DE3117329A1

DE3117329A1 - Uebergangsverbindung

Info

Publication number: DE3117329A1
Application number: DE19813117329
Authority: DE
Inventors: Kenneth Henry San Diego Calif. Holko
Original assignee: General Atomics Corp
Current assignee: GA Technologies Inc
Priority date: 1980-05-05
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1982-03-04
Also published as: GB2074919B; GB2074919A; CA1151911A; JPS571592A; US4333671A; NL8102151A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übergangsverbindung, die zum Miteinanderverbinden von rohrförmigen Teilen brauchbar ist, welche jeweils aus einem niedriglegierten Stahl oder einem Kohlenstoffstahl und einer Hochtemperaturlegierung ausgebildet sind, die wesentlich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, chemische Zu- ■ sammensetzung und/oder andere Kenndaten haben.

Bei vielen Hochtemperaturanwendungen ist es erforderlich, rohrförmige Teile von wesentlich unterschiedlichen Kenndaten miteinander zu verbinden. Zum Beispiel ergeben sich solche Anwendungsfälle im Siedekesselaufbau und bei Kernkraftwerken, in denen verschiedene Wärmeaustauscherkomponenten, wie beispielsweise Dampferzeuger, Zwischenwärmeaustauscher, Rekuperatoren, Siedekessel, etc. harten Bedingungen in Umgebungen hoher Temperatur widerstehen müssen. Entsprechende Probleme ergeben sich in anderen Industrien. Zum Beispiel werden in petrochemischen Ausrüstungen bzw. Anlagen und in Anlagen der chemischen Verfahrenstechnik ähnliche Forderungen an Wärmeaustauscher, Dampfleitungen und dergl. gestellt.

In allen diesen Anwendungsfällen ist es gewöhnlich notwendig, eine große Anzahl von Zwischenverbindungen zwischen Materialien von wesentlich unterschiedlichen Kenndaten auszubilden. Gewöhnlich ist ein Ende einer rohrförmigen Zwischenverbindung aus einer Hochtemperaturlegierung ausgebildet, die besonders dazu geeignet ist, Umgebungen hoher Temperatur, die in solchen Anwendungsfällen vorhanden sind, zu widerstehen. Gleichzeitig ist es erforderlich, daß die Zwischenverbindung oder Übergangsverbindung den gleichen harten Betriebsbedingungen der Temperatur, etc.

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über ausgedehnte Zeitdauern hinweg widersteht.

Unter Bedingungen der vorstehend beschriebenen Art weisen die unterschiedlichen Arten von Materialien wesentlich unterschiedliche Kenndaten auf, die es besonders schwierig machen, eine Kontinuität über die gesamte Übergangsverbindung hinweg aufrechtzuerhalten. Das Vorhandensein von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf entgegengesetzten Seiten irgendeiner gegebenen Verbindung führt zu besonders starken Beanspruchungen, welche die Tendenz haben, eine Rißbildung oder ein Zerbrechen bzw. Bersten der Verbindung zu verursachen. Andere Faktoren, wie gefährliche metallurgische Änderungen, sind außerdem innerhalb solcher Übergangsverbindungen vorhanden, die weiterhin das Aufrechterhalten einer wirksamen Übergangsverbindung oder Zwischenverbindung beeinträchtigen bzw. gefährden.

In der Vergangenheit wurden wesentliche Bemühungen aufgewandt, um wirksame Übergangsverbindungen für solche Anwendungsfälle zu entwickeln. Ein solcher Versuch war die Ausbildung einer Verbindung mit sich kontinuierlich ändernder chemischer Zusammensetzung entlang der Länge der Verbindung, wobei ein Ende der Verbindung mit einem rohrförmigen Teil verbunden war, während das entgegengesetzte Ende der Verbindung mit einem rohrförmigen Teil von wesentlich unterschiedlicher Zusammensetzung und wesentlich unterschiedlichen Kenndaten verbunden war. Es sind außerdem viele unterschiedliche Arten von Material zur Ausbildung solcher Übergangsverbindungen angewandt worden. Auch wurde eine Wärmebehandlung sowohl vor als auch nach der Ausbildung der Übergangsverbindung angewandt, um die Übergangsverbindung in einen besseren Zustand zu bringen, in dem sie harten Betriebsbedingungen der oben erwähnten Art widerstehen sollte.

