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DE1255454B - Composite braze in wire or rod form - Google Patents

Composite braze in wire or rod form

Info

Publication number
DE1255454B
DE1255454B DE1959S0066397 DES0066397A DE1255454B DE 1255454 B DE1255454 B DE 1255454B DE 1959S0066397 DE1959S0066397 DE 1959S0066397 DE S0066397 A DES0066397 A DE S0066397A DE 1255454 B DE1255454 B DE 1255454B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solder
wire
zirconium
composite
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE1959S0066397
Other languages
German (de)
Inventor
Dr Wolfgang Roessner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DE1959S0066397 priority Critical patent/DE1255454B/en
Publication of DE1255454B publication Critical patent/DE1255454B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0227—Rods, wires

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

B23kB23k

Deutsche Kl.: 49 h - 26/01 German class: 49 h - 26/01

Nummer: 1255 454Number: 1255 454

Aktenzeichen: S 66397 VI a/49 hFile number: S 66397 VI a / 49 h

Anmeldetag: 23. Dezember 1959 Filing date: December 23, 1959

Auslegetag: 30. November 1967Open date: November 30, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbundhartlot in Draht- oder Stabform, insbesondere zum Herstellen von Lötverbindungen mit Zirkoniumhüllen von Reaktorbrennelementen, mit koaxialer Anordnung der Einzelbestandteile des Lotes, von denen der höchstschmelzende Bestandteil die Mantelschicht bildet.The invention relates to a composite hard solder in wire or rod form, in particular for manufacture of soldered connections with zirconium shells of reactor fuel elements, with a coaxial arrangement the individual components of the solder, of which the highest melting component is the cladding layer forms.

Bei manchen Lötproblemen ergibt sich die Forderung, die Erwärmung so eng wie irgend möglich auf die Lötfuge zu beschränken, um eine Beeinflussung des umliegenden Werkstoffes zu vermeiden. Ein Beispiel hierfür aus der Reaktortechnik ist die Lötverbindung zwischen Brennstäben mit Zircaloy-Hüllen und den Stabhalteplatten, die aus dem gleichen Werkstoff bestehen. Vor dem Verbindungsvorgang werden die Brennstäbe autoklaviert und erhalten dabei eine schwarze Oxydhaut. Bei der nachfolgenden Wärmebehandlung (Lötverbindung mit der Stabhalteplatte) darf diese Oxydhaut nicht in das Brennstabmaterial eindiffundieren.In the case of some soldering problems, the requirement arises that the heating should be as close as possible to limit the solder joint in order to avoid influencing the surrounding material. An example for this, from reactor technology, is the soldered connection between fuel rods with Zircaloy casings and the rod holding plates, which are made of the same material. Before the connection process the fuel rods are autoclaved and receive a black oxide skin. In the following Heat treatment (soldered connection with the rod holding plate) must not get this oxide skin into the fuel rod material diffuse in.

Es ist bereits ein Verbundlot aus einem metallischen Kern und einem tiefer schmelzenden Mantel zum Verbinden von Gegenständen bekannt, von denen mindestens einer aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht. Dieses Verbundlot ist derart zusammengesetzt, daß der Kern aus Titan, Zirkonium, Thorium oder Hafnium und der den Kern dicht umschließende Mantel aus duktilen Metallen oder duktilen Legierungen mit einem Schmelzpunkt von vorzugsweise 538 bis 1093° C, insbesondere Gold, SiI-ber, Kupfer, Nickel, Aluminium oder deren duktilen Legierungen, besteht, in deren Schmelze sich das Kernmetall wenigstens zu 1 Gewichtsprozent löst.It is already a composite solder made of a metallic core and a sheath that melts deeper for joining objects known, at least one of which is made of a non-metallic Material. This composite solder is composed in such a way that the core is made of titanium, zirconium, Thorium or hafnium and the jacket made of ductile or ductile metals that tightly encloses the core Alloys with a melting point of preferably 538 to 1093 ° C, especially gold, SiI ber, Copper, nickel, aluminum or their ductile alloys, in the melt of which the Core metal dissolves at least 1 percent by weight.

