmesser zum Rohrende hin ab, aber nicht gleichzeitig der Querschnitt des Rohres. Diese Variation der Anordnung mit konischer Bohrung verursacht größere Druckverluste, und gefährdet die Konstruktion aufgrund sehr kleiner KorrosionsbeständigkeitA variation of the arrangement with a conical bore in the tube sheet is the variant in which the tip of the Cone is directed inside the tube. This ensures that the detonator is outside the tube can be used In this variant, the distance between the pipe and the inside diameter of the bore increases towards the end of the pipe, but not at the same time the cross-section of the pipe. This variation of the arrangement with a conical bore causes greater pressure losses, and therefore endangers the construction very much small corrosion resistance

ίο Die dritte obenerwähnte Anordnung ist -nechanisch leicht herstellbar, hat aber den Nachteil, daß die Kollisionsgeschwindigkeit gleich der Detonationsgeschwindigkeit ist (Zeitschrift für Werkstofftechnik Jahrgang 1872 Heft 6, S. 306-310). Deshalb muß mit relativ langsamen Sprengstoffen gearbeitet werden, welche wiederum einen oft nicht ausreichenden Druck entwickeln, so daß die Neigung zu nicht metallurgischen Bindungen besteht, außerdem müssen die Stegbreiten größer gewählt werden.ίο The third arrangement mentioned above is mechanical easy to manufacture, but has the disadvantage that the collision speed is equal to the detonation speed is (Zeitschrift für Werkstofftechnik year 1872, issue 6, pp. 306-310). Therefore must with relatively slow explosives are worked, which in turn often does not produce sufficient pressure Develop, so that there is a tendency to non-metallurgical bonds, and the web widths must be chosen larger.

Versuche haben gezeigt, daß bei zwei ersten Anordnungen (mit konischer Bohrung und konischem Rohrwandende) ein explosives Einschweißen des Rohres in dünnen Metallplatten nicht ohne Ausbauchung oder sogar Abscherung des Rohres auf der Rohrseite erfolgen kann oder aber, daß Abstützungen als Gegenmaßnahme gewählt werden müssen, was wesentlich das ganze Verfahren erschwert Für sehr kleine Stegbreiton zwischen den Bohrungen sind diese Anordnungen unzulässig.Tests have shown that the first two Arrangements (with conical bore and conical pipe wall end) an explosive welding of the Pipe in thin metal plates without bulging or even shearing of the pipe on the Tube side can be done or that supports must be chosen as a countermeasure, what This makes the whole process much more difficult Orders not permitted.

Alle besprochenen Anordnungen weisen einen zusätzlichen gemeinsamen Nachteil auf, der darin besteht, daß oft eine die Beständigkeit des Rohrmaierials gegen Spannungskorrosion beeinträchtigende Verformung eintritt, was zur Undichtigkeit der Befestigung durch Korrosionsrisse nach relativ kurzer Betriebszeit führt.All of the arrangements discussed have an additional common disadvantage that is that therein there is often one the resistance of the Rohrmaierials against stress corrosion impairing deformation occurs, which leads to leakage of the fastening leads to corrosion cracks after a relatively short period of operation.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zum Befestigen des Rohres in einer Bohrung einer Metallplatte mit metallurgischer Bindung durch fortschreitende Sprengstoffdetonation zu entwickeln, die die Anwendung des Explosivverfahrens auf die Wärmetauscher mit kleinen Stegbreiten zwischen den Bohrungen in einer sehr dünnen, wie auch in einer sehr dicken Metallplatte erweitert.The present invention has the task of providing an arrangement for fastening the pipe in a drilling of a metal plate with a metallurgical bond through progressive detonation of explosives to develop the application of the explosive process to the heat exchangers with small web widths between the holes in a very thin, as well as in a very thick metal plate.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Abstand (6) im Endabschnitt des Rohres bei abnehmenden Querschnitten des Rohres und der Bohrung, die abschnittsweise oder auf ihrer ganzen Länge zum Rohrende hin verjüngt ausgebildet ist, abnimmt, daß die Sprengladung zumindest teilweise innerhalb des verjüngten Bohrungsteiles (4) angeordnet ist, und daß der Zünder (9) höchstens teilweise innerhalb des Rohrinneren angeordnet ist.According to the invention this object is achieved in that the distance (6) in the end portion of the tube at decreasing cross-sections of the pipe and the bore, in sections or all over Length is tapered towards the pipe end, decreases that the explosive charge at least partially is arranged within the tapered bore part (4), and that the igniter (9) at most partially within of the pipe interior is arranged.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung beruht darauf, daß die Form der Bohrung in der Metallplatte aus einem weiten und einem engen Bohrungsteil, die durch einen sich verjüngenden Bohrungsteil verbunden sind, besteht, wobei das Rohr mit einem Teil von nominalem Durchmesser in den weiteren BohrungsteilAnother embodiment of the invention is based on the fact that the shape of the bore in the metal plate from a wide and a narrow bore part, which are connected by a tapered bore part are, with the pipe with a part of nominal diameter in the further bore part