Jedoch hat es sich gezeigt, daß selbst bei solchen Entwick-

lungen und Verbesserungen im Bereich der Übergangsverbindungen hohe Ausfallraten bei Übergangsverbindungen auftreten, die Bedingungen hoher Temperatur ausgesetzt sind. Die Besitzer von Wärmeaustauscherausrüstungen bzw. -anlagen kommen allgemein zu dem Ergebnis, daß es notwendig ist, tausende solcher Übergangsverbindungen in einer einzigen Anlage zu ersetzen oder zu reparieren. Demgemäß hat es sich herausgestellt, daß der Bedarf für verbesserte Übergangsverbindungen geblieben ist, insbesondere zur Verwendung als Zwischenverbindung zwischen einem Rohr oder einer Leitung aus niedriglegiertem Stahl und/oder Kohlenstoff- . stahl einerseits und einem Rohr oder einer Leitung aus einer Hochtemperaturlegierung andererseits.

In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung bzw. im Rahmen der vorliegenden Anmeldung und, wie weiter unten in näheren Einzelheiten beschrieben ist, soll die Bezeichnung "niedriglegierter Stahl" Materialien wie den Stahl ASTM Typ T-22 umfassen, der aus 2 1/4 % Chrom, 1 % Molybdän, o,15 % Kohlenstoff besteht, wobei der Rest im wesentlichen Stahl ist, sowie andere ähnliche, gleichartige bzw. entsprechende niedriglegierte ferritische Stähle. Kohlenstoffstahl soll Legierungen auf Eisenbasis umfassen, in denen der Hauptlegierungszusatz Kohlenstoff in Mengen bis zu etwa 2 % ist. Außerdem soll die Bezeichnung "Hochtemperaturlegierung" sowohl geschmiedete bzw. bearbeitete als auch gegossene austenitische Stähle, rostfreie Stähle und Nikkeibasis legierungen beispielsweise umfassen.

Mit der Erfindung soll daher eine verbesserte Übergangsverbindung zur Verfügung gestellt werden, die als Zwischenverbindung zwischen Rohrleitungen aus niedriglegiertem Stahl und Kohlenstoffstahl und Rohrleitungen aus Hochtemperaturlegierung vorgesehen werden kann.

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Demgemäß wird mit der Erfindung eine Übcrg^r.gcvsrbindung zum Miteinanderverbinden von rohrförmigen Teilen, die aus einem niedriglegierten Stahl oder einem Kohlenstoffstahl bzw. aus einer Hochtemperaturlegierung hergestellt sind, welche wesentlich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, chemische Zusammensetzung und/oder andere Kenndaten haben, zur Verfügung gestellt, die sich auszeichnet durch eine Mehrzahl von rohrförmigen Übergangsteilen, worin die Grenzfläche zwischen je zwei benachbarten Übergangsteilen durch Reibungsschweißung ausgebildet worden ist und eine senkrechte Fluchtung zur Achse der Übergangsverbindung aufweist sowie im wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung auf beiden Seiten dieser Grenzfläche, die der Zusammensetzung der jeweiligen Übergangsteils gleichartig ist, wobei die Übergangsteile an entgegengesetzten Enden der Übergangsverbindung aus Materialien ausgebildet sind, die so ausgewählt sind, daß sie ein Schweißen des niedriglegierten Stahls oder des KohlenstoffStahls und der Hochtemperatur legierungszusammensetzung in situ erleichtern. Die Zusammensetzung des Übergangsteils an einem Ende der Übergangsverbindung ist so gewählt, daß dessen Verschweißen mit einem Rohrteil von niedriglegiertem Stahl erleichtert wird, beispielsweise ein Verschweißen mittels konventionellem Schmelzschweißen. Entsprechend ist ein bzw. der Übergahgsteil am anderen Ende der Verbindung aus einem Material ausgebildet, das so gewählt ist, daß es dessen Verschweißen mit einem rohrförmigen Teil einer Hochtemperaturlegierung erleichtert. Hier ist z. B. wiederum das Material dieses Übergangsteils vorzugsweise so gewählt, daß es dessen Verschweißen mit einem Rohr aus einer Hochtemperaturlegierung mittels Schmelzschweißen erleichtert. Schmelzschweißen kann natürlich bei Anwendungsfällen auf der Baustelle angewandt werden, wo die Übergangsverbindungen als Zwischenverbindungen in Siedekesselanordnungen oder andere Wärmeaustauscher, oder dergl. eingefügt werden. Reibungs-