Weiterhin sind Lötstäbe bekannt, die aus einer röhren- oder blattförmigen Umhüllung aus Weichlot, in der Weichlotmetall und Lötmittel als Kern enthalten sind, bestehen. Das Weichlotmetall des Kernes besitzt einen höheren Schmelzpunkt als dasjenige der Umhüllung. Es sind zwar auch Verbundlote auf Weichlotbasis mit einem niedrigeren als die Ummantelung schmelzenden Kern bekannt, diese weisen aber den Nachteil des vorzeitigen Ausfließens des Kernes auf.Furthermore, soldering rods are known, which are made of a tubular or sheet-shaped envelope made of soft solder, in which soft solder metal and solder are contained as a core. The soft solder metal of the core has a higher melting point than that of the cladding. There are also composite solders Soft solder base with a lower core melting than the cladding is known to exhibit these but the disadvantage of the premature outflow of the core.

Für eine Lötverbindung zwischen Zirkoniumwerkstoffen eignet sich besonders eine eutektische Zirkonium-Beryllium-Legierung, die jedoch spröde ist, so daß sie nur in Pulverform an die betreffende Lötstelle herangebracht werden kann. Dies erschwert natürlich die Durchführung einer derartigen Lötung. Die Verwendung eines drahtförmigen Lotes würde das Lötverfahren wesentlich vereinfachen.A eutectic zirconium-beryllium alloy is particularly suitable for a soldered connection between zirconium materials, which is brittle, however, so that it can only be applied to the soldering point in question in powder form can be brought up. This of course makes it difficult to carry out such a soldering. The usage a wire-shaped solder would simplify the soldering process considerably.

Dieses Problem wird durch die Erfindung dadurch Verbundhartlot in Draht- oder StabformThis problem is thereby solved by the invention composite brazing alloy in wire or rod form

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft,Siemens Aktiengesellschaft,

Berlin und München,Berlin and Munich,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. Wolfgang Rößner, NürnbergDr. Wolfgang Rößner, Nuremberg

gelöst, daß das Lot als Verbundlot in Draht- oder Stabform ausgebildet ist, wobei die Mantelschicht aus Zirkonium besteht und einen Kern aus Beryllium in koaxialer Anordnung umschließt, wobei das Gewichtsverhältnis von Mantelschicht und Kern vorzugsweise dem Zirkonium-Beryllium-Eutektikum entspricht, und die Mantelschicht derart ausgebildet ist, daß sie beim Schmelzen des Kernes als Kapillarhülle dient.solved that the solder is designed as a composite solder in wire or rod form, the cladding layer from Zirconium and a core of beryllium encloses in a coaxial arrangement, the weight ratio of the cladding layer and core preferably corresponds to the zirconium-beryllium eutectic, and the cladding layer is designed in such a way that it acts as a capillary shell when the core is melted serves.

Zur Erzielung oder Erhöhung der Kapillarwirkung sowie zur Überhitzung des Lotes ist die Mantelschicht vorteilhafterweise durch Kerben abschnittsweise eingeschnürt.The jacket layer is used to achieve or increase the capillary effect and to overheat the solder advantageously constricted in sections by notches.

Das Wesen der Erfindung wird an nachfolgenden Beispielen an Hand der Fig. 1, 2 und 3 näher erläutert. The essence of the invention is explained in more detail using the following examples with reference to FIGS. 1, 2 and 3.

Das Verbundlot besitzt die normale Draht- oder Stabform, kann also ohne Schwierigkeit nach den üblichen Lötverfahren, ζ. B. im Ofen, in der Flamme oder durch Induktionserwärmung, zum Löten verwendet werden. Es läßt sich sehr stark überhitzen und ergibt beim Schmelzen eine Lotlegierung, die sich normalerweise nicht in Drahtform verarbeiten läßt. Diese beiden Möglichkeiten ergeben sich aus dem Aufbau dieses Lotdrahtes, der nicht mehr aus einer einheitlichen Legierung besteht. Er besteht vielmehr aus den zwei konzentrischen Teilen Mantel und Kern, aus den beiden Lotbestandteilen Zirkonium und Beryllium, wobei die Mantelschicht aus Zirkonium als der höchstschmelzenden Komponente besteht. In der Fig. 1 ist dieser Aufbau schematisch dargestellt. Der Kern 1 besteht dabei aus Beryllium und der Mantel 2 aus Zirkonium. Aus diesem Beispiel ergibt sich auch die Überhitzbarkeit des Lotes: Während die Schmelztemperatur einer eutektischen Zirkonium-Beryllium-Legierung bei etwa 98O0C liegt, liegt die Schmelztemperatur des Zirkoniums bei 18600C. Das bei 1280° C flüssig werdende BerylliumThe composite solder has the normal wire or rod shape, so it can be used without difficulty using the usual soldering process, ζ. B. in the oven, in the flame or by induction heating, can be used for soldering. It can be very overheated and, when melted, results in a solder alloy that normally cannot be processed in wire form. These two possibilities result from the structure of this solder wire, which no longer consists of a uniform alloy. Rather, it consists of the two concentric parts of jacket and core, of the two solder components zirconium and beryllium, with the jacket layer consisting of zirconium as the component with the highest melting point. This structure is shown schematically in FIG. 1. The core 1 consists of beryllium and the jacket 2 of zirconium. This example also shows that the solder can be overheated: While the melting temperature of a eutectic zirconium-beryllium alloy is around 98O 0 C, the melting temperature of zirconium is 1860 0 C. Beryllium becomes liquid at 1280 ° C