(3) eingeführt wird.(3) is introduced.

Die Wirkung der damit beanspruchten Maßnahmen besteht darin, daß zumindest vorwiegend über die Länge des verjüngten Teiles der Bohrung eine gleichmäßige metallurgische Verbindung zwischen dem eingesteckten Rohr und der Metallplatte erreicht wird. Die Metallplatte ist somit nicht geschwächt, sondern im Gegenteil verstärkt weil die Stegbreite zwischen den Bohrungen am Rohrende größer ist.The effect of the measures thus claimed is that at least predominantly on the Length of the tapered part of the bore a uniform metallurgical connection between the inserted tube and the metal plate is reached. The metal plate is therefore not weakened, but in the On the contrary, reinforced because the web width between the holes at the end of the pipe is larger.

Der Abstand zwischen der Außenseite des Rohres und der innenwand der Bohrung ist zur Stärke der Rohrwand proportional und mit ihr vergleichbar, wodurch auch eine sehr schonende Verformung rtei Rohrwerkstoffes erreicht wird. aThe distance between the outside of the pipe and the inside wall of the bore is related to the strength of the Pipe wall proportional and comparable with it, which also means that deformation is very gentle Pipe material is achieved. a

Das Anbringen des Zünders außerhalb des Rohres, entweder außen an der Metallplatte oder an ihrem Teil von größerer Stegbreite (Bohrungsteil 5), schont das Rohr vor eventuellem Ausbauchen oder möglichen Abscherungen auf der Rohrseite (Zeitschrift British ίο Welding Journal, Jahrgang 1968, Heft 10, S. 480-492).Attaching the detonator outside the tube, either outside on the metal plate or on its part with a larger web width (bore part 5), protects the pipe from any bulging or possible Shear off the pipe side (British ίο magazine Welding Journal, year 1968, issue 10, pp. 480-492).

Die erfindungsgemäß erzielte metallurgische Verbindung wird noch durch die Aufweitung des Rohres bis zum Rand der Metallplatte verstärkt, wodurch auch der korrosionsbegünstigende Spalt vermieden wird.The metallurgical bond achieved according to the invention is reinforced by the expansion of the pipe to the edge of the metal plate, which also causes the Corrosion-promoting gap is avoided.

Die Anordnung gibt die Möglichkeit, die Sprengstoffe mit großer Detonationsgeschwindigkeit anzuwenden.The arrangement gives the possibility of the explosives to be used with high detonation speed.

Es handelt sich um so eine Detonationsgeschwindigkeit, die größer werden kann als die Schallgeschwindigkeit zumindest desjenigen Metalls mit der kleineren Schal !geschwindigkeitIt's about such a speed of detonation which can be greater than the speed of sound at least of that metal with the smaller Scarf! Speed

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß man sie genauso gut bei dünnen wie auch bei sehr starken Metallpiatten anwenden kann.Another advantage of the invention is that it works just as well with thin as with very can use strong metal plates.