schweißen erfordert andererseits die Verwendung von relativ umfangreichen Maschinen, die nicht speziell für Operationen in situ geeignet sind.

Die Anwendung des ReibungsSchweißens ist jedoch von äußerster Wichtigkeit für das Ausbilden der zwischenliegenden Grenzflächen oder der Festkörperschweißstellen innerhalb der Übergangsverbindung selbst. In dieser Hinsicht sei darauf hingewiesen, daß Reibungsschweißen, wie es durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, alle konventionellen Reibungsschweißvorgänge, Trägheitsschweißen, radiales Reibungsschweißen und Orbital- bzw. Bahn- bzw. Kreisbahnreibungsschweißen umfassen kann. In jedem Falle ist das Reibungsschweißen im wesentlichen ein im Festkörperzustand ablaufender Vorgang, in dem benachbarte Enden von zwei Rohren unter geeignetem Druck gegeneinander gedrückt und so angetrieben werden, daß eine Relativdrehung erzeugt wird, so daß in ihrer Grenzfläche Reibungshitze erzeugt wird. Wenn das Material von beiden Rohren an der Grenzfläche plastisch wird, wobei wahrscheinlich einiges Material geschmolzen wird, wird erhöhter Axialdruck oder erhöhte Stauchkraft auf die Rohre angewandt, damit alles geschmolzene und einiges plastische Material von der Grenzfläche radial nach auswärts extrudiert bzw. gespritzt wird. Das Fremdmaterial zusammen mit atomar reinem, plastischem Material führt zu einer Schweißkonstruktion bzw. Verschweißung zwischen beiden Rohren im Festkörperzustand.

Reibungsschweißen bietet zwei besondere Vorteile, die bei der vorliegenden Erfindung von entscheidender Wichtigkeit sind. Zunächst wird die sich ergebende Bindung oder Grenzfläche wegen der Art und Weise, in welcher die Bindung zwischen zwei rotierenden Teilen gebildet wird, notwendigerweise senkrecht zur Drehachse der Teile ausgebildet. Im Fall einer Übergangsverbindung entspricht die Drehachse na-

türlieh der Achse der Verbindung selbst. Es wurde durch Beanspruchungsanalyse festgestellt, daß eine solche senkrechte Verbindung am besten dazu geeignet ist, Beanspruchungen der Art, wie sie durch die Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen metallischen Zusammensetzungen in solchen Übergangsverbindungen erzeugt werden, Widerstand entgegenzusetzen und zu widerstehen. Die Anwendung des Reibungsschweißens zur Ausbildung der Schweißstellen der Übergangsverbindung ist außerdem wichtig wegen der Festkörperzustandsnatur des Reibungsschweißvorgangs. Wie oben angegeben, kann geschmolzenes Metall an der Grenzfläche der relativ zueinander rotierenden Teile während des Reibungsschweißvorgangs erzeugt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann ein gewisses Mischen oder Vermengen zwischen der Zusammensetzung der beiden Übergangsteile stattfinden. Jedoch wird bei der schließlichen bzw. abschließenden Anwendung von Stauchdruck dieses geschmolzene oder vermischte Material von der Grenzfläche aus nach auswärts extrudiert bzw. gespritzt, so daß eine endgültige senkrechte Bindung ausgebildet wird, wobei die Zusammensetzung jedes Übergangsteils auf jeder Seite der Bindung im wesentlichen unverändert ist. Dadurch wird die Entwicklung von ungleichmäßigen Beanspruchungen, die längs der Verbindung erzeugt werden, vermieden, wie sie beispielsweise während des Schmelzschweißens entstehen können, worin sich unterschiedliche Zusammensetzungen aus Variationen in der Menge der Vermischung um den Umfang der rohrförmigen Verbindung herum ergeben können. Die unterschiedlichen Zusammensetzungen haben unterschiedliche physikalische und mechanische Eigenschaften.

