Verfahren zum Verbinden der einzelnen Schichten von aus Metallstreifen
gebogenen Verbundrohren Es ist bekannt, Rohre ,aus einem: oder mehreren Metallstreifen.
in einer Walzmaschine zusammenzubiegen, zu verwalzen und durch ein Hartlot zu verlöten.
Die Wandung solcher Rohre besteht in der Regel aus zwei oder mehreren Schichten,
die -zusammen durch mehrfaches Rollen eines einzelnen Streifens oder jede für sich
aus einem besonderen Streifen geformt sind. Die Schichten wurden mit einem Hartlot,
z. B_ Kupfer, Messing, Bronze, in der Wärme fest miteinander verbunden, so daß ein
Rohr entstand, das sich praktisch wie ein nahtloses Rohr verhält.
Die vorliegende Erfindung hat dem Bekannten gegenüber den bedeutsamen
Vorteil, d aß bei Erreichung der üblichen Festigkeit von Hartlotverbindungen die
Temperaturen bei der Wärmebehandlung wesentlich niedriger gehalten werden können
als seither, so daß nicht nur eine Verringerung der Gestehungskosten, sondern auch
eine größere Schonung der empfindlichen und kostspieligen Bestandteile des Ofens
ermöglicht wird, indem diese nicht wie seither bis nahe an die Grenze ihrer Wärmebeständigkeit
erhitzt zu werden brauchen. Dies ergibt sich aus dem Umstand, daß die jeweils verwendeten
Lotinetalle unter sich und mit dein Grundmetall während der Wärmebehandlung niedrig
schmelzende Legierungen bilden. Es ist möglich, die Löttemperatur in der Nähe des
Schmelzpunktes des am leichtesten schmelzbaren Lotmetalles zu halten und durch eine
genügend starke Diffusion desselben in die anderen Lote bzw. mit diesen in das Grundinetall
Legierungen zu erzeugen, deren Schmelzpunkte an sich, d. h, im fertigen Zustande,
bedeutend höher liegen. Infolgedessen ist es möglich, die Legierungen in bezug auf
ihre physikalischen und chemischen Ei ,
g
enschaften am fertigen Rohr durch
passende Auswahl der Lote und die Dauer der Wärmebehandlung auf verhältnismäßig
einfache Weise zu beeinflussen. Gemäß dem bekannten Zerfahren wäre das nur möglich
mit Hilfe einer großen Anzahl fertiger Legierungen, die alsdann Löttemperaturen
über den betreffenden Schmelzpunkten erforderlich machen würden. Beispielsweise
können bei der vorliegenden Erfindung als Lotmetalle Zinn und Kupfer gegenüber Stahl
als Grundlnetall verwendet werden, und es ergibt ,ich alsdann bei einer über dein
Schmelzpunkt des Zinns, jedoch weit unter dein Schmelzpunkt des Kupfers liegenden
Löttemperatur eine Legierung zwischen Zinn und Kupfer, also Bronze, die sich bei
entsprechender Ausdeh-
Die Zeichnung dient zur leichteren Erlauterung des Verfahrens. Abb. i zeigt in schematischer
Darstellung die Hauptteile eines Ofens im Längsschnitt als Hilfsmittel zur Ausübung
des Verfahrens. Die Abb. 2 bis 4 zeigen in stark vergrößertem Maßstabe Stücke von
Rohrquerschnitten finit den Nahtstellen im vorbereiteten und fertiggelöteten Zustande;
die Abb. 5 und 6 sonstige Querschnittsteile, ebenfalls vorbereitet bz«-. gelötet.
Die Abb. j ist ein Teilquerschnitt einer vorbereiteten Doppelfalznaht in vergrößertem
Maßstabe. Die Abb. ä und 9 geben zwei Rohrquerschnitte wieder, bei denen besondere
Formen vorausgesetzt sind, in denen das Lot angewendet wird.
Erfindungsgemäß werden zum Verlöten bzw. zum Überziehen des Rohre:
zwei 'Metalle getrennt benutzt, die bei der Wärmebehandlung eine für den 1erwendungszweck
günstige Legierung eingehen können. Solche Metalle sind z. B. Kupfer-Zinn, Kupfer-Zink,
Kupfer-Nickel. Das Grundmetall, aus denn das Rohr seiner wesentlichen 'lasse nach
Besteht, ist gewöhnlich Stahl, es kann aber auch ein anderes Metall sein, wobei
nur die Bedingungen zu erfüllen sind, dali sein Schmelzpunkt höher liegen muß, als
der Schmelzpunkt beider Lotmetalle und daß es zu diesen in einem metallurgisch und
technisch günstigen Verhältnis stehen muß. Eines der Lotnietalle oder auch Neide
können vor der Lötung bereits in einer zweckmäßigen Form auf dem Grlli-idinetall
aufgetragen sein, z. B. in der des galvanischen Niederschlages. Daneben ist j-j@iocli,
namentlich für das eine der beiden Schweillinetalle,
die Verwendung
als Draht oder Pulver bzw. Späne möglich oder vorteilhaft. Diese Verwendungsformen
sind als Einzelformen bereits vielfach bekannt. Durch Abb. 2 ist gezeigt, wie bei
einem Zweischichtrohr die Außenfläche der Innenschicht 2 mit dem einen Lotmetall,
z. B. Kupfer, und die Innenfläche der Außenschicht i mit dem anderen Lotmetall,
z. B. Zinn, bedeckt ist, etwa durch galvanischen Niederschlag. Die Naht 3 und die