709 690/284709 690/284

Claims (2)

wird durch Kapillarkräfte bis zum Schmelzen des Zirkoniums festgehalten und am Ausfließen gehindert. Erst mit dem Schmelzen des Zirkoniums bildet sich die eutektische Lotlegierung, die gegenüber der eutektischen Temperatur eine Überhitzung von 700 bis 900° C aufweist. Die Lotschmelze besitzt dadurch einen zusätzlichen Wärmeinhalt, mit dessen Hilfe es möglich ist, eine Lötfuge entsprechender Abmessungen auf eine Temperatur zu bringen, die das Fließen des Lotes ermöglicht. Die Überhitzung des Lotes hängt dabei von der Erhitzungsgeschwindigkeit des Drahtes ab. Je größer diese ist, desto höher wird auch die Überhitzung sein, da bei langsamerer Erwärmung bereits eine Diffusion zwischen dem Kern des Drahtes und dem Mantel stattfindet, die die Schmelztemperatur des Mantels herabsetzt. Letztere Erscheinung kann bei Lötaufgaben zweckmäßig sein, bei denen es darauf ankommt, die Sprödigkeit der Lotlegierung zu umgehen, also durch die Anwendung des Manteldrahtes normalerweise übliche Lotformen und -verfahren anzuwenden. Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel für diesen Fall. Hier werden die Rohre 4 und 5 verlötet. Das Lot in Form des Manteldrahtes 3 liegt in üblicher Weise als Ring um die Verbindungsstelle und wird mit derselben durch den Hochfrequenzinduktor 8 erhitzt. Da hierbei auch die Rohrpartien mit erwärmt werden, wird durch den bereits genannten Diffusionsvorgang auch der Schmelzpunkt des Manteldrahtes nur wenig höher als derjenige der sonst nur in Pulverform aufbringbaren Lotlegierung sein. Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel, in welchem die Uberhitzbarkeit des Lotes bewußt ausgenutzt wird. Der Lötdraht 10 ist in diesem Fall durch Kerben 11 in einzelne Lotportionen unterteilt, die einzeln durch einen Hochfrequenzkonzentrator 9 abgeschmolzen werden. Der dadurch sehr stark überhitzte Lottropfen fällt auf die Lötfuge zwischen den zu verbindenden Teilen — Blech 6 und Stab 7 — und erwärmt dieselbe durch den eigenen überschüssigen Wärmeinhalt auf die erforderliche Fließtemperatur. Lotmenge, Größe der Lötfuge sowie Überhitzungsgrad werden dabei so festgelegt, daß eine nennenswerte Erwärmung benachbarter Werkstückzonen vermieden wird. Fig. 4 zeigt, wie man die Überhitzung eines Verbundlotdrahtringes auch durch einen unmittelbar über dem Draht befindlichen HF-Fokusinduktor 9 bewirken kann. Als Beispiel für die Abmessungen eines derartigen erfindungsgemäßen Verbundlotdrahtes sei das Querschnittsverhältnis der Komponenten genannt: Zirkonium und Beryllium verhalten sich (bei der eutek- S tischen Legierung) wie 5,3:1. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf dieses spezielle Lot, vielmehr können auch andere Lotzusammensetzungen aus diesen beiden. Komponenten zur Anwendung kommen. ίο Für jene Fälle, in denen auch bei langsamer Erwärmung die Schmelztemperatur des erfindungsgemäßen Verbundlotdrahtes gegenüber der Schmelztemperatur der entsprechenden Lötverbindungen zu groß ist, besteht die Möglichkeit, Ringe aus dem erfmdungsgemäßen Verbundlotdraht vorzuglühen, also die Diffusion vorwegzunehmen. Bei stabförmigem Material kann dies beispielsweise auch nach einem Zonenschmelzverfahren durchgeführt werden. Patentansprüche:is held by capillary forces until the zirconium melts and is prevented from flowing out. Only when the zirconium melts does the eutectic solder alloy form, which has an overheating of 700 to 900 ° C compared to the eutectic temperature. As a result, the molten solder has an additional heat content, with the help of which it is possible to bring a solder joint of corresponding dimensions to a temperature that enables the solder to flow. The overheating of the solder depends on the heating speed of the wire. The larger this is, the higher the overheating will be, since with slower heating a diffusion already takes place between the core of the wire and the sheath, which lowers the melting temperature of the sheath. The latter phenomenon can be useful for soldering tasks where it is important to avoid the brittleness of the solder alloy, i.e. to use the usual solder shapes and methods by using the clad wire. Fig. 2 shows an example for this case. Here the tubes 4 and 5 are soldered. The solder in the form of the sheathed wire 3 lies in the usual way as a ring around the