Wie aus den weiter unten beschriebenen speziellen Beispielen deutlicher erkennbar wird, können variierende Anzahlen von übergangsteilen in jeder Übergangsverbindung vorgesehen sein, und zwar insbesondere in Abhängigkeit von der

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Anwendung, in welcher die Übergangsverbindung verwendet werden soll. Wenn zum Beispiel die Übergangsverbindung extrem hohen Temperaturen ausgesetzt werden soll, kann eine größere Anzahl von übergangsteilen innerhalb der Verbindung im Vergleich mit dem Fall verwendet werden, in welchem die Übergangsverbindung bei nur mäßig hohen Temperatüren verwendet werden soll. Entsprechend kann die Anzahl von Teilen, die innerhalb jeder Übergangsverbindung verwendet werden, auch in Abhängigkeit von der aufzubringenden und über die ganze Verbindung hinweg aufrecht zu erhaltenden mechanischen Festigkeit sowie außerdem in Abhängigkeit von anderen Beanspruchungen, denen die Verbindung ausgesetzt werden soll, eingestellt bzw. gewählt werden. Jedes der Teile innerhalb der Verbindung kann so gewählt werden, daß es eine Zwischenzusammensetzung hat, die dessen Verbindung oder Bindung an seinen entgegengesetzten Enden mit rohrförmigen Teilen, welche Zusammensetzungen von größerer Variation haben, erleichtert oder es für eine solche Verbindung bzw. Bindung anpaßt. Wie aus den nachfolgenden Beispielen ersichtlich ist, kann die Aufeinanderfolge von Teilen durch jede Übergangsverbindung hindurch so gewählt werden, daß zum Beispiel eine Variation in der chemischen Zusammensetzung, in der Wärmeausdehnung und in den mechanischen Eigenschaften erzeugt wird.

Die Benutzung des Reibungsschweißens ist weiter deswegen bei der Ausbildung solcher Übergangsverbindungen wünschenswert, weil sie die Tendenz hat, eine Abhängigkeit von einer Wärmebehandlung, die entweder vor oder nach dem Schweißen erfolgt, auszuschalten oder zu vermindern, so daß eine kontinuierliche Schweißstelle hervorgebracht wird und Risse in der Grenzfläche vermieden werden, etc.

Die Erfindung sei nachstehend anhand einiger in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders be-

vorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Übergangsverbindung, in der benachbarte übergangsteile mittels Reibungsschweißung miteinander verbunden sind;

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht der durch Reibungsschweißung hergestellten Verbindung der Fig. 1, wobei überschüssiges Metall von den reibungsgeschweißten Verbindungsstellen auf beiden Seiten und auf den außenseitigen rohrförmigen Oberflächen entfernt worden ist;

Fig. 3 eine weitere Übergangsverbindung, die eine unterschiedliche Kombination von Verbindungsteilen hat, welche durch Reibungsschweißung miteinander verbunden worden sind, sowie nachdem das überschüssige Metall von den Reibungsschweißungsverbindungsstellen entfernt worden ist; und

Fig. 4 eine Übergangsverbindung, die aus einer noch anderen Kombination von übergangsteilen ausgebildet worden ist, welche durch Reibungsschweißung miteinander verbunden worden sind, und zwar nachdem das überschüssige Metall von den Reibungsschweißungsstellen entfernt worden ist.

Innerhalb der Figuren der Zeichnung ist die Fig. 1 zu dem Zweck vorgesehen worden, um deutlich die Ausbildung der Reibungsschweißungsbindungsstellen zwischen benachbarten Teilen der Übergangsverbindung zu veranschaulichen, und um die Art und Weise zu veranschaulichen, in der überschüssiges Metall, vcn denen einiges geschmolzen sein kann, während des Stauchens davon extrudiert bzw. weggespritzt wird, so daß auf diese Weise ein wesentliches Merkmal der vorlie-

genden Erfindung erzielt wird. Dieses Merkmal ist natürlich die relativ unveränderte Zusammensetzung jedes Verbindungsteils eng benachbart der reibungsgeschweißten Grenzfläche, mittels deren es mit einem benachbarten Teil verbunden ist.