Das Rohr kann erfindungsgemäß in dem auf der inneren Seite (F i g. 3,4 und 5) liegenden Teil der dicken Metallplatte explosiv geschweißt werden. Der Durchmesser des engeren Bohrungsteils (5) der Metallplatte kann entweder kleiner als der äußere Rohrdurchmesser (Fig.3), oder gleich dem inneren Rohrdurchmesser (F i g. 4) oder aber kleiner als der innere Rohrdurchmesser (F i g. 5) sein. Infolgedessen ist die Schwächung der Metallplatte kleiner, was bedeutet, daß die Metallplatte dünner ausgelegt werden kann.According to the invention, the tube can be in the part of the thick part lying on the inner side (FIGS. 3, 4 and 5) Metal plate can be explosively welded. The diameter of the narrower bore part (5) of the metal plate can either be smaller than the outer pipe diameter (Fig. 3), or equal to the inner pipe diameter (Fig. 4) or smaller than the inner pipe diameter (Fig. 5). As a result, the weakening is the Metal plate smaller, which means that the metal plate can be made thinner.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden J5 nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutertSome embodiments of the invention are described in J5 explained below with reference to the drawings

In der F i g. 1 ist ein Metallrohr (2) dargestellt, daß in der Bohrung einer Metallplatte (1) befestigt werden soll. Die Bohrung (3, 4) besteht aus einem Bohrungsteil (3) von gleichbleibendem Durchmesser und einem sich daran anschließenden Bohrungsteil (4) von sich verjüngendem Durchmesser.In FIG. 1 shows a metal pipe (2) that is to be fastened in the bore of a metal plate (1). The bore (3, 4) consists of a bore part (3) of constant diameter and a adjoining bore part (4) of tapering diameter.

Das Metallrohr (2) mit der bis zum Rohrende von außen und innen teilweise abnehmenden Wandrohrdikke wird zur Befestigung in der zweiteiligen Bohrung (3, 4) in die Metallplatte (1) gelegt.The metal tube (2) with the wall tube thickness that partially decreases from the outside and inside up to the end of the tube is placed in the two-part hole (3, 4) in the metal plate (1) for fastening.

Zwischen Rohraußenwand und Bohrungswand bildet sich ein Spalt (6) aus. Eine Sprengladung (8), die mit Hilfe eines Sprengzünders (9) gezündet wird, liefert die zur Befestigung des Metallrohres (2) erforderliche Energie. Umgeben ist die Sprengladung tf.) von -iinem Einsatz (7), der mit einem Gicuiisi ui das Metallrohr (2) hi!ßA gap (6) is formed between the outer wall of the pipe and the wall of the bore. An explosive charge (8), which is detonated with the aid of a detonator (9), supplies the energy required to secure the metal tube (2). The explosive charge ( tf.) Is surrounded by an insert (7) that attaches to the metal tube (2) with a gicuiisi ui

Die Detonation breitet sich daher in der Richtung aus, In der sich der Durchmesser der Bohrung erweitert, nämlich im Inneren des Rohres.The detonation therefore spreads in the direction in which the diameter of the bore widens, namely inside the pipe.

Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Anwendung bei dünnen Metallplatten und starkwandigeri Rohren.Fig.2 shows a further embodiment of the Invention for use with thin metal plates and thick-walled pipes.

In der Metallplatte (1) ist eine einteilige lieh verjüngende: paraboloidal Bohrung (4) ausgeführt. Das Metallrohr (2) mit dem konisch angedrehten Rohrende wird zur I3efestigung in die Bohrung (4) in die Metallplatte (1) gelegtIn the metal plate (1) a one-piece is borrowed tapered: paraboloidal bore (4) executed. The metal pipe (2) with the conically turned pipe end is placed in the hole (4) in the metal plate (1) for fastening

Zwischen beiden Metallelementen bildet sich ein Spalt (6) aus.A gap (6) is formed between the two metal elements.

Die Sprengladung (8), die vom Einsatz (7) umgeben ist, wird mit Hilfe eines Sprengzünders (9) zur Detonation gebrachtThe explosive charge (8), which is surrounded by the insert (7), is used with the help of a detonator (9) Detonated

Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführt; -gsbeispiel der Erfindung, das bei dicken MetaiipiaUer- und bei größeren Wandstärken des Rohres angewendet werden kann.Fig. 3 shows a further embodiment; -g example of the Invention, which in fat MetaiipiaUer and with larger wall thicknesses of the pipe can be used.