übrigen Flächen des Rohres sind unbedeckt. Wird ein derartig vorbereitetes Rohr
durch einen Ofen gemäß Abb. i mit einer bestimmten ausprobierten Durchgangsgeschwindigkeit
gefördert, so verbreitet sich nach der Erwärtnung des Rohres über den Zinnschmelzpunkt
23z° C dieses Metall in der Naht 3 und gellt bei steigender Temperatur schließlich
mit dem Kupfer 9 eine bronzebildende Legierung ein, die bei entsprechender Dauer
des `Torganges mehr und mehr in die Tiefe der Kupferschicht eindringt und dieselbe
umwandelt. Dies kann natürlich in der ganzen Masse des Kupfers geschehen, worauf
die gebildete Bronze in das Grundmetall zu diffundieren beginnt und sich mit demselben
unlösbar verbindet. Dieser fortschreitende Vorgang der Legierungsbildung der Lotmetalle
untereinander und mit dem Grundmetall kann an einer beliebigen Stelle sowohl durch
geeignete Regelung der Ofentemperatur als auch der Durchgangsgeschwindigkeit des
Rohres unterbrochen werden, um eine Legierung zu gewinnen, die für einen gewissen
Verwendungszwecke besonders vorteilhaft ist; anderseits kann von vornherein die
Menge jedes der Lotmetalle so bemessen werden, daß der Zweck einer Legierungsbildung
im, bestimmten Verhältnis der legierten Metalle erreicht werden kann, ohne daß dabei
in dieser Beziehung auf Temperatur und Durchgangsgeschwindgkeit besonders zu achten
ist. Es ergibt sich von selbst, daß mit dem Legierungsgrad, d. h. mit dem fortschreitenden
Vermischen der Lotmetalle miteinander, sich der Schmelzpunkt der gewonnenen Legierung
mehr und mehr erhöht. Derselbe ist aber nicht identisch mit den angewendeten Ofenternperaturen,
vielmehr liegen diese oft wesentlich tiefer. Daraus ergibt sich der bedeutsame Vorteil,
daß mit geringem Temperaturaufwand ein Rohr erzeugt wird, das einer höheren Gebrauchstemperatur
ausgesetzt werden kann. Das bedeutet nicht nur eine Ersparnis im Wärmeverbrauch
bei der Fertigung, sondern auch eine Schonung gewisser Ofenteile, die bei hohen
Temperaturen eine schnell sinkende Lebensdauer zeigen. Solche Teile sind neben dem
Ofenfutter bei den viel verwendeten Elektroschweißöfen die zumeist aus Chromnickel
bestehenden Heizelemente und Glühröhren. Die nach dem Löten sich ergebende Querschnittsstruktur
aus Abb. 2 ist durch die Abb. 3 angedeutet. Danach ist zwischen den beiden Schichten
i `und 2, etwa aus Stahl, .eine mit demselben legierte einheitliche Bronzeschicht
Io vorhanden, die auch durch Kapillarität die Naht 3 ausfüllt. Die Abb. d. veranschaulicht
einen Teil des gelöteten Rohres ähnlich Abb. 3, wobei aber noch eine Kupferschicht
9 auf der Außenschicht i des Rohres galvanisch aufgebracht ist. Diese Schicht kommt
bei der Löturig, da die Temperaturen unter dem Kupferschmelzpunkt liegen, nicht
in den flüssigen Zustand, dagegen wird durch Diffusion eine festere Bindung an das
Grundmetall erzielt. Der Vorteil dieses Umstandes besteht darin, daß die äußere
oft der Verschönerung dienende Kupferschicht unverletzt bleibt, was bei höherer
Temperatur über dem Kupferschmelzpunkt nicht auf einfache Weise erreichbar ist,
weil einerseits das Kupfer hierbei leicht zum Zusammenrinnen zu Tropfen neigt und
anderseits auch,die Oberfläche beim Durchziehen des Rohres durch den Ofen und Kühler
mechanisch verletzt werden kann, indem sie Schleifspuren zeigt und Lotkrätze ansetzt.
Statt auf jede von zwei Rohrschichten je eines der Schweißmetalle aufzutragen, können
auch beide übereinander auf eine Fläche aufgebracht werden. Dies geschieht nach
Abb. 5 so, daß das schwerer schmelzbare Lot-Inetall 9, z. B. Kupfer, unmittelbar
auf dem Grundmetall liegt und darüber das leichter schmelzbare Lotmetall 8, z. B.
Zinn. Beim Schweißen eines solchen Rohres entstehen sowohl zwischen den beiden Rohrschichten
i und 2; als auch auf der Innen- und Außenfläche des Rohres legierte Überzüge Io,
die zwischen den Rohrschichten i und :2 besonders stark sind (s. Abb. 6).
Durch die Abb. 7 ist verdeutlicht, wie bei einer Doppelfalznaht 6
der gefalzte Rohrstreifen mit dem schwerer schmelzbaren Lotmetall 9, z. B. Kupfer,
versehen ist und das leichter schmelzbare Lotmetall 8, z. B. Zinn, in Form eines
Drahtes aufgelegt ist, der beim Schweißen in derselben Weise, wie oben bereits erörtert,
sich mit der Kupferzwischenschicht legierungsbildend verbindet. Die Abb. 8 und 9
geben zwei Beispiele der Anwendungsform des leichter schmelzbaren Metalles wieder,
z. B. des Zinns, das als Draht bzw. fein zerspant, eingelegt ins Innere eines doppelschichtigen
Rohres, benutzt wird.