Die Fig. 2 veranschaulicht die Art und Weise, in der überschüssiges Material, das an jeder reibungsgeschweißten Grenzfläche gebildet worden ist, von der Übergangsverbindung entfernt wird, damit das Vorhandensein von Beanspruchungsrisern bzw. -aufbrüchen, entweder thermischer oder mechanischer Art entlang der Länge der Übergangsverbindung ausgeschaltet wird. Schließlich ist die Anordnung und Ausrichtung jeder zwischenliegenden Grenzfläche über die ganze Länge der Übergangsverbindung en in den Fig. 2 bis 4 in gestrichelten Linien dargestellt, um zu veranschaulichen, daß sie senkrecht zur Achse der jeweiligen Verbindung sind.

Bevor die Übergangsverbindungen der Figuren in näheren Einzelheiten beschrieben werden, sei zunächst auf die unmittelbar nachfolgend wiedergegebenen Tabellen I und II Bezug genommen. Die Tabelle I stellt die Materialien heraus , die in den verschiedenen Teilen der Übergangsverbindungen der Fig. 1 bis 4 in besonders bevorzugten Ausführungsformen verwendet worden sind. Die Tabelle II gibt speziell sowohl die nominelle chemische Zusammensetzung für jedes der Übergangsverbindungsteile wie auch andere Kenndaten jedes Teils wieder, wie beispielsweise dessen Wärmeausdehnungskoeffizienten und die maximal zulässige Beanspruchung. Es sei zunächst wieder auf Tabelle I Bezug genommen, in der die Art des Materials, das für jedes Teil über die gesamte Länge der Übergangsverbindung hinweg verwendet wird, genau angegeben ist. Für jede der in Tabelle I angegebenen Verbindungen ist ersichtlich, daß das als er-

stes angegebene Übergangsteil in jedem Beispiel ein niedriglegierter Stahl ist, der natürlich inhärent dazu geeignet ist, mit einer Rohrleitung gleichartiger Zusammensetzung verschweißt zu werden. Die Zusammensetzung des für jedes Beispiel angegebenen letzten Teils entspricht einer Hochtemperaturlegierungszusammensetzung, wodurch auch dessen Verschweißung mit einem Rohr entsprechender Zusammensetzung erleichtert wird.

TABELLE I
Beispiele von reibungsgeschweißten Übergangsverbindungen

Entsprechende Bereich von Materialarten Figur

1 und 2 T-22/T-5/T-9/41o/6oo/8ooH/3q4H (12) (14) (16) (18) (2o) (22) (24)

3 T-22/T-9/3o4H

(52) (54) (56)

4 T-22/800H

(1o2) (1o4)

TABELLE II

tibergangsverbindungsmaterialien

Art	Spezifi kation	Nominalzusammensetzung	Mittlerer Wärmeaus dehnungs- koeffizient (a) bis 593,33°C cm/cm/ C	Maximal zu lässige Be ans pruchung (ksi) 565,56 593,33 ⁰C ⁰C
T-22	SA213	21/4 Cr-1 Mo-o,15 C	14,39	5,8 4,2
T-5	SA213	5 Cr-1/2 Mo-o,15 C	12,59	4,2 3,1
T-9	SA213	9 Cr-1 Mo-o,15 C	12,59	5,5 3,3
41o	SA268	12,5Cr - o,15 C	11 ,51	4,4 2,9
6oo	SB167	16 Cr-72 Ni-8 Fe-o,15 C	15,11	4,5 3,ο
8ooH	SB163	21 Cr-32 Ni-46 Fe-o,6 Ti-o,1 C	16,91	13,7 13,5
3o4H	SA213	18 Cr-8 Ni- 0,08 C	18,71	12,2 9,8