Die Bohrung (4,5) in der Metallplatte (1) besteht aus einem Bohungsteil (5) von gleichbleibendem Durchmesser und einem sich daran anschließenden konischen Bohrungsteil (4). Das Endteil des Metallrohres (2) mit der von außen und innen bis zum Rohrende abnehmenden Wandstärke wird zur Befestigung in dus Bohrungsteil (4) in die Metallplatte (1) gelegtThe bore (4,5) in the metal plate (1) consists of a bore part (5) of constant diameter and an adjoining conical bore part (4). The end part of the metal tube (2) with the external and internal to the pipe end decreasing wall thickness is laid for fastening in dus bore part (4) in the metal plate (1)

Zwischen hyperbolisch angedrehter Außenwand des Röhrendes und konischem Bohrungsteil (4) bildet sich ein Spalt (6) aus. Die von einem Einsatz (7) umgebene Sprengladung wird mit Hilfe eines Sprengzünders (9) zur Detonation gebrachtBetween the hyperbolically turned outer wall of the tube end and the conical bore part (4) is formed a gap (6). The explosive charge surrounded by an insert (7) is detonated with the aid of a detonator (9) detonated

In der Metallplatte (1) können auch die dreiteiligen Bohrungen, die in F i g. 4 und 5 zu sehen sind, gemacht werden.In the metal plate (1), the three-part holes shown in FIG. 4 and 5 can be seen will.

Auch bei anderen Kombinationen mit Metallplatten verschiedener Stärke, mit unterschiedlichen Rohrdurchmesser;, und -Wandstärken lassen sich durch die Wahl geeigneter Geometrie des Endteiles des Metallrohres (2) und der Bohrung sowie der Parameter der Sprengladung erfindungsgemäß Rohre und Metallplatten beliebiger Werkstoffpaarungen miteinander metallurgisch verbinden.Also with other combinations with metal plates of different thicknesses, with different pipe diameters ;, and wall thicknesses can be determined by choosing a suitable geometry of the end part of the metal pipe (2) and the bore and the parameters of the explosive charge pipes and metal plates according to the invention Connect any material pairings with each other metallurgically.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zum Befestigen eines Metallrohres in einer Bohrung einer Metallplatte wie Rohrboden, Rohrplatte, Verteiler, Lochplatte, Sammler, Kammer mit metallurgischer Bindung durch fortschreitende Sprengstoffdetonation, wobei der Abstand zwischen der Außenseite des Rohres und der Innenwand der Bohrung der Metallplatte von innen nach außen abschnittsweise stetig abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (6) im Endabschnitt des Rohres bei abnehmenden Querschnitten des Rohres und der Bohrung, die abschnittsweise oder auf ihrer ganzen Länge zum Rohrende hin verjüngt ausgebildet ist, abnimmt, daß die Sprengladung wenigstens teilweise innerhalb des verjüngten Bohrungsteiles (4) angeordnet ist, und daß der Zünder (9) höchstens teilweise innerhalb des Rohrinneren angeordnet ist1. Arrangement for fastening a metal pipe in a hole in a metal plate such as a pipe sheet, Tube plate, manifold, perforated plate, collector, chamber with metallurgical bond through progressive Explosives detonation, the distance between the outside of the pipe and the Inner wall of the bore of the metal plate from the inside to the outside steadily decreases in sections, thereby characterized in that the distance (6) in the end portion of the pipe with decreasing cross-sections of the pipe and the bore, the is designed to be tapered in sections or over its entire length towards the pipe end, that decreases the explosive charge is arranged at least partially within the tapered bore part (4), and that the igniter (9) is arranged at most partially within the tube interior 2. Anordnung wie 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fora der Bohrung in der Metallplatte aus einem weiten und einem engen Bohrungsteil, die durch einen sich verjüngenden Bohrungsteil verbunden sind, besteht, wobei das Rohr mit seinem nicht verjüngten Endabschnitt in den weiteren Bohrungsteil (3) eingeführt wird. 2. Arrangement as 1, characterized in that the Fora of the hole in the metal plate consists of a wide and a narrow bore part connected by a tapered bore part are, exists, wherein the tube is inserted with its non-tapered end portion in the further bore part (3).