connection point and is heated with the same by the high-frequency inductor 8. Since the pipe sections are also heated here, the above-mentioned diffusion process also means that the melting point of the clad wire will only be slightly higher than that of the solder alloy, which can otherwise only be applied in powder form. Fig. 3 shows an example in which the overheatability of the solder is consciously exploited. In this case, the soldering wire 10 is subdivided by notches 11 into individual solder portions which are melted off individually by a high-frequency concentrator 9. The solder drop, which is very much overheated as a result, falls onto the solder joint between the parts to be connected - sheet metal 6 and rod 7 - and heats the same to the required flow temperature due to its own excess heat content. The amount of solder, the size of the solder joint and the degree of overheating are determined in such a way that significant heating of adjacent workpiece zones is avoided. 4 shows how overheating of a composite solder wire ring can also be brought about by an HF focus inductor 9 located directly above the wire. As an example of the dimensions of such a composite solder wire according to the invention, the cross-sectional ratio of the components may be mentioned: zirconium and beryllium behave (in the case of the eutectic alloy) as 5.3: 1. Of course, the invention is not limited to this special solder; rather, other solder compositions can also be made from these two. Components are used. For those cases in which the melting temperature of the composite solder wire according to the invention is too high compared to the melting temperature of the corresponding soldered connections, even with slow heating, there is the possibility of pre-annealing rings from the composite solder wire according to the invention, i.e. to anticipate the diffusion. In the case of rod-shaped material, this can also be carried out, for example, using a zone melting process. Patent claims: 1. Verbundhartlot in Draht- oder Stabform, insbesondere zum Herstellen von Lötverbindungen mit Zirkoniumhüllen von Reaktorbrennelementen, mit koaxialer Anordnung der Einzelbestandteile des Lotes, von denen der höchstschmelzende Bestandteil die Mantelschicht bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelschicht (2) aus Zirkonium besteht und einen Kern (1) aus Beryllium umschließt, wobei das Gewichtsverhältnis von Mantelschicht (2) und Kern (1) vorzugsweise dem Zirkonium-Beryllium-Eutektikum entspricht, und die Mantelschicht (2) derart ausgebildet ist, daß sie beim Schmelzen des Kernes (1) als Kapillarhülle dient.1. Composite hard solder in wire or rod form, especially for making soldered connections with zirconium shells of reactor fuel elements, with a coaxial arrangement of the individual components of the solder, of which the highest melting component forms the cladding layer, characterized in that the jacket layer (2) consists of zirconium and one Enclosing core (1) made of beryllium, the weight ratio of cladding layer (2) and Core (1) preferably corresponds to the zirconium-beryllium eutectic, and the cladding layer (2) is designed such that it serves as a capillary shell when the core (1) melts. 2. Verbundhartlot mit größerem Kerndurchmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung oder Erhöhung der Kapillarwirkung sowie zur Überhitzung des Lotes die Mantelschicht (2) durch Kerben (11) abschnittsweise eingeschnürt ist. 2. composite hard solder with a larger core diameter according to claim 1, characterized in that that to achieve or increase the capillary effect and to overheat the solder Jacket layer (2) is constricted in sections by notches (11). In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschriften Nr. 110137, 452764,
931384;German patent specifications No. 110137, 452764,
931384; deutsche Auslegeschrift Nr. 1030 659;German interpretative document No. 1030 659; österreichische Patentschrift Nr. 133 497;Austrian Patent No. 133 497; »Nuclear Science Abstracts«, 13 (1959), S. 1046, Referat-Nr. 7757."Nuclear Science Abstracts", 13 (1959), p. 1046, paper no. 7757. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 709 690/284 11.67 Q Bundesdruckerei Berlin709 690/284 11.67 Q Bundesdruckerei Berlin
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