Beachte: Bei jeder der oben angegebenen Zusammensetzung ist der Rest im wesentlichen Eisen, wenn nichts anderes angegeben ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß alle in Tabelle II listenmäßig angegebenen und innerhalb der Übergangsverbindungen 1o, 5o und 1oo verwendeten Materialien Standardzusammensetzungen sind, wie sie von der ASME (American Society of Mechanical Engineers), Boiler- und Druckkesselvorschriften anerkannt sind. Demgemäß können diese Materialien innerhalb solcher Übergangsverbindungen mit der Sicherheit verwendet werden, daß sie über lange Zeitdauern des Betriebs unter harten Bedingungen dauerhaft sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht wesentlich bzw. überhaupt nicht auf die Verwendung solcher Materialien beschränkt ist. Andere Materialien, wie z. B.

rostfreier Stahl vom Typ 422 (AISI 616) oder vom Typ HT9 (von ähnlicher Zusammensetzung) können substituiert oder gleichzeitig verwendet werden. Auch können andere Zwischenlegierungen, wie beispielsweise Kohlenstoffstähle, Legierungsstähle (Typen T-21 und T-7) und rostfreie Stähle (Typen 4o9, 429 und 43o) verwendet werden.

Es sei nun auf die Zeichnungen Bezug genommen; die Übergangsverbindung der Fig. 1 und 2 ist dazu geeignet, relativ schweren Betriebsbedingungen zu widerstehen. Demgemäß ist die übergangsverbindung 1o der Fig. 1 und 2 aus sieben übergangsteilen ausgebildet, die jeweils mit den Bezugszeichen 12 bis 24 versehen sind. Die gleichen Bezugszeichen sind in Tabelle I auch in Klammern angegeben. Infolgedessen läßt sich die Zusammensetzung der Reihenanordnung von Teilen in der Übergangsverbindung der Fig. 1 und 2 deutlich aus den Tabellen I und II entnehmen. Diesbezüglich ist ersichtlich, daß das Teil 12 ein niedriglegierter Stahl ist. Als Ergebnis hat das Teil 12 eine Zusammensetzung, die derjenigen entspricht, wie sie innerhalb von vielen Wärmeaustauschern der oben angegebenen Art verwendet wird. Infolgedessen erleichtert es das Teil 12, das an einem Ende der übergangsverbindung 1o angeordnet ist, die Verbindung an einen langen Verlauf eines Rohrs aus niedriglegiertem Stahl der Art anzuschweißen, wie es in einem solchen Wärmeaustauscher verwendet wird.

Entsprechend ist das Teil 24 am anderen Ende der Übergangsverbindung 1o aus ainer Hochtemperaturlegierungszusammensetzung einer Art ausgebildet, die auch dazu verwendet werden kann, einer Umgebung hoher Temperatur, wie sie bei einem Wärmeaustauscher vorhanden ist, zu widerstehen. Daher erleichtert das Teil 24 entsprechend das Anschweißen der Übergangsverbindung Io an dieses Material. Die Zwischenteile 14 bis 22 sind sowohl hinsichtlich ihrer chemi-

sehen Zusammensetzung als auch hinsichtlich anderer Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten, so gewählt, daß sie sehr hohen Temperaturen am besten widerstehen, wie oben erwähnt.

Die Zusammensetzungen der Teile 14 bis 22 sind vorzugsweise so gewählt, daß das maximale Differential bzw. der maximale Unterschied oder die Änderung des Chromgehalts zwischen benachbarten Teilen begrenzt ist. Auf diese Weise ist die Übergangsverbindung Io am besten in der Lage, der Tendenz der Kohlenstoffwanderung zu widerstehen, die gewöhnlich auftritt, wenn eine wesentliche Änderung des Chromgehalts über einer Grenzfläche auftritt.

Entsprechend sind die Teile 14 bis 22 auch so ausgewählt, daß sich eine minimale Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen benachbarten Teilen ergibt. Es sei darauf hingewiesen, daß die größeren Änderungen im X'iärmeausdehnungskoeffizienten bei den Teilen 18 bis 22 auftreten, die aus Materialien höherer Festigkeit ausgebildet sind und Grenzflächen entsprechend höherer Festigkeit haben und daher besser in der Lage sind, auseinanderreißenden Kräften zu widerstehen, die durch unterschiedliche Ausmaße der Wärmeausdehnung verursacht werden.

Die reibungsgeschweißte Grenzfläche zwischen jedem benachbarten Paar von Teilen ist bei 26 angedeutet, und es ist ersichtlich, daß jede der Grenzflächen 26 senkrecht zur Längsachse der Übergangsverbindung 1o ist. Stauchmaterial, das während der Bildung jeder Reibungsschweißungsgrenzflache erzeugt wird, ist außerdem bei 3o in Fig. 1 angedeutet. Entsprechendes Stauchmaterial· wird auch am inneren Durchmesser der rohrförmigen Verbindung 1o ausgebildet und · solches Material wird entsprechend entfernt, damit die glatte Übergangsverbindung ausgebildet wird, die in Fig.

veranschaulicht ist.

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, worin eine noch andere Übergangsverbindung bei 5o dargestellt ist, die drei Übergangsteile 52 bis 56 aufweist. Die jeweiligen Bezugszeichen sind auch in Klammern in Tabelle I angegeben, so daß eine genaue Identifizierung der Zusammensetzung von jedem der Teile möglich ist. Es ist ersichtlich, daß die Zusammensetzung der Teile 52, 54 und 56 der Übergangsverbindung 5o der Fig. 3 den Teilen 12, 16 und 24 in der Übergangsverbindung 1o der Fig. 1 und 2 entspricht. Die Übergangsverbindung 5o der Fig. 3 hat infolgedessen im Vergleich mit der Übergangsverbindung 1o einen vereinfachten Aufbau. Dadurch wird natürlich der Aufbau bzw. die Herstellung der Übergangsverbindung 5o aus wirtschaftlichen Gründen und dergl. vereinfacht. Gleichzeitig ist aber die ÜbergangsVerbindung 5o nur für weniger schwere Betriebsbedingungen als die Übergangsverbindung 1o der Fig. 1 und 2 geeignet. Das ist unmittelbar klar wegen der größeren Änderung des Chromgehalts zwischen benachbarten Teilen und auch wegen der größeren Änderung der Wärmeausdehnung zwischen benachbarten Teilen, die bei der Übergangsverbindung 5o vorhanden sind. Jedoch ergibt die Benutzung der Reibungsschweißung zum Miteinanderverbinden solcher ausgewählter benachbarter Teile eine bessere Kontrolle der Zusammensetzung in der Nähe der Grenzflächen, führt zur Hervorbringung niedrigerer Beanspruchungen während des Betriebs, die von unterschiedlicher Wärmeausdehnung herrühren, und ergibt einen besseren Schutz gegen gefährliche metallurgische Änderungen, wie beispielsweise Kohlenstoffwanderung, als es bei einer direkten Schmelzschweißung der Teile 52 und 56 der Fall ist, so daß die Verbindung dadurch besser geeignet wird, hohen Temperaturbedingungen zu widerstehen. In der Übergangsverbindung 5o der Fig. 3 sind entsprechend deren benachbarte Teile mittels Reibungs-

schweißung an Grenzflächen, die mit 58 bezeichnet sind, aneinander gebunden. Es ist auch hier ersichtlich, daß jede der Grenzflächen 58 senkrecht zur Längsachse 6o der Übergangsverbindung 5ο ist. Gleichzeitig sind die Zusammensetzungen der übergangsteile an entgegengesetzten Enden der Verbindung 5o in entsprechender Weise geeignet, die Verbindung mit Wärmeaustauscher- oder Siedekesselteilen, vorzugsweise durch konventionelles Schmelzschweißen, zu erleichtern.

Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen, in der eine weitere Übergangsverbindung bei 1oo dargestellt ist, die nur zwei Übergangsteile 1o2 und 1o4 aufweist, welche mittels einer Reibungsschweißungsgrenzflache 1o6 miteinander verbunden sind, die senkrecht zur Längsachse 1o8 der Übergangsverbindung 1oo ist. Es ist infolgedessen ersichtlich, daß die Übergangsverbindung 1oo in entsprechender Weise aus einer Mehrzahl von Teilen ausgebildet ist, die mittels Reibungsschweißung miteinander verbunden sind, wobei die Zusammensetzung der Teile an entgegengesetzten Enden der Verbindung dazu geeignet ist, das Verschweißen mit einer Rohrleitung aus niedriglegiertem Stahl bzw. mit einer Rohrleitung aus Hochtemperaturlegierung zu erleichtern, und zwar vorzugsweise mittels konventionellem Schmelzschweißen. In beiden Übergangsverbindungen 5o und 1oo sind die Grenzflächen 58 und 1o6 in dem Zustand dargestellt, in dem Stauchmaterial bereits entfernt worden ist, wie es entsprechend oben bezüglich der Übergangsverbindung 1o der Fig. 1 beschrieben wurde.

Die Übergangsverbindung 1oo der Fig. 4 ist natürlich für sogar noch weniger schwere Betriebsbedingungen geeignet. Jedoch zeigt die Übergangsverbindung 1oo, daß die Fähigkeit einer Übergangsverbindung, sogar gemäßigt harten Betriebsbedingungen zu widerstehen, dadurch verbessert wird,

daß die beiden Teile 1o2 und 1o4 mittels der reibungsgeschweißten Grenzfläche 1o6 miteinander verbunden werden.

Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86, DEI^Q^ POSTFACH 860 820 '

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22 DSP/BR

G 1183 GEW

GENERAL ATOMIC COMPANY

1o955 John Jay Hopkins Drive

San Diego, California 92121, USA

Übergangsverbindung

Patentansprüche

1J Übergangsverbindung zum Miteinanderverbinden von rohrförmigen Teilen, die aus einem niedriglegierten Stahl oder Kohlenstoffstahl bzw. aus einer Hochtemperaturlegierung ausgebildet sind, welche wesentlich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, chemische Zusammensetzung und/oder andere Kenndaten haben, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von rohrförmigen Übergangsteilen (12-24; 52-56; 1o2, 1o4), bei denen die Grenzfläche (26; 58; 1o6) zwischen je zwei benachbarten Übergangsteilen (12-24; 52-56; 1o2, 1o4) durch Reibungsschweißung ausgebildet worden ist und die senkrecht zur Achse

der Ubergangsverbindung (1o; 5o; 1oo) ausgerichtet ist sowie eine im wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung auf jeder Seite der Grenzfläche (26; 58; 1o6) hat, die der Zusammensetzung des entsprechenden Übergangsteils (12-24; 52-56; 1o2, 1o4) entspricht, wobei die Übergangsteile (12, 24; 52, 56; 1o2, 1o4) an entgegengesetzten Enden der Übergangsverbindung (1o; 5o; 1oo) aus Materialien ausgebildet sind, die so ausgewählt sind, daß sie ein in situ-Verschweißen mit dem niedriglegierten Stahl oder dem Kohlenstoffstahl und der Hochtemperaturlegierungszusammensetzung erleichtern.
2. Übergangsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Teil der Übergangsteile (12-24; 52-56; 1o2, 1o4) innerhalb der Übergangsverbindung (1o; 5o; 1oo) aus solchen Standardmateria-" lien, die durch Vorschrift bzw. Kennziffer festgelegt bzw. amtlich bestätigt sind, ausgebildet ist, daß ein wirksamer Betrieb über lange Zeitdauern hinweg sichergestellt ist.
3. Übergangsverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle übergangsteile (12-24; 52-56; 1o2, 1o4) innerhalb der Übergangsverbindung (1o; 5o; 1oo) aus Standardmaterialien, die durch Vorschrift bzw. Kennziffer festgelegt bzw. amtlich bestätigt sind, ausgewählt bzw. ausgebildet sind.
4. Ubergangsverbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsteile (12, 24; 52, 56; 1o2, 1o4) an entgegengesetzten Enden der ubergangsverbindung (1o; 5o; 1oo) aus gleichartigen Materialien wie die Teile aus niedriglegiertem Stahl oder Kohlenstoffstahl und Hochtemperaturlegierung, mit denen sie verbunden werden sollen, ausgebildet sind.
5. Übergangsverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Übergangsteilen (12-24; 52-56; 1o2, 1o4), die innerhalb der Übergangsverbindung (1o; 5o; 1oo) enthalten sind, zwischen 2 und 7 einschließlich beträgt.